DE102012103977A1

DE102012103977A1 - Method for determining surface of cylinder casing of bore, involves adjusting measuring beam extending in direction of surface normal of object for distance measurement between deflection point between directions of beam and object surface

Info

Publication number: DE102012103977A1
Application number: DE201210103977
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-07-11

Abstract

The method involves allowing a measuring beam (14) of a point-shaped measuring, optical distance sensor (3) to exit at an end of a rod-shaped measuring probe (11) in a direction, where the probe is rotated relative to an axis around another direction. The beam extending in the former direction is adjusted in a direction of a surface normal of an object to be measured for distance measurement between a deflection point between the former and latter directions of the beam of the probe and an object surface (16). The probe is rotated around the latter direction in the direction of the normal. The distance sensor is an image processing sensor. An independent claim is also included for a device for determining a surface of an object.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Bestimmung der Oberfläche eines Objektes mittels eines punktförmig messenden, optischen Abstandsensors, dessen Messstrahl eine um zumindest eine erste Richtung des Messstrahls drehbare Messsonde in einer zweiten Richtung verlässt.The invention relates to a method and to a device for determining the surface of an object by means of a punctiform measuring, optical distance sensor whose measuring beam leaves a rotatable about at least a first direction of the measuring probe in a second direction.

Bei der Abstandsmessung mit optischen Sensoren stellt sich häufig die Herausforderung, nicht nur senkrecht zu messen, sondern auch seitliche Strahlaustritte zu ermöglichen. Hierdurch können beispielsweise senkrechte oder stark geneigte Oberflächen gemessen werden. Diese Oberflächen befinden sich unter anderem einige Millimenter bis Zentimeter tief unter der Bauteiloberfläche. Diese Bereiche können daher nur mit langen Messsonden erreicht werden. Befinden sich diese Oberflächen in besonders kleinen lateral ausgedehnten Bereichen wie Bohrungen, müssen zudem sehr kleine Sondendurchmesser von wenigen zehn oder wenigen hundert Mikrometern im Durchmesser realisiert werden.When measuring distances with optical sensors, the challenge often arises not only of measuring vertically, but also of allowing lateral beam outlets. As a result, for example, vertical or strongly inclined surfaces can be measured. Among other things, these surfaces are located a few millimeters to centimeters deep below the component surface. These areas can therefore only be achieved with long probes. If these surfaces are located in particularly small laterally extended areas such as holes, very small probe diameters of a few tens or a few hundred micrometers in diameter must be realized.

Als eine besondere Herausforderung gilt die Messung in verschiedenen Richtungen mit der gleichen Messsonde, um beispielsweise die gesamte Oberfläche eines Zylindermantels zu erfassen. Hierzu muss die Messsonde drehbar gelagert sein, um eine Anpassung der Messrichtung auf die Oberflächennormale des jeweiligen Oberflächenabschnittes zu gewährleisten. Insbesondere bei sehr kleinen Sondendurchmessern ist die Einkopplung des Messstrahles in die Sonde besonders schwierig, da an die Rundlaufabweichungen der eingesetzten Dreheinrichtung und die Justiergenauigkeit der Messsonde zur Drehmitte sowie die Justiergenauigkeit des fest stehenden Faserendes zur Messsonde hohe Anforderungen gestellt werden. Hier sind nur Abweichungen deutlich kleiner als der den Messstrahl transportierenden Faserkerndurchmesser von den zumeist eingesetzten Single-Mode Fasern von ca. 10 μm zulässig. Ansonsten kann kein Messsignal erzeugt werden.A particular challenge is the measurement in different directions with the same probe to capture, for example, the entire surface of a cylinder jacket. For this purpose, the measuring probe must be rotatably mounted in order to ensure an adaptation of the measuring direction to the surface normal of the respective surface section. Especially with very small probe diameters, the coupling of the measuring beam into the probe is particularly difficult, since high demands are placed on the concentricity deviations of the rotating device used and the adjustment accuracy of the probe to the center of rotation and the Justiergenauigkeit the fixed fiber end to the probe. Only deviations significantly smaller than the fiber core diameter that transports the measuring beam are allowed by the mostly used single-mode fibers of about 10 μm. Otherwise, no measurement signal can be generated.

Zudem muss der Abstand zur Oberfläche während der Drehung innerhalb des Messbereiches des Abstandsensors bleiben. Hierdurch würde das optische Scannen der gesamten Oberfläche möglich. Um dabei auch hohe Messraten zu erreichen, muss die Anpassung der Messrichtung auf die Oberflächennormale des jeweiligen Oberflächenabschnittes möglichst schnell erfolgen.In addition, the distance to the surface during rotation must remain within the range of the distance sensor. This would make optical scanning of the entire surface possible. In order to achieve high measurement rates, the adaptation of the measuring direction to the surface normal of the respective surface section must be carried out as quickly as possible.

Es sind bereits einige hochgenaue, optische Abstandsensoren bekannt, die zumeist auf dem Prinzip der kurzkohärenten Interferometrie arbeiten. Als Beispiele seien die Abstandsensoren der Serie RayDex der ISIS sentronics GmbH Mannheim (Internetlink am 29.12.1011: https://www.isis-sentronics.de/produkte ), das faseroptische Distanzmesssystem der Serie FDM der fionec GmbH Aachen (Internetlink am 29.12.2011: https://www.fionec.de/produkte_und_applikationenmesssysteme.html ) oder der von der Firma Bosch unter dem Namen WhitePoint Mikrotaster (WPM) entwickelte Sensor genannt.There are already some highly accurate, optical distance sensors known, which work mostly on the principle of short-coherent interferometry. As examples are the distance sensors of the series RayDex of the ISIS sentronics GmbH Mannheim (Internet link on 29.12.1011: https://www.isis-sentronics.de/produkte ), the fiber optic distance measuring system of the FDM series of the fionec GmbH Aachen (Internet link on 29.12.2011: https://www.fionec.de/produkte_und_applikationenmesssysteme.html ) or the sensor developed by the company Bosch under the name WhitePoint microprobe (WPM).

Das System der Firma ISIS bietet relativ lange, aber nur recht dicke Messsonden ab einem minimalen messbaren Bohrungsdurchmesser von 0,9 mm. Verschiedene Strahlaustrittsrichtungen sind möglich. Zudem kann die Messsonde um ihre Ausdehnungsrichtung gedreht werden. Der Sensor selbst steht fest. Eine Anpassung der Messrichtung auf die Oberflächennormale ist nicht beschrieben.The ISIS system offers relatively long but only very thick probes with a minimum measurable bore diameter of 0.9 mm. Different beam exit directions are possible. In addition, the probe can be rotated about its extension direction. The sensor itself is fixed. An adaptation of the measuring direction to the surface normal is not described.

Das System der Firma fionec zeichnet sich durch sehr kleine Messsondendurchmesser und hohe Messsondenlängen aus. Zudem sind verschiedene Richtungen für den Strahlaustritt möglich. Insbesondere die kleinen Sondendurchmesser bis in den Bereich von ca. 80 μm werden durch die Ausbildung der Messsonde als Lichtwellenleiterfaser erreicht. Hierfür ist jedoch keine Möglichkeit der Drehung der Messsonde bekannt. Der Sensor kann zur lateralen Bewegung in ein Koordinatenmessgerät integriert werden.The fionec system is characterized by very small measuring probe diameters and long measuring probe lengths. In addition, different directions for the beam exit are possible. In particular, the small probe diameter up to the range of about 80 microns are achieved by the formation of the probe as an optical waveguide fiber. For this, however, no possibility of rotation of the probe is known. The sensor can be integrated into a coordinate measuring machine for lateral movement.

Der WhitePoint Mikrotaster enthält ebenso keine drehbare Messsonde.The WhitePoint Microtaster also contains no rotatable probe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere dass sich mit keinem der bekannten Messsysteme die Aufgabe erfüllen lässt, eine Anpassung der Messrichtung auf die Oberflächennormale zu ermöglichen.The object of the present invention is to avoid the disadvantages of the prior art, in particular that with none of the known measuring systems can the task be fulfilled to allow an adaptation of the measuring direction to the surface normal.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist, Objekte mit beliebigen Oberflächenneigungen zu messen, unabhängig von der vorliegenden Messrichtung oder Drehstellung der Sensorsonde. Die Anpassung der Messrichtung soll dabei nicht statisch erfolgen, sondern sie wird bei einer permanenten Drehbewegung der Sensorsonde automatisch eingenommen und erkannt.Another object of the invention is to measure objects with arbitrary surface slopes, regardless of the present measuring direction or rotational position of the sensor probe. The adjustment of the measuring direction should not be static, but it is automatically taken and recognized in a permanent rotational movement of the sensor probe.

Die Aufgabe löst die vorliegende Erfindung im Wesentliche durch ein Verfahren bei dem die Richtung des Messstrahls auf die Richtung der Oberflächennormale des zu messenden Objektes eingestellt wird, indem die Messsonde um zumindest die erste Richtung gedreht wird und durch eine Vorrichtung, bei der der drehbare Teil des Abstandsensors, also die Messsonde, mit dem drehbaren Teil einer Drehvorrichtung verbunden ist und der feste Teil des Abstandsensors mit dem festen Teil der Drehvorrichtung verbunden ist, wobei der Messstrahl zumindest in der Messsonde in einer Faser, vorzugsweise Lichtwellenleiter, geführt wird.The object is achieved by the present invention essentially by a method in which the direction of the measuring beam is adjusted to the direction of the surface normal of the object to be measured by the measuring probe is rotated about at least the first direction and by a device in which the rotatable part of Distance sensor, so the probe is connected to the rotatable part of a rotating device and the fixed part of the distance sensor is connected to the fixed part of the rotating device, wherein the measuring beam at least in the probe in a fiber, preferably optical fiber, is performed.

Höchste Messraten werden in einer möglichen Weiterbildung erreicht, indem das Messsignal des Abstandsensors bei fortlaufender Drehung der Messsonde permanent ausgewertet wird und daraus die Richtung der Oberflächennormale erkannt wird und immer dann automatisch ein Messwert generiert wird, wenn die Drehstellung der Messsonde in zumindest der ersten Richtung auf die Richtung der Oberflächennormale eingedreht ist. Hierdurch ist es möglich, bei einer Messsignalfrequenz von beispielsweise 5 kHz genügend Messsignale, im Beispiel 250 Werte pro Umdrehung, zu erhalten, um eine Drehfrequenz und damit Messwertfrequenz von beispielsweise 20 Hz zu erzielen, sofern pro Umdrehung nur ein Wert generiert wird. Alternativ werden mehrere Abstandswerte je Umdrehung in dem Bereich, in dem ein gültiges Messsignal vorliegt, beispielsweise charakterisiert durch das Überschreiten eines Schwellwertes eines Qualitätssignals oder Unterschreiten eines Schwellwertes des Abstandsignals, aufgenommen. Dadurch lassen sich beispielsweise mehrere hundert Messwerte je Sekunde erzeugen.Highest measurement rates are achieved in a possible development by the measurement signal of the distance sensor is continuously evaluated with continuous rotation of the probe and from the direction of the surface normal is detected and automatically a measured value is generated whenever the rotational position of the probe in at least the first direction the direction of the surface normal is screwed in. This makes it possible to obtain sufficient measurement signals, in the example 250 values per revolution, at a measurement signal frequency of, for example, 5 kHz, in order to achieve a rotational frequency and thus measured value frequency of, for example, 20 Hz, if only one value is generated per revolution. Alternatively, a plurality of distance values per revolution are recorded in the region in which a valid measurement signal is present, for example characterized by the exceeding of a threshold value of a quality signal or falling below a threshold value of the distance signal. As a result, for example, several hundred measured values per second can be generated.

Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass die Messrichtung der Messsonde zunächst beliebig sein kann und nicht für jeden Punkt einzeln ausgerichtet werden muss. Hierdurch können Objekte mit beliebigen Oberflächenneigungen und mehrere Punkte schnell nacheinander gemessen werden. Durch die permanente Drehung ergibt sich die Anpassung der Messrichtung automatisch, wobei erkannt wird, wenn die eingenommene Drehstellung zur Erzeugung von Messwerten geeignet ist.Another advantage of this procedure is that the measuring direction of the probe can initially be arbitrary and does not have to be aligned individually for each point. As a result, objects with arbitrary surface slopes and multiple points can be measured quickly one after the other. The permanent rotation results in the adaptation of the measuring direction automatically, whereby it is detected when the assumed rotational position is suitable for generating measured values.

In einer Weiterbildung zur Messung kompletter Oberflächen, vorzugsweise scannend, wird zusätzlich der Abstandsensor entlang der Oberfläche geführt, indem der Abstandsensor um zumindest eine Richtung relativ zum Objekt verschoben wird, vorzugsweise durch Einsatz in einem Koordinatenmessgerät.In a development for measuring complete surfaces, preferably scanning, the distance sensor is additionally guided along the surface by the distance sensor being displaced by at least one direction relative to the object, preferably by use in a coordinate measuring machine.

Des Weiteren beschreibt die Erfindung eine Vorrichtung zur Umsetzung des beschriebenen Verfahren, die zusätzlich eine Drehung sehr kleine, faseroptische Messsonden erlaubt, indem der drehbare Teil des Abstandsensors, also die Messsonde, mit dem drehbaren Teil einer Drehvorrichtung verbunden ist und der feste Teil des Abstandsensors mit dem festen Teil der Drehvorrichtung verbunden ist, wobei der Messstrahl zumindest in der Messsonde in einer Faser, vorzugsweise Lichtwellenleiter, geführt wird und eine Auswerteeinheit mit dem Abstandsensor verbunden ist und die Messwerte, und vorzugsweise die Messsignale, des Abstandsensors empfängt und vorzugsweise die Auswerteeinheit mit der Steuerung eines Koordinatenmessgerätes verbunden ist.Furthermore, the invention describes a device for implementing the method described, which additionally allows rotation of very small, fiber-optic probes by the rotatable part of the distance sensor, so the probe is connected to the rotatable part of a rotating device and the fixed part of the distance sensor with is connected to the fixed part of the rotating device, wherein the measuring beam is guided at least in the measuring probe in a fiber, preferably optical waveguide, and an evaluation unit is connected to the distance sensor and receives the measured values, and preferably the measuring signals of the distance sensor and preferably the evaluation unit with the Control of a coordinate measuring machine is connected.

Eine eigenständige Erfindung beschreibt zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens, aber auch für weitere Verfahren oder Vorrichtungen wie Sensoren oder Teile von Sensoren, eine Vorrichtung zur empfindlichen Justierung der Position eines Bauteils. Hierbei wird eine Untersetzung der Bewegung eines von zumindest zwei Stellelementen wie Stellschraube durch unterschiedliche Steifigkeit zweier Elemente erreicht, über die das erste und ein zweites Stellelemente an das zu justierende Teil direkt oder indirekt angekoppelt sind. Die Steifigkeit wird dabei beispielsweise durch unterschiedliche Elastizitätsmodule oder Dicken der beiden Elemente erreicht.An independent invention describes for implementing the method according to the invention, but also for other methods or devices such as sensors or parts of sensors, a device for sensitive adjustment of the position of a component. Here, a reduction of the movement of one of at least two adjusting elements such as adjusting screw is achieved by different stiffness of two elements over which the first and a second adjusting elements are coupled directly or indirectly to the part to be adjusted. The rigidity is achieved, for example, by different moduli of elasticity or thicknesses of the two elements.

Die Vorrichtung ist auch für weitere Vorrichtungen bzw. Verfahren einsetzbar, wie beispielsweise faseroptische Messsonden, Messsonden eines taktil-optischen Sensors, Linsen oder Teiler von vorzugsweise mehrstufigen, optischen Strahlengängen, Teile optischer Strahlengänge oder ganze optische Strahlengänge wie Linsen oder Teile von Sensoren oder komplette Sensoren wie optische, taktile oder taktil-optische Sensoren.The device can also be used for other devices or methods, such as fiber-optic probes, probes of a tactile-optical sensor, lenses or dividers of preferably multi-stage, optical beam paths, parts of optical beam paths or entire optical beam paths such as lenses or parts of sensors or complete sensors such as optical, tactile or tactile-optical sensors.

Hierdurch können beispielsweise Astigmatismusfehler bei mehrstufigen optischen Abbildungen mit mehreren Linsen vermieden werden.As a result, for example, astigmatism errors in multilevel optical images with multiple lenses can be avoided.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Oberfläche eines Objektes mittels eines punktförmig messenden, optischen Abstandsensors, dessen Messstrahl eine um zumindest einer ersten Richtung entsprechenden Achse drehbare Messsonde in einer zweiten Richtung verlässt, vorzugsweise am Ende einer vorzugsweise stabförmig ausgebildeten Messsonde verlässt, wobei sich die zweite Richtung von der ersten Richtung unterscheidet, vorzugsweise durch eine Umlenkvorrichtung wie reflektierenden und/oder brechenden Bereich.The invention describes a method for determining the surface of an object by means of a punctiform measuring, optical distance sensor whose measuring beam leaves a rotatable about at least one first axis measuring probe in a second direction, preferably at the end of a preferably rod-shaped probe leaves, wherein the second direction is different from the first direction, preferably by a deflection device such as reflective and / or refractive region.

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe im Wesentlichen dadurch, dass zur Abstandsbestimmung zwischen der Messsonde, vorzugsweise dem Umlenkpunkt zwischen der ersten und der zweiten Richtung der Messstrahlung, und der Oberfläche des Objekts der in der zweiten Richtung verlaufende Messstrahl auf die Richtung der Oberflächennormale des zu messenden Objekts eingestellt wird, in dem die Messsonde um zumindest die erste Richtung gedreht wird.The problem underlying the invention is solved essentially by determining the distance between the measuring probe, preferably the deflection point between the first and the second direction of the measuring radiation, and the surface of the object of the measuring beam extending in the second direction to the direction of the surface normal of the is set to be measured object, in which the probe is rotated by at least the first direction.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Oberflächennormale vorab bekannt ist, vorzugsweise durch Zuordnung der jeweiligen Richtung der Oberflächennormale zu einem einzelnen oder mehreren zu messenden Punkten eines Messablaufes, wobei die Oberflächennormale im Vorhinein durch den Bediener und/oder Meisterteilmessung und/oder aus einem Modell des Objektes wie CAD-Modell entnommen wird.Preferably, it is provided that the surface normal is known in advance, preferably by assigning the respective direction of the surface normal to a single or multiple points to be measured measurement flow, the surface normal in advance by the operator and / or master part measurement and / or a model of the object such as CAD model is taken.

Besonders bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Oberflächennormale anhand der Messsignale des Abstandsensors ermittelt wird, vorzugsweise durch Auswertung des Abstandssignales und/oder eines Qualitätssignals wie beispielsweise der Signalamplitude.Particularly preferably, it is provided that the surface normal is determined on the basis of the measurement signals of the distance sensor, preferably by evaluating the distance signal and / or a quality signal such as, for example, the signal amplitude.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass aus einer Drehbewegung des Abstandssensors heraus, immer dann automatisch ein Messwert generiert wird, wenn die Drehstellung der Messsonde in zumindest der zweiten Richtung auf die Richtung der Oberflächennormale eingedreht ist.In particular, the invention is characterized in that from a rotational movement of the distance sensor out, automatically a measured value is always generated when the rotational position of the probe is screwed in at least the second direction to the direction of the surface normal.

Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass der Abstandsensor und/oder das Objekt mittels einer mechanischen Drehachse oder Dreh-/Schwenkachse in zumindest einer weiteren Richtung gedreht werden.Preferably, the invention provides that the distance sensor and / or the object are rotated by means of a mechanical axis of rotation or a rotary / pivot axis in at least one further direction.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Messsignale bei fortlaufender Drehung der Messsonde um die erste Richtung permanent ausgewertet werden und hieraus ein Abstandssignal und vorzugsweise zusätzlich ein Qualitätssignal generiert wird, wobei aus dem Abstandssignal und/oder dem Qualitätssignal auf die Richtung des Messstrahls zur Oberflächennormale geschlossen wird und die weiter zu verwendenden Messwerte ausgewählt werden.It should also be emphasized that the measuring signals are permanently evaluated by the first direction when the measuring probe rotates continuously and a distance signal and preferably additionally a quality signal are generated, the direction of the measuring beam being closed to the surface normal from the distance signal and / or the quality signal and the further values to be used are selected.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass aus einer fortlaufenden Drehbewegung des Abstandssensors heraus, immer dann automatisch zumindest ein Messwert generiert wird, wenn das Abstandssignal minimal und/oder das Qualitätssignal maximal ist, wobei vorzugsweise das Qualitätssignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten muss Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass aus einer fortlaufenden Drehbewegung des Abstandssensors heraus, immer dann automatisch mehrere Messwerte generiert werden, wenn das Abstandssignal nahezu minimal und/oder das Qualitätssignal nahezu maximal ist, wobei das Qualitätssignal einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten muss und/oder das Abstandssignal einen vorgegebenen Verlauf mit einer vorgegebenen maximalen Abweichung einhält.Preferably, it is provided that from a continuous rotational movement of the distance sensor out automatically at least one measured value is always generated when the distance signal is minimal and / or the quality signal is maximum, preferably the quality signal must exceed a predetermined threshold The invention is also characterized in that several measured values are automatically generated from a continuous rotational movement of the distance sensor whenever the distance signal is almost minimal and / or the quality signal is almost maximum, the quality signal having to exceed a predetermined threshold value and / or the distance signal having a predetermined course complies with the specified maximum deviation.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Minimum des Abstandssignals und/oder das Maximum des Qualitätssignals aus dem Scheitelpunkt einer in das jeweilige Messsignal, oder einen Teil der um den Scheitelpunkt vorliegenden Werte des jeweiligen Messsignals, eingepassten Funktion, wie beispielsweise Parabel, berechnet wird.In particular, the invention is characterized in that the minimum of the distance signal and / or the maximum of the quality signal is calculated from the vertex of a function fitted in the respective measurement signal, or a part of the values of the respective measurement signal present around the vertex, such as a parabola becomes.

Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass das Minimum des Abstandssignals unter Hinzuziehung des Qualitätssignals berechnet wird.According to a proposal to be particularly emphasized, it is provided that the minimum of the distance signal is calculated with the aid of the quality signal.

Besonders hervorzuheben ist, dass das Minimum des Abstandssignals berechnet wird, indem das Abstandssignal zum Zeitpunkt des Maximums des Qualitätssignals ermittelt wird, vorzugsweise indem der Wert der in das Abstandssignal eingepassten Funktion zu diesem Zeitpunkt ermittelt wird oder indem eine Interpolation der um den Zeitpunkt herum vorliegenden Werte des Abstandssignals, vorzugsweise lineare Interpolation, durchgeführt wird.Of particular note is that the minimum of the distance signal is calculated by determining the distance signal at the time of the maximum of the quality signal, preferably by determining the value of the function fitted to the distance signal at that time or by interpolating the values around the time the distance signal, preferably linear interpolation, is performed.

Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Abstandssignals und/oder das Qualitätssignals gefiltert verwendet werden, vorzugsweise durch Mittelwertbildung oder gleitende Mittelwertbildung und/oder Medianfilterung und/oder weiterer Filterung.Furthermore, the invention is characterized in that the distance signal and / or the quality signal are used filtered, preferably by averaging or moving averaging and / or median filtering and / or further filtering.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass die fortlaufender Drehung der Messsonde in einer Richtung erfolgt oder abwechselnd in die eine Richtung und anschließend in die entgegen gesetzte Richtung, vorzugsweise bis zu Drehstellungen von jeweils 180° bezüglich einer Ausgangsdrehstellung.In particular, the invention provides that the continuous rotation of the probe takes place in one direction or alternately in one direction and then in the opposite direction, preferably up to rotational positions of 180 ° with respect to an initial rotational position.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass entlang zumindest einer Messlinie mehrere Messpunkte, vorzugsweise scannend, aufgenommen werden, wobei der Abstandsensor entlang der Oberfläche geführt wird, indem der Abstandsensor um zumindest eine Richtung relativ zum Objekt verschoben wird, vorzugsweise durch Einsatz in einem Koordinatenmessgerät.The invention is characterized in particular by the fact that along at least one measurement line a plurality of measurement points, preferably scanning, are recorded, wherein the distance sensor is guided along the surface by the distance sensor is displaced by at least one direction relative to the object, preferably by use in one coordinate measuring machine.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Messlinie entlang einer vorgegebenen geradenförmigen, kreisförmigen oder helixförmigen Bahn oder entlang eines vorgegebenen Splines verläuft.Preferably, it is provided that the measurement line runs along a predetermined straight, circular or helical path or along a predetermined spline.

Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass aus einer fortlaufenden Drehbewegung des Abstandssensors und einer zusätzlichen in zumindest einer Richtung durch ein Koordinatenmessgerät ausgeführten lateralen Bewegung des Abstandsensor heraus, der Abstandsensor entlang einer Oberfläche geführt wird, wobei immer dann automatisch Messwerte generiert werden, wenn die Messrichtung des Messstrahls senkrecht oder nahezu senkrecht zur Oberflächennormale ausgerichtet ist.It should also be emphasized that, from a continuous rotational movement of the distance sensor and an additional lateral movement of the distance sensor in at least one direction, the distance sensor is guided along a surface, whereby measured values are automatically generated whenever the measuring direction of the distance sensor Measuring beam is oriented perpendicular or nearly perpendicular to the surface normal.

Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Messlinie von einem Startpunkt zu einem Endpunkt führt und dazwischen durch den Verlauf der Oberfläche des Objektes bestimmt wird, wobei der Abstand und/oder die Richtung zur Oberfläche des Objektes durch den Abstandsensor erkannt und die Relativposition zwischen Objekt und Abstandsensor im Messbereich des Abstandsensors geregelt wird.Preferably, the invention provides that the measurement line leads from a starting point to an end point and is determined therebetween by the course of the surface of the object, wherein the distance and / or the direction to the surface of the object detected by the distance sensor and the Relative position between object and distance sensor is controlled in the measuring range of the distance sensor.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass als Abstandsensor ein Sensor nach dem Prinzip der kurzkohärenten Interferometrie verwendet wird, der vorzugsweise in ein Koordinatenmessgerät integriert ist, welches vorzugsweise zumindest eine Drehachse oder Dreh-/Schwenkachse zur Drehung des Objektes oder des Abstandsensors enthält.In particular, the invention provides that a sensor is used according to the principle of short-coherent interferometry as the distance sensor, which is preferably integrated in a coordinate measuring machine, which preferably contains at least one axis of rotation or rotation / pivot axis for rotation of the object or the distance sensor.

Die Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass Rundlauf- bzw. Exzentrizitätsabweichungen während der Drehung der Messsonde um die erste Richtung vorab eingemessen werden, vorzugsweise durch Messung eines kalibrierten Testkörpers, oder ein optischer Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, die Messsonde erfasst und die Rundlauf- bzw. Exzentrizitätsabweichungen während der Drehung der Messsonde um die erste Richtung ermittelt.The invention is also characterized in that concentricity or eccentricity deviations are measured in advance during the rotation of the probe about the first direction, preferably by measuring a calibrated test body, or an optical sensor, preferably image processing sensor, the probe detects and the concentricity or Eccentricity deviations during rotation of the probe around the first direction determined.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Rundlauf- bzw. Exzentrizitätsabweichungen bei der eigentlichen Messung durch Positionierung der anderen Achsen eines Koordinatenmessgerätes kompensiert werden oder die Ergebnisse der Messung im Nachhinein um diese Abweichungen korrigiert werden.Preferably, it is provided that the concentricity or eccentricity deviations are compensated for in the actual measurement by positioning the other axes of a coordinate measuring machine or the results of the measurement are corrected in retrospect by these deviations.

Insbesondere ist vorgesehen, dass ein optischer Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, Messsonde und/oder Objektoberfläche erfasst und/oder bei abgelegter Messsonde zur Messungen der Objektoberfläche verwendet wird und vorzugsweise einen variabel einstellbaren Arbeitsabstand und vorzugsweise variablen Abbildungsmaßstab besitzt.In particular, it is provided that an optical sensor, preferably image processing sensor, measuring probe and / or object surface is detected and / or used with stored probe for measurements of the object surface and preferably has a variably adjustable working distance and preferably variable magnification.

Kennzeichnend für die Erfindung ist insbesondere auch, dass bei der Bewegung der translatorischen Achsen zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Abstandssensor und zu messendem Objekt, vorzugsweise der translatorischen Achsen eines Koordinatenmessgerätes, durch Drehen der Messsonde in die zumindest erste Richtung, die Richtung des Messstrahls auf die Bewegungs- bzw. Drehrichtung angepasst wird, vorzugsweise der Winkel zwischen Messstrahl und der Projektion der Bewegungs- bzw. Drehrichtung in die durch den drehenden Messstrahl gebildete Ebene, kleiner als der halbe Aperturwinkel des punktförmigen Abstandssensors ist.Characteristic of the invention is in particular also that during the movement of the translational axes for generating a relative movement between the distance sensor and the object to be measured, preferably the translational axes of a coordinate measuring machine, by rotating the probe in the at least first direction, the direction of the measuring beam on the movement or the direction of rotation is adjusted, preferably the angle between the measuring beam and the projection of the movement or rotational direction in the plane formed by the rotating measuring beam is less than half the aperture angle of the punctiform distance sensor.

Bevorzugterweise zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Anpassung der Messstrahlrichtung auf die Bewegungsrichtung die Bewegungsachsen in ihrer Geschwindigkeit und/oder Richtung gesteuert, vorzugsweise abgebremst werden.Preferably, the invention is characterized in that the motion axes are controlled in their speed and / or direction, preferably braked to adapt the Meßstrahlrichtung on the direction of movement.

Ebenso beschreibt die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Oberfläche eines Objektes zumindest umfassend aus einen punktförmig messenden, optischen Abstandsensor mit einer drehbaren Messsonde, dessen Messstrahl die um zumindest eine einer ersten Richtung des Messstrahls entsprechende Achse drehbare Messsonde in einer zweiten Richtung verlässt, vorzugsweise am Ende einer vorzugsweise stabförmig ausgebildeten Messsonde verlässt, wobei sich die zweite Richtung von der ersten Richtung unterscheidet, vorzugsweise durch eine Umlenkvorrichtung wie reflektierenden und/oder brechenden Bereich, und einer Auswerteeinheit.Likewise, the invention describes a device for determining the surface of an object at least comprising a punctiform measuring, optical distance sensor with a rotatable probe whose measuring beam leaves the at least one first direction of the measuring beam corresponding axis rotatable probe in a second direction, preferably at the end a preferably rod-shaped measuring probe leaves, wherein the second direction is different from the first direction, preferably by a deflection device such as reflective and / or refractive region, and an evaluation unit.

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe im Wesentlichen dadurch, dass der Abstandssensor ein drehbares Teil als die Messsonde und ein feststehendes Teil aufweist, dass das drehbare Teil mit drehbarem Teil einer Drehvorrichtung und das feststehende Teil des Abstandsensors mit feststehenden Teil der Drehvorrichtung verbunden ist, wobei der Messstrahl zumindest in der Messsonde in einer Faser, vorzugsweise Lichtwellenleiter, geführt wird.The problem underlying the invention is solved essentially by the fact that the distance sensor has a rotatable part as the measuring probe and a fixed part, that the rotatable part with rotatable part of a rotating device and the fixed part of the distance sensor is connected to fixed part of the rotating device, wherein the measuring beam is guided at least in the measuring probe in a fiber, preferably an optical waveguide.

Ebenso beschreibt die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Oberfläche eines Objektes zumindest bestehend aus einem punktförmig messenden, optischen Abstandsensor mit einer drehbaren Messsonde, dessen Messstrahl die um zumindest einer ersten Richtung entsprechenden Achse drehbare Messsonde in einer zweiten Richtung verlässt, vorzugsweise am Ende einer vorzugsweise stabförmig ausgebildeten Messsonde verlässt, wobei sich die zweite Richtung von der ersten Richtung unterscheidet, vorzugsweise durch eine Umlenkvorrichtung wie reflektierenden und/oder brechenden Bereich, und einer Auswerteeinheit.Likewise, the invention describes a device for determining the surface of an object at least consisting of a punctiform measuring, optical distance sensor with a rotatable probe whose measuring beam leaves the rotatable around at least a first axis axis measuring probe in a second direction, preferably at the end of a preferably rod-shaped trained measuring probe leaves, wherein the second direction is different from the first direction, preferably by a deflection device such as reflective and / or refractive region, and an evaluation unit.

