專利名稱：用于接觸-光學(xué)確定測量物體的幾何形狀的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于借助接觸-光學(xué)測量法確定測量物體的幾何形狀的方法。本發(fā)明還涉及一種用于借助接觸-光學(xué)測量法確定物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的裝置。本發(fā)明尤其涉及一種用于在坐標(biāo)測量儀中借助于接觸-光學(xué)測量法確定物體、例如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的方法，其中沿坐標(biāo)測量儀的至少一個方向、如X方向和/或Y方向借助于第一傳感器利用光學(xué)側(cè)向測量法確定接觸形成元件或至少一個配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的位置，以及沿坐標(biāo)測量儀的至少一個第二方向、如Z方向利用至少一個距 離傳感器來確定接觸形成元件或至少一個配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的位置，或者涉及一種用于借助接觸-光學(xué)測量法確定在坐標(biāo)測量儀中物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的裝置，其中將沿坐標(biāo)測量儀的至少一個方向、如X方向和/或Y方向借助于第一傳感器檢測接觸形成元件或至少一個配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的位置的光學(xué)側(cè)向測量法和沿坐標(biāo)測量儀的至少一個第二方向、如Z方向檢測接觸形成元件或至少配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的位置的至少一個距離傳感器聯(lián)系起來。
背景技術(shù)：
根據(jù)EP-B-I 082 581，借助于配屬于坐標(biāo)測量儀的接觸形成元件來測量物體的結(jié)構(gòu)，該物體的位置借助于光學(xué)傳感器來檢測。因此，涉及一種接觸-光學(xué)測量法。在此，傳感器和探針設(shè)計成可一起調(diào)節(jié)的單元。這能根據(jù)W0-A-02/025206基于旋轉(zhuǎn)擺動接頭。明確地涉及在這些文獻(xiàn)中的公開內(nèi)容。在DE-U-298 08 683中借助兩個光學(xué)傳感器來確定探針的空間位置，其中一個傳感器測量Z坐標(biāo)而另一個測量X、Y坐標(biāo)。同樣由下述內(nèi)容得出DE. Z. : tm- TechnischesMessen 66 (1999) 12, S. I- 5, Schwenke et al.: “Opto-taktiler Senser zur 2D_und 3D_Messung kleiner Strukturen mit Koordinatenmessgeraten (用于利用坐標(biāo)測量儀進(jìn)行小結(jié)構(gòu)的2維和3維測量的光學(xué)-接觸傳感器)”。在目前為止已知的、在現(xiàn)有技術(shù)中已知為纖維探針的光學(xué)-觸覺測量系統(tǒng)中，借助于一個或多個彼此近似垂直地布置的一維或二維光學(xué)測量系統(tǒng)實現(xiàn)了對接觸形成元件的或配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的3維檢測，所述一維或二維光學(xué)測量系統(tǒng)例如為CXD-或CMOS圖像檢測裝置，或者由二維圖像檢測裝置和進(jìn)行一維相對測量的距離傳感器、如外差干涉儀(W0-A-2007/033811)或基于斑點圖像分析(DE-A-10 2005 021 645)的組
八
口 ο一種在“National Physical Laboratory (國家物理實驗室)(NPL)” 處研發(fā)的3D探針具有接觸力(Antastkraft)的近似各項同性的特性,然而僅用于剛性觸針來說或者在使用壓電式分析系統(tǒng)以確定觸針的傾斜度和偏移的情況下。由薄的矩形的傳感器元件的6個測得的曲率或膨脹率計算出沿三個空間方向的偏移和圍繞其的傾斜(RichardLeech 教授，NPL,英國-“Development of a 3D vibrating micro-CMM probe usingan active triskelion flexure"(使用主動三曲枝圖曲線的3維振動微型CMM探針的研發(fā))在“Microparts，，上，Interest Group Workshop, 2009 年 10 月 28.-29 日，NationalPhysical Laboratory (國家物理實驗室),Teddington,英國)。由“XPRESS Precision Engineering”公司銷售的3維微型探針也具有類似的功能。在該微型探針中，剛性觸針固定在娃芯片上，并借助于集成在娃芯片中的壓阻兀件測定偏移(Ernst Treffers, Director Business Development, Xpress PrecisionEngineering, The Netherlands -iGannen series: 3D tactile probes for microparts，，(用于微型部件的3維觸及型探針)在“Microparts”上，Interest Group Workshop, 2009年 10 月 28. -29 日，National Physical Laboratory (國家物理實驗室),Teddington,英國，以及在 2009 年 12 月 16 日的網(wǎng)頁 www. xpresspe. com 和 www. xpresspe. com/probe2.htm)。由DE-A-101 08 774已知了一種用于觸覺式探針頭的局部透光的支架。該支架利用布置在探針頭上方的觀察相機穿過用于固定和分析觸針的偏移所必須的支承組件實現(xiàn) 了觀察觸針的尖端，以便進(jìn)行觸覺式測量，尤其是在其它情況下難以觀察到的向工件表面的接近。觀察相機不可用于測量探針尖的位置，因為不包含用于圖像處理的器件。已知的方法的缺點在于，不精確或僅不足夠精確地或迅速地光學(xué)檢測到待檢測的元件、如接觸形成元件或配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的相對或絕對位置。同時未解決的問題尤其在于，快速地分析待檢測的元件沿用于確定待檢測的元件的橫向偏移的光學(xué)圖像檢測系統(tǒng)的成像方向的相對或絕對位置；或者檢測關(guān)于旋轉(zhuǎn)自由度的運動。此外，不存在下述解決方案用于在待檢測的元件、如接觸形成元件或配屬于其的標(biāo)記的表面上產(chǎn)生干涉儀或距離傳感器或根據(jù)聚焦法、如自動聚焦的傳感器或圖像處理傳感器的測量射束的反射。由US-A-5，825,666已知了一種具有剛性探針的坐標(biāo)測量儀，其具有兩個測標(biāo)/物體標(biāo)記(Zielmarke),以便能推斷出接觸形成元件的空間位置。WO- A-02/106765涉及一種用于測量物體的方法，其中借助于激光距離傳感器測量接觸-光學(xué)探針的接觸形成元件的Z-位置。此外，還設(shè)置了圖像處理傳感器。由W0-A-02/25206可以獲悉一種用于借助坐標(biāo)測量儀以光學(xué)-觸覺的方式測量物體結(jié)構(gòu)的裝置和方法。第一光學(xué)傳感器和具有接觸形成元件的機械探針集成為一個單元。為了對接觸形成元件進(jìn)行三維測量，使用了同樣結(jié)構(gòu)類型的第二光學(xué)傳感器，該第二光學(xué)傳感器的光學(xué)軸垂直于第一光學(xué)傳感器的光學(xué)軸延伸。由W0-A-03/008905也已知了這種類型的裝置。選擇性地，利用距離傳感器來測量接觸形成元件的位置或物體的表面特性?？蛇x地，可借助于圖像處理傳感器來測量接觸形成元件的位置，其中距離傳感器隨后用于接觸形成元件的照明。根據(jù)US-B-6，441，910，坐標(biāo)測量儀具有機械探針和光學(xué)傳感器，以便能以光學(xué)-觸覺的方式來測量物體。機械探針和光學(xué)傳感器可設(shè)置為一個單元。為了借助于坐標(biāo)測量儀來測量物體，根據(jù)DE-A-198 05 892借助于光學(xué)檢測裝置來測量探針的位置，該光學(xué)檢測裝置可與探針無關(guān)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)EP-A-O 965 816，利用可彼此獨立地移動的光學(xué)檢測裝置和探針來測量物體的幾何結(jié)構(gòu)。因此，為了確保接觸形成元件的精確的空間位置確定，之前已知的方法或坐標(biāo)測量儀都僅涉及整個問題的部分解決方案。根據(jù)W0-A-98/57121，為了對探針元件位置進(jìn)行3維確定，使用了基于三角測量的
攝影測量方法。由DE-A-43 27 250可獲悉具有機械探測傳感器的坐標(biāo)測量儀。其中可以借助于監(jiān)視器對機械接觸過程進(jìn)行視覺控制，以便避免探針的損壞。在US-A-4，972，597中描述了一種具有探針的坐標(biāo)測量儀，其探針延長部借助于彈簧被預(yù)加載在其位置中。根據(jù)W0-A-99/63301，借助配屬于坐標(biāo)測量儀的接觸形成元件來測量物體的結(jié) 構(gòu)，借助于光學(xué)傳感器檢測其位置。在此，傳感器和探針設(shè)計為可一起調(diào)節(jié)的單元。根據(jù)W0-A-02/025206,這能基于旋轉(zhuǎn)擺動接頭(Dreh — SchwenkgeIenk)。由DE-U-298 08 683已知，借助于兩個光學(xué)傳感器來確定探針的空間位置，其中一個傳感器測量Z坐標(biāo)而另一個測量X、Y坐標(biāo)。同樣由下述內(nèi)容得出DE. Z. : tm-Technisches Messen 66 (1999) 12, S. I- 5, Schwenke et al. Opto-taktiler Senserzur 2D- und 3D_Messung kleiner Strukturen mit Koordinatenmessgeraten (用于利用坐標(biāo)測量儀進(jìn)行小結(jié)構(gòu)的2維和3維測量的光學(xué)-接觸傳感器)”。由EP-B-I 528 354已知了一種用于借助坐標(biāo)測量儀來測量物體的方法和裝置。為了在測量誤差最小化的情況下實現(xiàn)接觸形成元件的三維位置確定，使用了光學(xué)傳感器裝置，其包括具有共同的光學(xué)光路的圖像處理傳感器和距離傳感器。兩個傳感器始終檢測相同的標(biāo)記或接觸形成元件本身。尤其不可能的是，當(dāng)由距離傳感器測量的標(biāo)記位于應(yīng)在圖像處理傳感器之前被檢測到的標(biāo)記之上時，利用圖像處理傳感器檢測標(biāo)記或接觸形成元件，因為為了使測量誤差最小化，使用的纖維的固定部布置在距離傳感器的標(biāo)記附近，以便當(dāng)接觸形成元件偏移時使側(cè)向位移最小化，由此該固定部覆蓋了由圖像處理傳感器檢測的標(biāo)記或接觸形成元件。此外，仍未解決的是，使由圖像處理傳感器檢測的標(biāo)記或接觸形成元件用于自照明，因為激光反射器的標(biāo)記不允許光相應(yīng)必要地射入到纖維和位于激光反射器下方的標(biāo)記或接觸形成元件中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點以及原則上實現(xiàn)對待檢測元件、如接觸形成元件或配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的相對或絕對位置的迅速且精確的檢測。根據(jù)本方法，基本上以下述方式實現(xiàn)該目的，即接觸形成元件和/或至少一個配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置沿至少一個方向利用光學(xué)側(cè)向測量法、如2維圖像處理來確定，以及接觸形成元件和/或至少一個配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置沿至少一個第二方向利用至少一個距離傳感器、如干涉儀、優(yōu)選進(jìn)行絕對測量的外差干涉儀，和/或借助于激光距離傳感器或者根據(jù)聚焦原理的傳感器、如自動聚焦傳感器和/或圖像處理傳感器和/或通過分析在接觸形成元件的支架中的機電傳感器來確定，其中該方法優(yōu)選應(yīng)用于坐標(biāo)測量儀中以及優(yōu)選每個傳感器可沿X方向、Y方向和/或Z方向相對于測量物體定位。
