DE102004022314A1

DE102004022314A1 - Coordinate measuring device and method for measuring structures by means of a coordinate measuring machine

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Publication number: DE102004022314A1
Application number: DE102004022314A
Authority: DE
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2005-12-22
Also published as: WO2005108916A1; DE112005000934A5; DE112005000934B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Koordinatenmessgerät (10) sowie ein Verfahren zum Messen von Strukturen mittels eines Koordinatenmessgerätes, umfassend ein Antastelement (40) mit Tasterverlängerung (42) und Antast-Formelement (44) zur Messung der Struktur eines Objektes sowie einen die Lage des Antastelementes bzw. Antast-Formelementes erfassenden optischen Sensor, wobei das Antastelement mit dem optischen Sensor als Einheit in Bezug auf eine Halterung des Koordinatenmessgerätes verstellbar ist. Um problemlos Mikromerkmale von Objekten messen zu können, ohne dass ein konstruktiv aufwendiger Aufbau des Koordinatenmessgerätes notwendig ist, wird vorgeschlagen, dass der optische Sensor und das Antastelement (40) als Einheit über ein Dreh- oder Schwenk- oder Dreh-/Schwenkgelenk (32) mit der Halterung verbunden sind.The invention relates to a coordinate measuring machine (10) and a method for measuring structures by means of a coordinate measuring machine, comprising a probing element (40) with stylus extension (42) and probing mold element (44) for measuring the structure of an object and a position of the Antastelementes or probing form element detecting optical sensor, wherein the probing element is adjustable with the optical sensor as a unit with respect to a holder of the coordinate measuring machine. In order to be able to measure micro-features of objects without problems, without the need for a structurally complex construction of the coordinate measuring machine, it is proposed that the optical sensor and the probing element (40) be integrated as a unit via a rotary or pivoting or swivel joint (32). are connected to the bracket.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Koordinatenmessgerät umfassend ein eine Tasterverlängerung sowie ein Antastformelement umfassendes Antastelement zur Messung von Strukturen eines Objektes sowie einen Lage des Antastelementes erfassenden optischen Sensor, wobei das Antastelement und der optische Sensor in Bezug auf eine Halterung des Koordinatenmessgerätes als Einheit verstellbar sind. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Messen von Strukturen eines Objektes mittels eines Koordinatenmessgerätes mit einem eine Tasterverlängerung und von dieser ausgehenden und mit dem Objekt in Berührung bringbaren Antast-Formelement umfassenden Antastelement, dessen Position oder eine dem Antast-Formelement unmittelbar zugeordnete und von der Tasterverlängerung ausgehende Zielmarke mit einem optischen Sensor erfasst wird, wobei das Antastelement und der optische Sensor gemeinsam verstellt werden.The The invention relates to a coordinate measuring machine comprising a one button extension and a Antastformelement comprehensive probe for measurement of structures of an object as well as a position of the probing element detecting optical sensor, wherein the probing element and the optical Sensor with respect to a holder of the coordinate measuring machine as Unit are adjustable. Furthermore, the invention relates to a method for measuring structures of an object by means of a coordinate measuring machine with a one button extension and from this outgoing and to be brought into contact with the object Antast-form element comprehensive probe, whose position or a directly the Antast-form element assigned and of the probe extension outgoing target mark is detected with an optical sensor, wherein the probe and the optical sensor are adjusted together.

Um komplexe Funktionen auf kleinstem Raum zu ermöglichen, werden miniaturisierte Bauteile für Elektrotechnik, Medizintechnik und andere Anwendungen mit immer kleineren geometrischen Merkmalen produziert. Die messtechnische Erfassung solcher kleiner Strukturen von unter 0,1 mm Größe werden zur häufigen Aufgabenstellung. Diese Geometrien sind im Allgemeinen frei im Raum angeordnet. Für das Messen geometrischer Größen werden üblicherweise Koordinatenmessgeräte, bestehend aus 2, 3 oder mehr meist kartesischen Koordinatenachsen eingesetzt. Die hierfür üblicherweise verwendeten Sensoren sind so genannte schaltende oder messende Tastsysteme, deren Antast-Formelemente minimale Durchmesser von ca. 0,5 mm erreichen. Das Messen von Mikromerkmalen ist hiermit nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich. Ebenfalls bekannte Bildverarbeitungssensorik gestattet nur das Messen von Kanten. Das Messen von Flächen, wie zum Beispiel Wandung ist hiermit nicht möglich ("Multisensor-Koordinatenmesstechnik", Verlag moderne Industrie, Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann).Around To enable complex functions in a small space, miniaturized Components for Electrical engineering, medical technology and other applications with always produced smaller geometric features. The metrological Capture such small structures of less than 0.1 mm in size to frequent Task. These geometries are generally free in space arranged. For the measurement of geometrical sizes usually becomes Coordinate measuring machines, consisting of 2, 3 or more mostly Cartesian coordinate axes used. The ones commonly used for this Sensors are so-called switching or measuring touch probes, whose probing form elements reach a minimum diameter of about 0.5 mm. The measurement of micro-features is not possible or only very limited. Also known Vision sensors only allow the measurement of edges. The Measuring surfaces, like For example, wall is not possible ("multi-sensor coordinate metrology", publishing modern Industry, Ralf Christoph and Hans Joachim Neumann).