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe im Wesentlichen dadurch, der drehbare Teil des Abstandsensors, also die Messsonde, mit dem drehbaren Teil einer Drehvorrichtung verbunden ist und der feste Teil des Abstandsensors mit dem festen Teil der Drehvorrichtung verbunden ist, wobei der Messstrahl zumindest in der Messsonde in einer Faser, vorzugsweise Lichtwellenleiter, geführt wird.The problem underlying the invention is solved essentially by the rotatable part of the distance sensor, ie the measuring probe, being connected to the rotatable part of a rotating device and the fixed part of the distance sensor being connected to the fixed part of the rotating device, the measuring beam being at least in the measuring probe is guided in a fiber, preferably an optical waveguide.

Mit der vorliegenden Vorrichtung ist es insbesondere möglich, dass die Auswerteeinheit mit dem Abstandsensor verbunden ist und den Abstandswert, und vorzugsweise ein Qualitätssignal, aus der empfangenen Messstrahlung des Abstandsensors bestimmt und vorzugsweise die Auswerteeinheit mit der Steuerung eines Koordinatenmessgerätes verbunden ist, an die zumindest der Abstandswert und vorzugsweise auch das Qualitätssignal übertragen wird.With the present device, it is possible, in particular, that the evaluation unit is connected to the distance sensor and determines the distance value, and preferably a quality signal, from the received measuring radiation of the distance sensor and preferably the evaluation unit is connected to the control of a coordinate measuring machine to which at least the distance value and preferably also the quality signal is transmitted.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der optische Sensor ein Sensor nach dem Prinzip der kurzkohärenten Interferometrie ist. A device according to the invention is characterized in that the optical sensor is a sensor according to the principle of short-coherent interferometry.

Hervorzuheben ist insbesondere, dass Mittel vorhanden sind, mit denen die Übertragung der Messsignale zwischen feststehendem und drehbaren Teil über eine Lichtwellenleiterkopplung erfolgt.It should be emphasized in particular that means are provided with which the transmission of the measuring signals between the fixed and rotatable part takes place via an optical waveguide coupling.

Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Lichtwellenleiterkopplung aus einem feststehenden Faserende mit vorzugsweise fokussierendem Strahlaustritt und einem gegenüber angeordneten, drehbaren Faserende besteht, in das die Messstrahlung eingekoppelt wird, wobei sich die beiden Faserenden vorzugsweise nicht berühren.The invention is also distinguished by the fact that the optical waveguide coupling consists of a fixed fiber end with preferably focusing beam exit and an opposite, rotatable fiber end, into which the measuring radiation is coupled, preferably not touching the two fiber ends.

Insbesondere ist die Erfindung auch dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Justiervorrichtung zur Ausrichtung des feststehenden Faserendes und des drehbaren Faserendes auf die Drehachse der Dreheinrichtung in den feststehenden beziehungsweise drehbaren Teil der Dreheinrichtung integriert sind.In particular, the invention is also characterized in that in each case an adjusting device for aligning the fixed fiber end and the rotatable fiber end are integrated on the axis of rotation of the rotating device in the fixed or rotatable part of the rotating device.

Eine eigenständigen Schutz genießende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bei der eine Justiervorrichtung zur Justierung eines Teils wie Bauteils oder Baugruppe oder Sensors besteht aus, zumindest einem ersten und zumindest einem zweiten Stellelement wie Stellschraube, wobei diese mittels Elementen unterschiedlicher Steifigkeit direkt oder indirekt an das zu justierende Teil angekoppelt sind Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die unterschiedliche Steifigkeit des ersten und zweiten Elementes durch unterschiedlichen Elastizitätsmodul oder unterschiedliche Dicke, vorzugsweise in der Justierrichtung der jeweils zugeordneten Stellschraube, erzeugt wird.An independent protection enjoying invention relates to a device in which an adjusting device for adjusting a part such as component or assembly or sensor consists of at least a first and at least a second control element such as screw, which by means of elements of different stiffness directly or indirectly to be adjusted Furthermore, the invention is characterized in that the different rigidity of the first and second element is produced by different modulus of elasticity or different thickness, preferably in the adjustment direction of the respective associated adjusting screw.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass an die Justiervorrichtung eine faseroptische Messsonde oder eine Messsonde eines taktil-optischen Sensors oder eine Linse oder ein Teiler eines, vorzugsweise mehrstufigen, optischen Strahlengangs oder zumindest ein Teil eines optischen Strahlengangs wie Linse oder eines optischen, taktilen oder taktil-optischen Sensors befestigt ist.It is further provided that the adjusting device to a fiber optic probe or a probe of a tactile-optical sensor or a lens or a divider of a preferably multi-stage optical beam path or at least a portion of an optical beam path such as lens or an optical, tactile or tactile optical sensor is attached.

Besonders hervorzuheben ist, dass eine Justiervorrichtung gebildet wird, durch zumindest eine erste Stellschraube, die aus einem ersten Material besteht oder an ein Teil aus erstem Material angekoppelt ist und an einer ersten Seite eines Bauteil, vorzugsweise an das Faserende, direkt oder indirekt angekoppelt ist und durch zumindest eine zweite Stellschraube, die aus einem zweiten Material besteht oder über ein Teil aus zweitem Material angekoppelt ist und an einer zweiten, vorzugsweise gegenüberliegenden, Seite an das Bauteil, vorzugsweise an das Faserende, direkt oder indirekt angekoppelt ist, wobei die Elastizitätsmodule aus erstem und zweitem Material unterschiedlich sind, vorzugsweise das Verhältnis der Elastizitätsmodule aus erstem und zweitem Material mindestens 3, vorzugsweise mindestens 5, besonders bevorzugt mindestens 20, ist.Particularly noteworthy is that an adjusting device is formed by at least one first adjusting screw, which consists of a first material or is coupled to a part of first material and is coupled directly or indirectly to a first side of a component, preferably to the fiber end, and by at least a second set screw, which consists of a second material or is coupled via a part of second material and on a second, preferably opposite, side to the component, preferably to the fiber end, directly or indirectly coupled, wherein the moduli of elasticity of the first and the second material are different, preferably the ratio of the modulus of elasticity of the first and second material is at least 3, preferably at least 5, particularly preferably at least 20.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Lichtwellenleiterkopplung aus einer festen oder lösbaren Steckverbindung besteht und feststehender und/oder drehbarer Teil der Faser bei Drehung der Dreheinheit mitgeführt werden, vorzugsweise durch wendelförmiges oder helixförmiges oder spiralförmiges Aufwickeln zumindest eines Teiles der Faser.Preferably, it is provided that the optical fiber coupling consists of a fixed or detachable plug connection and fixed and / or rotatable part of the fiber are carried on rotation of the rotary unit, preferably by helical or helical or spiral winding at least a portion of the fiber.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass sich an das drehbare Faserende die Messsonde mit Strahlumlenkung anschließt.In particular, the invention provides that the measuring probe with beam deflection adjoins the rotatable fiber end.

Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die Messsonde mit dem drehbaren Teil der Drehvorrichtung lösbar verbunden ist, vorzugsweise durch magnetische Kopplung.The invention is also characterized in that the measuring probe is releasably connected to the rotatable part of the rotating device, preferably by magnetic coupling.

Besonders hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Messsonde und der drehbare Teil der Drehvorrichtung lösbar mit dem nicht drehbaren Teil der Drehvorrichtung verbunden ist, vorzugsweise durch magnetische Kopplung.Particularly noteworthy is further that the measuring probe and the rotatable part of the rotating device is releasably connected to the non-rotatable part of the rotating device, preferably by magnetic coupling.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Dreheinheit mit dem Abstandsensor in ein Koordinatenmessgerät, vorzugsweise an einer vertikal bewegbaren Pinole befestigt, integriert ist.In particular, it is provided that the rotary unit is integrated with the distance sensor in a coordinate measuring machine, preferably attached to a vertically movable quill.

Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass der Abstandsensor mit einem optischen Sensor, vorzugsweise Bildverarbeitungssensor, verbunden ist, der ausgebildet ist, um unterschiedliche lange Messsonden, jeweils einstellbar, optisch zu erfassen und vorzugsweise veränderbaren Arbeitsabstand besitzt, um wahlweise oberes oder unteres Ende der unterschiedlich langen Messsonden und/oder die Objektoberfläche zu erfassen.The invention is also distinguished by the fact that the distance sensor is connected to an optical sensor, preferably an image processing sensor, which is designed to optically detect different long measuring probes, in each case adjustable, and preferably has a variable working distance, to optionally upper or lower end of the measuring probes of different lengths and / or the object surface.

Hervorzuheben ist insbesondere, dass der Abstandsensor und/oder das Objekt an einer mechanischen Drehachse oder Dreh-/Schwenkachse befestigt ist.It should be emphasized in particular that the distance sensor and / or the object is attached to a mechanical axis of rotation or a rotary / pivot axis.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass das Koordinatenmessgerät eine Wechselvorrichtung enthält, in dem die Messsonden abgelegt werden und aus dem verschiedene Messsonden eingewechselt werden können, insbesondere Messsonden mit verschiedenen Abstrahlwinkeln und/oder Sondenlängen und/oder Sondendurchmessern.The invention is also characterized in particular by the fact that the coordinate measuring machine contains a changing device in which the measuring probes are deposited and from which different measuring probes can be loaded, in particular measuring probes with different radiation angles and / or probe lengths and / or probe diameters.

Um Kollisionen bei der Bewegung des punktförmigen optischen Abstandssensors mit Hindernissen bzw. an einem Messobjekt zu erkennen, ist es notwendig, diese Objekte zu erkennen. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass die Richtung des Messstrahls auf die Bewegungsrichtung angepasst wird. Hierbei werden lediglich die Komponenten der Bewegung berücksichtigt, die sich in der Ebene des sich drehenden Messstrahls befinden. Hierdurch ist es also möglich, immer in die Richtung zu schauen, in der positioniert wird. In order to detect collisions in the movement of the point-shaped optical distance sensor with obstacles or on a measurement object, it is necessary to recognize these objects. This is done according to the invention in that the direction of the measuring beam is adapted to the direction of movement. Here, only the components of the movement are taken into account, which are located in the plane of the rotating measuring beam. This makes it possible to always look in the direction in which is positioned.