本發(fā)明通過使用進(jìn)行絕對或相對測量的距離傳感器、如干涉儀、激光距離傳感器或聚焦傳感器、如自動聚焦器來實現(xiàn)該目的。有利地，通過使用干涉儀可達(dá)到的精度位于幾納米或之下的范圍內(nèi)。同樣地，利用干涉儀可以達(dá)到每秒數(shù)千個測量值的數(shù)據(jù)率。使用的距離傳感器通過測量射束在接觸形成元件上的或者配屬的標(biāo)記上由相應(yīng)的反射層進(jìn)行的反射確定了接觸形成元件的或配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置。根據(jù)本發(fā)明，尤其提出一種用于在坐標(biāo)測量儀中借助接觸-光學(xué)測量法來確定物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的方法，其中沿坐標(biāo)測量儀的至少一個方向、如X方向和/或Y方向借助于第一傳感器利用光學(xué)側(cè)向測量法來確定接觸形成元件或至少一個配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置，以及沿坐標(biāo)測量儀的至少一個第二方向、如Z-方向利用至少一個距離傳感器來確定接觸形成元件的或至少配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置，該方法的特征在于，使用至少一個柔性的連接元件以用于在支架中固定所述接觸形成元件和必要時至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記，所述連接元件由所述第一傳感器的光路沿射束方向穿過；所述至少一個柔性的連接元件是透明的和/或布置為關(guān)于所述第一傳感
器強烈地散焦。為此，優(yōu)選應(yīng)用了距離傳感器或干涉儀或聚焦傳感器，尤其是外差干涉儀，如從現(xiàn)有技術(shù)中可以得知的那樣，其利用多個波長工作并由此進(jìn)行絕對測量。干涉儀的測量射束的輸入優(yōu)選通過由纖維探針的現(xiàn)有技術(shù)已知的、形式為光導(dǎo)纖維的探針延長部、例如光波導(dǎo)體實現(xiàn)，其中光學(xué)的有效連接優(yōu)選在纖維端部處或者借助于Y耦合器或者通過布置在上部纖維端部之上的棱鏡的光學(xué)的優(yōu)選中性的分配或轉(zhuǎn)向?qū)踊虮訉崿F(xiàn)。反射在待檢測的元件處或附近進(jìn)行，例如在安置在上部纖維端部處的、轉(zhuǎn)向棱鏡下方的反射層上實現(xiàn)，或者在接觸形成元件的反射底面上實現(xiàn)。隨后，測量射束再次經(jīng)過沿相反方向的輸入，以便利用干涉儀的參考光路進(jìn)行干涉。與在現(xiàn)有技術(shù)中描述的對待檢測元件的側(cè)向偏移的分析同時/并行地，借助于距離傳感器的測量數(shù)據(jù)與此垂直地確定待檢測的元件的絕對位置，根據(jù)本發(fā)明，為此該距離傳感器和用于確定側(cè)向偏移的測量系統(tǒng)幾乎同時或同步地被驅(qū)動，并優(yōu)選將測量數(shù)據(jù)或測量信號進(jìn)一步傳輸至上級的分析系統(tǒng)。上級的分析系統(tǒng)由距離傳感器的測量數(shù)據(jù)或測量信號以及用于確定待檢測元件的側(cè)向偏移的測量系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)計算出待檢測元件的三維位置。通過在交換接口處布置探針延長部和必要時干涉測量的測量系統(tǒng)可以手動或自動地使接觸形成元件離開其它的光學(xué)傳感器的光路。由此實現(xiàn)了將圖像處理傳感器和其它光學(xué)傳感器也用于直接測量物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀。為此，用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法的相應(yīng)的裝置包括至少一個接觸形成元件和優(yōu)選額外的配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記、光學(xué)2維檢測接觸形成元件和/或標(biāo)記的檢測器件和三維檢測位置的距離傳感器。干涉測量的距離傳感器的測量射束優(yōu)選通過探針桿、如光波導(dǎo)體輸送給待測量的元件、如接觸形成元件或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記，該探針桿將待測量的元件和進(jìn)行光學(xué)2維檢測的檢測器件連接。開頭描述的現(xiàn)有技術(shù)，尤其是接觸形成元件或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的偏移的二維光學(xué)分析、接觸形成元件在柔性探針延長部上的固定和在旋轉(zhuǎn)擺動接頭上的布置以及在交換接口上的可分離的固定，結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法或根據(jù)本發(fā)明的裝置同樣是本發(fā)明的組成部分。本發(fā)明設(shè)計了可光學(xué)檢測的接觸形成元件的各向同性的固定。這種固定類型實現(xiàn)了當(dāng)接觸形成元件偏移時由于沿所有方向的幾乎相同的剛度而與方向無關(guān)的接觸力。此外，除了偏移還可以檢測接觸形成元件圍繞三個空間方向中的每一個的旋轉(zhuǎn)。因此，可以使用懸臂結(jié)構(gòu)或星形探針結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，可以通過入射光照明、如暗場-或明場入射光實現(xiàn)接觸形成元件的或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的照明，從而能避免使用透射照明或光入射到纖維中。因此，本發(fā)明的特征還在于借助于接觸-光學(xué)測量法確定物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的方法，其中沿至少一個方向利用光學(xué)側(cè)向測量法、如2維圖像處理確定接觸形成元件的或至少一個配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置，以及沿至少一個第二方向利用至少一個距離傳感器、如干涉儀，優(yōu)選絕對測量的外差干涉儀，和/或借助于激光距離傳 感器或根據(jù)聚焦原則的傳感器、如自動聚焦傳感器和/或圖像處理傳感器，尤其是側(cè)向測量的圖像處理傳感器，和/或通過在接觸形成元件的支架中的機電傳感器的分析來確定接觸形成元件的和/或至少一個配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置。在獨立的實施方式中，為了側(cè)向確定接觸形成元件的位置以及為了利用距離傳感器豎直地確定接觸形成元件的位置，優(yōu)選在不同的豎直距離處使用不同的標(biāo)記。特別是優(yōu)選在不同的豎直距離處使用不同的標(biāo)記，以用于利用光學(xué)側(cè)向測量法側(cè)向確定接觸形成元件的或至少配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置以及沿第二方向、如豎直的方向利用距離傳感器來確定接觸形成元件的或至少配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計了，所述一個連接元件、優(yōu)選多個柔性連接元件被相應(yīng)地確定尺寸并設(shè)置，以用于在偏移時產(chǎn)生沿至少兩個方向獨立的力和/或幾乎相同的機械剛性，其中柔性連接元件優(yōu)選從環(huán)形的保持結(jié)構(gòu)出發(fā)，且用于測量接觸形成元件和/或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的光學(xué)傳感器的光路沿射束方向穿過柔性連接元件的布置。此外，本發(fā)明的特征還在于，光學(xué)傳感器和柔性的連接元件如此布置，使得連接元件強烈地散焦或是透明的，并由此實際上不影響光學(xué)測量功能。柔性連接元件優(yōu)選能與環(huán)形的保持結(jié)構(gòu)連接。尤其設(shè)計了，每個傳感器裝置可沿X方向、Y方向和/或Z方向相對于測量物體定位。該方法也應(yīng)該應(yīng)用于坐標(biāo)測量儀中。根據(jù)本發(fā)明，沿兩個方向利用光學(xué)側(cè)向測量法、優(yōu)選具有矩陣攝像機、如CCD-或CMOS攝像機的圖像處理傳感器并且沿第三方向利用距離傳感器、如絕對或相對測量的干涉測量的傳感器，和/或激光距離傳感器和/或聚焦傳感器、如自動聚焦傳感器和/或圖像處理傳感器、優(yōu)選借助于射束轉(zhuǎn)向以側(cè)向測量的方式來確定接觸形成元件的或至少配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置。享受獨立保護(hù)的構(gòu)思的特征在于，沿至少一個方向通過檢測接觸形成元件的或配屬的標(biāo)記的、或者承載接觸形成元件和優(yōu)選配屬的至少一個標(biāo)記的桿的朝向傳感器裝置的側(cè)面，來確定接觸形成元件的或至少配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置。優(yōu)選設(shè)計了，在朝向傳感器裝置的側(cè)面上固定了一個層、如反射層，其中該層優(yōu)選具有顏色選擇特性，其如此設(shè)計，使得反射用于確定至少一個方向的傳感器的測量射束的波長并且優(yōu)選額外地傳輸不同波長的光源的射束。尤其應(yīng)該強調(diào)的是，接觸形成元件和/或至少一個配屬的標(biāo)記的和/或朝向傳感器裝置的反射層的照明通過下述方式實現(xiàn)
-由對置于傳感器的方向為接觸形成元件或標(biāo)記進(jìn)行透射照明，其中優(yōu)選未覆蓋接觸形成元件或標(biāo)記的邊緣的反射層在圖像處理傳感器中引起陰影(Schattenmirf)，該陰影用于分析二維側(cè)向位置，
和/或
-通過光射入到接觸形成元件和/或標(biāo)記和/或桿引起的接觸形成元件或標(biāo)記的自照明，這優(yōu)選側(cè)向地借助于安置在反射層下方的、接合的光導(dǎo)纖維實現(xiàn)，其中未覆蓋接觸形成元件或標(biāo)記的邊緣的反射層在圖像處理傳感器中引起陰影，該陰影用于分析二維側(cè)向位 置，和/或