Bei optischen Koordinatenmessgeräten ist der optische Strahlengang meist fest in der Z-Achse des Koordinatenmessgerätes integriert. Für solche optischen Strahlengänge sind aus der Literatur (EP-B-1 071 921, "Multisensor-Koordinatenmesstechnik", Verlag moderne Industrie, Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann) Mikrotaster bekannt, bei denen die Auslenkung des Antastelementes durch den Bildverarbeitungssensor gemessen wird. Wie die beschriebenen Bildverarbeitungssensoren selbst sind diese Taster nach dem Stand der Technik achsparallel zur Z-Achse des Koordinatenmessgerätes ausgerichtet. Um die im Raum in verschiedenen Lagen angeordneten Geometriemerkmale von dreidimensionalen Objekten zu messen, sind Lösungen bekannt, bei denen das Messobjekt selbst auf einem Dreh-/Schwenktisch aufgenommen wird („Multisensor-Koordinatenmesstechnik", Verlag moderne Industrie, Ralf Christoph und Hans Joachim Neumann). Hierdurch können zum Beispiel die Bohrungen achsparallel zum so genannten Fasertaster ausgerichtet und so gemessen werden. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass relativ große Koordinatenmessgeräte erforderlich sind, um den aufwendigen Dreh-/Schwenktisch aufzunehmen. Fernerhin ist bei großen Teilen ein erheblicher Kostenaufwand erforderlich, um das gesamte Teil zu bewegen.at optical coordinate measuring machines the optical beam path is usually firmly integrated in the Z-axis of the coordinate measuring machine. For such optical beam paths are from the literature (EP-B-1 071 921, "multi-sensor coordinate metrology", Verlag moderne Industry, Ralf Christoph and Hans Joachim Neumann) micro button known in which the deflection of the probe by the Image processing sensor is measured. Like the described image processing sensors themselves these buttons are according to the prior art axially parallel to the Z-axis of the coordinate measuring machine aligned. Arranged around the room in different layers Geometry features of three-dimensional objects to measure are Known solutions in which the test object itself is recorded on a turntable becomes ("multi-sensor coordinate measuring technology", publishing house modern Industry, Ralf Christoph and Hans Joachim Neumann). This allows for For example, the holes are axially parallel to the so-called fiber probe aligned and measured so. The disadvantage of this solution exists in that relatively large coordinate Measuring Machines are required to accommodate the elaborate turn / tilt table. Furthermore, at large Sharing a significant expense required to complete the whole Move part.

Ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art ist aus der WO-A-99/63301 bekannt. Dabei sind das Antastelement und der optische Sensor gemeinsam verstellbar. Zusätzlich ist das Antastelement zu dem optischen Sensor rotatorisch und gegebenenfalls translatorisch verstellbar.One coordinate measuring machine of the aforementioned type is known from WO-A-99/63301. there the probing element and the optical sensor are jointly adjustable. additionally the probing element is rotational to the optical sensor and optionally translationally adjustable.

Aus der EP-B-0 988 505 ist ein Koordinatenmessgerät mit Antastelement mit biegeelastischer Tasterverlängerung und optischem Sensor bekannt. Dabei wird die Position des Antast-Formelementes – auch Tastelement genannt – bzw. einer dem Antast-Formelement zugeordneten Zielmarke mit dem optischen Sensor bestimmt.Out EP-B-0 988 505 is a coordinate measuring machine with probing element with flexurally elastic probe extension and optical sensor known. In this case, the position of the probing mold element - also probe element called - or one of the probing target associated target with the optical Sensor determined.

