DE102014117978A1 - Apparatus and method for measuring workpieces - Google Patents
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Abstract
Eine Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur taktil-optischen Messung geometrischer Merkmale bzw. Strukturen an einem Werkstück. Um eine exakte Ausrichtung der Tasterverlängerung zur Durchführung präziser Messungen problemlos vornehmen zu können, wird ein Taster umfassend eine zumindest abschnittsweise biegeelastisch ausgebildete Tasterverlängerung (13) mit einem Befestigungsabschnitt zum Einbringen in eine Aufnahme (14) vorgeschlagen, die einen als Verdrehsicherung ausgebildeten Befestigungsabschnitt (60) aufweist.An invention relates to a device and to a method for the tactile-optical measurement of geometric features or structures on a workpiece. In order to be able to carry out an exact alignment of the probe extension in order to carry out precise measurements, a probe comprising a probe extension (13) designed at least in sections with bending elastic is proposed with a fastening section for insertion into a receptacle (14), which has a fastening section (60) designed to prevent rotation. having.
Description
Eine Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur taktil-optischen Messung geometrischer Merkmale bzw. Strukturen an einem Werkstück. Auch bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von Komponenten des taktil-optischen Sensors.An invention relates to a device and to a method for the tactile-optical measurement of geometric features or structures on a workpiece. The invention also relates to a method for the production of components of the tactile-optical sensor.
Eine Erfindung bezieht sich auch auf einen Taster eines taktil-optischen Sensors umfassend eine zumindest abschnittsweise biegeelastisch ausgebildete Tasterverlängerung mit einem Befestigungsabschnitt zum Einbringen in eine Aufnahme, wobei der Befestigungsabschnitt ein Abschnitt der Tasterverlängerung oder ein Abschnitt der die Tasterverlängerung aufnehmenden Halterung ist.An invention also relates to a probe of a tactile-optical sensor comprising an at least partially bending elastic trained probe extension with a mounting portion for insertion into a receptacle, wherein the mounting portion is a portion of the probe extension or a portion of the probe extension receiving holder.
Taktil-optische Sensoren sind unter anderem in den folgenden Schriften der Anmelderin beschrieben.Tactile-optical sensors are described inter alia in the following documents of the applicant.
Die
Der
In der
Die
In der
Die
Die
Auf den Offenbarungsgehalt aller zuvor genannten Schriften der Anmelderin wird vollständig Bezug genommen.The disclosure of all of the aforementioned documents of the Applicant is fully incorporated by reference.
Grundlegende Aufgabe einer der vorliegenden Erfindungen ist es, die Vorteile des Standes der Technik beizubehalten, gleichzeitig einen flexiblen taktil-optischen Sensor für eine Vielzahl verschiedener Messaufgaben und entsprechende Messverfahren zur Verfügung zu stellen, wobei insbesondere eine problemlose gewünschte Ausrichtung des Taster des taktil-optischen Sensors erfolgen soll. Außerdem soll eine leichte Austauschbarkeit des Tasters in seiner Aufnahme bzw. Faseraufnahme möglich sein.It is a basic object of one of the present inventions to retain the advantages of the prior art while at the same time providing a flexible tactile-optical sensor for a plurality of different measuring tasks and corresponding measuring methods, in particular a problem-free desired alignment of the probe of the tactile-optical sensor should be done. In addition, an easy replacement of the probe in his recording or fiber intake should be possible.
Daher ist es insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Taster eines taktil-optischen Sensors derart weiterzubilden, dass eine exakte Ausrichtung problemlos erfolgen kann.Therefore, it is a particular object of the present invention to develop a probe of a tactile-optical sensor such that an exact alignment can be done easily.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, einen Taster eines taktil-optischen Sensors umfassend eine zumindest abschnittsweise biegeelastisch ausgebildete Tasterverlängerung mit einem Befestigungsabschnitt zum Einbringen in eine Aufnahme, wobei der Befestigungsabschnitt ein Abschnitt der Tasterverlängerung oder ein Abschnitt der die Tasterverlängerung aufnehmenden Halterung ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Befestigungsabschnitt als Verdrehsicherung ausgebildet ist. To achieve the object, the invention essentially provides a push button of a tactile-optical sensor comprising an at least partially bending elastic trained probe extension with a mounting portion for insertion into a receptacle, wherein the mounting portion is a portion of the probe extension or a portion of the probe extension receiving holder , which is characterized in that the fastening portion is formed as anti-rotation.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Befestigungsabschnitt in einer senkrecht zu dessen Längsachse verlaufenden Ebene zumindest bereichsweise eine von einer Kreisgeometrie abweichende Außengeometrie aufweist.In particular, the invention is characterized by the fact that the fastening section has, in a plane extending perpendicularly to its longitudinal axis, at least in regions, an outer geometry deviating from a circular geometry.
Die Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die von der Kreisgeometrie abweichende Außengeometrie eine Abflachung wie eben verlaufender Abschnitt des Befestigungsabschnitts, ein von dem Befestigungsabschnitt abragender Vorsprung, eine Aussparung in dem Befestigungsabschnitt, eine in Längsrichtung des Abschnitts verlaufende Vertiefung wie Nut und/oder durch eine mehrkantförmige Gestaltung des Befestigungsabschnitts gebildet ist.The invention is also characterized in that the outer geometry deviating from the circular geometry has a flattening, such as a planar section of the fastening section, a projection projecting from the fastening section, a recess in the fastening section, a depression extending in the longitudinal direction of the section, and / or through a recess polygonal shape of the attachment portion is formed.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der von der Kreisgeometrie abweichenden Außengeometrie eine Normale zuordbar ist, die parallel oder unter einem Winkel α mit α ≤ +/–5° zu einem Bereich der Tasterverlängerung verläuft, von dem ein Antastformelement ausgeht.Preferably, it is provided that the deviating from the circle geometry outer geometry is a normal assignable, which runs parallel or at an angle α with α ≤ +/- 5 ° to a region of the probe extension from which a Antastformelement emanates.
Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Halterung als Hohlzylinder ausgebildet ist, der eine L-Geometrie aufweist.Preferably, the invention provides that the holder is designed as a hollow cylinder having an L-geometry.
Ferner zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Tasterverlängerung wie Faser zumindest abschnittsweise im Inneren des Hohlzylinders verläuft, wobei der Hohlzylinder eine Biegung von 85° bis 95°, bevorzugt 90° aufweist, wobei innerhalb des Hohlzylinders vorzugsweise nur nicht gezogene Bereiche der Tasterverlängerung verlaufen und vorzugsweise am dem Antastformelement zugewandten Austrittspunkt der Tasterverlängerung aus dem Hohlzylinder Tasterverlängerung und Hohlzylinder verklebt sind.Furthermore, the invention is characterized in that the probe extension such as fiber at least partially extends inside the hollow cylinder, wherein the hollow cylinder has a bend of 85 ° to 95 °, preferably 90 °, wherein preferably extend within the hollow cylinder only not drawn areas of the probe extension and preferably at the Antastformelement facing exit point of the probe extension from the hollow cylinder probe extension and hollow cylinder are glued.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Aufnahme bzw. Faseraufnahme eine an den Befestigungsabschnitt angepasste Anlagefläche für den Befestigungsabschnitt aufweist, wobei die Anlagefläche vorzugsweise eben ist.Preferably, it is provided that the receptacle or fiber receptacle has a contact surface adapted to the attachment portion for the attachment portion, wherein the abutment surface is preferably flat.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar ist, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke, senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors, mit diesem ermittelbar ist, und vorzugsweise die vertikale Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandsensor ermittelbar ist.The invention relates in particular to a device for determining geometric features or structures on a workpiece by means of a tactile-optical sensor, at least consisting of a laterally measuring optical sensor, preferably image processing sensor, preferably a vertically measuring optical distance sensor, and an at least partially flexurally elastic Probe extension, wherein the probe extension at least emanate: a Antastformelement that is deflected upon contact with the workpiece, and preferably at least one of the Antastformelement associated target, which is deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece, wherein the lateral deflection of the Antastformelements or the target , perpendicular to the optical axis of the laterally measuring optical sensor, can be determined with the latter, and preferably the vertical deflection of the sensing element or the target along or almost along the optical Axis of the laterally measuring optical sensor can be determined with the distance sensor.
Zumindest Aspekte der Aufgaben werden im Wesentlichen durch eine entsprechende Vorrichtung gelöst, bei der die Tasteverlängerung von einer Faseraufnahme, ausgeht an die sich direkt oder indirekt ein biegeelastischer Teil anschließt, an den sich direkt oder indirekt das Antastformelement und gegebenenfalls die Zielmarke anschließt, wobei bei gegebenenfalls vorhandener Zielmarke zwischen dieser und dem Antastformelement verlaufender Teil der Tasterverlängerung in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ist.At least aspects of the objects are essentially achieved by a corresponding device in which the key extension from a fiber receptacle, on which directly or indirectly adjoins a flexurally elastic part to which directly or indirectly adjoins the Antastformelement and optionally the target, where appropriate existing target between this and the Antastformelement extending part of the probe extension with respect to the flexurally elastic member is rigid.
Indirekt bedeutet dabei, dass zwischen Faseraufnahme und biegeelastischem Teil ein biegesteifer Teil vorgesehen ist bzw. dass zwischen biegeelastischem Teil und Antastformelement ein biegesteifer Teil vorgesehen ist.Indirect means that between the fiber receptacle and flexurally elastic part, a rigid part is provided or that a flexurally rigid part is provided between flexurally elastic part and Antastformelement.
Es wird grundlegend zwischen zwei Bauarten des taktil-optischen Sensors unterschieden. Die erste ist ein 2D-Sensor, bei dem lediglich mit dem lateral messenden optischen Sensor die Auslenkung des Antastformelementes oder der diesem zugeordneten Zielmarke senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors vorzugsweise mittels Bildverarbeitung bestimmt wird, eine vertikale Messung der Auslenkung also nicht stattfindet und der entsprechend vertikal messende Abstandsensor nicht eingesetzt wird oder nicht vorhanden ist. Das Antastformelement ist meist eine kugelförmige oder nahezu kugelförmige Verdickung am dem Werkstück zugewandten Ende der Tasterverlängerung. Die optionale Zielmarke kann eine weitere Verdickung oberhalb des Antastformelements sein und wird zusammen mit dem Antastformelement ausgelenkt. Eine Berührung mit dem Werkstück erfolgt dabei nur durch das Antastformelement.There is a fundamental distinction between two types of tactile-optical sensor. The first is a 2D sensor in which only with the laterally measuring optical sensor, the deflection of the sensing element or the associated target perpendicular to the optical axis of the laterally measuring optical sensor is preferably determined by image processing, a vertical measurement of the deflection does not take place and the corresponding vertically measuring distance sensor is not used or not available. The Antastformelement is usually a spherical or nearly spherical thickening on the workpiece facing the end of the probe extension. The optional target may be a further thickening above the Antastformelements and is deflected together with the Antastformelement. A contact with the workpiece takes place only by the Antastformelement.
Die Erfassung der Zielmarke ist immer dann sinnvoll, wenn das Antastformelement weit, zum Beispiel mehr als etwa 1 bis 5 Millimeter, abhängig vom Durchmesser des Antastformelements und der verwendeten Optik, in eine Öffnung oder neben eine Kante am Werkstück eintaucht, da es in diesen Fällen zu Abschattungen bei der Abbildung des Antastformelementes kommt, wodurch die Genauigkeit bei der Bestimmung der Auslenkung sinken kann. Bevorzugt wird die Zielmarke so weit oberhalb des Antastformelementen angeordnet bzw. nur so weit in das Werkstück eingetaucht, dass die Zielmarke stets oberhalb der Werkstückoberfläche verbleibt, also nicht eintaucht, und damit nicht abgeschattet wird. Eintauchen bezeichnet hier das Unterschreiten einer direkt neben dem Antastformelement befindlichen Werkstückoberfläche. Diese selbst kann sich beispielsweise in einer Vertiefung des Werkstücks befinden, wobei die Tasterverlängerung bereits in dieser Vertiefung bewegt wurde. Dies ist jedoch nicht störend, da die Ränder der Vertiefung zumeist weit genug vom Strahlengang des lateral messenden Sensors entfernt liegen und diesen dadurch nicht abschatten.The detection of the target mark is always useful when the Antastformelement far, for example more than about 1 to 5 millimeters, depending on the diameter of the Antastformelements and the optics used, immersed in an opening or next to an edge on the workpiece, since it is in these cases Shadowing occurs in the imaging of the sensing element, which may decrease accuracy in determining the deflection. Preferably, the target is placed so far above the Antastformelementen or only so far immersed in the workpiece that the target always remains above the workpiece surface, so does not immerse, and thus is not shadowed. Dipping here refers to the falling below a workpiece surface located directly next to the sensing element. This itself can be located for example in a recess of the workpiece, the probe extension has already been moved in this recess. However, this is not disturbing, since the edges of the recess are usually far enough away from the beam path of the laterally measuring sensor and this does not shadow it.
Bei der Bauart 2D-Sensor ist die Tasterverlängerung als Faser ausgeführt, die durch eine Faseraufnahme aufgenommen, also befestigt wird, die ihrerseits an der Unterseite der Optik oder einer Justiereinheit befestigt wird, beispielsweise über eine magnetische Wechselschnittstelle. Da die Faseraufnahme den optischen Strahlengang nicht beeinflussen soll, wird diese bevorzugt seitlich neben dem Strahlengang angeordnet. Das dem Werkstück zugewandte Ende der Tasterverlängerung und gegebenenfalls der zwischen Antastformelement und Zielmarke verlaufende Bereich der Tasterverlängerung verlaufen, um eine optimale Erfassung der Auslenkung zu ermöglichen, nahezu parallel und möglichst nahe der optischen Achse der dem lateral messenden optischen Sensor zugeordneten Optik. Die einfachste Lösung zur Befestigung in der Faseraufnahme besteht darin, die Tasterverlängerung um etwa 90° umzulenken, also eine Biege- bzw. Knickstelle vorzusehen. Nach dieser Umlenkung verläuft die Tasterverlängerung dann etwa 90° zur optischen Achse bis zum Faserhalter (Faseraufnahme). Die Biegestelle und der Bereich nach der Biegestelle sowie der Bereich, der in die Faserhalterung (Faseraufnahme) hinein verläuft sollen bevorzugt biegesteif im Vergleich zum biegeelastischen Teil der Tasterverlängerung, der sich oberhalb des Antastformelementes bzw. gegebenenfalls oberhalb der Zielmarke befindet, ausgeführt sein. Diese Maßnahme sorgt dafür, dass nur entlang bzw. parallel zur optischen Achse verlaufende Bereiche der Tasterverlängerung bei Antastung des Werkstücks und daraus folgender Auslenkung zur elastischen Biegung der Tasterverlängerung beitragen, wodurch ein eindeutiges Auslenkungsverhalten und insbesondere in der lateralen Messebene richtungsunabhängige Antastkräfte resultieren. Die Versteifung der angesprochenen Bereiche kann beispielsweise erfolgen, indem die Tasterverlängerung von einer steifen Hülse, zum Beispiel Metallröhrchen oder ähnliches umgeben wird, also im Inneren eines Hohlzylinders verläuft bzw. geführt wird. Alternativ kann die Tasterverlängerung in diesen Bereichen als eine Faser mit größerem Durchmesser im Vergleich zum biegeelastischen Abschnitt ausgeführt sein.In the type 2D sensor, the probe extension is designed as a fiber, which is received by a fiber, that is attached, which in turn is attached to the underside of the optics or an adjusting unit, for example via a magnetic interface. Since the fiber intake is not intended to influence the optical beam path, it is preferably arranged laterally next to the beam path. The workpiece-facing end of the probe extension and, if appropriate, the region of the probe extension running between the probe form element and the target extend in an almost parallel and as close as possible to the optic axis of the optics associated with the laterally measuring optical sensor in order to enable optimal detection of the deflection. The simplest solution for attachment in the fiber receptacle is to deflect the probe extension by about 90 °, so provide a bending or kinking. After this deflection, the probe extension then runs approximately 90 ° to the optical axis to the fiber holder (fiber intake). The bending point and the area after the bending point as well as the area which extends into the fiber holder (fiber intake) are preferably rigid in comparison to the flexurally elastic part of the probe extension, which is located above the detection element or optionally above the target. This measure ensures that only along or parallel to the optical axis extending portions of the probe extension in probing the workpiece and consequent deflection contribute to the elastic bending of the probe extension, creating a clear deflection behavior and especially in the lateral measurement plane direction independent probing results. The stiffening of the addressed areas can be done, for example, by the probe extension of a rigid sleeve, for example, metal tube or the like is surrounded, that runs in the interior of a hollow cylinder or is guided. Alternatively, the stylus extension in these areas may be implemented as a larger diameter fiber as compared to the flexurally elastic portion.
Der Bereich zwischen Zielmarke und Antastformelement wird bevorzugt biegesteif bzw. biegesteifer als der biegeelastische Teil ausgeführt, um die Auslenkung des Antastformelementes bei Antastung möglichst vollständig auf die Zielmarke zu übertragen. Dies sichert eine hohe Empfindlichkeit der Auslenkungsmessung. Die biegesteife Ausführung kann z. B. dadurch gewährleistet werden, dass der Abstand zwischen Antastformelement und Zielmarke im Vergleich zur Länge des biegeelastischen Teils gering ist, und sogar vorzugsweise den gleichen oder etwa gleichen Durchmesser aufweist. Dies hat den Vorteil, dass eine einzige Faser für die Tasterverlängerung verwendet werden kann, an die das Antastformelement und die Zielmarke angebracht werden, zum Beispiel angeschmolzen oder aus der Faser gezogen werden. Auch kann der biegeelastische Teil auf der vom Antastformelement abgewandten Seite der Zielmarke zumindest abschnittsweise durch Ziehen verjüngt sein, während der zwischen Antastformelement und Zielmarke verlaufende Bereich ein separat hergestellter Abschnitt mit konstantem oder leicht verjüngtem Durchmesser ist, an dem das Antastformelement angeschmolzen, also durch Wärmeeintrag aus der Faser selbst generiert wird, oder ein separates Antastformelement angeklebt wird, vorzugsweise unter Wärmeeinfluss.The area between the target mark and the probe-forming element is preferably made rigid or more rigid than the flexurally elastic part in order to transmit the deflection of the probe-shaped element as fully as possible to the target mark. This ensures a high sensitivity of the deflection measurement. The rigid version can, for. Example, be ensured by the fact that the distance between the probe form element and the target mark in comparison to the length of the flexurally elastic part is low, and even preferably has the same or about the same diameter. This has the advantage that a single fiber can be used for the stylus extension to which the stylus and the target are attached, for example fused or pulled out of the fiber. Also, the flexurally elastic part on the side facing away from the Antastformelement side of the target can be at least partially tapered by pulling, while the running between Antastformelement and target area is a separately manufactured section with a constant or slightly tapered diameter at which the Antastformelement melted, ie by heat input the fiber itself is generated, or a separate Antastformelement is adhered, preferably under the influence of heat.
Erfindungsgemäß kann daher vorgesehen sein, dass die Tasterverlängerung zumindest im Bereich der Faseraufnahme einen in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteifen Teil aufweist, vorzugsweise indem der Durchmesser der Tasterverlängerung im Vergleich zum biegeelastischen Teil vergrößert ist oder die Tasterverlängerung im Inneren eines Hohlzylinders verläuft.According to the invention it can therefore be provided that the probe extension at least in the area of the fiber receptacle has a flexurally rigid part with respect to the flexurally elastic part, preferably by increasing the diameter of the probe extension compared to the flexurally elastic part or extends the probe extension inside a hollow cylinder.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Tasterverlängerung im Bereich der Faseraufnahme in einem Winkel von etwa 90°, insbesondere in einem Winkel von 88° bis 92°, zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors verläuft, und dass die Tasterverlängerung zwischen dem Bereich der Faseraufnahme und dem das Antastformelement enthaltenden Bereich einen Abschnitt enthält, der eine Biegung enthält, wobei vorzugsweise der Abschnitt in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ausgeführt ist.An embodiment of the invention provides that the probe extension in the field of fiber intake at an angle of about 90 °, in particular at an angle of 88 ° to 92 °, to the optical axis of the extending laterally measuring optical sensor, and that the probe extension between the region of the fiber receiving and the Antastformelement containing portion containing a portion containing a bend, wherein preferably the portion is made rigid with respect to the flexurally elastic member.
Die zweite Bauart sieht einen 3D-Sensor vor, bei dem zusätzlich zur lateralen Messung der Auslenkung auch die vertikale Auslenkung mit einem Abstandsensor ermittelt wird. Es sind Ausführen hierzu bekannt, bei denen die vertikale Auslenkung des Antastformelementes selbst bestimmt wird, wie dies beispielsweise die zum Zeitpunkt der Hinterlegung dieser Anmeldung unveröffentlichte
Typische Abstandsensoren sind Foucaultsche Abstandsensoren, Fokussensoren, interferometrische Abstandsensoren oder chromatische bzw. chromatisch konfokale Abstandsensoren. Der Strahlengang des Abstandsensor kann teilweise durch die für den lateral messenden Sensor verwendete Optik verlaufen, insbesondere im dem Werkstück zugewandten Bereich, also die gleiche Frontoptik verwenden, oder aber der Abstandsensor weißt einen eigenen Strahlengang auf. Ersteres ist beispielsweise für Foucaultsche Abstandsensoren, Fokussensoren, und insbesondere chromatisch konfokale Abstandsensoren realisierbar, wie beispielsweise in der
Der Abstandsensor kann auch ein photogrammetrischer Abstandsensor sein.The distance sensor may also be a photogrammetric distance sensor.
Bei der Bauart 3D-Sensor sollen richtungsunabhängige Antastkräfte in allen drei Raumrichtungen realisiert werden, zumindest aber eine ähnlich geringe Antastkraft in der vertikalen Richtung im Vergleich zu den lateralen Richtungen. Es muss daher also auch eine Biegeelastizität in vertikaler Richtung vorhanden sein. Dies wird bevorzugt realisiert, indem die Tasterverlängerung an einem in vertikaler Richtung entsprechend geringe Steifigkeit aufweisenden Federelement wie Blattfeder bzw. Blattfederanordnung, die also rechtwinklig zur optischen Achse ausgedehnt und in Richtung der optischen Achse entsprechend dünn dimensioniert ist, befestigt wird. Diese Blattfederanordnung dient also als Faseraufnahme und weißt eine entsprechende Einspannstelle für die Tasterverlängerung auf. Damit die Federelemente die optische Abbildung des Bildverarbeitungssensors möglichst wenig beeinflussen, sind diese außerhalb der Scharfebene des Strahlengangs des Bildverarbeitungssensors angeordnet, also oberhalb des Antastformelementes bzw. gegebenenfalls der Zielmarke für den Bildverarbeitungssensor oder bzw. zusätzlich transparent ausgeführt. Damit erscheinen sie in der Abbildung des lateral messenden optischen Sensors, also beispielsweise des Bildverarbeitungssensors, defokussiert, schränken also praktisch nur die zur Auswertung verfügbare Lichtmenge ein. Die gesonderte Zielmarke für den Abstandsensor ist oberhalb der Einspannstelle an der Tasterverlängerung angebracht, wodurch der Messstrahl des Abstandsensors nicht von den Federelementen beeinflusst wird. Die gesonderte Zielmarke wird dadurch im Übrigen ebenso in Bezug auf den Bildverarbeitungssensor nur stark defokussiert abgebildet. Die Federelemente gehen von einem außerhalb des Strahlengangs liegenden Halteelement aus. Dieses kann beispielsweise eine stabile Ringstruktur sein, die an der Unterseite der Optik oder einer Justiereinheit befestigt wird, beispielsweise über eine magnetische Wechselschnittstelle.In the 3D sensor design, direction-independent probing forces are to be realized in all three spatial directions, but at least a similarly low probing force in the vertical direction in comparison to the lateral directions. Therefore, it must therefore also be a bending elasticity in the vertical direction. This is preferably realized by the probe extension at a correspondingly low stiffness in the vertical direction having spring element such as leaf spring or leaf spring assembly, which is thus stretched at right angles to the optical axis and dimensioned correspondingly thin in the direction of the optical axis. This leaf spring arrangement thus serves as a fiber receptacle and know a corresponding clamping for the button extension. So that the spring elements influence the optical image of the image processing sensor as little as possible, they are arranged outside the focal plane of the beam path of the image processing sensor, so above the Antastformelementes or optionally the target for the image processing sensor or or additionally made transparent. Thus, they appear in the image of the laterally measuring optical sensor, so for example, the image processing sensor, defocused, so restrict practically only the available amount of light for evaluation. The separate target for the distance sensor is mounted above the clamping point on the probe extension, whereby the measuring beam of the distance sensor is not affected by the spring elements. Incidentally, the separate target mark is also only shown in a highly defocused manner in relation to the image processing sensor. The spring elements start from a lying outside the beam path holding element. This may for example be a stable ring structure which is attached to the underside of the optics or an adjusting unit, for example via a magnetic changeover interface.
Erfindungsgemäß kann somit vorgesehen sein, dass die Faseraufnahme zumindest ein biegeelastisches Element wie Blattfeder oder Blattfederanordnung aufweist, wobei das biegeelastische Element
- – von einem, vorzugsweise außerhalb des Strahlengang des lateral messenden optischen Sensors angeordneten, Halteelement ausgeht und
- – nahezu rechtwinklig zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors verläuft, und
- – eine Einspannstelle zur Aufnahme der Tasterverlängerung aufweist, und
- – vorzugsweise transparent ist und/oder in Bezug auf den Strahlengang des lateral messenden optischen Sensors defokussiert angeordnet ist.
- - Starting from a, preferably arranged outside the beam path of the laterally measuring optical sensor, holding element and
- - runs almost perpendicular to the optical axis of the laterally measuring optical sensor, and
- - Has a clamping point for receiving the probe extension, and
- - Is preferably transparent and / or is arranged defocused with respect to the beam path of the laterally measuring optical sensor.
Die folgenden Ausführungen gelten für die Bauweisen 2D-Sensor und 3D-Sensor gleichermaßen.The following explanations apply equally to the construction methods 2D sensor and 3D sensor.
Zur Justierung der Tasterverlängerung relativ zur optischen Achse sowohl in den translatorischen wie auch in den rotatorischen Freiheitsgraden sind entsprechend Stellmechanismen vorgesehen. Dies können manuell oder motorisch betriebene Mittel sein. Ziel der Justierung ist die Ausrichtung des Antastformelementes bzw. falls diese vom lateral messenden optischen Sensor erfasst wird, der Zielmarke in der Scharfebene der Optik des Bildverarbeitungssensors und entlang der optischen Achse, sowie die definierte Einstellung der Richtung der Tasterverlängerung im unteren, dem Werkstück zugewandten Bereich. Für diese Richtung wird bevorzugt ein Winkel von 0°, also parallel zur optischen Achse, oder ein leichter Winkel von beispielsweise 0° < Alpha < 15°, bevorzugt von 0° < Alpha < 5°, besonders bevorzugt von 0° < Alpha < 1° eingestellt. Standardmessungen finden mit 0° Winkel statt, leichte Winkel sind besonders geeignet für Messungen, bei denen die Tasterverlängerung sehr weit entlang einer Wand oder Kante in das Werkstück eintaucht oder aus anderen Gründen eine Schaftantastung, also eine Berührung des Werkstücks mit dem oberhalb des Antastformelementes bzw. der Zielmarke liegenden Bereichs der Tasterverlängerung und damit eine Fehlauslenkung erfolgen kann. Auch für die Messung der Rauheit einer Werkstückoberfläche kann ein kleiner Winkel von wenigen Grad eingesetzt werden. Abhängig von der Lage bzw. Orientierung der zu messenden Oberfläche, insbesondere bei vertikal orientierten Flächen am Werkstück, muss die Richtung in der der Winkel vorliegt, eingestellt sein. Hierzu bieten sich verschiedene erfindungsgemäße Lösungen. To adjust the probe extension relative to the optical axis in both the translational and in the rotational degrees of freedom corresponding adjusting mechanisms are provided. These can be manual or motorized means. The aim of the adjustment is the orientation of the Antastformelementes or if this is detected by the laterally measuring optical sensor, the target in the focal plane of the optics of the image processing sensor and along the optical axis, and the defined setting the direction of the probe extension in the lower, the workpiece facing area , For this direction is preferably an angle of 0 °, ie parallel to the optical axis, or a slight angle of, for example, 0 ° <alpha <15 °, preferably 0 ° <alpha <5 °, particularly preferably 0 ° <alpha <1 ° set. Standard measurements take place at 0 ° angle, slight angles are particularly suitable for measurements in which the probe extension very far along a wall or edge dips into the workpiece or other reasons a Schaftantastung, ie a contact of the workpiece with the above the Antastformelementes or the target mark lying area of the probe extension and thus a Fehlauslenkung can be done. A small angle of a few degrees can also be used to measure the roughness of a workpiece surface. Depending on the position or orientation of the surface to be measured, in particular in the case of vertically oriented surfaces on the workpiece, the direction in which the angle is present must be set. For this purpose, various solutions of the invention offer.
Eine erste Lösung sieht vor, dass mittels der Justiermittel der Winkel jeweils für die entsprechende Richtung eingestellt wird. Dies ist jedoch bei Messung unterschiedlich orientierter Flächen sehr aufwändig, da jeweils entsprechend neu justiert werden muss. Sollen zudem noch verschiedene Tasterverlängerungen in einem Messablauf vorgesehen werden, müssen die Justiermittel für jede Tasterverlängerung unter Umständen separat eingestellt werden.A first solution provides that by means of adjusting the angle is set in each case for the corresponding direction. However, this is very costly when measuring differently oriented surfaces, since each must be readjusted accordingly. If, in addition, different stylus extensions are to be provided in a single measurement procedure, the adjustment means for each stylus extension may have to be set separately.
Zusätzlich kann daher vorgesehen sein, dass an den Justiermitteln eine Wechselschnittstelle zur Befestigung verschiedener Tasterverlängerungen vorgesehen ist. Diese Wechselschnittstelle ist ausgebildet, die Faseraufnahme inklusive der darin befestigten Tasterverlängerung auszutauschen. Der Austausch erfolgt vorzugsweise automatisch und entsprechende Faseraufnahmen sind beispielsweise in einem Wechselmagazin aufbewahrt. Die Wechselschnittstelle ist bevorzugt eine Magnetschnittstelle. Hierdurch ist es in Form einer zweiten Lösung möglich, Tasterverlängerungen automatisch einzuwechseln, die bereits den entsprechenden Winkel aufweisen, ohne dass eine erneute Justierung erfolgen muss. Hierzu besitzt die Biegung der Tasterverlängerung in der Bauart 2D-Sensor bereits einen entsprechenden Winkel in der entsprechenden Richtung oder ist die Einspannung in der Einspannstelle bei der Bauart 3D-Sensor entsprechend ausgeführt, die Tasterverlängerung also entsprechend schief eingespannt. Durch die Wechselschnittstelle können zudem unterschiedlich lange bzw. mit unterschiedlich dicken Antastformelementen ausgestattete Tasterverlängerungen automatisch in einem Messlauf verwendet werden, wodurch besonders hohe Flexibilität erreicht wird.In addition, it can therefore be provided that an alternating interface for fastening various probe extensions is provided on the adjusting means. This changeover interface is designed to exchange the fiber intake including the probe extension attached therein. The exchange is preferably automatic and corresponding fiber receptacles are stored for example in a removable magazine. The changeover interface is preferably a magnetic interface. This makes it possible in the form of a second solution to automatically load probe extensions that already have the appropriate angle, without having to make a new adjustment. For this purpose, the bending of the stylus extension in the 2D sensor type already has a corresponding angle in the corresponding direction or the clamping in the clamping point in the design 3D sensor is carried out accordingly, so the probe extension accordingly obliquely clamped. In addition, the change-over interface makes it possible to automatically use probe extensions of different lengths or probes equipped with differently thick probing elements in a single measurement run, thereby achieving particularly high flexibility.
Ein dritte Lösung sieht vor, dass eine Wechselschnittstelle zur Befestigung der Justiermittel und der daran befestigten Faseraufnahme oder zur Befestigung der Faseraufnahme selbst, falls auf Justiermittel verzichtet wird, oder zur Befestigung der bei der Bauart 3D-Sensor verwendeten Halteelemente an dem lateral messenden optischen Sensor bzw. einem diesem zugeordneten Halter vorgesehen ist, die eine Befestigung in unterschiedlichen Winkelstellungen um die optische Achse vorsieht. Somit ist es möglich, die selbe Faser in einem automatischen Messablauf für unterschiedlich orientierte Flächen einzusetzen, ohne dass eine Justierung erforderlich ist. Auf Justiermittel kann entweder verzichtet werden oder diese müssen nur einmalig eingestellt werden. Die Winkelstellungen für die Befestigung können in beliebigen Schritten ausgeführt sein, bevorzugt genügen jedoch vier Stellungen jeweils 90° zueinander versetzt bzw. verdreht. Für den erfindungsgemäßen Fall, dass die Lichtquelle zur Beleuchtung des Antastformelementes bzw. der Zielmarke, bei der Ausführung als 2D-Sensor, im Faserhalter (Faseraufnahme) integriert ist und damit mit ausgewechselt bzw. verdreht angebracht werden muss, wozu entsprechende elektrische Kontakte zur Ansteuerung in der Wechselschnittstelle vorgesehen sein müssen, sind möglichst wenige Drehstellungen vorzusehen.A third solution provides that an exchange interface for fastening the adjusting means and the fiber receptacle attached thereto or for fastening the fiber receptacle itself, if omitted adjusting means, or for fixing the holding elements used in the type 3D sensor to the laterally measuring optical sensor or a holder associated therewith is provided which provides for attachment in different angular positions about the optical axis. Thus, it is possible to use the same fiber in an automatic measurement process for differently oriented surfaces, without an adjustment is required. Adjustment can either be dispensed with or these must be set only once. The angular positions for the attachment can be carried out in any desired steps, but preferably four positions suffice to offset or twist each other by 90 °. For the case according to the invention that the light source for illuminating the Antastformelementes or the target, in the embodiment as a 2D sensor, integrated in the fiber holder (fiber mount) and thus must be attached with replaced or rotated, including corresponding electrical contacts for driving in the changeover interface must be provided, are provided as few rotational positions.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung also vor, dass Mittel zur Justierung der Tasterverlängerung, insbesondere zusammen mit der Faseraufnahme, relativ zu dem lateral messenden optischen Sensor vorgesehen sind, die zumindest einen manuell oder motorisch betriebenen, translatorischen oder rotatorischen Stellmechanismus enthalten, vorzugsweise dass Mittel zur Einstellung von mindestens zwei translatorischen und mindestens zwei rotatorischen Freiheitsgraden vorgesehen sind.According to a particularly preferred solution, the invention thus provides that means for adjusting the probe extension, in particular together with the fiber receptacle, are provided relative to the laterally measuring optical sensor, which comprise at least one manually or motor-operated, translatory or rotary actuating mechanism, preferably that Means are provided for adjusting at least two translational and at least two rotational degrees of freedom.
Bevorzugt ist auch, dass die Mittel zur Justierung eine Wechselschnittstelle, vorzugsweise Magnetschnittstelle, zur Befestigung austauschbarer Faseraufnahmen aufweisen.It is also preferred that the means for adjustment comprise an exchangeable interface, preferably a magnetic interface, for attaching exchangeable fiber mounts.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass zwischen dem das Antastformelement enthaltenden Bereich der Tasterverlängerung und der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors ein Winkel von 0° oder ein Winkel von 0° < α < 15° vorliegt, indem
- – die Biegung der Tasterverlängerung zwischen dem Bereich der Faseraufnahme und dem das Antastformelement enthaltenden Bereich entsprechend ausgeführt ist oder
- – die Einspannstelle entsprechend ausgeführt oder
- – die Mittel zur Justierung entsprechend einstellbar sind.
- - The bending of the probe extension between the region of the fiber receptacle and the Antastformelement containing area is carried out according to or
- - the clamping point is executed accordingly or
- - The means for adjustment are adjustable accordingly.
Besonders hervorzuheben ist der Gedanke, dass die Mittel zur Justierung eine, vorzugsweise weitere, Wechselschnittstelle, vorzugsweise Magnetschnittstelle, zur Befestigung an dem lateral messenden optischen Sensor oder einem diesem zugeordneten Halter aufweisen, wobei vorzugsweise die Mittel zur Justierung in mehreren, vorzugsweise vier je 90°, um die optische Achse des lateral messenden optischen Sensors verdreht vorliegenden Stellungen befestigbar ist.Particularly noteworthy is the idea that the means for adjustment one, preferably further, change interface, preferably magnetic interface, for attachment to the laterally measuring optical sensor or a holder associated therewith, preferably the means for adjustment in several, preferably four each 90 ° to the optical axis of the laterally measuring optical sensor twisted present positions can be fastened.
Ein alternativer Vorschlag sieht vor, dass das Halteelement eine Wechselschnittstelle, vorzugsweise Magnetschnittstelle, zur Befestigung an dem lateral messenden optischen Sensor oder einem diesem zugeordneten Halter aufweisen, wobei das Halteelement in mehreren, vorzugsweise vier je 90°, um die optische Achse des lateral messenden optischen Sensors verdreht vorliegenden Stellungen befestigbar ist.An alternative proposal provides that the holding element has an exchange interface, preferably magnetic interface, for attachment to the laterally measuring optical sensor or a holder associated therewith, wherein the holding element in several, preferably four each 90 °, about the optical axis of the laterally measuring optical Sensors twisted present positions can be fastened.
In Erweiterung dieser Ideen ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der eine Lichtquelle wie LED, SLED, Laserdiode oder ähnliches fest mit der austauschbaren Faseraufnahme verbunden ist und die Wechselschnittstelle zur Befestigung der Faseraufnahme Kontakte zur Übertragung der Signale zur Ansteuerung der Lichtquelle aufweist.In extension of these ideas, a device is provided in which a light source such as LED, SLED, laser diode or the like is fixedly connected to the exchangeable fiber receptacle and the changeover interface for attaching the fiber receptacle has contacts for transmitting the signals for controlling the light source.
Für die Messung von Hinterschnitten, insbesondere Hinterschnitten in beliebigen Orientierungen werden taktil-optische Sensoren nach dem Stand der Technik an einem Dreh-/Schwenk-Gelenk befestigt. Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass die Genauigkeit der Messung durch Ungenauigkeiten des Dreh-/Schwenk-Gelenks vermindert wird. Um dies zu umgehen, sieht die Erfindung den Einsatz von seitlich auskragenden oder sternförmig bzw. allgemein in mehrere Richtungen verzweigten Tasterverlängerungen vor, bei denen an jedem Zweig ein Antastformelement vorgesehen ist. Die Verzweigung erfolgt bevorzugt unterhalb einer Zielmarke, damit die selbe Zielmarke für die Auslenkungsbestimmung aller Antastformelemente verwendet werden kann.For the measurement of undercuts, in particular undercuts in arbitrary orientations, tactile-optical sensors according to the prior art are attached to a rotary / pivot joint. This has the disadvantage that the accuracy of the measurement is reduced by inaccuracies of the rotary / pivot joint. To avoid this, the invention provides for the use of laterally projecting or star-shaped or generally multi-branched probe extensions in which a sensing element is provided on each branch. The branching is preferably carried out below a target, so that the same target can be used for the deflection determination of all probing elements.
Erfindungsgemäß kann daher vorgesehen sein, dass die Tasterverlängerung zwischen Zielmarke und Antastformelement unter einer veränderten Richtung verläuft oder eine, vorzugsweise sternförmige, Verzweigung zu mehreren Antastformelementen aufweist.According to the invention, it can therefore be provided that the probe extension between the target mark and the probe-forming element runs under a changed direction or has a, preferably star-shaped, branching to a plurality of probe-shaped elements.
