DE102007015947A1

DE102007015947A1 - Zur Vermessung räumlicher Objekte geeignetes Verfahren und Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE102007015947A1
Application number: DE200710015947
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Dr. Schalz; Andreas Dr. Beutler; Rainer Ziegenbein
Original assignee: Carl Mahr Holding GmbH
Current assignee: Carl Mahr Holding GmbH
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-04-04
Also published as: DE102007015947B4; WO2008119558A1

Abstract

Zur Durchführung von 3-D-Messungen ist die Kombination eines Drehtischs (11) zur Aufnahme eines Objekts (2) mit einem Tastschnittgerät (3) zur Abtastung der Oberfläche des Objekts (2) vorgesehen. Die Abtastung der Objektoberfläche erfolgt bei zumindest zwei verschiedenen Drehpositionen des Objekts (2). Vorzugsweise werden Tastlinien gewählt, die sowohl radial zu der Drehachse (12) des Drehtischs (11) wie auch in Umfangsrichtung, bezogen auf die Drehachse (12), verlaufen. Diese Abtastungen können gesondert nacheinander als radiale lineare Abtastungen und als Kreisabtastungen sowie auch gleichzeitig als Spiralabtastung durchgeführt werden. In jedem Fall werden Messwerte gewonnen, aus denen sich die räumliche Gestalt der Objektoberfläche mit hoher Genauigkeit und in kurzer Messzeit ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung räumlicher Objekte, insbesondere asphärischer Linsen sowie eine entsprechende Vorrichtung.
Die Vermessung räumlicher Objekte, insbesondere die Vermessung von Objekten mit so genannten Freiformflächen, stellt nach wie vor ein erhebliches Problem dar. Vorhandene 3D-Messverfahren beruhen beispielsweise auf dem punktweisen Antasten der Oberfläche. Sie sind aufwändig und zeitraubend.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich räumliche Objekte einfach und zuverlässig vermessen lassen. Insbesondere soll das Verfahren zur Vermessung von Freiformflächen kleinerer Objekte geeignet sein. Das Verfahren soll sich des Weiteren insbesondere für die Vermessung asphärischer Linsen eignen. Dabei sollen in möglichst kurzer Messzeit Messwerte gewonnen werden, die eine Einschätzung der Form des gesamten Objekts, z. B. der asphärischen Linse gestatten. Dies soll möglich werden, ohne die gesamte Oberfläche des Objekts lückenlos mit Messpunkten zu überziehen. Außerdem soll eine entsprechende Messvorrichtung geschaffen werden.
Diese Aufgaben werden mit dem Verfahren nach Anspruch 1 sowie der Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels eines Tastschnittgeräts mindestens eine Abtastung der Objektoberfläche unter verschiedenen Relativdrehpositionen des Objekts in Bezug auf das Tastschnittgerät aufgenommen. Die Abtastung kann als gekrümmter Tastschnitt angesehen werden. Sie erfolgt als Abtastung des Objekts mittels der Tastspitze entlang einer in Draufsicht geraden oder auch gekrümmten Linie. Auf dieser Linie werden während der Bewegung der Tastspitze Messwerte vorzugsweise kontinuierlich oder quasi kontinuierlich geliefert werden. Letzteres ist beispielsweise der Fall, wenn das Tastschnittgerät einen Sensor aufweist, der Sensorsignal z. B. in diskreten Zeitabständen abgibt. (Unter „Draufsicht" wird eine Ansicht verstanden, die sich ergibt, wenn der Betrachter in Richtung der Drehachse eines Drehtischs, der das Objekt trägt, auf das Objekt schaut.) Deshalb wird im Folgenden unter dem Begriff „Tastschnitt" nicht nur eine möglichst lückenlose Aufnahme von Messwerten entlang einer Geraden, sondern auch die Abtastung auf einer gekrümmten Linie verstanden.
