CN107709924B - 使用光学测量装置时的照明控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量机(10)，尤其是坐标测量机，包括用于在图像记录时间段(86)期间在图像捕捉区域(80)中记录图像的至少一个光学传感器(34)、提供表示图像记录时间段(86)的控制信号的控制信号换能器(89)、用于照明图像捕捉区域(80)的测量照明布置(96)、以及控制器(19)。控制器(19)设计为根据控制信号的方式在图像记录时间段(86)期间激活测量照明布置(96)，并且控制器(19)另外设计为根据控制信号在图像记录时间段(86)之外激活至少一个附加的照明布置(97，98，100，102)。本发明还涉及测量***和照明控制方法。

Description

使用光学测量装置时的照明控制

技术领域

本发明涉及测量机，尤其是坐标测量机，其包括用于在图像记录时间段期间在图像捕捉区域中记录图像的至少一个光学传感器、提供表示图像记录时间段的控制信号的控制信号换能器、用于照明图像捕捉区域的测量照明布置，并且包括控制装置。另外，本发明涉及控制测量机的照明的方法，所述测量机包括用于在图像捕捉区域中记录图像的至少一个光学传感器。

背景技术

坐标测量机在现有技术中是熟知的。它们用于检查工件，例如作为质量保证的一部分，或作为所谓的“反向工程”的一部分用于完全确定工件的几何结构。另外，可以设想多种其他应用可能性。

在此类型的坐标测量机中，不同类型的传感器可以用来捕捉待测量的工件的坐标。作为示例，以触觉方式测量的传感器在此方面中是已知的，如例如申请人以产品标识“VAST”，“VAST XT”或“VAST XXT”所销售的。在此，用探针探查待测量的工件的表面，所述探针在测量空间中的坐标在全部时间已知。这样的探针还可以沿着工件的表面移动，使得在这样的测量过程期间，能够在所谓的“扫描方法”的范围内以设定的时间间隔捕捉大量的测量点。

此外，使用促进工件的坐标的无接触捕捉的光学传感器是已知的实践。这样的光学传感器的一个示例是由申请人以商品标识“ViScan”销售的光学传感器。

传感器则可以在不同类型的测量构造中使用。这样的测量构造的一个示例是申请人的产品“O-INSPECT”。在此类型的应用中，光学传感器和触觉传感器两者都用来在机器上执行各种检查任务，且理想地使用待测量的工件的单次设置。

包括光学传感器传感器***在坐标计量中正变得越来越重要。在此，光学传感器尤其以高速的测量过程而出众。以此方式，可以执行许多检查任务，例如在医学工程、塑料技术、电子及精密工程中。各种其他构造当然也是可设想的。

常规地，光学传感器头或光学传感器连接到载体***，载体***支承并移动光学传感器***。各种载体***从现有技术已知，例如门***、台式***、水平臂***和臂***，以及全部类型的机器人***。在此，载体***还可以包括***部件，***部件促进尽可能灵活的传感器头的定位。对此的示例是来自申请人以名称“RDS”销售的接合器(articulation)。另外，可以提供用于载体***的各种***部件自身之间的连接和与传感器***的连接的各种适配器。

另外，当测量物体时，在坐标计量中用不同类型的照明进行工作是常规的。作为示例，可以提供反射光照明，其例如可以配置为亮场-暗场照明。对应的光学传感器则包括视频相机和/或图像相机以及用于工件的适当照明。另外，通常提供固定成像光学单元，所述固定成像光学单元将待测量的工件成像到相机或相机的光学传感器上。在此，总体上，提供了特定光学传感器，其包括用于每个应用或每个类型的测量的固定地集成的照明和成像光学单元。

另外，还发现本发明在其他测量机中的用途，例如显微镜。

当使用光学测量机时，用户希望—如在触觉测量机的情况下一样—看见由相机捕捉的当前测量点或区域，所谓的ROI(关注区域)，尤其是当校准测试计划时或在单独零件测试期间。与此同时，将ROI可视化到待测量的工件上。在触觉测量机的情况下，这可以容易地提供，因为可以通过触觉传感器上的感测球体的位置识别当前位置或当前测量点。然而，在光学测量机的情况下，在大多数待测量的工件中，当前由光学传感器捕捉的区域无法容易地指定到工件上的实际位置，即使捕捉的区域存在于监视器上，尤其是在高放大率的情况下。

因此，提出了通过例如激光束来标记ROI或图像捕捉区域。作为示例，可以由附接到待测量物体的光源发射激光束。

然而，如果使用这样的激光，则亮斑(bright spot)在图像捕捉区域中可见。如果激光另外被转向穿过整个透镜或其部分，则由于透镜元件处的反射产生亮斑纹图案。因此，所有这些的缺点是当标记图像捕捉区域时无法执行测量。这减慢了配置测量机或测量单独部件的过程。

现有技术中已经提出了用于光学测量机的各种照明控制方法；作为示例，文献DE10 2014 208 424 A1已经提出了用于设定图像测量设备的照明的方法，其中基于通过发光装置的电流与亮度之间的以前存在的关系，来计算亮度指导值与对应于亮度的电流值之间的关系，所述方法包括以下步骤：创建含有亮度指导值、电流值以及亮度的校准表，计算测量期间的所需亮度，计算对应于所需亮度的亮度指导值，以及使用校准表设定亮度指导值。

另外，文献EP 2 078 923 A1提出了包括相机和照明单元的图像测量装置，相机基于预设定的测量程序确定多个测量点的图像，照明单元照明测量点。

另外，文献DE 10 2014 209 471 A1展现了控制用于产生结构化照明图案的部分的方法，以便在规范图像处理检查***中通过相机进行图像捕捉期间照明工件。

