DE102017215412A1

DE102017215412A1 - Coordinate measuring device for determining at least one coordinate of at least one measurement object

Info

Publication number: DE102017215412A1
Application number: DE102017215412.8A
Authority: DE
Inventors: Holger Münz; Nils Haverkamp
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2017-09-04
Publication date: 2019-03-07
Also published as: JP6652997B2; JP2019045500A

Abstract

Es wird ein Koordinatenmessgerät (110) zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts (112) vorgeschlagen. Das Koordinatenmessgerät (110) weist mindestens ein optisches Element (114) auf. Das optische Element (114) ist eingerichtet, einen Abbildungsmaßstab mindestens eines Bildpunktes in Abhängigkeit von einem Abstand des Bildpunktes von einer optischen Achse (116) des optischen Elements (114) einzustellen. Das Koordinatenmessgerät (110) weist mindestens eine Abbildungsvorrichtung (118) auf, welche eingerichtet ist, mindestens eine Abbildung des Bildpunktes zu erzeugen. Das Koordinatenmessgerät (110) weist mindestens eine Auswerteeinheit (120) auf. Die Auswerteeinheit (120) ist eingerichtet, eine Verzeichnung der Abbildung zu korrigieren. Die Auswerteeinheit (120) ist eingerichtet, aus der korrigierten Abbildung die Koordinate des Messobjekts (112) zu bestimmen.A coordinate measuring machine (110) for determining at least one coordinate of at least one measuring object (112) is proposed. The coordinate measuring machine (110) has at least one optical element (114). The optical element (114) is set up to set a magnification of at least one pixel as a function of a distance of the pixel from an optical axis (116) of the optical element (114). The coordinate measuring machine (110) has at least one imaging device (118) which is set up to generate at least one image of the pixel. The coordinate measuring machine (110) has at least one evaluation unit (120). The evaluation unit (120) is set up to correct a distortion of the image. The evaluation unit (120) is set up to determine the coordinate of the measurement object (112) from the corrected image.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts und ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Koordinatenmesstechnik unter Verwendung eines berührungslosen Koordinatenmessgeräts.The invention relates to a coordinate measuring machine for determining at least one coordinate of at least one measurement object and a method for determining at least one coordinate of at least one measurement object. In particular, the present invention relates to the field of coordinate metrology using a non-contact coordinate measuring machine.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung von Koordinaten eines Messobjekts, beispielsweise Turbinenschaufeln, Karosseriebleche, Dichtungen oder Leiterplatinen, bekannt. Beispielsweise sind taktile und optische Koordinatenmessgeräte bekannt. Derartige Koordinatenmessgeräte können beispielsweise als Portalmessgeräte ausgestaltet sein. Portalmessgeräte umfassen ein Portal, welches zwei vertikale Säulen und eine die zwei Säulen in einem oberen Bereich verbindende Traverse aufweist, und welches auf einem Grundkörper zur Auflage des zu vermessenden Werkstückes in einer horizontalen Richtung beweglich gelagert ist. Entlang der Traverse ist ein Messschlitten beweglich gelagert, in welchem eine in vertikaler Richtung bewegliche Pinole gelagert ist. An einem unteren Ende der Pinole ist ein Sensor, insbesondere ein taktiler oder optischer Sensor, mit welchem eine Oberfläche des Messobjekts abgetastet oder berührungsfrei abgebildet werden kann, angeordnet. Der Sensor kann durch die beschriebene Portal-Mechanik in allen Koordinatenrichtungen x, z, y relativ zum zu vermessenden Messobjekt bewegt werden.Various devices and methods for determining coordinates of a measurement object, for example turbine blades, body panels, seals or printed circuit boards, are known from the prior art. For example, tactile and optical coordinate measuring machines are known. Such coordinate measuring machines can be designed, for example, as portal measuring devices. Portal gauges comprise a gantry which has two vertical columns and a cross-beam connecting the two columns in an upper area, and which is movably mounted on a base body for supporting the workpiece to be measured in a horizontal direction. Along the traverse a measuring slide is movably mounted, in which a vertically movable quill is mounted. At a lower end of the quill is a sensor, in particular a tactile or optical sensor, with which a surface of the measurement object can be scanned or imaged without contact, arranged. The sensor can be moved by the described portal mechanism in all coordinate directions x, z, y relative to the measured object to be measured.

Für optische Koordinatenmessgeräte sind jedoch einerseits hochauflösende Messungen und anderseits große Messfelder bzw. Überblicksaufnahmen notwendig. Bei großen Messfeldem muss bei bekannten Koordinatenmessgeräten zugunsten eines größeren Messbereiches auf Auflösung verzichtet werden. Weiter wird in bekannten Koordinatenmessgeräten ein Verhältnis von Messbereichen, die so genannte Spreizung, durch so genannte Zoom-Systeme eingeführt, bei welchen durch Verstellen von Linsenpositionen, beispielsweise in einer Kaskade abbildender Linsenglieder bzw. -gruppen, der Abbildungsmaßstab eingestellt werden kann. Somit lässt sich in diesen Zoom-Systemen wählen, welcher Objektausschnitt auf eine Kamera abgebildet werden soll. Derartige Zoom-Systeme können jedoch nachteilig sein. Beispielsweise ist eine Optomechanik zum Verfahren der Linsen teuer und unterliegt Verschleiß. Ein Spiel in der Mechanik kann zu Messinstabilitäten und/oder Ungenauigkeiten führen. Derartige Systeme bauen tendenziell groß. Es kann ein wechselnder Wärmeeintrag durch Motoren, Controller und Reibung der Antriebe erfolgen, so dass derartige Systeme nur mit hohem Aufwand thermisch in den Griff zu bekommen sind.For optical coordinate measuring machines, on the one hand, high-resolution measurements and, on the other hand, large measuring fields or overview images are necessary. In the case of large measuring fields, resolution must be dispensed with in known coordinate measuring machines in favor of a larger measuring range. Further, in known coordinate measuring machines, a ratio of measuring ranges, the so-called spread, introduced by so-called zoom systems, in which by adjustment of lens positions, for example, in a cascade imaging lens members or groups, the magnification can be adjusted. Thus it can be selected in these zoom systems which object section is to be imaged on a camera. However, such zoom systems can be disadvantageous. For example, opto-mechanics for moving the lenses is expensive and subject to wear. A game in mechanics can lead to measurement instabilities and / or inaccuracies. Such systems tend to grow large. There may be an alternating heat input by motors, controllers and friction of the drives, so that such systems are thermally to get a grip on only with great effort.

