坐标测量机、制造方法以及测量光学滤波器的方法技术

一种坐标测量机，包括用于光学采集工件的图像数据的光学传感器，其中光学传感器包括镜头和照明装置，镜头限定光轴，照明装置在图像数据的光学采集期间照明工件。照明装置包括漫射发光体和光学滤波器，光学滤波器具有彼此并排布置且彼此分开的多个光通道，其中由发光体发射的光在其下侧进入滤波器，穿过光通道，且在其相对顶侧从滤波器再次出现，其中每个光通道仅透射与相应光通道的纵向轴线的角度小于预定限制角的光线。镜头和滤波器相对于彼此倾斜，使得垂直于滤波器的顶侧对准的法向矢量与光轴形成不为0°的倾斜角。

CMM, manufacturing methods and methods for measuring optical filters

A coordinate measuring machine includes an optical sensor for optical acquisition of image data of the workpiece, wherein the optical sensor includes a lens and an illumination device, and the lens defines the optical axis, and the lighting device illuminate the workpiece during the optical collection of the image data. The lighting device includes a diffuse emitter and optical filter, optical filter has a plurality of optical channels which are placed each other and separated from each other, wherein the light emitted by the light emitting body on its lower side into the filter, through the optical channel, and in its relative top side emerges from the filter again, the longitudinal axis of each optical channel only with the corresponding transmission the light channel angle is less than a predetermined limit angle of light. The lens and filter are inclined to each other so that the normal vector perpendicular to the top of the filter forms a tilt angle that is not 0 degrees to the optical axis.

【技术实现步骤摘要】
坐标测量机、制造方法以及测量光学滤波器的方法
本专利技术涉及一种用于测量工件的空间坐标的坐标测量机。此外，本专利技术涉及一种制造坐标测量机的方法。此外，本专利技术涉及一种在根据本专利技术的坐标测量机中使用的测量光学滤波器的光学性质的方法。
技术介绍
坐标测量机用于检查工件，例如作为质量保证的一部分，或作为所知的“反向工程”的一部分来完全确定工件的几何结构。此外，可以预期多样的其他应用可能性，例如，工艺控制应用，其中直接应用测量技术，以进行在线监测并调整制造和加工工艺。在坐标测量机中，不同类型的传感器可以用于采集待测量的工件。作为示例，以触觉方式测量的传感器就此而言是已知的，如申请人以名称“VASTXT”或“VASTXXT”销售的。在此，用触针扫描待测量的工件的表面，所述触针在测量空间中的坐标在所有时间是已知的。这样的触针也可以沿着工件的表面移动，使得在测量过程中可以按限定的时间间隔采集多个测量点，作为所谓“扫描方法”的一部分。此外，已知使用光学传感器，其使得能够进行工件或测量对象的坐标的非接触采集。本专利技术涉及这样的包括光学传感器的坐标测量机。在光学规格度量中，如果意图以单个微米范围的精度测量工件的形状，通常产生大量花费。这通常归因于以下事实，相对复杂的机器沿着预先计划的轨迹引导相对复杂和沉重的传感器。随后或并行地，然后将光学采集的信息关联到由机器致动器系统提供的空间信息，使得可以重新构建待测量的对象的表面。可以用于光学坐标测量机中的光学传感器的一个示例是申请人以商品名称“ViScan”销售的光学传感器。此类型的光学传感器可以用于各种类型的测量设置或坐标测量机中。这样的坐标测量机的示例为申请人销售的产品“O-SELECT”和“O-INSPECT”。具有高分辨率镜头的照相机通常用作这样的光学坐标测量机中的光学传感器。在光学度量中，简而言之，评估测量对象的阴影投射(shadowcasting)。为此，在测量对象在照相机芯片上的成像上，将黑白转变与测量对象的位置相关联。可以由光学单元的校准产生图形和对象之间的此关联。然而，上述程序中的基本前提是，阴影投射，即在照相机芯片上成像的图像中的明亮和黑暗的位置也实际上精确地对应于测量对象的轮廓。因此，意图用于度量目的这样的光学系统具有严格要求，其不仅与成像系统有关，而且与照明系统有关。因此，照明与成像系统理想地适配，以能够实现最佳可能的测量结果。为能够确保与照明系统有关的严格要求，远心照明光学单元通常用于光学坐标测量机中。然而，由于空间和/或成本原因，也可以由平坦设计的表面发光元件取代所述远心照明光学单元。然而，由于发散光在测量对象处的反射，此测量主要在体零件(volumepart)的情况下则限制测量精度。依照顺序，即使在这样的坐标测量机构造的情况下，为了再次获得使用远心照明光学单元可实现的测量精度范围，也可以用其他部件取代或扩展平坦设计的表面发光源。例如，EP1618349B1描述了坐标测量机，其包括透射光照明布置，其中透射光照明布置包括实施为进行漫射的表面发光源形式的照明体。除了图像处理传感器系统和所述透射光照明布置之外，坐标测量机包括设置在表面发光源与测量对象之间的滤波器。所述滤波器具有沟道状的通道开口，通道开口平行于图像处理传感器系统的镜头的光轴对准，并且仅透射相对于光轴小于预定限制角α的光线。光线可以穿过通道开口的限制角度α的值原则上小于10°，优选地小于3°，可能甚至小于1°。根据EP1618349B1的教导，所述光学滤波器意图避免外来光，否则外来光可能穿过进入光学单元，即图像处理传感器系统。从而意图是避免成像像差以及测量误差，尤其是当测量旋转对称零件时。然而，已经发现，在使用如EP1618349B1中所描述的光学滤波器的情况下，为了对准表面发光源的漫射的光，使得不产生上述的测量误差，必须符合很窄的容差。对于待照明的小的面积，潜在地可能以相对简单的方式进行这样的光学滤波器的过程可靠的制造和安装。然而，如果照明的面积是相对大的面积(例如范围为100×100mm2的面积)，使用从EP1618349B1得知的方案事实上不可能确保避免测量误差。这是由于，尤其是，由于制造的规定，所用的光学滤波器几乎无法满足所要求的窄的容差。离开光学滤波器的多个沟道状的开口中的一个的光锥的开口应典型地具有小于5°的值。形心(centroid)光线(即光锥中轴或光锥主轴的方向)的方向应垂直于滤波器的机械表面行进。不言而喻，不仅对于光学滤波器的多个沟道状的通道开口中的一个，而且对于全部的沟道状的开口必须符合这些要求，即必须在光学滤波器的整个表面之上完全相同。然而，现有测量已经揭示，在实践中，由于生产工程原因，光学滤波器的上述期望的发射特性几乎无法确保，或仅能在极高花费的情况下确保。由申请人进行的测量已经揭示，例如，尽管这样的光学滤波器的发射特性通常在整个像场上符合光锥的5°孔径(aperture)角度的要求，形心光线的方向(即光锥的中轴)不会在整个视野之上垂直于光学滤波器的机械表面对准。反之，已经发现，此要求(形心光线的方向垂直于机械表面)不仅通常不符合，并且还取决于位置而不同。因此，事实上，在使用如EP1618349B1中所提出的光学滤波器的情况下，来自光源的光的最大可能量未被滤波器透射和被成像光学单元或光学传感器采集。此外，由于滤波器的上述发射特性，发生不期望的成像的图案，其不利地影响测量操作和总体系统的主观印象。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术的目标是提供一种坐标测量机及其制造方法，其克服上述缺点。在此情况下，目标尤其是以最成本有效的方式降低在使用上述类型的光学滤波器的情况下发生的可能的测量不精确性。根据本专利技术的一方面，通过一种坐标测量机实现此目标，坐标测量机包括：-光学传感器，用于光学采集工件的图像数据，其中光学传感器包括镜头，镜头限定光轴；-照明装置，用于在图像数据的光学采集期间照明工件；-评估单元，配置为评估采集的图像数据，并且由此确定工件的空间坐标，其中照明装置包括漫射发光体和光学滤波器，光学滤波器具有彼此并排布置且彼此分开的多个光通道，其中由发光体发射的光在滤波器的下侧进入滤波器，穿过光通道，并且在滤波器的相对顶侧上从滤波器再出现，其中光通道中的每一个透射与各自光通道的纵向轴线或中轴形成的角度小于预定限制角的光线，并且其中镜头和滤波器相对于彼此倾斜，使得垂直于滤波器的顶侧对准的法向矢量与光轴形成不为0°的倾斜角，其中倾斜角对应于滤波器的平均光发射方向，其中滤波器的平均光发射方向为在滤波器的至少两个光通道之上确定的光锥主轴角度的平均值，并且其中光锥主轴角度为离开光通道的光锥的主轴与法向矢量形成的角度。从而，本专利技术遵循解决上述问题的构思，所述问题实质上是因为光学滤波器的不均匀发射特性，通过将镜头和滤波器相对于彼此对准，使得垂直于滤波器的顶侧对准的法向矢量与光轴形成不等于0°的倾斜角。因此，与EP1618349B1中所提出的不同，滤波器的顶侧并不垂直于光轴对准，而是相对于其倾斜或成不等于90°的角度。在此情况下，垂直于滤波器的顶侧对准的法向矢量成的倾斜角相对于与滤波器的平均光发射方向对应的光轴倾斜，其中滤波器的平均光发射方向是光通道中的至少两个之上(优选地在滤波器的光通道中的至少1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种坐标测量机(10)，包含：光学传感器(38)，其光学采集工件的图像数据，其中所述光学传感器(38)包含镜头(68)，所述镜头限定光轴(70)；照明装置(42)，其在所述图像数据的光学采集期间照明所述工件(64)；评估单元(46)，配置为评估采集的图像数据，并且由此确定所述工件(64)的空间坐标，其中所述照明装置(42)包含漫射发光体(50)和光学滤波器(52)，所述光学滤波器(52)具有彼此并排布置且彼此分离的多个光通道(58)，其中由所述发光体(50)发出的光在下侧(54)进入所述滤波器(52)，穿过所述光通道(58)，并且在与所述下侧(54)相对的顶侧(60)从所述滤波器(52)再出现，其中所述光通道(58)中的每一个仅透射与相应光通道(58)的纵向轴线(62)形成小于预定限制角(α)的光线(56)，其特征在于，所述镜头(68)和所述滤波器(52)相对于彼此倾斜，使得垂直于所述滤波器(52)的顶侧(60)对准的法向矢量(72)与所述光轴(70)形成不等于0°的倾斜角(β)，其中所述倾斜角(β)对应于所述滤波器(52)的平均光发射方向，其中所述滤波器(52)的平均光发射方向是在所述滤波器(52)的光通道(58)中的至少两个上确定的光锥主轴角的平均值，并且其中所述光锥主轴角为离开所述光通道(58)的光锥的主轴与所述法向矢量(72)形成的角。...