Um eine empfindliche Messung mit einem solchen sogenannten seitlich auskragendem Antastformelement zu realisieren, muss durch konstruktive Maßnahmen erreicht werden, dass die Auslenkung des Antastformelementes zu großen Teilen an eine bzw. die Zielmarke übertragen wird und nicht zu einer signifikanten Biegung des auskragenden Bereichs, also des Bereichs veränderter Richtung, oder Torsion der Tasterverlängerung, also Drehung um die optische Achse des lateral messenden Sensors, entlang derer der oberhalb der Zielmarke verlaufende Teil zumindest teilweise verläuft. Hierzu muss beachtet werden, dass das Drehmoment, welches über den durch den Bereich veränderter Richtung bzw. Verzweigung vorliegenden Hebelarm, abhängig von dessen Biegesteifigkeit, auf die Zielmarke übertragen wird, wodurch eine Torsion der Tasterverlängerung erfolgt. Je größer die Torsion ist, ums so geringer ist der Anteil der Auslenkung des Antastformelements, der zur Messung an die Zielmarke übertragen wird, wodurch die Empfindlichkeit sinkt und die Messgenauigkeit abnimmt. Um dem entgegen zu wirken, muss das Verhältnis aus senkrecht zur optischen Achse vorliegendem Abstand zwischen Antastformelement und Zielmarke, also Hebelarmlänge, zur Biegesteifigkeit des Bereiches der veränderten Richtung und zur Torsionssteifigkeit des oberhalb der Zielmarke liegenden Bereiches der Tasterverlängerung entsprechend niedrig dimensioniert ist. Es muss also auch der auskragende Bereich in sich steif ausgeführt werden, insbesondere biegesteif quer zu den möglichen Antastkräften. Die geringste Biegesteifigkeit tritt Bauart bedingt senkrecht zur Auskragung auf, also in der Richtung, die senkrecht zur geänderten Richtung und senkrecht zur optischen Achse, also senkrecht zu dem Bereich, in dem die Tasterverlängerung oberhalb der Zielmarke verläuft. Der auskragende Bereich kann alleine dadurch steif genug ausgeführt werden, indem er recht kurz ausgeführt wird, zum Beispiel nur etwa 1 bis 4 mm lang. Typische Durchmesser für die im auskragenden Bereich vorliegende Faser – und im Übrigen auch für die im biegeelastischen Teil oberhalb der Zielmarke vorliegende Faser – liegen allgemein im Bereich von 10 μm bis ca. 300 μm. Aus diesem Bereich müssen nun geeignete Verhältnisse gefunden werden, so dass ein hoher Anteil der Auslenkung an die Zielmarke übertragen wird. Der entlang der optischen Achse oberhalb der Zielmarke verlaufende Bereich der Tasterverlängerung muss dazu zum einen lang genug ausgeführt werden, um biegeelastisch zu sein, zum anderen aber auch kurz genug, um torsionssteif zu bleiben. Beispielhaft für eine Faserdicke von etwa 100 μm bis 200 μm, bevorzugt etwa 130 μm, und einen typischen Glaswerkstoff für die Faser ergibt sich durch diese Forderungen bei einer 1 mm bis 2 mm, bevorzugt 1,2 mm langen Auskragung eine Faserlänge oberhalb der Zielmarke bis zum Faserhalter von etwa 7 mm bis 13 mm, bevorzugt 10 mm. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt das Übertragungsverhältnis zwischen Auslenkung des Antastformelementes zur Auslenkung der Zielmarke, jeweils in der Richtung senkrecht zur Auskragung und zur optischen Achse, etwa 1:0,83. Typische Durchmesser für das Antastformelement und die Zielmarke liegen bei 200 μm bis 300 μm, bevorzugt 250 μm. Die verbleibende Abweichung zwischen Auslenkung des Antastformelementes zur Auslenkung der Zielmarke wird durch Einmessen dieses Verhaltens korrigiert, indem also beispielsweise ein sogenannte richtungsabhängige Auslenkkennlinie erstellt wird.In order to realize a sensitive measurement with such a so-called laterally cantilever Antastformelement must be achieved by design measures that the deflection of the Antastformelementes is largely transferred to one or the target and not to a significant bending of the cantilevered region, ie the area changed direction, or torsion of the probe extension, that is, rotation about the optical axis of the laterally measuring sensor along which the above the target mark extending part extends at least partially. It should be noted here that the torque which is transmitted to the target mark via the lever arm present through the area of changed direction or branch, depending on its flexural rigidity, whereby a torsion of the probe extension takes place. The greater the torsion, the smaller is the proportion of the deflection of the sensing element which is transmitted to the target for measurement, whereby the sensitivity decreases and the measurement accuracy decreases. To counteract this, the ratio of perpendicular to the optical axis present distance between the sensing element and target, ie Hebelarmlänge, the bending stiffness of the range of change direction and the torsional stiffness of lying above the target range of the probe extension must be dimensioned correspondingly low. So it must also be carried out the projecting area in stiff, in particular rigid transverse to the possible probing forces. The least bending stiffness occurs conditionally perpendicular to the projection, ie in the direction perpendicular to the changed direction and perpendicular to the optical axis, ie perpendicular to the area in which the probe extension extends above the target. The cantilevered area can be made stiff enough by being made quite short, for example, only about 1 to 4 mm long. Typical diameters for the fiber present in the projecting region - and incidentally also for the fiber which is present in the flexurally elastic part above the target - are generally in the range from 10 .mu.m to about 300 .mu.m. From this area, suitable conditions must now be found, so that a high proportion of the deflection is transmitted to the target. For this purpose, the area of the probe extension running along the optical axis above the target point must first of all be made long enough to be flexurally elastic others are short enough to remain torsionally stiff. Exemplary for a fiber thickness of about 100 .mu.m to 200 .mu.m, preferably about 130 .mu.m, and a typical glass material for the fiber results from these requirements with a 1 mm to 2 mm, preferably 1.2 mm long projection a fiber length above the target to to the fiber holder of about 7 mm to 13 mm, preferably 10 mm. In the preferred embodiment, the transmission ratio between deflection of the sensing element for deflection of the target, in each case in the direction perpendicular to the projection and the optical axis, is approximately 1: 0.83. Typical diameters for the Antastformelement and the target are 200 microns to 300 microns, preferably 250 microns. The remaining deviation between deflection of the probe form element for the deflection of the target mark is corrected by measuring this behavior, so that, for example, a so-called direction-dependent deflection characteristic is created.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass die Torsionssteifigkeit der Tasterverlängerung um die entlang der optischen Achse des Bildverarbeitungssensors verlaufende Achse durch Auswahl von Durchmesser und Länge in den Bereichen oberhalb der Zielmarke und zwischen Zielmarke und Antastformelement so groß gewählt wird, dass die Auslenkung des Antastformelementes in der Richtung, die senkrecht zur optischen Achse und senkrecht zur veränderten Richtung verläuft, zu mindestens 50%, bevorzugt zu mindestens 70%, besonders bevorzugt zu mindestens 80% auf die Zielmarke übertragen wird.In a further preferred embodiment, the invention therefore provides that the torsional rigidity of the probe extension is selected to be large enough around the axis along the optical axis of the image processing sensor by selecting the diameter and length in the regions above the target mark and between the target mark and the probe shape element Deflection of the Antastformelementes in the direction perpendicular to the optical axis and perpendicular to the changed direction, at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 80% is transferred to the target.
Die dem lateral messenden optischen Sensor und gegebenenfalls auch dem vertikal messenden Sensor zugeordnete Optik wird zur Erhöhung der Genauigkeit und/oder Flexibilität weitergebildet. Für die laterale Auslenkungsmessung ist es für genaue Messungen notwendig, dass der Abbildungsmaßstab innerhalb der im Rahmen der auftretenden vertikalen Auslenkungen vorliegenden vertikalen Positionen des Antastformelementes bzw. der Zielmarke konstant bleibt. Ansonsten würde abhängig von der vertikalen Auslenkung die laterale Auslenkung mit einem seitlichen Versatz, also falsch bestimmt werden. Hierzu ist die Optik telezentrisch ausgeführt, beispielsweise indem eine telezentrische Optik mit fester Abbildungsmaßstab oder eine telezentrische Zoomstufe einer Zoomoptik verwendet wird. Zusätzlich oder alternativ soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Genauigkeit für die laterale und/oder vertikale Messung einzustellen bzw. den Abbildungsmaßstab an die Größe des jeweils ausgewählten Antastformelementes bzw. Zielmarke anzupassen, damit diese unter Berücksichtigung der maximal zulässigen lateralen Auslenkung noch vollständig erfasst und mit maximal möglicher Auflösung und damit Genauigkeit gemessen werden können. Dies löst die Erfindung durch Einsatz einer Zoomoptik, wobei die verschiedenen Zoomstufen für den jeweils benötigten Arbeitsabstand aufgrund unterschiedlich langer Tasterverlängerungen verfügbar sein sollen, indem bevorzugt eine Zoomoptik mit unabhängig vom Abbildungsmaßstab einstellbarem Arbeitsabstand eingesetzt wird. Wird eine Zoomoptik auch für den Abstandssensor eingesetzt (Bauart 3D-Sensor), wird wahlweise ein großer Messbereich oder eine hohe Genauigkeiten für die Bestimmung der vertikalen Auslenkung ermöglicht.The optics which are assigned to the laterally measuring optical sensor and optionally also to the vertically measuring sensor are further developed for increasing the accuracy and / or flexibility. For the lateral deflection measurement it is necessary for accurate measurements that the image scale remains constant within the vertical positions of the detection element or the target mark which occur in the context of the occurring vertical deflections. Otherwise, depending on the vertical deflection, the lateral deflection would be incorrectly determined with a lateral offset. For this purpose, the optics is made telecentric, for example by using a telecentric optics with a fixed magnification or a telecentric zoom stage of a zoom lens. Additionally or alternatively, the possibility should be created to set the accuracy for the lateral and / or vertical measurement or to adapt the magnification to the size of the respective selected Antastformelementes or target, so that they still fully recorded and taking into account the maximum allowable lateral deflection maximum possible resolution and thus accuracy can be measured. This is achieved by the invention by using a zoom lens, wherein the different zoom levels for each required working distance due to different length probe extensions should be available by preferably a zoom optics is used with independent of the imaging scale adjustable working distance. If a zoom lens is also used for the distance sensor (type 3D sensor), either a large measuring range or a high accuracy for the determination of the vertical deflection is possible.
Kennzeichnend kann daher auch sein, dass eine telezentrische Optik mit festem Abbildungsmaßstab und/oder eine Zoomoptik, mit vorzugsweise unabhängig vom Abbildungsmaßstab einstellbarem Arbeitsabstand, für den lateral messenden optischen Sensor und/oder den vertikal messenden optischen Abstandsensor eingesetzt wird, wobei die Zoomoptik vorzugsweise zumindest einige Zoomstufen aufweist, die eine telezentrische Abbildung bewirken.It can therefore also be characteristic that telecentric optics with fixed magnification and / or zoom optics, with working distance which is preferably adjustable independently of the magnification, is used for the laterally measuring optical sensor and / or the vertical optical distance sensor, the zoom optics preferably at least some Has zoom levels that cause a telecentric imaging.
Besonders hervorzuheben ist der Gedanke, dass der lateral messende Sensor und der vertikal messende Abstandsensor zumindest teilweise einen gemeinsamen Strahlengang aufweisen, insbesondere im dem Werkstück zugewandten Bereich der Optik, wobei der Abstandsensor vorzugsweise ein Abstandsensor nach dem Foucault-Prinzip oder Fokussensor oder chromatisch konfokaler Sensor ist.Of particular note is the idea that the laterally measuring sensor and the vertically measuring distance sensor at least partially have a common beam path, in particular in the workpiece facing portion of the optics, wherein the distance sensor is preferably a distance sensor according to the Foucault principle or focus sensor or chromatically confocal sensor ,
Zur Erhöhung des Messbereichs des vertikal messenden Sensors kann dieser in einer weitergebildeten Variante eines Foucaultschen Abstandsensors ausgeführt sein. Nach dem Stand der Technik erfolgt bei einem Foucaultschen Abstandsensor die Abbildung des Messstrahls in Richtung des Werkstücks nach der eingebrachten Foucaultschen Schneide die halbe Apertur der Optik füllend. Bei Verkippung und/oder Auslenkung der vom Messstrahl erfassten Oberfläche wird der reflektierte Messstrahl deshalb teilweise durch die Optik abgeschattet, wodurch der ausgewertete Messstrahl deformiert und die Auswertung ungenauer wird bzw. der zulässige Auslenkungs- bzw. Kippbereich begrenzt wird. Dies wird erfindungsgemäß verbessert, indem als Lichtquelle für den Messstrahl eine nur einen eingeschränkten Bereich der Apertur der Optik füllende Beleuchtungsquelle eingesetzt wird, also beispielsweise eine stark kollimierte punktförmige Lichtquelle. Eine weitere Erhöhung des Messbereichs wird erfindungsgemäß realisiert indem, anstatt der nach dem Stand der Technik gebräuchlichen Differenzdiodenanordnungen, eine positionsempfindliche Diode (PSD – Position sensitive device) bzw. eine CCD- oder CMOS-Kamera als Empfänger verwendet wird, die eine größere seitliche Auslenkung des reflektierten Messstrahl detektieren können. Es können dabei Flächenkameras bzw. Flächen-PSD's aber auch Zeilenkameras bzw. Zeilen-PSD's eingesetzt werden. Zur Erhöhung der Auslesefrequenz bei Flächenkameras ist vorgesehen, nur einen einstellbaren eingeschränkten Bereich, insbesondere eine eingeschränkte Anzahl von Zeilen (Zeileneinschränkung), auszulesen. Die Zeilen liegen dabei senkrecht zur Richtung der zu messenden Auslenkung versetzt zueinander. Dadurch kann die volle Auslenkung auch bei Zeileneinschränkung erfolgen. Eine Spalteneinschränkung ist insbesondere bei CMOS-Sensoren förderlich und wird beispielsweise vorgenommen, wenn die zu erwartenden Auslenkungen nicht bis zum Rand des Kamerachips reichen.To increase the measuring range of the vertically measuring sensor, this can be embodied in a further developed variant of a Foucault distance sensor. According to the prior art, in a Foucault distance sensor, the image of the measuring beam in the direction of the workpiece after the introduced Foucault cutting edge fills half the aperture of the optic. Therefore, during tilting and / or deflection of the surface detected by the measuring beam, the reflected measuring beam is partially shaded by the optics, as a result of which the evaluated measuring beam is deformed and the evaluation becomes inaccurate or the permissible deflection or tilting range is limited. This is improved according to the invention by using as the light source for the measuring beam a source of illumination filling only a limited area of the aperture of the optics, that is, for example, a strongly collimated punctiform light source. A further increase in the measuring range is realized according to the invention by using, instead of the differential diode arrangements customary in the prior art, a position-sensitive diode (PSD) or a CCD or CMOS camera as the receiver, which has a greater lateral deflection of the sensor can detect reflected measuring beam. Surface cameras or surface PSD's but also line scan cameras or line PSD's are used. To increase the read-out frequency for area cameras, it is provided to read only an adjustable restricted area, in particular a limited number of lines (line restriction). The lines are perpendicular to the direction of the deflection to be measured offset from each other. As a result, the full deflection can be done even with line restriction. A column restriction is particularly conducive to CMOS sensors and is made, for example, if the expected deflections do not reach the edge of the camera chip.
Besonders hervorzuheben ist daher der Vorschlag, dass der vertikal messende optische Abstandsensor ein Sensor nach dem Foucault-Prinzip ist, wobei eine Beleuchtungsquelle verwendet wird, die nur einen eingeschränkten Teil der Apertur der zur Abbildung auf das Werkstück verwendeten Optik ausleuchtet, und/oder wobei eine linienförmige oder flächige Detektionseinheit wie positionsempfindliche Diode (PSD) oder Kamera zur Bestimmung der Lage der vom Werkstück reflektierten Beleuchtung verwendet wird.Particularly noteworthy therefore is the suggestion that the vertically measuring optical distance sensor is a Foucault principle sensor, using an illumination source which illuminates only a limited part of the aperture of the optics used for imaging on the workpiece, and / or wherein a linear or area detection unit such as position sensitive diode (PSD) or camera is used to determine the position of the reflected light from the workpiece.
Erfindungsgemäß wird des Weiteren eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der der taktil-optische Sensor in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder computertomografischen Sensoren, integriert ist, vorzugsweise der lateral messende optische Sensor und der vertikal messende optische Abstandsensor unabhängig vom taktil-optischen Sensor betreibbar sind.The invention further proposes a device in which the tactile-optical sensor is integrated in a coordinate measuring machine, preferably a multi-sensor coordinate measuring device together with further sensors, preferably tactile, optical or computer tomographic sensors, preferably the laterally measuring optical sensor and the vertically measuring optical distance sensor independently can be operated by the tactile-optical sensor.
Dies bedeutet also beispielsweise, dass der lateral messende optische Sensor und der vertikal messende optische Abstandsensor bei abgelegter Tasterverlängerung, also abgelegter Faseraufnahme, Justiereinheit oder Halter, alternativ zur Messung der Werkstückoberfläche einsetzbar sind.This means, for example, that the laterally measuring optical sensor and the vertically measuring optical distance sensor can be used alternatively when measuring the workpiece surface when the stylus extension is stored, ie when the fiber receptacle, adjusting unit or holder is stored.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar ist, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit diesem ermittelbar ist, und vorzugsweise die vertikale Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandsensor ermittelbar ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Tasterverlängerung von einer Faseraufnahme ausgeht, an die sich direkt oder indirekt ein biegeelastischer Teil anschließt, an den sich direkt oder indirekt das Antastformelement oder gegebenenfalls die Zielmarke anschließt, wobei bei gegebenenfalls vorhandener Zielmarke zwischen dieser und dem Antastformelement verlaufender Teil der Tasterverlängerung in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ist, und dass Mittel zur Justierung der Tasterverlängerung eine Wechselschnittstelle zur Befestigung austauschbarer Faseraufnahmen aufweisen.The invention also provides an apparatus for determining geometric features or structures on a workpiece, by means of a tactile-optical sensor, at least consisting of a laterally measuring optical sensor, preferably image processing sensor, preferably a vertically measuring optical distance sensor, and an at least partially flexible elastic probe extension wherein at least one of the stylus extension is deflected: a probing element which is deflectable on contact with the workpiece, and preferably at least one target mark associated with the probing element which is deflectable when the probing element contacts the workpiece, the lateral deflection of the probing element or target being perpendicular to the optical axis of the laterally measuring optical sensor can be determined with this, and preferably the vertical deflection of the sensing element or the target along or almost along the optical axis d it can be determined with the distance sensor sensor, which is characterized in that the probe extension emanating from a fiber receptacle, which directly or indirectly adjoins a flexurally elastic part, directly or indirectly adjoining the Antastformelement or optionally the target, wherein if there is an existing target between this and the Antastformelement extending part of the probe extension with respect to the flexurally elastic member is rigid, and that means for adjusting the probe extension have a removable interface for attaching replaceable fiber mounts.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar ist, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit diesem ermittelbar ist, und vorzugsweise die vertikale Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandsensor ermittelbar ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Tasterverlängerung von einer Faseraufnahme ausgeht, an die sich direkt oder indirekt ein biegeelastischer Teil anschließt, an den sich direkt oder indirekt das Antastformelement oder gegebenenfalls die Zielmarke anschließt, wobei bei gegebenenfalls vorhandener Zielmarke zwischen dieser und dem Antastformelement verlaufender Teil der Tasterverlängerung in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ist, dass Mittel zur Justierung der Tasterverlängerung, insbesondere zusammen mit der Faseraufnahme, relativ zu dem lateral messenden optischen Sensor vorgesehen sind, die zumindest einen manuell oder motorisch betriebenen, translatorischen oder rotatorischen Stellmechanismus enthalten, vorzugsweise dass Mittel zur Einstellung von mindestens zwei translatorischen und mindestens zwei rotatorischen Freiheitsgraden vorgesehen sind, dass die Mittel zur Justierung eine Wechselschnittstelle, vorzugsweise Magnetschnittstelle, zur Befestigung austauschbarer Faseraufnahmen aufweisen, und/oder dass die Mittel zur Justierung eine, vorzugsweise weitere, Wechselschnittstelle, vorzugsweise Magnetschnittstelle, zur Befestigung an dem lateral messenden optischen Sensor oder einem diesem zugeordneten Halter aufweisen, wobei vorzugsweise die Mittel zur Justierung in mehreren, vorzugsweise vier je 90°, um die optische Achse des lateral messenden optischen Sensors verdreht vorliegenden Stellungen befestigbar ist.In particular, the invention is characterized by a device for determining geometric features or structures on a workpiece, by means of a tactile-optical sensor, at least consisting of a laterally measuring optical sensor, preferably image processing sensor, preferably a vertically measuring optical distance sensor, and one at least partially flexible elastic probe extension, wherein from the probe extension at least assume: a Antastformelement which is deflected in contact with the workpiece, and preferably at least one of the Antastformelement associated target mark which is deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece, wherein the lateral deflection of the Antastformelements or the target mark perpendicular to the optical axis of the laterally measuring optical sensor can be determined with this, and preferably the vertical deflection of the Antastformelements or the target along or almost along the opti rule axis of the laterally measuring optical sensor with the distance sensor can be determined, which is characterized in that the probe extension emanating from a fiber receptacle, which directly or indirectly adjoins a flexurally elastic part, which is directly or indirectly followed by the Antastformelement or optionally the target , Wherein optionally existing target between this and the Antastformelement extending part of the probe extension with respect to the flexurally elastic member is rigid that means for adjusting the probe extension, in particular together with the fiber receptacle, are provided relative to the laterally measuring optical sensor, the at least one manually or motor-operated, translatory or rotary actuating mechanism, preferably that means for adjusting at least two translational and at least two rotational degrees of freedom are provided that the means for adjustment comprise an exchange interface, preferably a magnetic interface, for attaching interchangeable fiber receivers, and / or that the means for adjustment comprise a, preferably further, changeover interface, preferably magnetic interface, for attachment to the laterally measuring optical sensor or a holder associated therewith, wherein Preferably, the means for adjustment in a plurality, preferably four each 90 °, about the optical axis of the laterally measuring optical sensor twisted present positions can be fastened.
Kennzeichnend für die Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes (
Auch bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück unter Verwendung eines Tasters eines taktil-optischen Sensors umfassend eine zumindest abschnittsweise biegeelastisch ausgebildete Tasterverlängerung mit einem Befestigungsabschnitt zum Einbringen in eine Aufnahme bzw. Faseraufnahme, wobei der Befestigungsabschnitt ein Abschnitt der Tasterverlängerung oder ein Abschnitt der die Tasterverlängerung aufnehmenden Halterung ist, und zeichnet sich dadurch aus, dass der Befestigungsabschnitt als Verdrehsicherung ausgebildet wird.Also, the invention relates to a method for the determination of geometric features or structures on a workpiece using a probe of a tactile-optical sensor comprising an at least partially bending elastic trained probe extension with a mounting portion for insertion into a receptacle or fiber receptacle, wherein the attachment portion is a portion of the probe extension or a portion of the probe extension receiving bracket, and is characterized in that the fastening portion is formed as a rotation.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Befestigungsabschnitt in seinem in der Aufnahme verlaufenden Bereich in einer senkrecht zur Längsachse des Befestigungsabschnitts verlaufenden Ebene zumindest abschnittsweise mit einer von einer Kreisgeometrie abweichenden Außengeometrie versehen wird, an die die Aufnahme in ihrer Innengeometrie angepasst wird.In particular, it is provided that the attachment portion is provided in its extending in the receiving area in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the attachment portion level at least in sections with a deviating from a circle geometry outer geometry to which the recording is adjusted in its internal geometry.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die von der Kreisgeometrie abweichende Außengeometrie durch eine Abflachung wie eben verlaufenden Abschnitt des Befestigungsabschnittes, einen von dem Befestigungsabschnitt abragenden Vorsprung, eine in dem Befestigungsabschnitt verlaufende Aussparung, eine in Längsrichtung des Befestigungsabschnitts verlaufende Vertiefung wie Nut und/oder durch eine mehrkantförmige Gestaltung des Befestigungsabschnitts gebildet wird.The invention is also distinguished by the fact that the geometry deviating from the circular geometry by a flattening as planar portion of the mounting portion, a projection projecting from the attachment portion, a recess extending in the attachment portion, a groove extending in the longitudinal direction of the attachment portion such as groove and / or is formed by a polygonal configuration of the attachment portion.
Nach der eigenständigen Schutz genießenden Idee ist insbesondere vorgesehen, die Tasterverlängerung so auszuführen, dass die Tasterverlängerung zumindest im Bereich der Faseraufnahme eine bereichsweise ebene Abflachung aufweist, vorzugsweise die Abflachung durch eine zumindest bereichsweise abgeflachte Außenseite des Hohlzylinders gebildet wird, in den die Tasterverlängerung bereichsweise eingeführt ist.After the independent protection enjoying idea is provided in particular to perform the probe extension so that the probe extension at least in the fiber receiving a partially planar flat, preferably the flattening is formed by an at least partially flattened outside of the hollow cylinder, in which the probe extension is partially inserted ,
Hierdurch kann das von den restlichen Erfindungen losgelöste Problem gelöst werden, dass die Tasterverlängerung in einer definierten Lage in der Faseraufnahme angeordnet wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der parallel oder entlang der optischen Achse verlaufende Bereich der Tasterverlängerung, der das Antastformelement und gegebenenfalls die Zielmarke enthält, genau in seiner Richtung bestimmt ist, auch dann, wenn die Tasterverlängerung, z. B. bei Verschleiß, durch eine z. B. gleichartige Tasterverlängerung ausgetauscht wird.As a result, the detached from the remaining inventions problem can be solved that the probe extension is arranged in a defined position in the fiber receptacle. This has the advantage that the parallel or along the optical axis extending portion of the probe extension containing the Antastformelement and optionally the target, is determined exactly in its direction, even if the probe extension, z. B. wear, by a z. B. similar button extension is replaced.
Vorzugsweise kommt die Ausbildung der Abflachung bei der Bauart „2D-Sensor” zum Einsatz. Besonders bevorzugt wird die Abflachung an dem in die Faseraufnahme eintauchenden Bereich des Hohlzylinders angebracht, in den die Tasterverlängerung eingeführt wird, nachdem der Hohlzylinder um 90 umgebogen wurde. Die Faseraufnahme enthält als Gegenstück eine ebenso ebene Anlagefläche. Alternative Ausgestaltungen, bei denen die Tasterverlängerung bzw. der Hohlzylinder zylindrisch und die Anlagefläche beispielsweise in Form einer V-Nut ausgeführt sind, haben den Nachteil, dass die Tasterverlängerung in verschiedenen Drehlagen in der V-Nut angeordnet werden kann.Preferably, the formation of the flattening in the "2D sensor" design is used. Particularly preferably, the flattening is applied to the dipping into the fiber receiving portion of the hollow cylinder, in which the probe extension is introduced after the hollow cylinder bent over 90 has been. The fiber holder contains as counterpart an equally flat contact surface. Alternative embodiments, in which the probe extension or the hollow cylinder are cylindrical and the contact surface, for example in the form of a V-groove, have the disadvantage that the probe extension can be arranged in different rotational positions in the V-groove.
In einer besonderen Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass die Faseraufnahme eine Anlagefläche für den abgeflachten Bereich der Tasterverlängerung bzw. des Hohlzylinders aufweist, wobei die Anlagefläche vorzugsweise eben ist.In a particular embodiment, the invention therefore provides that the fiber receptacle has a contact surface for the flattened region of the probe extension or the hollow cylinder, wherein the contact surface is preferably flat.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Normalenrichtung der Abflachung parallel zur Richtung des parallel oder entlang der optischen Achse verlaufenden Bereichs der Tasterverlängerung ausgebildet ist und vorzugsweise der Hohlzylinder eine Biegung von 90° aufweist.It is preferably provided that the normal direction of the flattening is formed parallel to the direction of the region of the probe extension extending parallel or along the optical axis, and preferably the hollow cylinder has a bend of 90 °.
Die Umbiegung des Hohlzylinders bzw. der Tasterverlängerung erfolgt also so, dass der umgebogene Teil entlang der gewünschten Richtung der Tasterverlängerung im Bereich von Antastformelement bzw. Zielmarke verläuft. Dies wird beispielsweise erreicht, indem der abgeflachte Bereich in einer Biegevorrichtung an einer Anlagefläche angelegt wird, die eine definierte Lage zur Biegerichtung aufweist. Somit wird die Lage der Abflachung zur Biegung reproduzierbar genau eingestellt.The bending of the hollow cylinder or the probe extension is thus carried out so that the bent part runs along the desired direction of the probe extension in the range of sensing element or target. This is achieved, for example, by applying the flattened region in a bending device to a contact surface which has a defined position relative to the bending direction. Thus, the position of the flattening for bending is reproducibly set accurately.
Alternative Ausgestaltung der Biegung des Hohlzylinders für spezielle Messaufgaben sehen auch vor, dass die Umbiegung im Bereich 85° bis 95° erfolgt.Alternative embodiment of the bending of the hollow cylinder for special measuring tasks also provide that the bend takes place in the range 85 ° to 95 °.
Besonders bevorzugt wird die Tasterverlängerung am dem Antastformelement zugewandten Austritt aus dem Hohlzylinder mit diesem verklebt, um eine Fixierung im Hohlzylinder zu erreichen.Particularly preferred is the probe extension glued to the Antastformelement facing exit from the hollow cylinder with this, in order to achieve a fixation in the hollow cylinder.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass die Tasterverlängerung zumindest abschnittsweise im Inneren des Hohlzylinders verläuft, wobei der Hohlzylinder eine Biegung von 85° bis 95°, bevorzugt 90° aufweist, wobei innerhalb des Hohlzylinders vorzugsweise nur nicht gezogene Bereiche der Tasterverlängerung verlaufen und vorzugsweise am dem Antastformelement zugewandten Austrittspunkt der Tasterverlängerung aus dem Hohlzylinder Tasterverlängerung und Hohlzylinder verklebt sind.According to the invention it is also provided that the probe extension extends at least in sections inside the hollow cylinder, wherein the hollow cylinder has a bend of 85 ° to 95 °, preferably 90 °, preferably within the hollow cylinder only not drawn areas of the probe extension extend and preferably on the Antastformelement facing exit point of the probe extension from the hollow cylinder probe extension and hollow cylinder are glued.
Weiterer Vorteil der Abflachung ist es, dass die dadurch definierte Anlage der Tasterverlängerung in der Faseraufnahme dafür sorgt, dass die auf das vom Antastformelement abgewandte Ende der Tasterverlängerung ausgerichtete und in der Faseraufnahme befestigte Lichtquelle mit hoher Koppeleffizienz Licht in die Antastverlängerung einkoppeln kann, auch wenn die Tasterverlängerung ausgetauscht wird.Another advantage of the flattening is that the system defined by the probe extension in the fiber intake ensures that the light source with high coupling efficiency aligned with the end of the probe extension aligned with the fiber optic receptacle can couple light into the probe extension, even if the light source Button extension is replaced.
Abflachung ist als Synonym für eine geometrische Gestaltung, die eine Verdrehsicherung bewirkt.Flattening is synonymous with a geometric design that causes an anti-rotation.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück ausgelenkt wird, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück ausgelenkt wird, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke, senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors, mit diesem ermittelt wird, und vorzugsweise die vertikale Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandsensor ermittelt wird.The invention also relates to a method for determining geometric features or structures on a workpiece by means of a tactile-optical sensor, at least consisting of a laterally measuring optical sensor, preferably image processing sensor, preferably a vertically measuring optical distance sensor, and an at least partially flexurally elastic Probe extension, wherein at least assume the probe extension: a Antastformelement which is deflected upon contact with the workpiece, and preferably at least one of the Antastformelement associated target, which is deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece, wherein the lateral deflection of the Antastformelements or the target , perpendicular to the optical axis of the laterally measuring optical sensor, is determined therewith, and preferably the vertical deflection of the sensing element or the target along or almost along the optical axis of the is measured laterally measuring optical sensor with the distance sensor.
Zumindest Aspekte der Aufgaben werden im Wesentlichen durch ein entsprechendes Verfahren gelöst, bei dem eine Tasterverlängerung verwendet wird, die von einer Faseraufnahme ausgeht, an die sich direkt oder indirekt ein biegeelastischer Teil anschließt, an den sich direkt oder indirekt das Antastformelement oder gegebenenfalls die Zielmarke anschließt, wobei bei gegebenenfalls vorhandener Zielmarke zwischen dieser und dem Antastformelement verlaufender Teil der Tasterverlängerung in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ist.At least aspects of the objects are essentially achieved by a corresponding method in which a probe extension is used, which starts from a fiber receptacle, which directly or indirectly adjoins a flexurally elastic part, directly or indirectly adjoining the probing element or optionally the target , Wherein, if any existing target between this and the Antastformelement extending part of the probe extension with respect to the flexurally elastic member is rigid.
Um möglichst flexibel mit anpassbarer Punktedichte, Messgeschwindigkeit und Genauigkeit messen zu können, sieht die Erfindung vor, zwischen Einzelpunktmessungen und verschiedenen Scanning-Verfahren umzuschalten. Unter Umständen werden für die verschiedenen Verfahren unterschiedliche, entsprechend geeignete Tasterverlängerungen verwendet, die vorzugsweise automatisch eingewechselt werden.In order to be able to measure as flexibly as possible with adjustable point density, measuring speed and accuracy, the invention provides for single-point measurements and various scanning methods switch. Under certain circumstances, different, correspondingly suitable probe extensions are used for the different methods, which are preferably replaced automatically.
In einem ersten auswählbaren Betriebsmodus für besonders hohe Genauigkeiten werden die Messpunkte einzeln aufgenommen. Dazu wird das Antastformelement an das Werkstück heran gefahren und bis zu einem vordefinierten Betrag ausgelenkt. Anschließend wird die Position des Sensors in Bezug zum Werkstück und die Auslenkung bestimmt und der Messpunkt berechnet sowie die Antastung wieder gelöst. Alternativ kann die Bestimmung von Position des Sensors und Auslenkung auch mehrfach und/oder sogar während des Antastvorgangs erfolgen und aus mehreren Wertepaaren ein Messpunkt durch Mittelung bestimmt werden.In a first selectable operating mode for particularly high accuracies, the measuring points are recorded individually. For this purpose, the Antastformelement is driven up to the workpiece and deflected to a predefined amount. Then the position of the sensor in relation to the workpiece and the deflection is determined and the measuring point is calculated and the probing is released again. Alternatively, the determination of the position of the sensor and deflection can also take place several times and / or even during the probing process and a measurement point can be determined from a plurality of value pairs by averaging.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass manuell oder automatisch eine Tasterverlängerung eingewechselt wird, mit der Messpunkte am Werkstück jeweils im Einzelpunktmodus ermittelt werden, indem folgende Schritte durchgeführt werden:
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander aufeinander zu bewegt, bis eine vordefinierte Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke erreicht wurde
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander voneinander weg bewegt, zumindest bis keine Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke mehr vorliegt
- – die Ermittlung der Auslenkung des Antastformelementes und/oder der Zielmarke erfolgt während des aufeinander zu Bewegens und/oder während des voneinander weg Bewegens und/oder zwischen beiden Bewegungen,
- – aus der einen oder mehreren ermittelten Auslenkungen und der dabei jeweils vorliegenden Lage des taktil-optischen Sensors in Bezug zum Werkstück, vorzugsweise anhand der Positionen der Messachsen eines Koordinatenmessgerätes bestimmt, wird jeweils ein Messpunkt berechnet.
- - Antastformelement and workpiece are moved towards each other relative to each other until a predefined deflection of the probe form element or the target mark has been reached
- - Antastformelement and workpiece are moved away from each other relative to each other, at least until there is no deflection of the probe form element or the target more
- The determination of the deflection of the sensing element and / or the target is effected during the movement towards one another and / or during the movement away from one another and / or between both movements,
- - Determined from the one or more determined deflections and thereby each present position of the tactile-optical sensor with respect to the workpiece, preferably based on the positions of the measuring axes of a coordinate measuring machine, a measuring point is calculated in each case.
In einem zweiten auswählbaren Betriebsmodus für besonders schnelle Aufnahme vieler Messpunkte auf einer Bahn bzw. in einem Bereich der Werkstückoberfläche sind verschiedene Scanning-Verfahren vorgesehen. Allgemeine Merkmale beim Scanning sind, dass nach dem Heranfahren an das Werkstück und Auslenkung des Antastformelementen bis zu einem vorgegebenen Wert, mehrere Messpunkte zyklisch aufgenommen werden, wobei sich dabei das Antastformelement und das Werkstück zueinander auf einer Bahn bewegen und in Berührung bleiben. Erst nach Aufnahme aller vorgesehenen Messpunkte, also Abfahren der Bahn, wird die Antastung wieder gelöst.In a second selectable operating mode for particularly fast recording of many measuring points on a track or in a region of the workpiece surface, various scanning methods are provided. General features of scanning are that after approaching the workpiece and deflection of the Antastformelementen up to a predetermined value, several measuring points are recorded cyclically, while the Antastformelement and the workpiece move each other on a track and remain in touch. Only after recording all intended measuring points, ie tracing the web, the probing is released again.
Nach einer besonders bevorzugten alternativen Lösung sieht die Erfindung daher vor, dass manuell oder automatisch eine Tasterverlängerung eingewechselt wird, mit der mehrere Messpunkte, vorzugsweise versetzt zueinander, am Werkstück im Scanningmodus ermittelt werden, indem folgende Schritte durchgeführt werden:
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander aufeinander zu bewegt, bis eine vordefinierte Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke erreicht wurde
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander auf einer Bahn bewegt, wobei Antastformelement und Werkstück in Berührung bleiben, und wobei während der Bewegung zyklisch die Auslenkung des Antastformelementes und/oder der Zielmarke ermittelt wird
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander voneinander weg bewegt, zumindest bis keine Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke mehr vorliegt
- – aus den mehreren ermittelten Auslenkungen und der dabei jeweils vorliegenden Lage des taktil-optischen Sensors in Bezug zum Werkstück, vorzugsweise anhand der Positionen der Messachsen eines Koordinatenmessgerätes bestimmt, werden die mehreren Messpunkte berechnet.
- - Antastformelement and workpiece are moved towards each other relative to each other until a predefined deflection of the probe form element or the target mark has been reached
- - Antastformelement and workpiece are moved relative to each other on a track, with Antastformelement and workpiece in contact, and wherein during the movement, the deflection of the Antastformelementes and / or the target is determined cyclically
- - Antastformelement and workpiece are moved away from each other relative to each other, at least until there is no deflection of the probe form element or the target more
- - Determined from the plurality of determined deflections and thereby each present position of the tactile-optical sensor with respect to the workpiece, preferably based on the positions of the measuring axes of a coordinate measuring machine, the plurality of measuring points are calculated.
Zur Festlegung der Bahn, auf dem die Messpunkte beim Scanning aufgenommen werden, sind mehrere Verfahren vorgesehen. Es wird einerseits unterschieden zwischen Verfahren, bei denen die Auslenkung zwischen einem minimalen und maximalen Betrag um einen Sollwert (Sollauslenkung) geregelt wird (geregeltes Scanning), und Verfahren, bei denen keine Regelung (ungeregeltes Scanning) erfolgt. Andererseits wird unterschieden zwischen Scanning auf einer fest vorgegebenen Bahn und Scanning ohne feste Vorgabe der Bahn. Im zweiten Fall erfolgt die Bestimmung der Bahn mindestens durch Festlegung eines Start- und eines Endpunktes, wobei dieses Verfahren praktisch nur beim geregelten Scanning einsetzbar ist (Ausnahme: Die Werkstückoberfläche entlang der direkten Verbindungslinie zwischen Start- und Endpunkt weißt maximale Abweichungen in der Größe der zulässigen Auslenkungen auf).To determine the path on which the measuring points are recorded during scanning, several methods are provided. On the one hand, a distinction is made between methods in which the deflection between a minimum and maximum amount is regulated by a desired value (target deflection) (controlled scanning), and methods in which no control (unregulated scanning) takes place. On the other hand, a distinction is made between scanning on a fixed path and scanning without fixed specification of the path. In the second case, the determination of the web is carried out at least by defining a start and an end point, this method is practically only used in controlled scanning (exception: the workpiece surface along the direct line connecting the start and end points know maximum deviations in the size of the permissible Deflections on).
Beim Scanning auf einer vorgegebenen Bahn (Sollbahn) erfolgt die Relativbewegung zwischen Sensor und Werkstück auf dieser Sollbahn und im ungeregelten Fall werden die jeweils vorliegenden Auslenkungen aufgezeichnet. Dieses ungeregelte Scanning wird dann eingesetzt, wenn die Werkstückoberfläche im Rahmen der zulässigen Auslenkung genau genug bekannt ist. Anderenfalls würde die zulässige Auslenkung überschritten werden. Die Auslenkung wird dazu überwacht und gegebenenfalls das Scanning abgebrochen. Die Sollbahn kann dabei beliebig im Raum liegen und es werden alle benötigten Bewegungsachsen des zur Relativbewegung zwischen Werkstück und taktil-optischen Sensor verwendeten Koordinatenmessgeräts eingesetzt.When scanning on a predetermined path (desired path), the relative movement between sensor and workpiece takes place on this desired path and in the unregulated case, the respective deflections are recorded. This unregulated scanning is then used when the workpiece surface in the frame the permissible deflection is known exactly enough. Otherwise, the permissible deflection would be exceeded. The deflection is monitored and if necessary the scanning is stopped. The desired path can be located anywhere in the space and all required axes of motion of the coordinate measuring machine used for relative movement between the workpiece and the tactile-optical sensor are used.