Sollen sehr kurze Strecken zurückgelegt werden oder befindet sich der Messstrahl in einer Drehstellung, die einen sehr großen Winkel zu der nächsten Bewegungsrichtung aufweist, so ist es unter Umständen notwendig, die Bewegungsachsen in ihrer Bewegungsgeschwindigkeit und Richtung, zumindest vorübergehend, einzuschränken. Erfindungsgemäß erfolgt eine Überwachung des Winkels zwischen Bewegungsrichtung und Messrichtung im Bereich der halben Sensorapertur, damit sichergestellt ist, dass bei Annäherung an ein Messobjekt auch ein auswertbares Messsignal zur Kollisionserkennung vorliegt. Aperturwinkel typischer optischer punktförmiger Abstandssensoren liegen im Bereich von wenigen Grad, vorzugsweise zwischen 2 und 10 Grad.If very short distances are to be traveled or if the measuring beam is in a rotational position which has a very large angle to the next direction of movement, then it may be necessary to limit the axes of movement in their movement speed and direction, at least temporarily. According to the invention, the angle between the direction of movement and the direction of measurement is monitored in the region of half the sensor aperture in order to ensure that, when approaching a measurement object, there is also an evaluable measurement signal for collision detection. Aperture angles of typical optical punctiform distance sensors are in the range of a few degrees, preferably between 2 and 10 degrees.

In einer besonders bevorzugten Lösung wird zuerst die Anpassung der Messrichtung auf die folgende Bewegungsrichtung durchgeführt und dann erst die Bewegung gestartet. Alternativ wird die Bewegungsgeschwindigkeit entsprechend des vorliegenden Winkels begrenzt, bei größerem Winkel auf langsamere Geschwindigkeiten, bei kleineren Winkeln auf größere Geschwindigkeiten. Hierdurch ist es möglich, dass Verfahren auch beim Scannen bzw. bei wechselnden Bewegungsrichtungen anzuwenden.In a particularly preferred solution, first the adjustment of the measuring direction to the following direction of movement is carried out and only then the movement is started. Alternatively, the movement speed is limited according to the present angle, at a larger angle to slower speeds, at smaller angles to higher speeds. This makes it possible to apply the method also during scanning or in changing directions of movement.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmale – für sich und/oder in Kombination – sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken from them - alone and / or in combination - but also from the following description of the figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, verbunden mit einem optischen Sensor und an eine Pinole eines Koordinatenmessgerätes angekoppelt, 1 a device according to the invention, connected to an optical sensor and coupled to a sleeve of a coordinate measuring machine,

2 Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messungen einer Bohrung, 2 Applications of the method according to the invention for measuring a bore,

3 ein Messsignal bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Messungen einer Bohrung, 3 a measurement signal in the application of the method according to the invention to measurements of a bore,

4 ein Messsignal bei einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Messungen einer Bohrung, 4 a measurement signal in a further application of the method according to the invention for measurements of a bore,

5 eine Justiervorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung und 5 an adjusting device of the inventive arrangement and

6 eine Ausgestaltung der Justiervorrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung. 6 an embodiment of the adjusting device of the arrangement according to the invention.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, umfassend eine Dreheinheit 2 und einem Abstandsensor 3, welcher nach dem Prinzip der kurzkohärenten Interferometrie arbeitet, verbunden mit einem optischen Sensor 4 und einer Pinole 5 eines Koordinatenmessgerätes. 1 shows a device according to the invention 1 comprising a rotary unit 2 and a distance sensor 3 , which works on the principle of short-coherent interferometry, connected to an optical sensor 4 and a quill 5 a coordinate measuring machine.

Die Dreheinheit 2 besteht aus einem feststehenden Teil 6 und einem drehbaren Teil 7, der um die Achse einer Messsonde 11, also in der 1 der vertikalen Richtung, drehbar ist. Der Abstandsensor 3 besteht aus einem feststehenden Faserende 8, das mit Hilfe eines Haltebleches 9 mit dem feststehenden Teil 6 der Dreheinheit 2 verbunden ist, und einem drehbaren Faserende 10 der Messsonde 11, das mit dem drehbaren Teil 7 durch ein Halteblech 12 und eine magnetische Wechselschnittstelle 13 lösbar verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, verschiedene Messsonden, insbesondere unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Länge in einem automatischen Messablauf zu verwenden. Ein hierfür eingesetztes Koordinatenmessgerät enthält dazu eine automatische Wechselvorrichtung.The turntable 2 consists of a fixed part 6 and a rotatable part 7 , which is about the axis of a probe 11 , so in the 1 the vertical direction, is rotatable. The distance sensor 3 consists of a fixed fiber end 8th with the help of a retaining plate 9 with the fixed part 6 the turntable 2 is connected, and a rotatable fiber end 10 the measuring probe 11 that with the rotatable part 7 through a retaining plate 12 and a magnetic exchange interface 13 is detachably connected. This makes it possible to use different probes, in particular different diameters and different lengths in an automatic measurement process. A coordinate measuring machine used for this purpose contains an automatic changing device for this purpose.

Die Messsonde 11 empfängt an ihrem oberen Ende des drehbaren Faserendes 10 einen Messstrahl 14 durch Fokussierung der Messstrahlung aus dem feststehenden Faserende 8. Das feststehende Faserende 8 ist dazu am distalen Ende mit einer Linse, vorzugsweise GRIN-Linse versehen. Zur Justierung sind die Justierstellen 17 und 18 vorgesehen, die anhand der 5 näher erläutert werden. Zur Vermeidung von Abrieb oder Dejustierung an der Koppelstelle zwischen dem feststehenden Faserende 8 und dem drehbaren Faserende 10 sind diese mit geringem Abstand zueinander angeordnet.The measuring probe 11 receives at its upper end of the rotatable fiber end 10 a measuring beam 14 by focusing the measuring radiation from the fixed fiber end 8th , The fixed fiber end 8th is provided at the distal end with a lens, preferably GRIN lens. For adjustment, the adjustment points 17 and 18 provided by the 5 be explained in more detail. To avoid abrasion or misalignment at the coupling point between the fixed fiber end 8th and the rotatable fiber end 10 These are arranged at a small distance from each other.

Am unteren Ende der Messsonde 11 wird der Messstrahl 14 an einer Schicht 15 reflektiert und in der umgelenkten Messrichtung 20 rechtwinklig auf eine Objektoberfläche 16, der Innenwand einer Vertiefung 21 wie Bohrung gerichtet. Dort wird der Messstrahl reflektiert und durch die Messsonde 11 und das feststehende Faserende 8 zu einer Auswerteeinheit 19 geleitet. Die Auswerteeinheit 19 berechnet aus der empfangenen Messstrahlung Messsignale, aus denen Abstandswert 26 zur Objektoberfläche 16 und ein Qualitätssignal 27, welches beispielsweise aus der Amplitude des Messsignals ermittelt wird und die Stärke der an der Objektoberfläche 16 reflektierten Messstrahlung, also damit die rechtwinklige Ausrichtung der umgelenkten Messrichtung 20 auf die Objektoberfläche 16 charakterisiert, abgeleitet wird.At the bottom of the probe 11 becomes the measuring beam 14 on a layer 15 reflected and in the deflected measuring direction 20 at right angles to an object surface 16 , the inner wall of a recess 21 directed like bore. There, the measuring beam is reflected and through the measuring probe 11 and the fixed fiber end 8th to an evaluation unit 19 directed. The evaluation unit 19 calculates from the received measuring radiation measuring signals, from which distance value 26 to the object surface 16 and a quality signal 27 which is determined, for example, from the amplitude of the measurement signal and the strength of the object surface 16 reflected Measuring radiation, so that the right-angled orientation of the deflected measuring direction 20 on the object surface 16 characterized, is derived.

Die Auswerteeinheit 19 überträgt den Abstandswert 26 und vorzugsweise das Qualitätssignal 27 an die Steuerung eines Koordinatenmessgerätes, wodurch immer dann ein Messwert verarbeitet wird, wenn das Abstandssignal 26 minimal oder das Qualitätssignals 27 maximal ist, also die Objektoberfläche 16 ideal rechtwinklig zur umgelenkten Messrichtung 20 steht. Es können alternativ auch mehrere Messwerte in der Umgebung der idealen Ausrichtung verwendet werden.The evaluation unit 19 transmits the distance value 26 and preferably the quality signal 27 to the control of a coordinate measuring machine, whereby a measured value is processed whenever the distance signal 26 minimal or the quality signal 27 is maximum, so the object surface 16 ideal at right angles to the deflected measuring direction 20 stands. Alternatively, multiple readings in the vicinity of the ideal orientation may be used.

Wird der Abstandsensor 3 während der Messung durch das Koordinatenmessgerät zusätzlich bewegt, berücksichtigt die Steuerung des Koordinatenmessgerätes die aktuelle Position des Abstandsensors zum Zeitpunkt der Messwertaufnahme und generiert daraus die Messpunktkoordinaten auf der Objektoberfläche 16.Will the distance sensor 3 is additionally moved during the measurement by the coordinate measuring machine, the control of the coordinate measuring machine takes into account the current position of the distance sensor at the time of the measured value recording and generates therefrom the measuring point coordinates on the object surface 16 ,

Zur rechtwinkligen Einstellung der umgelenkten Messrichtung 20 auf die Objektoberfläche 16 wird die Messsonde 11 zusammen mit dem drehbaren Teil 7 der Dreheinheit 2 und der magnetischen Wechselschnittstelle 13 sowie dem Halteblech 12 gedreht. Zusätzlich hierzu kann die gesamte Vorrichtung oder das Objekt an einer separaten Drehachse oder Dreh-/schwenkachse des Koordinatenmessgerätes befestigt sein um die rechtwinklige Einstellung auch in weiteren Drehrichtungen bzw. Objektoberflächenorientierungen zu ermöglichen.For right-angled adjustment of the deflected measuring direction 20 on the object surface 16 becomes the measuring probe 11 together with the rotatable part 7 the turntable 2 and the magnetic exchange interface 13 and the retaining plate 12 turned. In addition to this, the entire device or the object may be attached to a separate axis of rotation or pivot axis of the coordinate measuring machine in order to enable the orthogonal adjustment in other directions of rotation or object surface orientations.

Der optische Sensor 4 besteht seinerseits aus einem Bildverarbeitungssensor mit Matrixsensor 22 wie Kamera und dem Objektiv 23 sowie nicht gezeigter Auflicht-Beleuchtungseinrichtung. Das Objektiv 23 enthält dabei Mittel zur Veränderung des Arbeitsabstandes zur Einstellung der auf das feststehende Faserende 8 und/oder der auf das drehbare Faserende 10 oder der Abbildung auf das untere Ende der Messsonde 11, auch verschieden langer Messsonden, im Bereich der Umlenkschicht 15. Hierdurch kann alternativ die Position der beiden Faserenden 8 und 10 zu Justagezwecken oder zur Bestimmung des Rundlaufes bzw. der Exzentrizität während einer Messung oder der Bereich um das untere Messsondenende zur Vermeidung von Kollisionen mit dem Werkstück beim Eintauchen in kleine Öffnungen wie Bohrungen, optisch erfasst werden. Hierzu müssen die Strahlung der bzw. 25 die Haltebleche 9 bzw. 12 durchdringen, welche hierzu teilweise durchlässig gestaltet sind.The optical sensor 4 in turn consists of an image processing sensor with matrix sensor 22 like camera and the lens 23 as well as not reflected light illumination device. The objective 23 contains means for changing the working distance for setting the on the fixed fiber end 8th and / or the on the rotatable fiber end 10 or the image on the lower end of the probe 11 , also different long measuring probes, in the area of the deflecting layer 15 , As a result, alternatively, the position of the two fiber ends 8th and 10 For adjustment purposes or to determine the concentricity or eccentricity during a measurement or the area around the lower end of the probe to avoid collisions with the workpiece when immersed in small openings such as holes, optically detected. For this the radiation of the respectively. 25 the retaining plates 9 respectively. 12 penetrate, which are designed for this purpose partially permeable.