-通過光射入到接觸形成元件或第一標(biāo)記和/或桿引起的接觸形成元件或第一標(biāo)記的自照明，這優(yōu)選側(cè)向地借助于安置在反射層下方的、接合的光導(dǎo)纖維實現(xiàn)，其中照明的接觸形成元件或第一標(biāo)記之間的距離足夠大，因此第二標(biāo)記的位于上部的反射層至少未覆蓋接觸形成元件或第一標(biāo)記的所述邊緣,和/或
-通過光射入到接觸形成元件或第一標(biāo)記和/或桿引起的接觸形成元件或標(biāo)記的自照明，其中朝向傳感器裝置的入射側(cè)面優(yōu)選被涂敷了顏色選擇層并且優(yōu)選借助于布置在上部桿端部之上的光學(xué)的優(yōu)選中性的分配或轉(zhuǎn)向?qū)樱?或
-配屬于圖像處理傳感器的明場照明和/或暗場照明，和/或 -距離傳感器或干涉儀的測量射束。本發(fā)明優(yōu)選提出了，用于沿第二方向或沿第三方向的測量和光學(xué)側(cè)向測量法的分開的照明通過下述方式實現(xiàn)使用不同的波長和/或?qū)φ彰鬟M(jìn)行調(diào)制和/或時間上交替地進(jìn)行照明，其中優(yōu)選在分析光路中借助于機械的過濾器、如顏色選擇層和/或干涉過濾器實現(xiàn)波長的分離。沿第三方向的測量表示，利用光學(xué)側(cè)向測量法測量兩個位于一平面內(nèi)的方向。就這點而言，第二和第三方向與測量方向是相同的。本發(fā)明的要強調(diào)的構(gòu)思在于，干涉測量的系統(tǒng)的測量射束射入到光導(dǎo)纖維或光波導(dǎo)體中，隨后在接觸形成元件或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記處或附近進(jìn)行反射，接著至少部分地沿相反的方向穿透光導(dǎo)纖維或光波導(dǎo)體，然后干涉了干涉測量的測量系統(tǒng)的參考光路。本發(fā)明的特征尤其在于，光學(xué)側(cè)向測量法、如圖像處理系統(tǒng)和至少一個距離傳感器的測量值幾乎同時地或同步地被記錄，并優(yōu)選將測量數(shù)據(jù)和/或測量信號傳輸給上級的分析系統(tǒng)，該分析系統(tǒng)從測量數(shù)據(jù)和/或測量信號計算出接觸形成元件或配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的三維位置。本發(fā)明還提出，通過測量多個配屬的標(biāo)記的位置來確定接觸形成元件以一個、兩個或三個空間方向的旋轉(zhuǎn)和/或傾斜，其中借助于光學(xué)側(cè)向測量法和/或至少一個距離傳感器來檢測標(biāo)記。本發(fā)明的特征尤其在于，通過借助于至少一種光學(xué)側(cè)向測量法進(jìn)行的測量以下述方式確定接觸形成元件圍繞桿的軸線的旋轉(zhuǎn)確定在至少一個標(biāo)記上安置的、定向的結(jié)構(gòu)的位置或者確定配屬于接觸形成元件的、至少兩個側(cè)向錯開的標(biāo)記的位置。需要強調(diào)的是，借助于光學(xué)側(cè)向測量法以配屬的變焦光學(xué)裝置的兩個不同的焦點距離和/或放大級別通過測量至少兩個優(yōu)選重疊地布置在所述桿上的標(biāo)記，或者通過具有不同的焦點距離的、且可選地使用共同的攝影光學(xué)具組的兩個攝像機來檢測桿的彎曲度和/或傾斜度，其中優(yōu)選通過自照明來照明下部標(biāo)記或第一標(biāo)記的或接觸形成元件。上部標(biāo)記或第二標(biāo)記優(yōu)選通過上部桿端部或者安置在其上的反射層形成并且通過明場照明和/或暗場照明進(jìn)行照明。根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，光學(xué)側(cè)向測量法和距離傳感器至少部分地使用相同的光路，其中配屬于兩個傳感器的測量射束的分開以下述方式實現(xiàn)兩個測量射束使用不同的波長并使用波長選擇性的分配器；或者兩個傳感器的測量射束交替地射入循環(huán)相繼的轉(zhuǎn)向元件、如偏轉(zhuǎn)鏡；或者例如以50至100赫茲振動使用了循環(huán)地改變焦點距離的光學(xué)元件、如柔性透鏡、例如液態(tài)透鏡，以便使兩個傳感器的測量射束循環(huán)地交替地相繼對準(zhǔn)不同的焦點距離。 根據(jù)本發(fā)明，所述側(cè)向測量的傳感器和所述距離傳感器至少部分地使用共同的光路，其中兩個傳感器的射束路線的分離通過波長選擇性的元件或通過循環(huán)設(shè)置的轉(zhuǎn)換元件、如偏轉(zhuǎn)鏡或通過循環(huán)地影響焦點距離的柔性透鏡、如液態(tài)透鏡、優(yōu)選以50至100赫茲的振動實現(xiàn)。射束路線的分離是必須的，因為可能通過兩個傳感器來檢測不同的標(biāo)記(大多以不同的焦點距離)且必須對返回的射束進(jìn)行分開地分析。為了在至少部分相同的光路(光學(xué)裝置結(jié)構(gòu))中實現(xiàn)這一點，射束路線的分離可以通過下述方式實現(xiàn)
1.波長選擇性的元件(例如分配器層或一立方體)。基于波長反射光或使光通過；或者
2.交替地可折攏和展開的偏轉(zhuǎn)鏡，該偏轉(zhuǎn)鏡在時間上在兩個光路之間轉(zhuǎn)換。傳感器的分析必須與此相應(yīng)地同步；或者
3.利用柔性透鏡循環(huán)地轉(zhuǎn)換焦點距離。在此傳感器的分析也必須相應(yīng)地同步。優(yōu)選設(shè)置了，通過兩個不同的標(biāo)記或所述接觸形成元件的測量結(jié)果與兩個側(cè)向測量的傳感器、如圖像處理傳感器和距離傳感器聯(lián)系在一起或在忽略在五個自由度中圍繞桿軸線的旋轉(zhuǎn)自由度的情況下，在給定的六個自由度中確定所述接觸形成元件的運動或偏移。三個旋轉(zhuǎn)自由度的確定可以通過下述方式實現(xiàn)
1.圍繞水平線傾斜；也就是說，具有兩個焦點距離的側(cè)向傳感器或者不同的焦點距離的兩個側(cè)向傳感器檢測兩個重疊的標(biāo)記(圖He)或者兩個距離傳感器檢測兩個并排的標(biāo)記(圖 11a)，
2.圍繞桿軸線旋轉(zhuǎn)；也就是說，橫向傳感器測量兩個并排布置的標(biāo)記(圖Ila)或者測量在標(biāo)記上的結(jié)構(gòu)位置。通過測量兩個重疊布置的標(biāo)記實現(xiàn)了僅兩個旋轉(zhuǎn)自由度的確定，即限定為總共五個自由度，而沒有側(cè)向并排布置的標(biāo)記或在上部標(biāo)記上的結(jié)構(gòu)。通過這些措施得到簡單的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在設(shè)計方案中提出，通過手動或自動地使所述接觸形成元件和必要時配屬的標(biāo)記和必要時所述干涉測量的測量系統(tǒng)從所述光學(xué)側(cè)向測量法的光路離開，利用所述光學(xué)側(cè)向測量法和/或距離傳感器直接測量物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀。本發(fā)明的特征還在于，附加或替代于利用形式為光學(xué)橫向測量傳感器和距離傳感器的傳感器中的至少一個進(jìn)行檢測，借助于至少一個集成在所述接觸形成元件的所述支架的至少一個連接元件中的機電傳感器實現(xiàn)所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置的至少一個方向，分析所述機電傳感器的電信號，所述電信號根據(jù)變形、如至少一個柔性連接元件的彎曲和/或伸長和/或縱向壓縮和/或扭曲而在值、如振幅、相位或頻率方面進(jìn)行變化。已經(jīng)由現(xiàn)有技術(shù)充分已知了機電傳感器、如應(yīng)變儀，其阻力在伸展時變化。信號分析大多借助于兩個或四個或更多電阻的橋式電路實現(xiàn)。測量橋接信號、如振幅。在其它的分析方法中，補償測量信號的偏轉(zhuǎn)或者說波動或者說擺動(Ausschlag)并且測量補償信號或者檢測相應(yīng)的相位-或頻率階躍。優(yōu)選提出，機電傳感器具有至少兩個測量元件、如應(yīng)變儀和/或壓阻傳感器和/或 感應(yīng)傳感器和/或電容傳感器，其中優(yōu)選其多個信號以計算的方式組合。本發(fā)明還提出，所述光學(xué)側(cè)向測量傳感器用于沿兩個方向確定所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，并且所述機電傳感器用于沿第三方向進(jìn)行確定，和/或用于確定所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記以一個、兩個或三個方向的傾斜。應(yīng)該強調(diào)這樣的教導(dǎo)，在測量期間，使包括所使用的傳感器的傳感器裝置關(guān)于待測量的物體運動以用于確定所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，其中優(yōu)選借助于控制單元實現(xiàn)同步，所述控制單元通過觸發(fā)線路與所述傳感器裝置和用于使所述傳感器裝置關(guān)于物體運動的坐標(biāo)測量儀的運行軸和至少一個照明設(shè)備或配屬于作為傳感器裝置的傳感器之一的圖像處理傳感器的快門連接，在下述情況之間
-用于側(cè)向測量的第一傳感器的測量值記錄，優(yōu)選圖像處理傳感器的圖像記錄，以及-用于距離測量的、傳感器裝置的至少一個第二傳感器的測量值記錄，優(yōu)選第一或第二圖像處理傳感器的第二攝像機的圖像記錄或者激光距離傳感器或聚焦傳感器或干涉測量的傳感器的測量值記錄，以及
-確定用于使傳感器裝置關(guān)于物體的運動的運行軸的位置，以及
-通過所述照明設(shè)備或配屬于所述圖像處理傳感器的快門的閃光式照明的觸發(fā)。本發(fā)明的特征尤其在于，在測量期間，用于確定接觸形成元件和/或配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置所使用的傳感器裝置關(guān)于待測量的物體運動，以及當(dāng)粗略實現(xiàn)待測量的位置時，優(yōu)選利用圖像處理傳感器進(jìn)行測量。還提出了，在測量期間，用于確定接觸形成元件和/或配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置所使用的傳感器裝置關(guān)于待測量的物體運動，以及利用接觸形成元件掃描性地測量物體，即工件幾乎連續(xù)地被接觸。優(yōu)選地，至少所述接觸形成元件振動。尤其提出了，用于確定接觸形成元件或配屬的標(biāo)記的三維位置而進(jìn)行的傳感器的校準(zhǔn)以及利用傳感器的測量，通過外差值(Extrapolation)為接觸力=0牛以下述方式實現(xiàn)優(yōu)選對于所述接觸形成元件的至少一個偏移方向來說對至少兩個彼此偏離的偏移值來說，測定通過所述傳感器確定的偏移，以及由此測定特征曲線，所述特征曲線描述了在所述偏移和所述接觸力或與所述接觸力成比例的值之間的相互關(guān)系。在本發(fā)明的設(shè)計方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法用于確定物體的粗度，其中接觸形成元件優(yōu)選具有逐漸變尖的形狀、如針，并且利用所述距離傳感器確定的粗度根據(jù)所述橫向測量法的測量值來修正或者配屬在其橫向位置中。與現(xiàn)有技術(shù)相反，可以由接觸形成元件的通過光學(xué)無效的固定元件的根據(jù)本發(fā)明的固定，這直接或幾乎直接地利用光學(xué)側(cè)向測量的傳感器來檢測。