Alternativ erfolgt das Scanning auf einer vorgegebenen Bahn als geregeltes Scanning. Es wird dabei versucht, der Sollbahn zu folgen und gleichzeitig die vorgegebene Auslenkung zu regeln. Dies gelingt erfindungsgemäß bevorzugt dann, wenn der Sollbahn in den beiden durch eine sogenannte Scanning-Ebene definierten Koordinatenrichtungen gefolgt wird und in der senkrecht dazu stehenden Koordinatenrichtung die Regelung der Auslenkung erfolgt. Vorzugsweise sind die drei Koordinatenrichtungen parallel zu den Achsantrieben des zur Ausführung der Relativbewegung verwendeten Koordinatenmessgeräts. Hierdurch wird nur ein Achsantrieb zur Regelung der Auslenkung und die anderen beiden Achsantriebe werden zur Bewegung auf der Sollbahn eingesetzt. Es ist jedoch auch vorgesehen, in allen drei Raumrichtungen eine Regelung vorzunehmen, also alle Achsantriebe für die Regelung einzusetzen. Da die Bewegung entlang der Bahn grundlegend tangential zur jeweils berührten Werkstückoberfläche, also senkrecht zur jeweils vorliegenden Auslenkung, erfolgen muss, um den Kontakt zur Werkstückoberfläche nicht zu verlieren, erfolgt die Regelung entsprechend senkrecht zur Oberflächentangente, also in Richtung der Auslenkung.Alternatively, the scanning is carried out on a predetermined path as a controlled scanning. An attempt is made to follow the setpoint path and at the same time to regulate the predetermined deflection. This is achieved according to the invention preferably when the nominal path is followed in the two coordinate directions defined by a so-called scanning plane and in the coordinate direction perpendicular thereto the regulation of the deflection takes place. Preferably, the three coordinate directions are parallel to the axis drives of the coordinate measuring machine used to perform the relative movement. As a result, only one axle drive for regulating the deflection and the other two axle drives are used for movement on the desired path. However, it is also envisaged to carry out a control in all three spatial directions, ie to use all the final drives for the control. Since the movement along the path basically tangential to the respectively contacted workpiece surface, ie perpendicular to the respective present deflection, must be made in order not to lose contact with the workpiece surface, the control is carried out according to perpendicular to the surface tangent, ie in the direction of the deflection.
Die Sollbahn ist beispielsweise ein Spline, der definiert wird aus Konturen, die einem CAD-Modell des Werkstücks oder bereits gemessenen Konturen am Werkstück oder geometrischen Grundformen wie Gerade, Geradenabschnitt, Kreis, Kreisabschnitt, Helixabschnitt entnommen worden sind.The desired path is, for example, a spline that is defined by contours that have been taken from a CAD model of the workpiece or already measured contours on the workpiece or geometric basic shapes such as straight line, straight line section, circle, circular section, helix section.
Bevorzugterweise ist daher vorgesehen, dass für die Bahn eine Sollbahn wie Spline festgelegt wird, die aus einer oder mehreren vorgegebenen Kurven im Raum gebildet wird, wobei die Kurven vorzugsweise ausgehend von bereits gemessenen Punkten und/oder einem Modell wie CAD-Modell des Werkstück und/oder aus geometrischen Grundformen wie beispielsweise Gerade, Geradenabschnitt, Kreis, Kreisabschnitt, Helixabschnitt festgelegt werden und die Bahn entweder der Sollbahn entspricht (ungeregeltes Scanning) oder der Sollbahn unter Berücksichtigung der Auslenkung des Antastformelementes und/oder der Zielmarke, vorzugsweise in zumindest zwei durch eine Scanning-Ebene definierten Koordinatenrichtungen, folgt (geregeltes Scanning).Preferably, it is therefore provided that a desired trajectory such as spline is formed for the web, which is formed from one or more predetermined curves in space, the curves preferably starting from already measured points and / or a model such as CAD model of the workpiece and / or from geometric basic forms such as straight line, straight line section, circle, circular section, helix section are determined and the web either the desired path corresponds (unregulated scanning) or the desired trajectory, taking into account the deflection of the Antastformelementes and / or the target, preferably in at least two by a scanning Plane defined coordinate directions, follows (controlled scanning).
Beim Scanning ohne vorgegebene Sollbahn wird die Bahn festgelegt, indem zumindest ein Start- und ein Endpunkt definiert werden, zwischen denen die Bahn verlaufen soll. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, Zwischenpunkte zu definieren, durch die die Bahn verläuft. Die zwischen Start- und Endpunkt bzw. den Zwischenpunkten abzufahrende Bahn ergibt sich anhand der vorliegenden Werkstückoberfläche, indem die Auslenkung geregelt wird. Im allgemeinen Fall erfolgt die Regelung in allen drei Raumrichtungen, also unter Verwendung aller Achsantriebe. Um wiederum den Kontakt zur Werkstückoberfläche nicht zu verlieren, erfolgt die Regelung entsprechend senkrecht zur Oberflächentangente, also in Richtung der Auslenkung, und die Bewegung auf der Bahn grundlegend tangential zur Werkstückoberfläche, also senkrecht zur jeweils vorliegenden Auslenkung und in Richtung der Bahn, also auf den Endpunkt bzw. nächsten Zwischenpunkt zu.When scanning without a predetermined target path, the path is determined by defining at least one start and one end point between which the path is to run. Furthermore, it is preferably provided to define intermediate points through which the web passes. The path to be traveled between the starting point and end point or the intermediate points is determined on the basis of the present workpiece surface by controlling the deflection. In the general case, the control takes place in all three spatial directions, ie using all axis drives. In order not to lose contact with the workpiece surface, the control is carried out according to perpendicular to the surface tangent, ie in the direction of deflection, and the movement on the web fundamentally tangent to the workpiece surface, ie perpendicular to each present deflection and in the direction of the web, ie on the End point or next intermediate point too.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung gelingt das Scanning ohne vorgegebene Sollbahn dann, wenn die zwischen Start- und Endpunkt verlaufende Bahn durch die Vorgabe einer Scanning-Ebene eingeschränkt wird. Dies bedeutet, dass die Bahn innerhalb dieser Scanning-Ebene verläuft. Die Regelung der Auslenkung erfolgt dann bevorzugt auch in den beiden die Scanning-Ebene aufspannenden Raumrichtungen. Um die genaue Richtung der jeweiligen Regelbewegung und der jeweiligen Bewegungsrichtung auf der Bahn festzulegen ist vorgesehen, zunächst die Richtung der Auslenkung, bevorzugt die Richtung der in die Scanning-Ebene projizierten Auslenkung zu bestimmen. Diese Richtung steht in etwa senkrecht auf der jeweils gerade berührten Werkstückoberfläche. Daher erfolgt anschließend die Regelung in der Richtung der Auslenkung bzw. der in die Scanning-Ebene projizierten Auslenkung, und die Bewegung senkrecht dazu, also entlang der jeweiligen Oberflächentangente. Der Richtungssinn der Bewegung wird so festgelegt, dass keine Bewegung in entgegengesetzte Richtung plötzlich eingeleitet wird, also so, dass der kleinere Winkel zur bis dahin vorliegenden Bewegungsrichtung vorliegt.According to a particularly preferred solution, the scanning succeeds without predetermined nominal path when the running between the start and end point path is limited by the specification of a scanning plane. This means that the web runs within this scanning plane. The regulation of the deflection is then preferably also in the two spanning the scanning plane spatial directions. In order to determine the exact direction of the respective control movement and the respective direction of movement on the web, it is provided to first determine the direction of the deflection, preferably the direction of the deflection projected into the scanning plane. This direction is approximately perpendicular to the currently just touched workpiece surface. Therefore, the control then takes place in the direction of the deflection or the deflection projected into the scanning plane, and the movement perpendicular thereto, ie along the respective surface tangent. The sense of direction of the movement is determined so that no movement in the opposite direction is initiated suddenly, so that the smaller angle to the existing direction of motion exists.
Um vorzugeben, in welche Richtung vom Startpunkt wegführend die Bahn beginnen soll, ist bevorzugt vorgesehen, eine Richtung vorzugeben, beispielsweise durch Angabe eines Richtungspunktes. Die Scannbewegung beginnt dann vom Startpunkt aus gesehen in direkter Richtung oder in die Scanning-Ebene projizierter Richtung auf den Richtungspunkt zu. Die Definition der Scanning-Ebene kann beispielsweise erfolgen anhand des Startpunktes oder Endpunktes in Verbindung mit einem Vektor, der den Normalenvektor der Scanning-Ebene bildet. Alternativ kann als Scanning-Ebene auch eine durch jeweils zwei Koordinatenmessgeräteachsen definierte Ebene verwendet werden, die zum Startpunkt oder Endpunkt verschoben wird.In order to specify in which direction the web is to start leading away from the starting point, it is preferably provided to specify a direction, for example by specifying a direction point. The scanning movement then starts from the starting point in the direct direction or in the scanning plane projected direction towards the direction point. For example, the definition of the scanning plane can be based on the starting point or end point in conjunction with a vector which contains the normal vector of the scanning Level forms. Alternatively, a plane defined by two coordinate measuring machine axes each, which is shifted to the starting point or end point, can also be used as the scanning plane.
Kennzeichnend kann daher auch sein, dass die Bahn festgelegt wird durch einen Startpunkt und einen Endpunkt, und vorzugsweise durch einen oder mehrere Zwischenpunkte, und vorzugsweise durch eine Startrichtung und/oder Scanning-Ebene, und dass zwischen den definierten Punkten die Bahn unter Berücksichtigung der Auslenkung des Antastformelementes und/oder der Zielmarke (geregeltes Scanning) durch die Lage der jeweils berührten Werkstückoberfläche bestimmt ist.It can therefore also be characteristic that the path is defined by a start point and an end point, and preferably by one or more intermediate points, and preferably by a start direction and / or scanning plane, and that between the defined points, the path taking into account the deflection of the probing element and / or the target mark (controlled scanning) is determined by the position of the respectively contacted workpiece surface.
Besonders hervorzuheben ist der Gedanke, dass während der Bewegung auf der Bahn die Auslenkung zwischen einem minimalen und einem maximalen Betrag um eine Sollauslenkung durch Bewegung entsprechender Koordinatenmessgeräteachsen geregelt wird, wobei vorzugsweise die Regelung senkrecht zu einer Scanning-Ebene oder in den zwei Raumrichtungen innerhalb der Scanning-Ebene oder in allen drei Raumrichtungen erfolgt.Particularly noteworthy is the idea that during the movement on the web, the deflection between a minimum and a maximum amount by a target deflection by moving corresponding coordinate measuring machine axes is regulated, preferably the control perpendicular to a scanning plane or in the two spatial directions within the scanning Level or in all three spatial directions.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass bei der Regelung in den zwei Raumrichtungen innerhalb der Scanning-Ebene, die Regelung in Richtung der Auslenkung, vorzugsweise in Richtung der in die Scanning-Ebene projizierten Auslenkung, und die Bewegung entlang der Bahn innerhalb der Scanning-Ebene rechtwinklig zur Auslenkung, vorzugsweise rechtwinklig zur in die Scanning-Ebene projizierten Auslenkung, erfolgt, wobei vorzugsweise der Richtungssinn der Bewegung so festgelegt wird, dass der kleinere Winkel zur bis dahin vorliegenden Bewegungsrichtung vorliegt.It is preferably provided that in the regulation in the two spatial directions within the scanning plane, the regulation in the direction of the deflection, preferably in the direction of the deflection projected into the scanning plane, and the movement along the path within the scanning plane at right angles to Deflection, preferably at right angles to the projected in the scanning plane deflection, takes place, wherein preferably the sense of direction of the movement is set so that the smaller angle is present to hitherto existing direction of movement.
Zudem existieren Sonderformen des Scanning, wie beispielsweise das Scannen unter Verwendung einer Drehachse. Hierbei ist das Drehen des Werkstücks als eine weitere Bewegungsachse des zur Relativbewegung zwischen taktil-optischen Sensor und Werkstück eingesetzten Koordinatenmessgerätes zu verstehen. Die Bahn kann dabei genauso vorgegeben sein, enthält also als weitere Koordinate einen Drehwinkel zu jedem Bahnpunkt, oder es wird ohne vorgegebene Bahn gescannt. Ebenso ist geregeltes wie auch ungeregeltes Scanning möglich. Die erfindungsgemäßen Überlegungen zu Scanning-Ebene und den Richtungen für Regelung und Bewegung sind auf die Verwendung der Drehachse übertragbar. Bevorzugt wird das Drehachsscannig bei rotationssymmetrischen Bauteilen wie Wellen oder Werkzeugen, aber auch Kurbelwellen oder ähnliches verwendet. Die Antastung erfolgt dabei senkrecht zur Drehachsrichtung am außen liegenden Umfang des Werkstücks, also in einer Ebene, in der auch die Drehachse liegt. Die Antastung und Regelung der Auslenkung erfolgt bevorzugt für die Bauart 2D-Sensor in lateraler Richtung, also senkrecht zur optischen Achse, und für die Bauart 3D-Sensor senkrecht oder entlang der optischen Achse. Die lineare Bewegungsachse senkrecht zu Antastrichtung und Drehachse wird beim Drehachsscanning meist nicht verwendet und anstatt dessen die Drehachse gedreht, um die Bewegung entlang der Werkstückoberfläche zu realisieren.In addition, there are special forms of scanning, such as scanning using a rotation axis. In this case, the turning of the workpiece is to be understood as a further movement axis of the coordinate measuring machine used for the relative movement between the tactile-optical sensor and the workpiece. The path can be just as given, so contains as another coordinate a rotation angle to each track point, or it is scanned without a predetermined path. Likewise, regulated as well as unregulated scanning is possible. The inventive considerations to scanning level and the directions for control and movement are transferable to the use of the axis of rotation. Drehachsscannig is preferably used in rotationally symmetrical components such as shafts or tools, but also crankshafts or the like. The probing takes place perpendicular to the rotational axis direction on the outer circumference of the workpiece, ie in a plane in which the axis of rotation is located. The probing and control of the deflection is preferably carried out for the type 2D sensor in the lateral direction, that is perpendicular to the optical axis, and for the type 3D sensor perpendicular or along the optical axis. The linear axis of motion perpendicular to the scanning direction and axis of rotation is usually not used in rotary axis scanning and instead the axis of rotation is rotated in order to realize the movement along the workpiece surface.
Um das Scanning aber auch das Messen von Einzelpunkten mit dem taktil-optischen Sensor analog zur Messung mit konventionellen taktilen Sensoren durchzuführen, also wie bei der Verwendung von klassischen Wegmesssystemen, wodurch sich der Aufwand für die entsprechenden Verfahren reduziert, sieht die Erfindung gegebenenfalls vor, aus den mit dem lateral messenden optischen Sensor aufgenommenen Bildern und dem Messsignal des vertikal messenden Abstandsensors die drei kartesischen Auslenkungssignale wie bei einem konventionellen taktilen Sensor abzuleiten. Diese Signale können dann zum Beispiel von der gleichen oder sogar selben Auswerteeinheit bzw. Auswertesoftware weiterverarbeitet werden. Für größte Genauigkeit muss die Aufnahme der Signale mit der Bestimmung der jeweiligen Positionen der Messachsen des Koordinatenmessgerätes synchronisiert werden, beispielsweise durch Triggerung über eine Triggerleitung.In order to carry out the scanning but also the measurement of individual points with the tactile-optical sensor analogous to the measurement with conventional tactile sensors, so as in the use of classical Wegmesssystemen, thereby reducing the cost of the corresponding method, the invention provides, if necessary, from derive the three Cartesian displacement signals as in a conventional tactile sensor, the images taken with the laterally measuring optical sensor and the measurement signal of the vertically measuring distance sensor. These signals can then be further processed, for example, by the same or even the same evaluation unit or evaluation software. For maximum accuracy, the recording of the signals must be synchronized with the determination of the respective positions of the measuring axes of the coordinate measuring machine, for example by triggering via a trigger line.
In einer besonderen Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass für Scanning, im Vergleich zur Einzelpunktmessung, Tasterverlängerungen eingesetzt werden, die eine höhere Biegesteifigkeit aufweisen, sogenannte Scanning-Fasern. Dies wird erreicht, indem der direkt oberhalb des Antastformelementes bzw. der Zielmarke verlaufende Bereich der Tasterverlängerung nach einer sogenannten freien Schaftlänge von etwa 0,5 mm bis 1 mm Länge, in einen dickeren und im Vergleich zur freien Schaftlänge deutlich biegesteiferen Bereich übergeht. Der Übergang vom dickeren in den dünneren Bereich erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, hergestellt durch einen Ziehprozess. Bei Tasterverlängerungen für Einzelpunktmessungen wird die freie Schaftlänge größer, etwa 3 mm bis 6 mm lang, ausgeführt. Bei Scanning-Fasern ist damit eine geringere Eintauchtiefe, nämlich nur im Rahmen der freien Schaftlänge, in das Werkstück möglich, jedoch kommt es erst bei größeren Auslenkungen, als bei der Einzelpunktmessung, zu einer sogenannten Schaftantastung, bei der der oberhalb des Antastformelementes verlaufende Teil der Tasterverlängerung mit dem Werkstück kollidiert. Durch die größeren zulässigen Auslenkungen bei der Verwendung von Scanning-Fasern ist die Regelung der Auslenkung beim Scanning einfacher möglich bzw. größere Scanning-Geschwindigkeiten zulässig.In a particular embodiment, the invention provides that for scanning, compared to the single point measurement, probe extensions are used, which have a higher bending stiffness, so-called scanning fibers. This is achieved in that the area of the probe extension that extends directly above the probe-forming element or the mark passes to a so-called free shaft length of about 0.5 mm to 1 mm in length, into a thicker and, compared to the free shaft length, significantly more rigid region. The transition from the thicker to the thinner region preferably takes place continuously, produced by a drawing process. For stylus extensions for single-point measurements, the free shaft length is made larger, about 3 mm to 6 mm long. In scanning fibers so a lower immersion depth, namely only in the context of the free shaft length, in the workpiece possible, however, it comes only with larger deflections, as in the single point measurement, to a so-called Schaftantastung, in which extending above the Antastformelementes part of Probe extension collides with the workpiece. The larger permissible deflections when using scanning fibers make it easier to control the deflection during scanning or larger scanning speeds are permitted.
Erfindungsgemäß ist daher auch vorgesehen, dass die Tasterverlängerung von einem direkt oberhalb an das Antastformelementen bzw. die Zielmarke anschließenden biegeelastischen Bereich in einen Bereich größeren Durchmessers, der vorzugsweise mindestens doppelter Durchmesser des kleinsten Durchmessers des biegeelastischen Bereichs der Tasterverlängerung ist, übergeht, vorzugsweise indem der biegeelastisch Teil durch Ziehen in seinem Durchmesser in Richtung zum Antastformelement hin kontinuierlich verjüngt ausgeführt wird, wobei die Länge des direkt oberhalb des Antastformelementen bzw. der Zielmarke verlaufenden Bereiches bis zum Bereich des größeren Durchmessers wahlweise kleiner als 2 mm, insbesondere 0,2 mm bis 1,5 mm beträgt, zur Verwendung beim scannenden Messen, oder größer als 2,5 mm, insbesondere 3 mm bis 6 mm, zur Einzelpunktmessung ausgeführt ist. Therefore, according to the invention, it is also provided that the stylus extension passes from a bending elastic region directly adjacent to the probing elements or the target into a region of larger diameter, which is preferably at least twice the diameter of the smallest diameter of the flexurally elastic region of the stylus extension, preferably by the flexurally elastic Part is continuously tapered by pulling in its diameter in the direction of the Antastformelement out, the length of extending directly above the Antastformelementen or the target range to the region of the larger diameter optionally less than 2 mm, in particular 0.2 mm to 1, 5 mm, for use in scanning measurement, or greater than 2.5 mm, especially 3 mm to 6 mm, for single point measurement.
Bevorzugterweise ist daher vorgesehen, dass aus den mit dem lateral messenden optischen Sensor aufgenommenen Bildern jeweils zwei Auslenkungssignale, vorzugsweise senkrecht zueinander stehende Auslenkungssignale, extrahiert werden und ein drittes Auslenkungssignals, vorzugsweise senkrecht zu den ersten beiden Auslenkungssignalen, durch den vertikal messenden Abstandsensors zur Verfügung gestellt wird und vorzugsweise die Auslenkungssignale mit der gleichem oder der selben Auswerteeinheit und/oder Auswertesoftware verarbeitet werden, die für einen konventionellen taktilen Taster verwendet werden, um die Auslenkung des Antastformelementes in 3D und daraus die Messpunkte zu bestimmen.Preferably, it is therefore provided that in each case two deflection signals, preferably mutually perpendicular deflection signals, are extracted from the images recorded with the laterally measuring optical sensor and a third deflection signal, preferably perpendicular to the first two deflection signals, provided by the vertically measuring distance sensor and preferably the deflection signals are processed with the same or the same evaluation unit and / or evaluation software that are used for a conventional tactile probe to determine the deflection of the probe element in 3D and from there the measurement points.
Besonders hervorzuheben ist der Gedanke, dass die Aufnahme des jeweils für die Bestimmung der Auslenkung des Antastformelementes in 3D verwendeten Bildes und des zugehörigen vom Abstandsensor zur Verfügung gestellten dritten Auslenkungssignals durch eine Triggerleitung gesteuert zum selben Zeitpunkt aufgenommen werden, wie die Aufnahme der Positionen der Messachsen des Koordinatenmessgerätes.Particularly noteworthy is the idea that the recording of each used for the determination of the deflection of the sensing element in 3D image and the associated provided by the distance sensor third deflection signal controlled by a trigger line at the same time as the recording of the positions of the measuring axes of coordinate measuring machine.
Für die Bestimmung der lateralen Auslenkung des Antastformelements bzw. der Zielmarke ist vorgesehen, die Lage bzw. Position der Abbildung des Antastformelements bzw. der Zielmarke im ausgelenkten Zustand im vom lateral messenden Sensor jeweils aufgenommenen digitalen Bild mit der Lage bzw. Position im unausgelenkten Zustand zu vergleichen. Die Lage im unausgelenkten Zustand wird dazu vorab eingemessen. Zudem muss eine Kennlinie eingemessen sein, die den Zusammenhang der Lage im Bild zur realen Auslenkung beinhaltet.For determining the lateral deflection of the probe element or the target mark, the position or position of the image of the probe element or the target in the deflected state in the digital image respectively recorded by the laterally measuring sensor and the position or position in the undeflected state is provided to compare. The position in the undeflected state is measured in advance. In addition, a characteristic must be measured, which includes the relationship of the situation in the image to the real deflection.
Für die schnelle und genaue Bestimmung der Lage bzw. Position der Abbildung des Antastformelements bzw. der Zielmarke im vom lateral messenden Sensor aufgenommenen digitalen Bild schlägt die Erfindung grundlegend zwei Methoden vor. Die erste Methode basiert auf einer Konturauswertung, die zweite auf einer Bildkorrelation.For the rapid and accurate determination of the position or position of the image of the detection element or the target mark in the digital image taken by the laterally measuring sensor, the invention fundamentally proposes two methods. The first method is based on a contour evaluation, the second on an image correlation.
Bei der Konturauswertung wird eine Kontur durch geeignete mathematische Algorithmen aus dem digitalen Bild extrahiert. Entlang des Kantenverlaufs werden Messpunkte perlenförmig aneinandergereiht und durch Interpolation des Kantenverlaufs subpixelgenau bestimmt. Bei einer einzelnen Bildaufnahme des runden Antastformelements entsteht so eine kreisförmige Kontur mit einer Vielzahl von Messpunkten. Im Anschluss wird zur Positionsbestimmung typischerweise der Kreismittelpunkt der Kontur, welcher nach der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt werden kann („Ausgleichskreis”), verwendet. Alternativ ist auch die Auswertung anderer Merkmale wie der Konturschwerpunkt möglich.In contour evaluation, a contour is extracted from the digital image using suitable mathematical algorithms. Along the edge course, measuring points are strung together pearl-like and determined by subpolarization of the edge course. In the case of a single image recording of the round probing element, a circular contour with a multiplicity of measuring points thus arises. Following this, the circle center of the contour, which can be determined by the method of the least squares ("compensation circle"), is typically used to determine the position. Alternatively, the evaluation of other features such as the contour focus is possible.
Die Bildkorrelation ermöglicht das Auffinden beliebiger Objekte im Bild. Dazu wird ein Referenzbild (Template) des nicht ausgelenkten Antastformelements bzw. der Zielmarke erzeugt und vorab gespeichert. Dieses Template wird bei der Messung (ausgelenktes Antastformelement bzw. Zielmarke) im Bild dann gesucht. Die Stelle mit dem größten Ähnlichkeitswert entspricht der Mittenposition des Antastformelements bzw. der Zielmarke. Beim Bildkorrelieren wird das Template pixelweise über das Bild geschoben. An jedem Bildpunkt wird ein Ähnlichkeitswert aus beiden ermittelt. Der einfachste Ähnlichkeitswert ist das Summieren der absoluten Differenz beider Bilder. Stimmt das Template mit dem Bildausschnitt überein, ist die Differenz beider Bilder null. Die größte Übereinstimmung ist an dieser Stelle erreicht. Tritt jedoch eine Änderung der Beleuchtungsstärke bzw. Helligkeit im Vergleich zum Zustand bei der Aufnahme des Templates ein, so kann bei diesem Verfahren die Differenz der Bilder nicht mehr null werden. Ein Ähnlichkeitswert, der diesem Umstand gerecht wird, ist die beispielsweise verwendete, normierte Kreuzkorrelation nach folgender Gleichung, bei der eine Art Normierung von Template bzw. Bild erfolgt: mit ncc: Kreuzkorrelationswert an i, j: Bildposition; T: Template; B: Bild; sT 2: Grauwert-Varianz des Templates; sB 2: Grauwert-Varianz des Bildbereichs (welches vom Template überdeckt wird).Image correlation allows finding any objects in the image. For this purpose, a reference image (template) of the undeflected probe shape element or the target mark is generated and stored in advance. This template is then searched during the measurement (deflected probe element or target mark) in the image. The location with the largest similarity value corresponds to the center position of the detection element or the target mark. When correlating the image, the template is moved pixel by pixel over the image. At each pixel a similarity value is determined from both. The simplest similarity value is the summation of the absolute difference of both images. If the template matches the image section, the difference between the two images is zero. The largest match is reached at this point. However, if a change in illuminance or brightness occurs in comparison to the state in which the template was recorded, the difference in the images can no longer become zero in this method. A similarity value which does justice to this circumstance is the standardized cross-correlation used according to the following equation, for example, in which a kind of normalization of template or image takes place: with ncc: cross-correlation value at i, j: image position; T: template; B: picture; s T 2 : Gray value variance of the template; s B 2 : Gray value variance of the image area (which is covered by the template).
Dieses Verfahren löst damit die Aufgabe, auch bei schlechten Abbildungsbedingungen oder geänderten Lichtverhältnissen eine genaue Bestimmung der Auslenkung zu realisieren.This method thus solves the task of realizing an accurate determination of the deflection even under poor imaging conditions or changed light conditions.
Das Ergebnis der Kreuzkorrelation ist eine Korrelationsmatrix, welche die gleiche Dimension wie das Kamerabild hat und Korrelationswerte zwischen +1 und –1 enthält, wobei +1 eine genaue Übereinstimmung zwischen Template und Bild bedeutet. Sind die Grauwerte invertiert, so nimmt der Wert –1 an. Die Mittenposition des Antastformelements bzw. der Zielmarke wird durch die Pixelkoordinate mit dem größten Korrelationskoeffizienten repräsentiert. Geeignete Interpolationsverfahren wie lineare oder quadratische Interpolation ermöglichen eine subpixelgenaue Auswertung des Ortes. Optimierungen der rechenintensiven Bildkorrelation nach den bekannten Standard-Verfahren zielen in der Praxis auf die Verringerung von Rechenzeiten ab. Möglichkeiten bieten die stufenweise Berechnung in Auflösungsstufen nach dem Pyramidenverfahren und die Verwendung von einfachen Testgrößen zur Filterung der Maximalwertkandidaten, wobei über eine Bildauswertung erkannte, nicht geeigneten Bereiche im Bild von der Korrelationsanalyse ausgeschlossen werden.The result of the cross-correlation is a correlation matrix which has the same dimension as the camera image and contains correlation values between +1 and -1, where +1 means an exact match between template and image. If the gray values are inverted, the value assumes -1. The center position of the probe element or the target mark is represented by the pixel coordinate with the largest correlation coefficient. Suitable interpolation methods such as linear or quadratic interpolation allow a subpixel accurate evaluation of the location. Optimizations of the computation-intensive image correlation according to the known standard methods are aimed in practice at reducing computing times. Possibilities include the step-by-step calculation in resolution steps according to the pyramid method and the use of simple test variables for filtering the maximum value candidates, whereby recognized, inappropriate areas in the image are excluded from the correlation analysis via image evaluation.
Nach einer bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Extraktion der Auslenkungssignale aus den mit dem lateral messenden optischen Sensor aufgenommenen Bildern erfolgt, indem die Lage des Antastformelementes oder der Zielmarke im jeweiligen Bild im Vergleich zur vorab eingemessenen Lage im unausgelenkten Zustand ermittelt wird, wobei die vorab eingemessene Lage und die jeweilige Lage bestimmt wird durch eine Ermittlung der Kontur des Antastformelementes oder der Zielmarke im Bild und Bestimmung des Schwerpunktes oder Mittelpunktes der Kontur, oder bestimmt wird mittels Korrelationsmethoden, wobei die maximale Korrelation zu einem vorab bestimmten Template der Abbildung des Antastformelementes oder der Zielmarke bestimmt wird, wobei die Korrelation in mehreren verschiedenen Lagen des Templates zu dem jeweiligen Bild ausgewertet wird.According to a preferred solution, the invention provides that the extraction of the deflection signals from the images taken with the laterally measuring optical sensor takes place by determining the position of the sensing element or the target mark in the respective image in comparison to the previously measured position in the undeflected state the pre-measured position and the respective position is determined by determining the contour of the Antastformelementes or the target in the image and determining the center of gravity or the contour, or is determined by means of correlation methods, wherein the maximum correlation to a predetermined template of the mapping of the Antastformelementes or the target is determined, wherein the correlation is evaluated in several different layers of the template to the respective image.
Kennzeichnend kann daher auch sein, dass eine Kreuzkorrelation eingesetzt wird, wobei vorzugsweise als erweiterter Parameter berücksichtigt wird, dass Template und Bild bei unterschiedlicher Beleuchtung insbesondere Helligkeit aufgenommen wurden, Template und/oder Bild also vor Bestimmung der Korrelation entsprechend normiert werden.It can therefore also be characteristic that a cross-correlation is used, wherein it is preferably taken into account as an extended parameter that the template and the image were recorded with different illumination, in particular brightness, and the template and / or image are accordingly normalized before the correlation is determined.
Besonders hervorzuheben ist der Gedanke, dass die Bestimmung der Korrelation bzw. der Korrelationskoeffizienten zunächst mit verminderter Auflösung des Bildes und/oder Templates erfolgt und eine grobe Lage des Antastformelementes oder der Zielmarke ermittelt wird und anschließend mit erhöhter Auflösung in einem um die grob bestimmte Lage eingeschränkten Bildbereich erfolgt, wobei das Verfahren vorzugsweise iterativ mit stufenweise ansteigender Auflösung und stufenweiser Einschränkung des Bildbereichs wiederholt wird (Pyramidenverfahren).Of particular note is the idea that the determination of the correlation or the correlation coefficients initially takes place with reduced resolution of the image and / or template and a coarse position of the detection element or the target is determined and then limited with increased resolution in a limited by the roughly determined position Image area is performed, the process preferably iteratively repeated with gradually increasing resolution and gradual restriction of the image area (pyramid process).
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass vor Bestimmung einer Korrelation Bereiche des Bildes bestimmt werden, die von der Korrelationsanalyse ausgenommen werden, insbesondere einfache Testgrößen zur Filterung der Maximalwertkandidaten verwendet werden.It is preferably provided that, before determining a correlation, regions of the image are determined which are excluded from the correlation analysis, in particular simple test variables are used for filtering the maximum value candidates.
Um für die unterschiedlichen beispielsweise für Einzelpunktmessungen oder Scanning eingesetzten Tasterverlängerungen eine optimale Ausrichtung zu erreichen, sind diese justierbar.In order to achieve optimum alignment for the different probe extensions used, for example, for single-point measurements or scanning, these are adjustable.
In einer bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung dazu vor, dass die Tasterverlängerung relativ zu dem lateral messenden optischen Sensor justiert wird, vorzugsweise in einer, zwei oder drei translatorischen und/oder einer, zwei oder drei rotatorischen Freiheitsgraden.In a preferred embodiment, the invention provides that the probe extension is adjusted relative to the laterally measuring optical sensor, preferably in one, two or three translational and / or one, two or three rotational degrees of freedom.
Nach einer bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass der das Antastformelement enthaltende Bereich der Tasterverlängerung relativ zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensor auf einen Winkel von 0° < Alpha < 15° eingestellt wird, indem
- – eine Faseraufnahme verwendet, vorzugsweise eingewechselt, wird, die eine Tasterverlängerung enthält, die zwischen dem das Antastformelement enthaltenden Bereich und dem Bereich der Faseraufnahme eine entsprechend voreingestellte Biegung aufweist oder
- – eine Faseraufnahme verwendet, vorzugsweise eingewechselt, wird, die eine entsprechend ausgeführte Einspannstelle ausweist oder
- – die Mittel zur Justierung entsprechend eingestellt werden,
- A fiber receptacle is used, preferably inlaid, containing a stylus extension which has a corresponding preset bend between the area containing the probing element and the area of the fiber receptacle
- - Used a fiber receptacle, preferably replaced, is that identifies a correspondingly executed clamping or
- - the means for adjustment are adjusted accordingly,
Kennzeichnend ist auch, dass zur Messung von Hinterschnitten oder anderen für gerade Tasterverlängerungen unzugänglichen Merkmale eine Tasterverlängerung verwendet bzw. eingewechselt wird, die zwischen Antastformelement und Zielmarke eine Biegung oder eine, vorzugsweise sternförmige, Verzweigung zu mehreren Antastformelementen aufweist.It is also characteristic that, for the measurement of undercuts or other features inaccessible to straight stylus extensions, a stylus extension is used or exchanged which has a bend or a preferably star-shaped branching to a plurality of probing elements between the probing element and the target.
Besonders hervorzuheben ist der Gedanke, dass der Abbildungsmaßstab bei Auslenkung in vertikaler Richtung durch Einsatz einer telezentrischen Optik mit fester Vergrößerung oder einer telezentrischen Zoomstufe einer Zoomoptik konstant gehalten wird, wobei die Zoomoptik einen vorzugsweise unabhängig vom Abbildungsmaßstab einstellbaren Arbeitsabstand aufweist.Particularly noteworthy is the idea that the magnification is kept constant when deflected in the vertical direction by using a telecentric optics with fixed magnification or a telecentric zoom level zoom optics, the zoom optics preferably has an adjustable independently of the magnification working distance.
Hierdurch verändert sich die Genauigkeit der Messung der lateralen Auslenkung auch dann nicht, wenn das erfasste Antastformelement bzw. die Zielmarke vertikal ausgelenkt wird.As a result, the accuracy of the measurement of the lateral deflection does not change even if the detected detection element or the target mark is deflected vertically.
In einer bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass für die Bestimmung der lateralen Auslenkung eine Zoomoptik, vorzugsweise Zoomoptik mit unabhängig vom Abbildungsmaßstab einstellbaren Arbeitsabstand, eingesetzt wird, wobei eine Zoomstufe ausgewählt wird, die einen Abbildungsmaßstab aufweist, der an den Durchmesser des jeweils erfassten Antastformelementes bzw. Zielmarke angepasst ist, insbesondere so angepasst ist, dass die Abbildung von Antastformelement bzw. Zielmarke einschließlich dessen bzw. deren maximal zulässige Auslenkung von der Zoomoptik vollständig erfasst und die Auflösung maximiert wird.In a preferred embodiment, the invention provides for the determination of the lateral deflection a zoom optics, preferably zoom optics with independently adjustable working distance, is selected, wherein a zoom level is selected, which has a magnification, the diameter of the respective detected Antastformelementes or target mark is adapted, in particular adapted so that the image of the sensing element or target mark including its or their maximum permissible deflection of the zoom lens is completely detected and the resolution is maximized.
Hierdurch wird sichergestellt, dass unterschiedlich große Antastformelemente bzw. Zielmarken eingesetzt werden können, bevorzugt über den automatischen Wechsler, die aber dennoch komplett erfasst und gemessen werden können. Die Anpassung erfolgt bevorzugt so, dass eine Zoomstufe gewählt wird, in der die gesamte Abbildung des Antastformelementes bzw. der Zielmarke unter Berücksichtigung der maximal zulässigen Auslenkung gerade noch erfasst wird. Dies sichert die maximal mögliche Auflösung und damit Genauigkeit für die laterale Messung.This ensures that different sized Antastformelemente or targets can be used, preferably on the automatic changer, but still can be completely detected and measured. The adaptation preferably takes place in such a way that a zoom level is selected in which the entire image of the touch-sensitive element or the target mark is barely registered, taking into account the maximum permissible deflection. This ensures the maximum possible resolution and thus accuracy for the lateral measurement.
Nach einer bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass der vertikal messende optische Abstandsensor ein Sensor nach dem Foucault-Prinzip ist, wobei eine Beleuchtungsquelle verwendet wird, die nur einen eingeschränkten Teil der Apertur der zur Abbildung auf das Werkstück verwendeten Optik ausleuchtet, und/oder wobei eine linienförmige oder flächige Detektionseinheit wie positionsempfindliche Diode (PSD) oder Kamera zur Bestimmung der Lage der vom Werkstück reflektierten Beleuchtung verwendet wird, wobei die Lage vorzugsweise mit einer Kamera bestimmt wird, indem
- – ein Differenzsignal aus den Summensignalen, vorzugsweise Summensignalen der gemessenen Intensitäten der einzelnen lichtempfindlichen Elemente der Detektionseinheit, aus zumindest zwei unterschiedlichen Bereichen der Kamera, vorzugsweise in der Mitte der Kamerafläche aneinandergrenzenden gleich großen Bereichen, bestimmt wird und/oder
- – der Strahlschwerpunkt, vorzugsweise photometrische Mitte, durch Auswertung der Intensitäten der einzelnen lichtempfindlichen Elemente zumindest eines Teilbereiches der Kamerafläche bestimmt wird.
- A difference signal from the sum signals, preferably sum signals of the measured intensities of the individual light-sensitive elements of the detection unit, from at least two different areas of the camera, preferably in the middle of the camera area adjoining equally large areas, is determined and / or
- - The beam center of gravity, preferably photometric center, is determined by evaluating the intensities of the individual photosensitive elements of at least a portion of the camera surface.
Ergänzend zu den bereits erfolgten Erläuterungen zu dieser bevorzugten Weiterbildung eines foucaultschen Abstandsensors wird bei Verwendung einer Kamera als Detektionseinheit vorgeschlagen, dass die Lage der vom Werkstück reflektierten Beleuchtung, die von einer gesonderten Beleuchtungsquelle des Foucaultsensor ausgeht, aus der Intensitätsverteilung, die mit den verschiedenen lichtempfindlichen Elementen der Kamera aufgenommen wird, berechnet wird. Durch die Differenzbildung ergibt sich ein Signal mit Nulldurchgang, welcher als Messbereichsmitte verwendet wird. Die Verwendung des Strahlschwerpunktes erfolgt in den Bereichen, bei denen das Differenzsignal gesättigt ist, also zumindest einer der ausgewählten Bereiche nicht mehr beleuchtet wird, bzw. zur zusätzlichen Überwachung. Um Überstrahlung auf der Kamera zu vermeiden, wird die Integrationszeit der Kamera entsprechend niedrig eingestellt. Durch die dadurch hohe Auslesefrequenz, auch begünstigt durch die Einschränkung der Zeilen oder Spalten, wie bereits erläutert, können mehrere nacheinander aufgenommene Bilder anschließend aufsummiert werden, um ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen. Die Integrationszeitanpassung wird erfindungsgemäß auch zur Regelung auf eine konstante Lichtstärke verwendet, um eine Anpassung an unterschiedliche Oberflächenreflexionsgrade bzw. Oberflächenneigungen zu realisierten.In addition to the explanations already given to this preferred development of a foucault distance sensor, when using a camera as a detection unit, it is proposed that the position of the illumination reflected by the workpiece, which originates from a separate illumination source of the faecal sensor, results from the intensity distribution associated with the various light-sensitive elements the camera is being recorded. The subtraction results in a signal with zero crossing, which is used as the middle of the measuring range. The use of the beam centroid occurs in the areas where the difference signal is saturated, so at least one of the selected areas is no longer illuminated, or for additional monitoring. To avoid over-exposure to the camera, the integration time of the camera is set correspondingly low. As a result of the high read-out frequency, which is also favored by the limitation of the rows or columns, as already explained, several consecutively recorded images can then be summed up in order to achieve a high signal-to-noise ratio. The integration time adjustment is also used according to the invention to control to a constant light intensity in order to realize an adaptation to different surface reflectivities or surface slopes.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der taktil-optische Sensor in einem Koordinatenmessgerät integriert, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder computertomografischen Sensoren, verwendet wird, vorzugsweise der lateral messende optische Sensor und der vertikal messende optische Abstandsensor unabhängig vom taktil-optischen Sensor betrieben werden.Preferably, it is provided that the tactile-optical sensor integrated in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical or computer tomographic sensors, preferably the laterally measuring optical sensor and the vertically measuring optical distance sensor are operated independently of the tactile-optical sensor.
