用于接触-光学确定测量物体的几何形状的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于借助接触-光学测量法确定坐标测量仪中工件的结构和/或几何形状的方法和布置，其中借助于第一传感器利用光学侧向测量法沿至少一个方向来确定接触形成元件的位置以及利用至少一个距离传感器沿至少一个第二方向来确定接触形成元件的位置。为了利用传感器实现无错误地检测接触形成元件，提出使用至少一个柔性的连接元件以用于在支架中固定接触形成元件，所述连接元件由第一传感器的光路沿射束方向穿过，其中所述连接元件是透明的和/或布置为关于第一传感器强烈地散焦。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于接触-光学确定测量物体的几何形状的方法和装置
本专利技术涉及一种用于借助接触-光学测量法确定测量物体的几何形状的方法。本专利技术还涉及一种用于借助接触-光学测量法确定物体、如工件的结构和/或几何形状的装置。本专利技术尤其涉及一种用于在坐标测量仪中借助于接触-光学测量法确定物体、例如工件的结构和/或几何形状的方法，其中沿坐标测量仪的至少一个方向、如X方向和/或Y方向借助于第一传感器利用光学侧向测量法确定接触形成元件或至少一个配属于接触形成元件的标记的位置，以及沿坐标测量仪的至少一个第二方向、如Z方向利用至少一个距离传感器来确定接触形成元件或至少一个配属于接触形成元件的标记的位置，或者涉及一种用于借助接触-光学测量法确定在坐标测量仪中物体、如工件的结构和/或几何形状的装置，其中将沿坐标测量仪的至少一个方向、如X方向和/或Y方向借助于第一传感器检测接触形成元件或至少一个配属于接触形成元件的标记的位置的光学侧向测量法和沿坐标测量仪的至少一个第二方向、如Z方向检测接触形成元件或至少配属于接触形成元件的标记的位置的至少一个距离传感器联系起来。
技术介绍
根据EP-B-1082581，借助于配属于坐标测量仪的接触形成元件来测量物体的结构，该物体的位置借助于光学传感器来检测。因此，涉及一种接触-光学测量法。在此，传感器和探针设计成可一起调节的单元。这能根据WO-A-02/025206基于旋转摆动接头。明确地涉及在这些文献中的公开内容。在DE-U-29808683中借助两个光学传感器来确定探针的空间位置，其中一个传感器测量Z坐标而另一个测量X、Y坐标。同样由下述内容得出：DE.Z.:tm-TechnischesMessen66(1999)12,S.1-5,Schwenkeetal.:“Opto-taktilerSenserzur2D-und3D-MessungkleinerStrukturenmitKoordinatenmessgeräten（用于利用坐标测量仪进行小结构的2维和3维测量的光学-接触传感器）”。在目前为止已知的、在现有技术中已知为纤维探针的光学-触觉测量系统中，借助于一个或多个彼此近似垂直地布置的一维或二维光学测量系统实现了对接触形成元件的或配属于该接触形成元件的标记的3维检测，所述一维或二维光学测量系统例如为CCD-或CMOS图像检测装置，或者由二维图像检测装置和进行一维相对测量的距离传感器、如外差干涉仪（WO-A-2007/033811）或基于斑点图像分析（DE-A-102005021645）的组合。一种在“NationalPhysicalLaboratory（国家物理实验室）（NPL）”处研发的3D探针具有接触力（Antastkraft）的近似各项同性的特性，然而仅用于刚性触针来说或者在使用压电式分析系统以确定触针的倾斜度和偏移的情况下。由薄的矩形的传感器元件的6个测得的曲率或膨胀率计算出沿三个空间方向的偏移和围绕其的倾斜（RichardLeech教授,NPL,英国-“Developmentofa3Dvibratingmicro-CMMprobeusinganactivetriskelionflexure"（使用主动三曲枝图曲线的3维振动微型CMM探针的研发）在“Microparts”上,InterestGroupWorkshop,2009年10月28.-29日,NationalPhysicalLaboratory（国家物理实验室）,Teddington,英国）。由“XPRESSPrecisionEngineering”公司销售的3维微型探针也具有类似的功能。在该微型探针中，刚性触针固定在硅芯片上，并借助于集成在硅芯片中的压阻元件测定偏移（ErnstTreffers,DirectorBusinessDevelopment,XpressPrecisionEngineering,TheNetherlands-“Gannenseries:3Dtactileprobesformicroparts”（用于微型部件的3维触及型探针）在“Microparts”上,InterestGroupWorkshop,2009年10月28.-29日,NationalPhysicalLaboratory（国家物理实验室）,Teddington,英国，以及在2009年12月16日的网页www.xpresspe.com和www.xpresspe.com/probe2.htm）。由DE-A-10108774已知了一种用于触觉式探针头的局部透光的支架。