Die Tastschnitte können z. B. entlang zweier in Draufsicht gerader Linien aufgenommen werden, die in einem Winkel bezüglich einer Drehachse des Objekts zueinander orientiert sind. Vorzugsweise laufen beide Tastschnitte durch das Drehzentrum des Objekts. Alternativ beginnen sie oder enden sie in enger Nachbarschaft zu dem Drehzentrum. Es ist möglich, beide Tastschnitte von einem Rand des Objekts über seinen Zenit, der vorzugsweise im Drehzentrum liegt, zu dem anderen Rand zu führen. Es ist desgleichen möglich, einen Tastschnitt lediglich über die Radiuslänge des Objekts oder eine Teillänge desselben auszuführen und den Tastschnitt dann in verschiedenen Winkelpositionen des Objekts bezogen auf eine vertikale Drehachse desselben, z. B. in einem 180°-Winkelabstand oder auch in anderen Winkelabständen zu wiederholen. Vorzugsweise ergeben sich somit mindestens zwei in Draufsicht z. B. lineare Tastschnitte, die in einem Winkel zueinander stehen, der größer als Null und höchstens 180°, vorzugsweise kleiner als 180°, z. B. 90° ist.
Zur Aufnahme dieser beiden Tastschnitte verbleibt das Objekt vorzugsweise in Ruhe. Es kann von einem Drehtisch aufgenommen sein, der es in einer fixierten Winkelposition hält. Vor Durchführung eines zweiten Tastschnitts wird der Tisch um einen gegebenen Winkelbetrag weiter gedreht.
Es ist aber auch möglich, die Tastschnitte kreisförmig auszuführen. Hierzu wird die Tastspitze des Tastschnittgeräts in einem gegebenen Abstand zu der Drehachse des Drehtischs und somit des Objekts positioniert. Während das Objekt um diese Achse gedreht wird, unternimmt das Tastschnittgerät keine Schleppbewegung. Das Objekt wird somit entlang einer Kreislinie abgetastet. Es ist auch möglich, die Tastspitze ein- oder mehrfach von der Objektoberfläche abzuheben, so dass das Objekt entlang von Kreisbögen abgetastet wird.
Nach Ausführung einer solchen Tastschnittmessung bei einem gegebenen Radius wird der Abstand der Tastspitze zu der Drehachse verstellt und eine erneute Messung durch Durchfüh rung eines Tastschnitts ausgeführt. Wiederum findet keine Schleppbewegung statt. Deshalb ergibt sich wieder eine kreislinienförmige oder aus oder mehreren Kreisbögen bestehende Abtastlinie.
Die so entstehenden Kreisbögen sind zueinander vorzugsweise konzentrisch. Außerdem können sie in äquidistanten Radiusabständen zueinander aufgenommen werden. Es ist auch möglich, die Tastschnittdichte in besonders interessierenden Zonen, beispielsweise zentrumsnah, zu erhöhen und somit hinsichtlich der Radiusdifferenzen nicht äquidistanten konzentrischen Kreisen zu arbeiten.
Es ist des Weiteren möglich, die lineare Abtastung und die Kreisabtastung zu kombinieren. Damit lassen sich insbesondere asphärische Linsen schnell und sicher vermessen.
Es hat sich herausgestellt, dass durch die Abtastung insbesondere asphärischer Linsen unter verschiedenen Drehwinkeln um die Mittelachse (linear in verschiedenen Radiusrichtngen, auf Kreislinien und/oder kombiniert, d. h. auf Spiralen) mit wenigen kurzen Messungen Daten gewonnen werden können, die eine sehr verlässliche Einschätzung der Maßhaltigkeit und somit der Qualität der Asphäre gestatten.
Eine alternative Abtastung ergibt sich bei gleichzeitiger Ausführung einer Drehbewegung des Drehtischs und einer Schleppbewegung des Tastschnittgeräts. Es ergibt sich ein spiralförmiger Tastweg, wobei die Spirale ihren Anfang an der Drehachse oder in unmittelbarer Nähe derselben, d. h. auf dem Azimuth des Objekts, nimmt.