Dies bedeutet also beispielsweise, dass der lateral messende optische Sensor und der vertikal messende optische Abstandsensor bei abgelegter Tasterverlängerung, also abgelegter Faseraufnahme, Justiereinheit oder Halter, alternativ zur Messung der Werkstückoberfläche eingesetzt werden.This means, for example, that the laterally measuring optical sensor and the vertically measuring optical distance sensor with the probe extension extended, that is to say a stored fiber receptacle, adjusting unit or holder, are used alternatively for measuring the workpiece surface.
Erfinderisch ist gleichfalls ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück ausgelenkt wird, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück ausgelenkt wird, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit diesem ermittelt wird, und vorzugsweise die vertikale Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandsensor ermittelt wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass eine Tasterverlängerung verwendet wird, die von einer Faseraufnahme ausgeht, an die sich direkt oder indirekt ein biegeelastischer Teil anschließt, an den sich direkt oder indirekt das Antastformelement oder gegebenenfalls die Zielmarke anschließt, wobei bei gegebenenfalls vorhandener Zielmarke zwischen dieser und dem Antastformelement verlaufender Teil der Tasterverlängerung in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ist, dass die Tasterverlängerung manuell oder automatisch eingewechselt wird, mit der mehrere Messpunkte, vorzugsweise versetzt zueinander, am Werkstück im Scanningmodus ermittelt werden, indem folgende Schritte durchgeführt werden:
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander aufeinander zu bewegt, bis eine vordefinierte Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke erreicht wurde
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander auf einer Bahn bewegt, wobei Antastformelement und Werkstück in Berührung bleiben, und wobei während der Bewegung zyklisch die Auslenkung des Antastformelementes und/oder der Zielmarke ermittelt wird
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander voneinander weg bewegt, zumindest bis keine Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke mehr vorliegt
- – aus den mehreren ermittelten Auslenkungen und der dabei jeweils vorliegenden Lage des taktil-optischen Sensors in Bezug zum Werkstück, vorzugsweise anhand der Positionen der Messachsen eines Koordinatenmessgerätes bestimmt, werden die mehreren Messpunkte berechnet,
- - Antastformelement and workpiece are moved towards each other relative to each other until a predefined deflection of the probe form element or the target mark has been reached
- - Antastformelement and workpiece are moved relative to each other on a track, with Antastformelement and workpiece in contact, and wherein during the movement, the deflection of the Antastformelementes and / or the target is determined cyclically
- - Antastformelement and workpiece are moved away from each other relative to each other, at least until there is no deflection of the probe form element or the target more
- The plurality of measuring points are calculated from the plurality of deflections determined and the respective position of the tactile-optical sensor relative to the workpiece, preferably determined on the basis of the positions of the measuring axes of a coordinate measuring machine,
Gleichfalls eigenerfinderisch ist ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück ausgelenkt wird, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück ausgelenkt wird, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit diesem ermittelt wird, und vorzugsweise die vertikale Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandsensor ermittelt wird, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Tasterverlängerung verwendet wird, die von einer Faseraufnahme ausgeht, an die sich direkt oder indirekt ein biegeelastischer Teil anschließt, an den sich direkt oder indirekt das Antastformelement oder gegebenenfalls die Zielmarke anschließt, wobei bei gegebenenfalls vorhandener Zielmarke zwischen dieser und dem Antastformelement verlaufender Teil der Tasterverlängerung in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ist, dass die Tasterverlängerung manuell oder automatisch eingewechselt wird, mit der mehrere Messpunkte, vorzugsweise versetzt zueinander, am Werkstück im Scanningmodus ermittelt werden, indem folgende Schritte durchgeführt werden:
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander aufeinander zu bewegt, bis eine vordefinierte Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke erreicht wurde
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander auf einer Bahn bewegt, wobei Antastformelement und Werkstück in Berührung bleiben, und wobei während der Bewegung zyklisch die Auslenkung des Antastformelementes und/oder der Zielmarke ermittelt wird
- – Antastformelement und Werkstück werden relativ zueinander voneinander weg bewegt, zumindest bis keine Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke mehr vorliegt
- – aus den mehreren ermittelten Auslenkungen und der dabei jeweils vorliegenden Lage des taktil-optischen Sensors in Bezug zum Werkstück, vorzugsweise anhand der Positionen der Messachsen eines Koordinatenmessgerätes bestimmt, werden die mehreren Messpunkte berechnet,
- - Antastformelement and workpiece are moved towards each other relative to each other until a predefined deflection of the probe form element or the target mark has been reached
- - Antastformelement and workpiece are moved relative to each other on a track, with Antastformelement and workpiece in contact, and wherein during the movement, the deflection of the Antastformelementes and / or the target is determined cyclically
- - Antastformelement and workpiece are moved away from each other relative to each other, at least until there is no deflection of the probe form element or the target more
- The plurality of measuring points are calculated from the plurality of deflections determined and the respective position of the tactile-optical sensor relative to the workpiece, preferably determined on the basis of the positions of the measuring axes of a coordinate measuring machine,
Eigenerfinderisch ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasteverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück ausgelenkt wird, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück ausgelenkt wird, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit diesem ermittelt wird, und vorzugsweise die vertikale Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandsensor ermittelt wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass eine Tasterverlängerung verwendet wird, die von einer Faseraufnahme ausgeht, an die sich direkt oder indirekt ein biegeelastischer Teil anschließt, an den sich direkt oder indirekt das Antastformelement oder gegebenenfalls die Zielmarke anschließt, wobei bei gegebenenfalls vorhandener Zielmarke zwischen dieser und dem Antastformelement verlaufender Teil der Tasterverlängerung in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ist, dass eine Extraktion der Auslenkungssignale aus den mit dem lateral messenden optischen Sensor aufgenommenen Bildern erfolgt, indem die Lage des Antastformelementes oder der Zielmarke im jeweiligen Bild im Vergleich zur vorab eingemessenen Lage im unausgelenkten Zustand ermittelt wird, wobei die vorab eingemessene Lage und die jeweilige Lage bestimmt wird durch eine Ermittlung der Kontur des Antastformelementes oder der Zielmarke im Bild und Bestimmung des Schwerpunktes oder Mittelpunktes der Kontur, oder bestimmt wird mittels Korrelationsmethoden, wobei die maximale Korrelation zu einem vorab bestimmten Template der Abbildung des Antastformelementes oder der Zielmarke bestimmt wird, wobei die Korrelation in mehreren verschiedenen Lagen des Templates zu dem jeweiligen Bild ausgewertet wird, wobei insbesondere eine Kreuzkorrelation eingesetzt wird, wobei vorzugsweise als erweiterter Parameter berücksichtigt wird, dass Template und Bild bei unterschiedlicher Beleuchtung insbesondere Helligkeit aufgenommen wurden, Template und/oder Bild also vor Bestimmung der Korrelation entsprechend normiert werden.Self-inventive is also a method for determining geometric features or structures on a workpiece by means of a tactile-optical sensor, at least consisting of a laterally measuring optical sensor, preferably image processing sensor, preferably a vertical measuring optical distance sensor, and an at least partially flexible key extension, wherein the probe extension at least emanating: a Antastformelement which is deflected upon contact with the workpiece, and preferably at least one of the Antastformelement associated target mark, which is deflected upon contact of the Antastformelementes with the workpiece wherein the lateral deflection of the detection element or the target mark perpendicular to the optical axis of the laterally measuring optical sensor is determined therewith, and preferably the vertical deflection of the sensing element or the target along or almost along the optical axis of the laterally measuring optical sensor with the distance sensor is determined in that it is distinguished by the fact that a stylus extension is used which starts from a fiber receptacle, which is adjoined, directly or indirectly, by a flexurally elastic part to which the probing member directly or indirectly adjoins ormelement or optionally adjoins the target mark, which is rigid at an optionally existing target between this and the Antastformelement extending part of the probe extension with respect to the flexurally elastic part that extraction of the deflection signals from the images taken with the laterally measuring optical sensor images takes place by the position the pre-measured position and the respective position is determined by determining the contour of the Antastformelementes or the target in the image and determination of the center of gravity or the center of the Contour, or is determined by means of correlation methods, wherein the maximum correlation to a predetermined template of the mapping of the sensing element or the target mark is determined, the correlation in several different layers of the templ Ates is evaluated to the respective image, in particular, a cross-correlation is used, is preferably taken into account as an extended parameter that template and image were taken at different illumination especially brightness, template and / or image are normalized accordingly before determining the correlation.
Eigenerfinderisch ist ebenfalls ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, vorzugsweise einem vertikal messenden optischen Abstandsensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück ausgelenkt wird, und vorzugsweise zumindest eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück ausgelenkt wird, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit diesem ermittelt wird, und vorzugsweise die vertikale Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandsensor ermittelt wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass eine Tasterverlängerung verwendet wird, die von einer Faseraufnahme ausgeht, an die sich direkt oder indirekt ein biegeelastischer Teil anschließt, an den sich direkt oder indirekt das Antastformelement oder gegebenenfalls die Zielmarke anschließt, wobei bei gegebenenfalls vorhandener Zielmarke zwischen dieser und dem Antastformelement verlaufender Teil der Tasterverlängerung in Bezug auf den biegeelastischen Teil biegesteif ist, dass der das Antastformelement enthaltende Bereich der Tasterverlängerung relativ zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensor auf einen Winkel von 0° < α < 15° eingestellt wird, indem
- – eine Faseraufnahme verwendet, vorzugsweise eingewechselt, wird, die eine Tasterverlängerung enthält, die zwischen dem das Antastformelement enthaltenden Bereich und dem Bereich der Faseraufnahme eine entsprechend voreingestellte Biegung aufweist oder
- – eine Faseraufnahme verwendet, vorzugsweise eingewechselt, wird, die eine entsprechend ausgeführte Einspannstelle ausweist oder
- – die Mittel zur Justierung entsprechend eingestellt werden,
- A fiber receptacle is used, preferably inlaid, containing a stylus extension which has a corresponding preset bend between the area containing the probing element and the area of the fiber receptacle
- - Used a fiber receptacle, preferably replaced, is that identifies a correspondingly executed clamping or
- - the means for adjustment are adjusted accordingly,
In einer bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung dazu vor, dass während einer Messung die Helligkeit der von dem Antastformelement bzw. der Zielmarke abgegeben Lichtes von der Kamera des Bildverarbeitungssensors ermittelt und durch Steuerung der Lichtquelle zur Beleuchtung des Antastformelementes bzw. der Zielmarke auf einen gleichbleibenden Wert geregelt wird, vorzugsweise wobei der Wert vorab festgelegt wird oder anhand des ersten zur Messung mit dem Bildverarbeitungssensor aufgenommenen Bildes festgelegt ist.In a preferred embodiment, the invention provides that during a measurement, the brightness of the emitted from the sensing element or the target light from the camera of the image processing sensor and controlled by controlling the light source for illuminating the Antastformelementes or the target to a constant value is preferably, wherein the value is set in advance or is determined based on the first image taken for measurement with the image processing sensor.
Durch die Regelung der Helligkeit im Bild des Bildverarbeitungssensors wird sichergestellt, dass die zur Auswertung der lateralen Auslenkung verwendete Abbildung des Antastformelement bzw. der Zielmarke im sogenannten Modus Eigenleuchten reproduzierbar erfolgt. Insbesondere beim tiefen Eintauchen in eine enge Bohrung kommt es zumindest zu leichten Abschattungen, die dadurch zumindest teilweise behoben werden. Aber auch Abweichungen in der Helligkeit zu einem beispielsweise beim Einmessen des taktil-optischen Sensors vorliegenden Standard-Zustand können Messabweichungen bewirken. Wird der Wert also vorab beim Einmessen ermittelt und dann bei jeder Messung eingestellt, also entsprechend geregelt, sind gleichbleibende Lichtverhältnisse vorhanden und besonders reproduzierbar genaue Messungen möglich.By controlling the brightness in the image of the image processing sensor, it is ensured that the image of the detection element or the target used for evaluating the lateral deflection is reproducible in the so-called self-illumination mode. In particular, when deep immersion in a tight bore, there is at least slight shading, which are at least partially resolved. However, deviations in the brightness to a standard state, for example when calibrating the tactile-optical sensor, can also cause measurement deviations. If the value is thus determined in advance during calibration and then set in each measurement, ie regulated accordingly, constant light conditions are present and particularly reproducible accurate measurements possible.
Erfindungsgemäß werden somit Vorrichtungen und Verfahren für taktil-optische Sensoren vorgeschlagen, die Lösungen bieten für:
- – Messungen bei Scanning-Verfahren, insbesondere die Möglichkeit zwischen Einzelpunktmessung und Scanning beliebig umzuschalten und auf vorgegebenen Bahnen oder frei (von einem Start- zu einem Endpunkt) zu Scannen und geregelt oder ungeregelt zu Scannen,
- – die einfache und reproduzierbare Justierung der Tasterverlängerung,
- – Messungen mit einstellbarer Neigung der Tasterverlängerung, insbesondere einmalig einstellbarer oder eingestellter Neigung und Verwendung zur Messung verschieden orientierter Flächen, beispielsweise zur Rauheitsmessungen, und hier für entsprechende Wechselschnittstellen, die eine reproduzierbare Lage und Neigung der Tasterverlängerung bei unterschiedlichen Neigungsrichtungen gewährleisten,
- – eine weitere Wechselschnittstelle, die eine zusätzliche Justierung unterschiedlicher Tasterverlängerungen erübrigt,
- – in austauschbaren Faserhaltern (Faseraufnahme) integrierte Lichtquellen zur Beleuchtung der Tasterverlängerung,
- – Messungen von Hinterschnitten und Hinterschnitten in beliebigen Orientierungen mit hoher Genauigkeit (ohne Verwendung von Dreh-Gelenken bzw. Dreh-/Schwenk-Gelenken),
- – die Realisierung eines exakt gleichbleibenden Abbildungsmaßstabs bei Auslenkung in Richtung der optischen Achse der zur optischen Erfassung der Auslenkung des Antastformelementes oder der Zielmarke der Tasterverlängerung eingesetzten Optik,
- – die Realisierung einer einstellbarer Genauigkeit für die Auslenkungsmessung
- – wahlweise große Messbereiche oder hohe Genauigkeiten für die Bestimmung der vertikalen Auslenkung,
- – einen großen Messbereich des vertikal messenden Sensors,
- – die Verwendung taktil-optischer Sensoren analog zu taktilen Sensoren,
- – die schnelle und genaue Bestimmung der lateralen Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke bei schlechten Abbildungsbedingungen oder veränderter Beleuchtung,
- - Measurements in scanning methods, in particular the possibility to switch between single point measurement and scanning as desired and to scan on predetermined paths or freely (from a start to an end point) and to scan regulated or unregulated,
- The simple and reproducible adjustment of the probe extension,
- - Measurements with adjustable inclination of the probe extension, in particular one-time adjustable or set inclination and use for measuring differently oriented surfaces, for example for roughness measurements, and here for corresponding change interfaces, which ensure a reproducible position and inclination of the probe extension at different inclination directions,
- A further change interface, which does not require an additional adjustment of different probe extensions,
- - integrated light sources in exchangeable fiber holders (fiber intake) for illuminating the probe extension,
- - Measurements of undercuts and undercuts in any orientation with high accuracy (without the use of rotary joints or pivoting joints),
- The realization of an exactly constant imaging scale when deflected in the direction of the optical axis of the optical system used for the optical detection of the deflection of the sensing element or the target of the probe extension optics,
- - The realization of an adjustable accuracy for the deflection measurement
- - either large measuring ranges or high accuracies for the determination of the vertical deflection,
- A large measuring range of the vertically measuring sensor,
- The use of tactile-optical sensors analogous to tactile sensors,
- The rapid and accurate determination of the lateral deflection of the probe element or the target under poor imaging conditions or altered illumination,
Einer eigenständigen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung der Tasterverlängerung inklusive des Antastformelementes und gegebenenfalls der Zielmarke anzugeben, mit dem ein vorgegebener Durchmesser, zumindest in dem dem Werkstück zugeführten Bereich der Tasterverlängerung, und gegebenenfalls eine vorgegebene Form wie Biegung für die Tasterverlängerung und ein vorgegebener Durchmesser für Antastformelement und gegebenenfalls Zielmarke mit hoher Genauigkeit realisiert werden können, um die Tasterverlängerung für genaue Messungen von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mit einem im einem Koordinatenmessgerät eingesetzten taktil-optischen Sensor zu verwenden.An independent invention has for its object to provide a method for producing the probe extension including the Antastformelementes and optionally the target, with a predetermined diameter, at least in the workpiece supplied area of the probe extension, and optionally a predetermined shape such as bending for the probe extension and a predetermined diameter for Antastformelement and optionally target mark can be realized with high accuracy to use the probe extension for accurate measurements of geometric features or structures on a workpiece with a tactile-optical sensor used in a coordinate measuring machine.
Die Erfindung bezieht sich also auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Tasterverlängerung, eines von der Tasterverlängerung ausgehenden Antastformelementes und vorzugsweise einer Zielmarke, für einen taktil-optischen Sensor für den Einsatz in einem Koordinatenmessgerät zur Messung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück.The invention therefore also relates to a method for producing a stylus extension, a probing element emanating from the stylus extension and preferably a target, for a tactile-optical sensor for use in a coordinate measuring machine for measuring geometric features or structures on a workpiece.
In einer eigenständigen Lösung sieht die Erfindung dazu vor, dass aus einem oder mehreren Faserstücken, vorzugsweise Glasfaserstücken, unter Wärmeeinfluss, vorzugsweise mittels Laser, Lichtbogen oder Heizdraht, durch Ziehen eine Durchmesserverjüngung der Tasterverlängerung und durch Schmelzen, und vorzugsweise Ausnutzen von Kohäsion, oder Kleben das Antastformelement und/oder die Zielmarke erzeugt werden.In an independent solution, the invention provides that of one or more pieces of fiber, preferably glass fiber pieces, under the influence of heat, preferably by laser, arc or heating wire, by drawing a diameter taper of the probe extension and by melting, and preferably taking advantage of cohesion, or gluing the Antastformelement and / or the target mark are generated.
Die Erfindung bezieht sich nach einem eigenständig zu schützenden Vorschlag auf ein Verfahren zur Herstellung einer Tasterverlängerung, eines von der Tasterverlängerung ausgehenden Antastformelementes und vorzugsweise einer Zielmarke, für einen taktil-optischen Sensor für den Einsatz in einem Koordinatenmessgerät zur Messung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, wobei die Tasterverlängerung zumindest ein Abschnitt einer Faser, insbesondere eine optischen Glasfaser, bzw. ein Faserstück wie Glasfaserstück ist und zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Abschnitt des Faserabschnitts unter Wärmeeinfluss, wie Laser, Lichtbogen oder Heizdraht, durch Ziehen in seinem Durchmesser verjüngt wird, und dass das Antastformelement und/oder bei vorhandener Zielmarke diese durch Schmelzen, und vorzugsweise Ausnutzen von Kohäsion, oder Kleben erzeugt wird.The invention relates to a method for producing a probe extension to be independently protected, one of the probe extension outgoing Antastformelementes and preferably a target, for a tactile-optical sensor for use in a coordinate measuring machine for measuring geometric features or structures a workpiece, wherein the probe extension is at least a portion of a fiber, in particular an optical glass fiber or fiber piece such as glass fiber piece and is characterized in that at least a portion of the fiber portion under heat influence, such as laser, arc or heating wire, by pulling in his Diameter is tapered, and that the probe element and / or existing target mark this is produced by melting, and preferably taking advantage of cohesion, or gluing.
Als Wärmequelle wird eine solche bevorzugt, die in einer möglichst kleinen lokalen Umgebung große Temperaturen erzeugt, wie dies beispielsweise mittels Plasma bzw. Lichtbogen, einem Laserstrahl oder durch einen leistungsstarken Heizdraht möglich ist. Die zu verformenden Bereiche der Glasfaser werden an die Wärmequelle geführt (z. B. beim Kleben bzw. Spleißen, auch „splicing” genannt) bzw. an dieser gezielt entlanggeführt (z. B. beim Reduzieren bzw. Ziehen, auch „tapering” genannt) um sie lokal aufzuschmelzen.As a heat source, such is preferred, which generates high temperatures in the smallest possible local environment, as is possible for example by means of plasma or arc, a laser beam or a powerful heating wire. The areas of the glass fiber to be deformed are led to the heat source (for example during gluing or splicing, also called "splicing") or guided along it in a targeted manner (eg when reducing or pulling, also called "tapering") ) to melt them locally.
Bevorzugt eingesetzt werden mehrschichtig aufgebaute Faserstücke, die bestehen aus einem Glaskern, insbesondere Quarzglaskern, einem darum befindlichen sogenannten Cladding, darum befindlicher Silikonschicht und wiederum darum befindlicher Kunststoffschicht vorzugsweise aus Ethylen-Tetraflourethylen wie Tefzel (eingetragene Marke von DuPont). Das Cladding kann ebenfalls aus Glas bzw. Quarzglas bestehen und ist dann im Allgemeinen nicht mehr vom Quarzglaskern trennbar, oder aber aus einem anderen Material, dass vom Quarzglaskern gelöst werden kann. Beim Ziehen dürfen nur die aus Glas bestehenden Schichten verbleiben, anderenfalls vorhandene Schichten würden verbrennen. Entsprechend wird der für das Ziehen vorgesehenen Bereich von Silikonschicht und Kunststoffschicht, und bei einem Cladding, das nicht aus Glas besteht, vom Cladding befreit. Beim Ziehen entsteht Prinzip bedingt eine Verjüngung des Durchmessers, wobei dieser entlang der Faser kontinuierlich abnimmt. Erfolgt das Abnehmen mit etwa konstanter Rate, entsteht die bevorzugte konische Form des gezogenen Faserstücks. Das gezogene Faserstück schließt an einen nicht gezogenen Bereich der Tasterverlängerung an. An das vom Sensor abgewandte Ende, also in dem Bereich, der in das Werkstück eintauchen soll, wird das Antastformelement angebracht bzw. ausgebildet bzw. erzeugt. Nach dem Ziehen der Faser ist insbesondere der ausgezogene Bereich verjüngten Durchmessers als der biegeelastische Bereich der Tasterverlängerung anzusehen. Der nicht gezogene Teil biegt sich aufgrund seines größeren Durchmessers bei Auslenkung des Antastformelementes praktisch kaum noch.Preference is given to multi-layered fiber pieces, which consist of a glass core, in particular quartz glass core, a cladding located around it, therefore befindlicher silicone layer and turn around befindlicher plastic layer preferably made of ethylene tetraflourethylene such as Tefzel (registered trademark of DuPont). The cladding may also be made of glass or quartz glass and is then generally no longer separable from the quartz glass core, or of another material that can be solved by the quartz glass core. When pulling, only the existing layers of glass must remain, otherwise existing layers would burn. Accordingly, the region of the silicone layer and the plastic layer intended for pulling, and the cladding which does not consist of glass, are removed from the cladding. When pulled principle arises due to a taper of the diameter, which continuously decreases along the fiber. If the removal takes place at approximately constant rate, the preferred conical shape of the drawn fiber piece is formed. The drawn piece of fiber attaches to an untracked area of the probe extension. At the end facing away from the sensor, ie in the area to be immersed in the workpiece, the Antastformelement is attached or formed or generated. After pulling the fiber, in particular the extended area of tapered diameter is to be regarded as the flexurally elastic area of the probe extension. The non-drawn part bends virtually barely due to its larger diameter at deflection of the sensing element.
Ein weiterer Prozess ist das Abschneiden einer beispielsweise gezogenen Faser, auch „cleaving” genannt. Alternativ wird eine verjüngte Faser gebrochen. Das Ausbilden einer Verdickung an einem gezogenen, also verjüngten und beispielsweise gebrochenen oder abgeschnittenen Ende der Faser erfolgt mit einem besonderen Verfahren, indem die Bruch- bzw. Schnittstelle durch einen Lichtbogen erhitzt wird. Durch die Oberflächenspannung des aufgeschmolzenen Glases bildet sich ein kugelförmiger Tropfen, der das Antastformelement oder die Zielmarke darstellt. Im zweiten Fall wird an die Zielmarke durch Kleben, also wieder lokales Erwärmen, ein oder mehrere separate Faserstücke angeklebt, an dessen gegenüberliegenden Ende ein Antastformelement befestigt ist, wiederum hergestellt mit dem zuvor beschriebenen Verfahren der Ausbildung einer Verdickung. Alternativ zum Verdicken kann ein Antastformelement auch separat hergestellt und an das Faserende angeklebt werden, wiederum durch lokales Erwärmen. Das separate Faserstück mit Antastformelement verläuft beispielsweise in Richtung des Abschnitts der Tasterverlängerung der sich an die Zielmarke anschließt, also in Richtung der optischen Achse des lateral messenden Sensors, oder in der veränderten Richtung, wie bereits beschrieben. Mehrere separate Faserstücke bilden beispielsweise eine Sternform. Another process is the cutting of an example drawn fiber, also called "cleaving". Alternatively, a tapered fiber is broken. The formation of a thickening on a pulled, so tapered and, for example, broken or cut end of the fiber is carried out by a special method by the fracture or interface is heated by an arc. Due to the surface tension of the molten glass, a spherical drop is formed, which represents the probe element or the target mark. In the second case, one or more separate pieces of fiber are glued to the target by gluing, so again local heating, at the opposite end of a Antastformelement is attached, in turn made with the previously described method of forming a thickening. As an alternative to thickening, a probing element can also be manufactured separately and adhered to the fiber end, again by local heating. The separate fiber piece with Antastformelement example, in the direction of the portion of the probe extension which adjoins the target, ie in the direction of the optical axis of the laterally measuring sensor, or in the changed direction, as already described. For example, several separate fiber pieces form a star shape.
Besonders bevorzugt ist daher der Gedanke, dass an das im Durchmesser verjüngte Ende der Tasterverlängerung das Antastformelement oder die Zielmarke durch ein Verdicken der Tasterverlängerung während des Schmelzvorgangs erzeugt wird oder separat hergestelltes Antastformelement oder Zielmarke angeklebt wird.Therefore, the idea is particularly preferred that the probing element or the target mark is produced by thickening the stylus extension during the melting process or separately produced Antastformelement or target is adhered to the diameter-tapered end of the probe extension.
Eine alternative Herstellung der Zielmarke erfolgt durch ein Verdicken innerhalb der Tasterverlängerung selbst, indem diese bei Erhitzung gestaucht wird.An alternative production of the target is done by a thickening within the probe extension itself by this is compressed when heated.
In einer besonderen Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass innerhalb des im Durchmesser verjüngten Teils der Tasterverlängerung die Zielmarke durch ein Verdicken der Tasterverlängerung während des Schmelzvorgangs erzeugt wird, vorzugsweise durch Stauchen.In a particular embodiment, the invention therefore provides that within the diameter-tapered part of the probe extension, the target mark is generated by thickening the probe extension during the melting process, preferably by upsetting.
Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, dass an die Zielmarke ein oder mehrere separat hergestellte Faserstücken angeklebt werden, welches bzw. welche in der Richtung des von der Zielmarke ausgehenden Abschnitts der Tasterverlängerung oder in einer oder mehreren veränderten Richtungen verlaufen, wobei vom der Klebung gegenüberliegenden Ende des oder der Faserstücken das bzw. jeweils ein Antastformelement ausgehen.According to the invention, it is also provided that one or more separately produced pieces of fiber are glued to the target, which extend in the direction of the section of the button extension emanating from the target or in one or more changed directions, wherein the opposite end of the gluing or the fiber pieces emanating respectively one Antastformelement.
In der bereits beschriebenen Ausführungsform 2D-Sensor muss die Tasterverlängerung um etwa 90° umgebogen werden. Hierzu sieht die Erfindung in einer ersten Ausgestaltung vor, die Schwerkraft der Faser selbst zu nutzen und die Faser an der Wärmequelle definiert vorbei zu führen. Um einen gleichmäßigen Radius zu erzeugen, wird die Faser anschließend über einen sich in einer definierten Bewegung absenkenden Keramikstab geführt. Dabei ist einer vertikalen Bewegung eine horizontale überlagert. Die Bewegung von Faserabschnit – auch Faserstück genannt – und Stützelement wie Keramikstab sind aufeinander abgestimmt, wobei die pro Zeiteinheit zurückgelegten Strecken zueinander korreliert sind, insbesondere in einem konstanten Verhältnis, das insbesondere eins ist. Das stabförmige Stützelement erstreckt sich in seiner Längsachsenrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Faserabschnitts, also in dessen im Bereich des Stützelements verlaufender Längsachse.In the 2D sensor embodiment already described, the probe extension must be bent by about 90 °. To this end, the invention provides in a first embodiment, to use the gravity of the fiber itself and to guide the fiber defined at the heat source over. In order to produce a uniform radius, the fiber is then guided over a ceramic rod which descends in a defined movement. In this case, a horizontal movement is superimposed on a vertical movement. The movement of Faserabschnit - also called fiber piece - and support member such as ceramic rod are matched to each other, the distances traveled per unit time are correlated to each other, in particular in a constant ratio, which is one in particular. The rod-shaped support element extends in its longitudinal axis direction perpendicular to the direction of movement of the fiber section, ie in its longitudinal axis extending in the region of the support element.
Bevorzugterweise ist daher vorgesehen, dass unter Wärmeeinfluss und Ausnutzung der Schwerkraft die Tasterverlängerung gebogen wird, vorzugsweise um 90° oder um 85° bis 95°, wobei die Tasterverlängerung mittels einer Vorschubbewegung an der Wärmequelle vorbeigeführt wird, vorzugsweise die Biegung mit konstantem Radius ausgeführt wird, indem das Faserstück nach der Wärmequelle über einen Stützstab wie zylindrischen Keramikstab abgestützt wird, der während der Vorschubbewegung zumindest eine vertikale, vorzugsweise zumindest zeitweise eine überlagert vertikale und horizontale Bewegung ausübt, wobei insbesondere Vorschubbewegung der Tasterverlängerung und Bewegung des Stützstabs in einem korreliertem Verhältnis, vorzugsweise konstanten Verhältnis, aufeinander abgestimmt sind.Preferably, it is therefore provided that under heat influence and utilization of gravity, the probe extension is bent, preferably by 90 ° or by 85 ° to 95 °, the probe extension is guided by means of a feed movement of the heat source, preferably the bend is performed with a constant radius, in that the fiber piece is supported by the heat source via a support rod such as a cylindrical ceramic rod which exerts at least one vertical, preferably at least temporarily superimposed vertical and horizontal movement during the advancing movement, wherein in particular advancing movement of the probe extension and movement of the support rod in a correlated ratio, preferably constant Ratio, are coordinated.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird die Biegung erzeugt, indem nicht die Faser selbst plastisch verformt wird, sondern die steife Hülse, also beispielsweise das weiter oben bereits erwähnte Metallröhrchen bzw. allgemein ein Hohlzylinder. Das Faserstück wird dann in seinem nicht gezogenen Bereich in das Metallröhrchen eingebracht, zum Beispiel eingeschoben. Dabei folgt es der Form des zuvor um etwa 90° gebogenen Röhrchens. Der gezogene Bereich des Faserstücks bleibt außerhalb des Röhrchens. Im nicht gezogenen Bereich wird vorzugsweise Kunststoffschicht und Silikonschicht nicht entfernt, da die Faser sonst beim Einführen und Umlenken im Röhrchen brechen könnte. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Röhrchen nach der Biegestelle bis in den Faserhalter hinein verläuft. Antastformelementseitig ragt der nicht gezogene Bereich aus dem Röhrchen heraus, beispielsweise einigen wenige Millimeter, zum Beispiel 1 mm bis 10 mm, bei Sonderformen auch bis 50 mm oder bis 100 mm, bevor der gezogene Bereich beginnt. Am antastformelementseitigen Austrittspunkt des nicht gezogenen Bereichs aus dem Röhrchen wird dieses mit dem Röhrchen verklebt.In a second embodiment of the invention, the bend is generated by not the plastic itself is plastically deformed, but the rigid sleeve, so for example, the above-mentioned metal tube or generally a hollow cylinder. The piece of fiber is then introduced into its unstretched area in the metal tube, for example inserted. It follows the shape of the previously bent by about 90 ° tube. The drawn portion of the piece of fiber remains outside the tube. In the undrawn area, it is preferable not to remove the plastic layer and silicone layer, otherwise the fiber might break during insertion and deflection in the tube. It is preferably provided that the tube extends into the fiber holder after the bending point. Antastformelementseitig protrudes the non-drawn Area out of the tube, for example, a few millimeters, for example, 1 mm to 10 mm, in special forms to 50 mm or to 100 mm, before the drawn area begins. At the antastformelementseitigen exit point of the non-drawn portion of the tube this is glued to the tube.
In einer besonderen Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass die Tasterverlängerung zumindest abschnittsweise in das Innere eines Hohlzylinders eingeführt wird, wobei der Hohlzylinder eine Biegung von 85° bis 95°, bevorzugt 90° aufweist, wobei innerhalb des Hohlzylinders vorzugsweise nur nicht gezogene Bereiche der Tasterverlängerung verlaufen und vorzugsweise am dem Antastformelement zugewandten Austrittspunkt der Tasterverlängerung aus dem Hohlzylinder Tasterverlängerung und Hohlzylinder verklebt werden.In a particular embodiment, the invention therefore provides that the probe extension is at least partially introduced into the interior of a hollow cylinder, wherein the hollow cylinder has a bend of 85 ° to 95 °, preferably 90 °, wherein within the hollow cylinder preferably only not drawn areas of Probe extension run and preferably glued to the Antastformelement facing exit point of the probe extension from the hollow cylinder probe extension and hollow cylinder.
Im Fall des 3D-Sensors wird erfindungsgemäß eine dem Abstandsensor zugeordnete Zielmarke wie Reflektor an dem vom Antastformelement abgewandten Ende der Tasterverlängerung angebracht. Dies erfolgt bevorzugt durch Kleben, insbesondere unter Wärmeeinfluss. Das vom Antastformelement abgewandte Ende der Tasterverlängerung ist dabei nicht gezogen.In the case of the 3D sensor, according to the invention, a target mark associated with the distance sensor, such as a reflector, is attached to the end of the probe extension facing away from the probe form element. This is preferably done by gluing, in particular under the influence of heat. The remote from the Antastformelement end of the probe extension is not drawn.
Besonders hervorzuheben ist der Gedanke, dass mehrschichtig aufgebaute Faserstücke verwendet werden, die vorzugsweise um einem Glaskern, vorzugsweise Quarzglaskern ein Cladding, vorzugsweise Quarzglas-Cladding, und zumindest abschnittsweise eine Silikonschicht und eine Kunststoffschicht vorzugsweise aus Ethylen-Tetraflourethylen wie Tefzel (eingetragene Marke von DuPont) aufweisen, und vorzugsweise nur aus Glas bestehende Bereiche dem Wärmeeinfluss unterzogen werden.Particularly noteworthy is the idea that multi-layered fiber pieces are used, preferably a glass core, preferably quartz glass core cladding, preferably quartz glass cladding, and at least partially a silicone layer and a plastic layer preferably of ethylene tetraflourethylene such as Tefzel (registered trademark of DuPont) , and preferably only glass-made areas are subjected to the influence of heat.
Um die zuvor erläuterten Herstellungsverfahren mit hoher Genauigkeit durchzuführen, sieht die Erfindung vor, computergesteuert zu arbeiten. Insbesondere Vorschubbewegung und Ausrichtung der Faser können damit besonders schnell und genau erfolgen. Die Ausrichtung wird beispielsweise beim Kleben benötigt. Auch beim Ziehen und Schneiden der Faser ist eine definierte Ausrichtung der Faser notwendig. Diese Vorgänge werden zudem optisch überwacht, mittels Kamera bzw. Bildverarbeitungssensor und entsprechend geregelt. Vor dem Kleben erfolgt erfindungsgemäß eine Reinigung mittels Plasma.In order to carry out the above-described manufacturing methods with high accuracy, the invention provides to work computer-controlled. In particular feed movement and alignment of the fiber can thus be done very quickly and accurately. The alignment is needed, for example, when gluing. Even when pulling and cutting the fiber, a defined orientation of the fiber is necessary. These processes are also monitored optically, by means of camera or image processing sensor and regulated accordingly. Before bonding takes place according to the invention a cleaning by means of plasma.
Nach einer bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass Schmelzvorgang, Ziehvorgang und Klebevorgang, und vorzugsweise Vorschubbewegung, Abschneidevorgang und Vorgang zum Reinigen der Faserenden mittels Plasma, computergesteuert ablaufen, vorzugsweise vor dem Kleben computergesteuerte translatorische und rotatorische Ausrichtung der zu klebenden Enden zumindest in den beiden senkrecht zur Faserrichtung verlaufenden Richtungen und vorzugsweise in den beiden Kipprichtungen um diese beiden senkrechten Richtungen erfolgt.According to a preferred solution, the invention provides that the melting process, drawing process and gluing process, and preferably advancing movement, cutting process and operation for cleaning the fiber ends by means of plasma, run computer controlled, preferably before gluing computer-controlled translational and rotational alignment of the ends to be glued at least in the two perpendicular to the fiber direction directions and preferably takes place in the two tilting directions about these two vertical directions.
Kennzeichnend kann auch sein, dass die Herstellung der Tasterverlängerung mittels Kamera, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor überwacht und/oder mittels der Kamera, vorzugsweise durch Bildverarbeitungssensor generierte Signale geregelt wird.It can also be characteristic that the production of the stylus extension is monitored by means of a camera, preferably an image processing sensor, and / or is regulated by means of the camera, preferably signals generated by an image processing sensor.
Nach einer eigenständigen Schutz genießenden Idee ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Tasterverlängerung für einen taktil-optischen Sensor vorgesehen, wobei die Tasterverlängerung für die Aufnahme in einer Faseraufnahme vorgesehen ist, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass an dem vom Antastformelement abgewandten Ende der Tasterverlängerung an der Außenseite der Tasterverlängerung, vorzugsweise Außenseite des die Tasterverlängerung aufnehmenden Hohlzylinders, eine bereichsweise ebene Abflachung geformt wird.After an independent protection enjoying idea also a method for producing a probe extension for a tactile-optical sensor is provided, wherein the probe extension is provided for receiving in a fiber receptacle, wherein the method is characterized in that at the end facing away from the Antastformelement the probe extension on the outside of the probe extension, preferably outside of the probe extension receiving hollow cylinder, a region-wise flat flattening is formed.
Besonders bevorzugt ist dabei der Gedanke, dass die Normalenrichtung der Abflachung parallel zur Richtung des parallel oder entlang der optischen Achse verlaufenden Bereichs der Tasterverlängerung ist, und dass der Hohlzylinder um 90° gebogen wird, vorzugsweise das Biegen in einer Vorrichtung erfolgt, bei der der Hohlzylinder mit seiner Abflachung an einer Anlagefläche angelegt wird und die Biegerichtung zur Normalen der Anlagefläche ausgerichtet ist.Particularly preferred is the idea that the normal direction of the flattening is parallel to the direction of extending parallel or along the optical axis portion of the probe extension, and that the hollow cylinder is bent by 90 °, preferably the bending takes place in a device in which the hollow cylinder with its flattening on a contact surface is applied and the bending direction is aligned with the normal of the contact surface.
Auch ist Gegenstand einer selbständigen Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einsatz eines taktil-optischen Sensors zur Messung von Oberflächenpunkten an einem Werkstück.The subject of an independent invention is also an apparatus and a method for using a tactile-optical sensor for measuring surface points on a workpiece.
Insbesondere bezieht sich die selbständige Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, der eine Halterung für eine zumindest teilweise biegeelastische Tasterverlängerung enthält, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und eine dem Antastformelement zugeordnete erste Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar ist und deren Auslenkung, vorzugsweise seitliche Auslenkung, mit einem ersten lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, ermittelbar ist,In particular, the independent invention relates to a method and an apparatus for determining geometric features or structures on a workpiece by means of a tactile-optical sensor containing a holder for an at least partially flexible elastic probe extension, wherein at least emanating from the probe extension: a Antastformelement which is deflected on contact with the workpiece, and the Antastformelement associated first target mark which is deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece and their deflection, preferably lateral deflection, with a first laterally measuring optical Sensor, preferably image processing sensor, can be determined,
Taktil-optische Sensoren sind in den folgenden Schriften der Anmelderin beschrieben.Tactile-optical sensors are described in the following publications of the applicant.