Der vorab oder während der Messung bestimmte Rundlauf bzw. die Exzentrizität wird entweder zur Korrektur der Bewegungsbahn des Abstandsensors 3 oder zur nachträglichen Korrektur der Messergebnisse verwendet. Hierdurch wird der Zustand hergestellt, als würden keine Rundlauf- bzw. Exzentrizitätsabweichungen vorliegen, sich die Messsonde 11 also exakt in der Drehachse der Dreheinheit befinden.The concentricity determined beforehand or during the measurement or the eccentricity is either used to correct the trajectory of the distance sensor 3 or used for the subsequent correction of the measurement results. As a result, the condition is established as if there were no concentricity or eccentricity, the measuring probe 11 So be exactly in the axis of rotation of the turntable.

2 zeigt drei verschiedene Verfahren zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das dabei vorliegende und das Qualitätssignale 51 und das Abstandssignale S2 sind in den 3 und 4 dargestellt. 2 shows three different methods for applying the method according to the invention. The present and the quality signals 51 and the distance signals S2 are in the 3 and 4 shown.

Der Abstandsensor 3 wird im Beispiel zur Messung des Zylindermantels einer Bohrung eingesetzt. Hierzu ist die Messsonde 11 in die Bohrung 21 eingetaucht. 2 zeigt die Szene der 1 aus der Ansicht von oben. Der umgelenkte Messstrahl 20 verläuft in der Zeichenebene.The distance sensor 3 is used in the example for measuring the cylinder jacket of a bore. For this the measuring probe is 11 into the hole 21 immersed. 2 shows the scene of 1 from the top view. The deflected measuring beam 20 runs in the drawing plane.

In der ersten Anwendung des erfinderischen Verfahrens wird die Messsonde für jeweils einen einzelnen Messpunkt so gedreht, dass der umgelenkte Messstrahl rechtwinklig auf die Objektoberfläche, also den Zylindermantel der Bohrung 21, ausgerichtet ist und dann ein Abstandswert ermittelt und ein Messpunkt generiert. Die Messsonde 11 ist dazu in einer ersten Stellung 28 so gedreht, dass der umgelenkt Messstrahl 21 in der Richtung 29 rechtwinklig zur Objektoberfläche 16 verläuft. In dieser Stellung wird der Messpunkt 30 bestimmt. In einer zweiten Stellung 31 wird der umgelenkte Messstrahl nun durch Drehen um die Messsondenrichtung in Richtung des Pfeiles 32 neu auf die Objektoberfläche 16 in der Richtung 33 ausgerichtet und der Messpunkt 34 bestimmt. Die jeweilige Oberflächennormale, auf die der umgelenkte Messstrahl ausgerichtet werden muss, ist hierfür vorab bekannt, z. B. anhand des CAD-Modells des Objektes oder durch Eingabe durch einen Benutzer.In the first application of the inventive method, the measuring probe is rotated for each individual measuring point so that the deflected measuring beam perpendicular to the object surface, so the cylinder surface of the bore 21 , is aligned and then determines a distance value and generates a measuring point. The measuring probe 11 is in a first position 28 turned so that the deflected measuring beam 21 in that direction 29 perpendicular to the object surface 16 runs. In this position, the measuring point 30 certainly. In a second position 31 the deflected measuring beam is now turned in the direction of the arrow by turning the measuring probe direction 32 new on the object surface 16 in that direction 33 aligned and the measuring point 34 certainly. The respective surface normal to which the deflected measuring beam must be aligned is known in advance for such. B. based on the CAD model of the object or by input by a user.

In der zweiten Anwendung ist die Kenntnis der Oberflächennormale vorab nicht unbedingt notwendig, aber natürlich hilfreich. Die Messsonde 11 befindet sich in 2 hierzu in der Position 35. Die zur Messung notwendige umgelenkte Messrichtung ist mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet aber zunächst nicht bekannt oder nur ungenau bekannt. Die Messsonde 35 wird nun in Richtung des Pfeiles 39 fortlaufend gedreht, wodurch die umgelenkte Messrichtung wiederholt die Stellungen 36, 38, 40–46 und wieder 36 usw. einnimmt. Hierdurch entstehen die in 3 dargestellten Signale S1 (Qualitätssignal) und S2 (Abstandssignal), wobei das Qualitätssignal beispielsweise aus der Amplitude des Messsignals abgeleitet wird und ein Maß für die Stärke der Strahlung darstellt, die in die Messsonde 11 zurück reflektiert wird. Der Drehstellung 36 entsprechen die Signale S1 und S2 in 3 zum Zeitpunkt t gleich 5 der Abszisse, die Zuordnung der weiteren Drehstellung ist folgendermaßen: Drehstellung 38 – Zeitpunkt 6, Drehstellung 40 – Zeitpunkt 7, Drehstellung 41 – Zeitpunkt 8, Drehstellung 42 – Zeitpunkt 9, Drehstellung 43 – Zeitpunkt 1, Drehstellung 44 – Zeitpunkt 2, Drehstellung 45 – Zeitpunkt 3 und Drehstellung 46 – Zeitpunkt 4. Die Ordinate zeigt die Amplitude A. Sie ist maximal, wenn die umgelenkte Messrichtung rechtwinklig zur Objektoberfläche steht.In the second application, knowledge of the surface normal is not necessarily necessary in advance, but of course helpful. The measuring probe 11 is located in 2 in this position 35 , The deflected measuring direction necessary for the measurement is denoted by the reference numeral 36 but initially not known or only vaguely known. The measuring probe 35 will now be in the direction of the arrow 39 rotated continuously, whereby the deflected measuring direction repeats the positions 36 . 38 . 40 - 46 and again 36 etc. occupies. This creates the in 3 represented signals S1 (quality signal) and S2 (distance signal), wherein the quality signal is derived, for example, from the amplitude of the measurement signal and a measure of the strength of the radiation that enters the probe 11 is reflected back. The rotational position 36 the signals S1 and S2 correspond to 3 the same at time t 5 the abscissa, the assignment of the other rotational position is as follows: rotational position 38 - time 6 , Rotary position 40 - time 7 , Rotary position 41 - time 8th , Rotary position 42 - time 9 , Rotary position 43 - time 1 , Rotary position 44 - time 2 , Rotary position 45 - time 3 and rotational position 46 - time 4 , The ordinate shows the amplitude A. It is maximum if the deflected measuring direction is perpendicular to the object surface.

Durch die fortlaufende Drehung der Messsonde 11 stehen die Signale S1 und S2 periodisch zur Verfügung und bei entsprechend hoher Abtastrate im Vergleich zur Drehfrequenz stehen ausreichend Stützstellen, also Messwerte von S1 und S2, über den Umfang jeder Drehung zur Verfügung, sodass die umgelenkte Messrichtung 36 durch Ermittlung des Maximums von S1 oder des Minimus von S2 genau bestimmt werden kann. Beispielweise beträgt die Abtastrate kurzkohärenter interferometrischer Abstandssensoren ca. 5 kHz. Bei einer Drehfrequenz von beispielsweise 20 Hz stehen dadurch ca. 250 Werte je Umdrehung zur Verfügung. Aus den Messwerten wird das Extremum bestimmt und dadurch der entsprechende Abstandswert von S2 sowie auch die entsprechende Drehstellung. Der Abstandswert zum entsprechenden Zeitpunkt t gleich 5 wird sodann verwendet, um den Messpunkt 37 zu bestimmen.By the continuous rotation of the probe 11 the signals S1 and S2 are periodically available and at a correspondingly high sampling rate in comparison to the rotational frequency are sufficient support points, ie measured values of S1 and S2, available over the circumference of each rotation, so that the deflected measuring direction 36 can be accurately determined by determining the maximum of S1 or the minimum of S2. For example, the sampling rate of short-coherent interferometric distance sensors is about 5 kHz. At a rotational frequency of, for example, 20 Hz, approximately 250 values per revolution are thus available. From the measured values, the extremum is determined and thereby the corresponding distance value of S2 as well as the corresponding rotational position. The distance value at the corresponding instant t equal to 5 is then used to determine the measuring point 37 to determine.

Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit wird nicht der dem Minimum von S2 am nächsten gelegene Wert von S2 verwendet, sondern der Scheitelpunkt, also das Minimum einer in S2 eingepassten Funktion, z. B. Parabel zweiter oder höherer Ordnung, oder der Wert von S2 zum Zeitpunkt t, an dem die in das Qualitätssignal S1 eingepasste Funktion ihren Scheitelpunkt, in diesem Fall ihr Maximum besitzt.To further increase the accuracy, the value of S2 closest to the minimum of S2 is not used, but the vertex, that is, the minimum of a function fitted in S2, e.g. Second or higher order parabola, or the value of S2 at time t at which the function fitted in the quality signal S1 has its peak, in this case its maximum.

Mit dieser zweiten Anwendung werden zyklisch Messpunkte erzeugt. Dadurch ist das Verfahren auch zum Scanning geeignet, wie in der dritten Anwendung beschrieben.With this second application, measuring points are generated cyclically. As a result, the method is also suitable for scanning, as described in the third application.

In der dritten Anwendung wird die Messsonde während der Drehung um die Richtung 47 zusätzlich lateral entlang der Objektoberfläche entlang der Positionen 48 bis 57 bewegt, wobei die umgelenkten Messrichtungen 58 bis 67 vorliegen. 4 zeigt die zugehörigen Messwerte S3 des Qualitätssignals und S4 des Abstandssignals zu den Zeitpunkten t bzw. den Positionen p gleich 0 bis 9. Die Extremas liegen zu den Zeitpunkten t etwa 1 und etwa 8 vor, die etwa an den Positionen 49 bzw. 56 und den umgelenkten Messrichtungen 59 und 66 vorliegen. Dadurch werden die Messpunkte 68 und 69 ermittelt.In the third application, the probe becomes rotating around the direction 47 additionally laterally along the object surface along the positions 48 to 57 moves, with the deflected measuring directions 58 to 67 available. 4 shows the associated measured values S3 of the quality signal and S4 of the distance signal at the times t and the positions p equal to 0 to 9. The extremas are present at the times t about 1 and about 8, approximately at the positions 49 respectively. 56 and the deflected directions of measurement 59 and 66 available. This will become the measurement points 68 and 69 determined.