一種用于在坐標(biāo)測量儀中借助接觸-光學(xué)測量法確定物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的裝置，其中光學(xué)側(cè)向測量法和至少一個距離傳感器聯(lián)系起來，所述光學(xué)側(cè)向測量法借助于第一傳感器沿所述坐標(biāo)測量儀的至少一個方向、如X方向和/或Y方向來檢測接觸形成元件或至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，并且至少一個距離傳感器沿至少一個第二方向、如坐標(biāo)測量儀的Z方向來檢測所述接觸形成元件的或至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，其特征在于，所述接觸形成元件和必要時至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記通過至少一個柔性連接元件來固定；所述連接元件能由設(shè)置用 于執(zhí)行光學(xué)側(cè)向測量法的第一傳感器的光路沿射束方向穿過；以及所述至少一個連接元件是透明的和/或布置為關(guān)于第一傳感器強烈地散焦，或者特征在于，沿至少一個方向檢測接觸形成元件和/或至少一個配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置的光學(xué)側(cè)向測量法、如2維圖像處理，和沿至少一個第二方向檢測接觸形成元件和/或至少一個配屬于該接觸形成元件的標(biāo)記的位置的至少一個距離傳感器、如干涉儀，優(yōu)選絕對測量的外差干涉儀，和/或激光距離傳感器和/或根據(jù)聚焦原理的傳感器、如自動聚焦傳感器和/或圖像處理傳感器，尤其借助于射束轉(zhuǎn)向來側(cè)向測量的圖像處理傳感器，和/或集成在接觸形成元件的支架中的機電傳感器彼此聯(lián)系起來。優(yōu)選提出了，為了在偏移時產(chǎn)生沿至少兩個方向獨立的力和/或幾乎相同的機械剛性，布置了至少兩個相應(yīng)確定尺寸的柔性連接元件，其中柔性連接元件優(yōu)選從環(huán)形的保持結(jié)構(gòu)出發(fā)，且用于測量接觸形成元件和/或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的光學(xué)傳感器的光路沿射束方向穿過柔性連接元件的布置。如此布置光學(xué)傳感器和柔性的連接元件，使得柔性連接元件強烈地散焦或是透明的，并由此實際上不影響光學(xué)測量功能。尤其提出了，每個傳感器裝置可沿X方向、Y方向和/或Z方向相對于測量物體定位。此外，接觸形成元件和/或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記應(yīng)該從桿出發(fā)，該桿優(yōu)選通過在至少一個自由度中柔性的探針延長部、如光導(dǎo)纖維或光波導(dǎo)體形成。還可以提出，用于光學(xué)的2維傳感器的標(biāo)記和用于第三方向用的傳感器的標(biāo)記彼此不同或相同。尤其提出，可由光學(xué)的2維圖像處理傳感器和由形式為距離傳感器或機電傳感器的、測量第三方向的傳感器檢測相同的標(biāo)記或不同的標(biāo)記。在一種設(shè)計方案中提出，桿優(yōu)選在桿的端部處和/或借助Y耦合器或者在桿端部處通過光學(xué)的優(yōu)選中性的分配或轉(zhuǎn)向?qū)?、如棱鏡布置在桿端部之上而光學(xué)地有效連接至干涉測量的測量系統(tǒng)或光源，其優(yōu)選是可調(diào)節(jié)的。此外，可以在接觸形成元件處或在接觸形成元件或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的附近或在朝向傳感器裝置的桿端部處設(shè)置反射層，其優(yōu)選通過利用反射的層進(jìn)行的涂層和/或通過引入材料限定(Materialgrenze)、由探針延長部的材料的變化形成。與此無關(guān)地，接觸形成元件或配屬的標(biāo)記或桿可以承載反射層，該反射層優(yōu)選安置在朝向傳感器裝置的側(cè)面上，并且優(yōu)選為圓形和/或圓環(huán)形的，且優(yōu)選未覆蓋接觸形成元件和/或標(biāo)記的邊緣，并且優(yōu)選具有顏色選擇特性。此外存在一種可能性，接觸形成元件或配屬的標(biāo)記可以大致為球形或滴狀且優(yōu)選在朝向傳感器裝置的側(cè)面上至少部分地變平。本發(fā)明還提出了，接觸形成元件和必要時配屬的標(biāo)記和桿沿至少一個方向可偏移地優(yōu)選通過粘合和/或接合固定在至少一個在至少一個自由度中柔性的連接元件上，并且連接元件優(yōu)選包含集成的或安置的機電傳感器。此外，應(yīng)該強調(diào)的是，柔性的連接元件具有矩形的、優(yōu)選細(xì)長的且平坦的或 圓形的截面，和優(yōu)選小的直徑，以及優(yōu)選至少未完全覆蓋接觸形成元件和/或用于圖像處理傳感器的光路的至少一個配屬的標(biāo)記和/或距離傳感器和/或聚焦傳感器的邊緣。本發(fā)明的特征還在于，為了在偏移時產(chǎn)生沿至少兩個方向獨立的力和/或幾乎相同的機械剛性，柔性連接元件被確定尺寸并布置，其中柔性連接元件優(yōu)選從環(huán)形的保持結(jié)構(gòu)出發(fā)。根據(jù)本發(fā)明，三個或更多的柔性連接元件環(huán)形地、優(yōu)選以相同的角度距離圍繞桿軸線布置，或者至少一個連接元件側(cè)向地、優(yōu)選以90°或45°的角相對于沿傳感器裝置的方向指向的桿軸線從桿軸線或接觸形成元件或配屬的標(biāo)記出發(fā)。根據(jù)另一種設(shè)計方案，所述柔性的連接元件布置在所述接觸形成元件或第一標(biāo)記之上的平面中，并且至少另一個標(biāo)記布置在所述柔性的連接元件之上，其包括反射層，和/或所述柔性的連接元件布置在所述標(biāo)記和所述接觸形成元件之間的平面中，并且所述標(biāo)記包括反射層。優(yōu)選提出了，配屬于接觸形成元件的多個標(biāo)記側(cè)向地布置在接觸形成元件旁邊或者沿桿方向布置在接觸形成元件之上，可通過圖像處理傳感器和/或距離傳感器和/或聚焦傳感器和/或干涉測量的傳感器依次或同時檢測所述多個標(biāo)記，其中圖像處理傳感器與具有可變的焦點距離的和/或可變的放大率的透鏡連接或者與具有不同的焦點距離的兩個攝像機連接，其選擇性地使用共同的攝影光學(xué)具組。本發(fā)明的特征還在于，接觸形成元件和優(yōu)選配屬于接觸形成元件的標(biāo)記可優(yōu)選與干涉測量的測量系統(tǒng)一起分開地固定在交換接口處和/或旋轉(zhuǎn)接頭或旋轉(zhuǎn)擺動接頭處，并且進(jìn)而可手動或自動地從光學(xué)側(cè)向測量的傳感器的光路離開。根據(jù)本發(fā)明提出，與桿連接的接觸形成元件和優(yōu)選至少一個配屬于接觸形成元件的標(biāo)記和至少一個從桿或接觸形成元件或標(biāo)記出發(fā)的在至少一個自由度中柔性的連接元件布置在傳感器裝置之前，其中傳感器裝置包括
-優(yōu)選中性的分配層，和
-連接到其上的第一分支，該分支包括或由第一波長的照明和優(yōu)選成像的模型組成，以
及
-連接到其上的第二分支，該分支包括或由通過顏色選擇層分開的
一第一波長的成像光路，如具有第一焦點距離和第一攝像機的圖像處理光路，以及-第二波長的成像光路和/或照明光路，優(yōu)選設(shè)計成具有第二焦點距離和優(yōu)選第二攝像機的第一或第二圖像處理傳感器，或激光傳感器或干涉測量的傳感器或聚焦傳感器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，下述部件彼此連接以及優(yōu)選可在使用的傳感器裝置之前通過手動或自動的交換接口更換
-與桿連接的接觸形成元件和優(yōu)選至少一個配屬于接觸形成元件的標(biāo)記，
-至少一個由桿或接觸形成元件或標(biāo)記出發(fā)的在至少一個自由度中柔性的連接元件，并且優(yōu)選地
-布置在接觸形成元件或配屬的標(biāo)記或桿之上的光學(xué)的優(yōu)選中性的分配或轉(zhuǎn)向?qū)樱⑶覂?yōu)選地
-布置在接觸形成元件或配屬的標(biāo)記或朝向傳感器裝置的桿端部上的優(yōu)選顏色選擇 層，并且優(yōu)選
-至少一個透鏡、如附件透鏡。還設(shè)計了，接觸形成元件直接或間接地與機械振動元件、如壓電晶體振蕩器連接。傳感器裝置包括用于光學(xué)側(cè)向測量法的傳感器和距離傳感器。該裝置尤其集成在坐標(biāo)測量儀中。


不僅由權(quán)利要求、要從權(quán)利要求獲悉的特征本身和/或特征組合中，而且還由要從下面的附圖描述獲悉的優(yōu)選實施例中得到本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、優(yōu)點和特征。附圖中示出了
圖I示出了接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)的布置的第一種實施方式；
圖2示出了接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)的布置的第二種實施方式；
圖3示出了具有柔性連接元件的接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)的布置的另一種實施方式；
圖3a示出了具有柔性連接元件和球形的標(biāo)記的接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)的布置的另一種實施方式；
圖4示出了具有交換接口和壓電晶體振蕩器的接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)的布置的另一種實施方式；
圖5示出了具有暗場照明和圖像處理傳感器的兩個焦點距離的接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)的布置的另一種實施方式；
圖6示出了接觸形成元件、標(biāo)記和柔性連接元件的布置的不同的實施方式；
圖7示出了固定和用于光入射至配屬于接觸形成元件的標(biāo)記中的另一種實施方式；
圖8示出了柔性連接元件和保持結(jié)構(gòu)的第一種實施方式；
圖9示出了柔性連接元件和保持結(jié)構(gòu)的第二種實施方式；
圖10示出了柔性連接元件和保持結(jié)構(gòu)的第三種實施方式；
圖11a) -C)示出了多個待檢測的標(biāo)記的布置的不同的實施方式，以及 圖12示出了坐標(biāo)測量儀的原理圖示。在下面對多個根據(jù)本發(fā)明的實施方式的描述中，原則上相同的附圖標(biāo)記用于相同的元件，從而元件和附圖標(biāo)記的配屬如下實現(xiàn)
I接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)2探針延長部3接觸形成元件4圖像處理傳感器5干涉測量的測量系統(tǒng)6探針延長部的支架7聯(lián)接件8交換接口
9干涉測量的測量系統(tǒng)5的測量射束10光波導(dǎo)體11反射層
12干涉測量的測量系統(tǒng)5的參考射束
13標(biāo)記
13a標(biāo)記
13b標(biāo)記
14反射層
15距離傳感器
15a距離傳感器
16照明
17中性的轉(zhuǎn)向和分配層18桿
18a表示桿18的軸線的方向的箭頭19柔性的連接元件19a柔性的連接元件20保持結(jié)構(gòu)21顏色選擇層
21a棱鏡33與桿18或標(biāo)記13或接觸形成元件3的連接位置22距離傳感器15的測量射束23壓電晶體振蕩器24交換接口
25傳感器裝置和照明單元26接觸單元
27第二射束或第二光路的焦點距離
28第一射束或第一光路的焦點距離
29暗場照明
30桿18的表面
31用于暗場照明的光源
32標(biāo)記13或接觸形成元件3的變平的表面
33棱鏡
34機電的傳感器元件。
具體實施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)1，其包括探針延長部2、如光導(dǎo)纖維或光波導(dǎo)體；固定在該探針延長部上的接觸形成元件(Antastformelement) 3 ;圖像處理傳感器4和干涉測量的測量系統(tǒng)5。探針延長部2的支架6通過聯(lián)接件7與干涉測量的測量系統(tǒng)5連接，并且可分開地通過交換接口 8間接地與圖像處理傳感器4連接。圖像處理傳感器4光學(xué)地沿兩個方向檢測接觸形成元件3的位置，更確切地說，在該實施例中在與繪圖平面垂直相交的且水平地延伸的平面中。干涉測量的測量系統(tǒng)的測量射束9射入到形成探針延長部2的光波導(dǎo)體10的端部上，并在接觸形成元件3上反射。為此，接觸形成元件3在底面11上具有反射層。在反射后，測量射束沿相反的方向通過光波導(dǎo)體10延伸返回到干涉測量的測量系統(tǒng)5中并且對干涉儀5的參考射束12進(jìn)行干涉。通過將干涉測量的測量系統(tǒng)5設(shè)計成外差干涉儀，來確定沿干涉儀的測量方向的絕對位置、即在圖示中的垂直線。因此在觸及測量物體、如工件時確定接觸形成元件3的偏移。在圖2中原則上示出了根據(jù)本發(fā)明的接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)1，該接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)附加地具有配屬于接觸形成元件3的標(biāo)記13。替代接觸形成元件3的位置，現(xiàn)在還利用 兩個測量系統(tǒng)4和5中的至少一個來確定標(biāo)記13的位置。利用干涉測量的測量系統(tǒng)5確定標(biāo)記位置通過測量射束9在反射層14上的反射實現(xiàn)，該反射層布置在光波導(dǎo)體10中標(biāo)記的附近。反射層14通過單獨設(shè)置的反射的層或者與另一種材料的過渡部形成。圖3以另一個實施例示出了接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)1，該測量系統(tǒng)包括圖像處理傳感器4，至少由攝影光學(xué)具組和攝像機、如CXD-或CMOS攝像機組成，其具有集成的距離傳感器15或干涉測量的測量系統(tǒng)5、照明設(shè)備16、中性的轉(zhuǎn)向和分配層17、桿18、顏色選擇層
21、接觸形成元件3、標(biāo)記13、柔性的連接元件19和保持結(jié)構(gòu)20。桿18的軸線在繪圖平面中沿箭頭18a延伸，并大致相應(yīng)于光學(xué)傳感器裝置一即圖像處理傳感器4、干涉測量的測量系統(tǒng)5和距離傳感器15的主軸線。距離傳感器15與圖像處理傳感器4具有部分共同的光路。接觸形成元件3和標(biāo)記13與桿18連接，該桿通過粘合或接合而固定在柔性的連接元件19上，該柔性的連接元件從保持結(jié)構(gòu)20出發(fā)。此外，顏色選擇層21位于桿18的上部端部處，該顏色選擇層可以傳輸來自光源16的光份額，該光份額在中性的轉(zhuǎn)向和分配層17上被反射，以及該顏色選擇層反射了距離傳感器15的測量射束22的射束的一部分，其透過分配器17。顏色選擇層21的特征在于波長選擇性的反射-和傳輸特性。因此，例如反射具有在約550nm至600nm之上的波長的射束以及使具有在約550nm至600nm之下的波長的射束通過。光源16的入射至桿18中的光在標(biāo)記13的底面上的反射層11上反射，并通過圖像處理傳感器4來檢測。為此，柔性的連接元件19設(shè)計為如此細(xì)長或具有凹部，使得足夠的光到達(dá)圖像處理傳感器4，如在圖8和圖9中示出的那樣。當(dāng)接觸形成元件3與待測量的物體接觸時，則圖像處理傳感器4檢測標(biāo)記13沿兩個近似與桿18的軸線18a成直角的方向的偏移，而距離傳感器15檢測顏色選擇層21沿桿18的軸線18a的方向的偏移，該偏移大致相應(yīng)于接觸形成元件3沿桿18的方向的偏移。為了在層11和21上的反射后分開圖像處理傳感器4和距離傳感器15的光路以用于評估，使用了另一個顏色選擇層，該顏色選擇層位于圖像處理傳感器4和距離傳感器15的共同的光路內(nèi)部且在圖中未示出。
圖3a以一種實施方式示出了接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)1，其中距離傳感器15通過圖像處理傳感器4的測量射束的一部分形成或通過另一個圖像處理傳感器形成。為了利用圖像處理進(jìn)行測量而設(shè)計成球形的標(biāo)記13的位置沿桿13的方向并且必要時與之垂直地借助于在鏡子17上的射束轉(zhuǎn)向來測定。附加地，另一個光路還可以借助于另一個偏轉(zhuǎn)鏡通過圖像處理傳感器4的進(jìn)一步分離(Abspaltung)或通過另一個圖像處理傳感器使用，利用該光路還確定了標(biāo)記13的錯誤的位置信息，該標(biāo)記在圖3a中沿著繪圖平面的水平線延伸。為此，轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)為垂直于桿18的方向并且垂直于在偏轉(zhuǎn)鏡17之后延伸的射束的方向，即標(biāo)記13垂直于圖3a的繪圖表面。圖4示出接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)I的布置的另一種實施方式，其中接觸形成元件3和顏色選擇層21位于桿18上。為了至少使接觸形成元件3置于機械振動，例如在保持結(jié)構(gòu)20上設(shè)置壓電晶體振蕩器23。然而，壓電晶體振蕩器也可以固定在另一個位置處，例如在交換接口 24附近。交換接口 24實現(xiàn)了，接觸單元26構(gòu)造為可與傳感器裝置和照明單元25分開，該接觸單元例如由固定在柔性的連接元件19上的桿18和保持結(jié)構(gòu)20和壓電晶體振蕩器23 和可能待使用的未示出的、例如可直接布置在顏色選擇層21之上的轉(zhuǎn)換器或者說附件透鏡(Vorsatzlinse)組成，所述桿具有顏色選擇層21的和接觸形成元件3，而傳感器裝置和照明單元例如由照明設(shè)備16、中性的轉(zhuǎn)向和分配層17以及具有集成的距離傳感器15的圖像處理傳感器4組成。在圖5中示出了接觸-光學(xué)測量系統(tǒng)的布置的另一種實施方式，其中圖像處理以射束的兩個不同的焦點距離27、28實施。第一光路以焦點距離28檢測與桿18的軸線18a成直角的標(biāo)記13的位置變化。第二光路以焦點距離27檢測與桿18的軸線18a成直角的第二標(biāo)記的位置變化，該第二標(biāo)記由顏色選擇層21或桿18的表面30或其邊緣形成。該第二標(biāo)記、如層21的照明通過暗場照明29實現(xiàn)，該暗場照明從多個光源31出發(fā)，或者集成在圖像處理傳感器4的光路中的明場照明，如通過照明設(shè)備16和中性的轉(zhuǎn)向和分配層17產(chǎn)生，或者通過暗場-和明場照明。為了分析用于焦點距離27和28的兩個光路，圖像處理傳感器4包含可變焦點距離的透鏡或在兩個焦點距離27、28上聚焦的兩個攝像機，其中優(yōu)選使用了至少部分共有的攝影光學(xué)具組。由確定標(biāo)記13和30或21的兩個位置變化來確定了桿18圍繞兩個垂直于桿18的軸線18a延伸的軸的傾斜?？蛇x地，可使用圖像處理傳感器裝置的不同的焦點距離，以便一方面檢測標(biāo)記13的位置變化，另一方面僅觀察桿18的表面30，以便例如進(jìn)行距離傳感器與桿18的表面30的對準(zhǔn)。圖6示出接觸形成元件3、標(biāo)記13和柔性的連接元件19的布置的不同的實施方式，桿18通過柔性的連接元件與支架或保持結(jié)構(gòu)20連接。因此，連接元件19始終位于接觸形成元件3上方，例如圖6a)中示出，選擇性地，也可以位于標(biāo)記13的上方或下方，例如圖6b)和圖6c)中示出。柔性的連接元件19與桿18的表面30的距離以優(yōu)選的方式選擇為非常小、例如5mm或2mm或Imm或者尤其優(yōu)選為Omm,以便當(dāng)接觸形成元件3偏移時使作為用于距離傳感器的反射層的層21的側(cè)向偏移保持為盡可能地小。
圖6d)示出了在標(biāo)記13的變平的表面32上的顏色選擇層21的可選的布置。作為替換，顏色選擇層21在接觸形成元件3的變平的表面上的布置是可能的。由圖6e)和f)可獲悉中性的轉(zhuǎn)向和分配層在棱鏡33上的可選的布置，棱鏡與桿18或與標(biāo)記13連接。顏色選擇層21位于相應(yīng)的連接位置21a上，該顏色選擇層施加在桿18的上部端部上或棱鏡33的底面上。在圖7中示出了桿18的可選的固定。為此，柔性的連接元件19a側(cè)向固定、例如粘合或接合在標(biāo)記13上,或者形成具有標(biāo)記13的單元?？蛇x地,柔性的連接元件19a也能以相同的方式固定在桿18上或接觸形成元件3上。接觸形成元件3或者如在圖中示出標(biāo)記13具有變平的帶有顏色選擇層21的表面32?？蛇x地，光源16固定在柔性的連接元件19a上，光射入到標(biāo)記13或接觸形成元件3或桿18中，由此可利用圖像處理傳感器分析標(biāo)記13或接觸形成元件3的位置。在這種情況下，層21也可以設(shè)計為非顏色選擇性的，即反射所有的光。
由圖8以俯視圖、即沿桿18的軸線方向可獲悉柔性的連接元件19和保持結(jié)構(gòu)20的優(yōu)選的實施方式。通過柔性的連接元件19的細(xì)長的實施方式和其在圖像處理傳感器4的聚焦平面的外部的布置，可以使利用圖像處理傳感器4的測量以光學(xué)地穿過柔性的連接元件19的平面并幾乎不受柔性的連接元件19影響地實現(xiàn)。此外，柔性的連接元件19的布置和尺寸實現(xiàn)了當(dāng)接觸形成元件3沿至少兩個或三個軸線的偏移時幾乎相同的機械剛性。此外選擇性地附加地，優(yōu)選6個機電傳感器元件34、例如應(yīng)變儀(Dehnmessstreifen)或壓阻傳感器元件布置在柔性的連接元件19上或集成到其中，以便除了利用圖像處理傳感器4的測量外還實現(xiàn)了確定接觸形成元件以一個或多個自由度進(jìn)行的運動。在圖9中示出了柔性的連接元件19和保持結(jié)構(gòu)20的第二種實施方式。機電的傳感器元件34同樣可以選擇性地布置在柔性的連接元件19上或集成到其中。由圖10可看到柔性的連接元件19和保持結(jié)構(gòu)20的另一種實施方式，其中柔性的連接元件19重疊地布置在兩個平面中并且與桿18連接。通過相應(yīng)的平行彈簧引導(dǎo)保證了，當(dāng)接觸形成元件3沿桿18的軸線18a偏移時幾乎不發(fā)生接觸形成元件3和桿18沿橫向于桿18的軸線18a的方向的移位。通過相應(yīng)地確定柔性的連接元件19的尺寸，還可以阻止整個旋轉(zhuǎn)自由度。如圖IOa)示出，柔性的連接元件19的布置完全在必要時存在的標(biāo)記13的上方實現(xiàn)，或者如圖IOb)示出，部分地在標(biāo)記13和接觸形成元件3之間實現(xiàn)?？蛇x地，柔性的連接元件19還可以完全布置在標(biāo)記13的下方。圖11示出多個待檢測的標(biāo)記13a的布置的實施方式。通過具有大的視野的圖像處理傳感器4的第一光路28同時檢測標(biāo)記，如從圖lla)、b)和c)中能看出。由此可測定，除了橫向于桿18的軸線的側(cè)向移位外，接觸形成元件3圍繞桿18的軸線18a的旋轉(zhuǎn)。附加地，如在圖Ila)中示出，可以使用距離傳感器15，該距離傳感器測定標(biāo)記13沿桿18的軸線18a的方向的偏移。橫向于桿的軸18a的偏移還可以通過圖像處理傳感器4利用偏離于第二光路27的焦點距離通過標(biāo)記13b的聚焦來確定(參見圖11c)。還可以利用一個或多個另外的集成在圖像處理傳感器4中的距離傳感器15a來確定標(biāo)記13a的偏移(參見圖11a)，距離傳感器例如為自動聚焦傳感器，該自動聚焦傳感器使用和圖像處理傳感器4 一樣的光路且優(yōu)選使用了圖像處理傳感器4的攝像機的傳感器表面的至少一個或多個部分的測量值。由此，確定了軸18和接觸形成元件3圍繞與桿18的軸線18a成直角的軸線的傾斜。如在圖Ila)中示出，接觸形成元件3側(cè)向地布置，以便實現(xiàn)沉切部或水平的幾何形狀的測量。可選地，可以在所有標(biāo)記13a上設(shè)置相應(yīng)的側(cè)向的延長部。在圖12中純原理地示出了多傳感器-坐標(biāo)測量儀130的實施方式。傳感器可以選擇性地安裝或拆卸或者也在工作期間通過相應(yīng)的傳感器更換系統(tǒng)自動地撤換或更換傳感器。當(dāng)然，當(dāng)相應(yīng)數(shù)量的選出的傳感器固定地安裝在儀器上以測量在該結(jié)構(gòu)中的物體時，也不背離本發(fā)明。與此無關(guān)地，傳感器裝置具有至少一個也稱為第一傳感器的傳感器，以便執(zhí)行光學(xué)側(cè)向測量法，即尤其是2維圖像處理傳感器。因此，當(dāng)測量工件116時應(yīng)檢測接觸形成元件或配屬于接觸形成元件的標(biāo)記的側(cè)向偏移、如之前已經(jīng)描述過的那樣。此外，傳感器裝置具有尤其是形式為絕對測量的外差干涉儀的距離傳感器，以便沿坐標(biāo)測量儀的Z方向來測量接觸形成元件或配屬于其的標(biāo)記，也就是說測量其位置。
充分已知的且在圖12中仍再次描述的、坐標(biāo)測量儀130的原理包括例如由花崗巖制成的具有測量臺114的基本框架112，待測量的物體(工件116)定位在該測量臺上，以便測量其表面特性。門座119可沿Y方向沿著基本框架112調(diào)節(jié)。為此，柱或支柱120、122滑動地支承在基本框架112上。橫梁124從柱120、122出發(fā)，滑架可沿著該橫梁運行，該滑架本身接納可沿Z方向移動的軸套或柱126。接觸傳感器130從軸套126或從必要時與軸套126連接的交換接口 128出發(fā)，以便在包含圖像處理傳感器的情況下進(jìn)行接觸-光學(xué)地測量。然而在這一點上，參考已經(jīng)充分已知的現(xiàn)有技術(shù)。此外，距離傳感器位于軸套126中。在圖12的原理圖中，未示出包括柔性的連接元件的、用于接觸傳感器130的支架，該傳感器可以通過支架與交換接口 128連接。
權(quán)利要求
1.用于在坐標(biāo)測量儀中借助接觸-光學(xué)測量法來確定物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的方法，其中沿所述坐標(biāo)測量儀的至少一個方向、如X方向和/或Y方向借助于第一傳感器利用光學(xué)側(cè)向測量法來確定接觸形成元件或至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，并且沿所述坐標(biāo)測量儀的至少一個第二方向、如Z方向利用至少一個距離傳感器來確定所述接觸形成元件或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置， 其特征在于， 使用至少一個柔性的連接元件以用于在支架中固定所述接觸形成元件和必要時至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記，所述連接元件被所述第一傳感器的光路沿射束方向穿過；所述至少一個柔性的連接元件是透明的和/或布置為關(guān)于所述第一傳感器強烈地散焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，2維圖像處理被使用作為光學(xué)側(cè)向測量法。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，由干涉儀、激光距離傳感器、根據(jù)聚焦原理的傳感器、自動聚焦傳感器、圖像處理傳感器組成的組中的傳感器被使用作為距離傳感器。
4.根據(jù)至少權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，絕對測量的外差干涉儀被使用作為干涉儀。
5.根據(jù)至少權(quán)利要求I或權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，借助于射束轉(zhuǎn)向而側(cè)向測量的圖像處理傳感器被使用作為距離傳感器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，借助于至少兩個柔性的連接元件固定所述接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記，所述柔性的連接元件被相應(yīng)地確定尺寸和布置以用于在偏移時產(chǎn)生沿至少兩個方向獨立的力和/或近似相同的機械剛性。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，所述柔性的連接元件與環(huán)形的保持結(jié)構(gòu)連接。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，為了利用光學(xué)側(cè)向測量法來側(cè)向確定所述接觸形成元件的或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，并且為了沿第二方向、如豎直的方向利用距離傳感器來確定所述接觸形成元件或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，優(yōu)選在不同的豎直距離處使用不同的標(biāo)記。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，沿坐標(biāo)測量儀的兩個方向、如X方向和Y方向利用光學(xué)側(cè)向測量法、優(yōu)選地用具有矩陣攝像機、如CCD-或CMOS攝像機的圖像處理傳感器并且沿所述坐標(biāo)測量儀的第三方向、如Z方向利用距離傳感器來確定所述接觸形成元件或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，沿至少一個方向通過檢測所述接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的朝向用于測量的傳感器裝置的側(cè)面，來確定所述接觸形成元件的或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，通過檢測承載所述接觸形成元件或必要時存在的標(biāo)記的桿，而沿至少一個方向確定所述接觸形成元件或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置。
12.根據(jù)至少權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述接觸形成元件或配屬的標(biāo)記的、朝向至少實現(xiàn)了所述光學(xué)側(cè)向測量法的傳感器裝置的側(cè)面上設(shè)置了層、如反射層。
13.根據(jù)至少權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，具有顏色選擇特性的層被使用作為反射層，其如此設(shè)計，使得反射用于確定至少一個方向的傳感器的波長的測量射束以及優(yōu)選額外地傳輸具有不同波長的光源的射束。
14.根據(jù)至少權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過透射照明或通過自照明或通過配屬于圖像處理傳感器的明場照明和/或暗場照明或通過干涉儀或所述距離傳感器的測量射束，來照明所述接觸形成元件和/或所述至少一個配屬的標(biāo)記和/或朝向所述傳感器裝置的反射層。
15.根據(jù)至少權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述接觸形成元件或所述標(biāo)記的透射照明從與所述傳感器裝置對置的方向?qū)崿F(xiàn)。
16.根據(jù)至少權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，照明通過所述接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的自照明、通過光射入到所述接觸形成元件或所述標(biāo)記或所述桿中、優(yōu)選側(cè)向地借助于安置在所述反射層之下的接合的光導(dǎo)纖維實現(xiàn)。
17.根據(jù)至少權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述反射層布置為與所述接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的所述標(biāo)記的邊緣間隔開；以及未被反射層覆蓋的作為在圖像處理傳感器中的陰影而檢測的邊緣用于分析二維側(cè)向位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在發(fā)光的接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的(第一)標(biāo)記之間的距離如此選擇，使得另一個(第二)標(biāo)記的位于所述第一標(biāo)記上方的反射層能至少接近所述接觸形成元件或所述第一標(biāo)記的所述邊緣，以用于借助傳感器裝置進(jìn)行測量。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，當(dāng)通過光射入到所述接觸形成元件或所述標(biāo)記或所述桿中、而通過所述接觸形成元件的或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的自照明進(jìn)行照明時，朝向所述傳感器裝置的入射側(cè)面被涂敷了顏色選擇層。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，當(dāng)通過光射入到所述接觸形成元件或所述標(biāo)記或所述桿中、而通過所述接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的自照明進(jìn)行照明時，光學(xué)的、優(yōu)選中性的分配或轉(zhuǎn)向?qū)硬贾迷谏喜織U端部上或上方。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，通過使用不同的波長或者對照明進(jìn)行調(diào)制或者時間上交替地進(jìn)行照明，實現(xiàn)了用于沿第二方向的測量和所述光學(xué)側(cè)向測量法的分開的照明。
22.根據(jù)至少權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，當(dāng)在用于測量的分析光路中使用不同的波長時，借助于機械的過濾器、如顏色選擇層和/或干涉過濾器執(zhí)行所述波長的分開。
23.根據(jù)至少權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述干涉測量的測量系統(tǒng)的測量射束入射至所述桿、如光導(dǎo)纖維或光波導(dǎo)體中；并且在所述接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記處或附近反射的并且通過所述桿引導(dǎo)的射束對所述干涉測量的測量系統(tǒng)的參考光路進(jìn)行干涉。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)側(cè)向測量法、如圖像處理系統(tǒng)和至少一個距離傳感器的測量值或測量信號大致同時地或同步地被記錄。