Um einen starren Taster auf ein zu messendes Objekt ausrichten zu können, erfolgt nach der DE-A-43 27 250 ein optisches Beobachten des Tastelementes mit einer Videokamera. Diese geht dreh- und schwenkbar von einer Halterung des Koordinatenmessgerätes aus, mit der das Antastelement über eine elektromagnetische Wechselhalterung verbunden ist. Dabei ist nach einer Ausführungsform das Antastelement ein Sterntaster, der über ein Dreh-/Schwenkgelenk mit der Halterung verbunden ist, von der starr die Videokamera ausgeht.Around to be able to align a rigid button on an object to be measured, takes place according to DE-A-43 27 250 an optical observation of the probe element with a video camera. This is rotatable and pivotable by a Holder of the coordinate measuring machine from, with the probing element over a electromagnetic change holder is connected. It is after an embodiment the probing element is a star stylus, which has a rotary / pivot joint connected to the bracket from which rigidly goes out the video camera.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Koordinatenmessgerät sowie ein Verfahren zum Messen von Strukturen eines Objektes mittels eines Koordinatenmessgeräts der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass problemlos Mikromerkmale von Objekten gemessen werden können, ohne dass ein konstruktiv aufwendiger Aufbau des Koordinatenmessgerätes notwendig ist.Of the The present invention is based on the problem, a coordinate measuring machine and a Method for measuring structures of an object by means of a coordinate measuring machine of the aforementioned type so that easily microfeatures can be measured by objects, without that a structurally complex structure of the coordinate measuring machine is necessary.

Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vorrichtungsmäßig im Wesentlichen vor, dass sowohl der optische Sensor als auch das Tastelement gemeinsam über ein Dreh- oder Schwenk- oder Dreh-/Schwenkgelenk mit der Halterung verbunden sind. Erfindungsgemäß wird folglich ein optischer Sensor wie Bildverarbeitungssensor gemeinsam mit einem Antastelement wie Fasertaster auf insbesondere einem Dreh-/Schwenkgelenk montiert, so dass beide Sensoren gleichzeitig auf ein zu messendes Geometriemerkmal im Raum ausrichtbar ist, ohne dass ein Schwenken des zu messenden Objekts erforderlich ist.In order to solve the problem, the invention essentially provides, in terms of apparatus, that both the optical sensor and the feeler element are connected in common to the holder via a rotary or pivoting or rotary joint are. According to the invention, therefore, an optical sensor such as image processing sensor is mounted together with a probing element such as fiber probe on in particular a rotary / pivot joint, so that both sensors can be aligned simultaneously to a geometric feature to be measured in space, without pivoting of the object to be measured is required.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gelenk wie Dreh-/Schwenkgelenk an einem der Koordinatenachsen, insbesondere der Z-Achse des Koordinatenmessgerätes befestigt ist.In Further development of the invention is provided that the joint as Rotary / pivot joint on one of the coordinate axes, in particular the Z-axis of the coordinate measuring machine is attached.

