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Europäisches Patentamt

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

Patentnummer:DE112014006706B4
IPC Hauptklasse:G01B001112
Anmelder:Carl Zeiss AG (0)
Carl Zeiss Strasse 22, 73447 Oberkochen, DE
Erfinder:Engel, Thomas (0)
Dr., 73432, Aalen, DE
Anmeldung:27.05.14
Offenlegung:27.05.14
Patenterteilung:10.09.20

Abstract / Hauptanspruch
Optischer Sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) für ein Koordinatenmessgerät zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines Werkstücks (7) umfassend mindestens eine Lichtquelle (1) und mindestens einen Detektor (10) sowie optische Elemente (2, MMA; 3, 4, 4a, 5, 6, 6a; 6f, 9) zur Führung des Lichts einerseits auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle (1) auf die Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) und andererseits auf dem Rückweg von der Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) zu dem mindestens einen Detektor (10), wobei einige der genannten optischen Elemente (4; 4a, 5, 6, 6a; 6f) sowohl für die Strahlführung auf dem Hinweg als auch für die Strahlführung auf dem Rückweg genutzt werden und wobei mindestens eines dieser genannten optischen Elemente (6a; 6f) ein Umlenkelement (6a; 6f) ist, das auf dem Hinweg für eine Umlenkung des Lichts auf die Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) und auf dem Rückweg für eine Umlenkung des Lichts zu dem mindestens einen Detektor (10) sorgt, wobei auf dem Hinweg durch das Umlenkelement (6a; 6f) der Fokusbereich des Sensors (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) zumindest teilweise bogenförmig ausgebildet wird und wobei der mindestens eine Detektor (10) flächenmäßig zur Erfassung von Intensitätssignalen von Licht aus diesem zumindest teilweise bogenförmigen Fokusbereich ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein diffraktives optisches Element (5f) und / oder ein optisches Element mit einer Freiformoberfläche (5f; 6f) zumindest auf dem Hinweg des Lichts zur Oberfläche (7a) des Werkstücks (7) zwischen der mindestens einen Lichtquelle (1) und der Oberfläche (7a) des Werkstücks (7) angeordnet ist, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle (1) und dem diffrativen optischen Element (5f) und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche (5f; 6f) ein bewegliches und / oder veränderbares optisches Element (MMA; 3) angeordnet ist und wobei mit Hilfe des beweglichen und / oder veränderbaren optischen Elements (MMA; 3) der Auftreffort des Lichts auf dem diffraktiven optischen Element (5f) und / oder dem optischen Element mit der Freiformoberfläche (5f; 6f) zumindest auf dem Hinweg von der mindestens einen Lichtquelle (1) zu der Oberfläche (7a) des zu vermessenden Werkstücks (7) derart verändert werden kann, dass die zur Vermessung vorgesehenen Teilbereiche der Oberfläche (7a) des Werkstücks (7) in den Fokusbereich des Sensors (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) gelangen.

Optical sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) for a coordinate measuring machine for detecting surface coordinates of a workpiece (7) comprising at least one light source (1) and at least one detector (10) as well as optical elements (2, MMA; 3, 4) , 4a, 5, 6, 6a; 6f, 9) for guiding the light on the one hand on the way there from the at least one light source (1) onto the surface (7a) of the workpiece (7) to be measured and on the other hand on the way back from the surface (7a) of the workpiece (7) to be measured ) to the at least one detector (10), wherein some of said optical elements (4; 4a, 5, 6, 6a; 6f) can be used both for the beam guidance on the way there and for the beam guidance on the way back, and at least one of these optical elements (6a; 6f) is a deflection element (6a; 6f) which is used to deflect the light on the way there onto the surface (7a) of the workpiece (7) to be measured and on the way back for a deflection of the light to the at least one detector (10), wherein on the way there through the deflection element (6a; 6f) the focus area of ​​the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) is at least partially arcuate and the area of ​​the at least one detector (10) is designed to detect intensity signals of light from this at least partially arcuate focus area, characterized in that, that a diffractive optical element (5f) and / or an optical element with a free-form surface (5f; 6f) is arranged at least on the way of the light to the surface (7a) of the workpiece (7) between the at least one light source (1) and the surface (7a) of the workpiece (7), with between the at least one light source (1) and the differential optical element (5f) and / or the optical element with the free-form surface (5f; 6f) a movable and / or changeable optical element (MMA; 3) is arranged and with the aid of the movable and / or changeable optical element (MMA; 3) the point of incidence of the light on the diffractive optical element (5f) and / or the optical element with the free-form surface (5f; 6f) can be changed at least on the way from the at least one light source (1) to the surface (7a) of the workpiece (7) to be measured in such a way that the subregions of the surface (7a) of the workpiece (7) intended for measurement are in the The focus area of ​​the sensor (31a; 31b; 31c; 31d; 31e) arrive.

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

DE112014006706B4


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