25.根據(jù)至少權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，將測量值和/或測量信號傳輸給上級的分析系統(tǒng)，所述分析系統(tǒng)從所述測量值和/或測量信號計算出所述接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的三維位置。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，通過測量多個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置來確定所述接觸形成元件圍繞一個、兩個或三個空間方向的旋轉(zhuǎn)和/或傾斜，其中借助于所述光學(xué)側(cè)向測量法和/或至少一個距離傳感器來檢測所述標(biāo)記。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，通過借助于至少一種光學(xué)側(cè)向測量法進(jìn)行的測量以下述方式來確定所述接觸形成元件圍繞所述桿的軸線的旋轉(zhuǎn)確定在至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記上安置的、定向的結(jié)構(gòu)的位置，或者確定至少兩個側(cè)向錯開的、配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，借助于所述光學(xué)側(cè)向測量法以配屬的變焦光學(xué)組件的兩個不同的焦點距離、通過測量至少兩個重疊地布置在所述桿上的標(biāo)記，或者通過具有不同的焦點距離的兩個攝像機來檢測所述桿的彎曲度和/或傾斜度，其中通過自照明來照明下部的標(biāo)記或第一標(biāo)記或所述接觸形成元件。
29.根據(jù)至少權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述上部標(biāo)記或所述第二標(biāo)記優(yōu)選通過上部桿端部或者安置在所述桿端部上的反射層形成并且通過明場照明和/或暗場照明進(jìn)行照明。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，使用兩個攝像機，其利用共同的攝影光學(xué)具組。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，通過兩個不同的標(biāo)記或所述接觸形成元件的測量結(jié)果與兩個側(cè)向測量的傳感器、如圖像處理傳感器和距離傳感器聯(lián)系在一起和/或在忽略在五個自由度中圍繞桿軸線的旋轉(zhuǎn)自由度的情況下，在給定的六個自由度中確定所述接觸形成元件的運動或偏移。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，所述側(cè)向測量的傳感器和所述距離傳感器至少部分地使用共同的光路，其中兩個傳感器的射束路線的分離通過波長選擇性的元件或通過循環(huán)設(shè)置的轉(zhuǎn)換元件、如偏轉(zhuǎn)鏡或通過循環(huán)地影響焦點距離的柔性透鏡、如液態(tài)透鏡、優(yōu)選以50至100赫茲的振動實現(xiàn)。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，所述側(cè)向測量法和所述距離傳感器具有不同的焦點距離。
34.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，通過手動或自動地使所述接觸形成元件和必要時配屬的標(biāo)記和必要時所述干涉測量的測量系統(tǒng)從所述光學(xué)側(cè)向測量法的光路離開，利用所述光學(xué)側(cè)向測量法和/或距離傳感器直接測量物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀。
35.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，附加或替代于利用形式為光學(xué)橫向測量傳感器和距離傳感器的傳感器中的至少一個進(jìn)行檢測，借助于至少一個集成在所述接觸形成元件的所述支架的至少一個連接元件中的機電傳感器實現(xiàn)所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置的至少一個方向，分析所述機電傳感器的電信號，所述電信號根據(jù)變形、如至少一個柔性連接元件的彎曲和/或伸長和/或縱向壓縮和/或扭曲而在值、如振幅、相位或頻率方面進(jìn)行變化。
36.根據(jù)至少權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述機電傳感器具有至少兩個測量元件、如應(yīng)變儀和/或壓阻傳感器和/或感應(yīng)傳感器或電容傳感器，其中其信號以計算的方式組合。
37.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，所述光學(xué)側(cè)向測量傳感器用于沿坐標(biāo)測量儀的兩個方向、如X方向和Y方向確定所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，并且所述機電傳感器用于沿坐標(biāo)測量儀的第三方向、如Z方向進(jìn)行確定，和/或用于確定所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記以一個、兩個或三個方向的傾斜。
38.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，在測量期間，使包括所使用的傳感器的傳感器裝置關(guān)于待測量的物體運動以用于確定所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，其中優(yōu)選借助于控制單元實現(xiàn)同步，所述控制單元通過觸發(fā)線路與所述傳感器裝置和用于使所述傳感器裝置關(guān)于物體運動的坐標(biāo)測量儀的運行軸和至少一個照明設(shè)備或配屬于作為傳感器裝置的傳感器之一的圖像處理傳感器的快門連接，在下述情況之間 -用于側(cè)向測量的第一傳感器的測量值記錄，優(yōu)選圖像處理傳感器的圖像記錄，以及 -用于距離測量的至少一個第二傳感器的測量值記錄，優(yōu)選第一或第二圖像處理傳感器的第二攝像機的圖像記錄或者激光距離傳感器或聚焦傳感器或干涉測量的傳感器的測量值記錄，以及 -確定用于使傳感器裝置關(guān)于物體的運動的運行軸的位置，以及 -通過所述照明設(shè)備或配屬于所述圖像處理傳感器的快門的閃光式照明的觸發(fā)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，當(dāng)粗略達(dá)到待測量的位置時，進(jìn)行測量。
40.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，在利用所述接觸形成元件掃描地測量所述物體期間，所使用的傳感器裝置確定所述接觸形成元件和/或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，其中所述工件基本上幾乎連續(xù)地被接觸。
41.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，至少所述接觸形成元件或所述待測量的物體振動。
42.根據(jù)至少權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，當(dāng)利用所使用的傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和測量時，接觸所述待測量的物體的接觸形成元件的外差值為接觸力=O牛。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，對于所述接觸形成元件的至少一個偏移方向來說對至少兩個彼此偏離的偏移值來說，測定通過所述傳感器確定的偏移，以及由此測定特征曲線，所述特征曲線描述了在所述偏移和所述接觸力或與所述接觸力成比例的值之間的相互關(guān)系。
44.根據(jù)前述權(quán)利要求中至少一項所述的方法，其特征在于，所述方法用于確定所述物體的粗度，其中所述接觸形成元件具有逐漸變尖的形狀，并且利用所述距離傳感器確定的粗度根據(jù)所述橫向測量法的測量值來修正或者配屬在其橫向位置中。
45.一種用于在坐標(biāo)測量儀中借助接觸-光學(xué)測量法確定物體、如工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的裝置，其中光學(xué)側(cè)向測量法和至少一個距離傳感器(15)聯(lián)系起來，所述光學(xué)側(cè)向測量法借助于第一傳感器沿所述坐標(biāo)測量儀的至少一個方向、如X方向和/或Y方向來檢測接觸形成元件(3)或至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13)的位置，并且至少一個距離傳感器沿至少一個第二方向、如坐標(biāo)測量儀的Z方向來檢測所述接觸形成元件的或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，其特征在于，所述接觸形成元件(3)和必要時至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13)通過至少一個柔性連接元件(19)來固定；所述連接元件能由設(shè)置用于執(zhí)行光學(xué)側(cè)向測量法的第一傳感器(4)的光路沿射束方向穿過；以及所述至少一個連接元件是透明的和/或布置為關(guān)于第一傳感器強烈地散焦。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，用于光學(xué)側(cè)向測量法的第一傳感器是2維圖像處理傳感器(4)。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述距離傳感器(15)是由干涉儀(5)、激光距離傳感器、根據(jù)聚焦原理的傳感器、自動聚焦傳感器、圖像處理傳感器組成的組中的傳感器。
48.根據(jù)權(quán)利要求45或47中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述干涉儀(5)是進(jìn)行絕對測量的外差干涉儀。
49.根據(jù)至少權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述距離傳感器(15)是借助于射束轉(zhuǎn)向而側(cè)向測量的圖像處理傳感器。
50.根據(jù)至少權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，至少兩個柔性的連接元件(19)被相應(yīng)地確定尺寸和布置，以用于在偏移時產(chǎn)生沿至少兩個方向獨立的力和/或幾乎相同的機械剛性。
51.根據(jù)至少權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，至少兩個柔性的連接元件(19)從環(huán)形的保持結(jié)構(gòu)(20)出發(fā)。
52.根據(jù)至少權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，為了利用執(zhí)行所述光學(xué)側(cè)向測量法的傳感器(4)來側(cè)向確定所述接觸形成元件(3)或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13)的位置，并且為了利用所述距離傳感器(15)豎直地確定所述接觸形成元件或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記的位置，優(yōu)選能在不同的豎直距離處使用不同的標(biāo)記(13a、13b)。