Mit dem vorgenannten Verfahren ist eine 3D-Messung von Objekten mit Hilfe von Tastschnitten unter verschiedenen Winkeln der Drehachse und/oder Kreismessungen auf verschiedenen Radien und/oder Spiralbahnen möglich. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Vermessung optischer Komponenten, insbesondere asphärischer Linsen. Vorzugsweise können die Bahnen durch Vorgabe von Start- und Zielpunkten, Winkeln und/oder Radien verändert werden. Eine entsprechende Bedien- oder Auswerteeinrichtung kann dazu mit einer entsprechenden Eingabeschnittstelle versehen sein.
Die erhaltenen Tastschnitte (Schnitte, Kreisbahnen, Spiralbahnen) werden vorzugsweise in ein gleichmäßiges X-Y-Raster umgerechnet, das in einer senkrecht zur Drehachse gegebenen Ebene liegt. Die gemessenen Bahnen weisen dann punktweise Z-Werte auf, die den Abstand von der genannten Ebene kennzeichnen.
Der Zenit des Messobjekts wird vorzugsweise auf die Drehachse gelegt. Dies ergibt eine einfache und übersichtliche Messung.
Für eine Drehposition des Drehtischs gewonnene lineare Tastschnitte müssen sich nicht über das gesamte Messobjekt erstrecken. Sie können z. B. auch durch einen weiteren Schnitt nach einer Drehung des Messobjekts um 180° ergänzt werden.
Das Messobjekt kann auf dem Drehtisch mit einer gewissen Kippung montiert sein. Diese Kippung wirkt sich auf die gewonnenen Messwerte aus. Insbesondere bei der Kreisabtastung ist die Kippung leicht erfassbar. Die gewonnenen Messergebnisse können mit der erfassten Verkippung korrigiert werden.
Das vorgeschlagene Verfahren hat außerdem den Vorzug, dass nach Wechsel des Messobjekts kein erneutes Ausrichten einer oder mehrerer Messachsen oder irgendwelcher Hilfsachsen benötigt wird.
Des Weiteren ist vorzugsweise eine Verstelleinheit vorgesehen, die die Position des Tastschnittgeräts in Bezug auf die Drehachse verstellen kann. Dadurch kann eine solche Einstellung gewonnen werden, dass der Tastschnitt durch den Mittelpunkt der Drehachse läuft. Die Verstelleinheit kann eine Verschiebung, Drehung oder Verschwenkung des Tastschnittgeräts oder des Tasters am Tastschnittgerät bewirken.
Das vorgestellte Verfahren eignet sich nicht nur zur Erfassung rotationssymmetrischer Flächen. Vielmehr können durch unterschiedliche Tastschnittlängen in unterschiedlichen Winkelpositionen oder unterbrochene Kreis- und Spiralbahnen auch beliebige Flächen, wie z. B. Rechteckflächen, Ellipsen, unterbrochene Flächen oder Flächen mit Ausnehmungen oder Löchern gemessen werden. Die Abtastung kann mechanisch-berührend erfolgen. Dazu werden entsprechende Tastspitzen über die Objektoberfläche geschleppt. Es können aber auch berührungslose Abtastverfahren, z. B. optische Tastverfahren zur Anwendung kommen. Auch hier wir, wie bei dem mechanischen Verfahren, ein Sensor verwendet, der eine vorzugsweise nur punktuelle Aufnahme eines Messwertes liefert, und der entsprechende Messpunkt wird dann entlang der gewünschten Abtastlinie vorzugsweise kontinuierlich über die Objektoberfläche bewegt, um fortwährend Messwerte aufzunehmen.
Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung und der Beschreibung. Die Beschreibung ist auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten beschränkt. Die Zeichnung offenbart weitere Einzelheiten. Es zeigen:
1 einen Messplatz zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematisierter Darstellung und
2 bis 4 verschiedene Tastwege, dargestellt als Draufsicht auf ein zu vermessendes Objekt in schematisierter Prinzipdarstellung.