Die
Der
In der
Die
In der
Die
Auf den Offenbarungsgehalt aller zuvor genannten Schriften der Anmelderin wird vollständig Bezug genommen.The disclosure of all of the aforementioned documents of the Applicant is fully incorporated by reference.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine genaue Messung auch für Merkmale zu realisieren, die nur mit einem relativ langen und dünnen Taststift bzw. einer sogenannten Tasterverlängerung, mit einer Länge von vorzugsweise mehr als fünf Millimetern und einem Durchmesser vorzugsweise kleiner als 0,5 mm, erreichbar sind, wobei geringe Antastkräfte zum Schutz des Werkstücks vor Beschädigung sichergestellt werden müssen und vorzugsweise ebenso sehr geringe Abmessungen für das zur Antastung verwendete Antastformelement im Bereich kleiner 0,5 mm im Durchmesser erreicht werden sollen, um beispielsweise eine hohe Strukturauflösung zu gewährleisten oder die Messung von schwer zugänglichen Merkmalen wie beispielsweise Bobrungen geringen Durchmessers zu ermöglichen. Der Taststift bzw. die Tasterverlängerung kann dabei in Richtung der optischen Achse des bzw. der zur Messung der Auslenkung des Antastformelementes bzw. einer diesem zugeordneten Zielmarke verwendeten Messsysteme verlaufen oder zusätzlich seitlich auskragen (L-Taster). Ebenso sollen mehrere seitliche Auskragungen in unterschiedlichen Richtungen und Längen (Stern-Taster), mit großen Längen von mehreren Millimetern bis einigen Zentimetern Länge realisierbar sein.Object of the present invention is to realize an accurate measurement for features that only with a relatively long and thin stylus or a so-called stylus extension, preferably with a length of more than five millimeters and a diameter smaller than 0.5 mm , are to be ensured, with little probing forces to protect the workpiece from damage must be ensured and preferably also very small dimensions for the Antastform used Antastformelement in the range of less than 0.5 mm in diameter to be achieved, for example, to ensure a high structural resolution or Measurement of hard-to-access features such as small diameter bobs. In this case, the stylus or the stylus extension can run in the direction of the optical axis of the measuring system used for measuring the deflection of the probe form element or a target mark associated therewith, or can additionally project laterally (L button). Likewise, several lateral projections in different directions and lengths (star button), with large lengths of several millimeters to a few centimeters in length should be feasible.
Zur Lösung entsprechender Aufgabenstellungen ist es notwendig, das Antastformelement an einer langen Tasterverlängerung zu befestigen. Taucht das Antastformelement dann sehr weit in das Werkstück ein, beispielsweise in eine Bohrung, wird die Abbildung auf dem optisch lateral messenden Bildverarbeitungssensor teilweise durch das Werkstück abgeschattet, wodurch Messabweichungen entstehen. Zur Verbesserung schlägt die
Zumindest Aspekte dieser Aufgaben werden im Wesentlichen durch eine Vorrichtung und ein Verfahren unter Verwendung eines taktil-optischen Sensors gelöst, der einen Taststift bzw. eine Tasterverlängerung aufweist mit einem ersten Bereich mit hoher Steifigkeit z. B. einem ersten Elastizitätsmodul und einem zweiten Bereich mit niedrigerer Steifigkeit z. B. einem zweiten Elastizitätsmodul, wobei gegebenenfalls der erste Elastizitätsmodul größer ist als der zweite Elastizitätsmodul. Hierdurch ergeben sich bei entsprechender Dimensionierung günstige Verhältnisse bei der Übertragung der Auslenkung des Antastformelementes auf die mit dem Messsystem bzw. Sensor bzw. mehreren Messsystemen bzw. Sensoren erfasste Auslenkung der Zielmarke bzw. Zielmarken, und zwar dann, wenn der erste Bereich höherer Steifigkeit zwischen dem Antastformelement und der bzw. den Zielmarken angeordnet ist. Der zweite Bereich geringerer Steifigkeit erstreckt sich zumindest teilweise zwischen der Befestigung bzw. Halterung der Tasterverlängerung am taktil-optischen Sensor und damit am Messgerät, z. B. Koordinatenmessgerät, und der bzw. einer der Zielmarken oder der Verbindung zwischen Antastformelement und Zielmarke oder der Verbindung zwischen den mehreren Zielmarken, wodurch eine geringe Antastkraft realisiert wird.At least aspects of these objects are achieved, in essence, by an apparatus and method using a tactile-optical sensor having a stylus extension with a first region of high stiffness, e.g. B. a first modulus of elasticity and a second region with lower stiffness z. B. a second modulus of elasticity, wherein optionally the first modulus of elasticity is greater than the second modulus of elasticity. This results in appropriate dimensioning favorable conditions in the transmission of the deflection of the Antastformelementes on the detected with the measuring system or sensor or more measuring systems or sensors deflection of the target mark or targets, and then when the first region of higher stiffness between the Antastformelement and the or the target marks is arranged. The second region of lesser rigidity at least partially extends between the attachment or retention of the probe extension on the tactile-optical sensor and thus on the measuring device, for. As coordinate measuring machine, and the or one of the targets or the connection between the probe form element and target or the connection between the plurality of targets, whereby a small probing force is realized.
Der zweite Bereich geringerer Steifigkeit beginnt an der Halterung oder nahe der Halterung und endet in einer ersten bevorzugten erfinderischen Lösung direkt an der ersten Zielmarke bzw. einer der mehreren Zielmarken, sofern vorhanden. Bei Vorhandensein mehrerer Zielmarken endet der zweite Bereich insbesondere nach der der Halterung nächstliegenden Zielmarke.The second region of lesser rigidity begins at the holder or near the holder and ends in a first preferred inventive solution directly to the first target or one of the plurality of targets, if any. If there are a plurality of target marks, the second region ends, in particular, after the target mark closest to the holder.
In einer alternativen erfindungsgemäßen Lösung endet der zweite Bereich an der Verbindung zwischen Zielmarke und Antastformelement bzw. Verbindung zwischen den mehreren Zielmarken, also an dem ersten Bereich höherer Steifigkeit.In an alternative solution according to the invention, the second region ends at the connection between the target mark and the probe form element or connection between the multiple target marks, that is to say at the first region of higher rigidity.
Der erste Bereich höherer Steifigkeit kann sich also auch zwischen den mehreren Zielmarken erstrecken. Es sind also erfindungsgemäß auch mehrere Zielmarken vorgesehen. Eine zweite Zielmarke ist dabei zur Erfassung durch ein zweites Messsystem, insbesondere einen Abstandsensor, vorgesehen, dass die Auslenkung der zweiten Zielmarke senkrecht, im Folgenden als vertikale Auslenkung bezeichnet, zur Auslenkung der ersten Zielmarke, im Weiteren als laterale Auslenkung bezeichnet, erfasst. Der erste Bereich höherer Steifigkeit erstreckt sich dann zwischen dem Antastformelement und der ersten Zielmarke und der ersten und zweiten bzw. ggf. weiteren Zielmarken. Hierdurch wird erreicht, dass die Auslenkung des Antastformelementes auf alle verwendeten Zielmarken möglichst vollständig übertragen wird.The first region of higher rigidity can thus also extend between the multiple target marks. There are therefore provided according to the invention also several targets. A second target mark is provided for detection by a second measuring system, in particular a distance sensor, provided that the deflection of the second target vertically, hereinafter referred to as vertical deflection, for the deflection of the first target, hereinafter referred to as lateral deflection detected. The first region of higher rigidity then extends between the probe-shaping element and the first target mark and the first and second or possibly further target marks. This ensures that the deflection of the sensing element is transmitted as completely as possible to all used targets.
In Erweiterung dieser Idee ist auch vorgesehen, die Dimensionierung des ersten Bereiches so zu realisieren, dass nur eine Komponente der Auslenkung des Antastformelementes, beispielsweise die vertikale Auslenkung, auf eine bestimmte Zielmarke, beispielsweise die zweite Zielmarke, möglichst vollständig übertragen wird. Allgemein gesagt soll die Komponente an die jeweilige Zielmarke möglichst vollständig übertragen werden, die durch das der entsprechenden Zielmarke zugeordnete Messsystem bestimmt wird.As an extension of this idea, it is also envisaged to realize the dimensioning of the first region such that only one component of the deflection of the sensing element, for example the vertical deflection, is transmitted as completely as possible to a specific target mark, for example the second target mark. Generally speaking, the component should be transmitted as completely as possible to the respective target mark, which is determined by the measuring system assigned to the corresponding target mark.
Ein zur Befestigung des Antastformelementes und der gegebenenfalls zumindest einen diesem zugeordneten Zielmarke in einer Halterung wird beispielsweise nach der
Als Bereich höherer Steifigkeit wird insbesondere eine Bereich verstanden, der im Vergleich zum Bereich geringerer Steifigkeit, derart dimensioniert ist, wobei entsprechend der Formel aus der
Die Erfindung bezieht sich also auf ein Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, der eine Halterung für eine zumindest teilweise biegeelastische Tasterverlängerung enthält, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und eine dem Antastformelement zugeordnete erste Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar ist und deren Auslenkung, vorzugsweise seitliche Auslenkung, mit einem ersten lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, ermittelbar ist.The invention thus relates to a device for determining geometric features or structures on a workpiece by means of a tactile-optical sensor containing a holder for an at least partially flexible elastic probe extension, wherein at least assume the probe extension: a Antastformelement that touch can be deflected with the workpiece, and a Antastformelement associated with the first target mark, which is deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece and the deflection, preferably lateral deflection, with a first laterally measuring optical sensor, preferably image processing sensor, can be determined.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist vorgesehen, dass die Tasterverlängerung in einem ersten Bereich, der zumindest zwischen dem Antastformelement und der ersten Zielmarke angeordnet ist, eine höhere Steifigkeit aufweist, als in einem zweiten Bereich, der zwischen der Halterung und der ersten Zielmarke oder zwischen der Halterung und dem ersten Bereich angeordnet ist.To achieve the object of the invention, it is provided that the probe extension in a first region, which is arranged at least between the Antastformelement and the first target, has a higher rigidity, as in a second region, between the holder and the first target or between the Bracket and the first area is arranged.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels eines taktil-optischen Sensors, wobei die erste und vorzugsweise zusätzlich eine zweite Zielmarke von der zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung ausgeht, wobei die erste und bei Vorhandensein der zweiten Zielmarke diese dem Antastformelement zugeordnet sind und bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar sind und die Auslenkung der ersten und bei Vorhandensein der zweiten Zielmarke diese senkrecht oder nahezu senkrecht zur mit dem ersten optischen Sensor erfassten Auslenkung der ersten Zielmarke, mit einem zweiten optischen Sensor, vorzugsweise optischen Abstandsensor, ermittelbar ist und zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Bereich höherer Steifigkeit zwischen dem Antastformelement und der ersten Zielmarke und bei Vorhandensein der zweiten Zielmarke zwischen der ersten und zweiten Zielmarke angeordnet ist und bei Vorhandensein der zweiten Zielmarke der zweite Bereich geringer Steifigkeit zwischen der Halterung und dem Bereich zwischen der ersten und zweiten Zielmarke angeordnet ist.The invention also relates to a device for determining geometric features or structures on a workpiece by means of a tactile-optical sensor, the first and preferably additionally a second target emanating from the at least partially flexible elastic probe extension, wherein the first and in the presence of the second target mark these are assigned to the Antastformelement and are deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece and the deflection of the first and in the presence of the second target this perpendicular or nearly perpendicular to the detected with the first optical sensor deflection of the first target, with a second optical sensor , Preferably optical distance sensor, can be determined and is characterized in that the first region of higher stiffness angeord between the Antastformelement and the first target and in the presence of the second target between the first and second target is net and in the presence of the second target mark the second region of low rigidity between the holder and the region between the first and second target mark is arranged.
In einer ersten bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung zusätzlich vor, dass die erste und vorzugsweise zusätzlich eine zweite Zielmarke von der zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung ausgeht, wobei die erste und vorzugsweise zusätzlich die zweite Zielmarke dem Antastformelement zugeordnet sind und bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar sind und die Auslenkung der ersten oder vorzugsweise zweiten Zielmarke senkrecht oder nahezu senkrecht zur mit dem ersten optischen Sensor erfassten Auslenkung der ersten Zielmarke, mit einem zweiten optischen Sensor, vorzugsweise optischen Abstandsensor, ermittelbar ist, wobei der erste Bereich höherer Steifigkeit zwischen dem Antastformelement und der ersten Zielmarke und, falls eine zweiten Zielmarke vorhanden ist, zwischen der ersten und zweiten Zielmarke angeordnet ist und, falls eine zweiten Zielmarke vorhanden ist, vorzugsweise der zweite Bereich geringer Steifigkeit zwischen der Halterung und dem Bereich zwischen der ersten und zweiten Zielmarke angeordnet ist.In a first preferred embodiment, the invention additionally provides that the first and preferably additionally a second target emanating from the at least partially flexible elastic probe extension, the first and preferably additionally the second target associated with the Antastformelement and deflected upon contact of the Antastformelementes with the workpiece and the deflection of the first or preferably second target mark is perpendicular or nearly perpendicular to the deflection of the first target detected by the first optical sensor, with a second optical sensor, preferably optical distance sensor, can be determined, wherein the first region of higher stiffness between the sensing element and the first target and, if there is a second target, between the first and second target and, if there is a second target, preferably the second region of low rigidity between the support and the region between the first and second target marks.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass zur Befestigung des Antastformelementes und der ersten und gegebenenfalls zweiten Zielmarke an einer Halterung zumindest ein Teil der Tasterverlängerung als ein oder mehrere flexible Verbindungselemente ausgebildet sind, die vom Strahlengang des ersten Sensors in Strahlrichtung durchdrungen werden und dass das zumindest eine flexible Verbindungselement transparent ist und/oder in Bezug auf den ersten Sensor stark defokussiert angeordnet wird.Particularly noteworthy is the idea that for fixing the Antastformelementes and the first and possibly second target on a holder at least a portion of the probe extension are formed as one or more flexible connecting elements, which are penetrated by the beam path of the first sensor in the beam direction and that at least one flexible connection element is transparent and / or is arranged in a highly defocused manner with respect to the first sensor.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass der erste Bereich einen größeren Elastizitätsmodul E aufweist als der zweite Bereich, beispielsweise durch entsprechend unterschiedliche Materialwahl oder Härten des ersten Bereichs.According to a particularly preferred solution, the invention provides that the first region has a greater modulus of elasticity E than the second region, for example by correspondingly different choice of material or hardening of the first region.
Kennzeichnend ist daher auch, dass der erste Bereich aus zumindest einem der Materialien Stahl, Diamant, Graphen oder Wolfram besteht und/oder der zweite Bereich aus einem Material mit geringerem Elastizitätsmodul wie beispielsweise Glas, Glasfaser, Kunststoff oder Kunststofffaser wie Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyethylenterephthalat.It is therefore also characteristic that the first region consists of at least one of the materials steel, diamond, graphene or tungsten and / or the second region of a material with a lower elastic modulus such as glass, glass fiber, plastic or plastic fiber such as polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride or polyethylene terephthalate.
In einer zweiten bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass der erste Bereich ein größeres Flächenmoment I, vorzugsweise größere Dicke, und/oder geringere Länge l aufweist als der zweite Bereich. In a second preferred embodiment, the invention provides that the first region has a larger surface moment I, preferably greater thickness, and / or shorter length l than the second region.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass das Antastformelement kugelförmig oder nahezu kugelförmig oder scheibenförmig am objektseitigen Ende der Tasterverlängerung ausgeführt ist und die erste Zielmarke sphärisch oder kugelförmig oder nahezu kugelförmig oder ellipsoidförmig oder zylindrisch oder rechteckig oder nahezu rechteckig oder scheibenförmig oder nahezu scheibenförmig oder als Verdickung der Tasterverlängerung ausgeführt ist.In an embodiment, the invention provides that the Antastformelement is spherical or nearly spherical or disc-shaped at the object end of the probe extension and the first target spherical or spherical or nearly spherical or ellipsoidal or cylindrical or rectangular or almost rectangular or disc-shaped or almost disc-shaped or thickened the button extension is executed.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Tasterverlängerung in mehrere Einzelteile, insbesondere in den ersten und zweiten Bereich, unterteilt ist und die Einzelteile untereinander und/oder mit der ersten und/oder zweiten Zielmarke und/oder dem Antastformelement durch Kleben oder Schweißen bzw. Spleißen verbunden sind und/oder durch Spleißen oder Formen Einheiten bilden.Preferably, it is provided that the probe extension is divided into several individual parts, in particular in the first and second region, and the items are connected to each other and / or with the first and / or second target and / or the Antastformelement by gluing or welding or splicing and / or by splicing or forming units.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass die Tasterverlängerung L-förmig oder sternförmig ausgeführt ist, wobei sich an jedem Sternende ein Antastformelement befindet.Particularly noteworthy is the idea that the probe extension L-shaped or star-shaped, with each star end is a Antastformelement.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass der taktil-optische Sensor als ein Sensor in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, integriert ist.In an embodiment, the invention provides that the tactile-optical sensor is integrated as a sensor in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels des erfindungsgemäßen taktil-optischen Sensors.The present invention also relates to a method for determining geometric features or structures on a workpiece by means of the tactile-optical sensor according to the invention.
Des Weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch als, dass der taktil-optische Sensor in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensor-Koordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, eingesetzt wird.Furthermore, the inventive method is characterized in that the tactile-optical sensor in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring machine is used together with other sensors.
Eine eigenständige Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur taktil-optischen Messung geometrischer Merkmale bzw. Strukturen an einem Werkstück.An independent invention relates to a device and to a method for the tactile-optical measurement of geometric features or structures on a workpiece.
Auch bezieht sich eine eigenständige Erfindung auf die Beschichtung eines taktil-optischen Sensors zur Messung geometrischer Merkmale bzw. Strukturen an Werkstücken, wobei eine verbesserte Beschichtung zum Einsatz kommt.An independent invention also relates to the coating of a tactile-optical sensor for measuring geometric features or structures on workpieces, wherein an improved coating is used.
Insbesondere bezieht sich die eigenständige Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar ist und deren seitliche Auslenkung, senkrecht zur optischen Achse eines lateral messenden optischen Sensors, mit dem optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, ermittelbar ist, Taktil-optische Sensoren sind in den folgenden Schriften der Anmelderin beschrieben.In particular, the independent invention relates to a method and an apparatus for determining geometric features or structures on a workpiece, by means of a tactile-optical sensor, at least consisting of an at least partially flexible elastic probe extension, at least assume the probe extension: a Antastformelement, which can be deflected in contact with the workpiece, and a the targeting element associated target mark, which is deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece and their lateral deflection, perpendicular to the optical axis of a laterally measuring optical sensor, with the optical sensor, preferably image processing sensor determined Tactile optical sensors are described in the applicant's following works.
Die
Der
In der
Die
In der
Die
Die
Auf den Offenbarungsgehalt aller zuvor genannten Schriften der Anmelderin wird vollständig Bezug genommen.The disclosure of all of the aforementioned documents of the Applicant is fully incorporated by reference.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine genaue Messung für Merkmale zu realisieren, die schwer zugängig sind, insbesondere in mehr als einem Millimeter Tiefe in Bohrungen oder ähnlichen Vertiefungen von Durchmessern unterhalb von etwa 0,5 mm liegen, und damit nur unter Verwendung einer dem Antastformelement zugeordneten Zielmarke, die oberhalb des Antastformelementes vom Schaft der Tasterverlängerung ausgeht und kaum bzw. vorzugsweise nicht in die Vertiefung eintritt und damit vollständig vom optischen Sensor erfasst werden kann, mit hoher Genauigkeit gemessen werden können und dabei eine verbesserte Beleuchtung für die optische Messung der Auslenkung der Zielmarke zu erzielen.Object of the present invention is to realize a precise measurement for features that are difficult to access, especially in more than a millimeter depth in holes or similar wells of diameters below about 0.5 mm, and thus only using a the Antastformelement associated target, which emanates above the Antastformelementes from the shaft of the probe extension and hardly or preferably does not enter the recess and thus can be completely detected by the optical sensor can be measured with high accuracy and thereby improved illumination for the optical measurement of the deflection to achieve the target.
Bisher bekannte Vorrichtungen und Verfahren weisen dabei das Problem auf, dass die Zielmarke nur mit geringer Helligkeit im optischen Sensor erscheint. Die vom Sensor abgewandte Seite der Marke bzw. Zielmarke nach den Mitteln des Standes der Technik zu beschichten, verbessert dieses Problem zwar, ausreichende Helligkeit, insbesondere bei langen Taststiftlängen bzw. Tasterverlängerungslängen und damit großem Abstand zwischen optischem Sensor und Zielmarke, kann jedoch erfahrungsgemäß nicht sichergestellt werden, da große Teile des in den Schaft eingebrachten Lichts durch die Zielmarke hindurch verlaufen und das Tastelement bzw. die Tasterverlängerung durch den unbeschichteten Schaft und das unbeschichtete Antastformelement verlassen können. Zudem treten durch diese das Tastelement bzw. die Tasterverlängerung verlassende Strahlung unter Umständen Störreflexe durch am Werkstück reflektierte oder gestreute Lichtanteile auf, die die Messung verfälschen können.Previously known devices and methods have the problem that the target appears only with low brightness in the optical sensor. However, coating the side of the mark or target mark facing away from the sensor by the means of the prior art improves this problem, sufficient brightness, in particular with long stylus lengths or stylus extension lengths and thus a large distance between the optical sensor and the target, can not be ensured according to experience be because large parts of the light introduced into the shaft pass through the target and can leave the probe element or the probe extension through the uncoated shaft and the uncoated Antastformelement. In addition, due to this radiation leaving the probe element or the probe extension, disturbing reflections may occur due to light components reflected or scattered on the workpiece, which may falsify the measurement.
Zur Lösung entsprechender Aufgabenstellungen ist es notwendig, den Anteil des in das Tastelement bzw. die Tasterverlängerung eingebrachten Lichts, der für die Auswertung zur Verfügung steht, deutlich zu erhöhen.To solve corresponding problems, it is necessary to increase the proportion of the introduced into the probe element or the probe extension light that is available for the evaluation, significantly.
Zumindest Aspekte dieser Aufgaben werden im Wesentlichen durch eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einer zumindest teilweise biegeelastische Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück auslenkbar ist und deren seitliche Auslenkung, senkrecht zur optischen Achse eines lateral messenden optischen Sensors, mit dem optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, ermittelbar ist, gelöst, bei der die vom optischen Sensor abgewandte Seite der Zielmarke zumindest teilweise mit einer reflektierenden oder fluoreszierenden Schicht versehen ist und wobei der zwischen Zielmarke und Antastformelement verlaufende Bereich des Schaftes der Tasterverlängerung zumindest teilweise und/oder das Antastformelement zumindest teilweise mit einer reflektierenden oder fluoreszierenden Schicht versehen sind.At least aspects of these objects are essentially provided by a device for determining geometric features or structures on a workpiece, by means of a tactile-optical sensor, at least consisting of an at least partially flexurally elastic probe extension, wherein the probe extension is at least emanating: a probe element that is at Contact with the workpiece can be deflected, and a the Antastformelement associated target mark, which is deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece and their lateral deflection, perpendicular to the optical axis of a laterally measuring optical sensor, with the optical sensor, preferably image processing sensor, can be determined, solved, in which the side facing away from the optical sensor side of the target is at least partially provided with a reflective or fluorescent layer and wherein the extending between target and Antastformelement area of the shaft of Tasterverl ngerung are at least partially and / or the scanning element at least partially provided with a reflecting or fluorescent layer.
In Erweiterung dieser Idee ist eine Vorrichtung vorgesehen, dass der zwischen Zielmarke und Antastformelement verlaufende Bereich des Schaftes der Tasterverlängerung vollständig und das Antastformelement vollständig mit einer reflektierenden oder fluoreszierenden Schicht versehen sind.As an extension of this idea, a device is provided that the region of the shaft of the probe extension running between the target mark and the probe-forming element is completely complete and the probe-shaped element is completely provided with a reflective or fluorescent layer.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Schicht eine Metallschicht ist und vorzugsweise zumindest in ihrem mit dem Objekt in Kontakt gelangenden Bereich mit einer oberflächenharten bzw. abriebfesten Schutzschicht wie Siliziumnitrid-Schicht abgedeckt ist.According to a particularly preferred solution, the invention provides that the layer is a metal layer and is preferably covered with a surface-hard or abrasion-resistant protective layer, such as a silicon nitride layer, at least in its region in contact with the object.
Kennzeichnend ist auch, dass die Zielmarke kugelförmig oder nahezu kugelförmig ausgebildet ist und an der dem optischen Sensor abgewandten Fläche bis oder in etwa bis zum Äquator mit der reflektierenden oder fluoreszierenden Schicht versehen ist. It is also characteristic that the target mark is spherical or nearly spherical and is provided on the surface facing away from the optical sensor until or approximately to the equator with the reflective or fluorescent layer.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass das von der reflektierenden oder fluoreszierenden Schicht abgegebene Licht eine der Zielmarke zugeordnete Abbildung, vorzugsweise einen durch Bündelung entstandenen Leuchtfleck auf dem optischen Sensor erzeugt, deren seitliche Auslenkung mit dem lateral messenden optischen Sensor ermittelbar ist.In an embodiment, the invention provides that the light emitted by the reflective or fluorescent layer generates an image associated with the target, preferably a spot formed by focusing on the optical sensor whose lateral deflection can be determined with the laterally measuring optical sensor.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass eine zweite Zielmarke von der Tasterverlängerung ausgeht, die mittels eines zweiten Sensors, vorzugsweise Abstandsensors, erfassbar ist.In a further preferred embodiment, the invention provides that a second target emanates from the stylus extension, which can be detected by means of a second sensor, preferably a distance sensor.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass der taktil-optische Sensor in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder computertomografischen Sensoren, integriert ist.Particularly noteworthy is the idea that the tactile-optical sensor in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device is integrated together with other sensors, preferably tactile, optical or computer tomographic sensors.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The present invention also relates to a method for determining geometric features or structures on a workpiece by means of the device according to the invention.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist also auch ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einer zumindest teilweise biegeelastische Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück auslenkbar ist, und eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück ausgelenkt wird und deren seitliche Auslenkung, senkrecht zur optischen Achse eines lateral messenden optischen Sensors, mit dem optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, ermittelt wird, vorgesehen, das sich dadurch auszeichnet, dass die mittels einer Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche von zumindest einem Teil der reflektierenden oder fluoreszierenden Schichten abgegebene Strahlung auf dem lateral messenden optischen Sensor abgebildet wird und aus der Abbildung die seitliche Auslenkung des Antastformelementes bestimmt wird.To solve the problem of the invention is therefore also a method for the determination of geometric features or structures on a workpiece, by means of a tactile-optical sensor, at least consisting of an at least partially flexible elastic probe extension, at least assume the probe extension: a Antastformelement that at Contact with the workpiece can be deflected, and a the Antastformelement associated target mark, which is deflected when touching the Antastformelementes with the workpiece and their lateral deflection, perpendicular to the optical axis of a laterally measuring optical sensor, with the optical sensor, preferably image processing sensor is determined is provided, which is characterized in that by means of a device according to at least one of the preceding claims of at least a portion of the reflective or fluorescent layers emitted radiation abge on the laterally measuring optical sensor is formed and from the figure, the lateral deflection of the sensing element is determined.
In einer ersten bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung zusätzlich vor, dass die zweite, von der Tasterverlängerung ausgehende Zielmarke, von dem zweiten Sensor, vorzugsweise Abstandsensors, erfasst wird, vorzugsweise der Messstrahl des Abstandsensors an der zweiten Zielmarke zumindest teilweise reflektiert wird.In a first preferred embodiment, the invention additionally provides that the second, from the button extension outgoing target, from the second sensor, preferably distance sensor, is detected, preferably the measuring beam of the distance sensor is at least partially reflected at the second target.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass der taktil-optische Sensor in einem Koordinatenmessgerät integriert, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder computertomografischen Sensoren, verwendet wird.Particularly noteworthy is the idea that the tactile-optical sensor integrated in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical or computer tomographic sensors, is used.
Eine eigenständige Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Bestimmung geometrischer Merkmale und/oder Konturen an Werkstücken mittels eines Koordinatenmessgerätes.An independent invention relates to a method for the automatic determination of geometric features and / or contours on workpieces by means of a coordinate measuring machine.
Auch bezieht sich die eigenständige Erfindung auf die automatische optische Messung geometrischer Merkmale und/oder Konturen an Werkstücken mit einem Bildverarbeitungssensor.The independent invention also relates to the automatic optical measurement of geometric features and / or contours on workpieces with an image processing sensor.
Als Merkmale werden beispielsweise Durchmesser, Abstände, Winkel, Oberflächenparameter wie Form und Rauheit oder ähnliches von geometrischen Elementen wie Geraden oder Geradenabschnitten, Kreisen, Kreisbögen, Flächen usw. bezeichnet. Konturen bezeichnen insbesondere Kantenverläufe, die zumeist als eine Kette von Punkten auf Geraden, Kreisen, Kreisbögen, Freiformlinien usw. dargestellt werden. Merkmalen wie auch Konturen werden durch Auswertung der Lage gemessener Messpunkte Istmaße zugeordnet. Dies erfolgt beispielsweise nach Auswahl der zu einem Merkmal oder einer Kontur gehörenden Messpunkte. Diese Auswahl erfolgt zum Beispiel durch Setzen eines Messfensters innerhalb eines aufgenommenen Bildes oder aus mehreren Einzelbildern zusammengesetzter Gesamtbilder durch den Bediener oder automatisch durch ein Messprogramm. Die Bilder können bereits vorverarbeitet sein, beispielsweise durch Filter, oder in einer verallgemeinerten Darstellung vorliegen, die beispielsweise bereits die in den Bildern erkannten Kanten enthält. Innerhalb des Messfensters werden bereits vorhandene Messpunkte selektiert oder mittels geeigneter Bildverarbeitungsverfahren Messpunkte ermittelt, bevorzugt an Objektkanten, Abstufungen oder ähnlichem.As features such as diameter, distances, angles, surface parameters such as shape and roughness or the like of geometric elements such as straight lines or straight sections, circles, circular arcs, surfaces, etc. are referred to. In particular, contours refer to edge courses, which are usually represented as a chain of points on straight lines, circles, circular arcs, free-form lines, etc. Characteristics as well as contours are assigned by evaluating the position of measured measuring points actual dimensions. This takes place, for example, after selection of the measuring points belonging to a feature or a contour. This selection is made, for example, by setting a measurement window within a captured image or composite images composed of several individual images by the operator or automatically by a measurement program. The images can already be preprocessed, for example by filters, or be present in a generalized representation which for example already contains the edges recognized in the images. Within the measuring window, already existing measuring points are selected or measuring points are determined by means of suitable image processing methods, preferably at object edges, graduations or the like.
Zur Auswahl der einem bestimmten Merkmal zuzuordnenden Messfensterposition ist es nach dem Stand der Technik notwendig, ein entsprechendes Messprogramm einzulernen, bei dem der Bediener anhand zumindest eines aufgenommenen Bildes das Merkmal erkennt und die Messfensterposition manuell festlegt. Alternativ kann die Festlegung auch anhand eines CAD-Modells des Werkstücks vorab erfolgen, indem das CAD-Modell in das Messprogramm importiert wird. Ein automatisches Messen ohne Benutzereingriff ist dennoch nicht möglich, weil zur Messung des jeweiligen Werkstücks die Zuordnung von Messprogramm und damit vorab gewähltem CAD-Modell und dem jeweils vorliegenden Werkstück durch den Bediener erfolgen muss und zudem die Orientierung des Werkstücks, also Position und Verdrehung sowie ggf. Spiegelung, auf dem Messtisch durch Messung ausgewählter Merkmale (sogenannte Vorlaufmessung) und einem daraus ermittelten Werkstückkoordinatensystem in Bezug auf das CAD-Koordinatensystem ermittelt werden muss und die Koordinatensysteme zueinander eingepasst werden müssen, damit die vorab bestimmten Messfenster an der richtigen Stelle des Werkstücks, also der Position des jeweiligen Merkmals platziert werden. In order to select the measuring window position to be assigned to a specific feature, it is necessary in the prior art to teach a corresponding measuring program in which the operator recognizes the feature from at least one recorded image and manually determines the measuring window position. Alternatively, the determination can also be carried out in advance on the basis of a CAD model of the workpiece by importing the CAD model into the measuring program. An automatic measurement without user intervention is still not possible because to measure the respective workpiece, the assignment of measurement program and thus pre-selected CAD model and the respective workpiece must be performed by the operator and also the orientation of the workpiece, ie position and rotation and possibly Mirroring, on the measuring table must be determined by measuring selected features (so-called flow measurement) and a workpiece coordinate system determined therefrom with respect to the CAD coordinate system and the coordinate systems must be fitted to each other so that the predetermined measurement window in the right place of the workpiece, ie the position of the respective feature are placed.
Es existieren auch Verfahren, bei denen Merkmale, insbesondere Regelgeometrien automatisch im Bild erkannt werden, wie dies beispielsweise in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und schnelle Messung mit möglichst geringem Benutzereingriff für mehrere Merkmale an einem aus einer Menge bekannter Werkstücke zufällig vorliegenden Werkstück zu ermöglichen, wobei als Ergebnis der Messung die Istmaße der Merkmale und gegebenenfalls auch eine Aussage über die Einhaltung bzw. das Maß der Unterschreitung oder Überschreitung bzgl. vorgegebener Toleranzen bzw. bzgl. der Sollgeometrie angegeben werden soll.The object of the present invention is to enable a simple and rapid measurement with as little user intervention as possible for a plurality of features on a workpiece randomly present from a set of known workpieces, the actual dimensions of the features and, if appropriate, also a statement about the compliance and / or the measure of the undershooting or exceeding with respect to specified tolerances or with respect to the desired geometry is to be specified.
Die Erkennung der zu messenden Merkmale oder Konturen soll bevorzugt anhand einer vorgegebenen Sollgeometrie bzw. mehrerer Sollgeometrien, wie beispielsweise einem CAD-Modell oder einer technischen Zeichnung zugeordneten Prüfplan oder ähnlichen computerlesbaren Darstellung wie Datei erfolgen, wobei diese oder eine zusätzliche computerlesbare Darstellung wie Datei die den Merkmalen zugeordneten Toleranzen enthält.The recognition of the features or contours to be measured should preferably be based on a predetermined setpoint geometry or multiple setpoint geometries, such as a CAD model or a technical drawing associated test plan or similar computer-readable representation such as file, this or an additional computer-readable representation such as file the Features associated with tolerances.
Zur Lösung entsprechender Aufgabenstellungen ist es notwendig, die zum jeweils vorliegenden Werkstück zugehörigen Solldaten wie CAD-Modell und Toleranzdaten automatisch auszuwählen.In order to solve corresponding tasks, it is necessary to automatically select the desired data associated with the respective workpiece, such as CAD model and tolerance data.
Zumindest Aspekte dieser Aufgaben werden im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Auswahl der dem jeweiligen Werkstück zugeordneten Solldaten automatisch erfolgt, indem das Bild oder Gesamtbild mit vorab bestimmten Bildern bzw. Gesamtbildern (Templates) der mehreren in Frage kommenden Werkstücke, vorzugsweise mittels Korrelationsanalyse, verglichen wird, und die Solldaten ausgewählt werden, die dem vorab bestimmten Bild des Werkstücks zugeordnet sind, für das die größte Übereinstimmung vorliegt.At least aspects of these tasks are essentially solved in that the selection of the desired data associated with the respective workpiece takes place automatically by comparing the image or overall image with previously determined images or overall images (templates) of the several candidate workpieces, preferably by means of correlation analysis , and selecting the target data associated with the predetermined image of the workpiece for which the closest match exists.
Automatisch bedeutet, dass ein möglichst geringer Benutzereingriff während der eigentlichen Messung des Werkstücks erfolgen soll. Dies bedeutet, dass der Benutzer lediglich das Werkstück auf den Messtisch auflegt und die Messung startet, wobei das Auflegen und Starten auch durch ein Zuführungssystem wie Roboter erfolgen kann. Der Start einer Messung bedeutet, dass ein beliebiges Eingabemittel, beispielsweise ein physischer Knopf oder ein Button in einem Computerprogramm mittels Mausklick oder ähnlichem, betätigt wird. Alternativ ist auch vorgesehen, dass die Messung automatisch startet, wenn das Messgerät das Vorhandensein eines Werkstücks erkennt, beispielsweise anhand der erhöhten Masse des Messtischen unter Verwendung eines entsprechenden Sensors wie Kraftsensors oder anhand der Änderung in permanent aufgenommenen Bildern des optischen Sensors. Automatisch bedeutet weiter, dass nach dem Start der Messung ein weiterer Benutzereingriff bis zum Ablesen des Ergebnisses der Messung, also der Maße der erkannten Merkmale bzw. Abweichungen zu den Sollmaßen der Merkmale, nicht notwendig ist, also insbesondere keine Setzen von Messfenstern zur Auswahl der zur messenden Merkmale und Auswählen der dem Werkstück zugeordneten Solldaten. Das Ablesen der Messwerte kann auch erst nach einer automatischen Weiterverarbeitung, beispielsweise dem automatischen Export in ein CAQ-System oder ähnliches, erfolgen. Auch kennzeichnend für eine automatische Messung ist es, dass vorab ein Messprogramm durch den Benutzer nicht speziell für das vorliegende Werkstück erstellt werden muss. Es wird also ein vorab erstelltes Messprogramm gestartet, das für alle in Frage kommenden Werkstücke gültig ist. Dabei können gegebenenfalls mehrere Messprogramme existieren, aus denen der Benutzer auswählen kann, wobei die Messprogramme beispielsweise unterschiedliche Auswertestrategien oder Erkennungsalgorithmen verwenden, stets aber unabhängig vom vorliegenden Werkstück verwendbar sind. Als Vorbereitung für die automatische Messung ist es jedoch notwendig, die Solldaten und alle den Solldaten zugeordneten Toleranzen sowie vorab bestimmten Bilder bzw. Gesamtbilder (Templates) von Werkstücken wie Meisterteilen aufzunehmen und zu speichern, damit auf diese bei der automatischen Messung zurückgegriffen werden kann. Der im folgenden verwendete Begriff einer automatischen Messung bezieht sich daher auf die Teile des erfinderischen Verfahrens zwischen dem Start eines Messprogramm nach dem Auflegen eines Werkstücks auf den Messtisch eines Messgerätes und dem Ablesen der Messergebnisse, wobei der Start des Messprogramms ohne Kenntnis des vorliegenden Werkstücks oder dessen Lage erfolgt.Automatic means that as little user intervention as possible should be carried out during the actual measurement of the workpiece. This means that the user merely places the workpiece on the measuring table and starts the measurement, wherein the placing and starting can also be done by a feed system such as robots. The start of a measurement means that any input means, such as a physical button or a button in a computer program, is operated by a mouse click or the like. Alternatively, it is also provided that the measurement starts automatically when the measuring device detects the presence of a workpiece, for example based on the increased mass of the measuring tables using a corresponding sensor such as force sensor or based on the change in permanently recorded images of the optical sensor. Automatically means further that after the start of the measurement, a further user intervention until the reading of the result of the measurement, ie the dimensions of the detected features or deviations from the nominal dimensions of the features, is not necessary, ie in particular no setting of measurement windows to select the measuring features and selecting the target data associated with the workpiece. The reading of the measured values can also be carried out only after an automatic further processing, for example the automatic export to a CAQ system or the like. Also characteristic of an automatic measurement is that in advance a measuring program by the user not specifically for the present workpiece must be created. Thus, a previously created measuring program is started, which is valid for all candidate workpieces. In this case, if appropriate, a plurality of measuring programs can exist, from which the user can select, wherein the measuring programs use, for example, different evaluation strategies or recognition algorithms, but can always be used independently of the present workpiece. As preparation for the automatic measurement, however, it is necessary to record and store the target data and all tolerances associated with the target data, as well as previously determined images or overall images (templates) of workpieces such as master parts, so that they can be used for the automatic measurement. The term of an automatic measurement used in the following therefore refers to the parts of the inventive method between the start of a measurement program after placing a workpiece on the measuring table of a measuring device and the reading of the measurement results, wherein the start of the measuring program without knowledge of the present workpiece or its Location is done.
Die Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren zur automatischen Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Konturen an einem aus einer Menge mehrerer Werkstücke in Frage kommenden Werkstück mittels eines optischen Sensors, vorzugsweise Bildverarbeitungssensors, wobei mittels des optischen Sensors ein oder mehrere Bilder des Werkstücks aufgenommen und gegebenenfalls zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden, aus dem Bild oder Gesamtbild Merkmale und/oder Konturen extrahiert werden, eine Einpassung zwischen den extrahierten Merkmalen und/oder Konturen und den Sollgeometrien der Merkmale und/oder Konturen erfolgt, wobei die Sollgeometrien den dem jeweiligen Werkstück zugeordneten Solldaten entnommenen werden und vorzugsweise die in diesen Solldaten enthaltenen Toleranzen der Merkmale und/oder Konturen bei der Einpassung berücksichtigt werden, und wobei die Istmaße und/oder die Abweichungen zu den Sollgeometrien für die Merkmale und/oder Konturen zur Verfügung gestellt werden, wobei die Auswahl der dem jeweiligen Werkstück zugeordneten Solldaten automatisch erfolgt, indem das Bild oder Gesamtbild mit vorab bestimmten Bildern bzw. Gesamtbildern (Templates) der mehreren in Frage kommenden Werkstücke, vorzugsweise mittels Korrelationsanalyse, verglichen wird, und die Solldaten ausgewählt werden, die dem vorab bestimmten Bild des Werkstücks zugeordnet sind, für das die größte Übereinstimmung vorliegt.The invention therefore relates to a method for the automatic determination of geometric features and / or contours on one of a plurality of workpieces eligible workpiece by means of an optical sensor, preferably image processing sensor, wherein by means of the optical sensor and one or more images of the workpiece recorded and If necessary, they are combined to form an overall image, from which features and / or contours are extracted from the image or overall image, a fit between the extracted features and / or contours and the desired geometries of the features and / or contours, the desired geometries being the target data associated with the respective workpiece and preferably taking into account the tolerances of the features and / or contours contained in these nominal data during the fitting, and wherein the actual dimensions and / or the deviations from the desired geometries for the features and / or contours are made available ground, wherein the selection of the target data associated with the respective workpiece is carried out automatically by comparing the image or overall image with predetermined images or total images (templates) of the several candidate workpieces, preferably by means of correlation analysis, and selecting the desired data associated with the predetermined image of the workpiece for which the greatest match exists.