该支架利用布置在探针头上方的观察相机穿过用于固定和分析触针的偏移所必须的支承组件实现了观察触针的尖端，以便进行触觉式测量，尤其是在其它情况下难以观察到的向工件表面的接近。观察相机不可用于测量探针尖的位置，因为不包含用于图像处理的器件。已知的方法的缺点在于，不精确或仅不足够精确地或迅速地光学检测到待检测的元件、如接触形成元件或配属于该接触形成元件的标记的相对或绝对位置。同时未解决的问题尤其在于，快速地分析：待检测的元件沿用于确定待检测的元件的横向偏移的光学图像检测系统的成像方向的相对或绝对位置；或者检测关于旋转自由度的运动。此外，不存在下述解决方案：用于在待检测的元件、如接触形成元件或配属于其的标记的表面上产生干涉仪或距离传感器或根据聚焦法、如自动聚焦的传感器或图像处理传感器的测量射束的反射。由US-A-5,825,666已知了一种具有刚性探针的坐标测量仪，其具有两个测标/物体标记（Zielmarke），以便能推断出接触形成元件的空间位置。WO-A-02/106765涉及一种用于测量物体的方法，其中借助于激光距离传感器测量接触-光学探针的接触形成元件的Z-位置。此外，还设置了图像处理传感器。由WO-A-02/25206可以获悉一种用于借助坐标测量仪以光学-触觉的方式测量物体结构的装置和方法。第一光学传感器和具有接触形成元件的机械探针集成为一个单元。为了对接触形成元件进行三维测量，使用了同样结构类型的第二光学传感器，该第二光学传感器的光学轴垂直于第一光学传感器的光学轴延伸。由WO-A-03/008905也已知了这种类型的装置。选择性地，利用距离传感器来测量接触形成元件的位置或物体的表面特性。可选地，可借助于图像处理传感器来测量接触形成元件的位置，其中距离传感器随后用于接触形成元件的照明。根据US-B-6,441,910，坐标测量仪具有机械探针和光学传感器，以便能以光学-触觉的方式来测量物体。机械探针和光学传感器可设置为一个单元。为了借助于坐标测量仪来测量物体，根据DE-A-19805892借助于光学检测装置来测量探针的位置，该光学检测装置可与探针无关地进行调节。根据EP-A-0965816，利用可彼此独立地移动的光学检测装置和探针来测量物体的几何结构。因此，为了确保接触形成元件的精确的空间位置确定，之前已知的方法或坐标测量仪都仅涉及整个问题的部分解决方案。根据WO-A-98/57121，为了对探针元件位置进行3维确定，使用了基于三角测量的摄影测量方法。由DE-A-4327250可获悉具有机械探测传感器的坐标测量仪。其中可以借助于监视器对机械接触过程进行视觉控制，以便避免探针的损坏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.26 DE 102009044673.7;2009.12.23 DE 10200901.用于在坐标测量仪中借助接触-光学测量法来确定物体的结构和/或几何形状的方法，其中沿所述坐标测量仪的至少一个方向借助于传感器装置的第一传感器利用光学侧向测量法来确定接触形成元件的或至少一个配属于所述接触形成元件的标记的位置，并且沿所述坐标测量仪的至少一个第二方向利用所述传感器装置的至少一个距离传感器来确定所述接触形成元件的或至少所述配属于所述接触形成元件的标记的位置，其中，所述接触形成元件以及在存在配属于所述接触形成元件的至少一个标记时所述标记从杆出发，其特征在于，使用至少一个柔性的连接元件以用于在支架中固定所述杆，所述连接元件被所述第一传感器的光路沿射束方向穿过；所述至少一个柔性的连接元件是透明的和/或布置为关于所述第一传感器强烈地散焦。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为光学侧向测量法使用2维图像处理传感器。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由干涉仪、激光距离传感器、根据聚焦原理的传感器、自动聚焦传感器、图像处理传感器组成的组中的传感器被使用作为距离传感器。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，绝对测量的外差干涉仪被使用作为干涉仪。5.根据权利要求1或权利要求3所述的方法，其特征在于，借助于射束转向而侧向测量的图像处理传感器被使用作为距离传感器。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于至少两个柔性的连接元件固定所述杆，所述柔性的连接元件被相应地确定尺寸和布置以用于在偏移时产生沿至少两个方向独立的力和/或近似相同的机械刚性。7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述柔性的连接元件与环形的保持结构连接。8.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，为了利用光学侧向测量法来侧向确定所述接触形成元件的或至少所述配属于所述接触形成元件的标记的位置，并且为了沿竖直的第二方向利用距离传感器来确定所述接触形成元件的或至少所述配属于所述接触形成元件的标记的位置，在不同的竖直距离处使用不同的标记。