Bekannt ist weiter eine Vergrößerung von Messfeldern durch eine Erhöhung einer Anzahl von Pixeln eines Kamerachips zu erreichen. Dennoch kann eine Vergrößerung der Chips und/oder eine Verdichtung der Pixel zur Vergrößerung des Messbereiches bei Erhalt der Auflösung nicht für alle Anwendungen geeignet sein. Beispielsweise sind für Anwendungen Spreizungen von 4:1 und größer wünschenswert. Eine Vergrößerung des Chips bzw. eine Verdichtung der Pixel um derartige Faktoren findet bisher auch im Rahmen der Fortschritte in der Halbleiterindustrie nicht statt oder diese Chips sind für den Einsatz im Industriebereich ungeeignet. Um größere Chips durch eine Abbildungsoptik zu füllen, ist insbesondere eine Vergrößerung eines Durchmessers der Abbildungsoptik notwendig. Eine derartige Abbildungsoptik ist jedoch schwer, groß und teuer.It is also known to increase the size of measuring fields by increasing a number of pixels of a camera chip. However, enlarging the chips and / or densifying the pixels to increase the measurement range while preserving the resolution may not be suitable for all applications. For example, for applications, spreads of 4: 1 and larger are desirable. An enlargement of the chip or a compression of the pixels by such factors does not occur so far in the context of progress in the semiconductor industry, or these chips are unsuitable for use in the industrial sector. In order to fill larger chips by an imaging optics, in particular an enlargement of a diameter of the imaging optics is necessary. However, such imaging optics are heavy, large and expensive.

Weiter beschreibt US 2008/0158226 A1 eine Vorrichtung mit einem optischen Element, einem mit diesem gekoppelten Bild-Sektor-Element, welches eingerichtet ist ein Sichtfeld in eine Vielzahl von Bereichen einzuteilen, und einem Bildprozessor, welcher eingerichtet ist das Bild entsprechend der Bereiche zu verarbeiten.Next describes US 2008/0158226 A1 a device having an optical element, an image-sector element coupled thereto, arranged to divide a field of view into a plurality of regions, and an image processor arranged to process the image corresponding to the regions.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere sollen eine möglichst hochauflösende Messung und möglichst große Messfelder ermöglicht werden.It is therefore an object of the present invention to provide a coordinate measuring machine and a method which at least largely avoid the disadvantages of known devices and methods. In particular, a high-resolution measurement and the largest possible measuring fields are to be made possible.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.This object is achieved by a device and a method having the features of the independent claims. Advantageous developments, which can be implemented individually or in combination, are presented in the dependent claims.

Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente. Hereinafter, the terms "having", "having", "including" or "including" or any grammatical variations thereof are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms may refer to situations in which, in addition to the feature introduced by these terms, there are no other features, or to situations in which one or more other features are present. For example, the expression "A has B", "A has B", "A includes B" or "A includes B" can both refer to the situation in which, apart from B, there is no further element in A. (ie a situation in which A consists exclusively of B), as well as the situation in which, in addition to B, one or more further elements in A are present, for example element C, elements C and D or even further elements ,

Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.It is further to be understood that the terms "at least one" and "one or more" and grammatical variations of these terms or similar terms, when used in conjunction with one or more elements or features, are intended to express that element or feature in a simple manner or may be provided more than once, as a rule be used only once, for example, at the first introduction of the feature or element. In a subsequent re-mention of the feature or element, the corresponding term "at least one" or "one or more" is generally no longer used, without limiting the possibility that the feature or element may be single or multiple.

Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.Furthermore, the terms "preferably", "in particular", "for example" or similar terms are used below in connection with optional features, without restricting alternative embodiments thereof. Thus, features introduced by these terms are optional features, and it is not intended by these features to limit the scope of the claims and, in particular, the independent claims. Thus, as those skilled in the art will recognize, the invention may be practiced using other embodiments. Similarly, features introduced by "in one embodiment of the invention" or by "in one embodiment of the invention" are to be understood as optional features without, however, being construed as limiting alternative embodiments or the scope of the independent claims. Furthermore, these introductory expressions are intended to preserve all possibilities of combining the features introduced thereby with other features, be they optional or non-optional features.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Koordinatenmessgerät zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts vorgeschlagen.In a first aspect of the present invention, a coordinate measuring machine for determining at least one coordinate of at least one measurement object is proposed.

Unter einem Messobjekt kann dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebig geformtes zu vermessendes Objekt verstanden werden. Beispielsweise kann das Messobjekt ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Prüfling, einem zu vermessenden Werkstück und einem zu vermessenden Bauteil, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Das Messobjekt kann ein dreidimensionales Messobjekt sein, beispielsweise mindestens eine Turbinenschaufel, mindestens ein Karosserieblech, mindestens eine Dichtung oder mindestens eine Leiterplatine. Insbesondere kann das Messobjekt mindestens eine Kante sein oder mindestens eine Kante aufweisen. Unter einer Kante kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Oberfläche mit einer Begrenzung oder einer Kontur mit Krümmungsradius von weniger als 1 mm verstanden werden. Auch andere Messobjekte sind jedoch denkbar.In the context of the present invention, a measuring object can generally be understood to be an arbitrarily shaped object to be measured. For example, the measurement object may be selected from the group consisting of a test object, a workpiece to be measured and a component to be measured, for example a motor vehicle. The measurement object may be a three-dimensional measurement object, for example at least one turbine blade, at least one body panel, at least one seal or at least one printed circuit board. In particular, the measurement object can be at least one edge or have at least one edge. In the context of the present invention, an edge can be understood as meaning a surface having a boundary or a contour with a radius of curvature of less than 1 mm. Other measurement objects are also conceivable.