Als Solldaten werden alle Daten bezeichnet, die die Sollgeometrie eines Werkstücks beschreiben. Dies sind beispielsweise Zeichnungsdaten aus technischen Zeichnungen oder in Dateiform vorliegende CAD-Daten, die auch in Form von Prüfplänen vorliegen können. Den durch die Sollgeometrie in ihrer Geometrie, also ihren Abmessungen bzw. Maßen beschriebenen Merkmalen sind zudem zumeist Toleranzen zugeordnet. Diese zählen damit ebenso zu den Solldaten. Auch zu den Solldaten zählen ggf. erfindungsgemäß vorab aufgenommene Bilder von Meisterteilen, also Werkstücken, die zumindest in etwa der Sollgeometrie des jeweiligen Werkstücks entsprechen. Diese Bilder werden beispielsweise als sogenannte Templates gespeichert und sind den weiteren Solldaten, insbesondere den Toleranzen zugeordnet bzw. umgekehrt werden die Toleranzen den Templates zugeordnet.Target data are all data describing the desired geometry of a workpiece. These are, for example, drawing data from technical drawings or CAD data in file form, which may also be in the form of inspection plans. The features described by the desired geometry in their geometry, ie their dimensions or dimensions are also usually assigned tolerances. These are thus also among the target data. Also according to the invention, the setpoint data may include previously recorded images of master parts, that is to say workpieces which at least approximately correspond to the desired geometry of the respective workpiece. These images are stored, for example, as so-called templates and are assigned to the further target data, in particular the tolerances, or vice versa, the tolerances are assigned to the templates.
Hervorzuheben ist daher, dass die Solldaten Zeichnungsdaten wie CAD-Daten und vorzugsweise den in den Zeichnungsdaten enthaltenen Merkmalen und/oder Konturen zugeordnete Toleranzen sind.It should therefore be emphasized that the target data are drawing data such as CAD data and preferably tolerances associated with the features and / or contours contained in the drawing data.
In einer bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass die der Sollgeometrie der Merkmale und/oder Konturen zugeordneten Toleranzen bei der Einpassung jeweils einzelner Merkmale und/oder Konturen, oder mehrerer oder aller Merkmale und/oder Konturen gemeinsam, berücksichtigt werden, wobei die Einpassung so erfolgt, dass keine der Toleranzen überschritten wird, wobei bevorzugt die minimale Unterschreitung der Toleranzen maximal ist, oder dass bei Überschreitung der Toleranzen die maximale Überschreitung minimal ist.In a preferred embodiment, the invention provides that the tolerances associated with the desired geometry of the features and / or contours are taken into account when fitting individual features and / or contours, or several or all features and / or contours together, wherein the fit is such takes place that none of the tolerances is exceeded, wherein preferably the minimum underrun of the tolerances is maximum, or that when exceeding the tolerances, the maximum excess is minimal.
Die entsprechenden Forderungen nach maximaler Unterschreitung oder minimaler Überschreitung der Toleranzgrenzen werden durch nach dem Stand der Technik bekannten Optimierungsverfahren erfüllt. Zunächst wird unterschieden, ob eine Einpassung aller Merkmale und/oder Konturen, insbesondere diesen zugeordneten Messpunkte, in die durch die Toleranzen gegebenen Zonen um die Sollgeometrien vollständig eingepasst werden können. Ist dies der Fall, erfolgt die Einpassung derart die Abweichungen zu den Toleranzgrenzen, also den äußeren Rändern der Zonen, maximiert werden, also die Messpunkte so eingepasst werden, dass sie möglichst weit von den Toleranzgrenzen entfernt liegen. Maximale Unterschreitung bedeutet dabei, dass der Abstand des den Toleranzgrenzen am nächsten liegenden Punktes möglichst groß ist. Dieses Maximumkriterium ist die Zielfunktion der Optimierungsaufgabe, unter der Nebenbedingung, dass die Messpunkte weiterhin alle innerhalb der Toleranzgrenzen liegen müssen. Für ideal vorliegende Messdaten, die also genau den Solldaten entsprechen, führt die Einpassung dazu, dass die Messdaten und die Solldaten identisch sind, die Abweichung des am nächsten zu den Toleranzgrenzen liegenden Wertes entspricht also genau dem Wert der Toleranz an dieser Stelle. Im zweiten Fall ist eine Einpassung aller Messpunkte innerhalb der Toleranzzonen nicht möglich, es liegt also mindestens ein Messpunkt immer außerhalb der Toleranzzonen. Diese Abweichung soll minimal sein. Liegen mehrere Messpunkte außerhalb der Toleranzzonen, soll die Einpassung so erfolgen, dass die maximal vorliegende Abweichung zu den Toleranzgrenzen mittels der Optimierungsaufgabe minimiert wird.The corresponding requirements for maximum undershooting or minimum exceeding of the tolerance limits are fulfilled by optimization methods known from the prior art. First, a distinction is made as to whether a fit of all features and / or contours, in particular those associated measuring points, can be completely fitted into the zones given by the tolerances around the desired geometries. If this is the case, the adaptation is carried out in such a way that the deviations from the tolerance limits, ie the outer edges of the zones, are maximized, ie the measuring points are adjusted so that they are as far away from the tolerance limits as possible. Maximum undershoot means that the distance between the point closest to the tolerance limits is as large as possible. This maximum criterion is the objective function of the optimization task, with the additional condition that the measurement points must all remain within the tolerance limits. For ideally present measurement data, which correspond exactly to the target data, the fit results in the measurement data and the target data being identical, ie the deviation of the value closest to the tolerance limits corresponds exactly to the value of the tolerance at this point. In the second case, a fit of all measuring points within the Tolerance zones are not possible, so at least one measuring point always lies outside the tolerance zones. This deviation should be minimal. If several measuring points lie outside the tolerance zones, the fitting should be such that the maximum deviation from the tolerance limits is minimized by means of the optimization task.
Kennzeichnend ist auch, dass die als Ergebnis der Einpassung zur Verfügung gestellten Abweichungen zu den Sollgeometrien Informationen enthalten über das Einhalten der Toleranzen und/oder die maximale und/oder minimale Unterschreitung und/oder Überschreitung der Toleranzen und/oder Sollgeometrien.It is also characteristic that the deviations from the desired geometries provided as a result of the fitting contain information about the maintenance of the tolerances and / or the maximum and / or minimum undershooting and / or exceeding of the tolerances and / or desired geometries.
Um erfindungsgemäß die passenden Solldaten zum vorliegenden Werkstück auszuwählen, ist es notwendig, das aufgenommenen Bild bzw. Gesamtbild mit den Templates aller vorab gemessener Werkstücke bzw. Meisterteile zu vergleichen und die größte Übereinstimmung zu finden. Entsprechende Vergleiche der Übereinstimmung können erfindungsgemäß durch Bestimmung der Korrelation durchgeführt werden. Dabei werden die in den Bildern vorhandenen Informationen, nämlich die Grauwerte, im Falle eines Grauwertbildes, bzw. die Werte der Intensitäten der Farbkanäle, im Falle eines Farbbildes, verglichen und die Abweichungen bestimmt. Dies wird für sämtliche Templates und für verschiedene Relativlagen und Drehungen und ggf. einer Spiegelung des Soll- oder Istbildes durchgeführt, um das richtige Werkstück und auch dessen Lage und Drehung auf dem Messtisch und ggf. zu erkennen, ob das Werkstück umgedreht aufgelegt wurde oder die Darstellung verzerrt oder mit einer leicht falschen Vergrößerung skaliert dargestellt ist. Aus den für die mehreren Vergleiche ermittelten Korrelationskoeffizienten wird der größte ausgewählt, für den also die größte Übereinstimmung vorliegt, und die entsprechend zugeordneten Solldaten für die weitere Auswertung verwendet. Bei der Korrelationsanalyse kann der Bediener vorab Freiheitsgrade einschränken, um einen schnelleren Vergleich zu ermöglichen.In order to select the appropriate target data for the present workpiece according to the invention, it is necessary to compare the recorded image or overall image with the templates of all pre-measured workpieces or master parts and to find the greatest match. Corresponding comparisons of the agreement can be carried out according to the invention by determining the correlation. In this case, the information present in the images, namely the gray values, in the case of a gray scale image, or the values of the intensities of the color channels, in the case of a color image, compared and determines the deviations. This is done for all templates and for different relative positions and rotations and, if necessary, mirroring of the nominal or actual image in order to detect the correct workpiece and also its position and rotation on the measuring table and, if necessary, whether the workpiece was placed upside down or Representation is distorted or scaled with a slightly wrong magnification. From the correlation coefficients determined for the several comparisons, the largest one is selected, for which the greatest match exists, and the correspondingly assigned nominal data are used for the further evaluation. Correlation analysis allows the operator to pre-limit degrees of freedom for faster comparison.
Besonders hervorzuheben ist daher der Vorschlag, dass der Vergleich des Bildes oder Gesamtbildes mit den Templates mittels Korrelationsanalyse erfolgt, wobei als Freiheitsgrade bei der Korrelation eine Verschiebung und/oder Drehung und/oder Spiegelung und/oder lineare oder nichtlineare Skalierung bzw. Verzerrung des Bildes realisiert wird, vorzugsweise der Benutzer Freiheitsgrade einschränken kann.Particularly noteworthy is therefore the suggestion that the comparison of the image or overall image with the templates by means of correlation analysis, wherein realized as degrees of freedom in the correlation, a shift and / or rotation and / or mirroring and / or linear or nonlinear scaling or distortion of the image Preferably, the user can restrict degrees of freedom.
Zur Erstellung der Templates sieht die Erfindung z. B. vor, dass Bilder von Meisterteilen der entsprechenden Werkstücke aufgenommen und gespeichert sowie den Solldaten des jeweiligen Werkstücks zugeordnet werden. Um dabei auch zu berücksichtigen, dass bei der eigentlichen Messung des Werkstücks unterschiedliche Lichteinstellungen vorgenommen worden sein können, werden vorzugsweise auch Templates bei verschiedenen Lichteinstellungen gespeichert. Alternativ können die Templates auch aus den CAD-Daten synthetisiert werden. Synthetische Bilder lassen sich beispielsweise erzeugen, indem die Lage der Kanten, Erhöhungen usw. aus den Solldaten und ggf. ein simulierter Lichteinfall entsprechend der jeweiligen Beleuchtung des Messgerätes verwendet werden, um ein theoretisches, synthetisches Bild zu berechnen. Auch hierbei können verschiedene Lichteinstellungen zur Erzeugung mehrerer Templates verwendet werden.To create the templates, the invention provides z. Example, that images of master parts of the corresponding workpieces are recorded and stored and assigned to the desired data of each workpiece. In order to also take into account that different light settings may have been made during the actual measurement of the workpiece, preferably also templates are stored at different light settings. Alternatively, the templates can also be synthesized from the CAD data. Synthetic images can be generated, for example, by using the position of the edges, elevations, etc. from the target data and possibly a simulated incidence of light according to the respective illumination of the measuring device in order to calculate a theoretical, synthetic image. Again, different light settings can be used to create multiple templates.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Templates vorab erstellt werden aus einer oder mehreren Messungen von Meisterteilen der Menge der Werkstücke, oder dass die Templates synthetische Bilder sind, ermittelt aus den CAD-Daten der Menge der Werkstücke und vorzugsweise Berücksichtigung der bei der Messung des jeweiligen Werkstücks eingestellten Lichtart wie Durchlicht, Dunkelfeldauflicht oder Hellfeldauflicht, und Lichtstärke, und die Templates den Solldaten des jeweiligen Werkstücks zugeordnet sind.According to a particularly preferred solution, the invention provides that the templates are prepared in advance from one or more measurements of master parts of the quantity of workpieces, or that the templates are synthetic images, determined from the CAD data of the amount of workpieces and preferably considering the in the measurement of the respective workpiece set type of light such as transmitted light, darkfield incident light or bright field incident light, and light intensity, and the templates are assigned to the target data of the respective workpiece.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass für jedes Werkstück aus der Menge der Werkstücke mehrere Templates erstellt werden, wobei die Parameter Lichtart wie Durchlicht, Dunkelfeldauflicht oder Hellfeldauflicht und/oder Lichtstärke variiert werden und bei dem Vergleich des Bildes oder Gesamtbildes mit den Templates die bei der Messung des jeweiligen Werkstücks eingestellten Parameter berücksichtigt wird.In an embodiment, the invention provides that for each workpiece from the set of workpieces multiple templates are created, the parameters light type such as transmitted light, darkfield incident light or brightfield light and / or light intensity are varied and the comparison of the image or overall image with the templates at taken into account for the measurement of the respective workpiece.
Nachdem mittels der Korrelationsanalyse das zugehörige Template und damit das betreffende Werkstück sowie dessen Lage identifiziert wurden, soll nun der Vergleich zwischen Soll- und Istdaten also z. B. Maßen der Merkmale erfolgen. Dazu müssen die Merkmale aus dem aufgenommenen Bild bzw. Gesamtbild extrahiert werden. Da die Solllage der Merkmale aus den Solldaten bekannt ist, können entsprechende Messfenster in einem zu dem Template und damit auch zu den Zeichnungsdaten ausgerichteten Bild automatisch gesetzt werden.After using the correlation analysis, the associated template and thus the relevant workpiece and its location have been identified, is now the comparison between the target and actual data so z. B. dimensions of the features. For this purpose, the features must be extracted from the recorded image or overall image. Since the desired position of the features is known from the target data, corresponding measurement windows can be set automatically in an image oriented to the template and thus also to the drawing data.
Bevorzugterweise ist daher vorgesehen, dass anhand der mittels der Korrelationsanalyse bestimmten Lage, insbesondere Position, Drehung und Spiegelung, des jeweiligen Werkstücks eine erste zumindest grobe Einpassung des Bildes bzw. Gesamtbildes des Werkstücks zum Template erfolgt. Preferably, it is therefore provided that, based on the position determined by means of the correlation analysis, in particular position, rotation and reflection, of the respective workpiece, a first at least rough fitting of the image or overall image of the workpiece to the template takes place.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass für das Extrahieren der Merkmale und/oder Konturen aus dem Bild oder Gesamtbild automatisch nur die Teile des Bildes oder Gesamtbildes, vorzugsweise durch automatisches Setzen von Fenstern, berücksichtigt werden, die der Lage der Merkmale und/oder Konturen anhand der Solldaten zugeordnet sind, wobei die Zuordnung anhand der ersten zumindest groben Einpassung erfolgt.Particularly noteworthy is the idea that for extracting the features and / or contours from the image or overall image automatically only the parts of the image or overall image, preferably by automatically setting windows, are taken into account, the location of the features and / or contours the desired data are assigned, wherein the assignment is based on the first at least coarse fit.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass mehrere Bilder von Ausschnitten des Werkstücks in unterschiedlichen Relativpositionen zwischen Sensor und Werkstück aufgenommen und zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden, wobei vorzugsweise beim Zusammensetzen die mittels Messachsen bestimmten Relativpositionen berücksichtigt werden und vorzugsweise ein einheitliches Pixelraster für das Gesamtbild mittels Resampling erzeugt wird.In an embodiment, the invention provides that a plurality of images of cutouts of the workpiece are recorded in different relative positions between the sensor and the workpiece and combined to form an overall image, wherein the relative positions determined by measuring axes are preferably taken into account during assembly and preferably a uniform pixel grid for the overall image by means of resampling is produced.
Entsprechende Verfahren sind beispielsweise der
In einer unabhängigen, alternativen erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Auswahl der dem jeweiligen Werkstück zugeordneten Solldaten automatisch, indem sämtliche Merkmale und/oder Konturen automatisch aus dem Bild oder Gesamtbild extrahiert und in sämtliche Sollgeometrien der mehreren in Frage kommenden Werkstücke eingepasst werden, und die Solldaten ausgewählt werden, für die die größte Übereinstimmung bei der Einpassung, insbesondere geringste Abweichung zu den Sollgeometrien, vorliegtIn an independent, alternative solution according to the invention, the selection of the setpoint data associated with the respective workpiece takes place automatically by automatically extracting all the features and / or contours from the image or overall image and fitting them in all desired geometries of the several candidate workpieces, and selecting the desired data for which there is the greatest match in fitting, in particular least deviation from the desired geometries
Diese Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe nutzt also bekannte Verfahren der automatischen Erkennung von Merkmale und/oder Konturen aus unbekannten Bildern. Anschließend werden nicht die Bilder selbst mit den Templates verglichen, sondern die automatisch erkannten Merkmale bzw. Konturen mit den aus den Solldaten bekannten Sollgeometrien. Dieses Verfahren ist deutlich anfälliger für Fehlzuordnungen, aber bei einfachen Merkmalen schneller.This solution of the object according to the invention therefore uses known methods of automatic recognition of features and / or contours from unknown images. Subsequently, the images themselves are not compared with the templates, but the automatically recognized features or contours with the desired geometries known from the target data. This method is much more susceptible to misalignments, but faster for simple features.
Die Erfindung bezieht sich also auch auf ein Verfahren zur automatischen Bestimmung von geometrischen Merkmalen und/oder Konturen an einem aus einer Menge mehrerer Werkstücke in Frage kommenden Werkstück mittels eines optischen Sensors, vorzugsweise Bildverarbeitungssensors, wobei mittels des optischen Sensors ein oder mehrere Bilder des Werkstücks aufgenommen und gegebenenfalls zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden, aus dem Bild oder Gesamtbild Merkmale und/oder Konturen extrahiert werden, eine Einpassung zwischen den extrahierten Merkmalen und/oder Konturen und den Sollgeometrien der Merkmale und/oder Konturen erfolgt, wobei die Sollgeometrien den dem jeweiligen Werkstück zugeordneten Solldaten entnommenen werden und vorzugsweise die in diesen Solldaten enthaltenen Toleranzen der Merkmale und/oder Konturen bei der Einpassung berücksichtigt werden, und wobei die Istmaße und/oder die Abweichungen zu den Sollgeometrien für die Merkmale und/oder Konturen zur Verfügung gestellt werden, wobei die Auswahl der dem jeweiligen Werkstück zugeordneten Solldaten automatisch, indem sämtliche Merkmale und/oder Konturen automatisch aus dem Bild oder Gesamtbild extrahiert und in sämtliche Sollgeometrien der mehreren in Frage kommenden Werkstücke eingepasst werden, und die Solldaten ausgewählt werden, für die die größte Übereinstimmung bei der Einpassung, insbesondere geringste Abweichung zu den Sollgeometrien, vorliegtThe invention therefore also relates to a method for the automatic determination of geometric features and / or contours on a workpiece coming from a plurality of workpieces by means of an optical sensor, preferably an image processing sensor, wherein one or more images of the workpiece are recorded by means of the optical sensor and possibly to form an overall image, features and / or contours are extracted from the image or overall image, an adaptation between the extracted features and / or contours and the desired geometries of the features and / or contours takes place, the desired geometries being assigned to the respective workpiece Target data are taken and preferably the tolerances of the features and / or contours contained in these target data are taken into account during fitting, and wherein the actual dimensions and / or the deviations to the desired geometries for the features and / or contours available The selection of the desired data associated with each workpiece is automatically obtained by automatically extracting all the features and / or contours from the image or overall image and fitting them into all desired geometries of the plurality of candidate workpieces, and selecting the desired data for which greatest match in the fit, especially least deviation from the desired geometries, is present
Des Weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass es in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, wie taktilen, optischen, taktil-optischen oder computertomografischen Sensoren eingesetzt wird.Furthermore, the method according to the invention is characterized in that it is used in a coordinate measuring machine, preferably a multi-sensor coordinate measuring device, together with other sensors, such as tactile, optical, tactile-optical or computer tomographic sensors.
Eine eigenständige Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum dimensionellen Messen von geometrischen Merkmalen und Konturen an Werkstücken mit einem Multisensor-System, zumindest bestehend aus einem optischen und einem taktilen Sensor, wobei das Multisensor-System bevorzugt in einem Koordinatenmessgerät eingesetzt wird.An independent invention relates to a device for dimensional measurement of geometric features and contours on workpieces with a multi-sensor system, at least consisting of an optical and a tactile sensor, the multi-sensor system is preferably used in a coordinate measuring machine.
Um eine möglichst große Vielzahl von Messaufgaben zu lösen, werden unterschiedliche Sensoren oft in einem Gerät, zum Beispiel Koordinatenmessgerät, kombiniert. Es kommen dabei optischen Sensoren, beispielsweise Bildverarbeitungssensoren oder optische Abstandsensoren, taktile Sensoren wie Messtaster oder taktil-optische Sensoren, wie beispielsweise in der
Der Sensorversatz muss vor der Messung mit dem jeweiligen Sensor zu einem festen Punkt, beispielsweise dem Messort eines Referenzsensors, eingemessen werden, und muss bei der Kombination der Messergebnisse verschiedener Sensoren in einem Koordinatensystem berücksichtigt werden. Je größer dieser Versatz ist, um so größere Fehler treten beispielsweise durch mechanisch oder thermisch induzierte Dehnungen oder Biegungen auf.The sensor offset must be measured before the measurement with the respective sensor to a fixed point, for example, the location of a reference sensor, and must be taken into account when combining the measurement results of different sensors in a coordinate system. The larger this offset, the greater the errors occur, for example, by mechanically or thermally induced strains or bends.
Ziel ist es daher stets, mehrere Sensoren ineinander so zu integrieren, dass sie an etwa der gleichen Position messen, also gemeinsame Messorte bzw. Arbeitspunkte besitzen. Hilfsweise ergibt sich auch schon ein Vorteil, wenn die Messorte zumindest in zwei Richtungen, bevorzugt den Horizontalen, identisch sind, so dass nur die dritte vertikale Bewegungs- und Messachse entsprechend größer ausgelegt werden muss.The aim is therefore always to integrate several sensors into each other so that they measure at approximately the same position, ie have common measuring points or operating points. In the alternative, there is already an advantage if the measuring locations are identical at least in two directions, preferably the horizontal, so that only the third vertical movement and measuring axis has to be designed correspondingly larger.
Eine entsprechende Integration von mehreren Sensoren ist nach dem Stand der Technik für mehrere optische Sensoren, zum Beispiel mehrere Zoomstufen einer Zoomoptik oder wahlweise nutzbaren, in die Optik integrierten Laserabstandsensor nach dem Foucault-Prinzip (auch bekannt als TTL-Laser – Through the optic laser) oder für die Kombination mit einem taktil-optischen Sensor bekannt. Auch sind mehrere taktile Sensoren, insbesondere mehrere Tastereinsätze oder dem jeweiligen Tastsystem zugeordnete Messsysteme zur Bestimmung der Tasterauslenkung, untereinander austauschbar anordbar. Hierbei werden zumeist Wechselschnittstellen verwendet, die einen automatisierten Wechsel unter Zuhilfenahme der Achsen des Koordinatenmessgerätes und Ablage in Parkstationen oder einen manuellen Wechsel durch den Bediener erlauben. Entsprechende Wechselschnittstellen besitzen beispielsweise magnetische Verbindungen und stellen neben der mechanischen Kopplung auch lösbare elektrische oder optische Verbindungen zwischen den verschiedenen Sensorköpfen oder Tasteinsätzen und dem Messgerät zur Verfügung.A corresponding integration of several sensors is according to the prior art for a plurality of optical sensors, for example multiple zoom levels of a zoom optics or alternatively usable, integrated into the optics laser distance sensor according to the Foucault principle (also known as TTL laser - Through the optic laser) or known for combination with a tactile-optical sensor. Also, a plurality of tactile sensors, in particular a plurality of styli or the respective probe system associated measuring systems for determining the Tasterauslenkung, interchangeable with each other can be arranged. In this case, interchangeable interfaces are mostly used, which allow an automated change with the aid of the axes of the coordinate measuring machine and storage in parking stations or a manual change by the operator. Corresponding interchangeable interfaces have, for example, magnetic connections and, in addition to the mechanical coupling, also provide detachable electrical or optical connections between the various sensor heads or button inserts and the measuring device.
Nicht bekannt ist jedoch eine entsprechende Kombination von optischen Sensoren mit den herkömmlichen taktilen Sensoren wie Tastern für Koordinatenmessgeräte, wie diese beispielsweise von der Firma Renishaw plc hergestellt werden.However, a corresponding combination of optical sensors with the conventional tactile sensors, such as probes for coordinate measuring machines, such as those manufactured by Renishaw plc, for example, are not known.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Multisensor-System zur Verfügung zu stellen, mit dem optische und taktile Messungen mit austauschbaren Sensoren durchgeführt werden können, wobei die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden sollen.The object of the present invention is to provide a multi-sensor system with which optical and tactile measurements can be performed with interchangeable sensors, the disadvantages of the prior art to be avoided.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist u. a. vorgesehen, dass ein Multisensor-System so ausgelegt wird, dass mehrere optische und taktile Sensoren so anordbar sind, dass sie einen nahezu gemeinsamen Messort besitzen oder die Messorte der Sensoren nahezu auf einer Gerade liegen, die durch die Abbildungsrichtung bzw. die optische Achse des oder der optischen Sensoren definiert wird, die den Messort durchsetzt.To solve this task is u. a. provided that a multi-sensor system is designed so that a plurality of optical and tactile sensors can be arranged so that they have a nearly common measurement location or the measurement locations of the sensors are almost on a straight line through the imaging direction or the optical axis of the or the optical sensors is defined, which passes through the measuring location.
Erfindungsgemäß können die verschiedenen Sensoren derart integriert werden, dass der Messort, an dem die Sensoren die Messdaten des Werkstücks aufnehmen, für möglichst viele Sensoren identisch oder nahezu identisch ist, zumindest aber verschiedene Messorte auf einer in Abbildungsrichtung der optischen Sensoren liegenden Gerade bzw. der optischen Achse liegen.According to the invention, the various sensors can be integrated in such a way that the measuring location at which the sensors record the measured data of the workpiece is identical or nearly identical for as many sensors as possible, but at least different measuring locations on a straight line or the optical path lying in the imaging direction of the optical sensors Axis lie.
Unter nahezu identischem bzw. nahezu gemeinsamem Messort wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der Ort, an dem gemessen wird identisch ist oder aber zumindest fast identisch ist, also nur wenige Millimeter, bevorzugt weniger als 10 mm, besonders bevorzugt maximal einen Millimeter, voneinander abweicht. Im Falle von flächig messenden optischen Sensoren, wie beispielsweise Bildverarbeitungssensoren, ist der Messort bevorzugt die Mitte des flächigen Messbereiches, zum Beispiel also die Mitte des abgebildeten Sensorchips. Für taktile Sensoren beschreibt die Tastelement-Mitte, also zum Beispiel Tastkugelmitte, oder der dem Werkstück zugewandte Extrempunkt wie Pol der Tastkugel den Messort.In the context of the present invention, an almost identical or almost common measuring location is understood to mean that the location at which the measurement is carried out is identical or at least almost identical, that is to say only a few millimeters, preferably less than 10 mm, particularly preferably a maximum of one millimeter. different from each other. In the case of surface-measuring optical sensors, such as image processing sensors, the measuring location is preferably the center of the areal measurement area, for example the center of the imaged sensor chip. For tactile sensors, the probe element center, that is, for example, the probe ball center, or the workpiece-facing extreme point, such as pole of the probe ball, describes the measurement location.
Zumindest Aspekte dieser Aufgaben werden also im Wesentlichen durch ein Multisensor-System zur Messung von geometrischen Merkmalen und/oder Konturen an einem Werkstück bestehend aus zumindest einem optischen und einem taktilen Sensor gelöst, wobei zumindest einige der verschiedenen Sensorköpfe der Sensoren austauschbar anordbar sind, indem die Sensoren so anordbar sind, dass sie einen nahezu gemeinsamen Messort besitzen oder die Messorte der Sensoren nahezu auf einer Gerade liegen, die durch die Abbildungsrichtung oder die optische Achse des oder der optischen Sensoren definiert wird.At least aspects of these tasks are thus essentially solved by a multi-sensor system for measuring geometric features and / or contours on a workpiece consisting of at least one optical and one tactile sensor, wherein at least some of the different sensor heads the sensors can be arranged interchangeably by the sensors are arranged so that they have an almost common measuring location or the measuring locations of the sensors are almost on a straight line, which is defined by the imaging direction or the optical axis of the optical sensor (s).
Hervorzuheben ist die Idee, dass die austauschbaren Sensorköpfe über zumindest eine Wechselschnittstelle, vorzugsweise magnetische Wechselschnittstelle, lösbar, vorzugsweise automatisch über zumindest eine Parkstation auswechselbar, mit dem Multisensor-System verbindbar sind.Of particular note is the idea that the replaceable sensor heads can be connected to the multisensor system via at least one changeover interface, preferably a magnetic changeover interface, detachably, preferably replaceable automatically via at least one parking station.
In einer ersten bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass die austauschbaren Sensorköpfe über eine erste Wechselschnittstelle und eine erste Parkstation mit dem Multisensor-System verbindbar sind, oder über eine zweite Wechselschnittstelle und eine zweite Parkstation, die von einem oder mehreren Adaptern bereitgestellt wird, die an der ersten Wechselschnittstelle anordbar und über die erste Parkstation austauschbar sind, wobei der Adapter vorzugsweise eine Dreh- oder Schwenk- oder Dreh-/Schwenk-Einrichtung enthält.In a first preferred embodiment, the invention provides that the replaceable sensor heads can be connected to the multisensor system via a first changeover interface and a first parking station, or via a second changeover interface and a second parking station which is provided by one or more adapters can be arranged on the first exchange interface and exchangeable via the first parking station, wherein the adapter preferably includes a rotating or pivoting or rotating / swiveling device.
Mit Hilfe von Adaptern wird es insbesondere leicht möglich, die unterschiedlichen Sensorköpfe unterschiedlicher taktiler Sensoren anzubinden. Beispiele für taktile Sensoren sind die schaltenden Tastsysteme TP200 und die messenden Tastsysteme SP25 der Firma Renishaw plc. Ein Tastsystem besteht dabei meist aus einem fest installierten Basiselement und einem wechselbaren Tastkopf, der das Messsystem und wiederum wechselbare Tastereinsätze enthält. Die Tastereinsätze besteht zumeist aus einem Teller, dem Taststift und dem Tast- bzw. Antastelement, oder Taststiftanordnungen mit mehreren Antastelementen wie Sterntastern. Über den Teller sind die Tastereinsätze austauschbar am Messsystem befestigt. Die an den Adaptern vorhandene zweite Wechselschnittstelle ermöglicht den Wechsel des Messsystems inklusive des jeweils daran befestigten Tastereinsatzes, also des Tastkopfes. Der Adapter enthält also bereits das Basiselement, und die zweite Wechselschnittstelle ist damit den bereits vorhandenen Schnittstellen des jeweiligen taktilen Sensors für den Wechsel des Messsystems nachempfunden. Alternativ kann auch das Messsystem bereits im Adapter integriert sein und die zweite Wechselschnittstelle ermöglicht den Wechsel des Tastereinsatzes. Die erste Wechselschnittstelle dagegen ermöglicht das Ablegen des jeweiligen Adapters und damit des gesamten Tastsystems, um beispielsweise einen taktil-optischen Sensor oder eine Vorsatzlinse für einen fest integrierten optischen Sensor einzuwechseln oder nur mit dem optischen Sensor zu messen.With the help of adapters, it is particularly easy to connect the different sensor heads of different tactile sensors. Examples of tactile sensors include TP200 touch probes and Renishaw plc's SP25 probing probes. A touch probe usually consists of a permanently installed base element and a replaceable probe head, which contains the measuring system and, in turn, changeable styli. The styli usually consists of a plate, the stylus and the tactile or probing element, or Taststiftanordnungen with multiple probing elements such as star probes. The styli are attached exchangeably to the measuring system via the plate. The second changeover interface on the adapters enables the changeover of the measuring system including the respective attached stylus, ie the probe. The adapter thus already contains the base element, and the second changeover interface is thus modeled on the already existing interfaces of the respective tactile sensor for the change of the measuring system. Alternatively, the measuring system can already be integrated in the adapter and the second changeover interface makes it possible to change the stylus. In contrast, the first changeover interface makes it possible to store the respective adapter and thus the entire probe system in order, for example, to load a tactile-optical sensor or an ancillary lens for a permanently integrated optical sensor or to measure it only with the optical sensor.
Kennzeichnend ist daher auch, dass die austauschbaren Sensorköpfe taktile oder taktil-optische Tastelemente enthalten, insbesondere unterschiedliche Tastereinsätze und/oder Taststifte bzw. Taststiftanordnungen wie Sterntaster, wobei vorzugsweise die unterschiedliche taktile Tastelemente enthaltenden Sensorköpfe über die zweite Wechselschnittstelle und mit Hilfe der zweiten Parkstation auswechselbar mit einem der Adapter verbindbar sind und die unterschiedliche taktil-optische Tastelemente enthaltenden Sensorköpfe über die erste Wechselschnittstelle und mit Hilfe der ersten Parkstation auswechselbar angeordnet werden.It is therefore also characteristic that the replaceable sensor heads contain tactile or tactile-optical feeler elements, in particular different styli and / or feeler styli such as star probes, wherein preferably the different tactile sensing elements containing sensor heads interchangeable with the second interface and with the help of the second parking station one of the adapters can be connected and the sensor heads containing the different tactile-optical feeler elements are interchangeably arranged via the first changeover interface and with the aid of the first parking station.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass mehrere optische Sensoren gebildet werden durch eine Zoomoptik, vorzugsweise Zoomoptik mit unabhängig vom Abbildungsmaßstab einstellbarem Arbeitsabstand, und/oder in die Optik integrierten Abstandsensor wie Fokussensor oder Foucault-Sensor oder chromatischen Sensor, und/oder einer an der ersten Wechselschnittstelle anordbaren Vorsatzlinse.Particularly noteworthy is the idea that multiple optical sensors are formed by a zoom optics, preferably zoom optics with adjustable independently of the magnification working distance, and / or distance sensor integrated into the optics such as focus sensor or Foucault sensor or chromatic sensor, and / or one at the first Interchangeable interface can be arranged additional lens.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass ein eine Optik enthaltender optischer Sensor fest in dem Multisensor-System integriert ist und die erste Wechselschnittstelle objektseitig vor und/oder um die Optik herum angeordnet ist.According to a particularly preferred solution, the invention provides that an optical sensor containing an optical sensor is firmly integrated in the multi-sensor system and the first changeover interface is arranged on the object side before and / or around the optics.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass das Multisensorsystem eine in die Optik integrierte Hellfeldbeleuchtung und/oder eine um die Optik herum angeordnete Dunkelfeldbeleuchtung enthält.In an embodiment, the invention therefore provides that the multi-sensor system includes an integrated into the optics bright field illumination and / or arranged around the optics dark field illumination.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Multisensor-System und/oder die eine oder mehreren Parkstationen in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, wie taktilen, optischen, taktil-optischen oder computertomografischen Sensoren, integriert ist.Preferably, it is provided that the multi-sensor system and / or the one or more parking stations in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, such as tactile, optical, tactile-optical or computer tomographic sensors integrated.
Kennzeichnend ist auch, dass dem Multisensor-System, und vorzugsweise dem Koordinatenmessgerät, eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, die abhängig vom verwendeten Sensor den vorab eingemessenen Sensorversatz für die Auswertung, vorzugsweise in einem gemeinsamen Koordinatensystem, automatisch zur Verfügung stelltIt is also characteristic that the multi-sensor system, and preferably the coordinate measuring machine, is assigned a control device which, depending on the sensor used, automatically provides the previously measured sensor offset for the evaluation, preferably in a common coordinate system
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von geometrischen Merkmalen an rotationssymmetrischen Werkstücken. Auch nimmt die Erfindung Bezug auf eine Vorrichtung zum Messen von geometrischen Merkmalen eines insbesondere rotierbaren symmetrischen Werkstücks. The invention relates to a method for measuring geometric features on rotationally symmetrical workpieces. The invention also relates to a device for measuring geometric features of a particular rotatable symmetrical workpiece.
Die Messung von Werkzeugen, welche in einer V-Nut gelagert sind, wird in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, rotationssymmetrische Werkstücke schnell mit optischen Bildbearbeitungssensoren, bevorzugt im Durchlicht, mit hoher Genauigkeit zu messen. Insbesondere sollen die Außenkanten mit hoher Genauigkeit gemessen werden bzw. geometrische Merkmale wie Winkel, Länge oder Abstand von Geraden oder Geradenabschnitte, Lage von Schnittpunkte und Durchmesser an der Kontur der Außenkante, vorzugsweise in verschiedenen Drehstellungen.Object of the present invention is to measure rotationally symmetrical workpieces quickly with optical image processing sensors, preferably in transmitted light, with high accuracy. In particular, the outer edges are to be measured with high accuracy or geometrical features such as angle, length or distance of straight lines or straight line sections, location of intersections and diameter on the contour of the outer edge, preferably in different rotational positions.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass das rotationssymmetrische Werkstück taumelfrei um seine eigene Symmetrieachse gedreht wird. Hierzu wird dieses vorzugsweise in einer V-Nut-förmigen Halterung gelagert, also mit einer Haltekraft in eine V-förmige Nut gedrückt und einem Antrieb, z. B. Reibantrieb wie Reibrad, in dieser gedreht.To achieve the object, the invention provides that the rotationally symmetrical workpiece is rotated without tumble around its own axis of symmetry. For this purpose, this is preferably stored in a V-groove-shaped holder, that is pressed with a holding force in a V-shaped groove and a drive, for. B. friction drive such as friction wheel, rotated in this.
Besonderes Kennzeichen der Erfindung ist, dass als rotationssymmetrische Werkstücke die Ventilnadeln von Einspritzdüsen gemessen werden. Bei diesen liegen besonders geringe Toleranzen für die geometrischen Merkmale vor, so dass eine hochgenaue, insbesondere taumelfreie Messung realisiert werden muss.A particular feature of the invention is that the valve needles of injection nozzles are measured as rotationally symmetrical workpieces. These are particularly small tolerances for the geometric features, so that a highly accurate, especially tumble-free measurement must be realized.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Messung von geometrischen Merkmalen an rotationssymmetrischen Werkstücken, das sich dadurch auszeichnet, dass sich das Werkstück um seine Symmetrieachse dreht und vorzugsweise Messungen in mehreren Drehstellungen durchgeführt und daraus ermittelte Ergebnisse miteinander kombiniert werden.In particular, the invention relates to a method for measuring geometric features on rotationally symmetrical workpieces, which is characterized in that the workpiece rotates about its axis of symmetry and preferably carried out measurements in several rotational positions and results determined from it are combined.
Dabei ist bevorzugterweise vorgesehen, dass das Werkstück taumelfrei um seine Symmetrieachse gedreht wird.It is preferably provided that the workpiece is rotated without tumble around its axis of symmetry.
Hervorzuheben ist des Weiteren, dass als Werkstück eine Ventilnadel einer Einspritzdüse verwendet wird.It should also be emphasized that a valve needle of an injection nozzle is used as the workpiece.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Messung mit zumindest einem Bildverarbeitungssensor durchgeführt wird und vorzugsweise weitere geometrische Merkmale mit taktilen und/oder taktil-optischen und/oder computertomografischen Sensoren durchgeführt werden.The invention is also characterized in that the measurement is carried out with at least one image processing sensor and preferably further geometrical features are carried out with tactile and / or tactile-optical and / or computer-tomographic sensors.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen, vorzugsweise in Durchlichtbeleuchtung, Messpunkte am Werkstückrand aufgenommen werden und aus diesen Messpunkten
- – Geraden oder Geradenabschnitte und/oder
- – Winkel von Geradenabschnitten zueinander und/oder
- – Abstände und/oder Durchmesser von Merkmalen wie den Schnittpunkten jeweils zweier Geraden oder Geradenabschnitte und/oder
- – die Länge von Geraden oder Geradenabschnitten und/oder
- – der Radius von Abschnitten der Außenkontur und/oder
- – die Geradheit von Geraden oder Geradenabschnitten bestimmt wird bzw. werden.
- - Straight or straight sections and / or
- - Angle of straight line sections to each other and / or
- - Distances and / or diameter of features such as the intersections of two straight lines or straight line sections and / or
- The length of straight lines or straight sections and / or
- - The radius of sections of the outer contour and / or
- The straightness of straight lines or straight sections is or will be determined.