Dabei wird insbesondere ein lateral wirkender optischer Sensor wie Bildverarbeitungssensor benutzt. Lateral wirkend bedeutet dabei, dass in einer senkrecht zur optischen Z-Achse des optischen Sensors verlaufenden Ebene gemessen wird. Gleichzeitig kann der optische Sensor gegebenenfalls auch als Abstandssensor benutzt bzw. ein Abstandssensor kann zusätzlich eingesetzt werden.there In particular, a laterally acting optical sensor such as image processing sensor is used. Lateral acting means that in a perpendicular to the optical Z-axis of the optical sensor extending plane is measured. At the same time, the optical sensor can optionally also be used as a distance sensor used or a distance sensor can also be used.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antastelement mit dem optischen Sensor oder einem diesen aufnehmendem Gehäuse lösbar verbunden ist. Insbesondere ist das Antastelement über eine Magnetschnittstelle mit dem optischen Sensor bzw. dem Gehäuse mechanisch gekoppelt.In Further development of the invention is provided that the probing element releasably connected to the optical sensor or a housing accommodating this is. In particular, the probing element is via a magnetic interface mechanically coupled to the optical sensor or the housing.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antastelement durch eine Auflichtbeleuchtungseinheit auswechselbar ist, die folglich mit denn optischen Sensor wie Bildverarbeitungssensor bzw. dem Gehäuse über die Magnetschnittstelle mechanisch gekoppelt ist. Dabei kann die Auflichtbeleuchtungseinheit auf zentrisch zueinander verlaufenden Ringen angeordnete Lichtquellen wie LEDs aufweisen. Ferner können mehrere Lichtquellen zu einer optischen Einheit zusammengeschaltet werden, so dass die Auflichtbeleuchtungseinheit mehrere optische Einheiten umfasst, die im gewünschten Umfang aktivierbar sind. So können zum Beispiel die Einheiten Quadranten der Auflichtbeleuchtungseinheit bilden.To Another proposal of the invention provides that the Probe element interchangeable by a reflected light illumination unit is, therefore, with the optical sensor as image sensor or the housing over the Magnet interface is mechanically coupled. In this case, the epi-illumination unit arranged on concentric to each other running rings light sources how LEDs have. Furthermore, can several light sources connected together to form an optical unit so that the epi-illumination unit has multiple optical Includes units that are in the desired Scope are activated. So can to Example the units quadrants of the incident illumination unit form.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass auf dem Gelenk wie Dreh-/Schwenkgelenk bzw. der Aufnahme für das Antastelement eine Lichtquelle angebracht ist, die zur Erzeugung eines Eigenleuchtens des Antastelements bzw. Antastformelementes wie Fasertasters genutzt wird.Of Further, it is envisaged that on the joint as rotary / swivel joint or recording for the probe element is a light source attached to the generation a self-illumination of the probing or Antastformelementes how fiber keys are used.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass das Antastformelement sowie der optische Sensor in Bezug auf das Objekt als Einheit drehbar oder schwenkbar oder dreh-/schwenkbar angeordnet sind. Dabei wird als optischer Sensor insbesondere ein lateral wirkender optischer Sensor wie Bildverarbeitungssensor benutzt. Das Antastformelement ist des Weiteren mit dem optischen Sensor oder einem diesen aufnehmenden Gehäuse über eine Magnetschnittstelle mechanisch gekoppelt.One Method of the type mentioned above is characterized by that the probing element and the optical sensor with respect to the object can be rotated or pivoted as a unit or rotated / pivoted are arranged. In this case, as an optical sensor in particular used laterally acting optical sensor such as image sensor. The probe element is further connected to the optical sensor or a housing receiving this via a magnetic interface mechanically coupled.

Ferner kann das Antastelement durch eine Auflichtbeleuchtungseinheit austauschbar sein, so dass diese mit dem optischen Sensor bzw. einem den optischen Sensor umgebendes Gehäuse über die Magnetschnittstelle mechanisch gekoppelt ist. Somit misst der optische Sensor Strukturen des Objekts unmittelbar.Further the probing element can be exchanged by an epi-illumination unit be so that this with the optical sensor or one the optical Sensor surrounding housing over the Magnet interface is mechanically coupled. Thus, the optical measures Sensor structures of the object immediately.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass Software des Koordinatenmessgerätes alle Schwenkpositionen gemeinsam verwaltet, wobei entsprechende Positionen im Raum auf ein gemeinsames Koordinatensystem zurückgerechnet werden. Auch können alle Schwenkstellungen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert werden.In Further development of the invention is proposed that software of coordinate measuring machine all pivot positions jointly managed, with appropriate Positions in space to be recalculated to a common coordinate system. Also can all pivot positions are calibrated to a common coordinate system become.

Es ist vorgesehen, das Antast-Formelement oder eine diesem zugeordnete Zielmarke durch den optischen Sensor wie elektronische Kamera in seiner Position zu bestimmen, nachdem ersteres in mechanischem Kontakt mit einem Werkstück gebracht wurde. Dadurch, dass entweder das Antast-Formelement selbst oder die Zielmarke, die unmittelbar mit dem Antastelement verbunden ist, in der Position vermessen wird, haben Verformungen eines den Taster aufnehmenden Schaftes keinen Einfluss auf das Messsignal. Beim Messen muss weder das elastische Verhalten des Schaftes berücksichtigt werden, noch können plastische Verformungen, Hysteresen und Drifterscheinungen der mechanischen Kopplung zwischen Antastelement und dem Sensor die Messgenauigkeit beeinflussen. Auslenkungen in der Richtung senkrecht zur Sensor- wie Kameraachse lassen sich direkt durch Verschiebung des Bildes in einem Sensorfeld insbesondere einer elektronischen Kamera bestimmen. Die Auswertung des Bildes kann mit einer bereits in einem Koordinatenmessgerät installierten Bildverarbeitung erfolgen. Damit ist ein zweidimensional arbeitendes Tastsystem realisiert, das sehr einfach an eine optische Auswerteeinheit gekoppelt werden kann.It is provided, the probing mold element or an associated Target mark by the optical sensor like electronic camera in to determine its position, after the first in mechanical contact with a workpiece was brought. In that either the probing form element itself or the target, which is directly connected to the probe is measured in position, deformations have one of the button receiving shaft does not affect the measurement signal. When measuring does not have to consider the elastic behavior of the shaft can, still can plastic deformations, hystereses and drifting phenomena of the mechanical Coupling between probing element and the sensor the measuring accuracy influence. Deflections in the direction perpendicular to the sensor like camera axis can be directly by shifting the image in a sensor field, in particular an electronic camera. The evaluation of the image can be done with an already installed in a coordinate measuring machine Image processing done. This is a two-dimensional working Touch probe realized that very easy to an optical evaluation unit can be coupled.

