DE102014211444A1

DE102014211444A1 - Ablösungssensor für Taster eines chromatischen Entfernungssensors

Info

Publication number: DE102014211444A1
Application number: DE201410211444
Authority: DE
Inventors: David William Sesko
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2015-01-08
Also published as: CN104279953A; US9068822B2; JP2015014604A; JP6404014B2; US20150009484A1; CN104279953B

Abstract

Ein System und ein Verfahren für einen chromatischen Tasterablösungssensor wird bereitgestellt. In einem auswechselbaren optischen Element eines Tasters ist ein Ablösungssignalelement enthalten. Das Ablösungssignalelement ist so konfiguriert, das es im Wesentlichen einen ersten Satz von Wellenlängen überträgt, die einem Messbereich entsprechen, und einen Satz von Wellenlängen des Ablösungselements zumindest teilweise reflektieren. In einer Umsetzung umfasst das Ablösungssignalelement eine Dünnfilmbeschichtung, wie einen Scharfkantenfilter. Das Feststellen eines Ablösungszustands kann daher durch das Verwenden der vorhandenen Tasterelektronik erreicht werden, ohne den Zusatz weiterer externer Sensoren oder Verdrahtung mit dem Taster oder dem Koordinatenmessgerät erforderlich zu machen, das den Taster einsetzt. Das Erkennen eines Ablösungszustands kann dazu verwendet werden, weitere Bewegungen des Tasters zu stoppen, um Schäden im Fall einer Kollision zu minimieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Präzisionsmessgeräte und insbesondere Ablösungserkennungsverfahren wie sie zusammen mit einem Tastersystem eines chromatischen Entfernungssensors für ein Koordinatenmessgerät verwendet werden können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mit verschiedenen Koordinatenmessgerättypen können die Punkte auf der Oberfläche eines Werkstücks mit einem Taster gemessen werden. Von einem Tastertyp wird das Werkstück direkt gemessen, indem verschiedene Punkte entlang der Werkstückoberfläche mit einem mechanischen Kontakt des Tasters berührt werden. In manchen Fällen ist der mechanische Kontakt ein Ball. Bestimmte Koordinatenmessgeräte verwenden sowohl optische als auch mechanische Messsensoren. Solche Geräte werden in U.S. Patent-Nr. 4,908,951 und 5,825,666 beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme einbezogen werden. Automatische Wechselmagazine zum Halten mehrerer Taster, ein Tasterhalter und Linsen zum selektiven Montieren an einer Kamera und dergleichen werden ebenfalls offenbart.
Bezüglich automatischer Wechselmagazine werden an Koordinatenmessgeräten häufig auswechselbare Messtaster an einer automatischen Wechselaufnahme befestigt, die in verschiedenen „Tastköpfen” enthalten ist. Derzeit werden in der Branche für bestimmte Anwendungen am häufigsten Tastköpfe von Renishaw verwendet. Diese Tastköpfe werden von Renishaw-Metrology Limited in Gloucestershire, Vereinigtes Königreich, gefertigt. Während Tastkopfsysteme des Typs Renishaw^TM in der Branche am häufigsten verwendet werden, können bestimmte Technologien nicht leicht in Systeme des Typs Renishaw einbezogen werden. Außerdem kann der Versuch, ein bestehendes Tastkopfsystem vom Typ Renishaw auf ein System mit erweiterten Funktionen aufzurüsten, signifikante Kosten und/oder Umstände mit sich bringen. Beispielsweise können bei bestimmten Technologien, die auf ein Tastkopfsystem des Typs Renishaw angepasst werden, wünschenswerte Eigenschaften fehlen, ein erwünschtes Maß der Regelbarkeit fehlen und/oder die Möglichkeit fehlen, automatisch mit anderen Tastertypen ausgewechselt werden zu können, die an das Tastkopfsystem des Typs Renishaw angekoppelt werden können. Ein bestimmtes Problem bezüglich der Tastkopfsysteme des Typs Renishaw oder ähnlicher Systeme besteht darin, dass die vorhandenen Daten- und Steueranschlüsse zwischen den Geräten und den Tastern aus einer begrenzten Anzahl verdrahteter Verbindungen bestehen. Dadurch wird wirksam ein „Flaschenhals” gebildet, der es schwierig macht, zusätzliche Technologien und/oder Eigenschaften zu einem Taster hinzuzufügen, der unter Verwendung des Tastkopfsystems montiert und/oder ausgewechselt werden soll. Insbesondere konnten bestehende chromatische Entfernungssensoren gewöhnlich nicht automatisch befestigt und/oder ausgewechselt werden, wenn ein Tastkopfsystem des Typs Renishaw oder dergleichen verwendet wird.
Ein Problem bei Messtastern ist die Kollisionsgefahr mit einem Werkstück. Während der Messvorgänge kann ein Messtaster von einem Koordinatenmessgerät zum Messen einer Werkstückoberfläche an verschiedene Orte bewegt werden. Während solcher Bewegungen kann versehentlich eine Kollision zwischen dem Messtaster und dem Werkstück oder einem anderen Gegenstand stattfinden. Solche Kollisionen können den Taster, das Koordinatenmessgerät und/oder das Werkstück beschädigen. Es wäre wünschenswert, wenn der Taster eines chromatischer Entfernungssensor die Fähigkeit zum Erkennen eines Ablösungszustands eines Teils seines optischen Stifts im Kollisionsfall vorsehen könnte, beispielsweise während ein Tastkopfsystem des Typs Renishaw oder dergleichen und/oder optische Stiftkomponenten verwendet werden, die automatisch an einem Grundkörper des optischen Stifts befestigt und/oder ausgewechselt werden könnten, während dieser sich an einem Koordinatenmessgerät befindet, indem beispielsweise ein automatisches Wechselmagazin verwendet wird.
KURZDARSTELLUNG
Diese Kurzdarstellung dient dazu, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung unten näher beschrieben werden. Die Kurzdarstellung ist nicht dazu gedacht, Hauptmerkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, und soll auch nicht als Unterstützung beim Ermitteln des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
Ein System und ein Verfahren für einen Ablösungssensor für den Taster eines chromatischen Entfernungssensors wird bereitgestellt. Nach einem Aspekt enthält das System einen optischen Stift zur Verwendung in einem chromatischen Entfernungssensor-(CRS)-System, das in einem Koordinatenmessgerät Informationen zur Werkstückmessung bereitstellt. Der optische Stift enthält ein auswechselbares optisches Element und einen optischen Stift-Grundkörper, der bezüglich eines sich bewegenden Teils des Koordinatenmessgeräts feststehend ist. Der Grundkörper des optischen Stifts nimmt das auswechselbare optische Element auf und hält es bezüglich des Grundkörpers in einem festen Verhältnis fest. Entsprechend der hier offenbarten Verfahren enthält das auswechselbare optische Element ein Ablösungssignalelement. Das Ablösungssignalelement ist so konfiguriert, dass es im Wesentlichen einen ersten Satz von Wellenlängen überträgt, die einem Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystems entsprechen, und einen Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements zumindest teilweise reflektiert.
Nach einem anderen Aspekt kann der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements nicht zum ersten Satz von Wellenlängen gehört, die einem Messbereich entsprechen. Die Wellenlängen des Ablösungssignalelements können kürzer als die Wellenlängen des Messbereichs sein. Der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements kann von einem die Wellenlängen des Ablösungssignalelements erkennenden Satz von Pixeln festgestellt werden, der nicht zu einem Satz von Pixeln gehört, die die dem Messbereich entsprechenden Wellenlängen wahrnehmen. In einer Umsetzung kann der erste Satz von Wellenlängen, die einem Messbereich entsprechen, von einem Wellenlängendetektor festgestellt werden, der auch dazu verwendet wird, den Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements festzustellen. In einer Umsetzung kann der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements mit den Wellenlängen des Messbereichs überlappen.
Nach einem weiteren Aspekt kann das Ablösesignalelement so konfiguriert sein, dass es den Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements im Wesentlichen reflektiert. In verschiedenen Umsetzungen kann das Ablösungssignalelement eine Komponente wie einen reflektierenden Tiefpassfilter, einen reflektierenden Hochpass-Kantenfilter, einen reflektierenden Bandpassfilter usw. umfassen.
Nach einem anderen Aspekt kann der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements abgelenkt werden, um einem Weg zu folgen, der sich vom Satz von Wellenlängen des Messbereichs in einem Detektorteil des chromatischen Entfernungssensors unterscheidet. Beispielsweise kann der Wellenlängensatz der Ablösesignalelemente auf einen zweckbestimmten Ablösungssignalelement-Sensor gerichtet werden. In einem anderen Beispiel kann der Satz von Wellenlängen des Ablösesignalelements auf einen Satz von Pixeln des Ablösungssignals in einem Wellenlängendetektor des chromatischen Entfernungssensors gerichtet werden, der zum Erkennen von Signalen im Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements verwendet wird.
Nach einem weiteren Aspekt können die Signalbeiträge des Ablösesignalelements kompensiert werden, so dass ein kompensierter Satz von Ausgabesignalen vom System am Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelement keine Spitze aufweist, wenn das auswechselbare optische Element am optischen Stift befestigt ist. In einer solchen Konfiguration kann der kompensierte Satz von Ausgabesignalen vom System am Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements ein Tal aufweisen, wenn das auswechselbare optische Element abgelöst ist.
Nach einem weiteren Aspekt können die Signalbeiträge der Ablösesignalelemente nicht als Teil einer Kompensation des optischen Stifts kompensiert werden, so dass ein kompensierter Satz von Ausgabesignalen vom System am Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements eine Spitze aufweist, wenn das auswechselbare optische Element befestigt ist. In einer solchen Konfiguration kann der kompensierte Satz von Ausgabesignalen vom System am Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements keine Spitze aufweisen, wenn das auswechselbare optische Element abgelöst ist.
Nach einem anderen Aspekt kann das Ablösungssignalelement ein Substrat aufweisen, das weniger als 1 mm dick ist. In einer Umsetzung kann das Ablösungssignalelement einen reflektierenden Dünnschichtfilter umfassen. Die Dünnschicht kann auf ein optisches Element aufgebracht werden, das mindestens eines der Folgenden umfasst: eine Linse, einen Strahlteiler und ein Dichtfenster. Der reflektierende Dünnschichtfilter kann Licht an einem Band von Wellenlängen reflektieren, das außerhalb eines Bereichs von Wellenlängen liegt, die dem normalen Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystems entspricht.
Nach einem weiteren Aspekt kann das Ablösungssignalelement nahe der konfokalen Öffnung und/oder dort positioniert sein, wo das Quelllicht im Wesentlichen fokussiert wird und/oder wo das Quelllicht im Wesentlichen kollimiert wird.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Signaländerung, die auftritt, wenn das auswechselbare optische Element abgelöst wird, dazu verwendet werden, einen Ablösungszustand festzustellen. In einer Umsetzung kann das Feststellen des Ablösungszustands dazu verwendet werden, Beschädigung aufgrund einer Kollision mit einem Werkstück zu vermeiden. Insbesondere besteht die Gefahr einer Kollision mit einem Werkstück oder einem anderen Gegenstand, wenn das Koordinatenmessgerät den Taster des chromatischen Entfernungssensors, der einen optischen Stift enthält, während der Prüfvorgänge in verschiedene Positionen bewegt. Im Fall einer Kollision, bei der der auswechselbare Optikteil abgelöst wird, kann ein Signal an das Koordinatenmessgerät gesendet werden, das dieses die Bewegung sofort stoppen lässt, um mögliche Beschädigungen zu minimieren. Man wird erkennen, dass durch die Verwendung der vorhandenen chromatischen Sensorkomponenten zum Feststellen des Ablösungszustands derartige Funktionen umgesetzt werden können, ohne zusätzliche Sensoren oder Verdrahtungen zum chromatischen Entfernungssensor oder dem Taster hinzufügen zu müssen. So kann eine vorhandene Anbringung, die ein Tastkopfsystem des Typs Renishaw oder eines anderen Typs verwendet, weiterhin verwendet werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden Aspekte und viele der zugehörigen Vorteile dieser Erfindung sind leichter zu erkennen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende genaue Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, wobei die Zeichnungen Folgendes zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften chromatischen Entfernungssensor-(CRS-)Systems, das einen optischen Stift mit einem auswechselbaren optischen Element enthält, das ein Ablösungssignalelement aufweist;
2 ein Blockdiagramm eines Koordinatenmesssystems, das ein Koordinatenmessgerät, einen CRS-Taster, der einen optischen Stift mit einem auswechselbaren optischen Element enthält, das ein Ablösungssignalelement aufweist, Steuerungen und eine Benutzeroberfläche umfasst;
3 ein Diagramm, das die inneren Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels des CRS-Tasters in 2 darstellt, der einen optischen Stift mit einem auswechselbaren optischen Element enthält, das ein Ablösungssignalelement aufweist;
4 ein Diagramm, das die inneren Komponenten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines CRS-Tasters darstellt, der einen optischen Stift mit einem auswechselbaren optischen Element enthält, das ein Ablösungssignalelement aufweist;
5 ein Diagramm, das zusätzliche Details der Komponenten von einem Ausführungsbeispiel eines dem optischen Stift in den 3 und 4 ähnlichen optischen Stift darstellt, und das drei mögliche Orte für das Ablösungssignalelement zeigt;
6 ein Diagramm, das die Komponenten von einem Ausführungsbeispiel eines optischen Stift darstellt, in dem eine Betriebsposition der konfokalen Öffnung des optischen Stifts innerhalb des auswechselbaren optischen Elements angeordnet ist, und das fünf mögliche Orte für das Ablösungssignalelement zeigt;
7 ein Diagramm, das die Komponenten von einem Ausführungsbeispiel eines optischen Stifts darstellt, der einen Drehteil zum Drehen eines auswechselbaren optischen Elements enthält, das ein Ablösungssignalelement aufweist;
8 ein Diagramm der Profildaten vom einem chromatischen Punktsensor, das Spannungsoffset-Signalpegel für die Pixel in einem Detektor-Array und ein einem Ablösungssignalelement entsprechendes Signal darstellt;
9 ein Diagramm der Profildaten von einem chromatischen Punktsensor, das ein Spitzenbereichssignal, das einer messabstandsangebenden Koordinate entspricht, und ein Signal, das einem Ablösungssignalelement entspricht, darstellt;
10 ein Diagramm der Profildaten vom einem chromatischen Punktsensor, das verschiedene Signalverarbeitungsalternativen für ein einem Ablösungssignalelement entsprechendes Signal darstellt;
11 ein Diagramm einer Reaktionskurve, die die Eigenschaften eines Ausführungsbeispiels eines Ablösungssignalelements darstellt; und
12 ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Routine für die Verwendung eines Ablösungssignalelements zum Feststellen eines Ablösungszustands darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften chromatischen Entfernungssensor-(CRS-)Systems 100 eines ersten Typs, das auf Betriebsprinzipien beruht, deren Einsatz zusammen mit einem Koordinatenmessgerät (CMM) wünschenswert ist. Das CRS-System 100 weist gewisse Ähnlichkeiten mit Sensoren auf, die in den US-Patenten Nr. 7,876,456 und 7,990,522 (den '456- bzw. '522-Patenten) beschrieben sind, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin einbezogen werden. Wie in 1 gezeigt, umfasst das CRS-System 100 einen Elektronikteil 160 und einen optischen Stift 220. Man wird erkennen, dass das in 1 gezeigte CRS-System 100 ein chromatisches Punktsensorsystem ist, das jeweils einen einzigen Messpunkt misst. Der in 1 gezeigte optische Stift 220 ist ein optischer Stift. In verschiedenen Ausführungsformen können jedoch alternative Arten von chromatischen Entfernungssystemen wie ein chromatischer Liniensensor so konfiguriert sein, dass sie gemäß den hierin offenbarten Systemen und Verfahren arbeiten. Der optische Stift 220 wird in den US-Patenten Nr. 13/542,144 und 13/481,734 ausführlicher beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin einbezogen werden.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform enthält der Elektronikteil 160 einen Wellenlängendetektor 162, eine Breitband-Lichtquelle 164, einen Signalprozessor 166, einen Ablösungserkennungsteil 167 und einen Speicherteil 168. In verschiedenen Ausführungsformen enthält der Wellenlängendetektor 162 ein Detektor-Array 163 eines Spektrometers. Der Detektor-Array 163 kann eine Vielzahl von Pixeln umfassen, die entlang einer Messachse des Wellenlängendetektors 162 verteilt sind, wobei die Vielzahl der Pixel jeweilige Wellenlängen empfängt und Ausgabe-Spektralprofildaten bereitstellt. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Speicherteil 168 die Kompensationsdaten 169.
Wie unten ausführlicher beschrieben wird der Ablösungserkennungsteil 167 gemäß hierin beschriebener Verfahren verwendet, um einen Ablösungszustand bezüglich eines auswechselbaren optischen Elements 280 des optischen Stifts 220 festzustellen. In verschiedenen Umsetzungen kann der Ablösungserkennungsteil 167 Elemente oder Funktionen aufweisen, die mit dem Signalprozessor 166 zusammengefasst sind, und/oder einen getrennten Detektor im Bereich des Detektor-Arrays 163 aufweisen. Während der Messvorgänge kann ein Ablösungswarnsignal bereitgestellt werden, wenn der Ablösungserkennungsteil 167 einen Ablösungszustand feststellt. Beispielsweise kann das plötzliche Ablösen des auswechselbaren optischen Elements 280 auf eine Kollision mit einem Werkstück hinweisen. Um bei Feststellen eines Ablösungszustands Schäden am optischen Stift 220 und einem CRS-Taster, an dem er befestigt sein kann, zu minimieren, kann ein Koordinatenmessgerät, das den Fühler bewegt, angewiesen werden sofort zum Stillstand zu kommen. Das Feststellen des Ablösungszustands kann auch dazu verwendet werden, alle aktuell stattfindenden Messvorgänge anzuhalten und eine Benachrichtigung an den Benutzer auszugeben, dass das auswechselbare optische Element 280 wieder befestigt werden muss, bevor weitere Messvorgänge durchgeführt werden können.
Wie unten ausführlicher mit Bezug auf die 2 und 3 offenbart, und wie ausführlicher in den zuvor einbezogenen '144 - und '734 -Anmeldungen beschrieben, können bestimmte Komponenten des Elektronikteils 160 in manchen Umsetzungen in einer CRS-Tastereinheit enthalten sein, die mit einem CMM durch eine Autoaufnahme-Verbindung verbunden ist. Beispielsweise kann in einer Umsetzung eine Gruppe von Komponenten in einem Lichtquellen- und Wellenlängendetektor-Teil 160A (der z. B. den Wellenlängendetektor 162 und die Lichtquelle 164 enthält) in einer CRS-Tastereinheit enthalten sein. Eine Gruppe von Komponenten in einem Messsignal-Verarbeitungs- und -steuerkreis 160B (die z. B. den Signalprozessor 166 und den Speicherteil 168 enthält) kann sich ggf. gerätefern außerhalb der CRS-Tastereinheit befinden (z. B. um das Gewicht des Tasters gering und dessen Größe kompakt zu halten). Wie oben erwähnt, können verschiedene Komponenten oder Funktionen des Ablösungserkennungsteils 167, abhängig von den Komponenten und Konfigurationen der jeweiligen Umsetzung, entweder im Lichtquellen- und Wellenlängendetektor-Teil 160A oder dem Messsignal-Verarbeitungs- und -steuerkreis 160B enthalten sein.
Wie in 1 gezeigt kann in manchen Umsetzungen der Elektronikteil 160 mit einem Hostsystem 180 verbunden sein, das Steuersignale und Daten empfangen und/oder mit der CRS-Elektronik 160 austauschen kann. Man wird erkennen, dass in verschiedenen Ausführungsformen die hierin offenbarten Betriebsvorgänge des Systems und Verfahren entweder in der CRS-Elektronik 160 oder dem Hostsystem 180 ausgeführt werden können. In einer Ausführungsform kann das Hostsystem 180 eine automatische Bewegungssteuerung (z. B. wie in einem maschinell sehenden Inspektionssystem usw.) enthalten und Teileprogramme definieren und ausführen, die das CRS-System 100 als einen berührungslosen Messtaster betreiben, um Inspektionsvorgänge durchzuführen.
Der Elektronikteil 160 ist mit dem optischen Stift 220 über einen Lichtweg verbunden, der ein Lichtwellenleiterkabel 112 enthält. In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind optionale oder alternative Aspekte des Lichtwegs gezeigt, der das Lichtwellenleiterkabel 112 mit dem ersten und zweiten Segment 112A und 112B, die an einem Steckverbinder STECKVERBINDER-D im Lichtwellenleitersegment 112B verbunden sind, und einen Koppler KOPPLER-O enthält, der das Segment 112B mit dem Elektronikteil 160 verbindet. Die Lichtquelle 164 ist angeschlossen, um ein Spektralprofil von Wellenlängen in das Lichtwellenleiterkabel 112 einzugeben.
Der optische Stift 220 enthält einen Grundkörper 282 und ein auswechselbares optisches Element 280, die durch eine beispielhafte wiederholbare Schnellwechselbefestigung 285 miteinander verbunden sind. Der Grundkörper 282 enthält einen Lichtwellenleiteranschluss 209, der einen Lichtwellenleiter 112A aufnimmt, dessen Ende einen Ausgabestrahl durch eine Öffnung 295 ausgibt, und empfängt reflektiertes Messsignal-Licht durch die Öffnung 295. In verschiedenen Umsetzungen kann die Öffnung 295 innerhalb des Grundkörpers 282 oder des auswechselbaren optischen Elements 280 angeordnet sein. Das auswechselbare optische Element 280 enthält ein Ablösungssignalelement 299, eine Transferlinseneinheit 251 und einen Optikteil 250. Wie unten ausführlicher beschrieben, reflektiert das Ablösungssignalelement 299 einen Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements zumindest teilweise, die durch den Lichtwellenleiter 112A zurückgeleitet werden. Das Ablösungssignalelement 299 überträgt im Wesentlichen auch einen Satz von Mess-Wellenlängen, die einem Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystems entsprechen. Genauere Details hinsichtlich zusätzlicher Komponenten des optischen Stifts 220 in verschiedenen Ausführungsformen werden unten mit Bezug auf 5 ausführlicher beschrieben und sind auch in den zuvor einbezogenen '144 - und '734 -Anmeldungen beschrieben.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird für Messvorgänge Licht, das die Mess-Wellenlängen umfasst, vom Ende des Lichtwellenleiters 112A durch die Öffnung 295 ausgegeben, und läuft dann durch die Transferlinseneinheit 251 und wird vom Optikteil 250 fokussiert und von einem reflektierenden Element 294 auf eine Messoberfläche 290 gerichtet. Der Optikteil 250 stellt eine axiale chromatische Streuung bereit, so dass der Brennpunkt entlang einer optischen Achse in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts bei verschiedenen Abständen liegt, wie es für CRS-Systeme bekannt ist. Bei Reflexion von der Messoberfläche 290 wir das Licht vom Optikteil 250 durch die Transferlinseneinheit 251 neu auf die Öffnung 295 fokussiert. Aufgrund der durch den Optikteil 250 bereitgestellten axialen chromatischen Streuung hat nur eine einzige Wellenlänge den Brennpunktabstand, der mit dem Messabstand „Z” übereinstimmt, der der Abstand von einer bezüglich des optischen Stifts 220 feststehenden Bezugsposition RP zur Messoberfläche 290 ist. Das CRS-System 100 ist so konfiguriert, dass die Wellenlänge, die am besten auf die Messoberfläche 290 fokussiert ist, auch die Wellenlänge ist, die am besten auf die Öffnung 295 fokussiert ist. Die Öffnung 295 filtert das reflektierte Licht räumlich, so dass vorwiegend die am besten fokussierte Wellenlänge durch die Öffnung 295 und in den Kern des Lichtwellenleiters 112A tritt. Wie unten ausführlicher beschrieben leitet der Lichtwellenleiter 112A das Mess-Wellenlängen-Signallicht zu einem Wellenlängendetektor 162, der verwendet wird, um die Wellenlänge des Mess-Wellenlängen-Signallichts mit der dominierenden Intensität, die dem Messabstand Z zum Oberflächenort 290 entspricht, zu ermitteln.
Während normaler Messvorgänge ist die Breitband-Lichtquelle 164, die vom Signalprozessor 166 gesteuert wird, mit dem optischen CRS-Stift 220 über einen Lichtwellenleiterweg verbunden, der das Beleuchtungs-Lichtwellensegment 1651, den 2 × 1-Koppler KOPPLER-E, STECKVERBINDER-E und den Lichtwellenleiter 112A enthält. Wie oben beschrieben werden die Wellenlängen des dem Messbereich entsprechenden Lichts im Wesentlichen vom Ablösungssignalelement 299 übertragen und laufen durch den optischen Stift 220 zur Messoberfläche 290. Die Wellenlänge des reflektierten Messlichts, das am wirksamsten durch den optischen Stift 220 und die Öffnung 295 in der Lichtwellenleiter 112A zurückgeführt wird, ist die Wellenlänge, die auf der Messoberfläche 290 im Brennpunkt ist. Das reflektierte Messlicht läuft durch den Lichtwellenleiterweg zum Elektronikteil 160 und Koppler KOPPLER-E zurück, so dass ungefähr 50% des Lichts durch das Signal-Lichtwellenleitersegment 165S auf den Wellenlängendetektor 162 gerichtet wird. Der Wellenlängendetektor 162 empfängt die Lichtintensität, wandelt sie in ein über ein Array von Pixeln entlang einer Messachse des Detektor-Arrays 163 verteiltes Ausgabe-Spektralintensitätsprofil (auch einfach als Ausgabe-Spektralprofil bezeichnet) um und arbeitet, um entsprechende Ausgabe-Spektralprofildaten auf Grundlage der Pixeldatenausgabe aus dem Detektor-Array 163 bereitzustellen. Bezüglich der Ablösesignalelementwellenlängen kann, wie unten mit Bezug auf die 8–10 ausführlicher beschrieben, in einer Umsetzung ein bestimmter Pixelbereich innerhalb des Detektor-Arrays 163 dazu verwendet werden, die Wellenlängen des Lichts des Ablösungssignalelements festzustellen, das durch den Lichtwellenleiter 112A zurückreflektiert wird, und die einem ähnlichen Weg folgen wie die Wellenlängen des reflektierten Messlichts bis die Wellenlängen im Wellenlängendetektor 162 getrennt werden. Wahlweise kann ein getrennter Detektor (z. B. ein getrennter Detektor-Array oder ein anderer Fotosensor) zum Erkennen der Wellenlängen des Ablösungssignalelements bereitgestellt sein, für die die Wellenlängen des Ablösungssignalelements weiter gefiltert oder auf andere Weise von den Wellenlängen des Messlichts getrennt und/oder anhand bekannter Verfahren auf den getrennten Ablösungssignalelement-Wellenlägendetektor gerichtet werden.
Für die reflektierten Wellenlängen des Messlichts (auch einfach als Mess-Wellenlängen bezeichnet) kann in einer Umsetzung eine abstandsangebende Koordinate (DIC) in Subpixel-Auflösung mithilfe des Signalprozessors 166 berechnet werden, die der Spitze der vom Wellenlängendetektor ausgegebenen Wellenlängen-Profildaten entspricht, und die DIC kann den Messabstand Z zum Oberflächenort 290 mittels einer Abstandskalibrierungs-Umsetzungstabelle oder dergleichen ermitteln, die im Speicherteil 168 gespeichert ist, wie unten mit Bezug auf 9 ausführlicher beschrieben. Die abstandsangebende Koordinate kann anhand verschiedener Verfahren ermittelt werden (z. B. durch Ermitteln des Schwerpunkts von Profildaten, die in einem Spitzenbereich der Profildaten enthalten sind). Für die Wellenlängen des Ablösungssignalelement kann in einer Umsetzung der Signalprozessor 166 und/oder der Ablösungserkennungsteil 167 dazu verwendet werden, die Änderungen der Ausgabe von Wellenlängen des Ablösungssignalelements zu überwachen, um einen Ablösungszustand festzustellen, wie unten ausführlicher beschrieben.
1 enthält orthogonale XYZ-Koordinatenachsen als einen Bezugsrahmen. Die Z-Richtung ist so definiert, dass sie parallel zur optischen Achse oder Abstandsmessachse des optischen Stifts 220 liegt. Andere beispielhafte Merkmale und Betriebsweisen des CRS-Systems 100 werden unten ausführlicher beschrieben.
2 ist ein Diagramm eines Koordinatenmesssystems 200 und eines automatisch anschließbaren und auswechselbaren CRS-Tastersystems 215. Das bedeutet, dass das CRS-Tastersystem 215 automatisch mit anderen Tastertypen für Koordinatenmessgeräte (CMM) ausgewechselt werden kann. Ein CRS-Tastersystem kann hierin auch einfach als CRS-Taster bezeichnet werden. In verschiedenen Zeichnungen hierin beziehen sich, soweit nicht durch die Beschreibung oder den Zusammenhang anders angegeben, Bezugsnummern mit ähnlichen Endungen (z. B. Bezugsnummer 1XX und 2XX, die die Endung XX aufweisen) auf im Allgemeinen analoge Elemente, so dass die Betriebsweise des Elements 2XX vom Durchschnittsfachmann trotz beschränkter Beschreibung allgemein durch Analogieschluss oder aufgrund einer früheren Beschreibung des analogen Elements 1XX usw. verstanden werden kann. Es versteht sich jedoch, dass trotz einer solchen Analogie für verschiedene Elemente in verschiedenen Ausführungsformen verschiedene Umsetzungen möglich sind, wie es für den Durchschnittsfachmann ersichtlich ist, und dass sie nicht identisch sein müssen.
Das Koordinatenmesssystem 200 enthält eine Koordinatenmessgerät-Steuerung 202, einen Computer und eine Benutzerschnittstelle 206, einen Tastersignal-Verarbeitungs- und -steuerkreis 207 und ein Koordinatenmessgerät 210. Die Steuerung 202 umfasst eine Tastkopfsteuerung 203, eine Positionssperre 204 und eine Bewegungssteuerung 205. Der CRS-Taster 215 enthält ein automatisches Wechselverbindungselement 236 und ist über ein verbindendes Anschlusselement im Autoaufnahmeanschluss des Tasters 230 (auch als automatische Wechselaufnahme bezeichnet) mit dem Koordinatenmessgerät 210 verbunden.
Der Fachmann erkennt, dass der Computer und die Benutzerschnittstelle 206 allgemein aus jedem Rechnersystem oder -gerät bestehen können. Zu geeigneten Rechnersystemen oder -geräten können PCs, Server-Computer, Minicomputer, Großrechner und Distributed Computing Environments, die beliebige der vorstehenden enthalten, und dergleichen gehören. Solche Rechnersysteme oder -geräte können einen oder mehrere Prozessoren umfassen, die Software zum Ausführen der hierin beschriebenen Funktionen enthalten. Prozessoren enthalten programmierbare Allzweck- oder Spezialzweck-Mikroprozessoren, programmierbare Steuerungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), programmierbare logische Geräte (PLDs) oder dergleichen oder eine Kombination solcher Geräte. Software kann im Speicher, wie einem Arbeitsspeicher (RAM), schreibgeschützten Speicher (ROM), Flash-Speicher oder dergleichen oder einer Kombination solcher Komponenten gespeichert werden. Software kann auch in einem oder mehreren Speichergeräten wie magnetischen oder optisch basierten Disks, Flash-Speichergeräten oder beliebigen anderen Arten nichtflüchtiger Speichermedien zum Speichern von Daten gespeichert werden. Software kann ein oder mehrere Programmmodul(e) enthalten, die Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw. enthalten, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen umsetzen. In Distributed Computing Environments können die Funktionen der Programmmodule über mehrere Rechnersysteme oder -geräte kombiniert oder verteilt, und über Service-Calls entweder in einer verdrahteten oder einer drahtlosen Konfiguration abgerufen werden.
Das Koordinatenmessgerät 210 kommuniziert mit allen anderen Computer über die Datenübertragungsleitung 201 (z. B. einen Bus), der durch eine Verbindung 208 (z. B. einen Stecker des Typs „Mikro-D” „Mikro-D”) mit einem Tastkopfkabel 211 verbunden ist, das Signale zum und vom CRS-Taster 215 bereitstellt. Das Koordinatenmessgerät 210 wird von der Koordinatenmessgerät-Steuerung 202 gesteuert, während der CRS-Taster 215 mit dem Tastersignal-Verarbeitungs- und -steuerkreis 207 Daten austauscht und von diesem gesteuert wird (in einer Ausführungsform z. B. einem Tastersignal-Verarbeitungs- und Steuerkreis, der Messsignal-Verarbeitungs- und Steuerelemente 260B enthält, wie oben mit Bezug zu Element 160B in 1 beschrieben). Der Benutzer kann alle Komponenten über den Computer und die Benutzerschnittstelle 206 steuern.
Wie unten mit Bezug auf 3 ausführlicher beschrieben, enthält der CRS-Taster 215 eine Tasterelektronik 275, die einen Lichtquellen- und Wellenlängendetektor-Teil 260A (in einer Ausführungsform z. B. eine Lichtquelle und einen Wellenlängendetektor wie oben mit Bezug auf das Element 160A in 1 beschrieben) und einen optischen Stift 220, der einen Messstrahl 296 auf eine Messoberfläche 290 richtet. In einer bestimmten beispielhaften Umsetzung kann die Messoberfläche 290 eine innere Oberfläche eines Lochs mit Gewinde umfassen.
Bezüglich des Ablösungserkennungsteils 167 in 1 kann dieser, wie oben erwähnt, in verschiedenen Umsetzungen zusammen mit dem Signalprozessor 166 arbeiten oder mehrere Komponenten aufweisen, die im Signalprozessor 166 zusammengefasst sind. In einer solchen Umsetzung können in der Ausführungsform von 2 der Ablösungserkennungsteil 167 oder relevante Komponenten davon in den Signalverarbeitungs- und Steuerelementen 260B enthalten sein. Auch können diese Komponenten in einer Umsetzung, in der der Ablösungserkennungsteil 167 getrennte Komponenten aufweist, die in oder als Teil des Wellenlängendetektors 162 oder des Detektor-Arrays 163 enthalten sind, im Lichtquellen- und Wellenlängendetektor-Teil 260A in 2 enthalten sein.
3 ist ein Diagramm das schematisch bestimmte Komponenten des Koordinatenmessgeräts 210 und ein Ausführungsbeispiel eines CRS-Tasters 215' darstellt, der dem CRS-Taster 215 in 2 ähnlich ist. Wie in 3 gezeigt, enthält das Koordinatenmessgerät 210 einen Tastkopf 213. Der Tastkopf 213 empfängt und überträgt Tastersignale über das Tastkopfkabel 211. Der Tastkopf 213 ist an einer Pinole des Koordinatenmessgeräts 217 befestigt. Der Tastkopf 213 ist an einem Autoaufnahmeanschluss des Tasters 230 mit dem Taster 215' verbunden, wie es in den zuvor einbezogenen '144 - und '734 -Anmeldungen ausführlicher beschrieben wurde.
Der Tastkopf 213 ist in manchen Ausführungsformen auf einer horizontalen Ebene um 360 Grad drehbar und enthält eine Art Kreuzgelenk. Der Autoaufnahmeanschluss 230 des Tasters ist ein elektro-mechanischer Anschluss, der den Tastkopf 213 starr und mechanisch so am CRS-Taster 215' befestigt, dass er von einem Taster abgelöst und an einem anderen befestigt werden kann. In einer Ausführungsform kann der Autoaufnahmeanschluss 230 des Tasters ein erstes und zweites verbindendes automatisches Wechselverbindungselement 234 und 236 enthalten, wobei das erste automatische Wechselverbindungselement 234 am Tastkopf 213 montiert ist und das zweite verbindende automatische Wechselverbindungselement 236 am CRS-Taster 215' montiert ist. In einer Ausführungsform weist der Autoaufnahmeanschluss 230 des Tasters verbindende elektrische Kontakte oder Anschlüsse 235 auf, so dass die Kontakte automatisch hergestellt werden und elektrische Anschlüsse bilden, wenn der Taster befestigt wird. In manchen Ausführungsformen kann dieses Anschlussverfahren bewirken, dass das System ein relativ hohes Signalrauschen aufweist, was es, wie unten ausführlicher beschrieben, vorteilhaft macht, bestimmte Konfigurationen und Verfahren einzusetzen, die in relativ stark rauschbehafteten Umfeldern wirksam funktionieren können.
Der CRS-Taster 215' empfängt seine Strom- und Steuersignale über den Autoaufnahmeanschluss 230. Die Signale, die durch den Autoaufnahmeanschluss 230 an den CRS-Taster 215' geleitet werden, werden durch die Anschlüsse 235 geleitet. Wie in 3 gezeigt, enthält der CRS-Taster 215 ein automatisches Wechselverbindungselement 236 und eine Tastereinheit 216, die am automatischen Wechselverbindungselement 236 montiert ist, um das automatische Anschließen am CMM über den Autoaufnahmeanschluss 230 des Tasters möglich zu machen. Der Taster 215' kann auch eine Schutzabdeckung oder ein Schutzgehäuse 269 (schematisch dargestellt) enthalten. Die Tastereinheit 216 umfasst einen optischen Stift 220 und Tasterelektronik 275, die eine elektrisch betriebene Lichtquelle 264 und einen Wellenlängendetektor 262 umfassen kann, die alle von verschiedenen Bauteilen getragen werden. In der in 3 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Bauteile von einer Basis 218, die am automatischen Wechselverbindungselement 236 befestigt ist.
Wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben, kann der optische Stift 220 einen Lichtwellenleiteranschluss 209, ein Ablösungssignalelement 299 und einen konfokalen Lichtweg mit einer Öffnung 295 und einen chromatisch streuenden Optikteil 250 enthalten, der einen Messstrahl 296 ausgibt. In manchen Ausführungsformen kann der optische Stift 220 eine wiederholbare Schnellwechselbefestigung 285 enthalten, die das Auswechseln des chromatisch streuenden Optikteils 250 sowie das Ablösen im Fall einer Kollision ermöglicht, wie unten ausführlicher beschrieben. Die elektrisch betriebene Lichtquelle 264 kann zusammen mit bekannten Schaltungen (wie sie z. B. in handelsüblichen chromatischen Entfernungssystemen zu finden sind) in einem Strom- und Signalsteuerkreisteil 276 des Tasters arbeiten, der in der Tasterelektronik 275 enthalten ist, und der elektrischen Strom empfängt, der durch das automatische Wechselverbindungselement übertragen wird.
In manchen Ausführungsformen enthält die Tasterelektronik 275 einen Serialisierer 277S, der es möglich macht, verschiedene Datensignale zu serialisieren und durch den Autoaufnahmeanschluss 230 zu übermitteln, wobei relativ wenig Drähte zu einem Deserialisierer (der z. B. im Tastersignal-Verarbeitungs- und -steuerkreis 207 enthalten ist) verwendet werden, wie unten ausführlicher beschrieben. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist der Serialisierer 277S im Strom- und Signalsteuerkreisteil 276 des Tasters enthalten. In anderen Ausführungsformen kann der Serialisierer 277S jedoch im CRS-Wellenlängendetektor 262 enthalten sein, da viele der serialisierten zu übertragenden Daten Mess-Spektralprofildaten sind, die aus dem CRS-Wellenlängendetektor 262 stammen. Allgemeiner kann der Serialisierer 277S an einem beliebigen gewünschten Ort in der Tasterelektronik 275 angeordnet sein, die befriedigende Rausch- und Übersprechungseigenschaften aufweist. Wie oben erwähnt sind in einer Ausführungsform, in der Komponenten des Ablösungserkennungsteils 167 in einem Lichtquellen- und Wellenlängendetektor-Teil 260A der Tasterelektronik 275 in 2 enthalten sind, diese Komponenten entsprechend in der Tasterelektronik 275 in 3 enthalten.
Die Lichtquelle 264 erzeugt Licht, das aus der CRS-Tastereinheit stammt, wobei das Licht Wellenlängen des Ablösungssignalelements und ein Eingabe-Spektralprofil aus Mess-Wellenlängen umfasst, die durch das Lichtwellenleiterkabel 212 zum optischen Stift 220 geführt werden. Der CRS-Wellenlängendetektor 262 kann bekannte Schaltungen umfassen (wie sie z. B. in handelsüblichen chromatischen Entfernungssystemen zu finden sind), die zusammen mit einer Spektrometeranordnung 262' und einem Detektor-Array 263 arbeiten, die eine Vielzahl von Pixeln umfassen, die entlang einer Messachse des CRS-Wellenlängendetektors verteilt sind. Wie oben beschrieben kann die Vielzahl der Pixel jeweilige Mess-Wellenlängen, die von der Zieloberfläche in den konfokalen Lichtweg reflektiert werden, und die Wellenlängen des Ablösungssignalelements empfangen, die vom Ablösungssignalelement reflektiert werden und entsprechende Ausgabe-Spektralprofildaten liefern.
Man wird erkennen, dass die CRS-Tastereinheit in einer oben beschriebenen Konfiguration, in der das zum Messen verwendete Licht vollständig innerhalb der CRS-Tastereinheit erzeugt und verarbeitet wird, unabhängig und automatisch auswechselbar sein kann. In verschiedenen Ausführungsformen benötigt oder enthält ein solches CRS-Tastersystem keinen Lichtwellenleiteranschluss von der CRS-Tastereinheit zu einem außenliegenden Element durch den Autoaufnahme-Anschluss oder entlang anderer behelfsmäßiger Wege, die parallel zum Autoaufnahme-Anschluss verlaufen. Anders gesagt ist eine solche CRS-Tastereinheit in verschiedenen Ausführungsformen nicht mit einem Lichtwellenleiter, der sich außerhalb der CRS-Tastereinheit erstreckt, verbunden oder mit einem solchen ausgestattet.
Ähnlich benötigt oder enthält ein solches CRS-Tastersystem in verschiedenen Ausführungsformen keinen Anschluss für die Ablösungserkennungsschaltung von der CRS-Tastereinheit zu einem außenliegenden Element durch den Autoaufnahme-Anschluss oder entlang anderer behelfsmäßiger Wege, die parallel zum Autoaufnahme-Anschluss verlaufen. Insbesondere sind keine zusätzlichen externen Schaltungen oder Anschlüsse erforderlich, indem das vorhandene oder modifizierte interne CRS-System zum Erkennen eines Ablösungszustands verwendet wird.
4 ist ein Diagramm das bestimmte Komponenten des Koordinatenmessgeräts 210 und ein zweites Ausführungsbeispiel eines CRS-Tasters 215'' darstellt, der dem CRS-Taster 215 in 2 mit einem optischen Stift 220 mit einem auswechselbaren optischen Element, das ein Ablösungssignalelement 299 aufweist, ähnlich ist. Der Hauptunterschied zwischen dem CRS-Taster 215” in 4 und dem CRS-Taster 215' in 3 ist das Auslagern der Tasterelektronik 275 an einen gerätefernen Ort. Da der CRS-Taster 215” in 4 keine Tasterelektronik 275 enthält, ist ein Lichtwellenleiteranschluss erforderlich, der gemäß einer Umsetzung über einen ersten Routing-Pfad RT1 bereitgestellt wird, der durch den Autoaufnahmeanschluss 230 des Tasters gerichtet wird. In einer alternativen Umsetzung kann ein externer Routing-Pfad RT2 verwendet werden, der ein externes Routing des Lichtwellenleiters 212 enthält. In verschiedenen Umsetzungen können die Entwurfsüberlegungen zur Verwendung eines der Routing-Pfade RT1 oder RT2 von Faktoren wie den speziellen Konfigurationen zum Montieren des Tasters, dem Gerätedesign usw. abhängen. Man wird erkennen, dass der Ablösungserkennungsteil 167 in einer Umsetzung mit Bezug auf 2 allgemein im Block 260B als Teil des CRS-Tastersignal-Verarbeitungs- und -steuerkreises 207 enthalten ist, da in der Ausführungsform in 4 die Tasterelektronik 275 nicht enthalten ist.
5 ist ein Diagramm, das die Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines optischen Stifts 220 darstellt, der dem optischen Stift in den 1–4 ähnlich ist, und das drei mögliche Orte für ein Ablösungssignalelement 299A, 229B oder 299C darstellt. Wie in 5 gezeigt, enthält der optische Stift 220 einen Grundkörper 282 und ein auswechselbares optisches Element 280, die mittels einer beispielhaften wiederholbaren Schnellwechselbefestigung 285 miteinander verbunden sind. In dieser Ausführungsform enthält das auswechselbare optische Element 280 eine Frontplatte 286, eine Röhre 231, einen chromatisch streuenden Optikteil 250, Transferlinsen 251 und ein Ablösungssignalelement 299A, 229B oder 299C.
Der Grundkörper 282 enthält ein Grundgehäuse 282A mit einer Oberfläche, die als erste verbindende Hälfte der wiederholbaren Schnellwechselbefestigung 285 dient, und die Frontplatte 286 weist eine entsprechende Oberfläche auf, die als zweite verbindende Hälfte der wiederholbaren Schnellwechselbefestigung 285 dient. In einer Ausführungsform wird die zweite verbindende Hälfte der wiederholbaren Schnellwechselbefestigung 285 von einer Haltekraftvorrichtung, die in einer oder beiden ersten und zweiten verbindenden Hälfte(n) 285A oder 285B befestigte permanente Magneten 285C umfasst, gegen die erste verbindende Hälfte 285 gedrückt. Allgemeiner kann die Haltekraftvorrichtung bekannte Mittel wie federbelastete mechanische Arretierung oder dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform kann das auswechselbare optische Element 280 eine Manschette 232 oder dergleichen umfassen, die unter Programmsteuerung so geführt werden kann, dass sie zwischen den Armen einer passenden Gabel eingesetzt wird, die in einem Tastermagazin innerhalb dem Bewegungsvolumen eines CMMs enthalten ist, so dass das auswechselbare optische Element 280 automatisch vom Grundkörper 282 entfernt werden kann. Man wird erkennen, dass ein Vorteil einer solchen Haltekraftvorrichtung darin besteht, dass sich das auswechselbare optische Element 280 im Fall einer Kollision mit einem Werkstück auf eine Weise ablösen kann, die Schäden am restlichen CRS-Tastersystems und/oder dem Koordinatenmessgerät minimal hält. Wie unten ausführlicher beschrieben, ermöglicht die Verwendung des Ablösungssignalelements 299A, 229B oder 229C, dass ein solcher Ablösungszustand erkannt wird, für den ein Signal an ein steuerndes Koordinatenmessgerät gesendet werden kann, um jede weitere Bewegung sofort zu stoppen.
Der Grundkörper 282 ist so konfiguriert, dass er den optischen Stift 220A zum Messen in einem stabilen Verhältnis zu einem externen Bezugsrahmen hält. In einigen Ausführungsformen kann das Grundgehäuse 282A eine externe Befestigungsoberfläche umfassen, die zum Montieren des Grundkörpers an einem externen Element konfiguriert ist, das den externen Bezugsrahmen definiert (z. B. durch Festklemmen oder Befestigen des Grundgehäuses 282A am externen Element auf andere Weise mithilfe von Befestigungsvorrichtungen oder dergleichen). Beispielsweise kann das externe Element ein feststehendes Element umfassen, das einen feststehenden Bezugsrahmen definiert (z. B. einen Montageständer für den optischen Stift) oder das externe Element kann eine CRS-Tastereinheit umfassen, die an ein CMM (z. B. wie hierin offenbart) montiert ist, wobei der am CMM montierte CRS-Taster einen externen Bezugsrahmen definiert, der ein Gerätekoordinatensystem umfasst. In verschiedenen Ausführungsformen stellt der Grundkörper die einzige Halterung für das auswechselbare optische Element dar und hält das auswechselbare optische Element auf sehr stabile Weise (z. B. mit unbedeutender Vibration des auswechselbaren optischen Elements im erwarteten Messumfeld). Es versteht sich, dass die hierin dargestellten und beschriebenen externen Befestigungsmerkmale nur beispielhaft und nicht einschränkend sind. Der Grundkörper und die wiederholbare Schnellwechselbefestigung unterscheiden sich von herkömmlichen Lichtwellenleiteranschlüssen, die Lichtwellenleiter mit bekannten optischen Stiften verbinden. Beispielsweise sind solche Lichtwellenleiteranschlüsse nicht dazu geeignet, den optischen Stift wiederholt zum Messen in einem stabilen Verhältnis zu einem externen Bezugsrahmen zu befestigen und zu halten. Sie bieten keine angemessene Festigkeit und/oder Starre, um die einzige Halterung für ein Element bereitzustellen, das das optische Element eines optischen Stifts, wie das hierin offenbarte auswechselbare optische Element 280, hält.
In einer Ausführungsform enthält der Grundkörper 282 das Ende eines Lichtwellenleiters 212, der nahe einer konfokalen Öffnung 295 angeordnet sein kann, die bezüglich der ersten verbindenden Hälfte der wiederholbaren Schnellwechselbefestigung 285 fest steht, die die konfokale Öffnung 295 allgemein umgeben kann. In manchen Ausführungsformen stellt das Ende des Lichtwellenleiters die konfokale Öffnung 295 bereit. In manchen Ausführungsformen wird die konfokale Öffnung 295 durch ein dünnes Öffnungselement bereitgestellt, das nahe zum oder angrenzend an das Ende des Lichtwellenleiters bondiert ist, oder sie kann durch ein Loch bereitgestellt werden, das in ein Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B eingearbeitet (oder daran bondiert) ist, wie unten ausführlicher beschrieben.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein optischer Stift eine Vorrichtung zum Positionieren eines Lichtwellenleiter-Endes umfassen, die das Ende des Lichtwellenleiters 212 nahe an einer Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 anordnet. In verschiedenen Ausführungsformen stimmt die Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 mit der Position überein, an der die Linsen des optischen Stifts das Messlicht nominell fokussieren, das durch den optischen Stift läuft. In der in 5 gezeigten besonderen Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283 vollständig im Grundkörper 282 angeordnet und umfasst ein Element zum Halten des Lichtwellenleiters 283A und ein Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B, die im Grundkörper 282 fixiert (z. B. bondiert) sind. In dieser Ausführungsform kann das den Lichtwellenleiter haltende Element 283A beim Halten oder Positionieren des Lichtwellenleiters etwas nachgiebig sein, und das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B ist so konfiguriert, dass es das Ende des Lichtwellenleiters 212 nahe an der Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 stabilisiert.
Beispielsweise können in einer Ausführungsform der Lichtwellenleiter 212 und dessen Ende in einer federbeaufschlagten Druckhülse 283A' in einer bekannten Art von Lichtwellenleiteranschluss fixiert sein, der das Element zum Festhalten des Lichtwellenleiters 283A und das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B bereitstellt. Das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B kann eine vertiefte Oberfläche 283B' enthalten, die ein Lichtübertragungsloch enthält, das von einer Führung für die Druckhülse umgeben ist (z. B. ein Loch, ein sich verjüngendes Loch oder eine abgeschrägte Schulter oder dergleichen). Die Führung führt die federbeaufschlagte Druckhülse zur vertieften Oberfläche 283B', wo sie an die vertiefte Oberfläche 283B' grenzt und an einem gewünschten Ort stabilisiert wird, der durch die vertiefte Oberfläche definiert ist (z. B. an oder nahe der Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295).
In manchen Ausführungsformen kann die konfokale Öffnung 295 aus dem Ende des Lichtwellenleiters 212 bestehen. Alternativ kann die konfokale Öffnung 295 eine Öffnung in einem Öffnungselement (z. B. einer Folie oder Dünnschichtöffnung) sein, das bezüglich des Endes des Lichtwellenleiters (und/oder der Druckhülse 283A') fest steht. In solchen Fällen kann das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B so konfiguriert sein, dass es das Ende des Lichtwellenleiters 212 so stabilisiert, dass die konfokale Öffnung 295 nahe der Betriebsposition 297 stabilisiert ist. In anderen Ausführungsformen umfasst die konfokale Öffnung eine Öffnung in einem Öffnungselement, das am Grundkörper 282 des optischen Stifts und/oder dem Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B (z. B. an der vertiefen Oberfläche 283B') befestigt ist. In solchen Fällen ist das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B so konfiguriert, dass es das Ende des Lichtwellenleiters 212 nahe der konfokalen Öffnung 295 stabilisiert.
In manchen Ausführungsformen kann das den Lichtwellenleiter haltende Element 283A den Lichtwellenleiter bezüglich des Grundkörpers starr genug aufnehmen und festhalten und somit das Ende des Lichtwellenleiters 212 nahe der Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 starr anordnen, so dass das getrennte Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B eliminiert werden kann.
Das auswechselbare optische Element 280 empfängt Mess-Wellenlängenlicht von der konfokalen Öffnung 295 und sendet Mess-Wellenlängenlicht zu dieser zurück, und enthält eine optische Einheit, die bezüglich der zweiten verbindenden Hälfte feststehend ist. Die optische Einheit enthält einen chromatisch streuenden Optikteil 250, der axiale chromatische Streuung des Mess-Wellenlängenlichts über einen jeweiligen Messbereich entlang einer Messachse bereitstellt. In einer Ausführungsform kann die optische Einheit auch ein reflektierendes Element 294 enthalten, das den Messstrahl seitlich auf die Achse des optischen Stifts 220A richtet (z. B. seitlich bezüglich der Achse der Röhre 231). In der in 5 gezeigten Ausführungsform enthält der chromatisch streuende optische Teil 250 einzelne Linsen 252, 253 und 254 oder dergleichen. In einer Ausführungsform sind die Linsen 252, 253 und 254 identisch und jede trägt zur longitudinalen chromatischen Aberration bei. In einer Ausführungsform kann die in 5 gezeigte Vorrichtung eine Lichtweglänge von ca. 50 mm zwischen der konfokalen Öffnung 295 und dem Spiegelelement 294 aufweisen. Es versteht sich jedoch, dass diese Vorrichtung nur beispielhaft und nicht einschränkend ist. Andere verwendbare chromatisch streuende Linsenanordnungen sind in US-US-Patentanmeldung Nr. 13/033,565 ('565-Anmeldung), die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme einbezogen wird, und weiter unten beschrieben.
Die in 5 gezeigte Ausführungsform enthält ferner die Transferlinse 251 (oder Linseneinheit) die zwischen der konfokalen Öffnung 295 und dem chromatisch streuenden Optikteil 250 angeordnet ist, um Mess-Wellenlängenlicht von der Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 zu empfangen und Mess-Wellenlängenlicht nahe dieser zu fokussieren. Manche beispielhafte konfokalen Strahlen (oder Strahlensegmente) sind in 5 darstellt. Insbesondere sind die Strahlen R1 und R2 zwischen einer Transferlinse 251 und der Öffnung 295 gezeigt, und die Strahlen R3 und R4 sind zwischen der Transferlinse 251 und dem chromatisch streuenden Optikteil 250 gezeigt. Die Transferlinse 251 kann in manchen Ausführungsformen eine kollimierende oder annähernd kollimierende Linse sein, und die Strahlen R3 und R4 werden als ungefähr parallel oder ungefähr kollimiert gezeigt, was in bestimmten Umsetzungen Vorteile bietet, wie unten ausführlicher beschrieben. Die Strahlen R5 und R6 sind innerhalb des chromatisch streuenden Optikteils 250 gezeigt und treten als Strahlen R7 und R8 im Messstrahl 296 hervor. Man wird erkennen, dass an der Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung nahe oder an der besten Fokusposition des Linsensystems des optischen Stifts 220A ist, und insbesondere der Fokusposition der Transferlinse 251 in dieser besonderen Ausführungsform.
5 stellt auch drei mögliche Orte für ein Ablösungssignalelement 299A, 229B oder 299C dar. Wie in 5 gezeigt, wird das Ablösungssignalelement 299A an einem ersten Ort als in unmittelbarer Nähe des Endes des Lichtwellenleiters 212 und zwischen der Öffnung 295 und der Transferlinse 251 dargestellt. Hinsichtlich der Konfiguration des Ablösungssignalelements 299A kann an diesem Ort das Quelllicht divergieren und die Intensität des Strahls von Wellenlängen, der vom Ablösungssignalelement 299A zurück in den Lichtwellenleiter 212 reflektiert wird, kann abhängig von der Nähe des Ablösungssignalelements 299A zu der konfokalen Öffnung 295 und/oder dem Ende des Lichtwellenleiters 212 relativ gering sein. Um an diesem Ort ein starkes Ablösungssignal bereitzustellen kann es daher vorteilhaft sein, wenn das Ablösungssignalelement 299A signifikant reflektierend (z. B. hochreflektierend) und daher auch signifikant selektiv bezüglich der reflektierten Wellenlängen ist. Ein Ablösungssignalelement mit diesen Eigenschaften wird unten mit Bezug auf 11 ausführlicher beschrieben.
Wahlweise ist das Ablösungssignalelement 299B an einem zweiten Ort zwischen der Transferlinseneinheit 251 und dem chromatisch streuenden optischen Teil 250 dargestellt. An diesem Ort kann sich das Ablösungssignalelement 299B im Weg des breiten annähernd kollimierten Strahls befinden, der durch die parallelen Strahlen R3 und R4 für seine Reflektion der Wellenlängen des Ablösungssignalelements dargestellt wird.
Hinsichtlich der Konfiguration des Ablösungssignalelements 299B kann an diesem Ort das Quelllicht annähernd kollimiert sein, und daher kann der Strahl von Wellenlängen, der vom Ablösungssignalelement 299B reflektiert wird, seinen Weg so zurückverfolgen, dass er mit relativ hoher Intensität zurück in den Lichtwellenleiter 212 fokussiert wird. Daher ist es an diesem Ort am vorteilhaftesten, wenn das Ablösungssignalelement 299B signifikant selektiv in Bezug auf die reflektierten Wellenlängen ist, es kann jedoch genügen, wenn es nur mäßig oder selbst schwach reflektierend ist. In manchen Ausführungsformen kann dies die Verwendung eines Elements ermöglichen, das wirtschaftlicher als das unten mit Bezug auf 11 beschriebene ist.
Wahlweise wird das Ablösungssignalelement 299C an einem dritten Ort innerhalb des chromatisch streuenden Optikteils 250 dargestellt, wo das Quelllicht longitudinale chromatische Aberration enthält. Wie zuvor angegeben kann in manchen Ausführungsformen jede der Linsen 252, 253 und 254 zur longitudinalen chromatischen Aberration beitragen. So können, wie in 5 gezeigt, verschiedene Wellenlängen mit einer intermediären Stärke longitudinaler chromatischer Aberration intern auf den chromatisch streuenden Teil 250 fokussiert sein. Hinsichtlich der Konfiguration des Ablösungssignalelements 299C, ist dieses insbesondere mit einer reflektierenden Oberfläche des Ablösungssignalelements 299C an einer Detektionswellenlängen-Fokusposition DWF angeordnet, an der die für das Ablösungssignal verwendete Wellenlänge (oder ein kleines Band von Wellenlängen) präferenziell fokussiert wird (z. B. entsprechend den dargestellten Strahlen R5' und R6'). Dagegen sind Wellenlängen, die dem angegebenen Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystems entsprechen, nicht signifikant auf die Detektionswellenlängen-Fokusposition DWF fokussiert. Man wird erkennen, dass infolgedessen in dieser Konfiguration das Ablösungssignalelement 299C die fokussierte(n) Ablösungssignalwellenlänge(n) entlang der Lichtwelle zurückreflektiert, so dass sie auf die konfokale Öffnung 295 und in den Lichtwellenleiter 212 fokussiert werden. Wegen dieses wirksamen Fokussieren genügt es an diesem Ort, wenn das Ablösungssignalelement nur schwach reflektierend ist (z. B. wie die Oberfläche eines transparenten Glaselements). Außerdem muss das Ablösungssignalelement 299C, da es nur schwach reflektierend sein kann, im Wesentlichen nicht selektiv für die Wellenlänge sein, da es das Quelllicht im Wesentlichen inhärent überträgt, das die Wellenlängen enthält, die dem Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystem entsprechen. In solchen Ausführungsformen kann dies die Verwendung eines sehr wirtschaftlichen Elements ermöglichen (z. B. kann sie die Oberfläche eines durchsichtigen Glaselements umfassen und muss keinen Wellenlängenfilter enthalten).
6 ist ein Diagramm, das die Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines optischen Stifts 220C darstellt, der dem zuvor beschriebenen optischen Stift 220 ähnlich sein kann, und das fünf mögliche Orte für ein Ablösungssignalelement 299A, 299B, 299C, 229A' und 229C' zeigt. Außerdem wird eine Betriebsposition 297C der konfokalen Öffnung des optischen Stifts als innerhalb des auswechselbaren optischen Elements 280C angeordnet dargestellt. Als solche kann in der in 6 gezeigten Ausführungsform die optische Einheit der auswechselbaren optischen Elemente 280C ein Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B enthalten, das analog zu dem zuvor mit Bezug auf 5 beschriebenen ist. Mit anderen Worten kann in der dargestellten Ausführungsform der optische Stift 220C eine Vorrichtung zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283 umfassen, die das Ende des Lichtwellenleiters 212 nahe an einer Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 im auswechselbaren optischen Element 280C anordnet.
In der in 6 gezeigten besonderen Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283 teilweise im Grundkörper 282 angeordnet, das ein Element zum Halten des Lichtwellenleiters 283A umfasst, und teilweise im auswechselbaren optischen Element 280C, das das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B umfasst, das im auswechselbaren optischen Element 280C fixiert (z. B. bondiert) sein kann. In dieser Ausführungsform kann das den Lichtwellenleiter haltende Element 283A beim Halten oder Positionieren des Lichtwellenleiters etwas nachgiebig sein, und das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B ist so konfiguriert, dass es das Ende des Lichtwellenleiters 212 nahe an der Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 stabilisiert. Beispielsweise können in einer Ausführungsform der Lichtwellenleiter 212 und dessen Ende in einer federbeaufschlagten Druckhülse 283A' in einer Art von Lichtwellenleiteranschluss fixiert sein, der das Element zum Festhalten des Lichtwellenleiters 283A bereitstellt und sich über die Oberflächen der wiederholbaren Schnellwechselbefestigung 285 hinaus und in das auswechselbare optische Element 280C erstreckt. Das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B ist zum Montieren im auswechselbaren optischen Element 280C angepasst. Das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B kann eine vertiefte Oberfläche 283B' enthalten, die ein Lichtübertragungsloch enthält, das von einer Führung für die Druckhülse umgeben ist (z. B. ein Loch, ein sich verjüngendes Loch oder eine abgeschrägte Schulter oder dergleichen). Die Führung führt die federbeaufschlagte Druckhülse zur vertieften Oberfläche 283B', wo sie an die vertiefte Oberfläche 283B' grenzt und an einem gewünschten Ort stabilisiert wird, der durch die vertiefte Oberfläche definiert ist (z. B. an oder nahe der Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295).
In manchen Ausführungsformen kann die konfokale Öffnung 295 aus dem Ende des Lichtwellenleiters 212 bestehen. Alternativ kann die konfokale Öffnung 295 eine Öffnung in einem Öffnungselement (z. B. einer Folie oder Dünnschichtöffnung) sein, das bezüglich des Endes des Lichtwellenleiters (und/oder der Druckhülse 283A') fest steht. In solchen Fällen kann das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B so konfiguriert sein, dass es das Ende des Lichtwellenleiters 212 so stabilisiert, dass die konfokale Öffnung 295 nahe der Betriebsposition 297 stabilisiert ist. In anderen Ausführungsformen umfasst die konfokale Öffnung eine Öffnung in einem Öffnungselement, das am auswechselbaren optischen Element 280C und/oder dem Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B in der Betriebsposition (z. B. an der vertiefen Oberfläche 283') befestigt ist. In solchen Fällen ist das Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B so konfiguriert, dass es das Ende des Lichtwellenleiters 212 nahe der konfokalen Öffnung 295 stabilisiert. Ein Vorteil des Anordnens des Elements zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B im auswechselbaren optische Element 280C besteht darin, das die Anordnung der konfokalen Öffnung 295 bezüglich der anderen optischen Elemente genauer und wiederholbar sein kann, wenn das auswechselbare optische Element 280C entfernt und erneut am Grundkörper 280 montiert wird, da sich die wiederholbare Schnellwechselbefestigung 285 nicht auf diese relative Anordnung auswirken muss.
In einer Ausführungsform kann das auswechselbare optische Element 280 ein ID-Element 233 enthalten (beispielsweise an der Frontplatte 286 befestigt). Ein entsprechendes Lesegerätelement 233R kann im Grundkörper 282 des optischen Stifts angeordnet sein. Das ID-Element 233 kann mit bestimmten Identitätsinformationen für das auswechselbare optische Element 280 codiert sein. Das ID-Element 233 kann in einer Ausführungsform ein Funkwellenidentifikationsgerät (ein RFID-Element) umfassen, das ein passives RFID-Element sein kann. Das Lesegerätelement 233R (z. B. ein RFID-Lesegerätelement) ist ausreichender Nähe angeordnet um die Daten vom ID-Element 233 lesen zu können. In manchen Ausführungsformen kann, wenn das Lesegerätelement 233R nicht nahe dem ID-Element 233 angeordnet ist, ein Loch im Grundkörper 282 vorgesehen sein, so dass das Material des Grundkörpers den Austausch von Signalen zwischen dem ID-Element 233 und dem Lesegerätelement 233R (z. B. Funktionssignale, optische Signale, optische Bilder usw.) nicht blockiert. In manchen Ausführungsformen kann das ID-Element 233 eine identifizierende Markierung (z. B. einen einfachen Strichcode) oder Farbe(n) umfassen, und das Lesegerätelement 233R kann einen Fotodetektor umfassen, der ein Signal bereitstellt, das der identifizierenden Markierung oder der/den Farbe(n) entspricht. In manchen Ausführungsformen kann das ID-Element 233 einen passiven Resonanzkreis mit einer identifizierenden Frequenz umfassen, und das Lesegerätelement 233R kann einen Erreger/Detektor umfassen, der als Reaktion auf die identifizierende Frequenz ein Signal bereitstellt.
Es versteht sich, dass die oben beschriebene Ausführungsform nur beispielhaft und nicht einschränkend ist. In manchen Ausführungsformen, in denen es wünschenswert ist, dass sich die Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 in das auswechselbare optische Element 280C erstreckt, kann das den Lichtwellenleiter haltende Element 283A den Lichtwellenleiter bezüglich des Grundkörpers und des austauschbaren optischen Elements 280C ausreichend starr aufnehmen und festhalten, wenn es mithilfe der wiederholbaren Schnellwechselbefestigung 285 in seiner Position gehalten wird, und dadurch das Ende des Lichtwellenleiters 212 nahe der Betriebsposition 297 der konfokalen Öffnung 295 starr im auswechselbaren optischen Element 280C anordnen, so dass das getrennte Element zum Positionieren des Lichtwellenleiter-Endes 283B eliminiert werden kann.
6 stellt auch fünf mögliche Orte für ein Ablösungssignalelement 299A, 299B, 299C, 229A' und 229C' dar. Bezüglich der Konfiguration des Ablösungssignalelements 299A kann dieses dem Ablösungssignalelement 299A ähnlich sein, das oben mit Bezug auf 5 beschrieben wurde, und kann durch Analogieschluss verstanden werden. Man wird erkennen, dass der Ort allgemein zwar zwischen der Öffnung 295 und der Transferlinse 251 gezeigt wird, sich jedoch in verschiedenen alternativen Umsetzungen zwischen dem Ende des Lichtwellenleiters 212 und der Öffnung 295 befinden kann. Beispielsweise kann die konfokale Öffnung 295, wie oben beschrieben, eine Öffnung in einem Öffnungselement umfassen, das an dem auswechselbaren optischen Element 280C und/oder dem Lichtwellenleiter-Endelement 283B befestigt ist, das im auswechselbaren optischen Element 280C befestigt (z. B. bondiert) ist. In solchen Fällen kann das Ablösungssignalelement 299 (z. B. eine Dünnschichtbeschichtung) zwischen dem Ende des Lichtwellenleiters 212 und der Öffnung 295 angeordnet sein (z. B. kann die Dünnfilmbeschichtung des Ablösungssignalelements auf der inneren Oberfläche eines Öffnungselements usw. angeordnet sein).
Bezüglich der Konfiguration der Ablösungssignalelemente 299B und 299C können diese den Ablösungssignalelementen 299B bzw. 299C ähnlich sein, die oben mit Bezug auf 5 beschrieben wurden und durch Analogieschluss verstanden werden können.
Bezüglich der Konfiguration des Ablösungssignalelements 299A' kann dieses an einem beliebigen Ort in der Nähe des distalen Endes des auswechselbaren Optikteils 280C angeordnet sein (z. B. in einem konvergierenden Teil des Quelllichts), um die Wellenlängen des Ablösungssignalelements entlang eines annähernd vollständigen Wegs zu reflektieren, der dem der zum Lichtwellenleiter 212 zurückzusendenden Mess-Wellenlängen ähnlich ist. Ähnlich dem analogen Ablösungssignalelement 299A kann an diesem Ort die Intensität des Strahls von Wellenlängen, der vom Ablösungssignalelement 299A' in den Lichtwellenleiter 212 zurückreflektiert wird, relativ gering sein. Um an diesem Ort ein starkes Ablösungssignal bereitzustellen kann es daher vorteilhaft sein, wenn das Ablösungssignalelement 299A' signifikant reflektierend (z. B. hochreflektierend) und daher auch signifikant selektiv bezüglich der reflektierten Wellenlängen ist. Ein Ablösungssignalelement mit diesen Eigenschaften wird unten mit Bezug auf 11 ausführlicher beschrieben. In einer Ausführungsform kann das Ablösungssignalelement 299A' auch ein Schutzfenster bereitstellen, das den optischen Stift 220C abdichtet.
Bezüglich der Konfiguration des Ablösungssignalelements 299C' kann dieses dem Ablösungssignalelement 299C ähnlich sein, das oben mit Bezug auf 5 beschrieben wurde und das durch Analogieschluss verstanden werden kann. Insbesondere ist eine reflektierenden Oberfläche des Ablösungssignalelements 299C' in der Nähe des distalen Endes des auswechselbaren Optikteils 280C an einer Detektionswellenlängen-Fokusposition DWF' angeordnet, an der die für das Ablösungssignal verwendete Wellenlänge (oder ein kleines Band von Wellenlängen) präferenziell fokussiert wird (z. B. angrenzend an den Messbereich des optischen Stifts 220C). Dagegen sind Wellenlängen, die dem angegebenen Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystems entsprechen, nicht signifikant auf die Detektionswellenlängen-Fokusposition DWF' fokussiert. Man wird erkennen, dass dies zu einem Betrieb führt, der analog zu dem zuvor für das in 5 beschriebene Ablösungssignalelement 299C ist, und ein ähnliches Element verwendet werden kann (z. B. kann es die Oberfläche eines durchsichtigen Glaselements umfassen und muss keinen Wellenlängenfilter enthalten). Das Element Ablösungssignalelement 299C' kann mittels bekannter mechanischer Verfahren in der richtigen Position gehalten werden und in einer Ausführungsform auch ein Schutzfenster bereitstellen, das den optischen Stift 220C abdichtet.
7 ist ein Diagramm, das die Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines optischen Stifts 220H darstellt, der ein Drehelement 710 zum Drehen eines auswechselbaren optischen Elements 280H enthält, das ein Ablösungssignalelement 299 aufweist. Wie in 7 gezeigt, ist der Grundkörper 282H so konfiguriert, dass es die Komponenten des Drehelements 710 enthält. Die Transferlinse 251 wir als innerhalb eines verlängerten Abschnitts 282HX des Grundkörpers 282H gezeigt. Die Transferlinse 251 kann anhand eines röhrenförmigen Abschnitts 282HX' oder durch vorbereitete Montagedienste oder dergleichen mit dem richtigen Abstand von der konfokalen Öffnung 295 angeordnet werden. Die Strahlen R1 und R2 bewegen sich von der Transferlinse 251 durch den verlängerten Abschnitt 282HX zu einem Brennpunkt ungefähr an der Betriebsposition 297, wo die Öffnung 295 angeordnet ist. Die annähernd parallelen Strahlen R3 und R4 von der Transferlinse 251 bewegen sich durch die wiederholbare Schnellwechselbefestigung 285 und durch eine Röhre 231H zum chromatisch streuenden optischen Teil 250.
Wie in 7 gezeigt, enthält das Drehelement 710 einen drehbaren Teil 712, der in dieser besonderen Ausführungsform eine Oberfläche zum Bereitstellen einer ersten verbindenden Hälfte der wiederholbaren Schnellwechselbefestigung 285 enthält. Die erste verbindende Hälfte ist mit der zweiten verbindenden Hälfte der Schnellwechselbefestigung 285 verbunden, die an der Frontplatte 286 angeordnet ist. Das Drehelement 710 enthält auch Lager 714, mithilfe derer sich der drehbare Teil 712 drehen kann, sowie einen Motor 716 und Zahnräder 718, um die Drehung anzutreiben. Es können auch alternative Konfigurationen für den Motor und den Drehantrieb verwendet werden (z. B. eine motorisierte Hülsenkonfiguration usw.). Allgemein erzeugt die Drehung geringere Fehler/Auswirkungen, wenn die Transferlinse 251 im Grundkörper 282H angeordnet ist, da die optische Übertragung des durch den Drehanschluss verlaufenden breiten kollimierten Strahlenbündels, das durch die parallelen Strahlen R3 und R4 dargestellt wird, weniger empfindlich auf veränderliche Ausrichtungen ist. Diese Konfiguration führt auch dazu, dass sich das Ablösungssignalelement 299 im Weg des breiten kollimierten Strahlenbündels befindet, das durch die parallelen Strahlen R3 und R4 als zwischen der Transferlinse 251 und dem chromatisch streuenden Optikteil 250 angeordnet dargestellt wird. Als solche weist die Reflektion der Wellenlängen des Ablösungselementsignals aufgrund der Beschaffenheit des breiten kollimierten Strahls, der die zu reflektierenden Wellenlängen trägt, auch geringere Fehler/Auswirkungen auf. Man wird jedoch erkennen, dass diese Vorrichtung nur beispielhaft und nicht einschränkend ist. Alle vorstehenden Konfigurationen der 5 und 6 können mit geringen Anpassungen, die aufgrund dieser Offenbarung offensichtlich sind, verändert werden, um ähnliche Komponenten zum Drehen der auswechselbaren optischen Elemente einzubeziehen. In manchen Ausführungsformen kann der optische Stift für beste Kalibrierung und Genauigkeit unabhängig von der Drehposition durch Kalibrierdaten gekennzeichnet sein, die eindeutige jeweilige Kalibrierdaten enthalten, die einer Vielzahl jeweiliger Drehpositionen des auswechselbaren optischen Elements entsprechen. Eine solche Kalibrierung kann verschiedene Ausrichtungsfehler ausgleichen, die eine Funktion der Drehposition sein können.
8 ist ein Diagramm eines Schaubilds 800 von Profildaten von einem chromatischen Punktsensor, das Spannungsoffset-Signalpegel Voffset(p) für die Pixel in einen Detektor-Array 163 und ein unkompensiertes Ablösungserkennungssignal DSS darstellt, das einem Ablösungssignalelement 299 (z. B. 1) entspricht. Die Profildaten zeigen die Spannungsoffset-Signalpegel Voffset(p) wenn keine Messfläche vorhanden ist (z. B. die Messfläche des Werkstücks 290 in 1 und 2 nicht vorhanden ist). Das Spannungsoffset-Signal Voffset(p) ist für jedes der 1024 Pixel in normierten Volt aufgetragen. ”Normierte Volt” bedeuten, dass der Sättigungsspannung des Detektor-Arrays 163 ein Wert von 1,0 zugewiesen ist.
Das Spannungsoffset-Signal Voffset(p) enthält einen Vorspannungs-Signalpegel Vbias, der als über das Array unveränderlich dargestellt ist, und eine Hintergrund-Signalkomponente Vback(p), die als über das Array abhängig von der Pixelkoordinate p dargestellt ist. Das veränderliche Hintergrundsignal Vback(p) stellt Signale wie Hintergrundlicht von wellenlängenabhängigen falschen Reflexionen und dergleichen im Leiterweg des chromatischen Punktsensorsystem sowie aufgrund des Dunkelstroms der verschiedenen Pixel p dar. In verschiedenen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn die Signalkomponenten Vback(p) (oder Signale, die die gleiche Veränderung aufweisen, wie die Spannungsoffset-Signale Voffset(p)) laufend zur Kalibrierung oder Kompensation des Pixel-Arrays des Detektor-Arrays 163 gespeichert und zum Kompensieren aller nachfolgenden Profildatensignale von jedem Pixel p (z. B. durch Subtraktion) verwendet werden. Im Gegensatz zur Hintergrundsignalkomponente Vback(p), die über die Zeit relativ stabil sein kann, kann sich in manchen Umsetzungen der koordinatenunabhängige Vorspannungs-Signalpegel Vbias infolge von mit Umgebungstemperaturänderungen und durch den Elektronikteil 160 während des Betriebs erzeugter Wärme zusammenhängenden Spannungsdrift-Erscheinungen ändern. Ein Verfahrensbeispiel zum Kompensieren des Vorspannungs-Signalpegels Vbias ist in der noch nicht erteilten US-Patentveröffentlichung Nr. 2013/0163006 beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme einbezogen wird.
Das unkompensierte Ablösungserkennungssignal DSS stellt das zusätzliche Signal dar (z. B. eine Wellenlängenspitze), das aufgrund des reflektierenden Ablösungssignalelements 299 im auswechselbaren optische Element 280 auftritt. Wie oben beschrieben, reflektiert das Ablösungssignalelement 299 einen Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements zumindest teilweise. Wie in 8 gezeigt, erzeugen die Wellenlängen des Ablösungssignalelements, die von Pixeln in einem Ablösungserkennungs-Pixelbereich DSPR festgestellt werden, das unkompensierte Ablösungserkennungssignal DSS. Wie durch den Ort des Ablösungserkennungs-Pixelbereichs DSPR im Detektor-Array dargestellt, bestehen die Wellenlängen des Ablösungssignalelements in dieser besonderen Umsetzung allgemein aus relativ kürzeren Wellenlängen. In bestimmten Umsetzungen kann die Verwendung kürzerer Wellenlängen für die Wellenlängen des Ablösungssignalelements vorteilhaft sein, da sie Messsignalwellenlängen mit geringerer Wahrscheinlichkeit stören, die in einem höheren Bereich sein können, wie unten mit Bezug auf 9 ausführlicher beschrieben.