In 1 ist eine Messeinrichtung 1 schematisch veranschaulicht, die dazu dient, ein Objekt 2 beispielsweise in Form einer asphärischen Linse im Tastschnittverfahren zu vermessen. Dazu dient ein Tastschnittgerät 3, das einen in Vertikalrichtung Z beweglichen Tastarm 4 mit einer Tastspitze 5 aufweist. Zur Bewegung in Z-Richtung ist der Tastarm 4 beispielsweise um eine Horizontalachse schwenkbar gelagert. Seine Schwenklagerung 6 wird von dem Tastschnittgerät 3 bereitgestellt, wie in 1 durch einen Aufbruch an dem Gehäuse des Tastschnittgeräts 3 sichtbar ist. Außerdem steht der Tastarm 4 mit einem Messsystem 7 in Verbindung, das die Auslenkungen des Tastarms 4 erfasst und in Messwerte umsetzt. Die Messwerte geben dann in Verbindung mit den objektbezogenen Positionswerten des Antastpunkts, bei dem die Tastspitze 5 das Objekt 2 berührt, die Form des Objekts wieder. Bei besonders hoher Auflösung kann evtl. auch die Rauheit erfasst werden. Außerdem ist es möglich, Taster mit variabler Wirkrichtung einzusetzen. So kann die Messrichtung immer senkrecht zu einer gekrümmten Oberfläche gehalten werden.
Die Tastspitze 5 des Tastarms 4 ist in einem Ausführungsbeispiel eine Stahlspitze. An ihrer Stelle kann auch eine Diamantspitze oder eine sonstige mechanische Struktur Anwendung finden, die geeignet ist, über die Oberfläche des Objekts 2 geschleppt zu werden, ohne dieses zu beschädigen. Dazu liegt der Tastarm 4 vorzugsweise mit einer vorbestimmten Kraft an der Oberfläche des Objekts 2 an. Zur Erzeugung dieser in Z-Richtung nach unten gerichteten Kraft kann eine Feder oder ein sonstiger Kraftgenerator dienen, der an dem Tastarm 4 angreift. Anstelle der mechanischen Abtastung ist aber auch eine berührungslose Abtastung möglich.
Das Tastschnittgerät 3 weist eine Motorstelleinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Schwenklagerung 6 und mit ihr den Tastarm 4 sowie das Messsystem 7 in einer horizonta len Richtung, beispielsweise der X-Richtung kontrolliert zu bewegen. Die X-Richtung wird auch als Schlepprichtung bezeichnet, weil der Tastarm in dieser Richtung über die Oberfläche des Objekts 2 geschleppt wird. Die Schlepprichtung erstreckt sich ungefähr in Längsrichtung des Tastarms 4. Alternativ kann das Tastschnittgerät 3 in Ruhe bleiben und das Objekt bewegt werden. Die Schlepprichtung kann dann die x-Richtung oder auch die y-Richtung sein.
Das Tastschnittgerät 3 ist durch ein Gestell, beispielsweise in Form eines Stativs 8 gehalten, das auf einer Grundplatte 9 steht. Vorzugsweise ist das Tastschnittgerät 3 an dem Stativ 8 in Vertikalrichtung Z kontrolliert verstellbar. Dazu kann ein Motorantrieb dienen, der auch als Vertikalverstellachse bezeichnet wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stativ 8 zudem in einer weiteren Horizontalrichtung Y auf der Grundplatte 9 verstellbar gelagert. Die Verstellrichtung Y ist rechtwinklig zu der Verstellrichtung Z und zu der Schlepprichtung X. Zusätzlich kann eine Neigeachse 10 vorgesehen sein, mit der das Tastschnittgerät 3 um eine zu der Y-Richtung parallele Achse neigbar ist.