Für eine Sensierung der Auslenkung in Richtung der optischen Sensor- wie Kameraachse sind erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten gegeben, so unter anderem:

1. Die Auslenkung des Tastelements in Richtung der Sensorachse (Kameraachse) wird durch ein Fokussystem gemessen, wie dies in der optischen Koordinatenmesstechnik bei der Fokussierung auf die Werkstückoberflä che bereits bekannt ist. Hierbei wird die Kontrastfunktion des Bildes in der elektronischen Kamera ausgewertet.
2. Die Auslenkung des Tastelements in Richtung der Sensor- bzw. Kameraachse wird dadurch gemessen, dass die Abbildungsgröße einer Zielmarke ausgewertet wird. so zum Beispiel bei einer kreis- oder ringförmigen Zielmarke die Veränderung des Durchmessers. Dieser Effekt ist bedingt durch die strahlenoptische Abbildung und lässt sich durch die Ausgestaltung der optischen Einheit gezielt optimieren. In der Koordinatenmesstechnik werden häufig so genannte telezentrische Objektive verwendet, die eine weitestgehend konstante Vergrößerung auch bei Abweichung von der Fokusebene realisieren sollen. Diese wird durch eine Verlegung der optischen Eintrittspupille in das "Unendliche" erreicht. Für die oben beschriebene Auswertung wäre eine Optimierung mit umgekehrten Vorzeichen nützlich: Bereits eine kleine Abweichung aus der Fokusebene soll in einer deutlichen Änderung des Abbildungsmaßstabes resultieren. Dies ist zum Beispiel durch die Verlegung der optischen Eintrittspupille in die Höhe des objektseitigen Brennpunktes zu erreichen. Dabei sollte nach Möglichkeit eine hohe Schärfentiefe realisiert sein, die eine kontrastreiche Abbildung der Zielmarke über einen relativ weiten Entfernungsbereich erlaubt. Eine ideale optische Einheit im Sinne ihrer Abbildungseigenschaften wäre für die oben beschriebene Anwendung zum Beispiel eine Lochkamera. Durch die Verwendung einer ringförmigen Zielmarke lassen sich Größenänderungen, die aus Unschärfe resultieren, minimieren: Der mittlere Ringdurchmesser ändert sich in erster Näherung durch Unschärfe nicht, sondern nur die Ringbreite. Entsprechende Messverfahren gelten auch für das Antast-Formelement selbst.
3. Auch bei einer dritten Möglichkeit wird die Größenänderung der Zielmarke ausgewertet, jedoch die, welche sich aus der Kombination von strahlenoptischer Größenänderung und der scheinbaren Vergrößerung durch unscharfe Ränder ergibt. Gegenüber der Auswertung der Unschär fefunktion macht sich dieses Verfahren zunutze, dass die tatsächliche Größe der Zielmarke unveränderlich ist. Entsprechendes gilt für ein Messen unter Zugrundelegung der Größenänderung des Antast-Formelementes selbst.

For a sensing of the deflection in the direction of the optical sensor and camera axis, according to the invention, there are several possibilities, including:

1. The deflection of the probe element in the direction of the sensor axis (camera axis) is measured by a focus system, as is already known in the optical coordinate metrology in the focus on the Werkstückoberflä surface. Here, the contrast function of the image in the electronic camera is evaluated.
2. The deflection of the probe element in the direction of the sensor or camera axis is measured by the fact that the image size of a target mark is evaluated. For example, for a circular or annular target, the change in diameter. This effect is due to the radiation-optical imaging and can be specifically optimized by the design of the optical unit. Coordinate metrology often uses so-called telecentric lenses, which are intended to realize a largely constant magnification even when deviating from the focal plane. This is achieved by moving the optical entrance pupil into the "infinite". Optimization with the opposite sign would be useful for the evaluation described above: even a small deviation from the focal plane should result in a significant change in the magnification. This can be achieved, for example, by laying the optical entrance pupil in the height of the object-side focal point. When possible, a high depth of field should be realized, which allows a high-contrast imaging of the target over a relatively wide distance range. An ideal optical unit in terms of its imaging properties would be for the application described above, for example, a pinhole camera. By using an annular target, size changes that result from blurring can be minimized: The average ring diameter does not change to a first approximation by blurring, but only the ring width. Corresponding measuring methods also apply to the probing mold element itself.
3. Even in a third possibility, the size change of the target mark is evaluated, however, which results from the combination of optical radiation resizing and the apparent magnification by blurred edges. Compared to the evaluation of the blur function, this method makes use of the fact that the actual size of the target mark is unchangeable. The same applies to a measurement on the basis of the size change of the probing mold element itself.

Erfindungsgemäß wird zur Strukturbestimmung von Objekten die direkte Messung einer Tastelementposition genutzt. Grundsätzlich kommen für diese direkte Messung viele unterschiedliche physikalische Prinzipien in Frage. Auch kann ein photogrammetrisches Verfahren eingesetzt werden. Zwei Kamerasysteme mit zueinander geneigten Achsen könnten benutzt werden. Es können im Wesentlichen die aus der Industriephotogrammmetrie bekannten Auswertetechniken eingesetzt werden.According to the invention is for Structure determination of objects the direct measurement of a probe position used. in principle come for this direct measurement many different physical principles in question. Also, a photogrammetric method can be used become. Two camera systems with mutually inclined axes could be used become. It can essentially the evaluation techniques known from industrial photogrammetry be used.

Weitere Einzelheiten. Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiel.Further Details. Advantages and features of the invention do not arise only from the claims, the characteristics to be taken from these - alone and / or in combination - but also to be taken from the following description of one of the drawing preferred embodiment.

In der einzigen Figur ist rein prinzipiell ein Koordinatenmessgerät 10 dargestellt. Das Koordinatenmessgerät 10 ist im Ausführungsbeispiel in Portalbauweise ausgeführt und weist einen zum Beispiel aus Granit bestehenden Sockel oder Grundrahmen 12 mit auf diesem angeordneten Messtisch 14 auf, auf dem ein zu messendes Objekt angeordnet ist. Entlang des Sockels 12 ist ein Portal 16 verschiebbar, das aus Säulen 18, 20 sowie quer zu diesen verlaufendem Querträger besteht. Von diesem geht verstellbar ein Schlitten aus, von dem wiederum eine Pinole 24 ausgeht, die zum einen entlang Z-Richtung 26 verstellbar und über den nicht dargestellten Schlitten entlang X-Achse 28 des Koordinatenmessgerätes verstellbar ist. Das Portal 16 selbst ist entlang Y-Achse 30 des Koordinatenmessgerätes 10 verschiebbar.In the single figure is purely in principle a coordinate measuring machine 10 shown. The coordinate measuring machine 10 is executed in the embodiment in gantry design and has an existing example of granite base or base frame 12 with arranged on this measuring table 14 on, on which an object to be measured is arranged. Along the pedestal 12 is a portal 16 movable, made of columns 18 . 20 and transverse to these extending cross member. From this is adjustable from a sled, from which in turn a quill 24 emanating, on the one hand, along the Z direction 26 adjustable and via the slide, not shown along the X-axis 28 the coordinate measuring machine is adjustable. The portal 16 itself is along Y-axis 30 of the coordinate measuring machine 10 displaceable.

Im Ausführungsbeispiel geht von der Pinole 24, also von der Z-Achse 26 ein Dreh-/Schwenkgelenk 32 mit zwei Freiheitsgraden aus. Das Dreh-/Schwenkgelenk 32 ist mit einem Gehäuse 34 eines optischen Sensors wie Bildverarbeitungssensor verbunden, der somit im Raum stufenlos dreh-/schwenkbar ist. Über eine vorzugsweise magnetische Schnittstelle 36 ist ein Halterungs- und Justierkopf 38 verbunden, in dem sich ein Antastelement 40 in Form eines Fasertasters befindet. Das Antastelement 40 weist eine Tasterverlängerung 42 mit am Ende angeordnetem Antast-Formelement 44 oder Taster auf. Zumindest im Bereich des Antast-Formelementes 44 ist die Tasterverlängerung 42 biegeelastisch ausgebildet, wie dies unter anderem durch die EP-B-0 988 505 beschrieben ist, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird.In the embodiment goes from the quill 24 that is from the Z axis 26 a rotary / swivel joint 32 with two degrees of freedom. The rotary / swivel joint 32 is with a housing 34 an optical sensor such as image processing sensor connected, which is thus continuously rotatable / pivotable in space. Via a preferably magnetic interface 36 is a mounting and adjusting head 38 connected, in which a probing element 40 in the form of a fiber probe. The touch element 40 has a button extension 42 with arranged at the end probing mold element 44 or button on. At least in the area of the probing form element 44 is the button extension 42 flexurally elastic, as described inter alia by EP-B-0988505, the disclosure of which is expressly incorporated by reference.