53.根據(jù)至少權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述接觸形成元件(3)和/或所述至少配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13)從桿(18)出發(fā)，所述桿優(yōu)選是在至少一個自由度中柔性的探針延長部、如光導(dǎo)纖維或光波導(dǎo)體。
54.根據(jù)權(quán)利要求45至53中至少一項所述的裝置，其特征在于，能由光學(xué)的2維圖像處理傳感器(4)和由形式為距離傳感器(15)或機電傳感器(34)的、測量第三方向的傳感器來檢測相同的標(biāo)記或不同的標(biāo)記(13、13b )。
55.根據(jù)至少權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于，所述桿(18)光學(xué)地有效連接至干涉測量的測量系統(tǒng)(5)或光源(16)。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)的有效連接在所述桿的端部處或借助于Y耦合器或者在所述桿的端部處通過將光學(xué)的優(yōu)選中性的分配或轉(zhuǎn)向?qū)?17)、如棱鏡布置在所述桿端部之上來實現(xiàn)。
57.根據(jù)權(quán)利要求55或56所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)的有效連接是能調(diào)節(jié)的。
58.根據(jù)權(quán)利要求45至57中至少一項所述的裝置，其特征在于，在所述接觸形成元件(3 )處或在所述接觸形成元件或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13 )的附近或在朝向所述傳感器(4、15)的桿端部上設(shè)置反射層(21)。
59.根據(jù)至少權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，所述反射層(21)通過利用反射的層進(jìn)行涂層和/或通過引入材料限定由探針延長部的材料的變化形成。
60.根據(jù)至少權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，所述反射層(21)是圓形或圓環(huán)形。
61.根據(jù)至少權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，所述反射層(21)能夠不覆蓋所述接觸形成元件和/或所述標(biāo)記的邊緣。
62.根據(jù)至少權(quán)利要求58所述的裝置，其特征在于，所述反射層(21)具有顏色選擇特性。
63.根據(jù)權(quán)利要求45至62中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述接觸形成元件(3)或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13、13a)為球形或滴狀,或者所述接觸形成元件具有逐漸變尖的形狀以及配屬的標(biāo)記為球形或滴狀。
64.根據(jù)權(quán)利要求45至63中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述接觸形成元件(3)或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13、13a)在朝向至少一個傳感器(4、15)的側(cè)面上至少部分地變平。
65.根據(jù)至少權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述接觸形成元件和必要時存在的配屬的標(biāo)記(13、13a)和所述桿(18)沿至少一個方向能偏移地優(yōu)選通過粘合或接合與至少一個在至少一個自由度中柔性的連接元件(19)相連接。
66.根據(jù)至少權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述至少一個連接元件(19)包含集成的或安置的機電傳感器(34)。
67.根據(jù)至少權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，所述柔性的連接元件(19)具有矩形的、優(yōu)選細(xì)長且平坦的或圓形的截面，和優(yōu)選小的直徑。
68.根據(jù)權(quán)利要求67所述的裝置，其特征在于，所述圖像處理傳感器(4)或所述距離傳感器(15)的所述光路(22)在避免通過連接元件(18)覆蓋的情況下，至少局部地加載所述接觸形成元件(4)和/或配屬于所述接觸形成元件的至少一個標(biāo)記(13、13a)的邊緣。
69.根據(jù)權(quán)利要求45至68中至少一項所述的裝置，其特征在于，至少三個柔性的連接元件(19)環(huán)形地、優(yōu)選以相同的角度距離圍繞所述桿(18)的軸線布置，或者至少一個連接元件側(cè)向地、優(yōu)選以90°或45°的角相對于沿所述傳感器(4、15)之一的方向指向的桿軸線從所述桿軸線或所述接觸形成元件或配屬的標(biāo)記出發(fā)。
70.根據(jù)權(quán)利要求45至69中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述柔性的連接元件(19)布置在所述接觸形成元件(3)或第一標(biāo)記(13)之上的平面中，并且至少另一個標(biāo)記布置在所述柔性的連接元件之上，其具有反射層(21)。
71.根據(jù)權(quán)利要求45至70中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述柔性的連接元件(19)布置在所述標(biāo)記(13)和所述接觸形成元件(3)之間的平面中，并且所述標(biāo)記具有反射層(21)。
72.根據(jù)權(quán)利要求45至71中至少一項所述的裝置，其特征在于，配屬于所述接觸形成元件(3)的多個標(biāo)記(13、13a、13b)側(cè)向地布置在所述接觸形成元件旁邊或者沿桿方向布置在所述接觸形成元件之上。
73.根據(jù)權(quán)利要求45至72中至少一項所述的裝置，其特征在于，能共同地通過所述圖像處理傳感器(4)檢測單個或多個標(biāo)記(13、13a、13b)，并且能通過所述距離傳感器(15)依次或同時檢測單個標(biāo)記。
74.根據(jù)權(quán)利要求45至73中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述圖像處理傳感器(4)與具有可變的焦點距離的透鏡或與具有不同的焦點距離的兩個攝像機連接。
75.根據(jù)至少權(quán)利要求74所述的裝置，其特征在于，兩個攝像機使用共同的攝影光學(xué)具組。
76.根據(jù)權(quán)利要求45至75中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述接觸形成元件(3)和必要時配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13、13a、13b)必要時能與所述干涉測量的測量系統(tǒng)(5) —起分開地固定在交換接口(24)或旋轉(zhuǎn)接頭或旋轉(zhuǎn)擺動接頭處,并且能手動或自動地從光學(xué)側(cè)向測量的傳感器(4)的光路離開。
77.根據(jù)權(quán)利要求45至76中至少一項所述的裝置，其特征在于，如下的部件彼此連接 -與桿(18)連接的接觸形成元件(3)和優(yōu)選至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13、13a、13b)，以及 -至少一個由所述桿或所述接觸形成元件或所述標(biāo)記出發(fā)的在至少一個自由度中柔性的連接元件(19)。
78.根據(jù)權(quán)利要求77所述的裝置，其特征在于，布置在所述接觸形成元件(3)或必要時配屬的標(biāo)記(13、13a、13b)或所述桿(18)之上的、光學(xué)的優(yōu)選中性的分配或轉(zhuǎn)向?qū)?17)與所述組件連接。
79.根據(jù)權(quán)利要求77和78中至少一項所述的裝置，其特征在于，布置在所述接觸形成元件(3)或配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13、13a、13b)或朝向所述傳感器(4、15)之一的桿端部(30)上的優(yōu)選顏色選擇層(21)與所述組件連接。
80.根據(jù)權(quán)利要求77至79中至少一項所述的裝置，其特征在于，至少一個透鏡、如附件透鏡與所述組件連接。
81.根據(jù)權(quán)利要求77至80中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述組件能在使用的傳感器(4、15)之一前通過手動或自動的交換接口(24)更換。
82.根據(jù)權(quán)利要求45至81中至少一項所述的裝置，其特征在于，與所述桿(18)連接的接觸形成元件(3)和優(yōu)選至少一個配屬于所述接觸形成元件的標(biāo)記(13)和至少一個由所述桿或所述接觸形成元件或所述標(biāo)記出發(fā)的在至少一個自由度中柔性的連接元件(19a)布置在所述傳感器裝置之前。
83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的裝置，其特征在于，所述傳感器裝置包括中性的分配層(17)和 -連接到其上的第一分支，所述第一分支由第一波長的照明和優(yōu)選成像的模型組成，和 -連接到其上的第二分支，所述第二分支包括通過顏色選擇層(21)分開的 一第一波長的成像光路，如具有第一焦點距離和第一攝像機的圖像處理光路，以及 —第二波長的成像光路，設(shè)計成具有第二焦點距離和第二攝像機的第一或第二圖像處理傳感器，或設(shè)計成激光傳感器(15)或設(shè)計成第二波長的照明光路。
84.根據(jù)權(quán)利要求45至83中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述接觸形成元件(3)或待測量的物體直接或間接地與機械振動元件、如壓電晶體振蕩器連接。
85.根據(jù)權(quán)利要求45至84中至少一項所述的裝置，其特征在于，所述傳感器裝置包括用于所述光學(xué)側(cè)向測量法的傳感器和所述距離傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助接觸-光學(xué)測量法確定坐標(biāo)測量儀中工件的結(jié)構(gòu)和/或幾何形狀的方法和布置，其中借助于第一傳感器利用光學(xué)側(cè)向測量法沿至少一個方向來確定接觸形成元件的位置以及利用至少一個距離傳感器沿至少一個第二方向來確定接觸形成元件的位置。為了利用傳感器實現(xiàn)無錯誤地檢測接觸形成元件，提出使用至少一個柔性的連接元件以用于在支架中固定接觸形成元件，所述連接元件由第一傳感器的光路沿射束方向穿過，其中所述連接元件是透明的和/或布置為關(guān)于第一傳感器強烈地散焦。
文檔編號G01B11/00GK102822618SQ201080062452
公開日2012年12月12日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者R.克里斯托弗, M.安德雷斯, I.施密特, M.赫希勒, B.霍普 申請人:沃思測量技術(shù)股份有限公司