然而，仍存在对于测量机、测量***、以及控制用于测量应用的照明的方法的需求，以克服上述的缺点。因此，本发明的目标是提供用于控制照明的改善的方法和包括至少一个光学传感器的测量机(尤其是坐标测量机)，其提供图像捕捉区域的改善的标记。

发明内容

因此，根据本发明的第一方面，提供了测量机，尤其是坐标测量机，其包括用于在图像记录时间段期间在图像捕捉区域中记录图像的至少一个光学传感器，提供表示图像记录时间段的控制信号的控制信号换能器、用于照明图像捕捉区域的测量照明布置、以及控制装置，其中控制装置实施为以依赖于控制信号的方式在图像记录时间段期间接通测量照明布置，并且其中控制装置另外实施为以依赖于控制信号的方式在图像记录时间段之外暂时地接通至少一个其他照明布置。

光学计量中使用的光学传感器，尤其是相机，通过所谓的“触发器(trigger)”提供显示图像采集的当前状态的选项。以下，这样的“触发器”也称为控制信号换能器。因此，测量机的后续***或电子装置或控制装置了解“图像”是否通过至少一个光学传感器当前正“被获取”。捕捉快门或光阑(stop)的状态，并且从而转达是否通过至少一个光学传感器收集光。以此方式，仅当至少一个光学传感器实际上需要光时接通测量照明布置。因此，可以将到整个***中的热通量保持为低的。

现在，本发明使用此原理，根据控制信号来切换照明布置，以便仅接通光源或照明布置，在图像捕捉时间段期间，当对于至少一个光学传感器没有收集光时，即当没有取得图像时，所述光源或照明布置不贡献于测量照明。不贡献于测量照明的此其他照明布置可以例如为上面所描述的激光器或激光指示器。能够省去用于标记图像捕捉区域的激光照明装置的其他变体有赖于使用亮场反射光照明装置，其在许多情况下存在于许多测量机中。当使用其他照明布置时，其可以用于标记图像捕捉区域。由于其结构，亮场反射光照明装置照明图像捕捉区域。如果亮场反射光照明装置转向完全穿过镜头，尤其是变焦镜头，这另外提供了被亮场反射光照明装置照明的场总是与至少一个光学传感器的图像捕捉区域一样大的优点。因此，还可以通过亮场反射光照明装置标记图像捕捉区域。

因此，在校准序列或测试计划期间，或在单独零件的半自动化测量期间，其他照明布置可以总是保持接通，然而不会不利地影响测量精度或测量结果。如果除了相对短的图像记录时间段，其他照明布置可以保持接通，整体测量机上的温度影响被最小化，因为具有随着时间不规则影响的温度影响的情况可以被不变的温度影响取代。

由于至少一个其他照明布置仅当至少一个光学传感器不收集任何光时被接通，其他照明布置不被至少一个光学传感器捕捉，即使其起到标记图像捕捉区域的作用，因为其在图像记录时间段之前被断开。因此，其他照明布置不会影响图像捕捉。手动接通和断开标记光也变得不必要。

原则上，例如车间照明或布置在与测量机一距离处的照明也可以用作其他照明布置。

因此，根据本发明的第二方面，提出了测量***，所述测量***包括根据本发明的第一方面或其配置中的一种的测量机，其中测量***具有其他照明布置，其中其他照明布置为用于照明测量机的周围的环境(ambient)照明布置，并且其中将环境照明布置布置距在与测量机一距离处。

这样的环境照明布置用于为用户照明机器的整个工作区域，其否则在其中布置测量机的例如黑暗的房间中，以便从而给出工件、诸如触觉传感器的其他传感器以及整个其余构造的视野。

作为示例，对于特别精确的应用，测量机立置在温度未定的房间中。一般来说，在这样的房间中保持灯接通，因为关闭环境灯可能具有对测量房间中的气候条件的影响，并从而对测量机的精度有影响。然而，在此情况下，通过本文所提出的本发明，同样可以在图像记录时间段期间或至少一个图像记录时间段期间断开测量房间的环境照明布置。反之，环境照明布置可以保持接通，使得不论全部这些情况，温度影响保持不变。

根据本发明的第三方面，提出了控制用于测量机的或用于包括在图像捕捉区域中记录图像的至少一个光学传感器的测量***的照明的方法，所述方法包括以下步骤：

-设定至少一个图像记录时间段，在至少一个图像记录时间段期间，通过至少一个光学传感器实行图像记录；

-提供控制信号，控制信号表示至少一个图像记录时间段；

-以依赖于控制信号的方式在图像记录时间段期间使用测量机的测量照明布置来照明图像捕捉区域；以及

-以依赖于控制信号的方式在图像记录时间段之外使用其他照明布置暂时地照明图像捕捉区域。

根据本发明的第四方面，提出了计算机程序产品，尤其是非易失性计算机程序产品，其包括具有程序代码的计算机程序，当在测量机上执行计算机程序，程序代码用于执行根据本发明的第三方面或其配置中的一种的方法。

从而完全实现了最初提出的目标。

在测量机的一种配置中，可以规定测量机具有其他照明布置。

因此，其他照明布置为测量机中提供的照明布置或光源。通常，具有光学传感器的测量机具有用于不同的测量方法的多个照明布置。那么，可以由这些照明布置中的对于图像记录不需要的一个来提供其他照明布置。尤其是，其他照明布置因此与测量照明布置不同。原则上，测量机具有至少一个其他照明布置。因此，这些至少一个其他照明布置中的一个可以具有测量机。然而，替代地，或累积地，测量机还可以仅实施为致动至少一个其他照明布置中的不是测量机的部件的一个。作为示例，其可以为环境照明布置。

根据测量机的其他配置，可以规定其他照明布置为用于标记图像捕捉区域的标记照明装置。

以此方式，可以在图像记录时间段之外为用户标记图像捕捉区域，尤其是待测量的工件上标记图像捕捉区域。

在测量机的其他配置中，可以规定测量机具有镜头，并且其中通过镜头实行至少一个光学传感器的图像记录。尤其是，在此可以规定镜头为变焦镜头。

以此方式，至少一个光学传感器的图像捕捉区域可以就其大小变化。

在测量机的其他配置中，可以规定至少一个光学传感器中的一个为相机。在测量机的其他配置中，可以规定提供恰好一个光学传感器，其中光学传感器为相机。

这使得可以捕捉由多个单独图像构成的图像记录序列。在此，可以以某一频率记录单独图像，因此产生图像记录的循环持续时间。

在测量机的其他配置中，可以规定其他照明布置为亮场反射光照明装置。换而言之，至少一个其他照明布置的照明布置为亮场反射光照明装置。

以此方式，测量机中提供的但对于特定测量进程不需要的亮场反射光照明装置可以用于标记图像捕捉区域。以此方式，至少一个光学传感器的图像捕捉区域被亮场反射光照明装置照明，尤其是如果亮场反射光照明装置被引导穿过整个镜头，尤其是变焦镜头，使得亮场反射光照明装置的照明束路径完全延伸穿过镜头，尤其是变焦镜头。

在其他配置中，可以规定其他照明布置为用于标记图像捕捉区域的激光器。

以此方式，可以通过激光或激光指示器标记图像捕捉区域。一般来说，由于良好的可见度，激光尤其适用于在全部类型的工件上标记图像捕捉区域。

在其他配置中，可以规定激光器布置为使得激光的标记束路径在镜头之外延伸。

尤其是，例如可以规定激光器横向布置在镜头上，并且因此能够直接辐照到工件上。

在其他配置中，可以规定激光器的标记束路径要通过光学耦合元件耦合到镜头中。以此方式，可以将标记束路径引导通过镜头中的一些或整个镜头。以此方式，可以使标记束路径与镜头的光轴同轴地延伸。

在方法的其他配置中，可以规定具有其他照明布置的照明在至少一个图像记录时间段的终止之后开始偏移第一持续时间。

根据相机的图像记录频率，可以以特定持续时间设定图像记录时间段。基于相机的图像记录频率，由于已知的循环持续时间，图像记录时间段的终止与后续图像记录时间段的开始之间的时间段是已知的。现在可以在图像记录时间段之外实行使用其他照明布置的照明。在此，在图像记录时间段的终止之后，其他照明装置的接通的开始可以开始偏移时间周期。以此方式，可以确保其他照明布置不“照明到”图像记录“中”。

在其他配置中，可以规定在至少一个图像记录时间段的开始之前，使用其他照明布置的照明终止偏移第二持续时间。

以此方式，再次可以指定第二照明布置不照明到图像记录时间段中。避免了其他照明布置的持续(persistence)。这是通过第二持续时间设定为具有足够长度而发生的。

在方法的其他配置中，可以规定第一持续时间和/或第二持续时间具有至少0.5毫秒和至多2毫秒的长度。尤其是，第一持续时间和/或第二持续时间的长度可以为1毫秒。

发现这些值对避免其他照明布置照明到图像记录中是实用的。

在其他配置中，可以规定设定多个图像记录时间段，其中相继的图像记录时间段的相应的开始在时间上间隔开一个循环持续时间。

以此方式，从至少一个光学传感器的图像记录频率产生相继的图像记录时间段的相应的开始的循环持续时间。那么，可以例如根据循环持续时间来设定图像记录时间段或者第一持续时间和/或第二持续时间的长度。其相应的开始还可以根据循环持续时间或图像记录时间段的开始来设定。

在其他配置中，可以规定图像记录时间段的长度小于循环持续时间的20％。尤其是，还可以规定图像记录时间段的长度小于循环持续时间的25％或小于循环持续时间的15％。

在其他配置中，可以规定在图像记录时间段之外，其他照明布置或至少一个其他照明布置的接通时间段的长度为小于循环持续时间的长度的67％。

以此方式，循环持续时间的33％的剩余持续时间可以用于图像记录时间段以及第一持续时间和/或第二持续时间。

原则上，可以在测量机或方法的全部配置中规定提供恰好一个其他照明布置。然而，还可以规定提供多于一个其他照明布置。作为示例，可以规定提供两个其他照明布置或三个其他照明布置。

如果存在相机的迭代时间(即图像记录时间段)上的改变，可能存在标记照明或环境照明的亮度上的改变。在某些情况下，这是不期望的，并且可以用根据至少一个光学传感器的循环持续时间的固定持续时间来改善。

一般来说，光学传感器以最大可能集成时间运行。对此，在实践中发现了例如5毫秒的持续时间。这确保了，例如，作为光学传感器的相机总能够以30Hz运行。暗示地，这意味着每33.3毫秒捕捉新的图像。因此，相继的图像记录时间段的开始彼此偏移33.3毫秒。换而言之，标记照明装置或环境照明布置(即至少一个其他照明布置)每33.3毫秒断开至多5毫秒，从而不影响测量。基于此，从图像记录时间段或最大图像记录时间段的终止，可以在固定时间间隔(例如6毫秒，换而言之，以等于第一持续时间的间隔)之后开始其他照明布置，例如在图像记录时间段的开始或循环持续时间的开始之后6毫秒。那么，其他照明布置可以保持接通例如20毫秒。以此方式，仍为第二持续时间产生大约7.3毫秒的长度，并且因此在接下来的图像记录时间段中不发生标记照明或环境照明布置的持续。

应当理解，连同方法指出的特征也可以用于在根据本发明的测量机或测量***中，或在根据本发明的计算机程序产品中。反之，对于测量机、测量***或计算机程序产品所列出的特征可以用于根据本发明的方法中。

不言而喻，前面提到的特征和仍将在下面解释的特征不仅能够以在每个情况下以指定的组合使用，并且还能够以其他组合或其独自使用，而不背离本发明的范围。

附图说明

在附图中示出了并在下面的说明书中更详细地解释了本发明的实施例。在附图中：

图1示出了测量机的示意图；

图2示出了测量***的实施例和测量机的实施例；

图3示出了测量机的其他实施例；

图4示出了方法的示意流程图；

图5a示出了一个实施例中的切换状态的第一时序图；以及

图5b示出了其他实施例中的切换状态的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于检查待测量的物体12的测量机10，所述物体布置在工件保持器14上。测量机10在绘示的实施例中是坐标测量机。通过一个或多个光学传感器18测量待测量的物体12。可选地，还可以附加地提供一个或多个触觉传感器16。

坐标测量机在现有技术中是熟知的。它们用于检查工件，例如作为质量保证的一部分，或作为所谓的“反向工程”的一部分用于完全确定工件的几何结构。另外，可以设想应用的多种其他选项，例如还附加用于检查表面。

在此类型的坐标测量机中，不同类型的传感器可以用来捕捉待测量的工件的坐标。作为示例，以触觉方式测量的传感器在此方面中是已知的，例如申请人以商品标识“VAST”、“VAST XT”或“VAST XXT”所销售的。在此，用探针探查待测量的工件的表面，所述探针在测量空间中的坐标在全部时间已知。这样的探针还可以沿着工件的表面移动，使得在所谓的“扫描方法”的范围内，在这样的测量过程期间，可以以设定的时间间隔捕捉大量的测量点。

此外，使用促进工件的坐标的无接触捕捉的光学传感器是已知的实践。这样的光学传感器的一个示例是由申请人以商品标识“ViScan”销售的光学传感器。

传感器则可以用于不同类型的测量构造中。这样的测量构造的示例是台式构造，如图1所示。这样的台式构造的一个示例是申请人的产品“O-INSPECT”。在此类型的应用中，光学传感器和触觉传感器两者都用来在机器上执行各种检查任务，且理想地使用待测量的工件的单次设置。以此方式，可以容易地执行许多检查任务，例如在医学工程、塑料技术、电子及精密工程中。当然也可以设想各种其他构造。

在坐标计量中发现了载有触觉传感器和光学传感器两者的这样的传感器***或传感器头的增加的重要性。触觉传感器和光学传感器的组合促进将触觉测量***的高精度与光学测量***的速度的优点结合在单个坐标测量机中。另外，避免了当更换传感器时的校准过程，就像可能的工件的重新夹持(rechucking)。

常规地，传感器头(还可以称为传感器***)连接到支承和移动传感器***的载体***。现有技术已经公开了各种载体***，例如门***、台式***、水平臂***和臂***、全部类型的机器人***、以及在传感器***用x射线操作的情况下的最终封闭的CT***。在此，载体***还可以包括***部件，***部件促进传感器头的定位，传感器头尽可能地灵活。对此的示例是来自申请人以名称“RDS”销售的接合器。另外，可以提供用于将载体***的各种***部件在自身之间连接的和与传感器***连接的各种适配器。

因此，测量机10或***1000的用途不限于台式构造(如图1所示)以及对应的载体***，而是还可以与全部其他类型的载体***一起使用。此外，总体上，测量机10还可以用于多传感器测量***中，或在材料显微镜中。

测量机10还包括测量台20。位于测量台20上的是定位装置21。特别地规定将待测量的物体12定位为平行于X轴22和Y轴23。在此，X轴22和Y轴23跨越测量平面。

作为示例，可以为定位目的提供X台24和Y台25。X台24是平行于X轴21可移动的，并且Y台25是平行于Y轴22可移动的。两者都布置在基部板26上。基部板26由机器框架27和27’承载。

X台24和Y台25的移动在X方向28上由线性导轨引导，且在Y方向29上由线性导轨引导。此构造相应于所谓的“台式构造”。如上面所解释的，也可以设想其他载体***。

测量机10还包括测量头15。一个或多个触觉传感器16可以布置在测量头15上。此外，测量机10布置在测量头15上。另外，还可以在测量头16处或之中布置一个或多个其他光学传感器18。因此，测量头15起到将一个或多个光学传感器18以及可能的触觉传感器16与载体结构(例如Z滑架30)耦合的作用。测量头15可以为封闭外壳构造，但其也可以具有开放的实施例。作为示例，测量头15还可以具有简单板的形式，在其上紧固一个或多个光学传感器18，以及可能的触觉传感器16。另外，还可以设想用于将一个或多个光学传感器18以及可能的触觉传感器16与载体结构耦合的全部其他可能形式。

测量头15被保持在Z滑架30上，在滑架外壳31中平行于Z轴32引导Z滑架30。此Z轴32垂直于X轴22和Y轴23。X轴22、Y轴23以及Z轴32因此形成笛卡尔坐标***。

测量机10还包括控制操纵台33。可以通过控制操纵台72致动测量机10的单独元件。另外，可以预定对测量机10的输入。原则上，为将测量值输出引导到测量机10的用户的目的，还可以规定在控制操纵台33中或在不同位置处布置显示设备(此处未示出)。控制装置19起到控制或调节测量机10的作用。原则上，控制装置还可以与测量机10分开地布置和/或布置在与测量机10一距离处。

图2示出了测量***1000的实施例。此测量***1000具有测量机10，并且还具有用于照明测量机10的周围的环境照明布置102。环境照明布置102实施为其他照明布置。其他可能的其他照明布置由附图标记97，98和100指代，并且仍将在下面更详细解释。原则上，测量机10的控制装置19实施为控制至少一个其他照明布置97，98，100，102。在此，如其他照明布置97，98，100的情况，至少一个其他照明布置可以为测量机10自身的元件。然而，还可以规定至少一个其他照明布置布置在与测量机10一距离处，如环境照明布置102的情况。那么，其他照明布置102和测量机10形成测量***1000。

测量机10包括镜头43。此镜头43可以具有例如多个透镜元件或复合透镜，如仍将连同图3更详细解释的。镜头43可以布置在外壳37中。作为示例，连接到外壳37且通过镜头43捕捉工件12上的图像捕捉区域80相机34充当光学传感器。控制信号换能器由89指代。后者可以捕捉相机34的图像记录时间段，并且将表示相机34的图像记录时间段的控制信号发送到控制装置19。根据控制信号，控制装置19可以切换尤其是至少一个其他照明布置97，98，100，102以及测量照明布置96。这根据由控制信号换能器89提供的控制信号执行。测量照明布置96的表示、配置以及布置应理解为仅为示例性的。经由分束器或耦合元件70将后者耦合到镜头43，并且测量照明束路径穿过整个镜头。在此同样地，原则上，根据所选的照明***，可能存在测量照明布置96的不同布置或耦合。另外，图示了其他照明布置97。作为示例，这可以为亮场反射光照明装置97，其也可以用作标记照明装置，与测量照明布置结合以用于不同的测量方法。那么，例如，亮场反射光照明装置可以经由其他分束器99耦合，并且可以穿过整个镜头43。因此，作为标记装置的亮场反射光照明装置将整个图像捕捉区域80照明。这然后在镜头43的全部设定中应用。作为其他示例呈现了通过分束器64耦合到镜头43的测量照明布置98。再次，在此情况下其可以为分束器。因此，如上面已经解释的，可以例如规定将其他照明布置98实施为激光器，并且通过分束器64将其他照明布置98的标记束路径104’耦合到镜头43的束路径中。那么，还可以以此方式标记图像捕捉区域80。然而，还可以例如将其他照明布置100布置在镜头43之外，例如横向相邻于镜头43。以此方式，例如其他照明布置100同样可以再次实施为激光器，并且激光器100的标记束路径104则可以在工件上直接标记图像捕捉区域80。标记束路径104则在镜头43之外延伸。

图3示出了光学传感器18的示例性实施例，其中，严格地，此示例性实施例中的光学传感器18含有可选地可以呈现和使用的多个光学传感器。传感器18包括具有镜头本体45的镜头43。另外，镜头43可以与其他光学传感器组合，例如与通过偏折法(deflectometry)的传感器测量组合。在典型示例性实施例中，镜头本体45是具有光进入开口39和光离开开口41的管，两者布置在管的相反端部处。然而，原则上，镜头本体45还可以具有脱离管的形式。

用于连接相机34的接口35形成在光离开开口41处。作为示例，相机可以具有图像传感器36。在优选的示例性实施例中，接口35是用于耦合相机和镜头的标准化或泛用的接口，例如所谓的F接口或所谓的C接口。然而，在一些示例性示例中，接口35为专属接口，其尤其是使得可以将相机34的外壳37直接连接到镜头本体45。原则上，还可以采用其他标准化的或专属接口，以将相机34连接到镜头本体45。

盖滑片(cover slip)38布置在光进入开口39的区域中的镜头本体45中或在镜头本体45处，其限定镜头43的远端。在一些示例性示例中，盖滑片38可以具有螺纹顶部，其旋拧到镜头本体45的远端处的螺纹安装件中。在其他示例性实施例中，盖滑片38可以***、夹、粘合地接合到镜头本体45，或以任意其他方式以进入到镜头本体45上的适当凹陷的静止方式连接到镜头本体45。在优选的示例性实施例中，盖滑片38连接到镜头本体45，使得坐标测量机10的用户可以在不损坏镜头43的情况下交换盖滑片38。

在绘示的示例性示例中，盖滑片38为楔形玻璃板，其厚度从一个边缘到另一个边缘增加，如图2的简化截面图所示。在此情况下，盖滑片38具有楔形角度，楔形角度选择为使得盖滑片38的前(朝向镜头43的远端)或后侧处的反射不到达相机34的图像传感器36。在图示的示例性实施例中，盖滑片38布置为使得其前侧与光进入开口39成角度，或倾斜于光进入开口39，而背侧同样具有与之相关的稍微倾斜的布置。

在其他示例性实施例中，具有平面平行的前侧和背侧的盖滑片可以布置为稍微成角度于图像传感器36或镜头43的光轴，其在下面更详细描述。

在其他示例性实施例中，盖滑片38可以实现为薄膜的形式，其被夹持在镜头43的光进入开口39的区域中。在一些示例性示例中，盖滑片可以偏光，使得从之穿过的光被偏光和/或盖滑片可以含有滤色器，以抑制环境光。

在图3的绘示的示例性实施例中，具有第一复合透镜40、第二复合透镜42、第三复合透镜44、以及第四复合透镜46的透镜***布置在盖滑片38与镜头43的光离开开口41之间。在一些示例性示例中，第五复合透镜(其在此用断划线绘示)布置在第四复合透镜46与光离开开口41之间。在镜头本体45中，复合透镜40-48沿着镜头本体45的纵向轴线49在光进入开口39与光离开开口41之间相继布置。在绘示的示例性示例中，在复合透镜40-48相应的中间或中央穿过复合透镜40-48的光束不经历任何偏转，并且因此纵向轴线49与镜头43的光轴50重合。

光阑(stop)52布置在第二复合透镜42与第三复合透镜44之间。在优选的示例性实施例中，光阑52为光圈(diaphragm)，即畅通(clear)内径可以变化的光阑。

第二、第三和第四复合透镜42，44，46以及光阑52分别耦合到专用滑架54，滑架54可以沿着两个导轨56移动。此外，在此示例性实施例中，三个复合透镜和光学光阑52分别耦合到电驱动器58。第二、第三和第四复合透镜以及光阑52可以借助于驱动器58平行于光轴50位移，如通过箭头60所指示的。与之不同，在优选的示例性实施例中，第一复合透镜40和可选的第五复合透镜48以静止方式布置在镜头本体45中。

如在图3中可以认识到的，在一些示例性示例中，畅通空间(clear space)62存在于第一复合透镜40与第二复合透镜42之间，即使第二复合透镜42以距第一复合透镜40的最小距离来设置，所述畅通空间仍存留。分束器64可以在畅通空间62中布置在光轴50上，以便与来自镜头43的其他接口66的光选择性耦合或解耦。在优选的示例性实施例中，第二接口66布置为与分束器64在镜头本体45的横向周界上大致平齐。

相似地，在镜头43的一些示例性示例中，其中同样已经布置了分束器70的其他畅通空间68存在于第四复合透镜46与光离开开口41之间。其他接口72(光可以通过该其他接口72耦合和/或解耦)与分束器70平齐。在绘示的示例性示例中，分束器70布置在第五复合透镜48与光离开开口41之间。作为其替代或附加，分束器70可以布置在第四复合透镜46与第五复合透镜48之间，自然地占据(assume)相应的畅通空间。

在优选的示例性实施例中，镜头43在光进入开口39的区域中具有保持器74，且各种光源76，78布置在所述保持器上。在绘示的示例性示例中，保持器74载有具有大量的光源78a，78b的环形灯，光源78a，78b以不同径向距离布置在镜头本体45周围。在一些示例性示例中，光源78a，78b能够产生不同颜色的光，例如白光、红光、绿光和蓝光及其混合光。光源78a，78b可以用来在距光进入开口39不同的距离处产生不同照明场景。以示例性方式，在附图标记12处示意性地指示待测量的物体12，所述待测量物体设置在距镜头43的光进入开口39距离d处。距离d表示镜头43与待测量的物体12之间的工作距离，且此工作距离是基于镜头43的聚焦可变地可调整的。

在本示例性实施例中，光源76为集成到镜头本体45中的光源。在一些示例性示例中，光源76在透镜元件***之外集成到镜头本体45中，如图3所示。在其他示例性实施例中，光源76可以(替代地或附加地)集成到镜头本体45中，使得由光源76产生的光通过复合透镜中的至少一些和可选地盖滑片38在镜头本体45之外产生。在此情况下，光进入开口39同时也是光离开开口。

使用光源76，78可以为待测量的物体12提供可变照明，以便选择性地产生亮场和/或暗场照明。在两种情况下，这是入射光，其从镜头43的方向照射在待测量的物体12上。

另外，坐标测量机10可以具有其他光源82，其促进待测量的物体12的透射光照明。相应地，光源82布置在待测量的物体12下方或坐标测量机10的工件容座(receptacle)的下方。因此，在优选的示例性实施例中，坐标测量机10具有提供有玻璃板的工件接收体12，以促进透射光照明。

最后，在这些示例性实施例中提供反射光照明装置84，所述反射光照明装置能够经由其他分束器耦合到接口72。经由接口72和分束器70，光源84可以将光耦合到镜头43的整个束路径中。在此，耦合的光经由包括第一至第四(第五)复合透镜的透镜元件***被投射(cast)到待测量的物体12上。

以相同的方式，可以经由接口66，并且原则上也经由光离开开口41，将各种照明类型耦合到镜头43的束路径中。以示例性方式在附图标记86处绘示了点阵投射器(latticeprojector)。点阵投射器产生结构化的光图案，其在示例性实施例中经由两个分束器和接口72被耦合到镜头43的束路径。在一些示例性示例中，光源可以为激光指示器，通过激光指示器能够以针对性的方式照明待测量的物体12上的单独测量点。在其他示例性实施例中，光源可以产生结构化的光图案，比如条图案或点阵图案，其经由镜头43的透镜元件***被投射到待测量的物体12上。

如图3所示，镜头43能够以各种方式与光学传感器组合，作为相机34的替代或附加，所述光学传感器起到用于待测量的物体12的光学测量的作用。在图2中，第一共焦白光传感器88a以纯粹示例性的方式耦合到接口66。替代地，或附加地，共焦白光传感器88b可以经由例如分束器而耦合到用于透射光照明82的照明路径中。传感器88a和88b可以执行逐点(point-by-point)测量。

附图标记90指代自动对焦传感器，借助于自动对焦传感器，可以基于焦点位置的确定而确定待测量的物体12平行于光轴50的高度。另外，借助于相机34和适当的图像评估可以进行待测量的物体12的光学测量，如本领域技术人员已知的。

在优选的示例性实施例中，由于可位移复合透镜42，44，46和可调整光光阑52，镜头43具有大面积的应用。在优选的示例性实施例中，多个控制曲线92储存在控制装置19的存储器中或在其他适当存储器中。在优选的示例性实施例中，多个控制曲线92形成曲线的2D族群，借助于曲线的2D族群，能够以大量自由可选组合设定镜头43的放大率和聚焦。在绘示的示例性示例中，用户可以将期望的放大率和期望的聚焦输入到控制装置19中。借助于控制曲线92并根据期望的放大率和期望的聚焦，控制装置19确定第二复合透镜、第三复合透镜以及第四复合透镜沿着光轴50的单独位置以及光圈52的单独位置和孔径(aperture)。在新颖方法的一些示例性示例中，用户可以通过改变聚焦，在不必借助于套管轴(quill)14相对于待测量物体移动至少一个传感器的情况下，改变到待测量物体的工作距离d。作为示例，这使得可以在不改变放大率的情况下，仅凭借镜头43的聚焦的改变来测量待测量的物体12的表面处的结构和待测量的物体12的孔(此处未示出)的基部处的结构，使得在一种情况下的待测量的物体12的表面处的结构和在另一情况下的孔的底部处的结构位于镜头43的焦平面中。

在其他变体中，在不变或交替的工作距离d(其指代待测量的物体12与第一干涉轮廓(即镜头43的光进入开口39)之间的距离)的情况下，用户可以改变镜头43的放大率，例如以重新测量之前“从鸟瞰图(bird’s eyeperspective)”测量过的待测量的物体12的细节。

另外，在一些示例性示例中，用户能够通过打开或关闭光阑52来修改镜头43的数值孔径，以便以此方式在不同的工作距离d处获得不变的分辨率。此外，用户可以单独地或以组合改变放大率、聚焦以及数值孔径，以便以理想方式将镜头43适配为各种传感器的性质。

图4示出了控制用于测量机10的照明的方法的示意流程图，测量机10包括至少一个光学传感器34，以在图像捕捉区域80中记录图像。

首先，在步骤202中设定至少一个图像记录时间段，在该图像记录时间段期间通过至少一个光学传感器实行图像记录。因此，此图像记录时间段的开始和其终止是已知的。如果设定多个图像记录时间段，这些特别地以某频率设定。由此，相应地产生循环持续时间，即两个相继的图像记录时间段的开始之间的持续时间。

在步骤204中提供表示至少一个图像记录时间段的控制信号。作为示例，这可以提供为数字信号，其在使用至少一个光学传感器的图像记录期间输出信号“1”。其在图像记录时间段之外输出信号“0”。以此方式，控制装置19总是了解是否正在实行图像记录。现在，以依赖于控制信号的方式在图像记录时间段期间使用测量机10的测量照明布置96照明206图像捕捉区域80。作为示例，如果控制信号切换为“1”，则也接通测量照明布置。如果控制信号再次切换回，则断开测量照明布置。以此方式，在整个图像捕捉区域期间切换测量照明布置，以照明图像捕捉区域80。

另外，存在用其他照明布置照明图像捕捉区域的步骤208，如上面所解释的，例如通过环境照明布置或标记照明装置。在图像记录时间段之外暂时地实行此照明208。此处暂时地在其之外是指关于时间偏移，即在图像记录时间段之前和/或之后。作为示例，当控制信号再次从“1”切换回“0”时，可以规定接通至少一个其他照明布置。然而，不必是这种情况；如上面所解释的，在接通至少一个其他照明布置之前，还可以等待预定的持续时间。

如上面已经解释的，至少一个其他照明布置可以为环境照明布置。然而，替代地或累积地，这还可以涉及测量机10的标记照明装置。作为示例，测量机的亮场反射光照明装置97可以充当其他照明布置。然而，还可以提供激光器或充当标记照明装置的不同的分开的光源。

图5a以时序图示出了方法200的示例性实施例。

控制信号由附图标记210指代。另外，绘示了第一图像记录时间段86和第二图像记录时间段86’。如可以识别的，在图像记录时间段86，86’期间，将控制信号210设定为不等于零的水平。在图像记录时间段86，86’之外，其具有零水平。以此方式，控制信号210可以尤其容易地表示图像记录时间段86，86’。那么，基于例如绘示的线212来切换测量房间照明96。根据控制信号210，在图像记录时间段86，86’期间接通测量房间照明装置；对应的信号212处于“1”。因此，在本示例中使得其与控制信号210一致。自然地，这原则上还可以相反地实施，例如，使得控制信号在图像记录时间段86之外不等于“0”，且在图像记录时间段期间为“0”。

沿着线214绘示了其他照明布置。以反转的方式将其切换。这意味着在图像记录时间段86，86’之外暂时地接通其他照明布置；线214处于“1”。当控制信号210跳跃时，还存在其他照明布置214的切换，且后者在图像记录时间段86，86’期间被断开。

图5b示出了方法的其他配置。作为原则，相同元件已经由与图5a中相同的附图标记指代且不再次解释。

原则上，如果存在图像记录时间段86的任意的位置和长度，情况可能是位于其之间的时间间隔变得过短，且存在其他照明布置照明进入到图像记录时间段86，86’中的增加的风险。因此，利用了一般来说光学传感器(尤其是相机34)以固定图像记录频率运行的事实。实践中，一般来说，对于移动的图像要求30Hz；相应地，则对其产生33.3毫秒的循环持续时间220。由此，根据相机及其记录频率，已知相继的图像记录时间段86，86’的相应的开始216，216’之间的间隔，即精确的循环持续时间220。

原则上，可以按需要来选择对于图像的相机的图像记录时间段的长度。然而，相机特别地具有用于曝光的大约5毫秒的图像记录时间段。由此，产生图像记录时间段86，86’的时间长度。因此，现在已知图像捕捉时间段86，86’的相应的终止的位置。因此，则可以例如固定地配置为，在已经发生控制信号上的改变之后、在接通其他照明布置214之前，允许第一持续时间224流逝。作为示例，此第一持续时间224可以设定为1毫秒。以此方式，可以可靠地避免进入到图像捕捉区域86，86’中的照明。通过知晓循环持续时间120、图像记录时间段86，86'的持续时间、以及第一持续时间224，现在已知对于通过其他照明布置的照明可用的时间跨度的长度。因此可以根据循环持续时间设定通过其他照明布置的照明时间段的长度(其由222指代)。那么，从之产生第二持续时间226，所述持续时间指定偏移，在接下来的照明时间段86’开始之前其他照明布置以该偏移终止。换而言之，从图像记录时间段86的开始出发，因此从图像记录时间段86的长度、第一持续时间24、通过其他照明布置222的照明时间段的长度的总和来产生通过其他照明布置的照明时间段222的终止。此总和总是小于循环持续时间220。

特别地，根据循环持续时间，可以规定图像记录时间段小于循环持续时间的20％。另外，可以规定其他照明布置在图像记录时间段之外的接通时间段222小于循环持续时间的长度的67％。

基于上面提及的设定，当然可以继续规定在进行图像记录的任何情况下，即当控制信号210因任何原因从“0”跳跃到“1”时，将其他照明布置断开。另外，例如可以提供终止如何捕捉图像记录序列的规则。作为示例，可以规定当从控制信号从“1”跳跃到“0”，大于循环持续时间220的长度已经流逝，再次接通至少一个其他照明装置，因为可以假设图像记录序列已经完成。其他照明布置可以保持永久接通，直到发生控制信号210上的另一改变。

因此，则在第一图像记录时间段86处，还提供了在图像记录时间段86的开始处的其他照明布置的立即断开，如可以从图5b得知的。然而，在全部后面的图像记录时间段86’中，将提供适时断开，其偏移持续时间226，并且可靠地避免其他照明布置持续到图像记录中。

Claims (7)

1.坐标测量机，其包括用于在图像记录时间段(86)期间在图像捕捉区域(80)中进行图像记录以检查测量物体(12)的至少一个光学传感器(34，88)、提供表示所述图像记录时间段(86)的控制信号的控制信号换能器(89)、用于照明所述图像捕捉区域(80)的测量照明布置(96)，以及控制装置(19)，其特征在于，所述控制装置(19)实施为以依赖于所述控制信号的方式仅在所述图像记录时间段(86)期间接通所述测量照明布置(96)，并且其中所述控制装置(19)另外实施为以依赖于所述控制信号的方式仅在所述图像记录时间段(86)之外暂时地接通至少一个其他照明布置(97，98，100，102)，其中所述测量机(10)具有所述其他照明布置(97，98，100)，其中所述其他照明布置(97，98，100)为用于标记所述图像捕捉区域(80)的标记照明装置，其中所述坐标测量机(10)具有镜头(43)，并且其中通过所述镜头(43)实行所述至少一个光学传感器(34)的图像记录，其中所述镜头(43)为变焦镜头(43)，其中所述测量照明布置(96)的测量照明束路径延伸穿过整个所述镜头(43)，其中所述标记照明装置为激光器(98，100)，并且其中将所述激光器(98，100)布置为使得所述激光器(100)的标记束路径(104)在所述镜头(43)之外延伸。

2.根据权利要求1所述的坐标测量机，其特征在于，提供恰好一个光学传感器，其中所述光学传感器(34)为相机。

3.一种用于控制用于坐标测量机(10)的照明的方法(200)，所述坐标测量机(10)包括用于在图像捕捉区域(80)中进行图像记录以检查测量物体(12)的至少一个光学传感器(34)，所述方法(200)包括以下步骤：

·设定(202)至少一个图像记录时间段(86)，在所述至少一个图像记录时间段(86)期间，通过所述至少一个光学传感器实行图像记录；

·提供(204)控制信号，所述控制信号表示所述至少一个图像记录时间段(86)；

·以依赖于所述控制信号的方式，仅在所述图像记录时间段(86)期间通过所述坐标测量机(10)的测量照明布置(96)来通过所述坐标测量机(10)的镜头(43)照明(206)所述图像捕捉区域(80)；以及

·以依赖于所述控制信号的方式，仅在所述图像记录时间段(86)之外通过至少一个其他照明布置(97，98，100，102)来暂时地照明(208)所述图像捕捉区域(80)，其中所述其他照明布置(97，98，100)为用于标记所述图像捕捉区域(80)的标记照明装置，其中所述标记照明装置为激光器(98，100)，并且其中将所述激光器(98，100)布置为使得所述激光器(100)的标记束路径(104)在所述镜头(43)之外延伸；

其中在所述至少一个图像记录时间段(86)终止之后，通过所述至少一个其他照明布置(97，98，100)的所述照明开始偏移第一持续时间(224)，其中在开始所述至少一个图像记录时间段(86)之前，通过所述至少一个其他照明布置(97，98，100)的所述照明终止偏移第二持续时间(226)，其中设定多个图像记录时间段(86，86’)，其中相继的图像记录时间段(86，86’)的相应的开始(216，216’)彼此间隔开一个循环持续时间(220)，其中所述图像记录时间段(86)的长度小于所述循环持续时间(220)的20％，其中所述其他照明布置在所述图像记录时间段(86)之外的接通时间段(222)的长度小于所述循环持续时间(220)的长度的67％。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一持续时间和/或所述第二持续时间(224，226)具有0.5ms至2ms的范围内的长度。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述长度为1ms。

6.一种计算机程序产品，包括具有程序代码的计算机程序，当所述计算机程序在坐标测量机上执行时，所述程序代码用于执行根据权利要求3或4所述的方法。

7.如权利要求6所述的计算机程序产品，其中所述计算机程序产品是非易失性计算机程序产品。

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