Das Antastformelement 44 oder eine diesem unmittelbar zugeordnete von der Tasterverlängerung 42 ausgehende Markierung befindet sich in der Scharfebene des optischen Sensors insbesondere in Form eines Bildverarbeitungssensors. Somit kann auf einfache Weise ein Objekt bzw. dessen Strukturen gemessen werden, wobei ausschließlich die Einheit Bildverarbeitungssensor-Antastelement verstellt werden müssen, die erwähntermaßen im Raum stufenlos dreh- und schwenkbar sind. Ein Verstellen des Objekts zu dem Antastelement 40 ist somit nicht erforderlich.The probing element 44 or an immediate from the button extension 42 outgoing mark is located in the focal plane of the optical sensor, in particular in the form of an image processing sensor. Thus, an object or its structures can be measured in a simple manner, wherein only the unit image sensor sensor-sensing element must be adjusted, which are mentioned steplessly rotatable and pivotable in space. An adjustment of the object to the probing element 40 is not required.

Des Weiteren kann mittels einer in dem Halterungs- und Justierkopf 38 integrierten Beleuchtungsquelle 46 ein Eigenleuchten des Antast-Formelementes 44 ermöglicht werden, um eine Fremdbeleuchtung nicht zwingend erforderlich zu machen. Folglich kann die Messung des Antast-Formelementes 44 durch den Bildverarbeitungssensor in beliebigen Raumlagen erfolgen.Furthermore, by means of a in the mounting and adjusting head 38 integrated lighting tung source 46 an intrinsic lighting of the probing mold element 44 be made possible to make a third-party lighting is not mandatory. Consequently, the measurement of the probing mold element 44 done by the image processing sensor in any spatial positions.

Dadurch, dass der Halterungs- und Justierkopf 38, also das Antastelement 40 über die Magnetschnittstelle mit dem optischen Sensor bzw. dessen Gehäuse 34 verbunden ist, kann ein einfaches Trennen erfolgen. Hierdurch besteht die Möglichkeit, den Halterungs- und Justierkopf 38 in einer Parkposition 48 abzulegen. Dabei wird die Magnetschnittstelle getrennt. Sodann ist es möglich, über die Magnetschnittstelle eine Dunkelfeldauflichtbeleuchtung 50 aufzunehmen, wobei deren Beleuchtungsquellen wie LEDs 52 derart ausgerichtet sind, dass diese auf die Scharfebene des Bildverarbeitungssensors ausgerichtet sind und somit unmittelbar ein Messen mit dem Bildverarbeitungssensor gestattet. Dabei können die Lichtquellen 52 auf konzentrisch zueinander verlaufenden Ringen angeordnet sein. Ferner besteht die Möglichkeit, mehrere Lichtquellen zu Einheiten zu verschalten, so dass im gewünschten Umfang eine Beleuchtung des Objektes in der Scharfebene des Bildverar beitungssensors ermöglicht wird. Die Lichtquellen 52 können dabei zu Quadranten verschaltet sein.Due to the fact that the holding and adjusting head 38 So the touch element 40 via the magnetic interface with the optical sensor or its housing 34 connected, a simple disconnection can take place. This makes it possible, the mounting and adjusting head 38 in a parking position 48 store. The magnetic interface is disconnected. Then it is possible, via the magnetic interface, a dark field incident illumination 50 whose sources of illumination are like LEDs 52 are aligned so that they are aligned with the focal plane of the image processing sensor, thus allowing immediate measurement with the image processing sensor. The light sources can do this 52 be arranged on concentrically extending rings. It is also possible to interconnect a plurality of light sources to form units, so that illumination of the object in the focal plane of the image processing sensor is made possible to the desired extent. The light sources 52 can be interconnected to quadrants.