Bevorzugterweise schlägt die Erfindung vor, dass zur Drehung des Werkstücks um seine eigene Symmetriesachse das Werkstück in einer V-Nut-förmigen Halterung drehbar gelagert angeordnet wird, vorzugsweise an einem Schaft gelagert wird.Preferably, the invention proposes that for rotation of the workpiece about its own axis of symmetry, the workpiece is rotatably mounted in a V-groove-shaped holder, preferably is mounted on a shaft.
Dabei kann bei der Verwendung einer Durchlichtbeleuchtung eine solche verwendet werden, die paralleles oder zumindest nahezu paralleles Licht aussendet.It can be used when using a transmitted light illumination, one that emits parallel or at least almost parallel light.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die V-Nut-förmige Halterung und der Bildbearbeitungssensor in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensor-Koordinatenmessgerät, integriert betrieben werden.It is preferably provided that the V-groove-shaped holder and the image processing sensor are operated integrated in a coordinate measuring machine, preferably a multi-sensor coordinate measuring machine.
Eine Vorrichtung zum Messen von geometrischen Merkmalen eines insbesondere rotierbaren symmetrischen Werkstücks zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung eine das Werkstück aufnehmende V-Nut-förmige Halterung sowie ein angetriebenes das Werkstück in die Halterung drückendes und in dieser drehendes Anpresselement umfasst, das mit einem Basiselement verbunden ist, von dem ein das Werkstück messender optischer Sensor ausgeht, oder das mit einer Werkstücksauflage verbunden ist, die relativ zu einem das Werkstück messenden optischen Sensor verstellbar ist. A device for measuring geometric features of a particular rotatable symmetrical workpiece is characterized in that the device comprises a workpiece receiving V-groove-shaped holder and a driven pressing the workpiece in the holder and rotating in this pressing element, which with a base element is connected, from which emanates a workpiece measuring optical sensor, or which is connected to a workpiece support, which is adjustable relative to a workpiece-measuring optical sensor.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das Basiselement in einem Koordinatenmessgerät angeordnet ist.It is provided in particular that the base element is arranged in a coordinate measuring machine.
Eine eigenständige Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur taktil-optischen Messung geometrischer Merkmale bzw. Strukturen an einem Werkstück.An independent invention relates to a device and to a method for the tactile-optical measurement of geometric features or structures on a workpiece.
Auch bezieht sich eine eigenständige Erfindung auf die interferometrische Bestimmung der vertikalen Auslenkung eines Antastformelementes oder einer diesem zugeordneten Marke, die von einer biegeelastischen Tasterverlängerung ausgehen.Also, an independent invention relates to the interferometric determination of the vertical deflection of a probe form element or a brand associated therewith, emanating from a flexurally elastic probe extension.
Taktil-optische Sensoren sind unter anderem in den folgenden Schriften der Anmelderin beschrieben.Tactile-optical sensors are described inter alia in the following documents of the applicant.
Die
Der
In der
Die
In der
Die
Die
In einer weiteren Lösung, beispielsweise veröffentlicht in
Auf den Offenbarungsgehalt aller zuvor genannten Schriften der Anmelderin und die zuvor genannte Veröffentlichung wird vollständig Bezug genommen.The disclosure of all of the aforementioned documents of the applicant and the aforementioned publication is fully incorporated by reference.
Grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden oder zumindest in ihrer Auswirkung zu verringern.A basic object of the present invention is to avoid or at least to reduce the disadvantages of the prior art.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher beispielsweise, eine verbesserte Anordnung zur direkten interferometrischen Erfassung der vertikalen Auslenkung eines von einer biegeelastischen Verlängerung ausgehenden Antastformelementes anzugeben, die insbesondere einen kompakten Aufbau ermöglicht, auch bei großen und variablen Längen für die Tasterverlängerung, bei der Drifterscheinungen aufgrund der Strahlführung des Mess- und Referenzstrahls verringert werden und bei der die für die Auswertung zur Verfügung stehende Lichtmenge für den interferometrischen Sensor (vertikale Z-Richtung) und für den Bildverarbeitungssensor (laterale X- und Y-Richtung) vergrößert wird.An object of the present invention is therefore, for example, to provide an improved arrangement for direct interferometric detection of the vertical deflection of a bending elastic extension emanating Antastformelementes, which in particular allows a compact design, even with large and variable lengths for the probe extension, due to the drifting phenomena the beam guidance of the measuring and reference beam are reduced and in which the amount of light available for the evaluation of the interferometric sensor (vertical Z-direction) and for the image processing sensor (lateral X and Y direction) is increased.
Auch ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine genauere Messung ermöglicht wird, auch bei großen bzw. variablen Längen für die Tasterverlängerung, insbesondere die direkte Bestimmung der vertikalen Auslenkung des Antastformelementes, und gegebenenfalls auch die Bestimmung der Durchbiegung des Antastformelementes. Aus zweitgenanntem können auch weitere Größen wie die Antastkraft oder die Richtung der Antastkraft genauer bestimmt werden.It is also an object of the invention to provide a method by which a more accurate measurement is possible, even with large or variable lengths for the probe extension, in particular the direct determination of the vertical deflection of the sensing element, and optionally also the determination of the deflection of the sensing element , From the second mentioned also other quantities such as the probing force or the direction of the probing force can be determined more accurately.
Eine erste erfindungsgemäße Lösung zumindest eines Teils der Aufgabenstellungen sieht vor, dass ein kompakter Aufbau erreicht wird, indem die optische Teilung der Strahlung des interferometrischen Sensors in Mess- und Referenzstrahlung durch eine optische Teilerschicht, beispielsweise ein Pellicle, also eine von beiden Seiten jeweils teilweise lichtdurchlässige und teilweise reflektierende Folie oder Spiegelschicht, erfolgt, die direkt oberhalb der vom Werkstück abgewandte Seite der Tasterverlängerung, also tasterverlängerungsseitig auf der in Bezug auf das Antastelement fernliegenden oder abgewandten Seite angeordnet ist. Diese Teilerschicht wird auch dazu verwendet, den von einem Referenzspiegel zurückreflektierten Referenzstrahl auf der vom Werkstück abgewandten Seite der Tasterverlängerung in die optische Achse oder parallel oder geneigt zu dieser umzulenken, also in Richtung der Auswerteeinheit wie Kamera des Abstandssensors. Dadurch entsteht im Vergleich zum Stand der Technik der Vorteil, dass die Anzahl der Teilerschichten verringert wurde. Dies erhöht die Lichtmenge für den Abstandssensor und auch für den optisch lateral messenden Sensor.A first solution according to the invention of at least some of the tasks provides that a compact construction is achieved by the optical division of the radiation of the interferometric sensor into measurement and reference radiation by an optical splitter layer, for example a pellicle, ie one partially transparent from both sides and partially reflective film or mirror layer takes place, which is located directly above the side facing away from the workpiece side of the probe extension, so the probe extension side on the remote with respect to the probe or remote side. This divider layer is also used to deflect the reference beam reflected back from a reference mirror on the side of the probe extension facing away from the workpiece into the optical axis or parallel or inclined thereto, ie in the direction of the evaluation unit as the camera of the distance sensor. Thereby arises in comparison to the prior art, the advantage that the number of divider layers has been reduced. This increases the amount of light for the distance sensor and also for the optically laterally measuring sensor.
Zudem kann vorgesehen sein, dass insbesondere die Abmessungen quer zur optischen Achse des eingesetzten optisch lateral messenden Sensors gering gehalten werden, indem die Referenzstrahlung umgelenkt wird, beispielsweise in Richtung der optischen Achse oder schräg zu dieser, gegebenenfalls auch mehrfach umgelenkt wird (gefaltet). Die entsprechenden Umlenkmittel wie Spiegel bilden zusammen mit dem Referenzspiegel den Referenzstrahlengang. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn große Längen für die Tasterverlängerung erzielt werden sollen, wodurch entsprechend lange optische Wegstrecken für den Referenzstrahlengang notwendig sind.In addition, it can be provided that, in particular, the dimensions are kept low transversely to the optical axis of the inserted optically lateral measuring sensor by the reference radiation is deflected, for example, in the direction of the optical axis or obliquely to this, possibly also several times is deflected (folded). The corresponding deflection means such as mirrors together with the reference mirror form the reference beam path. This is particularly advantageous when large lengths for the probe extension to be achieved, whereby correspondingly long optical distances for the reference beam path are necessary.
Zumindest Aspekte der Aufgaben werden also im Wesentlichen durch eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück gelöst, wobei die Vorrichtung zumindest besteht aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, einem vertikal messenden interferometrischen Abstandssensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück zusammen mit der Tasterverlängerung auslenkbar ist, und vorzugsweise eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück zusammen mit der Tasterverlängerung auslenkbar ist, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke, senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors, mit diesem ermittelbar ist, und die vertikale Auslenkung entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandssensor ermittelbar ist, wobei die Messstrahlung des interferometrischen Abstandssensors in die Tasterverlängerung einkoppelbar und vom Antastformelement oder der zugeordneten Zielmarke abgebbar ist und mit der Referenzstrahlung des interferometrischen Abstandssensors überlagerbar ist und dabei entstehende Interferenzen (Speckle) auswertbar sind, und wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass tasterverlängerungsseitig auf der in Bezug auf das Antastformelement fern liegenden Seite und von der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors durchsetzt, insbesondere beabstandet zu der Tasterverlängerung, eine optische Teilerschicht angeordnet ist, dass die Teilerschicht zur Aufteilung von Messstrahlung und Referenzstrahlung ausgebildet ist, dass die Teilerschicht von einem Referenzspiegel zurückreflektierte Referenzstrahlung umlenkt in eine Richtung, die auf der in Bezug auf das Antastformelement abgewandten Seite
- – parallel oder
- – geneigt oder
- – entlang der optischen Achse des lateral messenden Sensors
- - parallel or
- - inclined or
- Along the optical axis of the laterally measuring sensor
Eine zweite alternative erfindungsgemäße Lösung zumindest eines Teils der Aufgabenstellungen sieht vor, dass ein kompakter Aufbau erreicht wird, indem die optische Teilung der Strahlung des interferometrischen Sensors in Mess- und Referenzstrahlung durch eine optische Teilerschicht erfolgt, die gleichfalls direkt oberhalb der vom Werkstück abgewandte Seite der Tasterverlängerung, also tasterverlängerungsseitig auf der in Bezug auf das Antastelement fernliegenden oder abgewandten Seite, angeordnet ist, aber seitlich so weit neben der optischen Achse des optisch lateral messenden Sensors angeordnet ist, dass sie außerhalb des Strahlengangs des optisch lateral messenden Sensors liegt. Die Teilung erfolgt also vor Eintritt in die Apertur des Bildverarbeitungssensors, dessen Strahlengang dadurch nicht durch die Teilerschicht geteilt wird, wodurch die zur Verfügung stehende Lichtmenge erhöht wird. Die Teilung außerhalb der optischen Achse bedeutet aber zwangsläufig, dass der Messstrahl noch einmal in Richtung der Tasterverlängerung umgelenkt werden muss, um auf der vom Werkstück abgewandten Seite in die Tasterverlängerung eingekoppelt zu werden. Hierzu ist eine Umlenkeinrichtung vorgesehen, die eine erste als Reflektor ausgebildete Fläche wie beispielsweise Spiegel enthält. Vorzugsweise ist an dieser Umlenkeinrichtung eine zweite Fläche vorhanden, die die Umlenkung der Referenzstrahlung, nachdem diese den Referenzstrahlengang durchlaufen hat, in Richtung der Auswerteeinheit wie Kamera des Abstandssensors bewirkt. Die Auswerteeinheit befindet sich bevorzugt dabei auf der vom Werkstück abgelegenen Seite der Tasterverlängerung, insbesondere in Richtung der optischen Achse oder parallel zur Richtung der optischen Achse oder geneigt zur Richtung der optischen Achse. Eine entsprechende Umlenkung erfolgt allgemein durch zumindest zwei Reflektoren. Ein erster Reflektor ist notwendig, um die nach der Teilung an der Teilerschicht verlaufende Referenzstrahlung nach einer entsprechend der Länge der Tasterverlängerung eingestellten Wegstrecke in Richtung der optischen Achse umzulenken. Der zweite oder letzte Reflektor bewirkt die Umlenkung in Richtung der Auswerteeinheit. Abhängig von der Länge der Tasterverlängerung können, wie auch bei der ersten erfindungsgemäßen Lösung, weitere Reflektoren im Referenzstrahlengang angeordnet sein, um diesen zu falten, also große Wegstrecken bei kurzem Bauraum zu erzielen. Dies erweist sich vor allem dann als vorteilhaft, wenn unterschiedlich lange Tasterverlängerung zusammen mit dem Referenzarm auswechselbar gestaltet werden sollen. Die Reflektoren im Referenzstrahlengang können dabei in vielen möglichen Varianten angeordnet sein, so dass die Referenzstrahlung in einer oder mehreren Richtungen parallel zur optischen Achse oder geneigt zur optischen Achse verläuft. Die Reflektoren sind dabei, bis auf den letzten, vorzugsweise seitlich neben dem optischen Strahlengang des optisch lateral messenden Sensors angeordnet, um diesen Strahlengang nicht zu stören.A second alternative solution according to the invention of at least some of the tasks provides that a compact structure is achieved by the optical division of the radiation of the interferometric sensor in measurement and reference radiation by an optical splitter layer, which also directly above the side facing away from the workpiece Probe extension, so the probe extension side on the remote with respect to the probe or remote side, is arranged, but laterally so far next to the optical axis of the optically lateral measuring sensor is arranged that it is outside the beam path of the optically lateral measuring sensor. The division thus takes place before entering the aperture of the image processing sensor whose beam path is not thereby divided by the splitter layer, whereby the available amount of light is increased. The division outside the optical axis, however, inevitably means that the measuring beam must be redirected once in the direction of the probe extension in order to be coupled on the side facing away from the workpiece in the probe extension. For this purpose, a deflection device is provided, which contains a first surface formed as a reflector, such as, for example, mirrors. Preferably, a second surface is present at this deflection device, which causes the deflection of the reference radiation, after it has passed through the reference beam, in the direction of the evaluation unit as camera of the distance sensor. The evaluation unit is preferably located on the side of the probe extension remote from the workpiece, in particular in the direction of the optical axis or parallel to the direction of the optical axis or inclined to the direction of the optical axis. A corresponding deflection is generally carried out by at least two reflectors. A first reflector is necessary in order to deflect the reference radiation extending after the division at the splitter layer in the direction of the optical axis after a travel distance set according to the length of the probe extension. The second or last reflector causes the deflection in the direction of the evaluation unit. Depending on the length of the probe extension, as in the case of the first solution according to the invention, further reflectors may be arranged in the reference beam path in order to fold it, ie to achieve long distances with a short installation space. This proves to be particularly advantageous if differently long probe extension should be made interchangeable with the reference arm. The reflectors in the reference beam path can be arranged in many possible variants, so that the reference radiation in one or more directions parallel to the optical axis or inclined to the optical axis. The reflectors are arranged, except for the last, preferably laterally next to the optical beam path of the optically laterally measuring sensor, so as not to disturb this beam path.
Zumindest Aspekte der Aufgabenstellungen werden also im Wesentlichen auch durch eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück gelöst, wobei die Vorrichtung zumindest besteht aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, einem vertikal messenden interferometrischen Abstandssensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück zusammen mit der Tasterverlängerung auslenkbar ist, und vorzugsweise eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück zusammen mit der Tasterverlängerung auslenkbar ist, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke, senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors, mit diesem ermittelbar ist, und die vertikale Auslenkung entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandssensor ermittelbar ist, wobei die Messstrahlung des interferometrischen Abstandssensors in die Tasterverlängerung einkoppelbar und vom Antastformelement oder der zugeordneten Zielmarke abgebbar ist und mit der Referenzstrahlung des interferometrischen Abstandssensors überlagerbar ist und dabei entstehende Interferenzen (Speckle) auswertbar sind, und wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass tasterverlängerungsseitig auf der in Bezug auf das Antastformelement fern liegenden Seite benachbart zum Strahlengang des lateral messenden optischen Sensors eine optische Teilerschicht angeordnet ist, dass die Teilerschicht zur Aufteilung von Messstrahlung und Referenzstrahlung ausgebildet ist, dass die Messstrahlung nach Durchlaufen der Teilerschicht mittels eines an einer ersten Fläche einer Umlenkeinrichtung vorhandenen Reflektors in Richtung der Tasterverlängerung umlenkbar ist, und dass die Referenzstrahlung mittels zumindest zweier Reflektoren zur Bildung zumindest eines Teils des Referenzstrahlengangs umlenkbar ist in eine Richtung, die auf der in Bezug auf das Antastformelement abgewandten Seite
- – parallel oder
- – geneigt oder
- – entlang der optischen Achse des lateral messenden Sensors
- - parallel or
- - inclined or
- Along the optical axis of the laterally measuring sensor
In Ausgestaltung sieht die Erfindung auch vor, dass die mehreren Reflektoren zur Umlenkung der Referenzstrahlung, mit Ausnahme des zuletzt wirkenden Reflektors bzw. der Teilerschicht, benachbart bzw. seitlich neben dem optischen Strahlengang des optisch lateral messenden Sensors angeordnet sind.In an embodiment, the invention also provides that the plurality of reflectors for deflecting the reference radiation, with the exception of the last-acting reflector or the splitter layer, are arranged adjacent or laterally next to the optical beam path of the optically laterally measuring sensor.
In Erweiterung dieser Ideen ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der an der zum Antastformelement abgewandten Seite der Tasterverlängerung eine als Reflektor ausgebildete Zielmarke angebracht ist und die vertikale Auslenkung der Zielmarke mit dem Strahlengang eines weiteren Abstandssensors wie Foucault-Lasersensor oder Fokussensor erfassbar ist, vorzugsweise indem der zuletzt wirkende Reflektor bzw. die Teilerschicht derart ausgebildet ist, dass nicht die gesamte Apertur des Strahlengangs des weiteren Abstandssensors abgedeckt ist.In extension of these ideas, a device is provided in which on the side facing away from the Antastformelement the probe extension designed as a reflector target mark is mounted and the vertical deflection of the target with the beam path of a further distance sensor such as Foucault laser sensor or focus sensor can be detected, preferably by the Last acting reflector or the divider layer is formed such that not the entire aperture of the beam path of the further distance sensor is covered.
Hierbei verläuft also die dem weiteren Abstandssensor zugeordnete Messstrahlung seitlich um die Teilerschicht bzw. seitlich um die Umlenkeinrichtung, die den zuletzt durchlaufenen Reflektor enthält, wird also nicht vollständig abgeschattet. Durch diesen Aufbau ist es möglich, zusätzlich die Auslenkung des Antastformelementes indirekt zu messen. Aus dem Vergleich mit der vom interferometrischen Sensor gemessenen Auslenkung kann die Durchbiegung der Tasterverlängerung und ggf. die Antastkraft beurteilt werden oder der weitere Abstandssensor eingemessen werden.In this case, therefore, the measuring radiation associated with the further distance sensor extends laterally around the divider layer or laterally around the deflection device, which contains the last traversed reflector, ie is not completely shaded. By this construction, it is possible to additionally measure the deflection of the Antastformelementes indirectly. From the comparison with the deflection measured by the interferometric sensor, the deflection of the probe extension and possibly the contact force can be assessed or the further distance sensor can be measured.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass der interferometrische Abstandssensor eine oder mehrere Strahlenquellen aufweist, deren Strahlung senkrecht oder nahezu senkrecht zum optischen Strahlengang in Richtung der optischen Teilerschicht eingekoppelt wird, vorzugsweise die Führung der Strahlung zwischen Strahlenquelle und Einkopplung mittels Lichtleitern erfolgt. According to a particularly preferred solution, the invention provides that the interferometric distance sensor has one or more radiation sources whose radiation is coupled perpendicular or nearly perpendicular to the optical beam path in the direction of the optical splitter layer, preferably the guidance of the radiation between the radiation source and coupling by means of optical fibers.
Die Strahlenquellen können dabei räumlich getrennt aufgebaut sein, wobei bevorzugt Lichtleiter bzw. Lichtwellenleiter zum Einsatz kommen, oder aber nahe des optischen Teilers und mit zumindest diesem eine Einheit bilden, die zum Beispiel auswechselbar ist. Im zweiten Fall müssen von außen nur die Signale zur elektrischen Ansteuerung in die Einheit übertragen werden.The radiation sources can be constructed spatially separated, wherein preferably optical fiber or optical waveguide are used, or close to the optical divider and form at least this one unit, which is interchangeable, for example. In the second case, only the signals for electrical control must be transmitted to the unit from the outside.
Kennzeichnend ist auch, dass der interferometrische Abstandssensor zwei Strahlenquellen unterschiedlichen Wellenlängenspektrums aufweist, wobei die Strahlenquellen vorzugsweise Laserdioden sind.It is also characteristic that the interferometric distance sensor has two radiation sources of different wavelength spectrum, wherein the radiation sources are preferably laser diodes.
Hierdurch sind die nach dem Stand der Technik bekannten absolut messenden Heterodynverfahren anwendbar.As a result, the known in the prior art absolutely measuring heterodyne are applicable.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass zumindest der oder die den Referenzstrahlengang erzeugenden Reflektoren, die Teilerschicht und die Tasterverlängerung, und gegebenenfalls der Referenzspiegel, eine Einheit bilden oder in einer Einrichtung wie Gehäuse oder Halterung zur Bildung einer Einheit angeordnet sind, die manuell und/oder automatisch austauschbar über eine Wechselschnittstelle, vorzugsweise magnetischen Wechselschnittstelle, direkt oder indirekt mit dem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise mit einer dem lateral messenden optischen Sensor zugeordneten Optik, verbunden ist, wobei vorzugsweise die Wechselschnittstelle zusätzlich eine Koppelstelle für die Zuführung der Strahlung des interferometrischen Abstandssensors oder eine Koppelstelle für die elektrische Ansteuerung der in der Einheit integrierten einen oder mehreren Strahlenquellen des interferometrischen Abstandssensors aufweist.In a further preferred embodiment, the invention provides that at least one or the reference beam generating reflectors, the splitter layer and the probe extension, and optionally the reference mirror, form a unit or are arranged in a device such as housing or holder to form a unit, the manually and / or automatically interchangeable via an exchange interface, preferably magnetic exchange interface, directly or indirectly connected to the laterally measuring optical sensor, preferably with a laterally measuring optical sensor associated optics, wherein preferably the changeover interface additionally a coupling point for the supply of radiation the interferometric distance sensor or a coupling point for the electrical control of integrated in the unit has one or more radiation sources of the interferometric distance sensor.
Hierdurch wird mit besonders einfachen Mitteln ermöglicht, unterschiedliche Tasterverlängerungen, insbesondere unterschiedlich lange Tasterverlängerungen in einem bevorzugt automatischen Messablauf einzusetzen. Jede Einheit enthält dabei einen der jeweiligen Tasterverlängerung angepassten Referenzstrahlengang, der also mit getauscht wird. Nicht benutzte Einheiten werden beispielsweise in für Koordinatenmessgeräte bekannten Wechselstationen abgelegt.As a result, it is possible with particularly simple means to use different probe extensions, in particular probe extensions of different lengths, in a preferably automatic measuring procedure. Each unit contains one of the respective probe extension adapted reference beam path, which is thus exchanged with. Unused units are stored, for example, in changing stations known for coordinate measuring machines.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass der taktil-optische Sensor in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder computertomografischen Sensoren, integriert ist.Particularly noteworthy is the idea that the tactile-optical sensor in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device is integrated together with other sensors, preferably tactile, optical or computer tomographic sensors.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück vorzugsweise mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The present invention also relates to methods for determining geometric features or structures on a workpiece, preferably by means of the device according to the invention.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist also auch ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, einem vertikal messenden interferometrischen Abstandssensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück zusammen mit der Tasterverlängerung augelenkt wird, und vorzugsweise eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück zusammen mit der Tasterverlängerung augelenkt wird, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke, senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors, mit diesem ermittelt wird, und die vertikale Auslenkung entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandssensor ermittelt wird, wobei die Messstrahlung des interferometrischen Abstandssensors in die Tasterverlängerung eingekoppelt und vom Antastformelement oder der zugeordneten Zielmarke abgegeben wird und mit der Referenzstrahlung des interferometrischen Abstandssensors überlagert wird und dabei entstehende Interferenzen (Speckle) ausgewertet werden, vorgesehen, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass tasterverlängerungsseitig auf der in Bezug auf das Antastformelement fern liegenden Seite und von der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors durchsetzt, insbesondere beabstandet zu der Tasterverlängerung, eine optische Teilerschicht angeordnet wird, dass die Teilerschicht zur Aufteilung von Messstrahlung und Referenzstrahlung ausgebildet wird, dass mittels der Teilerschicht von einem Referenzspiegel zurückreflektierte Referenzstrahlung umgelenkt wird in eine Richtung, die auf der in Bezug auf das Antastformelement abgewandten Seite
- – parallel oder
- – geneigt oder
- – entlang der optischen Achse des lateral messenden Sensors
- - parallel or
- - inclined or
- Along the optical axis of the laterally measuring sensor
Ein alternatives Verfahren zur Lösung zumindest einiger der erfindungsgemäßen Aufgaben besteht in einem Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem Werkstück, mittels eines taktil-optischen Sensors, zumindest bestehend aus einem lateral messenden optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, einem vertikal messenden interferometrischen Abstandssensor, und einer zumindest teilweise biegeelastischen Tasterverlängerung, wobei von der Tasterverlängerung zumindest ausgehen: ein Antastformelement, das bei Berührung mit dem Werkstück zusammen mit der Tasterverlängerung ausgelenkt wird, und vorzugsweise eine dem Antastformelement zugeordnete Zielmarke, die bei Berührung des Antastformelementes mit dem Werkstück zusammen mit der Tasterverlängerung augelenkt wird, wobei die seitliche Auslenkung des Antastformelements oder der Zielmarke, senkrecht zur optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors, mit diesem ermittelt wird, und die vertikale Auslenkung entlang oder nahezu entlang der optischen Achse des lateral messenden optischen Sensors mit dem Abstandssensor ermittelt wird, wobei die Messstrahlung des interferometrischen Abstandssensors in die Tasterverlängerung eingekoppelt und vom Antastformelement oder der zugeordneten Zielmarke abgegeben wird und mit der Referenzstrahlung des interferometrischen Abstandssensors überlagert wird und dabei entstehende Interferenzen (Speckle) ausgewertet werden, bei dem dass tasterverlängerungsseitig auf der in Bezug auf das Antastformelement fern liegenden Seite benachbart zum Strahlengang des lateral messenden optischen Sensors eine optische Teilerschicht angeordnet wird, dass die Teilerschicht zur Aufteilung von Messstrahlung und Referenzstrahlung ausgebildet wird, dass die Messstrahlung nach Durchlaufen der Teilerschicht mittels eines an einer ersten Fläche einer Umlenkeinrichtung vorhandenen Reflektors in Richtung der Tasterverlängerung umgelenkt wird, und dass die Referenzstrahlung mittels zumindest zweier Reflektoren zur Bildung zumindest eines Teils des Referenzstrahlengangs umgelenkt wird in eine Richtung, die auf der in Bezug auf das Antastformelement abgewandten Seite
- – parallel oder
- – geneigt oder
- – entlang der optischen Achse des lateral messenden Sensors
- - parallel or
- - inclined or
- Along the optical axis of the laterally measuring sensor
In einer bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung zusätzlich vor, dass die vertikale Auslenkung einer als Reflektor ausgebildeten zusätzlichen an der vom Werkstück abgewandten Seite der Tasterverlängerung bzw. in Bezug auf das Antastformelement abgewandten Seite der Tasterverlängerung, angebrachten Zielmarke mit dem Strahlengang eines weiteren Abstandssensors wie Foucault-Lasersensor oder Fokussensor ermittelt wird und vorzugsweise aus den Messwerten des interferometrischen Abstandssensors und den Messwerten des weiteren Abstandssensors die Durchbiegung der Tasterverlängerung und/oder der Betrag und/oder die Richtung der Antastkraft ermittelt wird, wobei vorzugsweise als zuletzt durchlaufener Reflektor bzw. als Teilerschicht eine derart ausgebildete verwendet wird, dass nicht die gesamte Apertur des Strahlengangs des weiteren Abstandssensor abgedeckt ist.In a preferred development, the invention additionally provides that the vertical deflection of a reflector designed as an additional on the side facing away from the workpiece of the probe extension or with respect to the Antastformelement side facing away from the probe extension, attached target with the beam path of a further distance sensor such as Foucault Laser sensor or focus sensor is determined and preferably from the measured values of the interferometric distance sensor and the measured values of the other distance sensor, the deflection of the probe extension and / or the amount and / or the direction of the contact force is determined, preferably as last traversed reflector or as a splitter layer such trained is used that not the entire aperture of the beam path of the other distance sensor is covered.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass die Umlenkung der Referenzstrahlung mittels mehrerer Reflektoren erfolgt, wobei mit Ausnahme des zuletzt durchlaufenen Reflektors bzw. der Teilerschicht, die Reflektoren seitlich neben dem optischen Strahlengang des optisch lateral messenden Sensors angeordnet sind.According to a particularly preferred solution, the invention provides that the deflection of the reference radiation is effected by means of a plurality of reflectors, wherein, with the exception of the last traversed reflector or the splitter layer, the reflectors are arranged laterally next to the optical beam path of the optically lateral measuring sensor.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass die Strahlung der einen oder mehreren Strahlenquellen des interferometrischen Abstandssensors senkrecht oder nahezu senkrecht zum optischen Strahlengang in Richtung der optischen Teilerschicht eingekoppelt wird, wobei vorzugsweise die Führung der Strahlung zwischen Strahlenquelle und Einkopplung mittels Lichtleitern erfolgt.In an embodiment, the invention therefore provides that the radiation of the one or more radiation sources of the interferometric distance sensor is coupled perpendicular or nearly perpendicular to the optical beam path in the direction of the optical splitter layer, wherein preferably the guidance of the radiation between the radiation source and coupling by means of optical fibers.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass für den interferometrischen Abstandssensor zwei Strahlenquellen unterschiedlichen Wellenlängenspektrums eingesetzt werden, vorzugsweise Laserdioden, und vorzugsweise Absolutwerte für die Auslenkung bzw. Position des erfassten Antastformelementes oder der erfassten Zielmarke ermittelt werden. Preferably, it is provided that for the interferometric distance sensor two radiation sources of different wavelength spectrum are used, preferably laser diodes, and preferably absolute values for the deflection or position of the detected probe form element or the detected target mark are determined.
Kennzeichnend ist auch, dass manuell und/oder automatisch über eine Wechselschnittstelle, vorzugsweise magnetischen Wechselschnittstelle, verschiedene Einheiten, jeweils zumindest bestehend aus den den Referenzstrahlengang bildenden Reflektoren, und gegebenenfalls dem Referenzspiegel, der Teilerschicht und der Tasterverlängerung, ausgetauscht werden, wobei die verschiedenen Einheiten jeweils eine unterschiedliche Tasterverlängerung, insbesondere eine unterschiedlich lange Tasterverlängerung, und einen entsprechend angepassten Referenzstrahlengang, insbesondere einen unterschiedlich langen Referenzstrahlengang und vorzugsweise entsprechend angepasste Positionen und/oder Anzahl der Reflektoren, umfassen.It is also characteristic that manually and / or automatically via an exchange interface, preferably magnetic exchange interface, different units, each at least consisting of the reference beam forming reflectors, and optionally the reference mirror, the splitter layer and the probe extension, are exchanged, the various units each a different probe extension, in particular a different length probe extension, and a correspondingly adapted reference beam path, in particular a different length reference beam path and preferably correspondingly adapted positions and / or number of reflectors include.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass der taktil-optische Sensor in einem Koordinatenmessgerät integriert, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder computertomografischen Sensoren, verwendet wird.Particularly noteworthy is the idea that the tactile-optical sensor integrated in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical or computer tomographic sensors, is used.
Eine eigenständige Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum berührungslosen Messen von geometrischen Merkmalen und Konturen an Werkstücken mit zumindest einem optischen und/oder zumindest einem computertomografischen Sensor in einem Koordinatenmessgerät.An independent invention relates to methods for non-contact measurement of geometric features and contours on workpieces with at least one optical and / or at least one computer tomographic sensor in a coordinate measuring machine.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Zusammensetzen von mehreren Bildern, die mittels eines optischen Sensors wie Bildverarbeitungssensors zum Beispiel mit einer Kamera von einem Werkstück aufgenommen worden.In particular, the invention relates to the assembly of a plurality of images captured by a workpiece such as a vision sensor, such as a camera, from a workpiece.
Auch bezieht sich die Erfindung auf die Messung eines Werkstücks mit einer Computertomografie-Sensorik, wobei Komponenten der Sensorik, die Umgebung der Sensorik und die Umgebung des Werkstücks, insbesondere die umgebende Luft in einem Gehäuse, in dem die Sensorik und das Werkstück angeordnet sind, thermisch beeinflusst, insbesondere gekühlt werden.Also, the invention relates to the measurement of a workpiece with a computed tomography sensor, wherein components of the sensor, the environment of the sensor and the environment of the workpiece, in particular the surrounding air in a housing in which the sensor and the workpiece are arranged thermally influenced, in particular cooled.
Das Aufnehmen von mehreren Bildern eines Werkstücks bzw. eines Bereiches mit einem optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor und das Zusammensetzen dieser mehreren aufgenommenen Einzelbildern zu einem Gesamtbild, das anschließend ausgewertet wird, ist beispielsweise in der
Eine alternative Lösung für das Zusammensetzen von Einzelbildern zu einem Gesamtbild ist dem Fachmann unter dem Begriff Stitching bekannt. Hierbei wird ausgenutzt, dass in überlappend aufgenommenen Einzelbildern dieselben Bildbereiche des Werkstücks enthalten sind. Die Zuordnung dieser Bereiche erfolgt mittels Korrelationsbestimmung. Voraussetzung für eine gute Korrelation ist jedoch, dass ausreichend Strukturen in den Überlappungsbereichen vorliegen. Nachteilig bei diesen Verfahren ist daher, dass nur dann ein Zusammensetzen erfolgen kann, wenn zufällig ausreichend Kontrast und gut zuordenbare Strukturen in den jeweiligen Überlappungsbereichen vorliegen, das abgebildete Werkstück also entsprechend strukturiert ist. Dies kann jedoch nicht immer sichergestellt werden, wie beispielsweise bei homogenen oder reflektierenden Werkstückoberflächen.An alternative solution for assembling individual images into an overall image is known to the person skilled in the art by the term stitching. In this case, use is made of the fact that the same image areas of the workpiece are contained in overlapping recorded individual images. The assignment of these areas is carried out by means of correlation determination. However, a prerequisite for a good correlation is that there are sufficient structures in the overlapping areas. A disadvantage of these methods is that only then can be made a composite, if there are sufficient random contrast and well-assignable structures in the respective overlap areas, the imaged workpiece is thus structured accordingly. However, this can not always be ensured, such as in homogeneous or reflective workpiece surfaces.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und schnelles Zusammensetzen von Einzelbildern eines Werkstücks mit beliebiger Oberfläche zu einem Gesamtbild zu ermöglichen, ohne dass dabei Maßstabsysteme zur Bestimmung der Lage der Einzelbilder zueinander verwendet werden.An object of the present invention is to allow a simple and quick assembly of individual images of a workpiece with any surface to an overall image, without using scale systems for determining the position of the individual images to each other.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist vorgesehen, dass an z. B. dem Messtisch, auf dem das Werkstück aufgelegt wird oder z. B. an einer das Werkstück aufnehmenden Halterung eine Referenzierung wie Strukturen angebracht werden, die bei der Aufnahme der Einzelbilder des Werkstücks zumindest teilweise miterfasst werden. Aus der Lage dieser Referenzierung bzw. Strukturen in den Einzelbildern wird auf die Lage der Einzelbilder zueinander geschlossen, wodurch ein genaues Zusammensetzen der Einzelbilder ermöglicht wird.To solve this task is provided that z. B. the measuring table on which the workpiece is placed or z. B. on a workpiece receiving holder a referencing such as structures are attached, which are at least partially miterfasst in the recording of the individual images of the workpiece. From the position of these referencing or structures in the individual images is closed to the position of the individual images to each other, whereby an accurate composition of the individual images is possible.
Zumindest Aspekte dieser Aufgaben werden also im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Lage der Einzelbilder zueinander bestimmt wird, indem an dem Messtisch angebrachte Strukturen in den Einzelbildern erfasst und die Lage der Strukturen bestimmt wird. At least aspects of these tasks are thus essentially solved by determining the position of the individual images relative to one another by detecting structures in the individual images attached to the measuring table and determining the position of the structures.
Die Erfindung bezieht sich damit auf ein Verfahren zur Messung von geometrischen Merkmalen und/oder Konturen an einem auf einem Messtisch angeordneten Werkstück mittels eines optischen Sensors, vorzugsweise Bildverarbeitungssensors, wobei mittels des optischen Sensors mehrere Einzelbilder des Werkstücks oder eines Bereiches des Werkstücks in verschiedenen Relativpositionen zwischen Werkstück und Sensor aufgenommen und zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden, wobei beim Zusammensetzen die Lage der Einzelbilder zueinander entsprechend der Relativpositionen berücksichtigt wird, und aus dem Gesamtbild die Merkmale und/oder Konturen extrahiert werden, wobei die Lage der Einzelbilder zueinander bestimmt wird, indem an dem Messtisch angebrachte Strukturen in den Einzelbildern erfasst und die Lage der Strukturen bestimmt wird.The invention thus relates to a method for measuring geometric features and / or contours on a workpiece arranged on a measuring table by means of an optical sensor, preferably image processing sensor, wherein by means of the optical sensor a plurality of individual images of the workpiece or a portion of the workpiece in different relative positions between Workpiece and sensor are recorded and assembled into an overall image, wherein the composition of the position of the individual images is taken into account according to the relative positions, and from the overall image, the features and / or contours are extracted, the position of the individual images is determined by each other by the Measuring table attached structures are captured in the individual images and the location of the structures is determined.
Damit in allen Einzelbildern, unabhängig von der Größe und Form des Werkstücks, zumindest ein Teil der Struktur erfassbar ist, sind die Strukturen vorzugsweise im Randbereich des Messtisches angebracht, der vom Werkstück nicht verdeckt wird. Hierdurch wird die Verteilung der Einzelbilder derart begrenzt, dass jedes Einzelbild zumindest einen Teil des Randbereiches des Messtisches erfassen muss. In zumindest einer Richtung können daher nur maximal zwei benachbart legende Einzelbilder aufgenommen werden, wobei senkrecht zu dieser ersten Richtung beliebig viele Einzelbilder aufgenommen werden können.So that at least part of the structure can be detected in all individual images, irrespective of the size and shape of the workpiece, the structures are preferably mounted in the edge area of the measuring table, which is not covered by the workpiece. As a result, the distribution of the individual images is limited such that each individual image must capture at least a part of the edge region of the measuring table. In at least one direction, therefore, only a maximum of two adjacently laying individual images can be recorded, wherein any number of individual images can be recorded perpendicular to this first direction.
Hervorzuheben ist daher die Idee, dass die Strukturen im Randbereich des Messtisches erfasst werden und in einer ersten Richtung z. B. maximal zwei Einzelbilder benachbart aufgenommen werden und in einer zweiten, senkrecht zur ersten Richtung liegenden Richtung eine beliebige Anzahl von Einzelbildern aufgenommen wird.To emphasize is therefore the idea that the structures are detected in the edge region of the measuring table and in a first direction z. B. a maximum of two frames are added adjacent and taken in a second, perpendicular to the first direction direction any number of frames.
Diese Bedingungen sollen sicherstellen, dass in jedem Bild ein Bereich der Strukturen bzw. Referenzierung erfasst wird.These conditions are to ensure that an area of the structures or referencing is captured in each picture.
Die Bilder selbst werden in einer Ebene aufgenommen.The pictures themselves are taken in one plane.
Im Durchlicht- und/oder Auflichtverfahren werden die einzelnen zweidimensionalen Bilder aufgenommen.In the transmitted light and / or incident light method, the individual two-dimensional images are recorded.
