确定测量对象上的空间坐标的坐标测量机制造技术

本发明专利技术涉及一种坐标测量装置，其具有容纳测量对象的工件保持器(12)和可相对于工件保持器(12)移动的测量头(16)。测量头(16)支承光学传感器(18)。评估和控制单元(22)设计成根据测量头(16)相对于工件保持器的位置以及根据光学传感器(18)的传感器数据来确定测量对象的空间坐标。光学传感器(18)包含物镜(24)和相机(34)。物镜(24)具有孔径(52)和至少四个分离的透镜组(40，42，44，46)，其中三个透镜组可沿物镜(24)的光轴(50)单独地移位。而且，孔径(52)也可沿光轴单独地移位。第一透镜组(40)以静止方式布置在物镜(24)的入光开口(28)的区域中。除了别的之外，具有所述物镜(24)的坐标测量装置使得可在广泛应用范围内改变放大率、聚焦和分辨率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种确定测量对象的空间坐标的坐标测量机，包括支撑测量对象的工 件保持器，包括相对于工件保持器可移动并承载光学传感器的测量头，并且包括评估和控 制单元，所述评估和控制单元构造成根据测量头相对于工件保持器的位置以及根据光学传 感器的传感器数据确定测量对象的空间坐标，其中，光学传感器包括物镜和相机，相机构造 成通过物镜记录测量对象的像，其中，物镜包括物镜体，物镜体具有入光开口和出光开口， 出光开口具有连接到相机的接口，其中，物镜还包括光阑和多个透镜，多个透镜布置在物镜 体中，其中，所述透镜形成至少四个分离的透镜组，至少四个分离的透镜组一起限定光轴， 以及其中，四个透镜组中的至少两各可沿光轴移动。 本专利技术还涉及一种确定测量对象上的空间坐标的方法，包括以下步骤： -将测量对象布置在工件保持器上； -提供测量头，测量头包括物镜和相机，其中，物镜包括物镜体，物镜体具有入光开 口和出光开口，出光开口具有连接到相机的接口； -相对于工件保持器定位测量头； -通过物镜记录测量对象的至少一个像；以及 -根据测量头相对于工件保持器的位置以及根据所述像确定测量对象上的空间坐 标， 其中，物镜包括光阑和多个透镜，多个透镜布置在物镜体中，其中，所述透镜形成 至少四个分离的透镜组，至少四个分离的透镜组一起限定光轴，其中，四个透镜组中的至少 两个可沿光轴移动。
技术介绍
EP1071922B1公开了这种坐标测量机和对应方法。已知的坐标测量机具有接触探 针，接触探针优选地布置在弹性可弯曲的导光纤维的末端。接触探针用于接触测量对象上 的测量点。借助包括相机和物镜的光学传感器，可以检测到接触探针在与测量对象的接触 期间的偏转。借助接触探针的偏转，并且可选地借助光学传感器相对于测量对象的位置，那 么可确定采样测量点的空间坐标。作为替代，已知的坐标测量机意在提供在没有接触探针 的情况下测量测量对象的表面形貌的可能性，即纯光学地测量。EP1071922B1提出了光学传 感器包括具有两个透镜组的变焦光学系统，两个透镜组借助电机单独地移动而设定成像比 例和距测量对象的距离。这意在允许选择性地将接触探针带离光学系统的景深，以允许纯 光学测量。 JP2011-169661公开了 一种具有相机和远心光学系统的光学测量装置，远心光学 系统具有前透镜、后透镜和远心光阑。该测量装置还具有基于激光器的自动聚焦系统，其借 助激光确定测量对象在远心系统光轴上的位置。 使用光学传感器与坐标测量机在许多情况下允许非常快速地测量测量对象的几 何特性。已知的具有光学传感器的坐标测量机的一个缺点是注明光学传感器限于特定测量 任务和特定工件属性。光学传感器通常针对特定类型的测量任务而优化，例如在可实现的 测量精度或测量范围方面优化。例如，在传感器光轴方向上具有大高度差的工件可能导致 发生问题。有时，使用不同的光学和/或触觉传感器，以能够应付不同的测量要求，单独的 传感器分别仅承担整个测量任务的一部分。每个单独的传感器通常针对特定测量任务优 化。首要的是，光学传感器由此具有分别高度适用于特定预期用途而不太适用于其它目的 单独的光学系统。 在坐标测量机中设置不同的传感器来用于不同的测量任务允许高灵活性连同高 测量精度。提供具有分别适配于传感器预期用途的光学系统的许多传感器的高成本是不利 的。而且，许多传感器及它们各自的光学系统要求坐标测量机中的比较大的装配空间，这限 制了测量体积，并导致其它成本。
技术实现思路