Die Grundplatte 9 trägt außerdem einen Drehtisch 11, der das Objekt 2 lagert und somit eine Werkstück- oder Prüflingsaufnahmevorrichtung bildet. Der Drehtisch 11 ist dazu eingerichtet, das Objekt 2 kontrolliert um eine Vertikalachse 12 zu drehen und in vorgegebenen Drehpositionen zu halten. Die Achse 12 ist vorzugsweise parallel zu der Säule 8 und der Verstellrichtung Z. (Es können aber auch nichtparallele Ausrichtungen genutzt werden, bei denen zwischen der Säule 8 und der Verstellrichtung Z ein Winkel eingeschlossen ist.) Die Schlepprichtung X schneidet die Drehachse 12. Dies bedeutet, dass die Tastspitze 5 beim Abtasten der Oberfläche des Ob jekts 2 eine die Drehachse 12 schneidende Linie abfährt. Um diesen Zustand präzise einzustellen, ist entweder die Säule 8 und/oder alternativ der Drehtisch 11 in Verstellrichtung Y verstellbar. Vorzugsweise ist dazu ein Motorstellantrieb vorgesehen, der auch als Verstellachse bezeichnet wird.
Der Drehtisch 11 kann mit einer oder zwei weiteren Verstellachsen ausgerüstet sein, die in 1 nicht veranschaulicht sind. Dazu gehören beispielsweise ein oder zwei Kippachsen. Beispielsweise eine erste Kippachse parallel zur X-Richtung und eine zweite Kippachse parallel zur Y-Richtung. Damit kann z. B. eine ebene Aufnahmefläche 13 des Drehtischs 11 zur Aufnahme des Objekts 2 präzise parallel zu der Verstellrichtung Y und der Schlepprichtung X ausgerichtet werden. Diese Achsen werden genutzt, um die Drehachse zu dem Objekt 2 auszurichten.
Die Tastspitze 5 ist gemäß vorstehender Beschreibung eine berührende Tastspitze, die die Oberfläche des Objekts 2 beim Messen berührt. Alternativ kann eine nicht berührende Tastspitze 5 vorgesehen sein. Beispielsweise wird eine solche durch einen Lichtstrahl gebildet, der in Richtung der Tastspitze 5 auf die Objektoberfläche gesendet und von dieser ganz oder teilweise reflektiert wird. Durch eine geeignete optische Auswerteeinrichtung wird entweder die Länge des Lichtwegs erfasst und ausgewertet, wobei der Tastarm 4 in diesem Fall starr gehalten sein kann, oder es wird durch eine geeignete Regelschleife die Länge des Lichtwegs (von dem Tastarm 4 zu der Objektfläche) konstant gehalten und die sich ergebende Verschwenkung des Tastarms 4 registriert bzw. gemessen. Damit ist eine Abtastung besonders empfindlicher Objektoberflächen möglich. Weitere physikalische Messprinzipien sind einsetzbar.
Die insoweit beschriebene Messvorrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Nach Platzierung des Objekts 2, beispielsweise einer asphärischen Linse, auf der Aufnahmefläche 13 wird das Objekt 2 oder der Drehtisch 11 bzw. seine Aufnahmefläche zunächst so justiert, dass die Aufnahmefläche 13 parallel zu der X- und der Y-Richtung ist, und dass der Zenit 14, d. h. der höchste Punkt des Objekts 2 auf der Drehachse 12 liegt. Dies kann mit Hilfe einer oder mehrerer Probemessungen geschehen, bei denen der Zenit 14 des Objekts 2 gesucht wird. Beispielsweise sind solche Probemessungen mit mehreren Tastschnittmessungen zu bewerkstelligen, die auf zueinander parallelen Linien über die Oberfläche des Objekts 2 führen. Nach Einjustierung des Objekts 2 und außerdem Justierung des Tastschnittgeräts 3 so, dass die Schlepprichtung X die Drehachse 12 schneidet oder mit anderen Worten, dass die Tastspitze 5 genau radial zu der Drehachse 12 bewegt wird, wenn die in Schlepprichtung X wirksame Vorschubeinrichtung betätigt wird.