Bei entsprechend höherer Messrate wird der Abstand zwischen den Messpunkten verringert. Dadurch ist es möglich, die Oberflächennormale laufend zu ermitteln und den weiteren Verlauf der Oberfläche 16 grob voraus zu berechnen. Hierdurch kann die Position der Messsonde so nachgeregelt werden, dass die Oberfläche innerhalb des Messbereiches des Abstandssensors 3 bleibt, wodurch ein geregeltes Scanning möglich ist, bei der die Messsonde 11 von einem Startpunkt zu einem Endpunkt automatisch entlang der Objektoberfläche 16 geführt wird.With a correspondingly higher measuring rate, the distance between the measuring points is reduced. This makes it possible to continuously determine the surface normal and the further course of the surface 16 roughly calculated ahead. In this way, the position of the probe can be readjusted so that the surface within the measuring range of the distance sensor 3 remains, whereby a controlled scanning is possible at which the probe 11 from a starting point to an end point automatically along the object surface 16 to be led.

Dabei kann die Messsonde 11 zusätzlich in einer weiteren Richtung durch beispielsweise ein Koordinatenmessgerät bewegt werden, beispielsweise senkrecht zur in 2 beschriebenen Bewegungsrichtung entlang der Positionen 48 bis 57, also tiefer hinein oder aus der Bohrung 21 heraus. Auf diese Weise wird die komplette Zylindermantelfläche auf einer beispielsweise helixförmigen Bahn, gemessen.The measuring probe can do this 11 additionally be moved in a further direction by, for example, a coordinate measuring machine, for example perpendicular to the in 2 described movement direction along the positions 48 to 57 So deeper into or out of the hole 21 out. In this way, the complete cylinder surface is measured on an example helical path.

Alternativ kann ein ungeregeltes Scanning durch Vorgabe von Sollpunkten entlang der Oberfläche, beispielsweise durch einen Spline, definiert sein. Dieser kann ebenso helixförmige Stützstellen enthalten, um die komplette Zylindermantelfäche zu erfassen. Der Spline kann zusätzlich auch die Oberflächennormale der Objektoberfläche enthalten, beispielsweise aus dem CAD-Modell des Objektes oder durch den Bediener vorgegeben, wodurch die umgelenkte Messrichtung, bei der ein Messwert aufgenommen wird, vorab bekannt ist.Alternatively, an unregulated scanning can be defined by specifying set points along the surface, for example by a spline. This can also contain helical support points to capture the complete Zylindermantelfäche. The spline may additionally also contain the surface normal of the object surface, for example from the CAD model of the object or predetermined by the operator, whereby the deflected measuring direction in which a measured value is recorded is known in advance.

5 zeigt zwei Ausführungsformen der Justiervorrichtung zur Ausrichtung des feststehenden Faserendes 6 und des drehbaren Faserendes 7 auf die Drehachse der Dreheinrichtung. Diese Ausrichtung muss mit besonders hoher Genauigkeit erfolgen, da der Messstrahl 14 in allen Drehstellungen in den ca. 10 μm Durchmesser des Kernes einer von den zumeist eingesetzten Single-Mode Fasern eingekoppelt werden muss, um ein Messsignal zu erzeugen. 5 shows two embodiments of the adjusting device for aligning the fixed fiber end 6 and the rotatable fiber end 7 on the rotation axis of the rotating device. This alignment must be done with very high accuracy, since the measuring beam 14 In all rotational positions in the approximately 10 microns diameter of the core of one of the mostly used single-mode fibers must be coupled in order to generate a measurement signal.

Die für eine solche Justierung notwendige Empfindlichkeit wird durch die erfindungsgemäße Verwendung zweier Materialien unterschiedlicher Steifigkeit erreicht. Die Steifigkeit wird durch den Elastizitätsmodul (E-Modul) und die Abmessungen, vorzugsweise in der Justierrichtung, oder einer Kombination aus beidem bestimmt. Hierdurch entsteht eine Untersetzung der Bewegung eines zugeordneten Stellelementes.The sensitivity necessary for such an adjustment is achieved by the inventive use of two materials of different stiffness. The stiffness is determined by the Young's modulus (E modulus) and dimensions, preferably in the alignment direction, or a combination of both. This results in a reduction of the movement of an associated control element.

In 5 wird hierzu eine erste Stellschraube 70 zur Feinjustierung, beispielsweise aus Stahl, über gegebenenfalls ein Zwischenelement (Teil 71) zur flächigen Übertragung der Stellkräfte aus einem festen Material mit hohem E-Modul, wie beispielsweise Stahl, und über das Zwischenelement (Teil 72) aus einem ersten Material mit geringem E-Modul, wie beispielsweise Polyoxymethylen (POM), an die Haltebleche 9 oder 12 der Faserenden 8 bzw. 10 angekoppelt. Das Teil 71 dient der Verteilung der von der Stellschraube 70 erzeugten Kraft und verhindert zusätzlich die Beschädigung des Teiles 72 mit geringerem E-Modul. Die zu justierenden Teile als Haltebleche 9, 12 und feststehendes und drehbares Faserende 8, 10 müssen zudem eine ausreichende Steifigkeit besitzen, um die Justierkräfte ohne signifikante Deformation zu übertragen bzw. aufzunehmen. Hierzu sind sie mit entsprechender Ausdehnung ausgeführt.In 5 this is a first set screw 70 for fine adjustment, for example made of steel, optionally via an intermediate element (part 71 ) for the planar transmission of the actuating forces of a solid material with a high modulus of elasticity, such as steel, and via the intermediate element (part 72 ) of a first low modulus material, such as polyoxymethylene (POM), to the retaining sheets 9 or 12 the fiber ends 8th respectively. 10 coupled. The part 71 is used for distribution of the adjusting screw 70 generated force and prevented in addition the damage of the part 72 with lower modulus of elasticity. The parts to be adjusted as holding plates 9 . 12 and fixed and rotatable fiber end 8th . 10 In addition, they must have sufficient rigidity to transmit or absorb the adjustment forces without significant deformation. For this they are executed with appropriate extension.

An der zu der Stellschraube 70 gegenüberliegenden Seite 73 befindet sich die Stellschraube 74 zur Grobjustierung, beispielsweise aus Stahl, die über ein Zwischenelement (Teil 77) aus einem zweiten Material mit deutlich höherem E-Modul, wie beispielsweise Aluminium, an die Haltebleche 9 oder 12 der Faserenden 8 bzw. 10 angekoppelt ist. Zur Verteilung der Justierkräfte und Schutz des Teiles 77 kann zusätzlich ein dem Teil 71 entsprechendes Teil 71 zwischen der Stellschraube 74 und dem Teil 77 eingefügt werden.At the to the adjusting screw 70 opposite side 73 is the set screw 74 for coarse adjustment, for example of steel, via an intermediate element (part 77 ) of a second material having a significantly higher modulus of elasticity, such as aluminum, to the retaining plates 9 or 12 the fiber ends 8th respectively. 10 is coupled. For distribution of adjustment forces and protection of the part 77 can additionally a the part 71 corresponding part 71 between the set screw 74 and the part 77 be inserted.

Durch die unterschiedlichen E-Module des ersten und zweiten Materials entsteht eine Untersetzung der Bewegung der Stellschraube 70, die direkt oder indirekt über das erste Material an das Halteblech angekoppelt ist, wodurch eine feinfühlige Justierung möglich ist. Der E-Modul des zweiten Materials ist deutlich höher, beispielsweise ca. 70 GPa für Aluminium, als der des ersten Materials, beispielsweise ca. 3 GPa für POM, wodurch sich ein Untersetzungsfaktor von etwa 23 ergibt.Due to the different E-modules of the first and second material creates a reduction of the movement of the screw 70 , which is coupled directly or indirectly via the first material to the retaining plate, whereby a sensitive adjustment is possible. The modulus of elasticity of the second material is significantly higher, for example, about 70 GPa for aluminum, than that of the first material, for example, about 3 GPa for POM, resulting in a reduction factor of about 23.

Die Untersetzung kann weiterhin durch die Dicke der beiden Teile 72 und 77 variiert werden. Im Beispiel der 5 wird die Steifigkeit des Teile 77 durch die Erhöhung der Dicke in der Stellrichtung der Justierschrauben 70 und 74 erhöht, wodurch der Untersetzungsfaktor weiter erhöht wird. Diese Maßnahme erzeugt auch für sich allein genommen, also bei gleichen Materialien 1 und 2, eine Untersetzung der Bewegung der Stellschraube 70.The reduction can continue through the thickness of the two parts 72 and 77 be varied. In the example of 5 will the rigidity of the parts 77 by increasing the thickness in the direction of adjustment of the adjusting screws 70 and 74 increases, whereby the reduction factor is further increased. This measure also taken on its own, so with the same materials 1 and 2 , a reduction of the movement of the set screw 70 ,

Werden mehrere dieser Justierelementepaare in verschiedenen Orientierungen angeordnet, so ist eine Grob- und Feinjustierung in mehreren Richtungen und damit die Ausrichtung der Faserenden 8 bzw. 10 auf die Drehachse der Dreheinrichtung 2 möglich.If several of these Justierelementepaare arranged in different orientations, so is a coarse and fine adjustment in several directions and thus the orientation of the fiber ends 8th respectively. 10 on the rotation axis of the rotating device 2 possible.

Alternativ können die Justierelemente auch teilweise nicht gegenüberliegend angeordnet werden und trotzdem eine Justierung in mehreren Richtungen möglich sein. Hierzu sind zumindest zwei versetzt angeordnete Justierelemente notwendig, die über das erste Material angekoppelt werden und zumindest eine Justierelement, das über das zweite Material angekoppelt wird. Es sind selbstverständlich auch mehr als drei oder vier Justierelemente möglich. Eine Ausführung ist beispielhaft in der 6 gezeigt. Sie zeigt die Anordnung bezüglich der 5 in einer Ansicht von oben. Es sind zwei Justierstellen aus dem ersten Material links unten und rechts unten und drei Justierstellen aus dem zweiten Material links, rechts und oben vorgesehen.Alternatively, the adjusting elements can also not be arranged partially opposite each other and still be possible to adjust in several directions. For this purpose, at least two staggered adjusting elements are necessary, which are coupled via the first material and at least one adjusting element which is coupled via the second material. Of course, more than three or four adjusting elements are possible. An embodiment is exemplary in the 6 shown. It shows the arrangement regarding the 5 in a view from above. There are two adjustment points from the first material bottom left and bottom right and three adjustment points from the second material left, right and top provided.