因此，希望提供一种光学坐标测量机，其能够以比较低的成本实施广泛的光学测 量任务。相应地，本专利技术之目的是提供一种对应的坐标测量机和一种对应的方法。 根据本专利技术的一个方面，该目的通过一开始提到的类型的坐标测量机来实现，其 中，至少四个透镜组的第一透镜组固定地布置在入光开口的区域中，并且其中，光阑以及至 少四个透镜组的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组各相对于第一透镜组沿光轴可单独 地移动，其中，第二透镜组布置在第一透镜组和光阑之间，并且其中，第三和第四透镜组布 置在光阑和出光开口之间。 根据另一方面，该目的通过一开始提到的类型的方法来实现，其中，至少四个透镜 组的第一透镜组固定地布置在入光开口的区域中，并且其中，光阑以及至少四个透镜组的 第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组各相对于第一透镜组沿光轴可单独地移动，以获得 测量对象在像中的限定的放大率和限定的聚焦两者，其中，第二透镜组布置在第一透镜组 和光阑之间，并且其中，第三和第四透镜组布置在光阑和出光开口之间。 根据另一方面，该目的通过用于一开始提到的类型的光学坐标测量机的物镜来实 现，其中，物镜的至少四个透镜组的第一透镜组固定地布置在入光开口的区域中，其中，物 镜的光阑以及至少四个透镜组的第二透镜组、第三透镜组和第四透镜组各相对于第一透镜 组沿光轴可单独地移动，其中，第二透镜组布置在第一透镜组和光阑之间，并且其中，第三 和第四透镜组布置在光阑和出光开口之间。提供这种的物镜使得可通过更换光学系统来改 进现有的光学坐标测量机，以实现下面说明的特性和优点。 新的坐标测量机具有物镜，其中，在空间上彼此隔开的至少四个分离的透镜组布 置在共同的光轴上。第一透镜组（如从入光开口或前侧所看见）是固定的。因此，其与连 接相机的接口相距恒定的限定距离。在一些示例性实施例中，接口是用于连接相机的标准 接口，比如所谓的C安装件或F安装件。在其它示例性实施例中，接口是专有接口，其中，相 机旋拧到物镜体。该专有接口提供了高稳定性，并因此确保维持高测量精度。 在第一透镜组之后接着有沿光轴的三个另外的透镜组，它们各相对于第一透镜组 沿光轴可单独地移动。优选地，四个透镜组各包括具有两个光折射表面的至少一个透明光 学元件，两个光折射表面的至少一个表面凸地或凹地弯曲。而且，优选地，透镜组各相对于 光轴旋转对称。布置在第二透镜组和第三透镜组之间的还有光阑，其也可以沿光轴单独地 移动。在本文中，可单独地移动意味着对应元件可执行沿光轴的移动，这与其它元件在移 动方向方面和/或移动距离方面的可能同时移动不同。换言之，第二透镜组、光阑、第三透 镜组和第四透镜组各可沿光轴移动，使得四个透镜组和光阑之间的相对距离可以单独地变 化。例如，第二透镜组和光阑之间的距离可以增加或减小。而且，光阑和第三透镜组之间的 距离可以增加或减小，第三透镜组和第四透镜组之间的距离可以增加或减小。可单独移动 的透镜组以及布置在它们之间的同样可单独移动的光阑允许高灵活性及许多组合可能性。 在一些示例性实施例中，物镜可具有第五透镜组，其布置在出光开口的区域中，并 优选地是固定的。原则上，另外的透镜组是可能的，尽管新的物镜优选地包括不多于五个所 述透镜组。四个或五个透镜组一起产生图像传感器上的像，图像传感器经由接口连接到物 镜。由于三个透镜组和光阑的单独移动性，新的物镜可针对不同的成像条件十分灵活地调 节。如下参考优选示例性实施例所说明的，新的物镜尤其允许可变地调节放大率以及可变 地调节工作距离。在优选的示例性实施例中，新的物镜在放大率的整个调节范围内和在工 作距离的整个调节范围内是远心，这可借助可单独移位的光阑十分良好地实现。三个透镜 组的单独移动性使得可尤其在工作距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定测量对象上的空间坐标的坐标测量机，包括支撑所述测量对象(80)的工件保持器(12)，包括相对于所述工件保持器(12)能够移动并承载光学传感器(18)的测量头(16)，并且包括评估和控制单元(22)，所述评估和控制单元构造成根据所述测量头(16)相对于所述工件保持器的位置以及根据所述光学传感器(18)的传感器数据来确定所述测量对象(80)的空间坐标，其中，所述光学传感器(18)包括物镜(24)和相机(34)，所述相机构造成通过所述物镜(24)记录所述测量对象(80)的像，其中，所述物镜(24)包括物镜体(26)，所述物镜体具有入光开口(28)和出光开口(30)，所述出光开口具有连接到所述相机(34)的接口(32)，其中，所述物镜(24)还包括光阑(52)和多个透镜，所述多个透镜布置在所述物镜体(26)中，其中，所述透镜形成至少四个分离的透镜组(40‑48)，所述至少四个分离的透镜组一起限定光轴(50)，以及其中，所述四个透镜组中的至少两个能够沿所述光轴(50)移动，其特征在于，所述至少四个透镜组的第一透镜组(40)固定地布置在所述入光开口(28)的区域中，所述光阑(52)以及所述至少四个透镜组的第二透镜组(42)、第三透镜组(44)和第四透镜组(46)各能够沿所述光轴(50)相对于所述第一透镜组(40)单独地移动，其中，所述第二透镜组(42)布置在所述第一透镜组(40)和所述光阑(52)之间，以及其中，所述第三和第四透镜组(44，46)布置在所述光阑(52)和所述出光开口(30)之间。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J温特罗特，T恩格尔，
申请(专利权)人：卡尔蔡司工业测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE