[go: up one dir, main page]

WO2015180755A1 - Optical sensor for a coordinate measuring machine and illumination module for such an optical sensor and method for measuring female threads or drilled holes of a workpiece using the optical sensor or illumination module - Google Patents

Optical sensor for a coordinate measuring machine and illumination module for such an optical sensor and method for measuring female threads or drilled holes of a workpiece using the optical sensor or illumination module Download PDF

Info

Publication number
WO2015180755A1
WO2015180755A1 PCT/EP2014/060880 EP2014060880W WO2015180755A1 WO 2015180755 A1 WO2015180755 A1 WO 2015180755A1 EP 2014060880 W EP2014060880 W EP 2014060880W WO 2015180755 A1 WO2015180755 A1 WO 2015180755A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
optical element
light
workpiece
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/060880
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ludwin Monz
Thomas Engel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority to DE112014006706.7T priority Critical patent/DE112014006706B4/en
Priority to PCT/EP2014/060880 priority patent/WO2015180755A1/en
Publication of WO2015180755A1 publication Critical patent/WO2015180755A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/12Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters internal diameters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2425Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures of screw-threads
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/954Inspecting the inner surface of hollow bodies, e.g. bores

Definitions

  • Optical sensor for a coordinate measuring machine and illumination module for such an optical sensor and method for measuring internal threads or boreholes of a workpiece with the optical sensor or lighting module
  • the invention relates to an optical sensor for a coordinate inatenmess réelle and a lighting module for such an optical sensor and a method for measuring internal threads or boreholes of a workpiece by means of the optical sensor or lighting module.
  • Deflection mirror used to direct the focus or the focus zone of the white light interferometer on a point or a region with a small lateral extent of the inner wall to measure the distance of this point or area of the inner wall.
  • the disadvantage is However, that for complete measurement of only one contour line of the inner wall, the periscope or the deflection mirror must be successively rotated in different rotational positions by a total of 360 ° and one measurement point must be recorded per rotational position. This results in a large amount of time for the complete measurement of one or more contour lines of the inner wall of a borehole or internal thread.
  • Object of the present invention is therefore to provide a sensor or a lighting module for a coordinate measuring machine for measuring boreholes or internal threads, the or over the prior art, a high absolute
  • an optical sensor comprising at least one light source and at least one detector and optical elements for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured and on the other hand on the way back from the surface of the to be measured Workpiece to the at least one detector, wherein some of said optical elements both for the beam guidance on the way and for the
  • Beam guide to be used on the way back and wherein at least one of said optical elements is a deflecting element on the way out for a
  • Deflection of the light on the surface of the workpiece to be measured and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector wherein on the way through the deflecting the focus area of the sensor is at least partially arcuate and wherein the at least one detector in terms of area Detection of intensity signals of light from this at least partially arcuate focus area is formed, wherein a diffractive optical element and / or an optical element with a freeform surface at least on the way of the light to Surface of the workpiece between the at least one light source and the surface of the workpiece is arranged, wherein between the at least one light source and the diffrativen optical element and / or the optical element with the free-form surface is arranged a movable and / or variable optical element and wherein by means of of the movable and / or variable optical element of the location of the light on the diffractive optical element and / or the optical element with the
  • Freiformober Structure can be changed at least on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured. Furthermore, the object is achieved by an illumination module for an optical sensor for detecting surface coordinates of a workpiece by means of a coordinate measuring device comprising at least one light source and optical elements for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured and on the other hand, on the way back from the surface of the workpiece to be measured to at least one detector of the optical sensor, wherein some of said optical elements are used both for the beam on the way out and for the beam path in the return path and wherein at least one of said optical Elements is a deflection that provides on the way for a deflection of the light on the surface of the workpiece to be measured and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector, wherein on the way through the deflection
  • the diffractive optical element and / or an optical element with a free-form surface is
  • a movable and / or variable optical element is arranged and wherein with the aid of the movable and / or variable optical element of the impact of the light on the diffractive optical element and / or optical element with the free-form surface can be changed at least on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured.
  • different focal positions can be assigned to different surfaces of the surface of a diffractive optical element and / or an optical element having a free-form optical system, such that the light of the light source can be detected by a movable and / or changeable optical element of the sensor or illumination module according to the invention
  • Different locations can be supplied to change the focus position of the sensor or lighting module.
  • the movable and / or variable optical element is used on the way of the light from the light source to the surface of the workpiece and between the diffractive optical element and / or the optical element with free-form optics and the light source, the influence of a reduced Deformation of the movable and / or variable optical element on the measurement error of the sensor compared to the prior art considerably.
  • the sensor according to the invention or the illumination module according to the invention has the advantage that much lighter moving optical elements can be used as a cone to change the focal position, thereby shortening the time required to change the focus position.
  • so-called multi-mirror arrangements Mo lti -M i rror- array s, MMA
  • MMA multi-mirror arrangements
  • the sensor according to the invention or the illumination module according to the invention is capable of, for example
  • the diffractive optical element has a rotationally symmetrical diffraction characteristic and / or has the optical element with a
  • Drill holes or internal threads it is useful to use a closed as possible annular focus area around the sensor for the detection of surface coordinates of the holes or internal threads.
  • a focus range can be in the sensor according to the invention by a diffractive optical element with a
  • the optical element having a free-form surface has an aspherical free-form surface, wherein different zones of incidence of the light with mutually different lateral distances to the symmetry axis of the diffractive optical element and / or the optical element with freeform surface different focus positions for bundling of the zones associated with passing light.
  • Curve section of a spiral where the spiral is given from the group: Corny, Euler or Clothoid spiral. Spirals usually point along their arc length continuously changing diameters in your diameter.
  • Free-form element which follows along a main direction of curvature of a spiral shape, it is thus possible to continuously generate changing focal positions depending on the lateral zone distance.
  • the optical element with free-form surface in the form of a cylinder is designed as a deflecting element, the underside of which with a
  • Mirror coating is provided and is formed by the free-form surface.
  • Such an optical element has the advantage that the mirrored free-form surface is protected by the cylinder when entering bores or internal threads, so that this sensitive surface is not scratched in collisions with the workpiece.
  • the movable optical element is given by an axicon movably mounted along its axis of symmetry.
  • Such an optical element can be produced inexpensively.
  • variable optical element is a
  • MMA Micro Mirror Array
  • the light source is given by a white light source, in particular a superluminescent diode
  • the sensor or the illumination module comprises a beam splitter, a collimating lens and at least two for the
  • the senor can be called a two-dimensional confocal
  • the Distance sensor in particular operated as a chromatic confocal sensor.
  • the sensor can be configured as a so-called white light interferometer due to the white light source.
  • the movable and / or variable optical element interacts with the latter diffractive optical element and / or the optical element with the free-form surface made a change in the focus position.
  • the senor or the illumination module has a beam splitter, which proportionally splits the light arriving from the light source into a detection beam path, at the end of which the surface of the workpiece to be measured is located, and a reference beam path, at whose end there is a reference mirror.
  • This splitting of the light of the light source into a detection beam path and a reference beam path through a beam splitter allows the use of interferometri see
  • the beam splitter brings together the light reflected from the reference mirror and the light reflected from the surface of the workpiece in the direction of the detector so that the composite signal is emitted from the detector at the detector
  • the reference mirror may be changed in its distance from the beam splitter with time, whereby the composite signal at the detector as
  • Interference signal in the time domain (English time domain, TD) can be analyzed. Due to the variable reference mirror, the measuring method of white light interferometry known under the heading TD-OCT is made possible in connection with the sensor or illumination module according to the invention.
  • means for spectrally separating the composite signal are provided between the beam splitter and the detector so that the composite signal can be analyzed at the detector as an interference signal (English frequency domain, FD) decomposed into a plurality of spectral channels. Due to the means for spectral separation, the known under the keyword FD-OCT measurement method of
  • Lighting module allows.
  • the sensor or the illumination module has a
  • Lighting module can be replaced on the sensor.
  • the different lighting modules can be designed for different diameters or for different measuring methods.
  • the object of the present invention is further solved by a method
  • focal positions can be assigned to different surfaces of a diffractive optical element and / or an optical element having a freeform optical system, such that the light of the light source can be detected by a movable and / or changeable optical element of the sensor or illumination module according to the invention
  • Different locations can be supplied to change the focus position of the sensor or the lighting module.
  • Distance to the sensor or lighting module is changed continuously or in individual steps to a large distance, so that during this scan always different sub-areas of the surface to be measured, the distances just set Corresponding distance of the focal position, can be detected by the sensor or the lighting module.
  • intensity signals from the focus area of the sensor or the illumination module are detected by a detector of the sensor configured to detect intensity signals as a function of the position of the movable and / or variable optical element of the sensor or of the illumination module and / or in dependence on the position of a reference mirror, which is movable in its normal direction, of the sensor and / or in
  • the second step is for a focus area changed in its lateral distance from the sensor or illumination module while maintaining the position approached in the first step or the first step for another desired position within the borehole or internal thread in the case of FIG Maintaining the position set in the second step of the movable and / or variable optical element of the sensor or the lighting module repeatedly carried out until in the subsequent third step, the complete information about the surface data of the section to be measured of the borehole or internal thread is present ,
  • Thread flanks and the thread depths z obtained. Due to the large difference between core and outer diameter (nominal diameter) with internal threads, it is usually not possible to work with only one focus position for a survey. It is understood that the scan along the axis by the change in position of the sensor or the
  • Illumination module can be performed by means of the coordinate measuring machine and the focus scan of the sensor or lighting module independently and in any combination with each other to obtain complete information about the surface coordinates of the internal thread.
  • Figure 1 is a schematic representation of an optical sensor of the prior
  • FIG. 11 is a schematic representation of a first embodiment of
  • Figure 3 is a schematic representation of a second embodiment of the
  • inventive sensor or lighting module with a multi-mirror arrangement and a diffractive optical element
  • Figure 4 is a schematic representation of a third embodiment of
  • inventive sensor or lighting module with a multi-mirror arrangement and a mirrored free-form surface
  • Figure 5 is a schematic representation of a fourth embodiment of the
  • inventive sensor or lighting module as White light interferometer with a multi-mirror arrangement and a mirrored freeform surface
  • FIG. 6 is a schematic representation of another invention
  • Illumination module for an optical sensor.
  • FIG. 1 shows a prior art optical sensor 30 for a coordinate measuring device for detecting surface coordinates of a workpiece 7 comprising at least one light source 1 and at least one detector 10 and optical elements 2, 3, 4, 5, 6 and 9 for guiding the Light on the one hand on the way from the at least one light source 1 on the surface 7a of the workpiece to be measured 7 and on the other hand on the way back from the surface 7a of the workpiece to be measured 7 to the at least one detector 10, wherein some of said optical elements 4, 5th , 6 and 6a are used both for the beam guidance on the way out and for the beam guidance on the way back and wherein at least one of said optical elements is a deflection element 6a on the way out for a deflection of the light on the surface 7a of the to be measured workpiece 7 and on the way back for a deflection of the light to the at least one Detek tor 10, wherein on the way through the deflecting element 6a, the focus area of the sensor 30 is at least partially arcuate and wherein the at least
  • optical sensor 30 shown in FIG. 1, together with the reference symbols, corresponds to the sensor disclosed in FIG. 11 of EP 2 093 536 A, only the reference symbol 7a for the surface of the workpiece 7 has been added. Further, the optical element 6 in the
  • Figure 1 not in a stepped form as shown in Figure 1 1 of EP 2 093 536 AI but as a solid cylinder.
  • FIG. 1 in contrast to FIG. 11, more space has been allocated for the light path between the collimation lens 2 and the axicon 3.
  • Figure 1 to Figure 1 1 of EP 2 093 536 AI results from the fact that the position of the aperture 8 in Figure 1 1 below the lens 9 corresponds to the position of a pupil plane and the position of the aperture 8 in of the present Figure 1 was selected above the lens 9 according to the location of the smallest constriction of the light beams.
  • FIG. 11 of EP 1 093 536 A1 light beams are shown above the beam splitter 4, which do not exist in reality.
  • the sensor 30 shown in Figure 1 is particularly suitable for measuring the
  • the sensor 30 is capable of fully projecting the focused on the inner wall or surface 7 a in the form of a ring focus area of the sensor 30 by means of only one measurement on the detector 10.
  • the light of the light source 1 is first collimated by a collimating lens 2, that is aligned almost parallel to the optical axis.
  • a subsequent axicon 3 ensures a decomposition of the parallel aligned light in a circumferentially closed ring bundle, wherein the ring bundle subsequently has a constant inclination to the optical axis.
  • a beam splitter 4 following the axicon 3 in the direction of the light deflects the ring bundle in the direction of a lens 5.
  • axicon 3 Due to the fact that the axicon 3 is approximately at the plane of the front focal length of the subsequent lens 5, those light beams of the ring bundle which have previously passed approximately through the tip of the axicon and thus from a point of the optical axis take their exit, aligned by the lens 5 parallel to the optical axis.
  • these rays pass through the plano-optics following the lens 5, in particular the one into one Transparent cylinder 6 embedded or incorporated deflection cone 6a almost perpendicular to the inner wall to be measured 7a of the borehole or workpiece 7 and are therefore reflected in itself, whereby these rays occupy the same path for the outward and return path between beam splitter 4 and surface 7a , On the way back, however, these beams pass through the beam splitter 4 and reach the detector 10.
  • Embodiment be successively staggered aperture as another option specific selection of inclined or skewed rays disclosed. However, this solution results in greater light losses due to the apertures.
  • the correct focus position in the focus variation can also be determined confocally by means of one or more apertures 8.
  • the focus is not optimized on the sharpness of the image but on its intensity.
  • Diameter of the aperture 8 depending on the selected focus position is known from digital photography.
  • Focus position of the sensor 30 would not change this, since this depends only on the focal length of the lens 5 and possibly also in addition to the distance of the deflection cone 6a to the rest of the sensor.
  • all rays emanating from a pupil plane accumulate in one and the same field level, those with a large angle in the pupil gather at a large field height and the small angle in the pupil accumulate at a small field height.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the sensor 31a or lighting module 41a according to the invention, which additionally has an axially movable axicon 3 and a diffractive optical element 5f or optical fiber 5f shown in broken lines in relation to the sensor 30 of the prior art Element having a free-form surface 5f.
  • the illumination module 41 a is the part of the sensor 31 a shown in the lower part of FIG. 2.
  • the dashed line between the upper part of the sensor 3 la from the lens 9 upwards and the illumination module 41 a from the aperture 8 downwards represents a possible and useful separation plane between these two parts of the sensor 31 a.
  • an exchange interface for replacement or coupling different lighting modules to be provided to the sensor 31 a is provided to the sensor 31 a.
  • FIGS. 3 to 5 have corresponding parting planes for exchanging or coupling different inventive illumination modules to sensors according to the invention.
  • FIG. 6 shows an alternative
  • Lighting module 41 e which is for replacement or coupling to the
  • inventive sensor 31 e is provided with an alternative parting plane.
  • FIG. 2 This is shown in FIG represented graphically that the rays of the Axikonspitze, which have formed in Figure 1 nor the outer edge of the ring bundle on the subsequent lens 5, in Figure 2 now represent the inner edge of the ring bundle on the subsequent lens 5.
  • the ring bundle passes through a region of the lens 5 which is located further outside than in FIG. 1.
  • rays of the same inclination in the pupil meet with ideal lenses according to the Fourier relation at the same field point.
  • a real lens differs slightly from this ideal because of its aberrations, and in particular the aberration of spherical aberration is responsible for collimating rays of light which meet a lens farther out at a focal point closer to the lens.
  • Focus deviation of the real lens 5 from an ideal lens due to the spherical aberration is represented in FIG. 2 as a shift of the focal position by the vector b. With the help of this changed focus position, it would then be possible to measure another hole 7 with a smaller diameter. Such a borehole is shown by dashed lines in FIG. According shortened to the sensor 30 out
  • Focus position also reduces the diameter of the borehole on the detector 10 by the vector c.
  • the vector c is exaggerated in the figures and therefore not
  • the lens 5 is also provided in the optical sensor 30 and the optical sensor according to the invention 31 a for imaging on the detector 10 and optically selected so that it does not have a large spherical aberration, which the imaging and the data acquisition on the detector 10 would complicate.
  • the strong focus effect of the lens 5 shown in FIG. 2 in the prior art sensor 30 is, for example, insufficient to achieve the variation of several millimeters in the focus position necessary for the measurement of an internal thread
  • an optical element 5f which, instead of or in addition to the lens 5, varies the focal position by a plurality
  • Such an element 5 f can now be a diffractive optical element (DOE) and / or an optical element with a free-form optical system.
  • DOE diffractive optical element
  • Both mentioned optical elements or an element which combines both properties mentioned are or will be able to provide a corresponding focus depending on the respective impact of the rays on the element.
  • the optical element with free-form optics it would be conceivable, for example, to choose a rotationally symmetrical aspherical surface form analogous to the Schmidt plate known for mirror telescopes. Such a Schmidt plate can be produced inexpensively.
  • holograms in particular so-called computer-generated holograms (CGH) are subsumed in the context of this application under the term diffractive optical elements.
  • the inventive sensor 31a or the illumination module 41a according to the invention of FIG. 2 is thus characterized in that a diffractive optical element 5f and / or an optical element with a free-form surface 5f at least on the way of the light to the surface 7a of the workpiece 7 between the at least a light source 1 and the surface 7a of the workpiece 7 is arranged, wherein between the at least one light source 1 and the diffrativen optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f, a movable and / or variable optical element 3 is arranged and wherein Help of the movable and / or variable optical element 3 of the location of the light on the diffractive optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f changed at least on the way from the at least one light source 1 to the surface 7a of the workpiece
  • the focus variation amounts to between 0.5 and 200 mm in order to both
  • Wavelength range manufacturable For example, injection molds for producing aspherical plastic lenses for digital cameras have been known for many years.
  • an optical element with a free-form optics 5f and toroidal optical element such as a ring lens or an arrangement of several nested one another understood separate ring lenses. Accordingly, an optical element with a free-form optics 5f and toroidal optical element such as a ring lens or an arrangement of several nested one another understood separate ring lenses. Accordingly, an optical element with a free-form optics 5f and toroidal optical element such as a ring lens or an arrangement of several nested one another understood separate ring lenses. Accordingly, an optical element with a free-form optics 5f and toroidal optical element such as a ring lens or an arrangement of several nested one another understood separate ring lenses. Accordingly, an optical element with a free-form optics 5f and toroidal optical element such as a ring lens or an arrangement of several nested one another understood separate ring lenses. Accordingly, an optical element with a free-form optics 5f and toroidal optical element such as a ring lens or an arrangement
  • Freeform optics 5f also consist of juxtaposed individual optical elements whose optically effective surfaces represent subsections of a freeform surface.
  • the evaluation of the intensity signals recorded at the detector 10 of the sensor 3 1 a according to the invention can be carried out according to the methods already discussed above in connection with the sensor 30 of FIG. 1.
  • a ring aperture 8 instead of the diaphragm 8 shown in Figure 2 are used.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a sensor 31b according to the invention or an illumination module 41b in which the axially movable axicon 3 has been exchanged for a variable multiple mirror arrangement (MMA).
  • This multiple mirror arrangement MMA can vary by other angular positions of the individual micro-tilting mirror the impact on the optical element 5f and thus its focus position. Since multi-mirror arrangements for projectors are well known in their mode of operation, a detailed discussion in the context of this application is dispensed with. Multiple mirror arrangements MMAs can be obtained as separate units cost-effectively from different manufacturers including corresponding control software.
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a sensor 31c or illumination module 41c according to the invention in which, compared to FIG. 3, the function of the optical element 5f has been integrated into the surface shape of the deflection element 6f.
  • This deflection element 6f has a free-form surface whose focal positions are dependent on which points of incidence the deflecting element 6f deflects the rays.
  • a deflection element 6f in which the rotationally symmetrical and aspherical free-form surface having a plane containing the symmetry axis of the freeform surface has an intersection curve and this intersection curve at least partially a
  • Curve section corresponds to a spiral and the spiral is given from the group: Corny, Euler or clothoid spiral, offers the possibility of continuous with the
  • the freeform surface can also be formed on the upper side and / or the circumferential surface of the cylinder 6.
  • the focus variation can also be realized by a diffractive optical element formed on the upper side and / or the lateral surface of the cylinder 6.
  • correspondingly differently shaped cylinders 6 can be exchanged for one another between the elements 4 and 5 or the elements 5 and 6 by means of a swiveling element 1, not shown in the figures.
  • mechanical protective sleeves for the cylinder 6 can be provided. When using optically transparent material for these mechanical protective sleeves different wall thicknesses and / or different
  • Borehole diameter can be used. In this respect are accordingly interchangeable
  • the diffr active optical element 5f has a rotationally symmetric diffraction characteristic and / or has the optical element with a free-form surface 5f; 6f a rotationally symmetric
  • the optical element with freeform surface 6f in the form of a cylinder 6 in the optical sensors or lighting modules according to the invention of Figures 4 to 6 is designed as a deflection, the underside is provided with a mirror coating and is formed by the free-form surface 6f.
  • the mirrored freeform surface 6f is thus sufficiently protected by the surrounding cylinder 6 from scratches and other damage in collisions with the workpiece 7.
  • 5 shows a further embodiment of a sensor 3 dd or illumination module 41 d based on white-light interferometry, also known as optical coherence radar or OCT
  • the basic structure of the sensor 31 d shown in FIG. 5 corresponds to the sensor 31 c shown in FIG.
  • a multi-mirror arrangement MMA, in conjunction with a deflection element 6f with free-form surface, provides for a
  • Embodiment of the sensor 3 Id of Figure 5 for the fact that only a proportion of light coming from the light source 1 is deflected in the detection beam path in the direction of the element 6f. The remaining part of the light passes through the beam splitter 4a and thus enters the reference beam path in the direction of a reference mirror R. It should be noted that due to the representation of FIG. 5 in DIN A4 format, the reference beam path is shown shortened relative to the detection beam path. With the basic structure of a Michelson interferometer shown in FIG.
  • the intensity signals at the detector 10 can be evaluated as a function of the reference mirror position.
  • the intensity signals of the detector 10 result from a superposition of the reflected light coming from the reference beam path and the detection beam path through the beam splitter 4a by means of the lens 9. If the light paths in the reference beam path and in the detection beam path are over, a constructive interference of the light results and thus a Intensity signal at the detector. With increasing path length difference ⁇ between the detection beam path and the reference beam path, however, this intensity signal at the detector decreases. Consequently, with the optical sensor 31d shown in FIG.
  • the composite signal at the detector 10 can be analyzed as an interference signal in the time domain (TD) as a function of the time-varying distance of the reference mirror R to the beam splitter 4a.
  • the reference mirror R is for this purpose, for example, by piezo actuators
  • Vibrations excited about its zero position and the corresponding interference signal will determine depending on the position of the mirror.
  • the zero position of the reference mirror R can be tuned by the piezo actuators or other additional actuators to the respective set focus position. Furthermore, it is conceivable alternatively a
  • each stage corresponds to a different focus position.
  • Reference mirror R of the optical sensor 31 d between the beam splitter 4a and the detector 10 also have means for spectral separation of the composite signal, so that the composite signal as a decomposed into several spectral channels interference signal (English frequency domain, FD) are analyzed at the detector 10 can.
  • the detector 10 may be subdivided into a plurality of areas which receive the different interference signals for different wavelengths, or a plurality of detectors 10 may be used next to each other or spatially offset from one another.
  • FIG. 6 shows a further illumination module 41e according to the invention for a sensor 31e according to the invention.
  • the illumination module 41e of FIG. 6 can be retrofitted, so that it can be connected to already existing optical systems.
  • the illumination module 41e shown in FIG. 6 differs from the illumination modules shown in FIGS. 2 to 5 in that it does not contain the lens 5 and thus the remaining part of the sensor 3 le with the lens 5 even without the illumination module forms a complete optical system optical measurement of workpieces 7 forms.
  • the illumination module 41e has a not shown
  • FIGS. 2 to 6 consequently disclose illumination modules 41a to 41e for an optical sensor 3 1 a to 3 1 e for detecting surface coordinates of a workpiece 7 by means of a coordinate measuring machine comprising at least one light source 1 and optical Elements 2, MMA; 3, 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source 1 on the surface 7a of the to be measured
  • the focal region of the sensor 3a to 31e is at least partially arc-shaped, and wherein a diffractive optical element 5f and / or an optical element with a free-form surface 5f; 6f is arranged at least on the way of the light to the surface 7a of the workpiece 7 between the at least one light source 1 and the surface 7a of the workpiece 7, wherein between the at least one light source 1 and the diffrativen optical element 5f and / or the optical element with the
  • Free-form surface 5f; 6f a movable and / or variable optical element MMA; 3 is arranged and wherein by means of the movable and / or variable optical element MMA; 3 the location of the light on the diffractive optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f; 6f can be changed at least on the way from the at least one light source 1 to the surface 7a of the workpiece 7 to be measured.
  • Lighting modules 41 a to 41 e an axicon 3 instead of a multi-mirror assembly MMA for varying the Lichtstrah running hangers and vice versa a multi-mirror assembly MMA instead of an axicon 3 can be used.
  • Lighting modules 41 a to 41 e a diffractive optical element 5f and / or an optical element with free-form surface 5f instead of an optical deflection element with free-form surface 6f for focus variation and vice versa can be used.
  • inventive sensors 31a; 31b; 31 c and 31 e and lighting modules 41 a; 41b; 41c and 41e alternatively to that in the
  • Embodiment of Figure 4 described superluminescent diode laser, LED (UV, VIS, IR), incandescent, halogen or (short) arc lamps can be used as the light source 1.
  • LED UV, VIS, IR
  • incandescent, halogen or (short) arc lamps can be used as the light source 1.
  • a broadband light source By using a broadband light source, a targeted longitudinal chromatic aberration of the optics used in the inventive sensors 31 a; 31b; 31 c and 31 e and lighting modules 41 a; 41b; 41c and 41e to the effect that a confocal measurement technique that images of images with color separations or by pixel-by-pixel color measurement are carried out with corresponding sensors.
  • the different wavelengths due to their different scattering properties can also be used for spatially resolved roughness measurements, for example via the parallel measurement of different color separations.
  • Coordinate measuring device measured by the sensor or the illumination module is moved by the coordinate measuring machine to a desired position within the borehole or internal thread of the workpiece (7) and in a second step by means of a movable and / or variable optical element (MMA; 3) of the sensor or of the illumination module, the location of incidence of the light of the at least one light source (1) on a diffractive optical element (5f) and / or an optical element with the free-form surface (5f; 6f) of the sensor or the
  • Illuminating module is changed at least on the way from the at least one light source (1) to the surface (7a) of the workpiece to be measured (7) such that the provided for surveying portions of the surface (7a) of the workpiece in the
  • Focus range of the sensor or lighting module arrive.
  • intensity signals from the focus area of the sensor or the illumination module are detected by a detector (10) designed to detect intensity signals as a function of the position of the movable and / or variable optical element (MMA; Lighting module and / or depending on the position of a movable in its normal direction
  • the second step for one in its lateral distance to the sensor or
  • Lighting module changed focus area in the maintenance of the approached in the first step position or the first step for another desired position within the internal thread while maintaining the second step set position of the movable and / or variable optical element (MMA; 3) of the sensor or Illuminating module are repeatedly carried out until in each subsequent third step, the complete information about the surface data of the section of the internal thread to be measured is present. These surface data can then be analyzed by known 3D point cloud mapping techniques
  • Determining the geometry of the measurement object into the corresponding geometric elements such as circle, ellipse, cylinder, ellipsoid, etc. are decomposed.
  • the method according to the invention or the sensors according to the invention can be calibrated or referenced using thread standards and / or can be returned to a normal.
  • workpieces are placed with several well-known internal threads on the measuring table of a coordinate measuring machine and it is carried out the inventive method by means of the sensors according to the invention and the detected dimensions of the internal thread are calibrated on the basis of the known dimensions of the internal thread.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

The invention relates to an optical sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) or an illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) for a coordinate measuring machine, wherein a deflection element (6a; 6f) ensures a deflection onto the surface (7a) of a workpiece (7) to be measured on the outward path of the light, wherein the focal region of the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) has an at least partly arcuate embodiment as a result of the deflection element (6a; 6f) and wherein a detector (10) of the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) is embodied in a planar manner for registering intensity signals of light from this focal region, wherein a diffractive optical element (5f) and/or an optical element with a free-form surface (5f; 6f) is arranged on the outward path, wherein a movable and/or changeable optical element (MMA; 3) is arranged between the light source (1) and the diffractive optical element and/or the optical element with the free-form surface (5f; 6f) and wherein the point of incidence of the light on the diffractive optical element (5f) and/or on the optical element with the free-form surface (5f; 6f) on the outward path can be modified with the aid of the movable and/or changeable optical element (MMA; 3).

Description

Beschreibung  description

Optischer Sensor für ein Koordinatenmessgerät sowie Beleuchtungsmodul für einen solchen optischen Sensor und Verfahren zur Vermessung von Innengewinden oder Bohrlöchern eines Werkstücks mit dem optischen Sensor bzw. Beleuchtungsmodul Optical sensor for a coordinate measuring machine and illumination module for such an optical sensor and method for measuring internal threads or boreholes of a workpiece with the optical sensor or lighting module

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor für ein Koord inatenmessgerät sowie ein Beleuchtungsmodul für einen solchen optischen Sensor und ein Verfahren zur Vermessung von Innengewinden oder Bohrlöchern eines Werkstücks mittels dem optischen Sensor bzw. Beleuchtungsmodul. The invention relates to an optical sensor for a coordinate inatenmessgerät and a lighting module for such an optical sensor and a method for measuring internal threads or boreholes of a workpiece by means of the optical sensor or lighting module.

Figure imgf000003_0001
Figure imgf000003_0001

w met sich ie Verö entl c ung DE 10 2004 012 426. Da e w r ein Per s op zw. ein w ith the release DE 10 2004 012 426. There is a per s op zw

Umlenkspiegel dazu genutzt, den Fokus bzw. die Fokuszone des Weißlichtinterferometers auf einen Punkt bzw. einen Bereich mit kleiner lateraler Ausdehnung der Innenwand zu lenken, um den Abstand dieses Punktes bzw. Bereichs der Innenwand zu messen. Nachteilig ist jedoch, dass zur vollständigen Vermessung nur einer Höhenlinie der Innenwand das Periskop bzw. der Umlenkspiegel sukzessive in verschiedene Drehpositionen um insgesamt 360° gedreht und pro Drehposition jeweils ein Messpunkt aufgenommen werden muss. Dies führt zu einer großen Zeitspanne für die vollständige Vermessung einer oder mehrere Höhenlinien der Innenwand eines Bohrlochs oder eines Innengewindes. Deflection mirror used to direct the focus or the focus zone of the white light interferometer on a point or a region with a small lateral extent of the inner wall to measure the distance of this point or area of the inner wall. The disadvantage is However, that for complete measurement of only one contour line of the inner wall, the periscope or the deflection mirror must be successively rotated in different rotational positions by a total of 360 ° and one measurement point must be recorded per rotational position. This results in a large amount of time for the complete measurement of one or more contour lines of the inner wall of a borehole or internal thread.

Die gleichzeitige Erfassung ganzer Höhenlinien von Innenwänden von Bohrlöchern ist im Zusammenhang mit der Figur 5 des Patents US 4,453,082 mittels eines rotationssymmetrischen Parabolspiegels für einen konfokalen Sensor offenbart. Nachteilig ist jedoch, dass der durch den Parabolspiegel erzeugte vollständige Fokusring in seinem Durchmesser durch die festgelegte Form des Parabolspiegels nicht variabel ist und so für verschiedene The simultaneous detection of whole contour lines of inner walls of boreholes is disclosed in connection with FIG. 5 of the patent US Pat. No. 4,453,082 by means of a rotationally symmetrical parabolic mirror for a confocal sensor. The disadvantage, however, is that the full focus ring generated by the parabolic mirror is not variable in diameter by the fixed shape of the parabolic mirror and so for different

Bohrlochdurchmesser verschiedene Sensoren mit unterschiedlichen Parabolspiegeln genutzt werden müssen. Dieses Problem der Fokusvariation löst die Veröffentlichung EP 2 093 536 AI dadurch, dass statt eines Parabolspiegels ein Konus genutzt wird und die Erzeugung des Fokusrings durch die Erzeugung bzw. Nutzung von ausschließlich zur optischen Achse geneigter Lichtstahlen herbeigeführt wird. Dabei werden in dem Ausführungsbeispiel zur Figur 1 der genannten Veröffentlichung zwei Blenden zur Auswahl ausschließlich zur optischen Achse geneigter Lichtstrahlen und in dem Ausführungsbeispiel zur Figur 1 1 ein Axikon zur Erzeugung ausschließlich zur optischen Achse geneigter Lichtstrahlen verwendet. Durch diese Borehole diameter different sensors with different parabolic mirrors must be used. This problem of focus variation solves the publication EP 2 093 536 AI in that instead of a parabolic mirror, a cone is used and the generation of the focus ring is brought about by the generation or use of inclined only to the optical axis of light beams. In this case, in the exemplary embodiment of FIG. 1 of the cited publication, two diaphragms are used for selecting light beams inclined only to the optical axis, and in the exemplary embodiment to FIG. 11 an axicon for producing light beams inclined only to the optical axis. Through this

Schrägstellung der Lichtstrahlen zur optischen Achse wird gewährleistet, dass diese Inclination of the light rays to the optical axis ensures that this

Lichtstrahlen auf einer Seite des Konus einen Fokus bilden und dass nach der Reflektion an der Innenwand eines Bohrlochs diese L ichtstrahlen auch auf der gleichen Seite des Konus zu einem Detektor zurücklaufen können. Ohne diese Schrägstellung würden die an der Light rays on one side of the cone form a focus and that after reflection on the inner wall of a borehole these light rays can also run back on the same side of the cone to a detector. Without this inclination, the at the

Innenwand reflektierten Strahlen auf dem Rückweg nicht mehr den Konus treffen. Dies ist der Grund, warum in vielen Dokumenten des Standes der Technik, welche in der Regel parallel zur optischen Achse ausgerichtetes Licht für eine Fokussierung durch eine Linse nutzen, ein Umlenkspiegel bzw. Periskop nach der Linse zum Umlenken des Fokuspunkts verwendet wird, da bei diesen Elementen sichergestellt ist, dass sowohl die zur Innenwand bzw. dem Inner wall reflected rays on the way back no longer hit the cone. This is the reason why in many prior art documents, which generally use light aligned parallel to the optical axis for focusing through a lens, a deflecting mirror or periscope is used after the lens to redirect the focus point Elements is ensured that both the inner wall or the

Fokus hinlaufenden Strahlen als auch die zurückkommenden reflektierten Strahlen durch den Umlenkspiegel bzw. das Periskop vollständig erfasst werden. Die Anpassung an verschiedene Bohrlochdurchmesser wird in der Veröffentlichung EP 2 093Focus incoming rays as well as the returning reflected rays are completely detected by the deflection mirror or the periscope. The adaptation to different borehole diameter is described in the publication EP 2 093

536 dadurch realisiert, dass der Abstand des Konus vom restlichen Sensor veränderbar ist. Hierzu ist es allerdings notwendig, den Konus und / oder das zugehörige Gehäuse, in das der Konus eingebettet ist, zu bewegen. Hierdurch müssen einerseits relativ große Massen bewegt werden und es muss andererseits die Bewegung des Konus sehr präzise kontrolliert werden. Die großen Massen führen zu einer Erhöhung der notwendigen Mess- bzw. Umrüstzeit für unterschiedliche Bohrlochdurchmesser oder für Bohrlöcher mit größeren Durchmesserschwankungen, wie sie zum Beispiel bei Innengewinden gegeben sind. Die Ungenauigkeit in der Bewegung des Konus führt zu einer reduzierten Messgenauigkeit sobald der Konus im Rahmen einer Messung bewegt werden muss. 536 realized in that the distance of the cone from the rest of the sensor is changeable. For this purpose, however, it is necessary to move the cone and / or the associated housing in which the cone is embedded. As a result, on the one hand relatively large masses must be moved and on the other hand, the movement of the cone must be very precisely controlled. The large masses lead to an increase in the necessary measuring or conversion time for different borehole diameters or for boreholes with larger diameter fluctuations, as they are given for example in internal threads. The inaccuracy in the movement of the cone leads to a reduced accuracy of measurement as soon as the cone has to be moved during a measurement.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Sensor bzw. ein Beleuchtungsmodul für ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung von Bohrlöchern oder Innengewinden anzugeben, der bzw. das gegenüber dem Stand der Technik eine hohe absolute Object of the present invention is therefore to provide a sensor or a lighting module for a coordinate measuring machine for measuring boreholes or internal threads, the or over the prior art, a high absolute

Messgenauigkeit und eine reduzierte Vermessungszeit für die vollständige Erfassung der Koordinaten von Innenwänden eines Bohrlochs mit größeren Durchmesserschwankungen, insbesondere eines Innengewindes erlaubt. Measurement accuracy and a reduced measurement time for the complete detection of the coordinates of inner walls of a well with larger diameter variations, in particular an internal thread allowed.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen optischen Sensor umfassend mindestens eine Lichtquelle und mindestens einen Detektor sowie optische Elemente zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks zu dem mindestens einen Detektor, wobei einige der genannten optischen Elemente sowohl für die Strahlführung auf dem Hinweg als auch für die This object is achieved by an optical sensor comprising at least one light source and at least one detector and optical elements for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured and on the other hand on the way back from the surface of the to be measured Workpiece to the at least one detector, wherein some of said optical elements both for the beam guidance on the way and for the

Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente ein Umlenkelement ist, das auf dem Hinweg für eine Beam guide to be used on the way back and wherein at least one of said optical elements is a deflecting element on the way out for a

Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das Umlenkelement der Fokusbereich des Sensors zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird und wobei der mindestens eine Detektor flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen von Licht aus diesem zumindest teilweise bogenförmigen Fokusbereich ausgebildet ist, wobei ein diffraktives optisches Element und / oder ein optisches Element mit einer Freiformoberfläche zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche des Werkstücks zwischen der mindestens einen Lichtquelle und der Oberfläche des Werkstücks angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle und dem diffrativen optischen Element und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche ein bewegliches und / oder veränderbares optisches Element angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element und / oder dem optischen Element mit der Deflection of the light on the surface of the workpiece to be measured and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector, wherein on the way through the deflecting the focus area of the sensor is at least partially arcuate and wherein the at least one detector in terms of area Detection of intensity signals of light from this at least partially arcuate focus area is formed, wherein a diffractive optical element and / or an optical element with a freeform surface at least on the way of the light to Surface of the workpiece between the at least one light source and the surface of the workpiece is arranged, wherein between the at least one light source and the diffrativen optical element and / or the optical element with the free-form surface is arranged a movable and / or variable optical element and wherein by means of of the movable and / or variable optical element of the location of the light on the diffractive optical element and / or the optical element with the

Freiformoberfläche zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle zu der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks verändert werden kann. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Beleuchtungsmodul für einen optischen Sensor zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines Werkstücks mittels eines Koordinaten- messgeräts umfassend mindestens eine Lichtquelle sowie optische Elemente zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks zu mindestens einem Detektor des optischen Sensors, wobei einige der genannten optischen Elemente sowohl für die Strahlführung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente ein Umlenkelement ist, das auf dem Hinweg für eine Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das Umlenkelement der Fokusbereich des Beieuchtungsmoduls bzw. Sensors zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird, wobei ein diffraktives optisches Element und / oder ein optisches Element mit einer Freiformoberfläche zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche des Werkstücks zwischen der mindestens einen Lichtquelle und der Oberfläche des Werkstücks angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einenFreiformoberfläche can be changed at least on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured. Furthermore, the object is achieved by an illumination module for an optical sensor for detecting surface coordinates of a workpiece by means of a coordinate measuring device comprising at least one light source and optical elements for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured and on the other hand, on the way back from the surface of the workpiece to be measured to at least one detector of the optical sensor, wherein some of said optical elements are used both for the beam on the way out and for the beam path in the return path and wherein at least one of said optical Elements is a deflection that provides on the way for a deflection of the light on the surface of the workpiece to be measured and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector, wherein on the way through the deflection The diffractive optical element and / or an optical element with a free-form surface is arranged at least on the way of the light to the surface of the workpiece between the at least one light source and the surface of the workpiece , wherein between the at least one