Unter einem „Koordinatenmessgerät“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, die mindestens eine Koordinate des Messobjekts zu bestimmen. Das Koordinatenmessgerät kann ein optisches Koordinatenmessgerät sein. Das Koordinatenmessgerät kann ein Koordinatenmessgerät mit abbildendem Messsystem sein. Das Koordinatenmessgerät kann beispielsweise ein Portalmessgerät oder ein Brückenmessgerät sein. Das Koordinatenmessgerät kann einen Messtisch mit mindestens einer Auflagefläche zur Auflage des Messobjekts aufweisen. Das Koordinatenmessgerät kann mindestens ein Portal aufweisen, welches mindestens eine erste vertikale Säule, mindestens eine zweite vertikale Säule und eine die erste vertikale Säule und die zweite vertikale Säule verbindende Traverse aufweist. Die mindestens eine vertikale Säule ausgewählt aus der ersten und zweiten vertikalen Säule kann auf dem Messtisch in einer horizontalen Richtung beweglich sein. Die horizontale Richtung kann beispielsweise eine Richtung entlang einer y-Achse sein. Das Koordinatenmessgerät kann ein Koordinatensystem, beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem, aufweisen. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann beispielsweise durch einen Sensor des Koordinatenmessgeräts gegeben sein. Eine x-Achse kann senkrecht zur y-Achse, in einer Ebene der Auflagefläche des Messtisches verlaufen. Senkrecht zu der Ebene der Auflagefläche, in eine vertikale Richtung, kann sich eine z-Achse erstrecken. Die vertikalen Säulen können sich entlang der z-Achse erstrecken. Die Traverse kann sich entlang der x-Achse erstrecken.A "coordinate measuring machine" can be understood to mean a device which is set up to determine the at least one coordinate of the measuring object. The coordinate measuring machine may be an optical coordinate measuring machine. The coordinate measuring machine can be a coordinate measuring machine with imaging measuring system. The coordinate measuring machine can be, for example, a portal measuring device or a bridge measuring device. The coordinate measuring machine can have a measuring table with at least one bearing surface for supporting the test object. The coordinate measuring machine may have at least one portal which has at least one first vertical column, at least one second vertical column and a cross-member connecting the first vertical column and the second vertical column. The at least one vertical column selected from the first and second vertical columns may be movable on the measuring table in a horizontal direction. The horizontal direction may be, for example, a direction along a y-axis. The coordinate measuring machine can have a coordinate system, for example a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. An origin or zero point of the coordinate system can for example be given by a sensor of the coordinate measuring machine. An x-axis may be perpendicular to the y-axis, in a plane of the support surface of the measuring table. Perpendicular to the plane of the bearing surface, in a vertical direction, can be a z-axis extend. The vertical columns may extend along the z-axis. The traverse can extend along the x-axis.

Das Koordinatenmessgerät weist mindestens ein optisches Element auf. Das optische Element ist eingerichtet, einen Abbildungsmaßstab mindestens eines Bildpunktes in Abhängigkeit von einem Abstand des Bildpunktes von einer optischen Achse des optischen Elements einzustellen. Das Koordinatenmessgerät weist mindestens eine Abbildungsvorrichtung auf, welche eingerichtet ist, mindestens eine Abbildung des Bildpunktes zu erzeugen. Das Koordinatenmessgerät weist mindestens eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, eine Verzeichnung der Abbildung zu korrigieren. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, aus der korrigierten Abbildung die Koordinate des Messobjekts zu bestimmen.The coordinate measuring machine has at least one optical element. The optical element is set to set a magnification of at least one pixel as a function of a distance of the pixel from an optical axis of the optical element. The coordinate measuring machine has at least one imaging device which is set up to generate at least one image of the pixel. The coordinate measuring machine has at least one evaluation unit. The evaluation unit is set up to correct a distortion of the image. The evaluation unit is set up to determine the coordinate of the measurement object from the corrected image.

Unter einem „optischen Element“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebiges optisches Bauteil oder eine beliebige optische Komponente verstanden werden. Beispielsweise kann das optische Element eine Vielzahl von Komponenten aufweisen. Die Komponenten können dabei räumlich getrennt voneinander ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das optische Element ein optisches System mit einer Vielzahl von optischen Bauteilen aufweisen, beispielsweise eine oder mehrere Linsen und/oder Linsengruppen und/oder weitere optische Bauteile. Das optische Element kann mindestens eine asphärische Linse aufweisen. Unter einer „asphärischen Linse“ kann ein optisches Element mit mindestens einer asphärischen Fläche, also eine von einer Kreisform und/oder planen Form abweichenden Fläche, verstanden werden. Asphärische Flächen können mit folgender Gleichung beschrieben werden $z (h) = \frac{}{\sqrt{}} + \sum_{k = 1}$

wobei z eine Pfeilhöhe, ρ eine Scheitelkrümmung, h ein Abstand senkrecht zu der optischen Achse, κ eine konische Konstante, c_k Koeffizienten von Korrekturpolynomen und i eine ganze natürliche Zahl ist. Das optische Element kann mindestens zwei asphärische Linsen aufweisen. Die asphärischen Linsen können identisch oder verschieden ausgestaltet sein.In the context of the present invention, an "optical element" can be understood to mean any optical component or any optical component. For example, the optical element may have a plurality of components. The components can be designed spatially separated from each other. For example, the optical element may comprise an optical system with a multiplicity of optical components, for example one or more lenses and / or lens groups and / or further optical components. The optical element may comprise at least one aspherical lens. An "aspheric lens" can be understood to mean an optical element having at least one aspherical surface, that is to say a surface deviating from a circular shape and / or planar shape. Aspherical surfaces can be described by the following equation

z (H) = \frac{}{\sqrt{}} + \underset{k = 1}{Σ}

where z is an arrowhead, ρ is a vertex curvature, h is a distance perpendicular to the optical axis, κ is a conic constant, c _{k is a} coefficient of correction polynomials, and i is an integer natural number. The optical element may comprise at least two aspheric lenses. The aspherical lenses may be identical or different.

Unter einem „Abbildungsmaßstab“, auch Vergrößerung genannt, kann ein Verhältnis zwischen Bildgröße einer optischen Abbildung des Messobjekts zu dessen realer Objektgröße verstanden werden. Unter einem Bildpunkt kann ein Punkt in einer Bildebene des Messobjekts verstanden werden. Eine Gesamtheit der Bildpunkte kann als Abbildung, auch Bild genannt, des Messobjekts bezeichnet werden. Unter einer „Abbildung“ kann grundsätzlich eine Erzeugung eines Bildes des Messobjekts verstanden werden. Das optische Element kann einen Teil einer von dem Messobjekt ausgehenden Energie im sichtbaren Spektralbereich in die Bildebene übertragen. Beispielsweise kann die Energie von dem Messobjekt selbst generiert werden, beispielsweise bei einem selbstleuchtenden Messobjekt, und/oder die Energie kann durch Beleuchtung des Messobjekts erzeugt und am Messobjekt in übertragbare Energie umgesetzt werden, beispielsweise durch Reflektion. Die Abbildung kann eine Abbildung eines Teilbereichs des Messobjekts sein oder eine Abbildung des gesamten Messobjekts.A "magnification", also called magnification, can be understood as a ratio between the image size of an optical image of the measurement object and its real object size. Under a pixel, a point in an image plane of the measurement object can be understood. An entirety of the pixels can be referred to as an image, also called an image, of the measurement object. An "image" can basically be understood to mean the generation of an image of the measurement object. The optical element can transmit part of an energy emanating from the measurement object in the visible spectral range into the image plane. For example, the energy can be generated by the measurement object itself, for example in the case of a self-luminous measurement object, and / or the energy can be generated by illuminating the measurement object and converted into transferable energy at the measurement object, for example by reflection. The image may be an image of a subregion of the measurement object or an image of the entire measurement object.