Erfindungsgemäß können die justierten Teile (feststehendes, drehbares Faserende 8, 10) und auch zusammen mit den Halteblechen 9, 12 Teil einer völlig anderen Baugruppe oder Bauteils oder Sensors sein, der feinfühlig justiert wird. Stellvertretend seien einzelne Linsen von Optiken, wie Zoomoptiken, genannt.According to the invention, the adjusted parts (fixed, rotatable fiber end 8th . 10 ) and also together with the retaining plates 9 . 12 Part of a completely different assembly or component or sensor, which is sensitively adjusted. Representative individual lenses of optics, such as zoom optics, called.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

https://www.isis-sentronics.de/products [0005]
https://www.fionec.de/produkte_und_applikationmesssysteme.html [0005]

Claims

Method for determining the surface of an object by means of a punctiform optical distance sensor whose measuring beam leaves a measuring probe rotatable about at least one first direction in a second direction, preferably leaving the end of a preferably rod-shaped measuring probe, the second direction being independent of the first direction, preferably by a deflection device such as reflective and / or refractive region, characterized in that for determining the distance between the probe, preferably the deflection point between the first and the second direction of the measuring radiation, and the surface of the object extending in the second direction Measuring beam is set to the direction of the surface normal of the object to be measured, in which the probe is rotated by at least the first direction.

A method according to claim 1, characterized in that the surface normal is known in advance, preferably by assigning the respective direction of the surface normal to a single or multiple points to be measured measurement flow, the surface normal in advance by the operator and / or master part measurement and / or a model of the object such as CAD model is taken.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the surface normal is determined based on the measurement signals of the distance sensor, preferably by evaluation of the distance signal and / or a quality signal such as the signal amplitude.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that from a rotational movement of the distance sensor out automatically a measured value is always generated when the rotational position of the probe is screwed in at least the second direction to the direction of the surface normal.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the distance sensor and / or the object are rotated by means of a mechanical axis of rotation or rotary / pivot axis in at least one further direction.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring signals are permanently evaluated by the first direction with continuous rotation of the probe and from this a distance signal and preferably additionally a quality signal is generated, wherein from the distance signal and / or the quality signal on the direction of the measuring beam is closed to the surface normal and the further to be used measured values are selected.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that from a continuous rotational movement of the distance sensor out automatically at least one measured value is always generated when the distance signal is minimal and / or the quality signal is maximum, preferably the quality signal must exceed a predetermined threshold ,

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that from a continuous rotational movement of the distance sensor out, automatically several measured values are generated when the distance signal is almost minimal and / or the quality signal is almost maximum, the quality signal must exceed a predetermined threshold and / or the distance signal complies with a predetermined course with a predetermined maximum deviation.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the minimum of the distance signal and / or the maximum of the quality signal from the vertex of a in the respective measurement signal, or a part of the present to the vertex values of the respective measurement signal, fitted function, such as Parable, is calculated.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the minimum of the distance signal is calculated by using the quality signal.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the minimum of the distance signal is calculated by determining the distance signal at the time of the maximum of the quality signal, preferably by determining the value of the function fitted in the distance signal at that time or by interpolating the values of the distance signal present around the time, preferably linear interpolation, are carried out.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the distance signal and / or the quality signal are used filtered, preferably by averaging or moving averaging and / or median filtering and / or further filtering.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the continuous rotation of the probe takes place in one direction or alternately in one direction and then in the opposite direction, preferably up to rotational positions of 180 ° with respect to an initial rotational position.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that along at least one measuring line a plurality of measuring points, preferably scanning, are recorded, wherein the distance sensor is guided along the surface by the distance sensor is displaced by at least one direction relative to the object, preferably by use in a coordinate measuring machine.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring line runs along a predetermined straight, circular or helical path or along a predetermined spline.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that out of a continuous rotational movement of the distance sensor and an additional performed in at least one direction by a coordinate measuring machine lateral movement of the distance sensor, the distance sensor is guided along a surface, wherein always automatically measured values are generated if the measuring direction of the measuring beam is perpendicular or nearly perpendicular to the surface normal.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the measuring line leads from a starting point to an end point and is determined therebetween by the course of the surface of the object, wherein the distance and / or the direction to the surface of the object detected by the distance sensor and the relative position between object and distance sensor is regulated in the measuring range of the distance sensor.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a sensor according to the principle of short-coherent interferometry is used as the distance sensor, which is preferably integrated in a coordinate measuring machine, which preferably at least one axis of rotation or rotation / pivot axis for rotation of the object or the distance sensor contains.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that concentricity or eccentricity deviations are measured in advance during the rotation of the probe about the first direction, preferably by measuring a calibrated test body, or an optical sensor, preferably image processing sensor, the probe detects and Concentricity or eccentricity deviations during rotation of the probe around the first direction determined.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the concentricity or eccentricity deviations are compensated in the actual measurement by positioning the other axes of a coordinate measuring machine or the results of the measurement are corrected in retrospect by these deviations.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that an optical sensor, preferably image processing sensor, measuring probe and / or object surface detected and / or used with stored probe for measurements of the object surface and preferably has a variably adjustable working distance and preferably variable magnification.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that during the movement of the translational axes for generating a relative movement between the distance sensor and the object to be measured, preferably the translational axes of a coordinate measuring machine, by rotating the probe in the at least first direction, the direction of the measuring beam is adapted to the direction of movement or rotation, preferably the angle between the measuring beam and the projection of the direction of movement or rotation in the plane formed by the rotating measuring beam is less than half the aperture angle of the punctiform distance sensor.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that, in order to adapt the measuring beam direction to the direction of movement, the axes of movement are controlled in their speed and / or direction, preferably decelerated.

Device for determining the surface of an object at least comprising a punctiform measuring optical distance sensor ( 3 ) with a rotatable measuring probe ( 11 ) whose measuring beam ( 14 ) leaves the measuring probe rotatable about at least one axis corresponding to a first direction of the measuring beam in a second direction, preferably at the end of a preferably rod-shaped measuring probe, wherein the second direction differs from the first direction, preferably by a deflection device such as reflective and / or breaking area ( 15 ), and an evaluation unit ( 19 ), characterized, that the distance sensor ( 3 ) a rotatable part ( 10 ) as the measuring probe ( 11 ) and a fixed part ( 8th ), that the rotatable part with rotatable part of a rotating device ( 2 ) and the stationary part of the distance sensor is connected to a stationary part of the rotary device, the measuring beam ( 14 ) is guided in a fiber, preferably optical waveguide, at least in the measuring probe.

Device according to at least claim 24, characterized in that the evaluation unit ( 19 ) with the distance sensor ( 3 ) and the distance value, and preferably a quality signal, from the received measuring radiation ( 14 ) of the distance sensor and preferably the evaluation unit is connected to the control of a coordinate measuring machine, to which at least the distance value and preferably also the quality signal is transmitted.

Device according to at least one of claims 24 and 25, characterized in that the optical distance sensor ( 3 ) is a sensor according to the principle of short-coherent interferometry.

Device according to at least one of claims 24 to 26, characterized in that the transmission of the measuring signals between fixed and rotatable part ( 8th ) 10 ) of the distance sensor ( 3 ) takes place via a fiber optic coupling.

Device according to at least one of claims 24 to 27, characterized in that the optical waveguide coupling consists of a fixed fiber end ( 8th ) with preferably focusing beam exit and an opposite, rotatable fiber end ( 10 ), in which the measuring radiation is coupled, wherein the two fiber ends preferably do not touch.

Device according to at least one of claims 24 to 28, characterized in that in each case an adjusting device for aligning the fixed fiber end ( 8th ) and the rotatable fiber end ( 10 ) on the axis of rotation of the rotating device ( 2 ) in the fixed or rotatable part ( 6 . 7 ) of the rotating device are integrated.

Device according to one of claims 24 to 29, characterized in that an adjusting device ( 17 . 18 ) for adjusting a part such as component or assembly or sensor consists of at least a first and at least a second adjusting element such as adjusting screw ( 70 . 74 ), using elements ( 71 . 72 . 77 ) of different rigidity are coupled directly or indirectly to the part to be adjusted.

Apparatus according to claim 30, characterized in that the different stiffness of the first and second element ( 71 . 72 . 77 ) by different modulus of elasticity or different thickness, preferably in the adjustment direction of the respectively associated adjusting screw ( 70 . 74 ), is produced.

Device according to at least one of claims 24 to 31, characterized in that the adjusting device, a fiber optic probe or a probe of a tactile-optical sensor or a lens or a divider of a preferably multi-stage optical beam path or at least a part of an optical beam path such as lens or an optical, tactile or tactile-optical sensor is attached.

Device according to at least one of claims 24 to 32, characterized in that an adjusting device is formed by at least one first adjusting screw ( 70 ), which consists of a first material ( 71 ) or is coupled to a part of first material and on a first side of a component, preferably to the fiber end ( 8th . 10 ), is coupled directly or indirectly and by at least a second set screw ( 74 ), which consists of a second material or a part of second material ( 71 ) is coupled to a second, preferably opposite, side to the component, preferably to the fiber end, directly or indirectly coupled, wherein the moduli of elasticity of the first and second material are different, preferably the ratio of the moduli of elasticity of the first and second material at least 3 , preferably at least 5, more preferably at least 20.

Device according to at least one of claims 24 to 33, characterized in that the optical waveguide coupling consists of a fixed or detachable plug connection and fixed and / or rotatable part of the fiber upon rotation of the rotary unit ( 2 ), preferably by helical or helical or spiral winding of at least a portion of the fiber.

Device according to at least one of claims 24 to 34, characterized in that the rotatable fiber end ( 10 ) the measuring probe ( 11 ) with beam deflection connects.

Device according to at least one of claims 24 to 35, characterized in that the measuring probe ( 11 ) with the rotatable part ( 7 ) of the rotary device ( 2 ) is releasably connected, preferably by magnetic coupling.

Device according to at least one of claims 24 to 36, characterized in that the measuring probe ( 11 ) and the rotatable part ( 7 ) of the Turning device ( 2 ) detachable with the fixed part ( 6 ) is connected to the rotating device, preferably by magnetic coupling.

Device according to at least one of claims 24 to 37, characterized in that the rotary unit ( 2 ) with the distance sensor ( 3 ) in a coordinate measuring machine, preferably on a vertically movable quill ( 5 ) is attached, integrated.

Device according to at least one of claims 24 to 38, characterized in that the distance sensor ( 3 ) with an optical sensor ( 4 ), preferably image processing sensor, which is designed to detect different long measuring probes ( 11 ), in each case adjustable, optically detectable and preferably has changeable working distance, around optionally upper or lower end of the differently long measuring probes and / or the object surface ( 16 ) capture.

Device according to at least one of claims 24 to 39, characterized in that the distance sensor ( 3 ) and / or the object is attached to a mechanical axis of rotation or pivot axis.

Device according to at least one of claims 24 to 40, characterized in that the coordinate measuring machine contains a changing device in which the measuring probes are stored and from which different measuring probes can be loaded, in particular measuring probes with different radiation angles and / or probe lengths and / or probe diameters.