9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，沿坐标测量仪的两个方向利用光学侧向测量法并且沿所述坐标测量仪的第三方向利用距离传感器来确定所述接触形成元件的或至少所述配属于所述接触形成元件的标记的位置。10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，沿至少一个方向通过检测所述接触形成元件的或配属于所述接触形成元件的标记的朝向用于测量的传感器装置的侧面，来确定所述接触形成元件的或至少所述配属于所述接触形成元件的标记的位置。11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过检测承载所述接触形成元件的杆，而沿至少一个方向确定所述接触形成元件的或至少所述配属于所述接触形成元件的标记的位置。12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述接触形成元件或配属的标记的、朝向至少实现了所述光学侧向测量法的第一传感器的侧面上设置了反射层。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，具有颜色选择特性的层被使用作为反射层，其如此设计，使得反射用于确定至少一个方向的传感器的波长的测量射束以及额外地传输具有不同波长的光源的射束。14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过透射照明或通过自照明或通过配属于2维图像处理传感器的明场照明和/或暗场照明或通过干涉仪或所述距离传感器的测量射束，来照明所述接触形成元件和/或所述至少一个配属的标记和/或朝向所述传感器装置的反射层。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述接触形成元件或所述标记的透射照明从与所述传感器装置对置的方向实现。16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，照明通过所述接触形成元件或配属于所述接触形成元件的标记的自照明、通过光射入到所述接触形成元件或所述标记或所述杆中实现。17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述反射层布置为与所述接触形成元件或配属于所述接触形成元件的所述标记的边缘间隔开；以及未被反射层覆盖的作为在2维图像处理传感器中的阴影而检测的边缘用于分析二维侧向位置。18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在发光的接触形成元件或配属于所述接触形成元件的第一标记之间的距离如此选择，使得第二标记的位于所述第一标记上方的反射层能至少接近所述接触形成元件或所述第一标记的边缘，以用于借助传感器装置进行测量。19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当通过光射入到所述接触形成元件或所述标记或所述杆中、而通过所述接触形成元件的或配属于所述接触形成元件的标记的自照明进行照明时，朝向所述传感器装置的入射侧面被涂敷了颜色选择层。20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当通过光射入到所述接触形成元件或所述标记或所述杆中、而通过所述接触形成元件或配属于所述接触形成元件的标记的自照明进行照明时，光学的分配或转向层布置在上部杆端部上或上方。21.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过使用不同的波长或者对照明进行调制或者时间上交替地进行照明，实现了用于沿第二方向的测量和所述光学侧向测量法的分开的照明。22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，当在用于测量的分析光路中使用不同的波长时，借助于机械的过滤器执行所述波长的分开。23.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述干涉仪的测量射束入射至所述杆中；并且在所述接触形成元件或配属于所述接触形成元件的标记处或附近反射的并且通过所述杆引导的射束对所述干涉仪的参考光路进行干涉。24.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光学侧向测量法和至少一个距离传感器的测量值或测量信号大致同时地或同步地被记录。25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，将测量值和/或测量信号传输给上级的分析系统，所述分析系统从所述测量值和/或测量信号计算出所述接触形成元件或配属于所述接触形成元件的标记的三维位置。26.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过测量多个配属于所述接触形成元件的标记的位置来确定所述接触形成元件围绕一个、两个或三个空间方向的旋转和/或倾斜，其中借助于所述光学侧向测量法和/或至少一个距离传感器来检测所述标记。