Die optische Achse kann eine gemeinsame optische Achse der Komponenten des optischen Elements sein. Unter einem „Abstand des Bildpunktes von der optischen Achse“ kann ein Abstand senkrecht zu der optischen Achse in der Bildebene des Messobjekts verstanden werden. Die optische Achse kann beispielsweise eine z-Achse definieren und die Bildebene senkrecht dazu eine xy-Ebene bilden. Unter einem Einstellen des Abbildungsmaßstabs in Abhängigkeit von dem Abstand des Bildpunktes von der optischen Achse kann verstanden werden, dass das optische Element eingerichtet ist, dass für Bildpunkte mit zunehmender Achsenentfemung eine Vergrößerung abnimmt. Das optische Element kann einen geometrischen Abbildungsfehler aufweisen. Insbesondere kann das optische Element eine verzeichnende Optik aufweisen. Das optische Element kann eine foveale Optik aufweisen. Das optische Element kann eingerichtet sein, für achsnahe Messfeldbereiche einen ersten Abbildungsmaßstab einzustellen und für achsferne Messfeldbereiche einen zweiten Abbildungsmaßstab einzustellen. Das optische Element kann eingerichtet sein, simultan den ersten Abbildungsmaßstab für achsnahe Messfeldbereiche und den zweiten Abbildungsmaßstab für achsferne Messfeldbereiche einzustellen. Der erste Abbildungsmaßstab kann größer sein als der zweite Abbildungsmaßstab. Die achsnahen und achsfernen Messfeldbereiche können sich rotationssymmetrisch oder nicht-rotationssymmetrisch in der Bildebene von der optischen Achse radial nach außen erstrecken. Unter „achsnah“ kann ein Messfeldbereich verstanden werden, welcher im Vergleich zu einem „achsfernen“ Messfeldbereich einen kleineren Radius von der optischen Achse aus aufweist. Bei einem Achsabstand von Null wird dabei der Begriff optische Achse verwendet. Bei einem Achsabstand kleiner oder gleich 2/3 einer Felddiagonale wird der Begriff Zone verwendet und bei einem Achsabstand von einem äußeren Bereich bis 3/3 der Felddiagonale wird der Begriff Rand verwendet. Ein achsnaher Messfeldbereich kann insbesondere im Bereich der Zone sein, während ein achsfemer Messfeldbereich im Bereich des Randes sein kann. Der achsferne Messfeldbereich kann den achsnahen Messfeldbereich umgeben. Die Größe, insbesondere eine Fläche, von achsnahen und achsfernen Messfeldbereichen kann durch die Komponenten des optischen Elements bestimmt werden. Das optische Element kann eingerichtet sein, Spreizungen von 4:1 und größer, bevorzugt von 5:1 und größer, für achsnahe Messfeldbereiche und für achsferne Messfeldbereiche einzustellen.The optical axis may be a common optical axis of the components of the optical element. A "distance of the image point from the optical axis" can be understood to be a distance perpendicular to the optical axis in the image plane of the measurement object. For example, the optical axis may define a z-axis and the image plane perpendicular to it may form an xy-plane. By adjusting the magnification in dependence on the distance of the pixel from the optical axis, it can be understood that the optical element is arranged such that an enlargement decreases for pixels with increasing axis removal. The optical element may have a geometric aberration. In particular, the optical element may have a distinctive appearance. The optical element may have a foveal optic. The optical element can be set up to set a first image scale for axis-near measuring field regions and to set a second image scale for off-axis measuring field regions. The optical element can be set up to simultaneously set the first magnification for near-axis measuring field areas and the second magnification for off-axis measuring field areas. The first image scale may be larger than the second image scale. The near-axis and off-axis measuring field regions may extend in a rotationally symmetrical or non-rotationally symmetrical manner in the image plane from the optical axis radially outwards. The term "close to the axis" can be understood to mean a measuring field region which has a smaller radius from the optical axis in comparison to a "measuring region away from the axis". With a center distance of zero, the term optical axis is used. With an axial distance of less than or equal to 2/3 of a field diagonal, the Term zone is used and at a distance from an outer area to 3/3 of the field diagonal, the term edge is used. An axis-near measuring field region may in particular be in the region of the zone, while an axial measuring field region may be in the region of the edge. The off-axis measuring field region can surround the near-axis measuring field region. The size, in particular a surface, of near-axis and off-axis measuring field regions can be determined by the components of the optical element. The optical element can be set up to set spreads of 4: 1 and larger, preferably of 5: 1 and larger, for axis-near measuring field regions and for axis-distant measuring field regions.

Das optische Element kann eingerichtet sein, achsnahe Messfeldbereiche telezentrisch auf die Abbildungsvorrichtung abzubilden. Mit zunehmender Achsentfernung kann die Telezentrie abnehmen. Wie oben ausführt, kann das optische Element eingerichtet sein, simultan den ersten Abbildungsmaßstab für achsnahe Messfeldbereiche und den zweiten Abbildungsmaßstab für achsferne Messfeldbereiche einzustellen. So kann eine wegen geringer Schärfentiefe achsnah scharfe z-Auszeichnung eines Arbeitsabstandes der Optik auch auf die achsfernen Bildbereiche übertragen werden. Mit dieser scharfen z-Auszeichnung kann ein Einfluss der fehlenden Telezentrie auf die xy-Messgenauigkeit für die achsfernen Messbereiche deutlich minimiert, Schärfentiefe ~NA², werden.The optical element may be configured to image near-axis measuring field regions telecentrically onto the imaging device. With increasing axis distance, telecentricity may decrease. As stated above, the optical element may be configured to simultaneously set the first magnification for near-field measurement areas and the second magnification for off-axis areas. Thus, because of a shallow depth of field close to the axis sharp z-award of a working distance of the optics can be transferred to the off-axis image areas. With this sharp z-marking an influence of the missing telecentricity on the xy-measuring accuracy for the off-axis measuring ranges can be clearly minimized, depth of field ~ NA ² .

Die Abbildungsvorrichtung kann mindestens ein Sensorelement aufweisen. Beispielsweise kann das Sensorelement rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Das optische Element kann eingerichtet sein, dass ein Verzeichnungsverlauf in allen radialen Richtungen identisch ist. Der Verzeichnungsverlauf kann mit einer Feldhöhe in der jeweiligen Richtung skalieren.The imaging device may comprise at least one sensor element. For example, the sensor element can be configured rotationally symmetrical. The optical element may be arranged such that a distortion profile is identical in all radial directions. The distortion history can scale with a field height in the respective direction.

Beispielsweise kann das Sensorelement nicht-rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Sensorelement rechteckig sein, beispielsweise mit einem Seitenverhältnis von 4:3. Das optische Element kann eingerichtet sein einen uneinheitlichen Verzeichnungsverlauf zu erzeugen. Beispielsweise kann das optische Element eingerichtet sein, dass der Verzeichnungsverlauf in verschiedenen radialen Richtungen unterschiedlich ist, d.h. passend zur Feldgeometrie nicht-rotationssymmetrisch. Das optische Element kann eingerichtet sein, dass der Verzeichnungsverlauf nicht-rotationssymmetrisch ist. Beispielsweise kann in einer kurzen Feldrichtung kann eine maximale Vergrößerung nur bis zu einer entsprechend kleineren Feldhöhe erforderlich sein und danach bereits abnehmen. In einer Diagonalen kann die Vergrößerung bis zu einem größeren Radius konstant gehalten werden. Das optische Element kann eingerichtet sein, dass der Verzeichnungsverlauf nicht-rotationssymmetrisch ist, so dass bei dem Verzeichnungsverlauf für eine feste Feldhöhe im Objekt die zugehörige Feldhöhe im Bild die gleiche azimutale Abhängigkeit wie Ausdehnung des Sensorelements in der entsprechenden Richtung aufweist, insbesondere eine azimutale Abhängigkeit mit vier Minima und Maxima. Das optische Element kann mindestens zwei feldnahe Freiform-Doppelasphären aufweisen. Das optische Element kann mindestens zwei nicht-rotationssymmetrische, Freiform-Doppel-Asphären aufweisen.For example, the sensor element may be configured non-rotationally symmetrical. For example, the sensor element may be rectangular, for example with an aspect ratio of 4: 3. The optical element may be arranged to generate a non-uniform distortion profile. For example, the optical element may be arranged such that the distortion profile is different in different radial directions, i. non-rotationally symmetric to the field geometry. The optical element can be set up such that the distortion profile is non-rotationally symmetric. For example, in a short field direction, maximum magnification may only be required up to a correspondingly smaller field height and then already decrease. In a diagonal, the magnification can be kept constant up to a larger radius. The optical element can be set up such that the distortion profile is non-rotationally symmetric, such that the associated field height in the image has the same azimuthal dependency as expansion of the sensor element in the corresponding direction in the distortion curve for a fixed field height in the object, in particular an azimuthal dependence four minima and maxima. The optical element may have at least two near-field free-form double aspheres. The optical element may comprise at least two non-rotationally symmetric free-form double aspheres.

Unter einer „Abbildungsvorrichtung“ kann eine beliebig ausgestaltete Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, mindestens eine Abbildung des Bildpunktes zu erzeugen. Die Abbildungsvorrichtung kann das mindestens eine Sensorelement aufweisen. Unter einem „Sensorelement“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, um mindestens eine optische Messgröße, beispielsweise eines von dem Messobjektausgehenden Detektionslichtstrahls, zu erfassen und ein entsprechendes Signal zu generieren, beispielsweise ein elektrisches Signal, beispielsweise ein analoges und/oder ein digitales Signal. Das Sensorelement kann eine Vielzahl von Pixeln aufweisen. Die Abbildungsvorrichtung kann mindestens eine Kamera aufweisen. Beispielsweise kann die Abbildungsvorrichtung mindestens einen Kamerachip mit einer Vielzahl von Pixeln aufweisen. Beispielsweise kann der Kamerachip ein 1" Kamerachip oder größer sein mit etwa 10MPx oder größer. Eine mittlere Pixelgröße kann beispielsweise 3 µm sein. Beispielsweise kann eine Pixelgröße zwischen 3 und 7 Mikrometern und eine Pixelanzahl von 2MPx bis 50MPx sein. Beispielsweise kann eine Bildeinzugsraten von vorzugsweise 25 bis 50 Hz sein.An "imaging device" can be understood as an arbitrarily configured device which is set up to generate at least one image of the pixel. The imaging device may comprise the at least one sensor element. In the context of the present invention, a "sensor element" can be understood as any device which is set up to detect at least one optical measured variable, for example a detection light beam emanating from the measuring object, and to generate a corresponding signal, for example an electrical signal, for example a analog and / or a digital signal. The sensor element may comprise a plurality of pixels. The imaging device may include at least one camera. For example, the imaging device may include at least one camera chip having a plurality of pixels. For example, the camera chip may be a 1 "camera chip or larger at about 10MPx or larger., For example, a pixel size may be between 3 and 7 microns and a pixel count from 2MPx to 50MPx 25 to 50 Hz.

Unter einer „Auswerteeinheit“ kann allgemein eine elektronische Vorrichtung verstanden sein, welche eingerichtet ist, um von der Abbildungsvorrichtung, insbesondere dem Sensorelement, erzeugte Signale auszuwerten. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem Sensorelement und der Auswerteeinheit vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um das Sensorelement anzusteuern. Die Auswerteeinheit kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, den Kamerachip der Abbildungsvorrichtung auszulesen, beispielsweise mit einer Ausleserate. Die Ausleserate kann einige zehn Hertz und größer sein. Die Datenübertragung kann kabelgebunden, beispielsweise über Lichtleiter, und/oder über Funk erfolgen.An "evaluation unit" can generally be understood to mean an electronic device which is set up to evaluate signals generated by the imaging device, in particular the sensor element. For example, one or more electronic connections between the sensor element and the evaluation unit can be provided for this purpose. The evaluation unit can comprise, for example, at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The data processing device can have one or more volatile and / or non-volatile data memories, wherein the data processing device can be set up, for example by programming, to control the sensor element. The evaluation unit may further comprise at least one interface, for example an electronic interface and / or a human-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard. The evaluation unit can be constructed, for example, centrally or decentrally. Other embodiments are conceivable. The evaluation unit can be set up to read the camera chip of the imaging device, for example with a read-out rate. The readout rate can be several tens of hertz and greater. The data transmission can be wired, for example via optical fibers, and / or via radio.

Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, eine Verzeichnung der Abbildung zu korrigieren. Die Auswerteeinheit kann eine Bildverarbeitungsvorrichtung aufweisen. Die Bildbearbeitungsvorrichtung kann zumindest teilweise als Teil der Abbildungsvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise als „embedded platform“. Unter „zumindest teilweise als Teil der Abbildungsvorrichtung“ kann verstanden werden, dass zumindest ein Teil der Bildbearbeitungsvorrichtung als Bestandteil der Abbildungsvorrichtung angeordnet ist, wobei weitere Teile der Bildbearbeitungsvorrichtung auch außerhalb der Abbildungsvorrichtung angeordnet sein können und beispielsweise mit der Abbildungsvorrichtung über mindestens eine Verbindung, insbesondere einer Datenübertragung, verbunden sein können. Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann eingerichtet sein eine sensornahe Vorverarbeitung durchzuführen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann eingerichtet sein, Verzeichnungen zu korrigieren.The evaluation unit can be set up to correct a distortion of the image. The evaluation unit can have an image processing device. The image processing device may be at least partially provided as part of the imaging device, for example as an "embedded platform". By "at least partially as part of the imaging device" can be understood that at least part of the image processing device is arranged as part of the imaging device, wherein further parts of the image processing device can also be arranged outside the imaging device and, for example with the imaging device via at least one compound, in particular one Data transmission, can be connected. The image processing device can be set up to perform near-sensor preprocessing. The image processing device may be configured to correct distortions.

Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann Software zur Korrektur der Verzeichnungen aufweisen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann eingerichtet sein, mindestens eine „Region of Interest“ (ROI) in der Abbildung und/oder einen Bildausschnitt („image cropping) der Abbildung auszuwählen und/oder eine Kompression eines Bildbereichs durchzuführen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann eingerichtet sein, mindestens zwei Messfeldbereiche mit verschiedenen Abbildungsmaßstäben auszuwählen, insbesondere mindestens einen achsnahen Messfeldbereich und/oder mindestens einen achsfernen Messfeldbereich. Die Bilderverarbeitungsvorrichtung kann eingerichtet sein, eine ROI oder ein image cropping in Abhängigkeit davon auszuwählen, ob die achsnahen Details (Cropping achsfem) oder ob ein Überblick ohne die Details (Kompression achsnah) gewünscht wird. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit ein Graphical User Interface für eine Auswahl eines darzustellenden Ortsintervalls aufweisen.The image processing device may include software for correcting distortions. The image processing device can be set up to select at least one "region of interest" (ROI) in the image and / or an image cropping of the image and / or to carry out a compression of an image region. The image processing device can be set up to select at least two measuring field regions with different imaging scales, in particular at least one near-axis measuring field region and / or at least one off-axis measuring field region. The image processing device may be configured to select an ROI or an image cropping depending on whether the near-detail (cropping achsfem) details or an overview without the details (compression close to the axis) is desired. For example, the evaluation unit may have a graphical user interface for a selection of a location interval to be displayed.

Insbesondere vorteilhaft kann eine Verbindung der beschriebenen Optik mit einer kameranahen Bildverarbeitung bzw. Bildvorverarbeitung (sog. embedded processing Platformen) sein. Auf diese Weise kann zumindest eine Korrektur der beträchtlichen Verzeichnung vorverlagert werden, so dass im Anschluss an eine Korrektur sämtliche bereits vorhandene Steuerungs- und Regelelektronik, bzw. ihre Algorithmen, des Koordinatenmessgeräts unverändert übernommen werden können. Auch weitergehende Bildverarbeitungsmethoden können in die Abbildungsvorrichtung vorverlagert werden. Beispielsweise können für die eigentlich erforderliche Messung benötigten Bildbereiche herausgefiltert werden, während der Rest des Bildes schon kameranah verworfen wird. Auf diese Weise kann eine der messenden Bildverarbeitung zuzuleitende Datenmenge und damit eine benötigte Bandbreite der Zuleitung reduziert werden. Dies kann u.a. eine Steigerung der Messfrequenz ermöglichen. Auch eine Absenkung eines Wärmeeintrages, der mit einer Datenübertragung einhergeht, kann möglich sein. Beispielsweise kann die Bildverarbeitung bis zur sogenannten „feature extraction“, beispielsweise Kantendetektion, in die Abbildungsvorrichtung vorverlagert, so dass letztlich nur noch Punktewolken, also ASCII-Dateien niedrigen Umfanges, von der Abbildungsvorrichtung an die Auswerteeinheit des Koordinatenmessgeräts übertragen werden. Ein in dieser Weise ausgeführter Sensor, umfassend Abbildungsvorrichtung und optisches Element mit fovealer Optik, kann an einer Standard-Wechselschnittstelle für automatisierte Werkzeugwechsel zum Einsatz kommen.Particularly advantageous may be a combination of the described optics with a camera-oriented image processing or image preprocessing (so-called embedded processing platforms). In this way, at least one correction of the considerable distortion can be advanced, so that following a correction, all already existing control and regulating electronics, or their algorithms, of the coordinate measuring machine can be taken over unchanged. Even more advanced image processing methods can be advanced to the imaging device. For example, image areas needed for the measurement actually required can be filtered out, while the rest of the image is already rejected camera-near. In this way, an amount of data to be supplied to the measuring image processing and thus a required bandwidth of the supply line can be reduced. This can i.a. allow an increase in the measurement frequency. Also, a reduction of heat input associated with a data transmission, may be possible. For example, the image processing can be advanced to the so-called "feature extraction", for example edge detection, into the imaging device, so that ultimately only point clouds, ie ASCII files of low circumference, are transmitted from the imaging device to the evaluation unit of the coordinate measuring machine. A sensor constructed in this manner, including an imaging device and a foveal optic optical element, can be used on a standard automated tool change interface.

Eine Korrektur der Verzeichnungen, insbesondere von radialen Verzeichnungen, kann beispielsweise durch Verwendung des Brown-Conrady Models erfolgen. Eine verzeichnete Bildkoordinate x_s kann dabei, beispielsweise in siebter Ordnung, beschrieben werden durch $x_{s} = k_{0} x_{0} + k_{1} x_{0}^{3} + k_{2} x_{0}^{5} + k_{3} x_{0}^{7};$

wobei x₀ die nicht verzeichnete Koordinate und k Entwicklungskoeffizienten sind. Die nicht-verzeichnete Vergrößerung M_L kann dann durch

M_{L} = \frac{d x_{s}}{d x_{0}} = k_{0} + 3 k_{1} x_{0}^{2} + 5 k_{2} x_{0}^{4} + 7 k_{3} x_{0}^{6},

beschrieben werden. Auch Korrekturen der Verzeichnung mit niedrigeren Ordnungen oder höherer Ordnungen sind denkbar.A correction of the distortions, in particular of radial distortions, can be done for example by using the Brown-Conrady model. A recorded image coordinate x _s can be described by, for example, the seventh order

x_{s} = k_{0} x_{0} + k_{1} x_{0}^{3} + k_{2} x_{0}^{5} + k_{3} x_{0}^{7};

where x _{0 is} the unrecorded coordinate and k development coefficients. The non-recorded magnification M _L can then through

M_{L} = \frac{d x_{s}}{d x_{0}} = k_{0} + 3 k_{1} x_{0}^{2} + 5 k_{2} x_{0}^{4} + 7 k_{3} x_{0}^{6} .

to be discribed. Also corrections of the distortion with lower orders or higher orders are conceivable.

Die Bildverarbeitungsvorrichtung kann eingerichtet sein, einen Versatz zwischen Einzelaufnahmen unterschiedlicher Bereiche des Messobjekts zu bestimmen. Beispielsweise können schwach auflösende Überblicksbereiche zu der Versatzbestimmung zwischen den Einzelaufnahmen, über beispielsweise korrelative Methoden, herangezogen werden. Diese Methoden ermöglichen auf vergleichsweise einfache Weise sehr hohe Genauigkeiten für Versatzermittlungen, für die zudem Überblicksbilder mit tendenziell mehr zu korrelierenden Features besser geeignet sind als Detailaufnahmen. Mit diesen korrelativen Methoden können Genauigkeiten von Achsmaßstäben der Maschine ohne Kostensteigerungen im eigentlichen Maschinenbau deutlich gesteigert werden und Versatzmessgenauigkeiten im Sub-Mikrometer-Bereich ermöglicht werden. The image processing device may be configured to determine an offset between individual images of different regions of the measurement object. For example, weakly resolved overview areas can be used to determine the offset between the individual images, for example via correlative methods. These methods make it possible to achieve very high accuracies for offset determinations in a comparatively simple manner, for which overview images with features that tend to be more correlated are more suitable than detailed images. With these correlative methods, accuracies of the machine's axis scales can be significantly increased without cost increases in the actual mechanical engineering and offset measurement accuracies in the sub-micrometer range can be made possible.

Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, aus der korrigierten Abbildung die Koordinate des Messobjekts zu bestimmen. Die Auswertevorrichtung kann eine metrologische Bildverarbeitung aufweisen, welche eingerichtet ist, das Messobjekt dimensionell zu vermessen. Unter Koordinaten eines Messobjekts können im Rahmen der vorliegenden Erfindung Koordinaten auf der zu vermessenden Oberfläche, insbesondere auf Kanten, des Messobjekts verstanden werden, insbesondere Abstandskoordinaten. Zu diesem Zweck können ein oder mehrere Koordinatensysteme verwendet werden. Beispielsweise kann ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem verwendet werden. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Die optische Achse des optischen Elements kann eine Achse des Koordinatensystems sein, beispielsweise die z-Achse. Unter einer Abstandskoordinate kann eine Koordinate entlang der z-Achse verstanden werden. Senkrecht zu der z-Achse können weitere Achsen, beispielsweise x-Achse und y-Achse, vorgesehen sein. Unter einer Bestimmung einer Abstandskoordinate kann insbesondere eine Bestimmung eines Abstandes zwischen dem jeweiligen Bestimmungsort des Messobjekts und dem optischen Element und/oder der Abbildungsvorrichtung verstanden werden.The evaluation unit can be set up to determine the coordinate of the measurement object from the corrected image. The evaluation device may have a metrological image processing which is set up to measure the measured object dimensionally. In the context of the present invention, coordinates of a measurement object can be understood as meaning coordinates on the surface to be measured, in particular on edges, of the measurement object, in particular distance coordinates. One or more coordinate systems can be used for this purpose. For example, a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system can be used. Other coordinate systems are also conceivable. The optical axis of the optical element may be an axis of the coordinate system, for example the z-axis. A distance coordinate can be understood as a coordinate along the z-axis. Perpendicular to the z-axis further axes, such as x-axis and y-axis, may be provided. A determination of a distance coordinate may, in particular, be understood as a determination of a distance between the respective destination of the measurement object and the optical element and / or the imaging device.

In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

- Einstellen eines Abbildungsmaßstabs mindestens eines Bildpunktes in Abhängigkeit von einem Abstand des Bildpunktes von einer optischen Achse mindestens eines optischen Elements mit dem optischen Element,
- Abbilden des Bildpunktes mit mindestens eine Abbildungsvorrichtung,
- Korrigieren einer Verzeichnung der Abbildung mit mindestens einer Auswerteeinheit,
- Bestimmen der Koordinate des Messobjekts aus der korrigierten Abbildung mit der Auswerteeinheit.

In a further aspect, a method for determining at least one coordinate of at least one measurement object is proposed in the context of the present invention. The method comprises the following method steps:

Setting a magnification of at least one pixel as a function of a distance of the pixel from an optical axis of at least one optical element to the optical element,
Imaging the pixel with at least one imaging device,
Correcting a distortion of the image with at least one evaluation unit,
- Determining the coordinate of the measurement object from the corrected image with the evaluation unit.

Hierbei können die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.In this case, the method steps can be carried out in the order indicated, wherein one or more of the steps can be carried out at least partially simultaneously and wherein one or more of the steps can be repeated several times. In addition, further steps, whether mentioned in the present application or not, may be additionally performed.