Claims

Coordinate measuring machine ( 10 ) comprising a probing element ( 40 ) with button extension ( 42 ) and probing element ( 44 ) for measuring the structure of an object and a position of the probing or probing element sensing optical sensor, wherein the probing element is adjustable with the optical sensor as a unit with respect to a holder of the coordinate measuring machine, characterized in that the optical sensor and the probing element ( 40 ) as a unit via a rotary or swivel or rotary / pivot joint ( 32 ) are connected to the bracket.

Coordinate measuring machine according to claim 1, characterized in that the joint ( 32 ) like rotary / swivel joint on one of the coordinate axes ( 26 ) of the coordinate measuring machine ( 10 ) is attached.

Coordinate measuring machine according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the optical sensor is a laterally acting optical Sensor is like image sensor.

Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the probing element ( 40 ) is detachably connected to the optical sensor such as image processing sensor or a housing receiving this.

Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the probing element ( 40 ) with the optical sensor or the housing via a magnetic interface ( 36 ) is mechanically coupled.

Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the probing element ( 44 ) by an incident illumination unit ( 50 ) is interchangeable.

Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the epi-illumination unit ( 50 ) arranged on concentrically extending rings light sources ( 52 ) like LEDs.

Coordinate measuring machine according to at least one of previous claims, characterized in that light sources to an optical unit are interconnected.

Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the epi-illumination unit ( 50 ) comprises a plurality of optical units which are activated to the desired extent.

Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the epi-illumination unit ( 50 ) via the magnetic interfaces with the optical sensor or the housing ( 34 ) is mechanically connected.

Coordinate measuring machine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the probing element ( 40 ) of a holding and adjusting element ( 38 ) and is connected to the optical sensor or the housing and that the mounting and adjusting a light source ( 46 ), over which the probing element ( 40 ) as fiber probe lights up.

Coordinate measuring machine according to at least one of previous claims, characterized in that the optical sensor is a distance sensor is or is usable as such.

A method for measuring structures of an object by means of a coordinate measuring machine with a probe extension and emanating from this and be brought into contact with the object probing form element whose position or a the dummy form element directly associated and emanating from the probe extension target detected with an optical sensor will, where in which the probing element and the optical sensor are adjusted together, characterized in that the probing element and the optical sensor with respect to the object form a rotatable or pivotable or rotatable / pivotable unit.

Method according to claim 13, characterized in that that as an optical sensor, a laterally acting optical sensor how image processing sensor is used.

Method according to claim 13 or 14, characterized that the probing element with the optical sensor or a receiving housing over a Magnet interface is mechanically coupled.

Method according to at least one of claims 13-15, characterized in that the probing element is replaced by an epi-illumination unit becomes.

Method according to at least one of claims 13-16, characterized characterized in that the probing element connected to a light source is made by the probing element or the probing form element selbstleuchtet.

Method according to at least one of claims 13-17, characterized characterized in that by meter software all pivot positions managed together and the corresponding positions in the room a common coordinate system are recalculated.

Method according to at least one of claims 13 to 18, characterized characterized in that all panning settings to a common Coordinate system to be calibrated.

Method according to at least one of claims 13 to 19, characterized characterized in that the deflection of the probe element by evaluating a contrast function is determined.

Method according to at least one of claims 13-20, characterized characterized in that the deflection of the probing mold element a resize an image of a target is determined, which consists of radiation optical Relationship between object distance and magnification results.

Method according to at least one of claims 13 to 21, characterized characterized in that the deflection of the probing mold element by apparent size change A target is determined from the loss of contrast through Defocusing results.

Method according to at least one of claims 13 - 22, characterized characterized in that the deflection is perpendicular to the optical axis an electronic image processing system determined by this becomes.

Method according to at least one of claims 13 - 23, characterized characterized in that by means of a two-dimensional measuring system the spatial Position of the probing mold element by means of at least three of these assigned target marks is determined.

Method according to at least one of claims 13 - 24, characterized characterized in that the button extension or a section this as spatial extended target is used whose position relative to the probe in freely selectable Cross sections is measured.

Method according to at least one of claims 13 to 25, characterized characterized in that arranged on the button extension targets to determine the position of the probe element photogrammetrically (at least two cameras) are detected.

Method according to at least one of claims 13-26, characterized in that the position of the probe element is photogrammetric (at least two cameras) is measured.

Method according to at least one of claims 13 - 27, characterized in that a distance sensor is used as the optical sensor or a supplementary one is used.