Lichtquelle und dem diffrativen optischen Element und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche ein bewegliches und / oder veränderbares optisches Element angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle zu der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks verändert werden kann. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich unterschiedlichen Orten der Oberfläche eines diffraktiven optischen Elements und / oder eines optischen Elements mit einer Freiformoptik unterschiedliche Fokuslagen zuordnen lassen, so dass durch ein bewegliches und / oder veränderbares optisches Element des erfindungsgemäßen Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls das Licht der Lichtquelle diesen unterschiedlichen Orten zugeführt werden kann, um die Fokuslage des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls zu ändern. Dadurch, dass das bewegliche und / oder veränderbare optische Element auf dem Hinweg des Lichts von der Lichtquelle zur Oberfläche des Werkstücks und dabei auch zwischen dem diffraktiven optischen Element und / oder dem optischen Element mit Freiformoptik und der Lichtquelle eingesetzt wird, reduziert sich der Einfluss einer Fehlstellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements auf den Messfehler des Sensors im Vergleich zum Stand der Technik erheblich. Bei diesem wird der Abstand eines Konus zum restlichen Sensor für eine andere Fokuslage verändert. Da allerdings der bewegliche Konus beim Stand der Technik sowohl für den Hinweg des Lichts zur Oberfläche, als auch für den Rückweg des Lichts zum Detektor und damit für Datenerfassung bzw. Messwertgenerierung verantwortlich ist, geht eineLight source and the diffrativen optical element and / or the optical element with the free-form surface, a movable and / or variable optical element is arranged and wherein with the aid of the movable and / or variable optical element of the impact of the light on the diffractive optical element and / or optical element with the free-form surface can be changed at least on the way from the at least one light source to the surface of the workpiece to be measured. According to the invention, it was recognized that different focal positions can be assigned to different surfaces of the surface of a diffractive optical element and / or an optical element having a free-form optical system, such that the light of the light source can be detected by a movable and / or changeable optical element of the sensor or illumination module according to the invention Different locations can be supplied to change the focus position of the sensor or lighting module. The fact that the movable and / or variable optical element is used on the way of the light from the light source to the surface of the workpiece and between the diffractive optical element and / or the optical element with free-form optics and the light source, the influence of a reduced Deformation of the movable and / or variable optical element on the measurement error of the sensor compared to the prior art considerably. In this case, the distance of a cone to the rest of the sensor is changed for another focus position. However, since the movable cone in the prior art is responsible for both the way of the light to the surface, as well as for the return of the light to the detector and thus for data acquisition or data generation, goes one

Fehlstellung des beweglichen Konus beim Stand der Technik als weiterer Beitrag direkt in den Messfehler des optischen Sensors ein. Darüber hinaus bietet der erfindungsgemäße Sensor bzw. das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul den Vorteil, das wesentlich leichtere bewegliche optische Elemente als ein Konus zur Änderung der Fokuslage verwendet werden können, wodurch sich die benötigte Zeit zum Wechseln der Fokuslage verkürzt. Insbesondere beim Einsatz von sogenannten Mehrfachspiegelanordnungen (englisch Mu lti -M i rror- Array s, MMA), wie er hinlänglich bei Projektoren bekannt ist, kann eine Änderung der Fokuslage im Zusammenspiel mit dem diffraktiven optischen Element und / oder der Freiformoptik in ms, insbesondere sogar in vorgenommen werden. Deformation of the movable cone in the prior art as a further contribution directly into the measurement error of the optical sensor. In addition, the sensor according to the invention or the illumination module according to the invention has the advantage that much lighter moving optical elements can be used as a cone to change the focal position, thereby shortening the time required to change the focus position. In particular, when using so-called multi-mirror arrangements (Mu lti -M i rror- array s, MMA), as is well known in projectors, a change in focus position in interaction with the diffractive optical element and / or the freeform optics in ms, in particular even be made in.

Aufgrund der kurzen Wechselzeit zur Änderung der Fokuslage ist der erfindungsgemäße Sensor bzw. das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul in der Lage, zum Beispiel Due to the short changeover time for changing the focus position, the sensor according to the invention or the illumination module according to the invention is capable of, for example

Innengewinde oder Hinterschneidungen in Bohrungen hinsichtlich ihrer Internal threads or undercuts in holes in terms of their

Oberflächenkoordinaten in sehr kurzer Zeit vollständig zu erfassen. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, die Messpunktdichte im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren signifikant zu erhöhen, so dass auch die Rauheit oder die Oberflächentextur aus den Oberflächendaten des Sensors ermittelt werden kann. In einer Ausführungsform weist das diffraktive optische Element eine rotationssymmetrische Beugungscharakteristik auf und / oder besitzt das optische Element mit einer Complete coverage of surface coordinates in a very short time. As a result, it is possible, for example, to significantly increase the measuring point density in comparison to conventional sensors, so that the roughness or the surface texture can also be determined from the surface data of the sensor. In one embodiment, the diffractive optical element has a rotationally symmetrical diffraction characteristic and / or has the optical element with a

Freiformoberfläche eine rotationssymmetrische Freiformoberfläche, so dass bei einer Einstellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements dahingehend, dass die Auftrefforte des Lichts einen konstanten Abstand zur Symmetrieachse des diffraktiven optischen Elements und / oder des optischen Elements mit Freiformoberfläche aufweisen, der hieraus resultierende, zumindest teilweise bogenförmige, insbesondere ringförmig geschlossene Fokusbereich des Sensors zur Vermessung von Innenwänden von Bohrungen oder Innengewinden des Werkstücks einen konstanten radialen Abstand zum optischen Sensor bzw. zu dessen optischer Achse aufweist. Zur Vermessung von kreisrunden Freiformoberfläche a rotationally symmetrical free-form surface, so that when adjusting the movable and / or variable optical element to the effect that the points of incidence of the light have a constant distance to the axis of symmetry of the diffractive optical element and / or the optical element with free-form surface, resulting thereof, at least partially arcuate, in particular annular closed focus region of the sensor for measuring inner walls of bores or internal threads of the workpiece has a constant radial distance to the optical sensor or to its optical axis. For measuring circular

Bohrlöchern oder Innengewinden ist es sinnvoll, einen möglichst geschlossenen ringförmigen Fokusbereich um den Sensor herum für die Erfassung von Oberflächenkoordinaten der Bohrlöcher oder der Innengewinde zu nutzen. Ein solcher Fokusbereich lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Sensor durch ein diffraktives optisches Element mit einer  Drill holes or internal threads, it is useful to use a closed as possible annular focus area around the sensor for the detection of surface coordinates of the holes or internal threads. Such a focus range can be in the sensor according to the invention by a diffractive optical element with a

rotationssymmetrischen Beugungscharakteristik und / oder durch ein optisches Element mit einer Freiformoptik mit einer rotationssymmetrischen Freiformoberfläche erreichen. Achieve rotationally symmetric diffraction characteristics and / or by an optical element with a freeform optics with a rotationally symmetric freeform surface.

In einer weiteren Ausführungsform weist das optische Element mit einer Freiformoberfläche eine asphärische Freiformoberfläche auf, wobei unterschiedlichen Zonen von Auftrefforten des Lichts mit zueinander unterschiedlichen lateralen Abständen zur Symmetrieachse des diffraktiven optischen Elements und / oder des optischen Elements mit Freiformoberfläche unterschiedliche Fokuslagen zur Bündelung des durch die Zonen hindurchtretenden Lichts zugeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, bei der Vermessung von Bohrlöchern und insbesondere von Innengewinden zwischen unterschiedlichen Fokuslagen zu wechseln, indem eine andere Zone des diffraktiven optischen Element und / oder des optischen Elements mit Freiformoberfläche durch das bewegliche und / oder veränderbare optische Element ausgeleuchtet wird. In a further embodiment, the optical element having a free-form surface has an aspherical free-form surface, wherein different zones of incidence of the light with mutually different lateral distances to the symmetry axis of the diffractive optical element and / or the optical element with freeform surface different focus positions for bundling of the zones associated with passing light. In this way it is possible, during the measurement of boreholes and in particular of internal threads, to switch between different focal positions by illuminating another zone of the diffractive optical element and / or the optical element with freeform surface by the movable and / or variable optical element.

In einer Ausführungsform weist die rotationssymmetrische und asphärische In one embodiment, the rotationally symmetric and aspherical

Freiformoberfläche mit einer die Symmetrieachse der Freiformoberfläche enthaltenen Ebene eine Schnittkurve auf und diese Schnittkurve entspricht zumindest Teilweise einem Freeform surface with a plane containing the symmetry axis of the free-form surface on a curve and this average curve corresponds at least partially

Kurvenabschnitt einer Spirale, wobei die Spirale gegeben ist aus der Gruppe: Corny-, Euler- oder Klothoiden-Spirale. Spiralen weisen in der Regel entlang ihrer Bogenlänge sich kontinuierlich in Ihrem Durchmesser verändernde Krümmungskreise auf. Durch ein Curve section of a spiral, where the spiral is given from the group: Corny, Euler or Clothoid spiral. Spirals usually point along their arc length continuously changing diameters in your diameter. Through a

Freiformelement, welches entlang einer Hauptkrümmungsrichtung einer Spiralform folgt, ist es somit möglich, kontinuierlich sich verändernde Fokuslagen in Abhängigkeit vom lateralen Zonenabstand zu erzeugen. Free-form element, which follows along a main direction of curvature of a spiral shape, it is thus possible to continuously generate changing focal positions depending on the lateral zone distance.

In einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element mit Freiformoberfläche in Form eines Zylinders als Umlenkelement ausgebildet, dessen Unterseite mit einer In a further embodiment, the optical element with free-form surface in the form of a cylinder is designed as a deflecting element, the underside of which with a

Spiegelbeschichtung versehen ist und durch die Freiformoberfläche gebildet wird. Ein solches optisches Element bietet den Vorteil, dass die verspiegelte Freiform fläche durch den Zylinder beim Einfahren in Bohrlöcher oder Innengewinde geschützt ist, so dass diese empfindliche Fläche bei Kollisionen mit dem Werkstück nicht zerkratzt wird. Mirror coating is provided and is formed by the free-form surface. Such an optical element has the advantage that the mirrored free-form surface is protected by the cylinder when entering bores or internal threads, so that this sensitive surface is not scratched in collisions with the workpiece.

In einer Ausführungsform ist das bewegliche optische Element durch ein entlang seiner Symmetrieachse beweglich gelagertes Axikon gegeben. Ein solches optische Element lässt sich kostengünstig herstellen. In one embodiment, the movable optical element is given by an axicon movably mounted along its axis of symmetry. Such an optical element can be produced inexpensively.

In einer anderen Ausführungsform ist das veränderbare optische Element durch eine In another embodiment, the variable optical element is a

Mikrospiegel-Anordnung (Micro Mirror Array. MMA) gegeben. Hierdurch lassen sich extrem kurze Umschaltzeiten zwischen unterschiedlichen Fokuslagen realisieren. Micro Mirror Array (MMA). As a result, extremely short switching times between different focal positions can be realized.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Lichtquelle durch eine Weißlichtquelle, insbesondere eine Superlumineszenzdiode gegeben und der Sensor bzw. das Beleuchtungsmodul umfasst einen Strahlteiler, eine Kollimationslinse und mindestens zwei für die In a further embodiment, the light source is given by a white light source, in particular a superluminescent diode, and the sensor or the illumination module comprises a beam splitter, a collimating lens and at least two for the

Abbildung auf den Detektor vorgesehene Linsen. Der Einsatz einer Weißlichtquelle, insbesondere einer Superlumineszenzdiode erlaubt die Realisierung unterschiedlicherIllustration of lenses provided on the detector. The use of a white light source, in particular a superluminescent diode allows the realization of different

Messprinzipien. Zum einen ist es denkbar, den Sensor wie ein Mikroskop oder eine Kamera zu betreiben und durch das bewegliche und / oder veränderbare optische Element Measuring principles. On the one hand, it is conceivable to operate the sensor like a microscope or a camera and by the movable and / or variable optical element

verschiedene Fokusvariationen vorzunehmen, wobei eine anschließende Auswertung der Schärfentiefe erfolgt. Oder der Sensor kann als zweidimensionaler konfokaler make different focus variations, with a subsequent evaluation of the depth of field. Or the sensor can be called a two-dimensional confocal

Abstandssensor, insbesondere als chromatischer konfokaler Sensor betrieben werden. Oder der Sensor kann aufgrund der Weißlichtquelle als sogenanntes Weißlichtinterferometer ausgestaltet sein. Auch bei den beiden letztgenannten Messprinzipien wird durch das bewegliche und / oder veränderbare optische Element im Zusammenspiel mit dem diffraktiven optischen Element und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche eine Änderung der Fokuslage vorgenommen. Distance sensor, in particular operated as a chromatic confocal sensor. Or the sensor can be configured as a so-called white light interferometer due to the white light source. In the case of the two latter measuring principles as well, the movable and / or variable optical element interacts with the latter diffractive optical element and / or the optical element with the free-form surface made a change in the focus position.

In einer Ausführungsform weist der Sensor bzw. das Beleuchtungsmodul einen Strahlteiler auf, der das von der Lichtquelle ankommende Licht anteilig aufspaltet in einen Detektionsstrahlengang, an dessen Ende sich die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks befindet und einen Referenzstrahlengang, an dessen Ende sich ein Referenzspiegel befindet. Diese Aufspaltung des Lichts der Lichtquelle in einen Detektionsstrahlengang und einen Referenzstrahlengang durch einen Strahlteiler ermöglicht den Einsatz von interferometri sehen In one embodiment, the sensor or the illumination module has a beam splitter, which proportionally splits the light arriving from the light source into a detection beam path, at the end of which the surface of the workpiece to be measured is located, and a reference beam path, at whose end there is a reference mirror. This splitting of the light of the light source into a detection beam path and a reference beam path through a beam splitter allows the use of interferometri see

Methoden für die Koordinatenermittlung. Methods for coordinate determination.

In einer weiteren Ausführungsform führt der Strahlteiler das von dem Referenzspiegel und das von der Oberfläche des Werkstücks reflektierte Licht in Richtung des Detektors zusammen, so dass an dem Detektor das zusammengesetzte Signal aus dem In a further embodiment, the beam splitter brings together the light reflected from the reference mirror and the light reflected from the surface of the workpiece in the direction of the detector so that the composite signal is emitted from the detector at the detector

Referenzstrahlengeng und dem Detektionsstrahlengang ausgewertet werden kann. Hierdurch wird einen interferometrische Überlagerung der Strahlengänge des Detektionsstrahlengangs und des Referenzstrahlengangs am Detektor des Sensors ermöglicht. Referenzstrahlengeng and the detection beam can be evaluated. As a result, an interferometric superposition of the beam paths of the detection beam path and the reference beam path at the detector of the sensor is made possible.

In einer Ausführungsform kann der Referenzspiegel in seinem Abstand zum Strahlteiler mit der Zeit verändert werden, wodurch das zusammengesetzte Signal am Detektor als In one embodiment, the reference mirror may be changed in its distance from the beam splitter with time, whereby the composite signal at the detector as

Interferenzsignal im Zeitbereich (englisch time domain, TD) analysiert werden kann. Durch den veränderlichen Referenzspiegel wird die unter dem Stichwort TD-OCT bekannte Messmethode der Weißlichtinterferometrie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensor bzw. Beleuchtungsmodul ermöglicht.  Interference signal in the time domain (English time domain, TD) can be analyzed. Due to the variable reference mirror, the measuring method of white light interferometry known under the heading TD-OCT is made possible in connection with the sensor or illumination module according to the invention.

In einer anderen Ausführungsform sind zwischen dem Strahlteiler und dem Detektor Mittel zur spektralen Trennung des zusammengesetzten Signals vorgesehen, so dass am Detektor das zusammengesetzte Signal als ein in mehrere spektrale Kanäle zerlegtes Interferenzsignal (englisch frequency domain, FD) analysiert werden kann. Durch die Mittel zur spektralen Trennung wird die unter dem Stichwort FD-OCT bekannte Messmethode der In another embodiment, means for spectrally separating the composite signal are provided between the beam splitter and the detector so that the composite signal can be analyzed at the detector as an interference signal (English frequency domain, FD) decomposed into a plurality of spectral channels. Due to the means for spectral separation, the known under the keyword FD-OCT measurement method of

Weißlichtinterferometrie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sensor bzw.  White light interferometry in connection with the sensor according to the invention or

Beleuchtungsmodul ermöglicht. In einer Ausführungsform weist der Sensor bzw. das Beleuchtungsmodul eine Lighting module allows. In one embodiment, the sensor or the illumination module has a

Wechselschnittstelle zur Ankopplung eines bzw. des Beleuchtungsmoduls an den Sensor auf. Hierdurch wird es ermöglicht, dass ein Beleuchtungsmodul gegen ein anderes  Change interface for coupling a or the lighting module to the sensor. This will allow one lighting module to go against another

Beleuchtungsmodul an dem Sensor ausgewechselt werden kann. Zum Beispiel können die unterschiedlichen Beleuchtungsmodule für unterschiedliche Durchmesser oder für unterschiedliche Messmethoden ausgelegt sein. Lighting module can be replaced on the sensor. For example, the different lighting modules can be designed for different diameters or for different measuring methods.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zu The object of the present invention is further solved by a method

Vermessen eines Bohrlochs insbesondere eines Innengewindes eines Werkstücks mittels eines Koordinatenmessgeräts mit Hilfe des erfindungsgemäßen Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls, wobei in einem ersten Schritt der Sensor bzw. das Beleuchtungsmodul durch das Measuring a borehole in particular an internal thread of a workpiece by means of a coordinate measuring machine with the aid of the sensor or illumination module according to the invention, wherein in a first step the sensor or the illumination module is moved through the

Koordinatenmessgerät an eine gewünschte Position innerhalb des Bohrlochs bzw. Coordinate measuring machine to a desired position within the borehole or

Innengewindes des Werkstücks verfahren wird und wobei in einem zweiten Schritt mit Hilfe eines beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements der Auftreffort des Lichts der mindestens einen Lichtquelle auf einem diffraktiven optischen Element und / oder einem optischen Element mit einer Freiformoberfläche zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle zu der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks derart verändert wird, dass die zur Vermessung vorgesehenen Teilbereiche der Oberfläche des Werkstücks in den Fokusbereich des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls gelangen. Internal thread of the workpiece is moved and wherein in a second step by means of a movable and / or variable optical element of the incidence of the light of the at least one light source on a diffractive optical element and / or an optical element with a freeform surface at least on the way from the at least a light source is changed to the surface of the workpiece to be measured such that the provided for surveying portions of the surface of the workpiece reach the focus area of the sensor or the illumination module.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich unterschiedlichen Orten der Oberfläche eines diffraktives optisches Element und / oder eines optisches Element mit einer Freiformoptik unterschiedliche Fokuslagen zuordnen lassen, so dass durch ein bewegliches und / oder veränderbares optisches Element des erfindungsgemäßen Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls das Licht der Lichtquelle diesen unterschiedlichen Orten zugeführt werden kann, um die Fokuslage des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls zu ändern. Somit ist es nach dem Einbringen des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls in ein Bohrloch bzw. Innengewinde möglich, dass die Fokuslage durch das Zusammenspiel von dem beweglichen und / oder veränderbaren optischen Element mit dem diffraktiven optischen Element und / oder dem Element mit einer Freiformoptik zum Beispiel von einem zunächst eingestellten geringenAccording to the invention, it has been recognized that different focal positions can be assigned to different surfaces of a diffractive optical element and / or an optical element having a freeform optical system, such that the light of the light source can be detected by a movable and / or changeable optical element of the sensor or illumination module according to the invention Different locations can be supplied to change the focus position of the sensor or the lighting module. Thus, after the introduction of the sensor or illumination module into a borehole or internal thread, it is possible for the focal position to be achieved by the interaction of the movable and / or variable optical element with the diffractive optical element and / or the element with a freeform optical system, for example an initially set low

Abstand zum Sensor bzw. Beleuchtungsmodul kontinuierlich oder in einzelnen Schritten auf einen großen Abstand verändert wird, so dass während dieses Scans immer unterschiedliche Teilbereiche der zu vermessenden Oberfläche, deren Abstände gerade dem eingestellten Abstand der Fokuslage entsprechen, durch den Sensor bzw. das Beleuchtungsmodul erfasst werden können. Distance to the sensor or lighting module is changed continuously or in individual steps to a large distance, so that during this scan always different sub-areas of the surface to be measured, the distances just set Corresponding distance of the focal position, can be detected by the sensor or the lighting module.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einem dritten Schritt Intensitätssignale aus dem Fokusbereich des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls von einem flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen ausgebildeten Detektor des Sensors in Abhängigkeit der Stellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls und / oder in Abhängigkeit der Stellung eines in seiner Normalenrichtung beweglichen Referenzspiegels des Sensors und / oder in In one embodiment of the method according to the invention, in a third step, intensity signals from the focus area of the sensor or the illumination module are detected by a detector of the sensor configured to detect intensity signals as a function of the position of the movable and / or variable optical element of the sensor or of the illumination module and / or in dependence on the position of a reference mirror, which is movable in its normal direction, of the sensor and / or in

Abhängigkeit der Frequenz bzw. Wellenlänge des von dem Detektor erfassten Lichts ermittelt. Durch diesen dritten Schritt erfolgt die Zuordnung von Intensitätssignalen aus dem Fokusbereich zu den unterschiedlich eingestellten Fokus lagen und damit die Zuordnung von unterschiedlichen Teilbereichen der zu vermessenden Oberfläche zu unterschiedlichen Abständen. Dependence of the frequency or wavelength of the detected light detected by the detector. By this third step, the assignment of intensity signals from the focus area to the differently set focal positions and thus the assignment of different sub-areas of the surface to be measured takes place at different distances.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Schritt für einen in seinem lateralen Abstand zum Sensor bzw. Beleuchtungsmodul veränderten Fokusbereich bei der Beibehaltung der im ersten Schritt angefahrenen Position oder der erste Schritt für eine andere gewünschte Position innerhalb des Bohrlochs bzw. Innengewindes bei der Beibehaltung der im zweiten Schritt eingestellten Stellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls solange wiederholt durchgeführt, bis in dem sich jedes Mal anschließenden dritten Schritt die vollständige Information über die Oberflächendaten des zu vermessenden Abschnitts des Bohrlochs bzw. Innengewindes vorliegt. In a further embodiment of the method according to the invention, the second step is for a focus area changed in its lateral distance from the sensor or illumination module while maintaining the position approached in the first step or the first step for another desired position within the borehole or internal thread in the case of FIG Maintaining the position set in the second step of the movable and / or variable optical element of the sensor or the lighting module repeatedly carried out until in the subsequent third step, the complete information about the surface data of the section to be measured of the borehole or internal thread is present ,

Insbesondere für Innengewinde, bei denen zum Beispiel bei Metrischen ISO-Gewinden die Differenz von Kern- und Außendurchmesser (Nenndurchmesser) zwischen 0,3 mm (bei M l ) und 7 mm (bei M64) beträgt, ist es notwendig, sowohl einen Scan entlang der Achse des Innengewindes, als auch einen Fokusscan über verschiedene Durchmesser bzw. Fokuslagen mit dem Sensor bzw. dem Beleuchtungsmodul durchzuführen, um die vollständige In particular, for internal threads where, for example, in metric ISO threads, the difference of core and outside diameter (nominal diameter) is between 0.3 mm (at M1) and 7 mm (at M64), it is necessary to do both a scan along the axis of the internal thread, as well as a focus scan over different diameters or focal positions with the sensor or the illumination module to perform the full

Oberflächeninformation des Innengewindes hinsichtlich des Gewindegangs, der Surface information of the internal thread with respect to the thread, the

Gewindeflanken und der Gewindetiefen z erhalten. Aufgrund der großen Differenz von Kern- und Außendurchmesser (Nenndurchmesser) bei Innengewinden ist es in der Regel nicht möglich, mit nur einer Fokuslage für eine Vermessung zu arbeiten. Es versteht sich, dass der Scan entlang der Achse durch die Positionsänderung des Sensors bzw. des Thread flanks and the thread depths z obtained. Due to the large difference between core and outer diameter (nominal diameter) with internal threads, it is usually not possible to work with only one focus position for a survey. It is understood that the scan along the axis by the change in position of the sensor or the

Beleuchtungsmoduls mittels des Koordinatenmessgeräts und der Fokusscan des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls unabhängig voneinander und in einer beliebigen Kombination miteinander durchgeführt werden können, um eine vollständige Information über die Oberflächenkoordinaten des Innengewindes zu erhalten. Illumination module can be performed by means of the coordinate measuring machine and the focus scan of the sensor or lighting module independently and in any combination with each other to obtain complete information about the surface coordinates of the internal thread.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Further features and advantages of the invention will become apparent from the following

Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die Description of embodiments of the invention with reference to the figures, which

erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen show details essential to the invention, and from the claims. The single ones

Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.  Features may be implemented individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigt Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. In these shows

Figur 1 eine schematische Darstellung eines optischen Sensors des Standes der Figure 1 is a schematic representation of an optical sensor of the prior

Technik entsprechend der Figur 1 1 aus EP 2 093 536 A I ; Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des  Technique according to FIG. 11 from EP 2 093 536 A I; Figure 2 is a schematic representation of a first embodiment of

erfindungsgemäßen Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls mit einem beweglichem Axikon und einem diffraktiven optischen Element;  sensor or lighting module according to the invention with a movable axicon and a diffractive optical element;

Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Figure 3 is a schematic representation of a second embodiment of the

erfindungsgemäßen Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls mit einer Mehrfachspiegelanordnung und einem diffraktiven optischen Element;  inventive sensor or lighting module with a multi-mirror arrangement and a diffractive optical element;

Figur 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Figure 4 is a schematic representation of a third embodiment of

erfindungsgemäßen Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls mit einer Mehrfachspiegelanordnung und einer verspiegelten Freiform fläche;  inventive sensor or lighting module with a multi-mirror arrangement and a mirrored free-form surface;

Figur 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Figure 5 is a schematic representation of a fourth embodiment of the

erfindungsgemäßen Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls als Wei ßl ichtinterferometer mit einer Mehrfachspiegelanordnung und einer verspiegelten Freiformfläche; und inventive sensor or lighting module as White light interferometer with a multi-mirror arrangement and a mirrored freeform surface; and

Figur 6 ein schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Figure 6 is a schematic representation of another invention

Beleuchtungsmoduls für einen optischen Sensor.  Illumination module for an optical sensor.

Figur 1 zeigt einen optischen Sensor 30 des Standes der Technik für ein Koordinaten- messgerät zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines Werkstücks 7 umfassend mindestens eine Lichtquelle 1 und mindestens einen Detektor 10 sowie optische Elemente 2, 3, 4, 5, 6 und 9 zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 auf die Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 zu dem mindestens einen Detektor 10, wobei einige der genannten optischen Elemente 4, 5, 6 und 6a sowohl für die Strahl fuhrung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente ein Umlenkelement 6a ist, das auf dem Hin weg für eine Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor 10 sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das Umlenkelement 6a der Fokusbereich des Sensors 30 zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird und wobei der mindestens eine Detektor 10 flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen von Licht aus diesem zumindest teilweise bogenförmigen Fokusbereich ausgebildet ist. 1 shows a prior art optical sensor 30 for a coordinate measuring device for detecting surface coordinates of a workpiece 7 comprising at least one light source 1 and at least one detector 10 and optical elements 2, 3, 4, 5, 6 and 9 for guiding the Light on the one hand on the way from the at least one light source 1 on the surface 7a of the workpiece to be measured 7 and on the other hand on the way back from the surface 7a of the workpiece to be measured 7 to the at least one detector 10, wherein some of said optical elements 4, 5th , 6 and 6a are used both for the beam guidance on the way out and for the beam guidance on the way back and wherein at least one of said optical elements is a deflection element 6a on the way out for a deflection of the light on the surface 7a of the to be measured workpiece 7 and on the way back for a deflection of the light to the at least one Detek tor 10, wherein on the way through the deflecting element 6a, the focus area of the sensor 30 is at least partially arcuate and wherein the at least one detector 10 in terms of area for detecting intensity signals of light from this at least partially arcuate focus area is formed.

Der in Figur 1 dargestellte optische Sensor 30 entspricht samt den Bezugszeichen dem in Figur 1 1 der EP 2 093 536 A I offenbarten Sensor, lediglich das Bezugszeichen 7a für die Oberfläche des Werkstücks 7 wurde ergänzt. Ferner wurde das optische Element 6 in derThe optical sensor 30 shown in FIG. 1, together with the reference symbols, corresponds to the sensor disclosed in FIG. 11 of EP 2 093 536 A, only the reference symbol 7a for the surface of the workpiece 7 has been added. Further, the optical element 6 in the

Figur 1 nicht in einer abgesetzten Form wie in der Figur 1 1 der EP 2 093 536 A I sondern als Vollzylinder dargestellt. Darüber hinaus wurde in der Figur 1 im Gegensatz zu der Figur 1 1 mehr Platz für den Lichtweg zwischen der Koliimationslinse 2 und dem Axikon 3 eingeräumt. Ein weiterer Unterschied der hier vorliegenden Figur 1 zu der Figur 1 1 der EP 2 093 536 A I ergibt sich daraus, dass die Lage der Blende 8 in der Figur 1 1 unterhalb der Linse 9 der Lage einer Pupillenebene entspricht und die Lage der Blende 8 in der vorliegenden Figur 1 oberhalb der Linse 9 gemäß dem Ort der kleinsten Einschnürung der Lichtstrahlen gewählt wurde. Ferner ist festzuhalten, dass in der Figur 1 1 der EP 2 093 536 AI Lichtstrahlen oberhalb des Strahlteilers 4 eingezeichnet sind, die in der Realität nicht existieren. Dies betrifft die äußersten Lichtstrahlen am Detektor 10 der Figur 1 1 der EP 2 093 536 A I . Vermutlich wurden diese nicht existierenden Lichtstrahlen zur Verdeutlichung der Pupillenebene und damit der Lage der Blende 8 in die Figur 1 1 der EP 2 093 536 A I aufgenommen. Eine korrekte Darstellung der Lichtstrahlen ohne diese nicht existierenden Lichtstrahlen findet sich dagegen in der nachfolgenden Figur 12 der EP 2 093 536 A I . Figure 1 not in a stepped form as shown in Figure 1 1 of EP 2 093 536 AI but as a solid cylinder. In addition, in FIG. 1, in contrast to FIG. 11, more space has been allocated for the light path between the collimation lens 2 and the axicon 3. A further difference of the present here Figure 1 to Figure 1 1 of EP 2 093 536 AI results from the fact that the position of the aperture 8 in Figure 1 1 below the lens 9 corresponds to the position of a pupil plane and the position of the aperture 8 in of the present Figure 1 was selected above the lens 9 according to the location of the smallest constriction of the light beams. It should also be noted that in FIG. 11 of EP 1 093 536 A1 light beams are shown above the beam splitter 4, which do not exist in reality. This relates to the outermost light beams at the detector 10 of Figure 1 1 of EP 2 093 536 AI. Presumably, these nonexistent light beams were taken to illustrate the pupil plane and thus the position of the diaphragm 8 in Figure 1 1 of EP 2 093 536 AI. A correct representation of the light rays without these nonexistent light rays, however, can be found in the following Figure 12 of EP 2 093 536 AI.

Die Funktionsweise des in Figur 1 dargestellten Sensors 30 wird im Folgenden kurz erläutert. Darüber hinaus wird auf die Offenbarung der EP 2 093 536 hinsichtlich der Funktionsweise dieses Sensors verwiesen, welche hiermit vollumfänglich für die Beschreibung des Sensors 30 der Figur 1 in Bezug genommen wird. The mode of operation of the sensor 30 shown in FIG. 1 will be briefly explained below. In addition, reference is made to the disclosure of EP 2 093 536 with regard to the operation of this sensor, which is hereby incorporated by reference in its entirety for the description of the sensor 30 of FIG.

Der in Figur 1 dargestellte Sensor 30 eignet sich insbesondere zur Vermessung der The sensor 30 shown in Figure 1 is particularly suitable for measuring the

Oberflächenkoordinaten der Innenseiten von Bohrlöchern eines Werkstücks 7, da der Sensor 30 in der Lage ist, den auf die Innenwand bzw. Oberfläche 7a in Form eines Rings projizierte Fokusbereich des Sensors 30 mittels nur einer Messung vollständig auf den Detektor 10 abzubilden. Dazu wird das Licht der Lichtquelle 1 zunächst durch eine Kollimationslinse 2 kollimiert, d.h. nahezu parallel zur optischen Achse ausgerichtet. Ein nachfolgendes Axikon 3 sorgt für eine Zerlegung des parallel ausgerichteten Lichts in ein umfänglich geschlossenes Ringbündel, wobei das Ringbündel nachfolgend eine konstante Neigung zur optischen Achse aufweist. Ein dem Axikon 3 im Hinweg des Lichts nachfolgender Strahlteiler 4 lenkt das Ringbündel in Richtung einer Linse 5 um. Aufgrund der Tatsache, dass sich das Axikon 3 in etwa der Ebene der vorderen Schnitt- bzw. Brennweite der nachfolgenden Linse 5 befindet, werden diejenigen Lichtstrahlen des Ringbündels, die zuvor annähernd durch die Spitze des Axikons gelaufen sind und somit von einem Punkt der optischen Achse ihren Ausgang nehmen, durch die Linse 5 parallel zu der optischen Achse ausgerichtet. Der laterale Abstand dieser Strahlen zur optischen Achse bzw. die sogenannte Höhe h beträgt nach der Linse 5 dann entsprechend h = f*sin a, wobei f die Brennweite der Linse 5 und a der Neigungswinkel gegenüber der optischen Achse beim Axikon 3 ist. Durch die parallele Ausrichtung dieser Strahlen zur optischen Achse gelangen diese Strahlen durch die der Linse 5 nachfolgenden Planoptiken, insbesondere den in einen transparenten Zylinder 6 eingebetteten bzw. eingearbeiteten Umlenkkonus 6a nahezu senkrecht auf die zu vermessende Innenwand 7a des Bohrlochs bzw. Werkstücks 7 und werden daher in sich reflektiert, wodurch diese Strahlen den gleichen Pfad für den Hin- und den Rückweg zwischen Strahlteiler 4 und Oberfläche 7a einnehmen. Auf dem Rückweg durchtreten diese Strahlen allerdings den Strahlteiler 4 und gelangen zu dem Detektor 10. Surface coordinates of the inner sides of boreholes of a workpiece 7, since the sensor 30 is capable of fully projecting the focused on the inner wall or surface 7 a in the form of a ring focus area of the sensor 30 by means of only one measurement on the detector 10. For this purpose, the light of the light source 1 is first collimated by a collimating lens 2, that is aligned almost parallel to the optical axis. A subsequent axicon 3 ensures a decomposition of the parallel aligned light in a circumferentially closed ring bundle, wherein the ring bundle subsequently has a constant inclination to the optical axis. A beam splitter 4 following the axicon 3 in the direction of the light deflects the ring bundle in the direction of a lens 5. Due to the fact that the axicon 3 is approximately at the plane of the front focal length of the subsequent lens 5, those light beams of the ring bundle which have previously passed approximately through the tip of the axicon and thus from a point of the optical axis take their exit, aligned by the lens 5 parallel to the optical axis. The lateral distance of these rays to the optical axis or the so-called height h after the lens 5 is then corresponding to h = f * sin a, where f is the focal length of the lens 5 and a is the angle of inclination with respect to the optical axis at the axicon 3. Due to the parallel alignment of these beams to the optical axis, these rays pass through the plano-optics following the lens 5, in particular the one into one Transparent cylinder 6 embedded or incorporated deflection cone 6a almost perpendicular to the inner wall to be measured 7a of the borehole or workpiece 7 and are therefore reflected in itself, whereby these rays occupy the same path for the outward and return path between beam splitter 4 and surface 7a , On the way back, however, these beams pass through the beam splitter 4 and reach the detector 10.

Der ringförmige Fokusbereich entsteht nun dadurch, dass nicht nur die Strahlen aus der Axikonspitze sondern alle Strahlen nach dem Axikon 3 den gleichen Neigungswinkel zur optischen Achse aufweisen. Da das Axikon 3 sich in etwa im Brennpunkt der Linse 5 befindet, stellt die Ebene des Axikon s eine Beleuchtungspupillenebene des Sensors 3 dar. Gemäß der allgemeinen optischen Fourier-Beziehungen zwischen Feld- und Pupillenebenen, die selbst bei einer einzelnen Linse 5 gegeben sind, sammeln sich alle Strahlen, die in einer Beleuchtungspupillenebene einer Optik der Brennweite f mit dem gleichen Neigungswinkel <x starten, in der Beleuchtungsfeldebene in einem Punkt mit dem lateralen Abstand h = f*sin α zur optische Achse. D.h. mit anderen Worten, die Erzeugung eines zur optischen Achse rotationssymmetrischen Ringbündels mit konstanter Neigung der Strahlen des Ringbündels zur optischen Achse in der Beleuchtungspupillenebene des Sensors 30 durch das Axikon 3 führt aufgrund der optischen Fourier-Beziehung von Feld- und Pupillenebenen automatisch zur Erzeugung eines ringförmigen Fokusbereichs in der Feldebene des Sensors 30. Dieser durch die geneigten Strahlen erzeugte ringförmige Fokusbereich wird bei dem Sensor 30 der Figur 1 durch einen verspiegelten Konus 6a am Ende eines transparenten Zylinderelements 6 auf die zu vermessende Oberfläche 7a des Werkstücks 7 umgelenkt. The annular focus area now arises because not only the rays from the axicon tip but all the rays after the axicon 3 have the same angle of inclination to the optical axis. Since the axicon 3 is approximately at the focal point of the lens 5, the plane of the axicon represents an illumination pupil plane of the sensor 3. According to the general optical Fourier relationships between field and pupil planes, which are given even for a single lens 5, all rays which start in an illumination pupil plane of an optic of the focal length f with the same inclination angle <x, collect in the illumination field plane at a point with the lateral distance h = f * sin α to the optical axis. That in other words, the generation of a circularly symmetric to the optical axis ring bundle with a constant inclination of the rays of the ring bundle to the optical axis in the illumination pupil plane of the sensor 30 through the axicon 3 automatically results in the generation of an annular focus area due to the optical Fourier relationship of field and pupil planes in the field plane of the sensor 30. This generated by the inclined beams annular focus area is deflected in the sensor 30 of Figure 1 by a mirrored cone 6a at the end of a transparent cylinder member 6 on the surface to be measured 7a of the workpiece 7.

Ohne die Erzeugung geneigter Strahlen durch das Axikon 3 würden sich alle ansonsten parallele Strahlen aufgrund h = f* sin 0° = 0 mm in einem Fokuspunkt auf der optischenWithout the generation of inclined rays by the axicon 3, all otherwise parallel rays due to h = f * sin 0 ° = 0 mm would be in a focal point on the optical

Achse sammeln. Hierdurch wäre es nicht möglich, die Strahlen mit dem Umlenkkonus 6a auf dem Hinweg und auf dem Rückweg umzulenken. Die Strahlen würden in diesem Fall auf dem Rückweg die optische Achse oberhalb des Konus schneiden und somit den Konus für eine weitere Umlenkung in Richtung des Detektors 10 verfehlen. Collect axle. As a result, it would not be possible to redirect the beams with the deflecting cone 6a on the way out and on the way back. In this case, the beams would cut the optical axis above the cone on the return path and thus miss the cone for a further deflection in the direction of the detector 10.

In der EP 2 093 536 AI ist im Zusammenhang mit der dortigen Figur 1 ein weiteres In EP 2 093 536 AI is in connection with the local figure 1 another

Ausführungsbeispiel eines Sensors 30 des Standes der Technik gezeigt. Bei diesem Embodiment of a sensor 30 of the prior art shown. In this

Ausführungsbeispiel werden hintereinander gestaffelte Blenden als weitere Möglichkeit zur gezielten Auswahl geneigter bzw. schiefwinkliger Strahlen offenbart. Diese Lösung hat jedoch größere Lichtverluste aufgrund der Blenden zur Folge. Embodiment be successively staggered aperture as another option specific selection of inclined or skewed rays disclosed. However, this solution results in greater light losses due to the apertures.

Die durch den ringförmigen Fokusbereich beleuchteten Oberflächenabschnitte der Oberfläche 7a werden bei dem Sensor 30 der Figur 1 durch zwei Linsen 5 und 9 auf einen The illuminated by the annular focus area surface portions of the surface 7a in the sensor 30 of Figure 1 by two lenses 5 and 9 on a

zweidimensionalen Detektor, zum Beispiel einen CCD- oder CMOS-Chip, abgebildet. D.h. mit anderen Worten, es werden mittels einer digitalen Kamera Aufnahmen der beleuchteten Oberflächenabschnitte getätigt. Zur Ermittlung der Koordinaten der beleuchteten two-dimensional detector, for example a CCD or CMOS chip. That In other words, recordings of the illuminated surface sections are made by means of a digital camera. To determine the coordinates of the illuminated

Oberflächenabschnitte kann dann aus den getätigten Aufnahmen die Verbreiterung der aufgenommenen Fokuslinie entsprechend dem im Zusammenhang mit der Figur 12 der EP 2 093 536 A I diskutierten Verfahrens ermittelt werden. Hierzu wird auf die vollumfänglich in Bezug genommene EP 2 093 536 A I und die dortige Figurenbeschreibung zur Figur 12 verwiesen. Allerdings ist es auch möglich, den Abstand des Zylinders 6 und damit des Umlenkkonus 6a gegenüber dem restlichen Sensor 30 zu variieren und damit verschiedene Aufnahmen des beleuchteten Oberflächenabschnitts bei verschiedenen Fokuslagen zu tätigen. Anschließend kann dann softwaretechnisch für den jeweiligen Teilabschnitt die beste Fokuslage und damit dessen Koordinate durch eine Kontrast- bzw. S chärfeau swertun g der Bilder ermittelt werden. Diese Methode ist unter dem Begriff Fokusvariation bekannt. Surface sections can then be determined from the taken recordings the broadening of the recorded focus line according to the method discussed in connection with FIG. 12 of EP 2 093 536 A I. Reference is made to EP 2 093 536 A, which is incorporated by reference in its entirety, and to the description of the figures relating to FIG. 12 therein. However, it is also possible to vary the distance of the cylinder 6 and thus of the deflection cone 6a from the rest of the sensor 30 and thus to make different shots of the illuminated surface portion at different focal positions. Subsequently, the best focus position and thus its coordinate can then be determined by software for the respective subsection by means of a contrast or image enhancement of the images. This method is known as focus variation.

Alternativ kann auch konfokal mittels einer oder mehrere Blenden 8 die richtige Fokuslage bei der Fokusvariation ermittelt werden. Hierbei wird dann nicht auf die Schärfe des Bildes sondern auf dessen Intensität optimiert. Bei dieser alternativen konfokalen Messtechnik könnte es allerdings notwendig sein, eine oder mehrere variable und entlang der optischen Achse fahrbare Blenden 8 zu nutzen, um die optimale Position und den optimalen Alternatively, the correct focus position in the focus variation can also be determined confocally by means of one or more apertures 8. In this case, the focus is not optimized on the sharpness of the image but on its intensity. In this alternative confocal measurement technique, however, it may be necessary to use one or more variable apertures 8 drivable along the optical axis to obtain the optimum position and the optimum

Durchmesser der Blende 8 in Abhängigkeit von der gewählten Fokuslage einzustellen. Solche Blenden sind aus der Digitalfotografie bekannt. Diameter of the aperture 8 depending on the selected focus position. Such apertures are known from digital photography.

Zu beachten ist noch, dass bei dem Sensor 30 der Figur 1 selbst bei einem Tausch des Axikons 3 gegen ein anderes Axikon, welches Lichtstrahlen mit größerem Neigungswinkeln ß erzeugt, dies zwar aufgrund ß > α zu einem größeren Abstand h' = f *sin ß > h = f* sin α der Strahlen zur optischen Achse nachfolgend der Linse 5 fuhren würde, sich allerdings dieIt should also be noted that in the case of the sensor 30 of FIG. 1, even when the axicon 3 is exchanged for another axicon which generates light beams with a larger inclination angle β, this is due to β> α to a larger distance h '= f * sin β > h = f * sin α of the rays to the optical axis following the lens 5 would lead, however, the

Fokuslage des Sensors 30 hierdurch nicht ändern würde, da diese nur von der Brennweite der Linse 5 und eventuell auch zusätzlich von dem Abstand des Umlenkkonus 6a zum restlichen Sensor abhängt. D.h. mit anderen Worten, alle von einer Pupillenebene ausgehenden Strahlen sammeln sich in ein und derselben Feldebene, die mit großem Winkel in der Pupille sammeln sich bei einer großen Feldhöhe und die mir kleinem Winkel in der Pupille sammeln sich bei einer kleinen Feldhöhe. Es lässt sich jedoch nicht mit einer Variation der Winkel in der Pupille die Lage der Feldebene entlang der optischen Achse verschieben. Focus position of the sensor 30 would not change this, since this depends only on the focal length of the lens 5 and possibly also in addition to the distance of the deflection cone 6a to the rest of the sensor. In other words, all rays emanating from a pupil plane accumulate in one and the same field level, those with a large angle in the pupil gather at a large field height and the small angle in the pupil accumulate at a small field height. However, it is not possible to shift the position of the field plane along the optical axis with a variation of the angles in the pupil.

Die Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors 31 a bzw. Beleuchtungsmoduls 41 a, der bzw. das zusätzlich gegenüber dem Sensor 30 des Standes der Technik in Figur 1 ein axial bewegliches Axikon 3 und ein gestrichelt dargestelltes diffraktives optisches Element 5f bzw. optisches Element mit einer Freiformoberfläche 5f aufweist. Das Beleuchtungsmodul 41 a ist dabei der im unteren Teil der Figur 2 dargestellte Teil des Sensors 31 a. Die gestrichelt eingezeichneten Linie zwischen dem oberen Teil des Sensors 3 l a ab der Linse 9 aufwärts und dem Beleuchtungsmodul 41a ab der Blende 8 abwärts stellt dabei eine mögliche und sinnvolle Trennebene zwischen diesen beiden Teilen des Sensors 31a dar. In dieser Ebene kann eine Wechselschnittstelle zum Einwechseln bzw. Ankoppeln verschiedener Beleuchtungsmodule an den Sensor 31 a vorgesehen sein. Diese wechselbaren Beleuchtungsmodule können dabei auf v erschiedenen eingangs erwähnten Messtechniken basieren, entsprechend den Figuren 3 bis 5 ausgeführt oder für verschiedene Messaufgaben angepasst sein. Die Figuren 3 bis 5 weisen entsprechende Trennebenen zum Einwechseln bzw. Ankoppeln verschiedener erfindungsgemäßer Beleuchtungsmodule an erfindungsgemäßen Sensoren auf. Die Figur 6 zeigt hingegen ein alternatives FIG. 2 shows a first embodiment of the sensor 31a or lighting module 41a according to the invention, which additionally has an axially movable axicon 3 and a diffractive optical element 5f or optical fiber 5f shown in broken lines in relation to the sensor 30 of the prior art Element having a free-form surface 5f. The illumination module 41 a is the part of the sensor 31 a shown in the lower part of FIG. 2. The dashed line between the upper part of the sensor 3 la from the lens 9 upwards and the illumination module 41 a from the aperture 8 downwards represents a possible and useful separation plane between these two parts of the sensor 31 a. In this level, an exchange interface for replacement or coupling different lighting modules to be provided to the sensor 31 a. These exchangeable illumination modules can be based on various measuring techniques mentioned in the introduction, be executed according to FIGS. 3 to 5 or adapted for different measuring tasks. FIGS. 3 to 5 have corresponding parting planes for exchanging or coupling different inventive illumination modules to sensors according to the invention. By contrast, FIG. 6 shows an alternative

Beleuchtungsmodul 41 e, welches zum Einwechseln bzw. Ankoppeln an den Lighting module 41 e, which is for replacement or coupling to the

erfindungsgemäßen Sensor 31 e mit einer alternativen Trennebene vorgesehen ist. inventive sensor 31 e is provided with an alternative parting plane.

Zunächst wird nachfolgend ohne Berücksichtigung des gestrichelt dargestellten Elements 5f im Rahmen der Figur 2 erläutert, was passiert, wenn das Axikon 3 bei einem Sensor 0 des Standes der Technik von seiner in der Figur 1 dargestellten Position um den in der Figur 2 dargestel Iten Verschiebevektor a axial in Richtung der Lichtquelle 1 versetzt wird. Durch diese Verschiebung des Axikons 3 ändert sich die Neigung der Strahlen nicht. D.h. die Strahlen starten an der ehemaligen Position des Axikons 3 und damit in der Pupille nach wie vor mit der gleichen Neigung zur optischen Achse. Allerdings ist das Ringbündel bei dem um den Vektor a verschobenen Axikon 3 jetzt in der Pupille lateral aufgeweitet, d.h. , die Orte der Strahlen des Ringbündels in der Pupille befinden sich weiter von der optischen Achse entfernt als in Figur 1. Dies ist in der Figur 2 dadurch graphisch dargestellt, dass die Strahlen der Axikonspitze, welche in der Figur 1 noch den äußeren Rand des Ringbündels auf der nachfolgenden Linse 5 gebildet haben, in der Figur 2 nun den inneren Rand des Ringbündels auf der nachfolgenden Linse 5 darstellen. Somit durchläuft das Ringbündel in der Figur 2 einen weiter außen liegenden Bereich der Linse 5 als in der Figur 1. 2, what happens when the axicon 3 in a sensor 0 of the prior art from its position shown in FIG. 1 to the displacement vector a shown in FIG axially offset in the direction of the light source 1. By this displacement of the axicon 3, the inclination of the rays does not change. That is, the rays start at the former position of the axicon 3 and thus in the pupil with the same inclination to the optical axis. However, in the axicon 3 displaced by the vector a, the ring bundle is now laterally widened in the pupil, ie, the locations of the rays of the ring bundle in the pupil are further away from the optical axis than in FIG. 1. This is shown in FIG represented graphically that the rays of the Axikonspitze, which have formed in Figure 1 nor the outer edge of the ring bundle on the subsequent lens 5, in Figure 2 now represent the inner edge of the ring bundle on the subsequent lens 5. Thus, in FIG. 2, the ring bundle passes through a region of the lens 5 which is located further outside than in FIG. 1.

Grundsätzlich treffen sich Strahlen gleicher Neigung in der Pupille bei idealen Linsen gemäß der Fourier-Beziehung am gleichen Feldpunkt. Eine reelle Linse hingegen weicht von diesem Ideal jedoch aufgrund ihrer Bildfehler leicht ab, insbesondere der Bildfehler der sphärischen Aberration ist dafür verantwortlich, dass Lichtstrahlen, welche eine Linse weiter außen treffen sich in einem Brennpunkt mit einem geringeren Abstand zur Linse sammeln. Diese In principle, rays of the same inclination in the pupil meet with ideal lenses according to the Fourier relation at the same field point. A real lens, on the other hand, differs slightly from this ideal because of its aberrations, and in particular the aberration of spherical aberration is responsible for collimating rays of light which meet a lens farther out at a focal point closer to the lens. These

Brennpunkt-Abweichung der reellen Linse 5 von einer idealen Linse aufgrund der sphärischen Aberration ist in der Figur 2 als eine Verschiebung der Fokuslage durch den Vektor b repräsentiert. Mit Hilfe dieser veränderten Fokuslage wäre es dann möglich, ein anderes Bohrloch 7 mit einem geringeren Durchmesser zu vermessen. Ein solches Bohrloch ist in der Figur 2 gestrichelt dargestellt. Entsprechend der zum Sensor 30 hin verkürztenFocus deviation of the real lens 5 from an ideal lens due to the spherical aberration is represented in FIG. 2 as a shift of the focal position by the vector b. With the help of this changed focus position, it would then be possible to measure another hole 7 with a smaller diameter. Such a borehole is shown by dashed lines in FIG. According shortened to the sensor 30 out

Fokuslage reduziert sich auch der Durchmesser des Bohrlochs auf dem Detektor 10 um den Vektor c. Der Vektor c ist dabei in den Figuren übertrieben groß und daher nicht Focus position also reduces the diameter of the borehole on the detector 10 by the vector c. The vector c is exaggerated in the figures and therefore not

maßstabsgerecht dargestellt. Allerdings ist die Linse 5 bei dem optischen Sensor 30 und bei dem erfindungsgemäßen optischen Sensor 31 a auch für die Abbildung auf den Detektor 10 vorgesehen und damit dahingehend optisch ausgewählt, dass sie keine große sphärische Aberration aufweist, welche die Abbildung und die Datenerfassung auf dem Detektor 10 erschweren würde. Somit ist der in der Figur 2 stark überzogen dargestellte Fokuseffekt der Linse 5 bei dem Sensor 30 des Standes der Technik zum Beispiel nicht ausreichend, um die für die Vermessung eines Innengewindes notwendige Variation von mehreren Millimetern in der Fokuslage shown to scale. However, the lens 5 is also provided in the optical sensor 30 and the optical sensor according to the invention 31 a for imaging on the detector 10 and optically selected so that it does not have a large spherical aberration, which the imaging and the data acquisition on the detector 10 would complicate. Thus, the strong focus effect of the lens 5 shown in FIG. 2 in the prior art sensor 30 is, for example, insufficient to achieve the variation of several millimeters in the focus position necessary for the measurement of an internal thread

ausschließlich durch eine Veränderung der Position des Axikons 3 bereitzustellen. solely by a change in the position of the axicon 3 provide.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, ein optisches Element 5f bereitzustellen, welches anstatt oder zusätzlich zur Linse 5 eine Variation der Fokuslage um mehrere According to the invention, it is therefore proposed to provide an optical element 5f which, instead of or in addition to the lens 5, varies the focal position by a plurality

Millimeter bei einer Ortsänderung der auf das Element 5f auftreffenden Lichtstrahlen ermöglicht. Ein solches Element 5 f kann nun ein diffraktives optisches Element (DOE) und / oder ein optisches Element mit einer Freiformoptik sein. Beide genannten optischen Elemente oder auch ein Element, welches beide genannten Eigenschaften vereint, sind bzw. ist in der Lage, abhängig von jeweiligen Auftreffort der Strahlen auf dem Element eine entsprechende Fokus läge bereitzustellen. Bei dem optischen Element mit Freiformoptik wäre es zum Beispiel denkbar, eine rotationssymmetrische asphärische Oberflächenform analog der für Spiegelteleskope bekannten Schmidtplatte zu wählen. Eine solche Schmidtplatte lässt sich kostengünstig herstellen. Auch Hologramme, insbesondere sogenannte Computer generierte Hologramme (CGH) werden im Rahmen dieser Anmeldung unter den Begriff diffraktive optische Elemente subsummiert. Der erfindungsgemäße Sensor 31a bzw. das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul 41a der Figur 2 zeichnet sich somit dadurch aus, dass ein diffraktives optisches Element 5f und / oder ein optisches Element mit einer Freiformoberfläche 5f zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche 7a des Werkstücks 7 zwischen der mindestens einen Lichtquelle 1 und der Oberfläche 7a des Werkstücks 7 angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle 1 und dem diffrativen optischen Element 5f und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche 5f ein bewegliches und / oder veränderbares optisches Element 3 angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements 3 der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element 5f und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche 5f zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 zu der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 verändert werden kann. Millimeters at a change of location of the incident on the element 5f light rays allows. Such an element 5 f can now be a diffractive optical element (DOE) and / or an optical element with a free-form optical system. Both mentioned optical elements or an element which combines both properties mentioned are or will be able to provide a corresponding focus depending on the respective impact of the rays on the element. In the case of the optical element with free-form optics, it would be conceivable, for example, to choose a rotationally symmetrical aspherical surface form analogous to the Schmidt plate known for mirror telescopes. Such a Schmidt plate can be produced inexpensively. Also holograms, in particular so-called computer-generated holograms (CGH) are subsumed in the context of this application under the term diffractive optical elements. The inventive sensor 31a or the illumination module 41a according to the invention of FIG. 2 is thus characterized in that a diffractive optical element 5f and / or an optical element with a free-form surface 5f at least on the way of the light to the surface 7a of the workpiece 7 between the at least a light source 1 and the surface 7a of the workpiece 7 is arranged, wherein between the at least one light source 1 and the diffrativen optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f, a movable and / or variable optical element 3 is arranged and wherein Help of the movable and / or variable optical element 3 of the location of the light on the diffractive optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f changed at least on the way from the at least one light source 1 to the surface 7a of the workpiece 7 to be measured will ka nn.

Die Fokusvariation beträgt dabei bei dem erfindungsgemäßen Sensor 31a bzw. dem erfindungsgemäßen Beleuchtungsmodul 41a zwischen 0,5 und 200 mm, um sowohl In the case of the sensor 31a or the illumination module 41a according to the invention, the focus variation amounts to between 0.5 and 200 mm in order to both

Innengewinde als auch Zylinderbohrungen innerhalb von Motorblöcken vermessen zu können. Entsprechende diffraktive optische Elemente 5f und / oder optische Elemente mit einer Freiformoptik 5f, die eine Brennweitenvariation von 200 mm aufweisen, sind ohne großen technologischen Aufwand für den sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Internal thread and cylinder bores within engine blocks can measure. Corresponding diffractive optical elements 5f and / or optical elements with a free-form optics 5f, which have a focal length variation of 200 mm, are without much technological effort for the visible, ultraviolet or infrared

Wellenlängenbereich herstellbar. Zum Beispiel sind Spritzgussformen zur Herstellung asphärischer Kunststofflinsen für Digital kameras seit vielen Jahren bekannt. Wavelength range manufacturable. For example, injection molds for producing aspherical plastic lenses for digital cameras have been known for many years.

Als optisches Element mit einer Freiformoptik 5f werden auch toroidale optische Element wie zum Beispiel eine Ringlinse oder eine Anordnung mehrerer ineinander geschachtelter separater Ringlinsen verstanden. Dementsprechend kann ein optisches Element mit As an optical element with a free-form optics 5f and toroidal optical element such as a ring lens or an arrangement of several nested one another understood separate ring lenses. Accordingly, an optical element with

Freiformoptik 5f auch aus nebeneinander angeordneten einzelnen optischen Elementen bestehen, deren optisch wirksamen Flächen Teilabschnitte einer Freiformoberfläche darstellen. Freeform optics 5f also consist of juxtaposed individual optical elements whose optically effective surfaces represent subsections of a freeform surface.

Alternativ zu einem in der Figur 2 dargestellten Axikon 3 kann auch ein sogenanntes refraktives optisches Element eingesetzt werden, dessen Oberflächenparzellen entsprechend einer Fresnellinse lokal die Neigung der Axikonflächen nachbilden. Ferner kann die As an alternative to an axicon 3 shown in FIG. 2, it is also possible to use a so-called refractive optical element whose surface parcels locally simulate the inclination of the axial surfaces in accordance with a Fresnel lens. Furthermore, the

Funktionalität eines Axikons 3 auch durch ein diffraktives optisches Element nachgebildet werden. Beide genannten Alternativen sind jedoch mit erhöhten Hersteilkosten verbunden. Functionality of an axicon 3 are also modeled by a diffractive optical element. However, both mentioned alternatives are associated with increased cost of manufacture.

Die Auswertung der am Detektor 10 des erfindungsgemäßen Sensors 3 1 a aufgenommenen Intensitätssignale kann entsprechend der oben im Zusammenhang mit dem Sensor 30 der Figur 1 bereits besprochenen Methoden erfolgen. Hierbei kann insbesondere für kon fokale Methoden eine Ringblende 8 statt der in der Figur 2 dargestellten Blende 8 eingesetzt werden. The evaluation of the intensity signals recorded at the detector 10 of the sensor 3 1 a according to the invention can be carried out according to the methods already discussed above in connection with the sensor 30 of FIG. 1. In this case, in particular for kon focal methods, a ring aperture 8 instead of the diaphragm 8 shown in Figure 2 are used.

Die Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Sensor 31 b bzw. ein Beleuchtungsmodul 41 b bei dem das axial bewegliche Axikon 3 gegen eine veränderbare Mehrfachspiegelanordnung (Multi-Mirror-Array, MMA) getauscht wurde. Diese Mehrfachspiegelanordnung MMA kann durch andere Winkelstellungen der einzelnen Mikro-Kippspiegel den Auftreffort auf dem optischen Element 5f und somit dessen Fokuslage variieren. Da Mehrfachspiegelanordnungen für Projektoren in ihrer Funktionsweise hinlänglich bekannt sind, wird auf eine eingehende Diskussion im Rahmen dieser Anmeldung verzichtet. Mehrfachspiegelanordnungen MMAs können als separate Einheiten kostengünstig von verschiedenen Herstellern inklusiver entsprechender Ansteuersoftware bezogen werden. Dabei könne diese für Projektoren vorgesehenen MMAs direkt auch für den erfindungsgemäßen Sensor 31b bzw. das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul 41 b eingesetzt werden, da die optischen Anforderungen an Baugröße, Kippwinkel, Größe der Mikrospiegel und Wellenlängen sich bei dem Sensor 31 b bzw. dem Beleuchtungsmodul 41 b nicht von denjenigen Anforderung eines Projektors zur Projektion eines Computerbildschirms auf eine Leinwand unterscheiden. Die Figur 4 zeigt ein drittes Ausfuhrungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Sensor 31c bzw. Beleuchtungsmodul 41c bei dem gegenüber der Figur 3 die Funktion des optischen Elements 5f in die Oberflächenform des Umlenkelements 6f integriert wurde. Dieses Umlenkelement 6f hat eine Freiformoberfläche, deren Fokuslagen davon abhängig sind an welchen Auftrefforten beim Umlenkelement 6f die Strahlen umgelenkt werden. insbesondere ein Umlenkelement 6f, bei dem die rotationssymmetrische und asphärische Freiformoberfläche mit einer die Symmetrieachse der Freiformoberfläche enthaltenen Ebene eine Schnittkurve aufweist und diese Schnittkurve zumindest Teilweise einem FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a sensor 31b according to the invention or an illumination module 41b in which the axially movable axicon 3 has been exchanged for a variable multiple mirror arrangement (MMA). This multiple mirror arrangement MMA can vary by other angular positions of the individual micro-tilting mirror the impact on the optical element 5f and thus its focus position. Since multi-mirror arrangements for projectors are well known in their mode of operation, a detailed discussion in the context of this application is dispensed with. Multiple mirror arrangements MMAs can be obtained as separate units cost-effectively from different manufacturers including corresponding control software. This MMAs provided for projectors can also be used directly for the sensor 31b according to the invention or the illumination module 41b according to the invention, since the optical requirements for size, tilt angle, size of the micromirrors and wavelengths are different for the sensor 31b or the illumination module 41b do not differ from those requesting a projector to project a computer screen onto a screen. FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a sensor 31c or illumination module 41c according to the invention in which, compared to FIG. 3, the function of the optical element 5f has been integrated into the surface shape of the deflection element 6f. This deflection element 6f has a free-form surface whose focal positions are dependent on which points of incidence the deflecting element 6f deflects the rays. in particular, a deflection element 6f, in which the rotationally symmetrical and aspherical free-form surface having a plane containing the symmetry axis of the freeform surface has an intersection curve and this intersection curve at least partially a

Kurvenabschnitt einer Spirale entspricht und die Spirale gegeben ist aus der Gruppe: Corny-, Euler- oder Klothoiden-Spirale, bietet die Möglichkeit, von kontinuierlich mit dem Curve section corresponds to a spiral and the spiral is given from the group: Corny, Euler or clothoid spiral, offers the possibility of continuous with the

Auftreffort sich verändernden Fokuslagen. Spiralkurven weisen in der Regel sich kontinuierlich mit der Bogenlänge verändernde Krümmungen und damit kontinuierlich mit dem Auftreffort veränderliche Fokuslagen auf. Repräsentativ für diese vielen Impacts changing focus positions. Spiral curves usually have continuously varying curvatures with the arc length and thus continuously variable focal positions with the point of incidence. Representative of these many

unterschiedlichen Fokuslagen sind in der Figur 4 nur zwei unterschiedliche Fokuslagen mit den Vektoren b und B sowie die daraus resultierenden Orts versch iebu n gen auf dem Detektor 10 mit den Vektoren c und C dargestellt. 4, only two different focal positions with the vectors b and B and the resulting location displacements on the detector 10 with the vectors c and C are shown in FIG.

Allerdings kann die Freiformoberfläche statt an der Unterseite des transparenten Zylinders 6 in Form einer verspiegelten Oberfläche 6f als Umlenkelement auch an der Oberseite und / oder der Mantelfläche der Zylinders 6 ausgebildet sein. Alternativ kann die Fokusvariation auch durch ein an der Oberseite und / oder der Mantelfläche des Zylinders 6 ausgebildetes diffraktives optische Element realisiert werden. Ferner können entsprechend verschieden ausgebildete Zylinder 6 durch eine in den Figuren nicht dargestellte Wech se 1 sehn i ttste 11 e zwischen den Elementen 4 und 5 oder den Elemente 5 und 6 gegeneinander ausgewechselt werden. Darüber hinaus können mechanische Schutzhülsen für die Zylinder 6 vorgesehen werden. Bei der Verwendung von optisch transparentem Material für diese mechanischen Schutzhülsen können unterschiedliche Wandstärken und / oder unterschiedliche However, instead of being formed on the underside of the transparent cylinder 6 in the form of a mirrored surface 6f as deflecting element, the freeform surface can also be formed on the upper side and / or the circumferential surface of the cylinder 6. Alternatively, the focus variation can also be realized by a diffractive optical element formed on the upper side and / or the lateral surface of the cylinder 6. Furthermore, correspondingly differently shaped cylinders 6 can be exchanged for one another between the elements 4 and 5 or the elements 5 and 6 by means of a swiveling element 1, not shown in the figures. In addition, mechanical protective sleeves for the cylinder 6 can be provided. When using optically transparent material for these mechanical protective sleeves different wall thicknesses and / or different

Brechungsindizes dieser Schutzhülsen zur weiteren Anpassung an unterschiedliche Refractive indices of these protective sleeves for further adaptation to different

Bohrlochdurchmesser genutzt werden. Insofern sind entsprechend austauschbare Borehole diameter can be used. In this respect are accordingly interchangeable

Schutzhülsen zur weiteren adaptiven Anpassung denkbar. Für eine Vermessung von rotationsymmetrischen Bohrlöchern oder Innengewinden weist bei den erfindungsgemäßen optischen Sensoren der Figuren 2 bis 6 das diffr aktive optische Element 5f eine rotationssymmetrische Beugungscharakteristik auf und / oder besitzt das optische Element mit einer Freiformoberfläche 5f; 6f eine rotationssymmetrische Protective sleeves conceivable for further adaptive adaptation. For a measurement of rotationally symmetrical boreholes or internal threads, in the optical sensors according to the invention shown in FIGS. 2 to 6, the diffr active optical element 5f has a rotationally symmetric diffraction characteristic and / or has the optical element with a free-form surface 5f; 6f a rotationally symmetric

Freiformoberfläche, so dass bei einer Einstellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements MMA; 3 dahingehend, dass die Auftrefforte des Lichts einen konstanten Abstand zur Symmetrieachse des diffraktiven optischen Elements 5f und / oder des optischen Elements mit Freiformoberfläche 5f; 6f aufweisen, der hieraus resultierende, zumindest teilweise bogenförmige, insbesondere ringförmig geschlossene Fokusbereich des Sensors zur Vermessung von Innenwänden 7a von Bohrungen oder Innengewinden des Werkstücks 7 einen konstanten radialen Abstand zum optischen Sensor aufweist. Freiformoberfläche, so that when adjusting the movable and / or variable optical element MMA; 3, in that the locations of incidence of the light are at a constant distance from the axis of symmetry of the diffractive optical element 5f and / or the free-form surface optical element 5f; 6f, the resulting, at least partially arcuate, in particular annularly closed focus region of the sensor for measuring inner walls 7a of bores or internal threads of the workpiece 7 has a constant radial distance from the optical sensor.

Vorteilhaft ist das optische Element mit Freiformoberfläche 6f in Form eines Zylinders 6 bei den erfindungsgemäßen optischen Sensoren bzw. Beleuchtungsmodulen der Figuren 4 bis 6 als Umlenkelement ausgebildet, dessen Unterseite mit einer Spiegelbeschichtung versehen ist und durch die Freiformoberfläche 6f gebildet wird. Die verspiegelte Freiformoberfläche 6f wird somit durch den sie umgebenden Zylinder 6 vor Kratzern und anderen Beschädigung bei Kollisionen mit dem Werkstück 7 ausreichend geschützt. Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors 3 Id bzw. Beleuchtungsmoduls 41 d basierend auf der Weißlichtinterferometrie, ebenfalls bekannt als optisches Kohärenzradar oder OCT. Der Grundaufbau des in Figur 5 gezeigten Sensors 31 d entspricht dem in Figur 4 gezeigten Sensor 31 c. Eine Mehrfachspiegelanordnung MMA sorgt im Zusammenspiel mit einem Umlenkelement 6f mit Freiformoberfläche für eine Advantageously, the optical element with freeform surface 6f in the form of a cylinder 6 in the optical sensors or lighting modules according to the invention of Figures 4 to 6 is designed as a deflection, the underside is provided with a mirror coating and is formed by the free-form surface 6f. The mirrored freeform surface 6f is thus sufficiently protected by the surrounding cylinder 6 from scratches and other damage in collisions with the workpiece 7. 5 shows a further embodiment of a sensor 3 dd or illumination module 41 d based on white-light interferometry, also known as optical coherence radar or OCT The basic structure of the sensor 31 d shown in FIG. 5 corresponds to the sensor 31 c shown in FIG. A multi-mirror arrangement MMA, in conjunction with a deflection element 6f with free-form surface, provides for a

Fokusvariation innerhalb des Bohrlochs 7. Allerding sorgt der Strahlteiler 4a bei dem Focus variation within the borehole 7. However, the beam splitter 4a in the

Ausführungsbeispiel des Sensors 3 Id der Figur 5 dafür, dass nur anteilig Licht von der Lichtquelle 1 kommend in den Detektionsstrahlengang in Richtung des Element 6f umgelenkt wird. Der restliche Teil des Lichts passiert den Strahlteiler 4a und gelangt somit in den Referenzstrahlengang in Richtung eines Referenzspiegels R. Hierbei ist anzumerken, dass aufgrund der Darstellung der Figur 5 im DIN A4 Format der Referenzstrahlengang verkürzt gegenüber dem Detektionsstrahlengang dargestellt ist. Mit dem in Figur 5 dargestellten Grundaufbau eines Michelson-Interferometers können im Zusammenhang mit einer Weißlichtquelle 1 , zum Beispiel einer Superlumineszenzdiode und eines, durch zum Beispiel Piezo-Aktuatoren in Lichtrichtung verstellbaren Referenzspiegels R die Intensitätssignale am Detektor 10 in Abhängigkeit von der Referenzspiegelposition ausgewertet werden. Dabei resultieren die Intensitätssignale des Detektors 10 aus einer Überlagerung des aus dem Referenzstrahlengang und dem Detektionsstrahlengang kommenden reflektierten Lichts durch den Strahlteiler 4a mittels der Linse 9. Stimmen die Lichtwege im Referenzstrahlengang und im Detektionsstrahlengang übercin, so ergibt sich eine konstruktive Interferenz des Lichts und damit ein Intensitätssignal am Detektor. Mit zunehmendem Weglängenunterschied Δζ zwischen dem Detektionsstrahlengang und dem Referenzstrahlengang nimmt dieses Intensitätssignal am Detektor jedoch ab. Mit dem in der Figur 5 dargestellten optischen Sensor 31 d kann folglich das zusammengesetzte Signal am Detektor 10 als Interferenzsignal im Zeitbereich (englisch time domain, TD) in Abhängigkeit mit dem zeitlich variierenden Abstand des Rcferenzspiegels R zum Strahlteiler 4a analysiert werden. Der Referenzspiegel R wird hierzu zum Beispiel durch Piezo-Aktuatoren zuEmbodiment of the sensor 3 Id of Figure 5 for the fact that only a proportion of light coming from the light source 1 is deflected in the detection beam path in the direction of the element 6f. The remaining part of the light passes through the beam splitter 4a and thus enters the reference beam path in the direction of a reference mirror R. It should be noted that due to the representation of FIG. 5 in DIN A4 format, the reference beam path is shown shortened relative to the detection beam path. With the basic structure of a Michelson interferometer shown in FIG. 5, in connection with a white light source 1, for example a superluminescent diode and a reference mirror R adjustable in the direction of light by piezoelectric actuators, for example, the intensity signals at the detector 10 can be evaluated as a function of the reference mirror position. The intensity signals of the detector 10 result from a superposition of the reflected light coming from the reference beam path and the detection beam path through the beam splitter 4a by means of the lens 9. If the light paths in the reference beam path and in the detection beam path are over, a constructive interference of the light results and thus a Intensity signal at the detector. With increasing path length difference Δζ between the detection beam path and the reference beam path, however, this intensity signal at the detector decreases. Consequently, with the optical sensor 31d shown in FIG. 5, the composite signal at the detector 10 can be analyzed as an interference signal in the time domain (TD) as a function of the time-varying distance of the reference mirror R to the beam splitter 4a. The reference mirror R is for this purpose, for example, by piezo actuators

Schwingungen um seine Nullposition angeregt und das entsprechende Interferenzsignal wird in Abhängigkeit der Position des Spiegels ermitteln. Die Nullposition des Referenzspiegels R kann dabei durch die Piezo-Aktuatoren oder weitere zusätzliche Aktuatoren auf die jeweils eingestellte Fokuslage abgestimmt werden. Ferner ist es denkbar alternativ einen Vibrations excited about its zero position and the corresponding interference signal will determine depending on the position of the mirror. The zero position of the reference mirror R can be tuned by the piezo actuators or other additional actuators to the respective set focus position. Furthermore, it is conceivable alternatively a

rotationsymmetrisch gestuften Referenzspiegel zu verwenden, wobei jede Stufe einer anderen Fokuslage entspricht. Rotationally symmetric stepped reference mirror to use, each stage corresponds to a different focus position.

Alternativ zu dem in Figur 5 dargestellten Grundaufbau kann bei feststehendem As an alternative to the basic structure shown in FIG

Referenzspiegel R der optische Sensor 31 d zwischen dem Strahlteiler 4a und dem Detektor 10 auch Mittel zur spektralen Trennung des zusammengesetzten Signals aufweisen, so dass am Detektor 10 das zusammengesetzte Signal als ein in mehrere spektrale Kanäle zerlegtes Interferenzsignal (englisch frequency domain, FD) analysiert werden kann. Hierzu kann der Detektor 10 in mehrere Bereiche unterteilt sein, die für unterschiedliche Wellenlängen die unterschiedlichen Interferenzsignal aufnehmen oder es können mehrere Detektoren 10 nebeneinander oder auch räumlich zueinander versetzt zum Einsatz kommen. Durch die Analyse verschiedener Interferenzsignale bei verschiedenen Wellenlängen kann ermittelt werden, welche Wellenlänge bei dem feststehenden Referenzspiegel R zu einer Reference mirror R of the optical sensor 31 d between the beam splitter 4a and the detector 10 also have means for spectral separation of the composite signal, so that the composite signal as a decomposed into several spectral channels interference signal (English frequency domain, FD) are analyzed at the detector 10 can. For this purpose, the detector 10 may be subdivided into a plurality of areas which receive the different interference signals for different wavelengths, or a plurality of detectors 10 may be used next to each other or spatially offset from one another. By analyzing different interference signals at different wavelengths, it is possible to determine which wavelength at the fixed reference mirror R is a

entsprechenden Interferenz geführt hat. In der Regel wird hierzu eine Fourier-Transformation des Frequenzspektrums durchgeführt, um daraus die entsprechende Rauminformation zu erhalten. Hieraus lässt sich dann auf die Länge des Detektionsstrahlengangs und damit auf den Abstand der zu vermessenden Oberfläche schließen. Zu den weiterführenden Details der Messmethoden TD-OCT und FD-OCT wird auf corresponding interference. As a rule, this is a Fourier transformation of the frequency spectrum to obtain the corresponding spatial information. From this it is then possible to deduce the length of the detection beam path and thus the distance of the surface to be measured. For further details of the measurement methods TD-OCT and FD-OCT will be on

Fachliteratur und insbesondere im Zusammenhang mit der Koordinatenmesstechnik auf die Offenlegungsschriften DE 10 2004 012 426 und US 2010/03 12524 sowie die dort zitierten Referenzen verwiesen. Die Figur 6 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Beleuchtungsmodul 41e für einen erfindungsgemäßen Sensor 31e. Das Beleuchtungsmodul 41e der Figur 6 ist im Unterschied zu den wechselbaren Beleuchtungsmodule der Figuren 2 bis 5 nachrüstbar gestaltet, so dass dieses an bereits bestehende optische Systeme angeschlossen werden kann. Das in Figur 6 dargestellte Beleuchtungsmodul 41e unterscheidet sich gegenüber den in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Beleuchtungsmodulen darin, dass es nicht die Linse 5 enthält und somit der restliche Teil des Sensors 3 l e mit der Linse 5 auch ohne das Beleuchtungsmodul ein vollständiges optisches System zur optischen Vermessung von Werkstücken 7 bildet. Damit ist das in Figur 6 dargestellte Beleuchtungsmodul 41 e an bereits vorhandene optische Systeme ankoppelbar, um diese Systeme mit einer Funktionalität zur Vermessung von Bohrlöchern oder Innengewinden auszustatten bzw. nachzurüsten. Entsprechende optische Systeme sind zum Beispiel in den Veröffentlichungen WO 2014/023332 und WO 2014/023780 offenbart. Zur Ankopplung weist das Beleuchtungsmodul 41e eine nicht näher dargestellte  Special literature and in particular in connection with the coordinate metrology to the published patent applications DE 10 2004 012 426 and US 2010/03 12524 and the references cited therein. FIG. 6 shows a further illumination module 41e according to the invention for a sensor 31e according to the invention. In contrast to the exchangeable lighting modules of FIGS. 2 to 5, the illumination module 41e of FIG. 6 can be retrofitted, so that it can be connected to already existing optical systems. The illumination module 41e shown in FIG. 6 differs from the illumination modules shown in FIGS. 2 to 5 in that it does not contain the lens 5 and thus the remaining part of the sensor 3 le with the lens 5 even without the illumination module forms a complete optical system optical measurement of workpieces 7 forms. 6 can be coupled to existing optical systems in order to equip or retrofit these systems with a functionality for measuring boreholes or internal threads. Corresponding optical systems are disclosed, for example, in publications WO 2014/023332 and WO 2014/023780. For coupling, the illumination module 41e has a not shown

Wechselschnittstclle auf, mit der es an bestehende optische Systeme manuell oder automatisiert angekoppelt werden kann. Diese Wech sei sehn ittste 1 le kann entsprechend der Wechselschnittstelle der Beleuchtungsmodule bzw. Sensoren der Figuren 2 bis 5 ausgeführt sein. Entsprechende Wechselschnittstellen sind zum Beispiel aus der Offenlegungsschrift WO 2013/167167 bekannt. Es versteht sich, dass das in Figur 6 dargestellte Beleuchtungsmodul 41 e nicht auf die dargestellte Bauform beschränkt ist, sondern jede im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5 diskutierte Bauform eines Beleuchtungsmoduls aufweisen kann. Wechselschnittstclle, with which it can be coupled to existing optical systems manually or automatically. This change should be made according to the changeover interface of the illumination modules or sensors of FIGS. 2 to 5. Corresponding interchangeable interfaces are known, for example, from published patent application WO 2013/167167. It is understood that the illumination module 41 e shown in Figure 6 is not limited to the illustrated design, but may have any discussed in connection with Figures 2 to 5 design of a lighting module.