Als Lage der Struktur sind im Rahmen der Erfindung zwei mögliche Interpretationen zu verstehen. In einer ersten Variante ist die Position eines Teils der Struktur, nämlich dem jeweils in einem Einzelbild erfassten Teil der Struktur, in Bezug auf eine Absolutlage der gesamten Struktur bzw. Strukturen zu verstehen. Die gesamte Struktur wird dazu vorab vollständig erfasst und gespeichert. Dies kann beispielsweise mittels eines Bildverarbeitungssensors erfolgen, der vorzugsweise mehrere Einzelbilder des Messtisches, insbesondere der Strukturen, aufnimmt. Hierbei werden die Positionen, die der Bildverarbeitungssensor bei der Aufnahme einnimmt, bestimmt, beispielsweise indem der Bildverarbeitungssensor in einem Koordinatenmessgerät mit Messachsen integriert ist, um ein genaues Gesamtbild zusammenzusetzen. Der Messtisch wird dabei also, zum Beispiel vor dem Einbau in ein Koordinatenmessgerät entsprechend der vorliegenden Erfindung, mittels eines anderen Koordinatenmessgeräts oder ähnlichem gemessen. Damit ist die Lage jedes Teils der Struktur in einem Koordinatensystem bekannt, und damit auch die Lage unterschiedlicher Teile der Struktur zueinander. Bei der eigentlichen Messung wird nun jeweils ein bestimmter Teil der Struktur mit aufgenommen. Dieser Teil muss im vorab aufgenommenen Gesamtbild wieder erkannt werden. Dies erfolgt beispielsweise durch Korrelationsmethoden. Zu beachten ist dabei, dass die grobe Position der Struktur auf dem Messtisch, also die grobe Lage des jeweiligen Einzelbildes, meist bereits bekannt ist, die Korrelation also nur in einem Teil des Vorabbildes untersucht werden muss. Anderenfalls müssen die Strukturen eindeutige Muster sein, die sich nicht wiederholen.As a location of the structure, two possible interpretations are to be understood within the scope of the invention. In a first variant, the position of a part of the structure, namely the part of the structure detected in each individual image, is to be understood in relation to an absolute position of the entire structure or structures. The entire structure is fully captured and stored in advance. This can be done for example by means of an image processing sensor, which preferably receives a plurality of individual images of the measuring table, in particular of the structures. In this case, the positions which the image processing sensor assumes during the recording are determined, for example by the image processing sensor being integrated in a coordinate measuring machine with measuring axes, in order to assemble an exact overall picture. The measuring table is thus measured, for example, before installation in a coordinate measuring machine according to the present invention, by means of another coordinate measuring machine or the like. Thus, the position of each part of the structure in a coordinate system is known, and thus the position of different parts of the structure to each other. In the actual measurement, a specific part of the structure is now included in each case. This part must be recognized again in the previously recorded overall picture. This is done, for example, by correlation methods. It should be noted that the coarse position of the structure on the measuring table, ie the coarse position of each frame, is usually already known, so the correlation must be examined only in part of the preliminary image. Otherwise, the structures must be unique patterns that do not repeat.
In einer zweiten Variante ist die Position eines Teils der Struktur, nämlich dem jeweils in einem Einzelbild erfassten Teil der Struktur, lediglich in Bezug auf den Teil der Struktur zu verstehen, der in benachbart aufgenommene Einzelbilder vorliegt. Hierzu ist es notwendig, dass sich benachbarte Einzelbilder überlagern, wodurch jeweils auch Teile der Struktur in benachbarten Einzelbildern gleichermaßen vorliegen. Durch Korrelation können die identischen Teile der Struktur erkannt werden und daraus die Relativlage der benachbarten Einzelbilder bestimmt werden.In a second variant, the position of a part of the structure, namely the part of the structure captured in a single image in each case, is to be understood only with reference to that part of the structure which is present in adjacent recorded individual images. For this purpose, it is necessary that adjacent individual images overlap, whereby parts of the structure in adjacent individual images are equally present. By correlation, the identical parts of the structure can be detected and from this the relative position of the adjacent individual images can be determined.
In einer ersten bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung zusätzlich vor, dass die Lage der Strukturen auf dem Messtisch vor der Messung des Werkstücks bestimmt wird, beispielsweise durch Aufnahme von mehreren Bildern mit einem Bildverarbeitungssensor, dessen Positionen bei der Aufnahme der Bilder bestimmt wird, und dass bei der Messung des Werkstücks mittels Korrelationsverfahren die aktuelle Lage in Bezug auf die vorab bestimmte Lage der Strukturen ermittelt wird. In a first preferred embodiment, the invention additionally provides that the position of the structures on the measuring table is determined before the measurement of the workpiece, for example by recording a plurality of images with an image processing sensor whose positions are determined when taking the images, and that at the measurement of the workpiece by means of correlation method, the current position is determined in relation to the predetermined position of the structures.
In einer zweiten bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung zusätzlich vor, dass sich benachbarte Einzelbilder zumindest teilweise überlappen und mittels Korrelationsverfahren die Lage der Strukturen in den Einzelbildern zueinander ermittelt wird.In a second preferred embodiment, the invention additionally provides that adjacent individual images overlap at least partially and the position of the structures in the individual images relative to one another is determined by means of correlation methods.
Kennzeichnend ist auch, dass die Strukturen Muster wie Striche oder andere geometrische Formen, vorzugsweise sich nicht wiederholende Muster sind, die zumindest in den Randbereichen des Messtisches, vorzugsweise entlang des gesamten Randbereiches des Messtisches, angeordnet sind.It is also characteristic that the structures are patterns such as lines or other geometric shapes, preferably non-repeating patterns, which are arranged at least in the edge areas of the measuring table, preferably along the entire edge area of the measuring table.
Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zudem eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen.To implement the method according to the invention, a corresponding device is also provided.
Die Erfindung betrifft also auch eine Vorrichtung zur Messung von geometrischen Merkmalen und/oder Konturen an einem Werkstück, zumindest umfassend einen Messtisch, auf dem das Werkstück anordbar ist, und einen optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, und Mittel zur Relativbewegung zwischen Werkstück und Sensor, zur Aufnahme und Speicherung von mehreren Einzelbildern des Werkstücks oder eines Bereiches des Werkstücks, Zusammensetzung zu einem Gesamtbild und Auswertung des Gesamtbildes sowie Mittel zur Extrahierung von Merkmalen und/oder Konturen aus dem Gesamtbild.The invention thus also relates to a device for measuring geometric features and / or contours on a workpiece, at least comprising a measuring table on which the workpiece can be arranged, and an optical sensor, preferably image processing sensor, and means for relative movement between the workpiece and the sensor Recording and storing a plurality of individual images of the workpiece or a region of the workpiece, composition to form an overall image and evaluation of the overall image, and means for extracting features and / or contours from the overall image.
Zur Lösung von zumindest Aspekten der Aufgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Messtisch Strukturen, insbesondere Muster wie Striche oder andere geometrische Formen, vorzugsweise sich nicht wiederholende Muster, angebracht sind, die zumindest in den Randbereichen des Messtisches, vorzugsweise entlang des gesamten Randbereiches des Messtisches, angeordnet sind, und dass die Muster mit dem optischen Sensor erfassbar sind.To achieve at least aspects of the object of the invention, it is provided that structures, in particular patterns such as lines or other geometric shapes, preferably non-repeating patterns, are attached to the measuring table, which at least in the edge regions of the measuring table, preferably along the entire edge region of the Measuring tables are arranged, and that the patterns are detectable with the optical sensor.
Bei der Messung von Werkstücken mittels einer Computertomografie-Sensorik treten mehrere Wärmequellen auf. Diese sind beispielsweise die Strahlungsquelle wie Röntgenröhre und der zur Messung der Strahlung eingesetzte Detektor wie Flächendetektor. Auch die Achsantriebe, beispielsweise der Drehtisch zur Drehung des Werkstücks im Strahlengang der Strahlungsquelle, sowie gegebenenfalls weitere Antriebe sorgen bei deren Verwendung für Wärmeeinträgen. Aufgrund der Messstrahlung werden Geräte, beispielsweise Koordinatenmessgeräte, mit Computertomografie-Sensorik meist in geschlossenen Kammern bzw. Gehäusen betrieben. Innerhalb des Gehäuses tritt daher ohne Kühlmaßnahmen ein Wärmestau auf. Dieser sorgt zur Verfälschung der Messungen durch temperaturbedingte Ausdehnungen von Werkstück und Sensorik. Um dies zu vermeiden, werden einzelne Komponenten der Sensorik gekühlt. Röntgenröhren verfügen dazu meist über eine eigene Flüssigkeitskühlung. Die Luft innerhalb des Gehäuses lässt sich beispielsweise durch Luftkühlung abkühlen. Hierzu werden beispielsweise Lüfter in die Gehäusewände integriert. Aus Gründen des Strahlenschutzes sind entsprechende Anordnungen jedoch komplex und wenig effektiv. Zu hohe Lüfterdrehzahlen können aufgrund von Schwingungen und Luftströmungen die Messungen negativ beeinflussen. Nachteilig ist zudem, dass für jeden Kühlkreislauf separate Zuleitungen und Ableitungen aufwändig im Gerätedesign vorzusehen sind.When measuring workpieces by means of a computed tomography sensor, several heat sources occur. These are, for example, the radiation source such as an X-ray tube and the detector used for measuring the radiation, such as area detector. The axis drives, for example, the turntable for rotating the workpiece in the beam path of the radiation source, and optionally other drives provide in their use for heat inputs. Due to the measuring radiation devices, such as coordinate measuring machines, with computer tomography sensors are usually operated in closed chambers or housings. Within the housing therefore occurs without cooling measures heat accumulation. This ensures that the measurements are falsified by temperature-related expansions of the workpiece and sensors. To avoid this, individual components of the sensors are cooled. X-ray tubes usually have their own liquid cooling. The air inside the housing can be cooled, for example, by air cooling. For this purpose, for example, fans are integrated into the housing walls. However, for reasons of radiation protection, such arrangements are complex and less effective. Excessively high fan speeds can adversely affect the measurements due to vibrations and air currents. Another disadvantage is that separate supply lines and leads are to be provided consuming in the device design for each cooling circuit.
Grundlegend kann eine Kühlung direkt, beispielsweise durch Wärmeleitung, oder indirekt, beispielsweise durch Konvektion, erfolgen.Basically, a cooling directly, for example by conduction, or indirectly, for example by convection, take place.
Eine unabhängige Aufgabe einer der vorliegenden Erfindungen ist es daher, mit einfachen Mitteln eine Temperierung, insbesondere Kühlung, zumindest von Teilen einer Computertomografie-Sensorik sowie der Umgebung der Sensorik und des Werkstücks zu realisieren.An independent object of one of the present inventions is therefore to realize by simple means a temperature, in particular cooling, at least of parts of a computed tomography sensor and the environment of the sensor and the workpiece.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist im Wesentlichen vorgesehen, dass ein gemeinsamer Kühlkreislauf zur Kühlung, vorzugsweise direkten Kühlung, des Detektors und zur Kühlung, vorzugsweise indirekten Kühlung, der die Computertomografie-Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft eingesetzt wird.To solve this task is essentially provided that a common cooling circuit for cooling, preferably direct cooling, the detector and for cooling, preferably indirect cooling, the computer tomography sensor and / or the workpiece surrounding air is used.
Computertomografie-Sensorik und Werkstück befinden sich dabei in einem Gehäuse, aus Gründen des Strahlenschutzes zumeist geschlossenen Gehäuse. Aus messtechnischen Gründen sind beispielsweise Temperaturschwankungen im Bereich kleiner +/–2 Kelvin oder kleiner +/–1 Kelvin wünschenswert.Computed tomography sensors and workpieces are located in a housing, for reasons of radiation protection mostly closed housing. For metrological reasons, for example, temperature fluctuations in the range of less than +/- 2 Kelvin or less than +/- 1 Kelvin are desirable.
Eine der Erfindungen bezieht sich daher auch auf ein Verfahren zur Temperierung, insbesondere Kühlung, von zumindest Teilen einer Computertomografie-Sensorik, wobei die Computertomografie-Sensorik aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, und Drehtisch zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor besteht, und der die Computertomografie-Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft und vorzugsweise des Werkstücks, wobei sich die Computertomografie-Sensorik und das Werkstück in einem Gehäuse befinden, wobei vorzugsweise mit Hilfe der Computertomografie-Sensorik geometrische Merkmale und/oder Konturen an einem Werkstück gemessen werden, wobei ein gemeinsamer Kühlkreislauf zur Kühlung, vorzugsweise direkten Kühlung, des Detektors und zur Kühlung, vorzugsweise indirekten Kühlung, der die Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft eingesetzt wird. One of the inventions therefore also relates to a method for tempering, in particular cooling, of at least parts of a computed tomography sensor system, the computed tomography sensor system comprising radiation source, preferably x-ray source, detector, preferably area detector, and turntable for rotating the workpiece or for rotating Radiation source and detector consists, and the computer tomography sensor and / or the workpiece surrounding air and preferably the workpiece, wherein the computed tomography sensor and the workpiece are in a housing, preferably using the computed tomography sensor geometry and / or geometric features Contours are measured on a workpiece, wherein a common cooling circuit for cooling, preferably direct cooling, the detector and for cooling, preferably indirect cooling, of the sensor and / or the workpiece surrounding air is used.
Da erfahrungsgemäß eine besonders hohe Wärmelast durch den Detektor erzeugt wird, ist es sinnvoll, eine Flüssigkeitskühlung für den Detektor vorzusehen. Hierbei wird ein Wärmetauscher thermisch an den Detektor, bzw. die frei zugänglichen Bereiche des Detektors, wie beispielsweise die von den Detektorelementen abgewandte Rückseite, oder die Seitenflächen, gekoppelt. Dies erfolgt beispielsweise durch Ankleben, Anlöten oder Anschweißen von Plattenmaterial, wobei zumeist mit Wärmeleitpaste ein guter Wärmeübergang gewährleistet wird. An der Platte des Wärmetauschers wird das Kühlmittel vorbeigeführt, um diese zu kühlen, beispielsweise mittels aufgelöteten und oft mäanderförmig ausgeführten Kühlschlangen, durch die das Kühlmittel fließt, das mittels einer Zuleitung von einem Kühlaggregat wie Thermostat mittels einer Pumpe zu dem Wärmetauscher transportiert wird.Since, according to experience, a particularly high heat load is generated by the detector, it makes sense to provide liquid cooling for the detector. In this case, a heat exchanger is thermally coupled to the detector, or the freely accessible areas of the detector, such as, for example, the rear side facing away from the detector elements, or the side surfaces. This is done, for example, by gluing, soldering or welding of plate material, wherein a good heat transfer is usually ensured with thermal paste. At the plate of the heat exchanger, the coolant is passed to cool them, for example by means of soldered and often meandering cooling coils through which the coolant flows, which is transported by means of a supply line from a cooling unit such as a thermostat by means of a pump to the heat exchanger.
Trotz dieser Kühlung wird ein Teil der Wärme weiterhin, beispielsweise an der Vorderseite des Detektors, an die Luft im Gehäuse abgegeben. Aber auch weitere Wärmequellen erwärmen erwähntermaßen das Gehäuseinnere. Daher ist zusätzlich vorgesehen, auch die Luft mittels einem oder besser mehreren Wärmetauschern indirekt zu kühlen. Erfindungsgemäß wird dazu der gleiche Kühlkreislauf verwendet, mit dem auch der Detektor gekühlt wird. Da die höhere Wärmelast jedoch vom Detektor ausgeht, wird das Kühlmittel zuerst am Detektor vorbeigeführt. Dabei erwärmt es sich beispielsweise von einer Vorlauftemperatur von etwa 18°C auf 20°C. Anschließend wird die leicht erwärmte Kühlflüssigkeit an den Wärmetauschern zur Kühlung der Luft vorbeigeführt. Diese Wärmetauscher sind wegen der natürlichen Temperaturschichtung vorzugsweise im oberen Bereich des Gehäuses angeordnet.Despite this cooling, part of the heat continues to be released, for example at the front of the detector, to the air in the housing. But also other sources of heat, as mentioned, heat the housing interior. Therefore, it is additionally provided to also indirectly cool the air by means of one or more heat exchangers. According to the invention, the same cooling circuit is used, with which the detector is also cooled. However, since the higher heat load emanates from the detector, the coolant is first passed by the detector. It heats up, for example, from a flow temperature of about 18 ° C to 20 ° C. Subsequently, the slightly heated coolant is passed to the heat exchangers for cooling the air. These heat exchangers are preferably arranged in the upper region of the housing because of the natural temperature stratification.
Besonders hervorzuheben ist daher die Idee, dass der Kühlkreislauf eine Flüssigkeitskühlung ist, wobei das Kühlmittel mittels eines Wärmetauschers zuerst am Detektor vorbeigeführt wird und anschließend an zumindest einem, vorzugsweise mehreren, beispielsweise zwei oder vier oder acht, Wärmetauschern vorbeigeführt wird, die in der Luft, vorzugsweise oberhalb des Werkstücks und/oder der Computertomografie-Sensorik, und innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.Particularly noteworthy is therefore the idea that the cooling circuit is a liquid cooling, the coolant is first passed by a heat exchanger at the detector and then past at least one, preferably several, for example two or four or eight, heat exchangers is passed in the air, preferably above the workpiece and / or the computed tomography sensor, and are disposed within the housing.
Zur besseren Luftkühlung können zusätzlich Lüfter vorgesehen sein, die die Luft im Gehäuse von unten in Richtung der Wärmetauscher transportieren. Die Lüfter sind dabei z. B. direkt an der Unterseite der Wärmetauscher befestigt.For better air cooling fans can additionally be provided, which transport the air in the housing from below in the direction of the heat exchanger. The fans are z. B. attached directly to the bottom of the heat exchanger.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass zumindest den in der Luft befindlichen Wärmetauschern jeweils zumindest ein Lüfter zugeordnet ist, der Luft aus dem Gehäuse in Richtung des Wärmetauschers transportiert.According to a particularly preferred solution, the invention provides that at least the heat exchangers located in the air are each assigned at least one fan which transports air out of the housing in the direction of the heat exchanger.
Abhängig von der vorliegenden Wärmelast muss der Kühlkreislauf, also die Temperatur und Durchflussmenge des Kühlmittels, das durch das Kühlaggregat zur Verfügung gestellt wird, geregelt werden. Hierzu wird die Temperatur des Kühlmittels, beispielsweise im Vorlauf, und gegebenenfalls des Detektors oder der Luft im Gehäuse als Mess- bzw. Regelgröße verwendet. Auch die Lüfterdrehzahl kann entsprechend geregelt werden, wie dies beispielsweise bei PC-Lüftern abhängig von der Temperatur der umgebenden Luft erfolgt.Depending on the heat load present, the cooling circuit, ie the temperature and flow rate of the coolant provided by the cooling unit, must be controlled. For this purpose, the temperature of the coolant, for example in the flow, and optionally the detector or the air in the housing used as a measured or controlled variable. Also, the fan speed can be controlled accordingly, as is done for example in PC fans depending on the temperature of the surrounding air.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung daher vor, dass die Temperatur und/oder Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit und/oder die Drehzahl der Lüfter geregelt wird, vorzugsweise anhand von Temperatursensoren, die die Temperatur der Kühlflüssigkeit erfassen und/oder die die Temperatur des Detektors erfassen und/oder die die Temperatur der Luft im Gehäuse erfassen.In an embodiment, the invention therefore provides that the temperature and / or flow rate of the cooling fluid and / or the speed of the fan is controlled, preferably based on temperature sensors that detect the temperature of the coolant and / or detect the temperature of the detector and / or which detect the temperature of the air in the housing.
Es kann zudem auch vorgesehen sein, auch die Kühlung der Strahlungsquelle, insbesondere der Röntgenröhre, mit dem gleichen Kühlkreislauf zu realisieren. Aufgrund der hohen Wärmelast der Strahlungsquelle wird das Kühlmittel mittels eines Wärmetauschers zuerst an der Strahlungsquelle und dann erst am Detektor und der Luft vorbeigeführt.It can also be provided to also realize the cooling of the radiation source, in particular the X-ray tube, with the same cooling circuit. Due to the high heat load of the radiation source, the coolant is passed by means of a heat exchanger first at the radiation source and then only at the detector and the air.
Besonders hervorzuheben ist daher die Idee, dass der Kühlkreislauf zusätzlich die Kühlung der Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenröhre, umfasst, vorzugsweise indem das Kühlmittel mittels zumindest eines Wärmetauschers zuerst an der Röntgenröhre vorbeigeführt wird. Particularly noteworthy is therefore the idea that the cooling circuit additionally comprises the cooling of the radiation source, preferably an X-ray tube, preferably by first passing the coolant by means of at least one heat exchanger past the X-ray tube.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Temperierung, insbesondere Kühlung, von zumindest Teilen einer Computertomografie-Sensorik, wobei die Computertomografie-Sensorik aus Strahlungsquelle, vorzugsweise Röntgenstrahlungsquelle, Detektor, vorzugsweise Flächendetektor, und Drehtisch zur Drehung des Werkstücks oder zur Drehung von Strahlungsquelle und Detektor besteht, und der die Computertomografie-Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft und vorzugsweise des Werkstücks, wobei sich die Computertomografie-Sensorik und das Werkstück in einem Gehäuse befinden, und wobei vorzugsweise die Computertomografie-Sensorik ausgelegt ist, geometrische Merkmalen und/oder Konturen an einem Werkstück zu messen, wobei die Vorrichtung einen gemeinsamen Kühlkreislauf zur Kühlung, vorzugsweise direkten Kühlung, des Detektors und zur Kühlung, vorzugsweise indirekten Kühlung, der die Sensorik und/oder das Werkstück umgebenden Luft umfasst.The invention also relates to a device for temperature control, in particular cooling, of at least parts of a computed tomography sensor system, wherein the computed tomography sensor system of radiation source, preferably X-ray source, detector, preferably area detector, and turntable for rotating the workpiece or for rotation of radiation source and Detector exists, and the air surrounding the computed tomography sensor and / or the workpiece and preferably the workpiece, wherein the computed tomography sensor and the workpiece are housed in a housing, and wherein preferably the computed tomography sensor is designed, geometric features and / or Contours to be measured on a workpiece, wherein the device comprises a common cooling circuit for cooling, preferably direct cooling, the detector and for cooling, preferably indirect cooling, the surrounding the sensor and / or the workpiece air.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass der Kühlkreislauf eine Flüssigkeitskühlung ist, wobei Zuleitungen zum Transport des Kühlmittels vorgesehen sind, die ausgehend von einem außerhalb des Gehäuses befindlichen Kühlaggregats zunächst zu einem Wärmetauscher führen, der dem Detektor zugeordnet ist, wobei dieser Wärmetauscher vorzugsweise mittels Wärmeleitpaste eine thermische Kopplung zumindest zur Detektorrückseite besitzt und vorzugsweise Kühlschlangen mäanderförmig in diesem Wärmetauscher verlaufen, und die Zuleitungen dann weiter zu zumindest einem, vorzugsweise mehreren, beispielsweise zwei oder vier oder acht, Wärmetauschern führen, die in der Luft, vorzugsweise im oberen Bereich des Gehäuses und/oder oberhalb des Werkstücks und/oder der Computertomografie-Sensorik, und innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, wobei vorzugsweise Kühlschlangen mäanderförmig in diesem Wärmetauscher verlaufen.According to a particularly preferred solution, the invention provides that the cooling circuit is a liquid cooling, wherein supply lines are provided for transporting the coolant, which initially lead from a cooling unit located outside the housing to a heat exchanger associated with the detector, said heat exchanger Preferably, by means of thermal paste has a thermal coupling at least to the detector rear side and preferably cooling coils meander in this heat exchanger, and the leads then continue to at least one, preferably more, for example, two or four or eight, heat exchangers, which in the air, preferably in the upper region the housing and / or above the workpiece and / or the computed tomography sensor, and are arranged within a housing, wherein preferably cooling coils run meandering in this heat exchanger.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass zumindest an den in der Luft befindlichen Wärmetauschern jeweils zumindest ein Lüfter angeordnet ist, vorzugsweise unterhalb angeordnet ist, der Luft aus dem Gehäuse in Richtung des Wärmetauschers transportiert.In an embodiment, the invention provides that at least at the air heat exchangers located in each case at least one fan is arranged, preferably arranged below, the air transported from the housing in the direction of the heat exchanger.
Bevorzugterweise ist daher vorgesehen, dass eine Regelung für die mittels des Kühlaggregats eingestellte Temperatur und/oder Durchflussmenge der Kühlflüssigkeit und/oder die Lüfterdrehzahl vorgesehen ist, wobei die Regelung vorzugsweise anhand von Temperatursensoren, die die Temperatur der Kühlflüssigkeit erfassen und/oder die die Temperatur des Detektors erfassen und/oder die die Temperatur der Luft im Gehäuse erfassen, erfolgt.Preferably, it is therefore provided that a control for the set by means of the cooling unit temperature and / or flow rate of the cooling liquid and / or the fan speed is provided, wherein the control preferably on the basis of temperature sensors that detect the temperature of the cooling liquid and / or the temperature of the Detect detector and / or detect the temperature of the air in the housing takes place.
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass der Kühlkreislauf zusätzlich Zuleitungen umfasst, die das Kühlaggregat mit einem der Strahlungsquelle wie Röntgenröhre zugeordneten Wärmetauscher verbindet, vorzugsweise die Zuleitungen vom Kühlaggregat zuerst zur Strahlungsquelle und dann erst zum Detektor und der Luft verlaufen.Particularly noteworthy is the idea that the cooling circuit additionally comprises leads, which connects the cooling unit with one of the radiation source such as X-ray tube associated heat exchanger, preferably the leads from the cooling unit first to the radiation source and then first to the detector and the air.
Des Weiteren zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass ein Einsatz bzw. eine Integration in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, wie taktilen, optischen, taktil-optischen oder computertomografischen Sensoren erfolgt.Furthermore, the method according to the invention or the device according to the invention is characterized in that use or integration in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device, takes place together with further sensors, such as tactile, optical, tactile-optical or computer tomographic sensors.
Eine eigenständige Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zur Bestimmung geometrischer Merkmale an einem rotationssymmetrischen Werkstück, insbesondere an einem Stent.An independent invention relates to a device and to a method for determining geometric features on a rotationally symmetrical workpiece, in particular on a stent.
Auch bezieht sich eine eigenständige Erfindung auf die optische Messung geometrischer Merkmale an einem rotationssymmetrischen Werkstück, insbesondere an einem Stent unter Verwendung optischer Sensoren, insbesondere Bildverarbeitungssensoren, wobei eine verbesserte Beleuchtung, insbesondere Durchlichtbeleuchtung, zum Einsatz kommt.An independent invention also relates to the optical measurement of geometric features on a rotationally symmetrical workpiece, in particular to a stent using optical sensors, in particular image processing sensors, wherein an improved illumination, in particular transmitted light illumination, is used.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auch auf die Inspektion von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere Stents, beispielsweise von Rissen oder ähnlichem.In particular, the invention also relates to the inspection of rotationally symmetrical workpieces, in particular stents, for example cracks or the like.
Auch nimmt die Erfindung Bezug auf die Aufnahme von rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere Stents, in einer als Dorn ausgeprägten Halterung.Also, the invention relates to the inclusion of rotationally symmetrical workpieces, in particular stents, in a pronounced as a mandrel holder.
Die optische Messung von Stents erfolgt nach dem Stand der Technik mittels Aufnahme von Bildern, bei denen eine Beleuchtung entweder von der Oberseite, in Form einer Hellfeldauflichtbeleuchtung oder Dunkelfeldauflichtbeleuchtung, oder von der Unterseite, in Form einer Durchlichtbeleuchtung, des Stents ausgeht. Wie bereits in der
Ebenso der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine genaue Messung für Merkmale an rotationssymmetrischen Werkstücken, insbesondere Stents zu realisieren, wobei eine variable Befestigung der Werkstücke und/oder eine verbesserte Beleuchtung für eine optische Messung erzielt werden soll.The object of the present invention is to realize an accurate measurement for features on rotationally symmetrical workpieces, in particular stents, wherein a variable attachment of the workpieces and / or improved illumination for an optical measurement is to be achieved.
Zur Lösung von zumindest Aspekten der Aufgabenstellungen ist daher vorgesehen, die Beleuchtung im Inneren des Stents anzuordnen, insbesondere entsprechende Lichtquellen in einen transparenten Dorn einzugießen oder in einen hohlen transparenten Dorn einzuführen.To solve at least aspects of the tasks is therefore intended to arrange the illumination in the interior of the stent, in particular to pour corresponding light sources in a transparent mandrel or to introduce into a hollow transparent mandrel.
Eine weitere Lösung von Aspekten der Aufgabenstellung besteht im Einsatz eines aus zumindest zwei Teilen unterschiedlichen Außendurchmessers zusammensteckbaren Dorns.Another solution of aspects of the task consists in the use of a different at least two parts outer diameter plug-together mandrel.
Auch ist zur Lösung von Aspekten der Aufgabenstellungen vorgesehen, einen aufspreizbaren bzw. aufweitbaren Dorn zu verwenden.It is also intended to solve aspects of the tasks to use an expandable or expandable mandrel.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem rotationssymmetrischen Werkstück, vorzugsweise Stent, welches mittels eines zumindest teilweise im Inneren des Werkstücks verlaufenden Dorns anordbar ist, mit einem optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, unter Verwendung einer Durchlichtbeleuchtung, wobei der Dorn an einer mechanischen Drehachse, vorzugsweise mechanischen Dreh-/Schwenk-Achse befestigt ist, wobei die Mittel zur Durchlichtbeleuchtung im Inneren des rotationssymmetrischen Werkstücks anordbar sind, wobei die Mittel zur Durchlichtbeleuchtung mit dem Dorn eine Einheit bilden.The invention particularly relates to a device for determining geometric features or structures on a rotationally symmetrical workpiece, preferably a stent, which can be arranged by means of a mandrel running at least partially inside the workpiece, with an optical sensor, preferably an image processing sensor, using transmitted light illumination wherein the mandrel is attached to a mechanical axis of rotation, preferably a mechanical pivot axis, wherein the means for transmitted light illumination in the interior of the rotationally symmetrical workpiece can be arranged, wherein the means for transmitted illumination with the mandrel form a unit.
In Erweiterung dieser Idee ist auch vorgesehen, dass die Mittel zur Durchlichtbeleuchtung, vorzugsweise mehrere LED-Leuchtmittel, in einen transparenten Dorn eingegossen sind oder dass der transparente Dorn hohl ist und die Mittel zur Durchlichtbeleuchtung in das Innere des Dorns einführbar sind.In extension of this idea, it is also provided that the means for transmitted light illumination, preferably a plurality of LED bulbs, are cast in a transparent mandrel or that the transparent mandrel is hollow and the means for transmitted light illumination in the interior of the mandrel are insertable.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem rotationssymmetrischen Werkstück, vorzugsweise Stent, welches mittels eines zumindest teilweise im Inneren des Werkstücks verlaufenden Dorns anordbar ist, mit einem optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, unter Verwendung einer Durchlichtbeleuchtung, wobei der Dorn an einer mechanischen Drehachse, vorzugsweise mechanischen Dreh-/Schwenk-Achse befestigt ist, wobei der Außendurchmesser des Dorn verstellbar ist, wobei vorzugsweise der Dorn aus mehreren, vorzugsweise drei oder vier, Einzelteilen besteht, die über den Umfang verteilt sind und zueinander spreizbar bzw. aufweitbar angeordnet sind.The invention also relates to a device for determining geometric features or structures on a rotationally symmetrical workpiece, preferably stent, which can be arranged by means of a mandrel running at least partially inside the workpiece, with an optical sensor, preferably image processing sensor, using transmitted light illumination , with the thorn on a mechanical axis of rotation, preferably mechanical rotary / pivot axis is fixed, wherein the outer diameter of the mandrel is adjustable, wherein preferably the mandrel consists of several, preferably three or four, individual parts, which are distributed over the circumference and spreadable or expandable to each other are arranged.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem rotationssymmetrischen Werkstück, vorzugsweise Stent, welches mittels eines zumindest teilweise im Inneren des Werkstücks verlaufenden Dorns anordbar ist, mit einem optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, unter Verwendung einer Durchlichtbeleuchtung, wobei der Dorn an einer mechanischen Drehachse, vorzugsweise mechanischen Dreh-/Schwenk-Achse befestigt ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Dorn aus zwei Teilen besteht, die einen unterschiedlichen Außendurchmesser besitzen und in axialer Richtung des Werkstücks versetzt zueinander anordbar und/oder verbindbar sindLikewise, the invention relates to a device for determining geometric features or structures on a rotationally symmetrical workpiece, preferably stent, which can be arranged by means of a at least partially extending inside the workpiece mandrel, with an optical sensor, preferably image processing sensor, using a transmitted light illumination , wherein the mandrel is attached to a mechanical axis of rotation, preferably mechanical pivot axis, which is characterized in that the mandrel consists of two parts having a different outer diameter and offset in the axial direction of the workpiece arranged and / or are connectable
Besonders hervorzuheben ist die Idee, dass der Dorn und die mechanische Drehachse bzw. mechanische Dreh-/Schwenk-Achse in einem Koordinatenmessgerät, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen oder taktil-optischen Sensoren, integriert ist.Particularly noteworthy is the idea that the mandrel and the mechanical axis of rotation or mechanical rotary / pivot axis in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical or tactile-optical sensors integrated.
Die eigenständige Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen bzw. Strukturen an einem rotationssymmetrischen Werkstück, vorzugsweise Stent, mittels eines oder mehrerer der zuvor beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtungen.The independent invention also relates to a method for determining geometric features or structures on a rotationally symmetrical workpiece, preferably a stent, by means of one or more of the previously described features of the devices according to the invention.
Nach einer besonders bevorzugten Lösung sieht die Erfindung vor, dass mittels des optischen Sensors, vorzugsweise Bildverarbeitungssensors, in mehreren Drehstellungen des Werkstücks Bilder von der jeweils dem Sensor zugewandten Seite des Werkstücks aufgenommen und ausgewertet werden, wobei in den Dorn integrierte, vorzugsweise eingegossene, Mittel zur Durchlichtbeleuchtung angesteuert werden.According to a particularly preferred solution, the invention provides that by means of the optical sensor, preferably image processing sensor, taken in several rotational positions of the workpiece images of each side facing the sensor of the workpiece and evaluated, wherein integrated into the mandrel, preferably molded, means for Transmitted light illumination are controlled.
Kennzeichnend ist auch, dass zur Befestigung des Werkstücks, oder zur Befestigung des Werkstücks und Aufweitung des Durchmessers des Werkstücks, an der mechanischen Drehachse bzw. mechanischen Dreh-/Schwenk-Achse der Außendurchmesser des zur Befestigung verwendeten Dorns entsprechend des Innendurchmessers des Werkstücks – oder zur Untersuchung von Strukturen wie Rissen größer als der Innendurchmesser des Werkstücks – eingestellt wird, wobei vorzugsweise der Dorn aus mehreren, vorzugsweise drei oder vier, Einzelteilen besteht, die über den Umfang verteilt sind und zueinander gespreizt bzw. aufgewertet werden.It is also characteristic that for fastening the workpiece, or for fastening the workpiece and widening the diameter of the workpiece, on the mechanical axis of rotation or mechanical axis of rotation / pivot axis of the outer diameter of the mandrel used for fastening according to the inner diameter of the workpiece - or Examination of structures such as cracks larger than the inner diameter of the workpiece - is set, wherein preferably the mandrel consists of several, preferably three or four, individual parts, which are distributed over the circumference and spread to each other or upgraded.
In einer zweiten bevorzugten Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass zur Befestigung eines Werkstücks, das in axialer Richtung des Werkstücks versetzt zueinander zumindest zwei Bereiche unterschiedlichen Innendurchmessers besitzt, vorzugsweise sich im Durchmesser über seine Länge zumindest abschnittsweise verjüngender oder dicker werdender Stent wie Herzstent, an der mechanischen Drehachse bzw. mechanischen Dreh-/Schwenk-Achse ein aus zumindest zwei Teilen unterschiedlichen Außendurchmessers bestehender Dorn verwendet wird, wobei die Teile des Dornes zur Befestigung des entsprechenden Bereichs des Werkstücks mit passendem Innendurchmesser verwendet werden und die Teile des Dorns in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet und/oder verbunden werden.In a second preferred embodiment, the invention provides that for fixing a workpiece which offset in the axial direction of the workpiece has at least two regions of different inner diameter, preferably in diameter over its length at least partially tapering or thickening stent such as cardiac stent on the mechanical axis of rotation or mechanical axis of rotation, a mandrel consisting of at least two parts of different outer diameter is used, wherein the parts of the mandrel are used for fixing the corresponding portion of the workpiece with matching inner diameter and the parts of the mandrel in the axial direction offset from one another be arranged and / or connected.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass der Dorn und die mechanische Drehachse bzw. mechanische Dreh-/Schwenk-Achse in einem Koordinatenmessgerät integriert, vorzugsweise Multisensorkoordinatenmessgerät zusammen mit weiteren Sensoren, vorzugsweise taktilen, optischen, taktil-optischen und/oder computertomografischen Sensoren, verwendet werden.In an embodiment, the invention provides that the mandrel and the mechanical axis of rotation or mechanical rotary / pivot axis integrated in a coordinate measuring machine, preferably multi-sensor coordinate measuring device together with other sensors, preferably tactile, optical, tactile-optical and / or computer tomographic sensors used become.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmale – für sich und/oder in Kombination – sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken from them - alone and / or in combination - but also from the following description of the figures.
Es zeigen:Show it:
Den Figuren sind verschiedene Ausführungsformen einer der erfindungsgemäßen Lehren zu entnehmen, wobei in den
Der Bildverarbeitungssensor
Die Tasterverlängerung
Von der Zielmarke
An den biegeelastischen Teil
Der geringste Durchmesser sollte nicht kleiner als 5 μm betragen. Der Durchmesser im biegesteifen Bereich (Abschnitt
Die Faseraufnahme
Die Justiereinheit
Der Abstandsensor
Die Faseraufnahme
Die
Nach einem eigenerfinderischen Vorschlag wird die Tasterverlängerung
Der Befestigungsabschnitt
Wird die Tasterverlängerung
Erstreckt sich vorzugsweise die Tasterverlängerung
Die
Entsprechend des oben zitierten Standes der Technik ist die gesamte Anordnung der
Eine alternative Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe sieht auch vor, die Abmessungen des Bereiches
Die zum Objekt fernliegende Seite der Tasterverlängerung
Die
Damit wiederum die Auslenkung des Antastformelementes
Durch die Erfindung ist es nun auch möglich, sehr lange Taststifte bzw. Tasterverlängerungen von mehreren Millimetern, beispielsweise mehr als 5 mm, bis einigen Zentimetern, beispielsweise 3–15 cm, Länge zu realisieren. By the invention, it is now also possible to realize very long styli or probe extensions of several millimeters, for example more than 5 mm, to a few centimeters, for example 3-15 cm, length.
Der erste Bereich
Bezüglich des zweiten Bereichs
Besondere Bauformen, die dabei auch möglich sind, sind in den
Das hinlänglich bekannte und noch einmal in der
Entlang dem Grundrahmen
Der bzw. die Sensoren werden entsprechend der Messaufgabe ausgewählt und eingesetzt, um das Koordinatenmessgerät
Um das Koordinatenmessgerät
Insbesondere die Schicht
Die
Der Abstandssensor
Die Tasterverlängerung
Entsprechend des oben zitierten Standes der Technik ist die gesamte Anordnung der
In der
Bei der eigentlichen Messung des Werkstücks wird ein Bild
Mittels des Schrittes „Korrelationsanalyse” wird das Bild
Die Einpassung kann dabei bezüglich der Sollgeometrien in Form einer „Bestfit”-Einpassung oder zusätzlich auch unter Berücksichtigung der Toleranzen in Form einer sogenannten „Toleranzfit”-Einpassung erfolgen.The fitting can be done with respect to the desired geometries in the form of a "bestfit" fit or in addition, taking into account the tolerances in the form of a so-called "Toleranzfit" adjustment.
Der letzte Schritt stellt die „Ergebnisausgabe” dar, wobei die ermittelten „Maße” der Merkmale und gegebenenfalls die „Abweichungen” zu den Sollwerten angegeben werden und vorzugsweise zusätzlich die „Einhaltung der Toleranzen” und das Maß der „minimalen Unterschreitung” oder das Maß der „maximalen Überschreitung” der Toleranzen bzw. Sollwerte ausgegeben werden.The last step represents the "result output", whereby the determined "measures" of the characteristics and, if applicable, the "deviations" to the target values are indicated and preferably additionally the "compliance with the tolerances" and the measure of the "minimum underrun" or the measure of the "Maximum overshoot" of the tolerances or setpoints are output.
In der
Wechselbar an der ersten Wechselschnittstelle
In
Bezüglich einer eigenständigen Erfindung zeigt
In der
Zum taktil-optischen Sensor gehört bevorzugt eine Abbildungsoptik
Wie bereits ausführlich dem Stand der Technik zu entnehmen, kann der Schattenwurf des Antastformelements
Zum vertikal messenden interferometrischen Abstandssensor
Die vorzugsweise austauschbare bzw. wechselbare Einheit
In der in
Die in der in
Ebenso in der
Durch veränderte Anordnung der Positionen, insbesondere der Abstände der Reflektoren in den Referenzstrahlengängen nach
Entsprechend des oben zitierten Standes der Technik ist die gesamte Anordnung der
In der
Die Computertomografie-Sensorik
Nachdem das Kühlmittel durch den dem Detektor zugeordneten Wärmetauscher
Das Werkstück, wie der Stent
Die
In der
Die
Das hinlänglich bekannte und noch einmal in der
Entlang dem Grundrahmen
Um das Koordinatenmessgerät
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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