In dieser Einstellung wird das Objekt 2 in eine vorbestimmte Drehposition gefahren und dann die in 2 angedeutete Tastschnittmessung entlang einer ersten, in Draufsicht vorzugsweise linearen Tastlinie 15 durchgeführt. Dabei wird die Tastspitze 5 entlang der Linie 15 über die Objektoberfläche geschleppt. Die Tastspitze 5 folgt dabei der Kontur des Objekts 2, d. h. sie beschreibt aus Seitenansicht (1) einen Bogen. Der Tastarm 4 führt eine entsprechende Schwenkbewegung aus, die von dem Messsystem 7 registriert wird.
Nach Abtastung des Objekts 2 entlang der Linie 15 wird der Drehtisch um die Drehachse 12 beispielsweise um 90° gedreht. Dazu kann die Tastspitze 5 von der Oberfläche des Objekts 2 abgehoben werden. Alternativ kann die Tastspitze auf der Oberfläche verbleiben. Sodann wird wiederum durch Betätigung der Vorschubeinrichtung und somit Bewegung des Tastarms 4 in Schlepprichtung X eine Abtastung des Objekts 2 vorgenommen, im Rahmen derer die Tastspitze 5 entlang der Linie 16 über die Oberfläche des Objekts geschleppt wird.
Nach Durchführung dieser beiden linearen Tastschnittmessungen werden vorzugsweise Kreismessungen durchgeführt. Dies kann geschehen, indem die Tastspitze 5 in einem gegebenen Abstand d. h. mit einem ersten Radius r1 zu der Drehachse 12 die Abtastung des Objekts 2 beginnt. Durch Aktivierung des Drehtischs 11 wird eine Abtastung entlang einer Kreislinie 17 vorgenommen. Die Bewegungen des Tastarms 4 werden von dem Messsystem 7 erfasst. Die Schleppvorrichtung bleibt stillgesetzt. Vorzugsweise erfolgt die Abtastung auf dem Radius r1 und somit der Kreislinie 17 durch entsprechende Positionierung bzw. Radialverstellung zwischen der Tastspitze 5 und der Drehachse 12 durch Betätigung der Verstellachse Y. Alternativ kann der radiale Abstand r1 zwischen der Tastspitze 5 und der Drehachse 12 auch durch entsprechende Einstellungen der Schleppachse X oder kombinierte durch Einstellung der Verstellachse Y und der Schleppachse X erreicht werden.
Nach Durchführung der Tastschnittmessung auf der Kreislinie 17 wird der Radius zwischen der Tastspitze 5 und der Drehachse 12 auf den Radius r2 vergrößert, so dass die Abtastung nun entlang der Kreislinie 18 vorgenommen werden kann. Hinsichtlich der Erzielung der Radialverstellung wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. In weiterer Folge kann auf weiteren Kreislinien 19 mit dem Radius r3, 20 mit dem Radius r4, 21 mit dem Radius r5 usw. abgetastet werden. Die Radiusdifferenzen Δr zwischen den einzelnen Radien r1 bis r5 können konstant oder auch zweckentsprechend anderweitig festgelegt werden, wobei besonders interessierende oder kritische Berei che des Objekts 2 mit einer größeren Kreisliniendichte überzogen werden können.
Aus den gewonnenen Tastschnitten auf den Linien 15, 16 und den Kreislinien 17 bis 20 kann nun eine nicht weiter dargestellte Auswerteeinrichtung das Oberflächenprofil des Objekts 2 errechnen. Die gewonnenen Messwerte können in ein X-V-Raster oder auch ein r-ϕ-Raster umgerechnet werden und als Messwerte ausgegeben werden. Mit einer entsprechenden Bedienvorrichtung können die Winkelpositionen der Linien 15, 16, die Radien der Kreislinien 17 bis 20 und andere Messparameter vorgegeben werden.
3 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens, wie es sich beispielsweise für rechteckig umrandete Objekte 2' eignet. Ein solches ist in 3 gestrichelt angedeutet. An Stelle geschlossener Kreislinien sind zumindest im äußeren Bereich kreisbogenförmige Abtastlinien 21, 22 vorgesehen. Ansonsten gilt die vorige Beschreibung entsprechend.
Während bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen zur Abtastung entweder nur die Schleppachse X oder nur die Drehachse 12 des Drehtischs 11 betätigt worden ist, zeigt 4 eine abgewandelte Ausführungsform, bei der die Abtastung auf einer Spirallinie 23 vorgenommen wird, die auf der Drehachse 12 oder in deren unmittelbarer Nähe entspringt. Von dort ausgehend windet sich die Spirallinie 23 mehrfach um die Drehachse 12. In einer ersten einfachen Ausführungsform wird mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit des Drehtischs 11 und einer konstanten Schleppgeschwindigkeit in Richtung der Schleppachse X gearbeitet. Es entsteht eine Spirale mit konstanter Steigung. In vielen Fällen ist eine Spirale mit nach außen zunehmender Steigung gewünscht, wie sie in 4 angedeutet ist. Eine solche kann erreicht werden, indem der Drehtisch mit zunehmendem Radius der Tastspitze 5 immer langsamer gedreht wird. Dies hat einerseits den gewünschten Effekt der Zunahme der Spiralsteigung mit zunehmendem Radius und andererseits den Effekt einer Minderung der Zunahme der Gleitgeschwindigkeit der Tastspitze 5 mit zunehmendem Radius. Wenn gewünscht, kann die Gleitgeschwindigkeit der Tastspitze 5 auch konstant gehalten werden. Es ist auch möglich, die Drehzahl des Drehtischs 11 konstant zu halten und die Schleppgeschwindigkeit zu variieren. Außerdem können bei einer weiteren Ausführungsform sowohl die Drehzahl des Drehtischs 11 als auch die Schleppgeschwindigkeit in Richtung der Schleppachse X variiert werden.
Zur Durchführung von 3D-Messungen ist die Kombination eines Drehtischs 11 zur Aufnahme eines Objekts 2 mit einem Tastschnittgerät 3 zur Abtastung der Oberfläche des Objekts 2 vorgesehen. Die Abtastung der Objektoberfläche erfolgt bei zumindest zwei verschiedenen Drehpositionen des Objekts 2. Vorzugsweise werden Tastlinien gewählt, die sowohl radial zu der Drehachse 12 des Drehtischs 11 wie auch in Umfangsrichtung bezogen auf die Drehachse 12 verlaufen. Diese Abtastungen können gesondert nacheinander als radiale lineare Abtastungen und als Kreisabtastungen sowie auch gleichzeitig als Spiralabtastung durchgeführt werden. In jedem Fall werden Messwerte gewonnen, aus denen sich die räumliche Gestalt der Objektoberfläche mit hoher Genauigkeit und in kurzer Messzeit ergibt.

1: Messvorrichtung
2: Objekt
3: Tastschnittgerät
z: Vertikalrichtung
4: Tastarm
5: Tastspitze
6: Schwenklagerung
7: Messsystem
8: Stativ
9: Grundplatte
x: Schlepprichtung
y, z: Verstellrichtung
10: Neigeachse
11: Drehtisch
12: Drehachse
13: Aufnahmefläche
14: Zenit
15, 16: Linie
r1–r5: Radius
17–20: Kreislinie
21, 22: Tastlinien
23: Spirallinie
X, Y, Z: allgemeine Koordinatenrichtungen
A, B, C: allgemeine Schwenkachsen
HZ, HY, HX: lineare Hilfsachsen, z. B. für Säule 8
HA, HC: Schwenkhilfsachsen, z. B. für Säule 8
HB: Schwenkhilfsachse, z. B. als Achse 10 für Tast schnittgerät 3
U, V, W: Koordinatenrichtungen für die Tastspitze 5
TX, TY, TZ: lineare Stellachsen des Drehtischs 11
TA, TB, TC: Neigeachsen des Drehtischs 11

Claims

Verfahren zur Vermessung räumlicher Objekte (2), insbesondere asphärischer Linsen, bei dem mittels eines Tastschnittgeräts (3) Tastschnitte der Objektoberfläche unter verschiedenen Relativ-Drehpositionen des Objekts (2) in Bezug auf das Tastschnittgerät (3) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Tastschnittgeräts (3) mindestens zwei lineare Tastschnitte (15, 16) aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (2) bei der Aufnahme der Tastschnitte (15, 16) in Ruhe bleibt und dass das Objekt (2) zwischen der Aufnahme der wenigstens zwei Tastschnitt (15, 16) um einen Winkelbetrag um eine Achse (12) gedreht wird, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Schlepprichtung (x) des Tastschnittgeräts (3) steht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (2) bei der Aufnahme von Tastschnitten (17–20) um eine Achse (12) gedreht wird, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Schlepprichtung (x) des Tastschnittgeräts (3) steht, wobei das Tastschnittgerät (3) währen der Messung keine Schleppbewegung ausführt, so dass die Tastschnitte (17–20) im Wesentlichen Kreislinien (17–20) oder Kreisbögen (21, 22) sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislinien (17–20) zueinander konzentrisch und in Radialrichtung äquidistant sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreislinien (17–20) zueinander konzentrisch und in Radialrichtung nicht äquidistant sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung nach Anspruch 3 und die Messung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 nacheinander ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (2) bei der Aufnahme der Tastschnitte (23) um eine Achse (12) gedreht wird, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Schlepprichtung (x) des Tastschnittgeräts (3) steht, wobei das Tastschnittgerät (3) währen der Messung zugleich eine Schleppbewegung in Schlepprichtung (x) ausführt, so dass sich für den Tastschnitt eine Spiralbahn (23) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Objekt (2) vor Durchführung der Messung ein Zenitpunkt (14) gesucht und dieser mit einer Drehachse (12) in Übereinstimmung gebracht wird, die von einer Aufnahmeeinrichtung (11) für das Objekt (2) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den im Tastschnittverfahren gewonnenen Messwerten Oberflächenpunkte des Objekts (2) errechnet werden, die durch ein festgelegtes Gitternetz vorgegeben sind.
Vorrichtung zur Vermessung räumlicher Objekte (2), insbesondere asphärischer Linsen, mit einem Tastschnittgerät (3), das einen Tastarm (4) mit einer Tastspitze (5) aufweist, die vertikal beweg lich gehalten ist, wobei das Tastschnittmessgerät (3) dazu eingerichtet ist, den Tastarm (4) mit der Tastspitze (5) über die Objektoberfläche zu schleppen, wobei ein Messsystem (7) Auslenkungen der Tastspitze (5) erfasst und in Messwerte umsetzt, mit einem Drehtisch (11), der eine um eine vertikale Drehachse (12) drehbare Aufnahmefläche (13) zur Aufnahme de Objekts (2) aufweist, und mit einer Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, mittels des Tastschnittgeräts (3) Tastschnitte der Objektoberfläche unter verschiedenen Relativ-Drehpositionen des Objekts (2) in Bezug auf das Tastschnittgerät (3) aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastarm (4) des Tastschnittgeräts (3) um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastspitze (5) eine mechanische Tastspitze ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastspitze (5) eine optische Tastspitze ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastschnittgerät (3) und der Drehtisch (11) vertikal zueinander verstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastschnittgerät (3) und der Drehtisch (11) horizontal und quer zu der von dem Tastschnittmessgerät (3) festgelegten Schlepprichtung (x) zueinander verstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastschnittgerät (3) in einer Neigerichtung (10) verstellbar gehalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastspitze (5) eine mechanische Tastspitze ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastspitze (5) eine nichtberührende Tastspitze ist.