【技术特征摘要】
2016.04.20 DE 102016107336.91.一种坐标测量机(10)，包含：光学传感器(38)，其光学采集工件的图像数据，其中所述光学传感器(38)包含镜头(68)，所述镜头限定光轴(70)；照明装置(42)，其在所述图像数据的光学采集期间照明所述工件(64)；评估单元(46)，配置为评估采集的图像数据，并且由此确定所述工件(64)的空间坐标，其中所述照明装置(42)包含漫射发光体(50)和光学滤波器(52)，所述光学滤波器(52)具有彼此并排布置且彼此分离的多个光通道(58)，其中由所述发光体(50)发出的光在下侧(54)进入所述滤波器(52)，穿过所述光通道(58)，并且在与所述下侧(54)相对的顶侧(60)从所述滤波器(52)再出现，其中所述光通道(58)中的每一个仅透射与相应光通道(58)的纵向轴线(62)形成小于预定限制角(α)的光线(56)，其特征在于，所述镜头(68)和所述滤波器(52)相对于彼此倾斜，使得垂直于所述滤波器(52)的顶侧(60)对准的法向矢量(72)与所述光轴(70)形成不等于0°的倾斜角(β)，其中所述倾斜角(β)对应于所述滤波器(52)的平均光发射方向，其中所述滤波器(52)的平均光发射方向是在所述滤波器(52)的光通道(58)中的至少两个上确定的光锥主轴角的平均值，并且其中所述光锥主轴角为离开所述光通道(58)的光锥的主轴与所述法向矢量(72)形成的角。2.根据权利要求1所述的坐标测量机，包含接收所述工件(64)的工件支架(12)，其中所述工件支架(12)限定垂直于所述工件支架(12)行进的z轴(34)。3.根据权利要求2所述的坐标测量机，其中所述光轴(70)平行于所述z轴(34)行进，并且其中所述法向矢量(72)与所述z轴(34)形成所述倾斜角(β)。4.根据权利要求2所述的坐标测量机，其中所述法向矢量(72)平行于所述z轴(34)行进，并且其中所述光轴(70)与所述z轴(34)形成所述倾斜角(β)。5.根据权利要求4所述的坐标测量机，其中所述镜头(68)沿着平行于所述z轴(34)行进的移动轴(74)是可移动的，并且其中所述光轴(70)与所述移动轴(74)形成所述倾斜角(β)。6.根据权利要求4所述的坐标测量机，其中所述镜头(68)沿着移动轴(74)是可移动的，所述移动轴与所述z轴(34)形成所述倾斜角(β)并且平行于所述光轴(70)行进。7.根据权利要求1所述的坐标测量机，包含滤波器安装件(66)，在所述滤波器安装件中所述滤波器(52)是可固定的，其中所述滤波器安装件(66)限定站立区域和相对于所述站立区域以所述倾斜角倾斜的倾斜平面，在所述滤波器(52)插入所述滤波器安装件(66)的情况下，所述倾斜平面平行于所述滤波器(52)的顶侧(60)对准。8.根据权利要求7所述的坐标测量机，其中所述滤波器安装件(66)包含(i)通过快速原型制造且以层叠方式构造的部件，(ii)具有高度可调的三点支架的安装件，或(iii)万向悬架(80)。9.一种测量光学滤波器(52)的光学性质的方法，所述光学滤波器具有彼此并排布置且彼此分离的多个光通道(58)，所述光通道布置在所述滤波器(52)的下侧(54)与所述滤波器(52)的相对顶侧(60)之间，其中所述光通道(58)中的每一个仅透射与相应光通道(58)的纵向轴线(62)形成的角小于预定限制角(α)的光线(56)，其中所述方法包含以下步骤：提供包含镜头(68)的光学传感器(38、76)，所述镜头限定光轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：D塞茨，F维杜勒，P杰斯特，A戈纳梅尔，CHG冯哈根，A埃布瑟，A莫比乌斯，
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