Die Figuren 2 bis 6 offenbaren folglich Beleuchtungsmodule 41a bis 41 e für einen optischen Sensor 3 1 a bis 3 1 e zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines Werkstücks 7 mittels eines Koordinatenmessgeräts umfassend mindestens eine Lichtquelle 1 sowie optische Elemente 2, MMA; 3, 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 auf die Oberfläche 7a des zu vermessenden FIGS. 2 to 6 consequently disclose illumination modules 41a to 41e for an optical sensor 3 1 a to 3 1 e for detecting surface coordinates of a workpiece 7 by means of a coordinate measuring machine comprising at least one light source 1 and optical Elements 2, MMA; 3, 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source 1 on the surface 7a of the to be measured

Werkstücks 7 und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 zu mindestens einem Detektor 10 des optischen Sensors 3 1a bis 31 e, wobei einige der genannten optischen Elemente 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f sowohl für die Strahlführung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente 6a; 6f ein Umlenkelement 6a; 6f ist, das auf dem Hinweg für eine Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche 7a des zu Workpiece 7 and on the other hand on the way back from the surface 7a of the workpiece to be measured 7 to at least one detector 10 of the optical sensor 3 1a to 31 e, wherein some of said optical elements 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f are used both for the beam guidance on the way out and for the beam guidance on the return path and wherein at least one of said optical elements 6a; 6f a deflecting element 6a; 6f is on the way for a deflection of the light on the surface 7a to

vermessenden Werkstücks 7 und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor 10 sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das Umlenkelement 6a; 6f der Fokusbereich des Sensors 3 1a bis 31 e zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird und wobei ein diffraktives optisches Element 5f und / oder ein optisches Element mit einer Freiformoberfläche 5f; 6f zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche 7a des Werkstücks 7 zwischen der mindestens einen Lichtquelle 1 und der Oberfläche 7a des Werkstücks 7 angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle 1 und dem diffrativen optischen Element 5f und / oder dem optischen Element mit der measuring workpiece 7 and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector 10, wherein on the way through the deflecting element 6a; 6f the focal region of the sensor 3a to 31e is at least partially arc-shaped, and wherein a diffractive optical element 5f and / or an optical element with a free-form surface 5f; 6f is arranged at least on the way of the light to the surface 7a of the workpiece 7 between the at least one light source 1 and the surface 7a of the workpiece 7, wherein between the at least one light source 1 and the diffrativen optical element 5f and / or the optical element with the

Freiformoberfläche 5f; 6f eine bewegliches und / oder veränderbares optisches Element MMA; 3 angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements MMA; 3 der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element 5f und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche 5f; 6f zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle 1 zu der Oberfläche 7a des zu vermessenden Werkstücks 7 verändert werden kann. Free-form surface 5f; 6f a movable and / or variable optical element MMA; 3 is arranged and wherein by means of the movable and / or variable optical element MMA; 3 the location of the light on the diffractive optical element 5f and / or the optical element with the free-form surface 5f; 6f can be changed at least on the way from the at least one light source 1 to the surface 7a of the workpiece 7 to be measured.

Es versteht sich, dass bei allen erfindungsgemäßen Sensoren 31 a bis 3 l e bzw. It is understood that in all inventive sensors 31 a to 3 l e or

Beleuchtungsmodulen 41 a bis 41e ein Axikon 3 statt einer Mehrfachspiegelanordnung MMA zur Variation der Lichtstrah lauftrefforte und umgekehrt eine Mehrfachspiegelanordnung MMA statt einem Axikon 3 eingesetzt werden kann. Lighting modules 41 a to 41 e an axicon 3 instead of a multi-mirror assembly MMA for varying the Lichtstrah running hangers and vice versa a multi-mirror assembly MMA instead of an axicon 3 can be used.

Ferner versteht es sich, dass bei allen erfindungsgemäßen Sensoren 3 1a bis 31 e bzw. Furthermore, it is understood that in all inventive sensors 3 1a to 31 e or

Beleuchtungsmodulen 41 a bis 41 e ein diffraktives optisches Element 5f und / oder ein optisches Element mit Freiformoberfläche 5f statt einem optischen Umlenkelement mit Freiformoberfläche 6f zur Fokusvariation und umgekehrt eingesetzt werden kann. Darüber hinaus versteht es sich, dass bei den erfindungsgemäßen Sensoren 31a; 31 b; 31 c und 31 e bzw. Beleuchtungsmodulen 41a; 41b; 41c und 41 e alternativ zu der bei dem Lighting modules 41 a to 41 e a diffractive optical element 5f and / or an optical element with free-form surface 5f instead of an optical deflection element with free-form surface 6f for focus variation and vice versa can be used. In addition, it is understood that in the inventive sensors 31a; 31b; 31 c and 31 e and lighting modules 41 a; 41b; 41c and 41e alternatively to that in the

Ausführungsbeispiel der Figur 4 beschriebenen Superlumineszenz-Diode auch Laser, LED (UV, VIS, IR), Glüh-, Halogen- oder (Kurz-) Bogenlampen als Lichtquelle 1 eingesetzt werden können. Durch die Verwendung einer breitband igen Lichtquelle lässt sich auch ein gezielter chromatische Längsfehler der verwendeten Optik bei den erfindungsgemäßen Sensoren 31 a; 31 b; 31 c und 31 e bzw. Beleuchtungsmodulen 41a; 41b; 41c und 41e dahingehend für eine konfokale Messtechnik verwenden, dass Aufnahmen von Bildern mit Farbauszügen oder auch durch pixelweise Farbmessung mit entsprechenden Sensoren ausgeführt werden. Ferner können die unterschiedlichen Wellenlängen aufgrund ihrer unterschiedlichen Streueigenschaften auch für ortsaufgelöste Rauheitsmessungen, zum Beispiel über die parallele Messung von unterschiedlichen Farbauszügen genutzt werden. Embodiment of Figure 4 described superluminescent diode laser, LED (UV, VIS, IR), incandescent, halogen or (short) arc lamps can be used as the light source 1. By using a broadband light source, a targeted longitudinal chromatic aberration of the optics used in the inventive sensors 31 a; 31b; 31 c and 31 e and lighting modules 41 a; 41b; 41c and 41e to the effect that a confocal measurement technique that images of images with color separations or by pixel-by-pixel color measurement are carried out with corresponding sensors. Furthermore, the different wavelengths due to their different scattering properties can also be used for spatially resolved roughness measurements, for example via the parallel measurement of different color separations.

Mit Hilfe der in den Figuren 2 bis 6 dargestellten Sensoren und Beleuchtungsmodulen lassen sich Bohrlöcher und insbesondere Innengewinde eines Werkstücks (7) mittels eines With the aid of the sensors and illumination modules shown in FIGS. 2 to 6, it is possible to drill holes and, in particular, internal threads of a workpiece (7) by means of a

Koordinatenmessgeräts vermessen, indem in einem ersten Schritt der Sensor bzw. das Beleuchtungsmodul durch das Koordinatenmessgerät an eine gewünschte Position innerhalb des Bohrlochs bzw. Innengewindes des Werkstücks (7) verfahren wird und indem in einem zweiten Schritt mit Hilfe eines beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls der Auftreffort des Lichts der mindestens einen Lichtquelle (1 ) auf einem diffraktiven optischen Element (5f) und / oder einem optischen Element mit der Freiformoberfläche (5f; 6f) des Sensors bzw. des Coordinate measuring device measured by the sensor or the illumination module is moved by the coordinate measuring machine to a desired position within the borehole or internal thread of the workpiece (7) and in a second step by means of a movable and / or variable optical element (MMA; 3) of the sensor or of the illumination module, the location of incidence of the light of the at least one light source (1) on a diffractive optical element (5f) and / or an optical element with the free-form surface (5f; 6f) of the sensor or the

Beleuchtungsmoduls zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle ( 1) zu der Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) derart verändert wird, dass die zur Vermessung vorgesehenen Teilbereiche der Oberfläche (7a) des Werkstücks in den Illuminating module is changed at least on the way from the at least one light source (1) to the surface (7a) of the workpiece to be measured (7) such that the provided for surveying portions of the surface (7a) of the workpiece in the

Fokusbereich des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls gelangen. Focus range of the sensor or lighting module arrive.

Dabei werden in einem dritten Schritt Intensitätssignale aus dem Fokusbereich des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls von einem flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen ausgebildetem Detektor (10) in Abhängigkeit der Stellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) des Sensors bzw. des Beleuchtungsmoduls und / oder in Abhängigkeit der Stellung eines in seiner Normalenrichtung beweglichen In a third step, intensity signals from the focus area of the sensor or the illumination module are detected by a detector (10) designed to detect intensity signals as a function of the position of the movable and / or variable optical element (MMA; Lighting module and / or depending on the position of a movable in its normal direction

Referenzspiegels ( R) des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls und / oder in Abhängigkeit der Frequenz bzw. Wellenlänge des von dem Detektor (10) erfassten Lichts ermittelt. Reference level (R) of the sensor or lighting module and / or in dependence of Frequency or wavelength of the light detected by the detector (10) determined.

Hierbei kann der zweite Schritt für einen in seinem lateralen Abstand zum Sensor bzw. Here, the second step for one in its lateral distance to the sensor or

Beleuchtungsmodul veränderten Fokusbereich bei der Beibehaltung der im ersten Schritt angefahrenen Position oder der erste Schritt für eine andere gewünschte Position innerhalb des Innengewindes bei der Beibehaltung der im zweiten Schritt eingestellten Stellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) des Sensors bzw. Beleuchtungsmoduls solange wiederholt durchgeführt werden, bis in dem sich jedes Mal anschließenden dritten Schritt die vollständige Information über die Oberflächendaten des zu vermessenden Abschnitts des Innengewindes vorliegt. Diese Oberflächendaten können dann anschließend durch bekannte Segmentierungstechniken von 3D Punktewolken zur Lighting module changed focus area in the maintenance of the approached in the first step position or the first step for another desired position within the internal thread while maintaining the second step set position of the movable and / or variable optical element (MMA; 3) of the sensor or Illuminating module are repeatedly carried out until in each subsequent third step, the complete information about the surface data of the section of the internal thread to be measured is present. These surface data can then be analyzed by known 3D point cloud mapping techniques

Bestimmung der Geometrie des Messobjektes in die entsprechenden Geometrieelemente wie zum Beispiel Kreis, Ellipse, Zylinder, Ellipsoid usw. zerlegt werden. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäßen Sensoren anhand von Gewindenormalen kalibriert bzw. referenziert und / oder auf ein Normal zurückgeführt werden können. Dazu werden Werkstücke mit mehreren genau bekannten Innengewinden auf dem Messtisch eines Koordinatenmessgeräts platziert und es wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Sensoren durchgeführt und die erfassten Maße des Innengewindes werden anhand der bekannten Maße der Innengewinde kalibriert. Determining the geometry of the measurement object into the corresponding geometric elements such as circle, ellipse, cylinder, ellipsoid, etc. are decomposed. It goes without saying that the method according to the invention or the sensors according to the invention can be calibrated or referenced using thread standards and / or can be returned to a normal. For this purpose workpieces are placed with several well-known internal threads on the measuring table of a coordinate measuring machine and it is carried out the inventive method by means of the sensors according to the invention and the detected dimensions of the internal thread are calibrated on the basis of the known dimensions of the internal thread.

Claims

Patentansprüche: claims: 1. Optischer Sensor (31a; 31b; 31c; 31 d; 31 e) für ein Koordinatenmessgerät zur 1. Optical sensor (31a, 31b, 31c, 31d, 31e) for a coordinate measuring machine for Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines Werkstücks (7) umfassend mindestens eine Lichtquelle (1) und mindestens einen Detektor (10) sowie optische Elemente (2, MMA; 3, 4; 4a, 5, 6, 6a; 6f, 9) zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle (1) auf die Oberfläche (7a) des zu vermessenden Detecting surface coordinates of a workpiece (7) comprising at least one light source (1) and at least one detector (10) and optical elements (2, MMA; 3, 4; 4a, 5, 6, 6a; 6f, 9) for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source (1) on the surface (7a) of the to be measured Werkstücks (7) und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) zu dem mindestens einen Detektor (10), wobei einige der genannten optischen Elemente (4; 4a, 5, 6, 6a; 6f) sowohl für die Strahlführung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente (6a; 6f) ein Workpiece (7) and, on the other hand, on the way back from the surface (7a) of the workpiece (7) to be measured to the at least one detector (10), some of said optical elements (4; 4a, 5, 6, 6a; 6f) be used both for the beam guidance on the way out and for the beam guidance on the return path and wherein at least one of said optical elements (6a, 6f) a Umlenkelement (6a; 6f) ist, das auf dem Hinweg für eine Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor (10) sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das Umlenkelement (6a; 6f) der Fokusbereich des Sensors (31 a; 3 1 b; 31 c; 31 d; 3 1 e) zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird und wobei der mindestens eine Detektor (10) flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen von Licht aus diesem zumindest teilweise bogenförmigen Fokusbereich ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein diffraktives optisches Element (5f) und / oder ein optisches Element mit einer Freiformoberfläche (5f; 6f) zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche (7a) des Werkstücks (7) zwischen der mindestens einen Lichtquelle (1) und der Oberfläche (7a) des Werkstücks (7) angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle (1) und dem diffrativen optischen Element (5f) und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfiäche (5f; 6f) ein bewegliches und / oder veränderbares optisches Element (MMA; 3) angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements  Deflection element (6a; 6f), which on the way out for a deflection of the light on the surface (7a) of the workpiece to be measured (7) and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector (10), on the way through the deflecting element (6a; 6f), the focus area of the sensor (31a; 3 1 b; 31 c; 31 d; 3 1 e) is at least partially arcuate, and wherein the at least one detector (10) measures in terms of area is formed of intensity signals of light from this at least partially arcuate focus area, characterized in that a diffractive optical element (5f) and / or an optical element with a freeform surface (5f; 6f) at least on the way of the light to the surface (7a) of the Workpiece (7) between the at least one light source (1) and the surface (7a) of the workpiece (7) is arranged, wherein between the at least one light source (1) and the diffrativen optical elements t (5f) and / or the optical element with the free-form surface (5f; 6f) a movable and / or variable optical element (MMA; 3) is arranged, and wherein by means of the movable and / or variable optical element (MMA; 3) der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element (5f) und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche (5f; 6f) zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle (1) zu der Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) verändert werden kann. (3) the location of the light on the diffractive optical element (5f) and / or the optical element with the free-form surface (5f; 6f) at least on the way from the at least one light source (1) to the surface (7a) of the to be measured workpiece (7) can be changed. 2. Beleuchtungsmodul (41 a; 41 b; 41 c; 41d; 41e) für einen optischen Sensor (31 a; 31 b; 31 c; 31 d; 31 e) zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines Werkstücks (7) mittels eines Koordinatenmessgeräts umfassend mindestens eine Lichtquelle (1) sowie optische Elemente (2, MMA; 3, 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f) zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle (1) auf die Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) und andererseits auf dem Rück weg von der Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) zu mindestens einem Detektor (10) des optischen Sensors (31), wobei einige der genannten optischen Elemente (4; 4a; 5; 6, 6a; 6f) sowohl für die Strahl fUhrung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente (6a; 6f) ein Umlenkelement (6a; 6f) ist, das auf dem Hinweg für eine Umlenkung des Lichts auf die Ober fläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor (10) sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das 2. Illumination module (41 a, 41 b, 41 c, 41 d, 41 e) for an optical sensor (31 a, 31 b, 31 c, 31 d, 31 e) for detecting surface coordinates of a workpiece (7) by means of a coordinate measuring machine at least one light source (1) and optical elements (2, MMA; 3, 4; 4a; 5; 6, 6a; 6f) for guiding the light on the one hand on the way from the at least one light source (1) to the surface (7a). of the workpiece (7) to be measured and, on the other hand, on the return path from the surface (7a) of the workpiece (7) to be measured to at least one detector (10) of the optical sensor (31), some of said optical elements (4; 5, 6, 6a, 6f) are used both for the beam guidance on the way out and for the beam guidance on the way back, and wherein at least one of said optical elements (6a, 6f) is a deflection element (6a, 6f) on the way for a deflection of the light on the upper surface (7 a) of the We to be measured R ckstücks (7) and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector (10), wherein on the way through the Umlenkelement (6a; 6f) der Fokusbereich des Beleuchtungsmoduls (41 a; 41 b; 41 c; 41d; 41e) bzw. Sensors (31 a; 31 b: 3 1 c; 31d; 31 e) zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein diffr aktives optisches Element (5f) und / oder ein optisches Element mit einer Fre i form ober fl äche (5f; 6f) zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche (7a) des Werkstücks (7) zwischen der mindestens einen Lichtquelle (1) und der Oberfläche (7a) des Werkstücks (7) angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle (1) und dem diffrativen optischen Element (5f) und / oder dem optischen Element mit der  Deflection element (6a, 6f) of the focus area of the illumination module (41 a; 41 b; 41 c; 41 d; 41 e) or sensor (31 a; 31 b: 3 1 c; 31d; 31 e) is at least partially arcuate, characterized characterized in that a diffr active optical element (5f) and / or an optical element with a Fre i form surface (5f; 6f) at least on the way of the light to the surface (7a) of the workpiece (7) between the at least one Light source (1) and the surface (7a) of the workpiece (7) is arranged, wherein between the at least one light source (1) and the diffrativen optical element (5f) and / or the optical element with the Freiformoberfläche (5f; 6f) ein bewegliches und / oder veränderbares optisches Element (MMA; 3) angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element (5f) und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche (5f; 6f) zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle (1) zu der Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) verändert werden kann.  3) is arranged, and wherein with the aid of the movable and / or variable optical element (MMA; 3) the location of the light on the diffractive optical element (5f) is arranged on the free-form surface (5f; 6f). and / or the optical element with the free-form surface (5f; 6f) can be changed at least on the way from the at least one light source (1) to the surface (7a) of the workpiece (7) to be measured. 3. Optischer Sensor (31 a; 31 b; 31 c; 31 d; 3 1 e) nach Anspruch 1 , wobei das diffraktive optische Element (5f) eine rotationssymmetrische Beugungscharakteristik aufweist und / oder das optische Element mit einer Freiformoberfläche (5f; 6f) eine rotat i on ssym m etri sehe Freiformoberfläche besitzt, so dass bei einer Einstellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) dahingehend, dass die Auftrefforte des Lichts einen konstanten Abstand zur Symmetrieachse des diffraktiven optischen Elements (5f) und / oder des optischen Elements mit 3. Optical sensor (31 a, 31 b, 31 c, 31 d, 3 1 e) according to claim 1, wherein the diffractive optical element (5f) has a rotationally symmetric diffraction characteristic and / or the optical element with a free-form surface (5f; ) one rotat on ssym m etri see free-form surface, so that when adjusting the movable and / or variable optical element (MMA; 3) to the effect that the points of incidence of the light at a constant distance from the axis of symmetry of the diffractive optical element (5f) and / or of the optical element with Freiformoberfläche (5f; 6f) aufweisen, der hieraus resultierende, zumindest teilweise bogenförmige, insbesondere ringförmig geschlossene Fokusbereich des Sensors (31a; 3 1 b; 31 c; 3 1 d ; 31 e) zur Vermessung von Innenwänden (7a) von Bohrungen oder Innengewinden des Werkstücks (7) einen konstanten radialen Abstand zum optischen Sensor (31 a; 31 b; 31 c: 31 d; 31 e) aufweist.  6f), the resulting, at least partially arcuate, in particular annularly closed focus region of the sensor (31a; 3 1 b; 31 c; 3 1 d; 31 e) for measuring inner walls (7a) of bores or internal threads of the workpiece (7) has a constant radial distance from the optical sensor (31a; 31b; 31c: 31d; 31e). 4. Optischer Sensor (3 1 a; 3 1 b; 31c; 3 ld; 3 le) nach Anspruch 1 oder 3 bzw. 4. Optical sensor (3 1 a; 3 1 b; 31 c; 3 ld; 3 le) according to claim 1 or 3 or Beleuchtungsmodul (41 a; 41b; 41 c; 41d; 41 e) nach Anspruch 2, wobei das optische Element mit einer Freiformoberfläche (5f; 61) eine asphärische Freiformoberfläche aufweist, wobei unterschiedlichen Zonen von Auftrefforten des Lichts mit zueinander unterschiedlichen lateralen Abständen zur Symmetrieachse des diffraktiven optischen Elements (5f) und / oder des optischen Elements mit Freiformoberfläche (5f; 6f) unterschiedliche Fokuslagen zur Bündelung des durch die Zonen hindurchtretenden Lichts zugeordnet sind.  The illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) according to claim 2, wherein the optical element having a free-form surface (5f; 61) has an aspheric free-form surface, wherein different zones of incidence of the light with mutually different lateral distances to the axis of symmetry of the diffractive optical element (5f) and / or the optical element with free-form surface (5f; 6f) are assigned different focus positions for focusing the light passing through the zones. 5. Optischer Sensor (3 1 c; 3 ld; 31 c) bzw. Beleuchtungsmodul (41 c; 41 d; 41 e) nach 5. Optical sensor (3 1 c, 3 ld, 31 c) or lighting module (41 c, 41 d, 41 e) after Anspruch 4, wobei die rotationssymmetrische und asphärische Freiformoberfläche mit einer die Symmetrieachse der Freiformoberfläche enthaltenen Ebene eine Schnittkurve aufweist und diese Schnittkurve zumindest Teilweise einem Kurvenabschnitt einer Spirale entspricht und die Spirale gegeben ist aus der Gruppe: Corny-, Euler- oder Klothoiden-Spirale.  Claim 4, wherein the rotationally symmetric and aspherical freeform surface having a plane containing the axis of symmetry of the freeform surface has a cut curve and this cut curve at least partially corresponds to a curve portion of a spiral and the spiral is given from the group: Corny, Euler or clothoid spiral. 6. Optischer Sensor (31c; 31 d; 31 e) nach einem der Ansprüche 1 , 3, 4 oder 5 bzw. 6. Optical sensor (31c; 31 d; 31 e) according to any one of claims 1, 3, 4 or 5 or Beleuchtungsmodul (41 c; 41 d; 41 e) nach einem der Ansprüche 1 , 2, 4 oder 5, wobei das optische Element mit Freiformoberfläche (6f) in Form eines Zylinders (6) als Umlenkelement ausgebildet ist, dessen Unterseite mit einer Spiegelbeschichtung versehen ist und durch die Freiformoberfläche (6f) gebildet wird. Lighting module (41 c, 41 d, 41 e) according to any one of claims 1, 2, 4 or 5, wherein the optical element with free-form surface (6f) in the form of a cylinder (6) is designed as a deflection, the underside of which is provided with a mirror coating is formed by the free-form surface (6f). 7. Optischer Sensor (31 a; 31 b; 31 c; 31 d; 31e) nach einem der Ansprüche 1 , 3, 4, 5 oder 6 bzw. Beleuchtungsmodul (41a; 41b; 41 c; 41 d; 41e) nach einem der Ansprüche 1 , 2, 4. 5 oder 6, wobei das bewegliche optische Element (3) durch ein entlang seiner Symmetrieachse beweglich gelagertes Axikon (3) gegeben ist. 7. An optical sensor (31 a, 31 b, 31 c, 31 d, 31 e) according to claim 1, 3, 4, 5 or 6 or lighting module (41 a, 41 b, 41 c, 41 d, 41 e) according to one of claims 1, 2, 4, 5 or 6, wherein the movable optical element (3) is given by a movably mounted axicon (3) along its axis of symmetry. 8. Optische Sensor (3 lb; 3 1 c; 31 d; 31 e) nach einem der Ansprüche I, 3, 4, 5 oder 6 bzw. 8. Optical sensor (3 lb; 3 1 c; 31 d; 31 e) according to any one of claims I, 3, 4, 5 or 6 or Beleuchtungsmodul (41b; 41c; 41 d; 41 e) nach einem der Ansprüche 1. 2, 4, 5 oder 6, wobei das veränderbare optische Element (MMA) durch eine Mikrospiegel- Anordnung (Micro Mirror Array, MMA) gegeben ist.  The illumination module (41b; 41c; 41d; 41e) according to any of claims 1, 2, 4, 5 or 6, wherein the variable optical element (MMA) is provided by a micro mirror array (MMA). 9. Optischer Sensor (31 a; 31 b; 31 c; 31 d; 31 e) nach einem der Ansprüche 1 , 3 bis 7 oder 8 bzw. Beleuchtungsmodul (41 a; 41 b, 41 c; 41 d; 41e) nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 7 oder 8 , wobei die Lichtquelle (1) durch eine Weißlichtquelle, insbesondere eine Superlumineszenzdiode gegeben ist und der Sensor (31 a; 3 1 b; 3 1 c; 3 1 d; 3 le) bzw. das Beleuchtungsmodul (41 a; 41 b; 41c; 41d; 41e) einen Strahlteiler (4; 4a) und eine Kollimationslinse (2) umfasst. 9. Optical sensor (31 a, 31 b, 31 c, 31 d, 31 e) according to one of claims 1, 3 to 7 or 8 or lighting module (41 a, 41 b, 41 c, 41 d, 41 e) one of claims 1, 2, 4 to 7 or 8, wherein the light source (1) is given by a white light source, in particular a superluminescent diode, and the sensor (31 a; 3 1 b; 3 1 c; 3 1 d; 3 le) or the illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) comprises a beam splitter (4; 4a) and a collimating lens (2). 10. Optischer Sensor (31 a; 31 b; 31 c; 31 d; 31 e) nach einem der Ansprüche 1 , 3 bis 8 oder 9, wobei der Sensor (31a; 31 b; 31 c; 31 d; 31 e) mindestens zwei für die Abbildung auf den Detektor (10) vorgesehene Linsen (5, 9) umfasst. 10. An optical sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) according to any one of claims 1, 3 to 8 or 9, wherein the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) at least two lenses (5, 9) provided for imaging on the detector (10). 1 1. Optischer Sensor (3 Id) nach einem der Ansprüche 1 , 3 bis 9 oder 10 bzw. 1 1. Optical sensor (3 Id) according to any one of claims 1, 3 to 9 or 10 or Beleuchtungsmodul (41 d) nach einem der Ansprüche 1 , 2, 4 bis 8 oder 9, wobei der Sensor (31 d) bzw. das Beleuchtungsmodul (41 d) einen Strahlteiler (4a) aufweist, der das von der Lichtquelle ankommende Licht anteilig aufspaltet in einen  Lighting module (41 d) according to any one of claims 1, 2, 4 to 8 or 9, wherein the sensor (31 d) or the illumination module (41 d) comprises a beam splitter (4a) which splits the incoming light from the light source proportionally in a Detektionsstrahlengang, an dessen Ende sich die Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) befindet und einen Referenzstrahlengang, an dessen Ende sich ein Referenzspiegel (R) befindet.  Detection beam, at the end of which the surface (7a) of the workpiece to be measured (7) is located and a reference beam path, at whose end there is a reference mirror (R). 12. Optischer Sensor (3 Id) bzw. Beleuchtungsmodul (41d) nach Anspruch 1 1 , wobei der Strahlteiler (4a) das von dem Referenzspiegel ( R) und das von der Oberfläche des Werkstücks reflektierte Licht in Richtung des Detektors (10) zusammenführt, so dass an dem Detektor ( 10) das zusammengesetzte Signal aus dem Referenzstrahlengang und dem Detekti on sstrah 1 engan g ausgewertet werden kann. 12. Optical sensor (3 Id) or lighting module (41d) according to claim 1 1, wherein the beam splitter (4a) merges the light reflected from the reference mirror (R) and the surface of the workpiece light in the direction of the detector (10), such that at the detector (10) the composite signal from the reference beam path and the Detekti on sstrah 1 engan g can be evaluated. 13. Optischer Sensor (31d) bzw. Beleuchtungsmodul (41d) nach Anspruch 12, wobei der Referenzspiegel ( R) in seinem Abstand zum Strahlteiler (4a) mit der Zeit verändert werden kann, wodurch das zusammengesetzte Signal am Detektor (10) als 13. Optical sensor (31d) or lighting module (41d) according to claim 12, wherein the reference mirror (R) in its distance from the beam splitter (4a) can be changed over time, whereby the composite signal at the detector (10) as Interferenzsignal im Zeitbereich (englisch time domain, TD) analysiert werden kann.  Interference signal in the time domain (English time domain, TD) can be analyzed. 14. Optischer Sensor (3 Id) bzw. Beleuchtungsmodul (41d) nach Anspruch 12, wobei zwischen dem Strahlteiler (4a) und dem Detektor (10) Mittel zur spektralen Trennung des zusammengesetzten Signals vorgesehen sind, so dass am Detektor (10) das zusammengesetzte Signal als ein in mehrere spektrale Kanäle zerlegtes 14. Optical sensor (3 Id) or lighting module (41d) according to claim 12, wherein between the beam splitter (4a) and the detector (10) means for spectrally separating the composite signal are provided so that the detector (10) the composite Signal as a decomposed into several spectral channels Interferenzsignal (englisch frequency domain, FD) analysiert werden kann.  Interference signal (English frequency domain, FD) can be analyzed. 15. Optischer Sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 3 le) nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 13 oder 14 bzw. Beleuchtungsmodul (41a; 41b; 41c; 41 d; 41 e) nach einem der Ansprüche 1, 2,An optical sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 3 le) according to any one of claims 1, 3 to 13 or 14 or lighting module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) according to any one of claims 1 to 2 . 4 bis 9, oder 11 bis 14, wobei der Sensor (31a; 31b; 1c; 31 d; 31 e) bzw. das 4 to 9, or 11 to 14, wherein the sensor (31a; 31b; 1c; 31d; 31e) and the Beleuchtungsmodul (41a; 41b; 41c; 41 d; 41e) eine Wechselschnittstelle zur  Illumination module (41a, 41b, 41c, 41d, 41e) has an exchange interface to the Ankopplung eines bzw. des Beleuchtungsmoduls (41a; 41b; 41c; 41 d; 41 e) an den Sensor (31a: 31b; 1c; 31d; 31e) aufweist.  Coupling one or the illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) to the sensor (31a: 31b; 1c; 31d; 31e). 16. Verfahren zum Vermessen eines Bohrlochs insbesondere eines Innengewindes eines Werkstücks (7) mittels eines Koordinatenmessgeräts mit Hilfe eines Sensors (31a;16. A method for measuring a borehole, in particular an internal thread of a workpiece (7) by means of a coordinate measuring machine with the aid of a sensor (31a; 3 lb; 3 lc; 3 ld; 3 le) bzw. eines Beleuchtungsmoduls (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Schritt der Sensor (31a; 31b; 31c; 31 d; 31 e) bzw. das Beleuchtungsmodul (41a; 41b: 41c; 41d; 41e) durch das3 lb; 3 lc; 3 ld; 3 le) or a lighting module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) according to one of the preceding claims, wherein in a first step the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) or the lighting module (41a 41b: 41c, 41d, 41e) through the Koord inatenmessgerät an eine gewünschte Position innerhalb des Bohrlochs bzw. Innengewindes des Werkstücks (7) verfahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Schritt mit Hilfe eines beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) des Sensors (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) bzw. des Coordinate inatenmessgerät to a desired position within the borehole or internal thread of the workpiece (7) is moved, characterized in that in a second step by means of a movable and / or variable optical element (MMA; 3) of the sensor (31a, 31b; 31c, 31d, 31e) and the Beleuchtungsmoduls (41a: 41b; 41c; 4 ld; 41e) der Auftreffort des Lichts der mindestens einen Lichtquelle (1) des Sensors (31a; 31b; 31c; 31 d; 31 e) bzw. des Beleuchtungsmoduls (41a; 41b; 41c; 4 ld; 4Ie) auf einem diffraktiven optischen Element (5f) und / oder einem optischen Element mit der Freiformoberfläche (5f; 6f) des Sensors (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) bzw. des Beleuchtungsmoduls (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle (1) zu der Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) derart verändert wird, dass die zur Vermessung vorgesehenen Teilbereiche der Oberfläche (7a) des Werkstücks in den Fokusbereich des Sensors (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) bzw. des Beleuchtungsmoduls (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) gelangen. Illumination module (41a: 41b; 41c; 4 ld; 41e) is the location of the light from the at least one light source (1) of the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) or the illumination module (41a; 41b; 41c; 4 ld; 4Ie) on a diffractive optical element (5f) and / or an optical element with the free-form surface (5f; 6f) At least on the way from the at least one light source (1) to the surface (7a) of the workpiece to be measured, the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) or the illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) (7) is changed such that the portions of the surface (7a) of the workpiece to be surveyed are moved into the focus area of the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) or the illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e ) reach. 17. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in einem dritten Schritt Intensitätssignale aus dem Fokusbereich des Sensors (31a; 31b; 31c; 31d; 31 e) bzw. des Beleuchtungsmoduls (41a; 41b; 41c; 41 d; 41 e) von einem flächenmäßig zur Erfassung von 17. The method according to claim 13, wherein in a third step intensity signals from the focal region of the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) or of the illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) from one surface for the registration of Intensitätssignalen ausgebildetem Detektor (10) des Sensors (31a; 31b; 31c; 31 d; 31 e) in Abhängigkeit der Stellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) des Sensors (31a; 31b; 31c; 31d; 3 le) bzw. des  Depending on the position of the movable and / or variable optical element (MMA; 3) of the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 3), the detector (10) of the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; le) or the Beleuchtungsmoduls (41) und / oder in Abhängigkeit der Stellung eines in seiner Normalenrichtung beweglichen Referenzspiegels ( R) des Sensors (31a; 31b; 31c; 31d; 1e) bzw. des Bcleuchtungsmoduls (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) und / oder in Abhängigkeit der Frequenz bzw. Wellenlänge des von dem Detektor (10) erfassten Lichts ermittelt werden.  Illumination module (41) and / or in dependence on the position of a reference mirror (R) of the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 1e) or of the light illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) which is movable in its normal direction and / or or as a function of the frequency or wavelength of the light detected by the detector (10). 18. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der zweite Schritt für einen in seinem lateralen Abstand zum Sensor (31a; 31b; 31c; 31 d; 31 e) bzw. zum Beleuchtungsmodul (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) veränderten Fokusbereich bei der Beibehaltung der im ersten Schritt angefahrenen Position oder der erste Schritt für eine andere gewünschte Position innerhalb des Innengewindes bei der Beibehaltung der im zweiten Schritt eingestellten Stellung des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) des Sensors (31a; 31b; 31c; 3 ld; 31c) bzw. des Beleuchtungsmoduls (41a; 41b; 41c; 41 d; 41e) solange wiederholt durchgeführt werden, bis in dem sich jedes Mal anschließenden dritten Schritt die vollständige Information über die 18. The method according to claim 14, wherein the second step contributes to a focal region which is changed in its lateral distance from the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) or to the illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) maintaining the position approached in the first step or the first step for another desired position within the internal thread while maintaining the position of the movable and / or variable optical element (MMA; 3) of the sensor (31a; 31b; 31c 3 ld; 31c) or the illumination module (41a; 41b; 41c; 41d; 41e) are repeatedly executed until, in the third step that follows each time, the complete information about the Oberflächendaten des zu vermessenden Abschnitts des Innengewindes vorliegt.  Surface data of the section of the internal thread to be measured is present.
PCT/EP2014/060880 2014-05-27 2014-05-27 Optical sensor for a coordinate measuring machine and illumination module for such an optical sensor and method for measuring female threads or drilled holes of a workpiece using the optical sensor or illumination module Ceased WO2015180755A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112014006706.7T DE112014006706B4 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Optical sensor for a coordinate measuring machine and a lighting module for such an optical sensor and a method for measuring internal threads or boreholes of a workpiece with the optical sensor or lighting module
PCT/EP2014/060880 WO2015180755A1 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Optical sensor for a coordinate measuring machine and illumination module for such an optical sensor and method for measuring female threads or drilled holes of a workpiece using the optical sensor or illumination module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2014/060880 WO2015180755A1 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Optical sensor for a coordinate measuring machine and illumination module for such an optical sensor and method for measuring female threads or drilled holes of a workpiece using the optical sensor or illumination module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015180755A1 true WO2015180755A1 (en) 2015-12-03

Family

ID=50896251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/060880 Ceased WO2015180755A1 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Optical sensor for a coordinate measuring machine and illumination module for such an optical sensor and method for measuring female threads or drilled holes of a workpiece using the optical sensor or illumination module

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE112014006706B4 (en)
WO (1) WO2015180755A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016225484B3 (en) 2016-12-19 2018-06-07 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Method and optical sensor for determining at least one coordinate of at least one measurement object
CN112858166A (en) * 2019-11-27 2021-05-28 发那科株式会社 Internal surface image inspection device
US12516923B2 (en) * 2022-09-12 2026-01-06 3D.aero GmbH Method for assessing a depression, in particular a bore, in a workpiece

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021208378A1 (en) 2021-08-03 2023-02-09 Sms Group Gmbh Arrangement for the optical measurement of a thread on an end of a metal pipe or on a socket and method for measurement

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4453082A (en) * 1980-11-14 1984-06-05 Diffracto Ltd. Coordinate measuring method and device
US4465374A (en) * 1979-02-27 1984-08-14 Diffracto Ltd. Method and apparatus for determining dimensional information concerning an object
EP2093536A1 (en) * 2006-12-13 2009-08-26 Nikon Corporation Measurement device and measurement method

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10260256B9 (en) * 2002-12-20 2007-03-01 Carl Zeiss Interferometer system and measuring / machining tool
DE102004012426A1 (en) * 2004-03-13 2005-09-29 Knüttel, Alexander, Dr. Low-coherence interferometric method and apparatus for light-optical scanning of surfaces
DE102006007170B4 (en) * 2006-02-08 2009-06-10 Sirona Dental Systems Gmbh Method and arrangement for fast and robust chromatic confocal 3D metrology
EP2037214A1 (en) * 2007-09-14 2009-03-18 Leica Geosystems AG Method and measuring device for measuring surfaces
DE102011014779A1 (en) * 2011-03-15 2012-09-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device and method for measuring an object
WO2013167167A1 (en) * 2012-05-07 2013-11-14 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Replaceable illumination module for a co-ordinate measuring machine
WO2014023332A1 (en) * 2012-08-07 2014-02-13 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Co-ordinate measuring device for determining spatial co-ordinates on an object to be measured
DE202012104074U1 (en) * 2012-10-23 2014-01-27 Sick Ag 3D camera for three-dimensional monitoring of a surveillance area

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4465374A (en) * 1979-02-27 1984-08-14 Diffracto Ltd. Method and apparatus for determining dimensional information concerning an object
US4453082A (en) * 1980-11-14 1984-06-05 Diffracto Ltd. Coordinate measuring method and device
EP2093536A1 (en) * 2006-12-13 2009-08-26 Nikon Corporation Measurement device and measurement method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016225484B3 (en) 2016-12-19 2018-06-07 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Method and optical sensor for determining at least one coordinate of at least one measurement object
US10254106B2 (en) 2016-12-19 2019-04-09 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Method and optical sensor for determining at least one coordinate of at least one measurement object
CN112858166A (en) * 2019-11-27 2021-05-28 发那科株式会社 Internal surface image inspection device
US12516923B2 (en) * 2022-09-12 2026-01-06 3D.aero GmbH Method for assessing a depression, in particular a bore, in a workpiece

Also Published As

Publication number Publication date
DE112014006706A5 (en) 2017-02-16
DE112014006706B4 (en) 2020-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3230683B1 (en) Coordinate measuring machine and methods for measuring features of workpieces
EP1208369B1 (en) Optical measuring system
EP2398379B1 (en) Handheld dental camera and method for optical 3d measurement
DE102006007170B4 (en) Method and arrangement for fast and robust chromatic confocal 3D metrology
EP2843360A1 (en) Robust one shot interferometer and OCT method, in particular for material measurement and tumour cell detection
WO2014023332A1 (en) Co-ordinate measuring device for determining spatial co-ordinates on an object to be measured
EP1272812A1 (en) Interferometric measuring device
WO2014023364A1 (en) Measuring unit for measuring a measuring object and method thereto
DE10220824B4 (en) Optical measuring device
DE102014215931B4 (en) Illumination module for an optical sensor and optical sensor with such an illumination module for a coordinate measuring machine for measuring internal threads or boreholes of a workpiece
EP3101385A1 (en) Device and method for detecting surface topographies
DE102014218974A1 (en) Illumination module and optical sensor for a coordinate measuring machine for measuring internal threads or boreholes of a workpiece
EP1311801B1 (en) Interferometric, low coherence shape measurement device for a plurality of surfaces (valve seat) via several reference planes
DE112014006706B4 (en) Optical sensor for a coordinate measuring machine and a lighting module for such an optical sensor and a method for measuring internal threads or boreholes of a workpiece with the optical sensor or lighting module
DE102014215952B4 (en) Illumination module for an optical sensor and optical sensor with such an illumination module for a coordinate measuring machine for measuring internal threads or boreholes of a workpiece
EP2847541B1 (en) Coordinate measuring device with a white light sensor
DE102013105102A1 (en) Method and device for determining features on objects to be measured
EP2847543B1 (en) Measuring device and method for measuring a measuring object
DE10131779A1 (en) Interferometric short coherent shape measuring device for valve seat surfaces has beam splitter to form object beam guided over optical path to object and reference beam guided to reference plane
EP1210564A1 (en) Interferometric, short coherent form-measuring device for several surfaces (valve seats) using multi-focal optics, optical segments or high depth of focus
EP2883018B1 (en) Coordinate measuring device for determining spatial coordinates of a measurement object
DE102012109726A1 (en) Method and device for determining the geometry of an object with a zoom lens
EP1704385A1 (en) Optical imaging system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14728489

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112014006706

Country of ref document: DE

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112014006706

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14728489

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1