Man wird erkennen, dass in manchen Ausführungsformen das Ablösungserkennungssignal DSS zur Kalibrierung oder Kompensation des Pixel-Arrays des Detektor-Arrays 163 wie oben beschrieben zusammen mit dem Spannungsoffset-Signal Voffset(p) gespeichert werden kann, und die entsprechenden Signalpegel laufend in allen nachfolgenden Profildatensignalen von jedem entsprechenden Pixel p (z. B. durch Subtraktion) kompensiert oder „aufgehoben” werden können. In einem solchen Fall, wenn das Ablösungserkennungssignal DSS kompensiert ist, wird die ordnungsgemäße Befestigung eines auswechselbaren optischen Elements durch „annähernd Null”- oder Null-Signale als zu den entsprechenden Pixeln gehörige kompensierte Signale angezeigt. Ferner wird in einem solchen Fall das Ablösen oder Fehlen eines auswechselbaren optischen Elements durch einen entsprechenden hohen Negativsignalpegel als zu den entsprechenden Pixeln gehöriges kompensiertes Signal angezeigt. Umgekehrt kann in manchen Ausführungsformen das Ablösungserkennungssignal DDS unkompensiert sein. In einem solchen Fall wird, wenn das Ablösungserkennungssignal DSS nicht kompensiert ist, die ordnungsgemäße Befestigung eines auswechselbaren optischen Elements durch eine zu den entsprechenden Pixeln gehörige Wellenlängenspitze, wie das dargestellte Spitzensignal DSS, angezeigt. Ferner wird in einem solchen Fall das Ablösen oder Fehlen eines auswechselbaren optischen Elements durch ein zu den entsprechenden Pixeln gehöriges „annähernd Null”- oder Null-Signal angezeigt. Diese Fälle werden unten mit Bezug auf 10 näher beschrieben.
9 ist ein Diagramm eines Schaubilds 900 von Profildaten 910 von einem chromatischen Punktsensor, das ein einer messabstandsangebenden Koordinate entsprechendes Spitzenbereichssignal und ein unkompensiertes Ablösungserkennungssignal DSS darstellt. Die Profildaten 910 (z. B. Messprofilsignaldaten) von einem CRS-Detektor (z. B. Detektor 162) können während CRS-Messvorgängen entweder während Kalibriervorgängen an einem bestimmten optischen Stift oder am Gesamtsystem oder während normaler Messvorgänge erfasst werden. Die Profildaten 910 können auch als die Profilsignale MS(p) bezeichnet werden, wobei MS(p) der zu jedem Pixel p eines Detektor-Arrays (z. B. des Detektor-Arrays 163) gehörige (in normierten Volt angegebene) Signalpegel ist. Das Schaubild 900 in 9 ist mit einer in einem gewissen Abstand entlang der optischen Achse OA des optischen Stifts 220 positionierten Zieloberfläche erstellt, die die entsprechenden Messprofildaten 910 mit dem in 9 gezeigten dominierenden Wellenlängen-Spitzenbereich erzeugt.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Wellenlängen des unkompensierten Ablösungserkennungssignals DSS mit den gleichen Komponenten wie die Mess-Wellenlängen erkannt und verarbeitet werden (z. B. mithilfe eines Satzes von Ablösungssignalpixeln, die ein Teilsatz der Detektor-Pixel in einem Wellenlängendetektor des chromatischen Entfernungssensors sind), oder sie können mithilfe anderer Komponenten verarbeitet werden (z. B. abgelenkt, um einem anderen Weg zu folgen, der auf einen zweckbestimmten Ablösungssignalelementsensor in Detektorteil gerichtet wird, usw.). Wie oben angegeben und unten mit Bezug auf 10 näher beschrieben, kann in verschiedenen Ausführungsformen das Ablösungserkennungssignal DSS, entweder mit oder ohne andere(n) Signale(n) (z. B. mit dem Signal Vbak(p), wie oben mit Bezug auf 8 beschrieben usw.) unkompensiert oder kompensiert sein. Ist das Ablösungserkennungssignal DSS unkompensiert, kann es bei befestigtem auswechselbarem optischem Element eine Wellenlängenspitze in den Pixelsignalen liefern, die durch die gestrichelte Linie für das Ablösungserkennungssignal DSS dargestellt ist, wenn die Mess-Wellenlängen den Mess-Wellenlängenspitzenbereich erzeugen, wie in 9 gezeigt. Ist das Ablösungserkennungssignal DSS kompensiert kann es bei befestigtem auswechselbarem optischem Element umgekehrt flache oder Null-kompensierte Pixelsignale liefern (z. B. auf dem MVbias-Pegel), wenn die Mess-Wellenlängen den Mess-Wellenlängenspitzenbereich erzeugen, wie in 9 gezeigt.
Ungeachtet dessen, wie das Ablösungserkennungssignal DSS verarbeitet wird, kann für die Mess-Wellenlängen eine abstandsangebende Koordinate (DIC) aufgrund von Signalen oder Wellenlängen ermittelt werden, die einem Messbereich (d. h. im Gegensatz zum Ablösungserkennungs-Pixelbereich) eines chromatischen Entfernungssensorsystems entsprechen. Insbesondere zeigt 9 bezüglich einer solchen Ermittlung einen Vorspannungs-Signalpegel MVbias (in normierten Volt), eine Spitzenwert-Pixelkoordinate ppc, eine Spitzenwert-Positionsindexkoordinate ppic und eine Datenschwelle MVthreshold, die die Untergrenze eines abstandsangebenden Teilsatzes der Daten im Spitzenbereich definiert. Alle „MV”-Werte sind in normierten Volt angegeben. 9 zeigt außerdem eine abstandsangebende Koordinate (DIC), die auf Grundlage des abstandsangebenden Teilsatzes der Daten im Kalibrier-Spektralspitzenbereich ermittelt wird. Die Datenschwelle MVthreshold kann in einigen Ausführungsformen eine indexspezifische Schwelle, MVthreshold(ppic), sein.
Kurz, in einer Ausführungsform können Messvorgänge zum Ermitteln einer abstandsangebenden Koordinate (z. B. einer abstandsangebenden Koordinate DIC, wie bezüglich der Profildaten 910 beschrieben) Folgendes enthalten:

• Positionieren der Zieloberfläche entlang der optischen Achse OA und Erfassen der resultierenden Profildaten 910.
• Ermitteln der Spitzenwert-Pixelkoordinate (das heißt, des Pixels mit dem höchsten Signal).
• Ermitteln der Spitzenwert-Positionsindexkoordinate ppic, die der Index zum Speichern und Abrufen bestimmter Kalibrierdaten. (z. B. indexspezifischer Schwellenkalibrierdaten) ist. Dies kann in einigen Ausführungsformen die gleiche wie die Spitzenwert-Pixelkoordinate sein.
• Ermitteln des Mess-Vorspannungs-Signalpegels MVbias.
• Ermitteln der Datenschwelle MVthreshold (z. B. als ein Prozentsatz der Spitzenwert-Höhe oder auf Grundlage indexspezifischer Schwellenkalibrierdaten, die der aktuellen Spitzenwert-Positionsindexkoordinate ppic entsprechen).
• Ermitteln der abstandsangebenden Koordinate DIC mit Sub-Pixel-Auflösung auf Grundlage der abstandsangebenden Teilmenge der Daten, die im Mess-Spitzenbereich einen größeren Wert als MVthreshold aufweist.
• Für eine Abstandskalibriermessung, das unabhängige Ermitteln des entsprechenden Abstands zur Zieloberfläche mit einer gewünschten Genauigkeit (z. B. durch ein Interferometer) und das Ermitteln eines Abstandskalibrierdatenpunkts in einer Abstandskalibriertabelle oder -kurve.
• Für eine normale Werkstückabstandsmessung, das Ermitteln des Messabstands durch In-Bezug-Setzen der Mess-DIC zu einem entsprechenden Abstand in den gespeicherten Abstandskalibrierdaten.

In den vorerwähnten Vorgängen kann die abstandsangebende Koordinate DIC auf Grundlage des abstandsangebenden Teilsatzes von Daten oberhalb MVthreshold in Sub-Pixel-Auflösung ermittelt werden. Eine Mess-DIC kann gemäß einem aus einer Anzahl verschiedener Verfahren ermittelt werden. In einer Ausführungsform kann eine Mess-DIC als die Koordinate eines Schwerpunkts X des abstandsangebenden Teilsatzes von Daten in Sub-Pixel-Auflösung ermittelt werden. Beispielsweise kann für einen Detektor mit 1024 Pixeln der Schwerpunkt X ermittelt werden gemäß:
wobei
In einem speziellen Beispiel ist in GLEICHUNG 1n = 2. Es ist zu erkennen, dass GLEICHUNG 2 die bei der Schwerpunktberechnung verwendeten Daten auf einen abstandsangebenden Teilsatz von Daten beschränkt. Wenn die abstandsangebende Koordinate DIC während Kalibriervorgängen ermittelt wird, kann sie als eine kalibrierabstandsangebende Koordinate und ebenso als eine messabstandsangebende Koordinate bezeichnet werden.
10 ist ein Diagramm eines Schaubilds 1000 von Profildaten von einem chromatischen Punktsensor, das verschiedene Signalverarbeitungsalternativen für das Ablösungserkennungssignal DSS in 8 und 9 darstellt. Wie in 10 gezeigt, kann in einer ersten Ausführungsform ein Signal 1010a ein rohes unkompensiertes Signal (z. B. von den Pixeln im Detektor-Array 163) darstellen, wenn ein auswechselbares optisches Element 280 befestigt ist, das ein Ablösungssignalelement 299 enthält. Im Fall des Signals 1010a wird es im Zusammenhang mit dem rohen unkompensierten Pixelsignal 1010a' gezeigt, das aus dem Detektor-Array erhalten wird (z. B. wenn die zuvor beschriebenen Hintergrundsignale Spannungsoffset-Signal Voffset(p) ebenfalls unkompensiert erscheinen). Werden solche Rohsignale verwendet, um die Befestigung/Ablösung eines auswechselbaren optischen Elements festzustellen, kann ein gezeigter auslösender Spannungspegel 1020a, so verwendet werden, dass er eine die Ablösung auslösende Schwelle für das unkompensierte Rohsignal 1010a darstellt. Insbesondere kann in einer Umsetzung Signalverarbeitung nach bekannten Verfahren bereitgestellt werden, so dass ein Ablösungszustand festgestellt werden kann, wenn das unkompensierte Rohsignal 1010a unter den Spannungspegel 1020a im Ablösungserkennungs-Pixelbereich DSPR fällt. Umgekehrt zeigt ein Signalpegel über dem Spannungspegel 1020a im Ablösungserkennungs-Pixelbereich DSPR einen Befestigungszustand an.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Ablösungserkennungssignal DSS von einem auswechselbaren optischen Element 280, das ein Ablösungssignalelement 299 enthält, wie oben beschrieben zusammen mit dem Spannungsoffset-Signal Voffset(p) kompensiert werden, so dass die entsprechenden Signalpegel in allen nachfolgenden Profildatensignalen von jedem entsprechenden Pixel p (z. B. durch Subtraktion) laufend kompensiert oder „aufgehoben” werden können. In einer solchen Ausführungsform können die kompensierten Ausgabesignale von einem Wellenlängendetektor wie die in 10 gezeigten Signale 1010 aussehen, wenn das kompensierte auswechselbare optische Element ordnungsgemäß befestigt ist. In einer solchen Ausführungsform stellt das Signal 1010b einen Zustand dar, in dem das auswechselbare optische Element abgelöst ist.
Insbesondere kann die Kompensation für das Ablösungselementsignal die entsprechenden kompensierten Pixelsignale wie gezeigt auf den „Negativspitzen”-Signalpegel 1010b bringen, wenn das kompensierte auswechselbare optische Element abgelöst ist oder fehlt und das Ablösungssignalelement 299 keine reflektierten Wellenlängen des Ablösungselementsignals erzeugt. Mit anderen Worten enthält das subtrahierte Signal das negative Spitzensignal 1010b, wenn die Kompensation erfolgt um das Ablösungserkennungssignal DSS in 8 einzubeziehen, das somit ebenfalls subtrahiert wird um die Ausgabe des Detektors zu kompensieren, und dann das auswechselbare optische Element 280, das das Ablösungssignalelement 299 enthält, abgelöst wird. In dieser Umsetzung stellt ein auslösender Spannungspegel 1020b eine die Ablösung auslösende Schwelle für das kompensierte Signal 1010b dar. Mit anderen Worten kann ein Ablösungszustand festgestellt werden, wenn das kompensierte Signal 1010b im Ablösungserkennungs-Pixelbereich DSPR negativer als der Spannungspegel 1020b wird. Umgekehrt zeigt ein Signalpegel, der im Ablösungserkennungs-Pixelbereich DSPR weniger negativ (positiver) als der Spannungspegel 1020b ist (z. B. ein annähernd Null- oder Null-Signal beim Pegel des Signals 1010) einen Befestigungszustand an. Wie oben erwähnt können in einer solchen Ausführungsform die kompensierten Ausgabesignale von einem Wellenlängendetektor wie die Signale 1010 aussehen, wenn das kompensierte auswechselbare optische Element ordnungsgemäß befestigt ist und sich innerhalb des Messbereichs keine Messfläche befindet.