27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，通过至少借助于所述光学侧向测量法进行的测量以下述方式来确定所述接触形成元件围绕所述杆的轴线的旋转：确定在至少一个配属于所述接触形成元件的标记上安置的、定向的结构的位置，或者确定至少两个侧向错开的、配属于所述接触形成元件的标记的位置。28.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于所述光学侧向测量法以配属的变焦光学组件的两个不同的焦点距离、通过测量至少两个重叠地布置在所述杆上的标记，或者通过具有不同的焦点距离的两个摄像机来检测所述杆的弯曲度和/或倾斜度，其中通过自照明来照明下部的标记或第一标记或所述接触形成元件。29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，上部标记或第二标记通过上部杆端部或者安置在所述上部杆端部上的反射层形成并且通过明场照明或暗场照明进行照明。30.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用两个摄像机，其利用共同的摄影光学具组。31.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过两个不同的标记和/或所述接触形成元件的测量结果与两个侧向测量的传感器和距离传感器联系在一起或在忽略在五个自由度中围绕杆轴线的旋转自由度的情况下，在六个自由度中确定所述接触形成元件的运动和/或偏移。32.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，侧向测量的第一传感器和所述距离传感器至少部分地使用共同的光路，其中两个传感器的射束路线的分离通过波长选择性的元件或通过循环设置的转换元件或偏转镜或通过循环地影响焦点距离的柔性透镜实现。33.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述侧向测量法和所述距离传感器具有不同的焦点距离。34.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过手动或自动地使所述接触形成元件和在存在配属于所述接触形成元件的至少一个标记时所述标记和在存在所述干涉仪时所述干涉仪从所述光学侧向测量法的光路离开，利用所述光学侧向测量法或距离传感器直接测量物体的结构和/或几何形状。35.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，附加或替代于利用形式为光学侧向测量的第一传感器和距离传感器的传感器中的至少一个进行检测，借助于至少一个集成在所述接触形成元件的所述支架的至少一个连接元件中的机电传感器实现所述接触形成元件和/或配属于所述接触形成元件的标记的位置的至少一个方向，分析所述机电传感器的电信号，所述电信号根据至少一个柔性的连接元件的变形和/或弯曲和/或伸长和/或纵向压缩和/或扭曲而在振幅、相位或频率方面进行变化。36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述机电传感器具有至少两个应变仪或压阻传感器或感应传感器或电容传感器，其中其信号以计算的方式组合。37.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，光学侧向测量的第一传感器用于沿坐标测量仪的两个方向确定所述接触形成元件和/或配属于所述接触形成元件的标记的位置，并且所述机电传感器用于沿坐标测量仪的第三方向进行确定，和/或用于确定所述接触形成元件和/或配属于所述接触形成元件的标记围绕一个、两个或三个方向的倾斜。38.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在测量期间，使包括所使用的传感器的所述传感器装置关于待测量的物体运动以用于确定所述接触形成元件和/或配属于所述接触形成元件的标记的位置，其中借助于控制单元实现同步，所述控制单元通过触发线路与所述传感器装置和用于使所述传感器装置关于物体运动的坐标测量仪的运行轴和至少一个照明设备或配属于作为传感器装置的传感器之一的2维图像处理传感器的快门连接，在下述情况之间：-用于侧向测量的所述第一传感器的测量值记录，也就是2维图像处理传感器的图像记录，以及-用于距离测量的所述距离传感器的测量值记录，以及-确定用于使传感器装置关于物体的运动的运行轴的位置，以及-通过所述照明设备或配属于所述2维图像处理传感器的快门的闪光式照明的触发。39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，当粗略达到待测量的位置时，进行测量。40.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在利用所述接触形成元件扫描地测量所述物体期间，所使用的传感器装置确定所述接触形成元件和...

【专利技术属性】
技术研发人员：R克里斯托弗，M安德雷斯，I施密特，M赫希勒，B霍普，
申请(专利权)人：沃思测量技术股份有限公司，
类型：
国别省市：