Eine solche Ausführungsform kann insoweit wünschenswert sein, dass das einzige signifikante Signal, das in einer solchen Ausführungsform erwartet wird, das Signal von der gemessenen Werkstückoberfläche 290 ist. In manchen Ausführungsformen kann dies ermöglichen, dass ggf. Wellenlängen innerhalb der Wellenlängen des Messbereichs für das Ablösungssignal verwendet werden. Beispielsweise kann das Ablösungssignalelement 299 für die Wellenlängen des Ablösungssignals nur teilweise reflektierend sein und genügend Wellenlängenübertragung belassen, so dass sie auch als Mess-Wellenlängen verwendet werden können. Man wird erkennen, dass in einem solchen Fall eine Spitze von einer gemessenen Oberfläche positiv ist und das Signal von einem abgelösten Taster negativ sein wird, so dass zugeeignete Ablösungssignalverarbeitung gemäß bekannten Verfahren ohne Verwechslung umgesetzt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Ablösungserkennungssignal DSS von einem auswechselbaren optischen Element 280, das ein Ablösungssignalelement 299 enthält, unkompensiert sein, während die Spannungsoffset-Signale Voffset(p) wie oben beschrieben kompensiert sein können. In einer solchen Ausführungsform können die kompensierten Ausgabesignale von einem Wellenlängendetektor wie die in 10 gezeigten Signale 1010 aussehen, wenn das kompensierte auswechselbare optische Element ordnungsgemäß montiert ist, außer dass im Ablösungserkennungs-Pixelbereich DSPR die durch die gestrichelten Linie dargestellt Signalspitze 1010c vorhanden ist. In dieser Umsetzung stellt ein auslösender Spannungspegel 1020c eine nützliche die Ablösung auslösende Schwelle dar. Mit anderen Worten kann ein Ablösungszustand festgestellt werden, wenn das Signal 1010c im Ablösungserkennungs-Pixelbereich DSPR negativer als der Spannungspegel 1020c wird. Umgekehrt zeigt ein Signalpegel über dem Spannungspegel 1020c im Ablösungserkennungs-Pixelbereich DSPR einen Befestigungszustand an.
11 ist ein Diagramm eines Schaubilds 1100 einer Reaktionskurve 1110, die die Eigenschaften eines bestimmten Ausführungsbeispiels eines Ablösungssignalelements 299 darstellt. Wie oben beschrieben kann das Ablösungssignalelement 299 in verschiedenen Umsetzungen so konfiguriert sein, dass es den Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelement im Wesentlichen reflektiert. Das Ablösungssignalelement kann aus Elementen wie einem reflektierenden Tiefpassfilter, einem reflektierenden Hochpass-Kantenfilter, einem reflektierenden Bandpassfilter usw. bestehen.
Im bestimmten Ausführungsbeispiel von 11 umfasst das Ablösungssignalelement, für das die Reaktionskurve gezeigt ist, eine Dünnschichtbeschichtung, die einen Scharfkantenfilter bildet, der als Tiefpassreflektor verwendet wird. Die Reaktionskurve 1110 zeigt bei Wellenlängen von 440 nm und darunter einen Reflektionsgrad von annähernd 100%, während eine hohe Übertragung über höhere Mess-Wellenlängen aufrechterhalten wird (z. B. über 450 nm). Solche Scharfkantenfilter sind im Handel von Unternehmen wie Semrock Inc. in Rochester, New York, www.semrock.com erhältlich. Diese Art von Reaktionskurve kann zur Verwendung in bestimmten Systemtypen ideal geeignet sein. Als eine bestimmte beispielhafte Umsetzung kann eine Lichtquelle 164 verwendet werden, die eine LED zum Erregen einer Phosphorkomponente zum Bereitstellen des Messlichts enthält. In einer solchen Umsetzung, in der die Pumpenwellenlänge der LED 440 nm beträgt und die stabilen Phosphorwellenlängen, die als Mess-Wellenlängen verwendet werden, in einem Bereich wie 500 nm bis 700 nm liegen, wäre die in 11 gezeigte Reaktionskurve relativ ideal.
In verschiedenen Umsetzungen ist zu erkennen, dass das Ablösungssignalelement 299 verschiedene physikalische Eigenschaften aufweisen kann. Beispielsweise kann das Ablösungssignalelement in einer Umsetzung als Dünnschicht oder Fenster ein Substrat umfassen, das weniger als 1 mm stark ist, und in spezifischeren Umsetzungen in einen Stärkebereich von 50 μm bis 250 μm fallen. In verschiedenen Umsetzungen kann der reflektierende Dünnschichtfilter auf ein optisches Element angewendet werden, das auch für andere Zwecke in einem optischen Stift verwendet wird, wie eine Linse, einen Strahlteiler, ein Dichtfenster usw. Das oben mit Bezug auf 11 beschriebene Ablösungssignalelement kann an jedem der hierin offenbarten Orte für das Ablösungssignalelement verwendet werden. In verschiedenen Ausführungsformen können jedoch wirtschaftlichere Elemente verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie entsprechend ihrer optischen Eigenschaften am richtigen Ort konfiguriert werden, beispielsweise wie oben mit Bezug auf die Ablösungssignalelemente 299B, 299B', 299C und 299C' beschrieben.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Routine 1200 für die Verwendung eines Ablösungssignalelements zum Feststellen eines Ablösungszustands darstellt. Bei Block 1210 wird ein optischer Stift bereitgestellt, der ein auswechselbares optisches Element enthält, das einen chromatisch streuenden Optikteil und ein Ablösungssignalelement umfasst. Das Ablösungssignalelement ist so konfiguriert, dass es im Wesentlichen einen ersten Satz von Wellenlängen überträgt, die einem Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystems entsprechen, und einen Satz von Wellenlängen des Ablösungselements zumindest teilweise reflektiert. Bei Block 1220 wird ein Ablösungszustand in Übereinstimmung damit festgestellt, dass der Satz von Ablösungselement-Wellenlängen nicht mehr zumindest teilweise reflektiert wird, was als Anzeichen dafür angesehen wird, dass sich das auswechselbare optische Element vom optischen Stift abgelöst hat. Bei Block 1230 wird ein Ablösungsanzeigesignal als Reaktion darauf bereitgestellt, dass der Ablösungszustand festgestellt wurde. Wie oben beschrieben kann das Ablösungsanzeigesignal für verschiedene Zwecke verwendet werden (z. B. ein Koordinatenmessgerät dazu zu veranlassen zu einem sofortigen Stillstand zu kommen, um weitere Schäden zu verhindern, falls eine Kollision stattgefunden hat usw.).
Während verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, werden dem Fachmann aufgrund dieser Offenbarung zahlreiche Veränderungen an den dargestellten und beschriebenen Anordnungen von Merkmalen und Betriebsabläufen einfallen. Beispielsweise erkennt der Fachmann, dass das abgebildete Flussdiagramm auf verschiedene Weisen geändert werden kann. Insbesondere kann die Reihenfolge der Schritte anders angeordnet werden, Schritte können parallel ausgeführt werden, Schritte können entfallen und andere Schritte können einbezogen werden usw. Daher versteht es sich, dass verschiedene Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4908951 [0002]
US 5825666 [0002]
US 7876456 [0028]
US 7990522 [0028]
US 13/542144 [0028, 0031, 0034, 0045]
US 13/481734 [0028, 0031, 0034, 0045]
US 2013/0163006 [0080]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

www.semrock.com [0095]

Claims

Auswechselbares optisches Element für einen optischen Stift zur Verwendung in einem chromatischen Entfernungssensorsystem, das in einem Koordinatenmessgerät (CMM) Messinformationen für ein Werkstück bereitstellt, wobei der optische Stift einen optischen Stift-Grundkörper umfasst, der bezüglich eines sich bewegenden Teils des CMMs feststehend ist, und der einen Lichtwellenleiter enthält, der Quelllicht ausgibt, das durch eine konfokale Öffnung übertragen wird und reflektiertes Messsignallicht empfängt, das durch die konfokale Öffnung zurückgeleitet wird, wobei das auswechselbare optische Element Folgendes umfasst: einen Montageteil, der vom Grundkörper des optischen Stifts aufgenommen wird, um das auswechselbare optische Element bezüglich des Grundkörpers in einem festen Verhältnis festzuhalten; einen chromatisch streuenden Optikteil, der so konfiguriert ist, dass er Quelllicht von der konfokalen Öffnung eingibt, das Licht mit longitudinaler chromatischer Aberration entlang eines Messbereichs fokussiert, und Messsignallicht, das von Oberflächen im Messbereich reflektiert wird, zur konfokalen Öffnung zurückleitet; und ein Ablösungssignalelement, das so positioniert ist, dass es das Quelllicht empfängt und konfiguriert ist, um (a) im Wesentlichen einen ersten Satz von Wellenlängen zu übertragen, die dem Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystem entsprechen; und (b) einen Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements, die durch den Lichtwellenleiter zurückgeleitet werden sollen, zumindest teilweise zu reflektieren.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements nicht zu einem ersten Satz von Wellenlängen gehört, die einem Messbereich entsprechen.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei der erste Satz von Wellenlängen, die einem Messbereich entsprechen, von einem Wellenlängendetektor festgestellt wird, der auch dazu verwendet wird, den Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements festzustellen.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements von einem Satz von die Wellenlängen des Ablösungssignalelements erkennenden Pixeln festgestellt wird, der nicht zu einem Satz von Pixeln gehört, die die dem Messbereich entsprechenden Wellenlängen feststellen.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei die Wellenlängen des Ablösungssignalelements kürzer als die Wellenlängen des Messbereichs sind.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei das Ablösungssignalelement so konfiguriert ist, dass es den Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements im Wesentlichen reflektiert.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei das Ablösungssignalelement mindestens einen aus einem reflektierenden Tiefpassfilter, einem reflektierenden Hochpass-Kantenfilter oder einem reflektierenden Bandpassfilter umfasst.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements abgelenkt wird, um einem Weg zu folgen, der sich vom Satz der Wellenlängen des Messbereichs in einem Detektorteil des chromatischen Entfernungssensors unterscheidet.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 8, wobei der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements auf einen zweckbestimmten Ablösungssignalelement-Sensor gerichtet wird.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 8, wobei der Satz von Wellenlängen des Ablösesignalelements auf einen Satz von Pixeln in einem Ablösungssignal in einem Wellenlängendetektor des chromatischen Entfernungssensors gerichtet wird, und der Satz von Pixeln dazu verwendet wird, Signale im Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements zu erkennen.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei der Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements bei am Grundkörper montiertem auswechselbaren optischen Element durch den Lichtwellenleiter zurückgesendet wird, wodurch angezeigt wird, dass das auswechselbare optische Element befestigt ist.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei das Ablösungssignalelement so positioniert ist, dass es mindestens an einem der folgenden Orte liegt: Nahe der konfokalen Öffnung, nahe dem Ort, an dem das Quelllicht im auswechselbaren optische Element im Wesentlichen fokussiert wird oder nahe dem Ort, an dem das Quelllicht im auswechselbaren optische Element im Wesentlichen kollimiert wird.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 1, wobei das Ablösungssignalelement einen reflektierenden Dünnschichtfilter umfasst.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 13, wobei der reflektierende Dünnschichtfilter auf ein optisches Element angewendet wird, das zum auswechselbaren optischen Element gehört und mindestens eines der folgenden umfasst: eine Linse, einem Strahlteiler, ein Dichtfenster oder ein weniger als 1 mm starkes durchlässiges Substrat.
Auswechselbares optisches Element nach Anspruch 13, wobei der reflektierende Dünnschichtfilter Licht an einem Band von Wellenlängen reflektiert, das außerhalb eines Wellenlängenbereichs liegt, der dem normalen Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystems liegt.
Verfahren zum Feststellen einen Ablösungszustands für ein chromatisches Entfernungssensorsystem, das in einem Koordinatenmessgerät Informationen zur Werkstückmessung bereitstellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines optischen Stifts zur Verwendung in einem chromatischen Entfernungssensorsystem, wobei der optische Stift ein auswechselbares optische Element enthält, das einen chromatisch streuenden Optikteil und ein Ablösesignalelement umfasst, wobei das Ablösungssignalelement so konfiguriert ist, dass es einen ersten Satz von Wellenlängen im Wesentlichen überträgt, der einem Messbereich des chromatischen Entfernungssensorsystems entspricht, und einen Satz von Wellenlängen des Ablösungselements zumindest teilweise reflektiert; Feststellen eines Ablösungszustands, wenn der Satz von Wellenlängen des Ablösungselements nicht zumindest teilweise reflektiert wird, was anzeigt, dass sich das auswechselbare optische Element vom optischen Stift abgelöst hat; und Bereitstellen eines Ablösungsanzeigesignals, wenn ein Ablösungszustand festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Signalbeiträge des Ablösesignalelements so kompensiert sind, dass ein kompensierter Satz von Ausgabesignalen vom System beim Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements keine Spitze aufweist, wenn das auswechselbare optische Element am optischen Stift befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der kompensierte Satz von Ausgabesignalen vom System beim Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements eine negative Spitze aufweist, wenn das auswechselbare optische Element abgelöst ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Ablösesignalelement-Signalbeiträge vom System, die nicht kompensiert sind, beim Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements eine Spitze aufweisen, wenn das auswechselbare optische Element befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Ablösesignalelement-Signalbeiträge vom System, die nicht kompensiert sind, beim Satz von Wellenlängen des Ablösungssignalelements keine Spitze aufweisen, wenn das auswechselbare optische Element abgelöst ist.