In dem Verfahren kann ein erfindungsgemäßes Koordinatenmessgerät verwendet werden. Für Einzelheiten in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts verwiesen.In the method, a coordinate measuring machine according to the invention can be used. For details relating to the inventive method, reference is made to the description of the coordinate measuring machine according to the invention.

Das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät und das erfindungsgemäße Verfahren sind gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen vorteilhaft. Das optische Element erlaubt, insbesondere, auf bewegte Gruppen zu verzichten und ermöglicht so eine Vereinfachung des Aufbaus, keine Motoren nebst Controllern und Zuleitungen, sowie verbesserte Messstabilitäten.The coordinate measuring machine according to the invention and the method according to the invention are advantageous over known methods and devices. The optical element allows, in particular, to dispense with moving groups and thus allows a simplification of the structure, no motors and controllers and supply lines, and improved measurement stabilities.

Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:

Ausführungsform 1: Koordinatenmessgerät zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens ein optisches Element aufweist, wobei das optische Element eingerichtet ist, einen Abbildungsmaßstab mindestens eines Bildpunktes in Abhängigkeit von einem Abstand des Bildpunktes von einer optischen Achse des optischen Elements einzustellen, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Abbildungsvorrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, mindestens eine Abbildung des Bildpunktes zu erzeugen, wobei das Koordinatenmessgerät mindestens eine Auswerteeinheit aufweist, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, eine Verzeichnung der Abbildung zu korrigieren, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, aus der korrigierten Abbildung die Koordinate des Messobjekts zu bestimmen.
Ausführungsform 2: Koordinatenmessgerät nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das optische Element eingerichtet ist, für achsnahe Messfeldbereiche einen ersten Abbildungsmaßstab einzustellen und für achsferne Messfeldbereiche einen zweiten Abbildungsmaßstab einzustellen.
Ausführungsform 3: Koordinatenmessgerät nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der erste Abbildungsmaßstab größer ist als der zweite Abbildungsmaßstab.
Ausführungsform 4: Koordinatenmessgerät nach einer der zwei vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische Element eingerichtet ist, Spreizungen von 4:1 und größer für achsnahe Messfeldbereiche und für achsferne Messfeldbereiche einzustellen.
Ausführungsform 5: Koordinatenmessgerät nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische Element einen geometrischen Abbildungsfehler aufweist. Ausführungsform 6: Koordinatenmessgerät nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das optische Element eine foveale Optik aufweist.
Ausführungsform 7: Koordinatenmessgerät nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das optische Element mindestens eine asphärische Linse aufweist.
Ausführungsform 8: Koordinatenmessgerät nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Abbildungsvorrichtung mindestens ein Sensorelement aufweist.
Ausführungsform 9: Koordinatenmessgerät nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Sensorelement eine Vielzahl von Pixeln aufweist.
Ausführungsform 10: Koordinatenmessgerät nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Abbildungsvorrichtung mindestens eine Kamera aufweist.
Ausführungsform 11: Koordinatenmessgerät nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Auswerteeinheit eine Bildverarbeitungsvorrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, Verzeichnungen zu korrigieren.
Ausführungsform 12: Koordinatenmessgerät nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei Bildverarbeitungsvorrichtung zumindest teilweise als Teil der Abbildungsvorrichtung ausgestaltet ist, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist eine sensornahe Vorverarbeitung durchzuführen.
Ausführungsform 13: Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- - Einstellen eines Abbildungsmaßstabs mindestens eines Bildpunktes in Abhängigkeit von einem Abstand des Bildpunktes von einer optischen Achse mindestens eines optischen Elements mit dem optischen Element,
- - Abbilden des Bildpunktes mit mindestens einer Abbildungsvorrichtung,
- - Korrigieren einer Verzeichnung der Abbildung mit mindestens einer Auswerteeinheit,
- - Bestimmen der Koordinate des Messobjekts aus der korrigierten Abbildung mit der Auswerteeinheit.
Ausführungsform 14: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei ein Koordinatenmessgerät nach einer der vorhergehenden, ein Koordinatenmessgerät betreffenden, Ausführungsformen verwendet wird.

In summary, the following embodiments are particularly preferred in the context of the present invention:

embodiment 1 A coordinate measuring machine for determining at least one coordinate of at least one measuring object, wherein the coordinate measuring device has at least one optical element, wherein the optical element is set to set a magnification of at least one pixel as a function of a distance of the pixel from an optical axis of the optical element Coordinate measuring device has at least one imaging device which is adapted to generate at least one image of the pixel, wherein the coordinate measuring machine has at least one evaluation unit, wherein the evaluation unit is arranged, a distortion the image to be corrected, wherein the evaluation unit is adapted to determine the coordinate of the measured object from the corrected image.
embodiment 2 Coordinate measuring machine according to the preceding embodiment, wherein the optical element is set up to set a first magnification for near-axis measuring field areas and to set a second magnification for off-axis measuring field areas.
embodiment 3 : Coordinate measuring machine according to the preceding embodiment, wherein the first magnification is greater than the second magnification.
embodiment 4 Coordinate measuring machine according to one of the two preceding embodiments, wherein the optical element is set up to set spreads of 4: 1 and greater for near-axis measuring field areas and for off-axis measuring field areas.
embodiment 5 : Coordinate measuring machine according to one of the preceding embodiments, wherein the optical element has a geometric aberration. embodiment 6 : Coordinate measuring machine according to one of the preceding embodiments, wherein the optical element has a foveal optics.
embodiment 7 : Coordinate measuring machine according to the preceding embodiment, wherein the optical element comprises at least one aspherical lens.
embodiment 8th Coordinate measuring device according to one of the preceding embodiments, wherein the imaging device has at least one sensor element.
embodiment 9 A coordinate measuring machine according to the preceding embodiment, wherein the sensor element comprises a plurality of pixels.
embodiment 10 : Coordinate measuring machine according to one of the preceding embodiments, wherein the imaging device has at least one camera.
embodiment 11 : Coordinate measuring machine according to one of the preceding embodiments, wherein the evaluation unit has an image processing device which is adapted to correct distortions.
embodiment 12 Coordinate measuring machine according to the preceding embodiment, wherein the image processing device is at least partially designed as part of the imaging device, wherein the image processing device is set up to perform near-sensor preprocessing.
embodiment 13 Method for determining at least one coordinate of at least one DUT comprising the following method steps:
- Setting a magnification of at least one pixel as a function of a distance of the pixel from an optical axis of at least one optical element to the optical element,
- Imaging the pixel with at least one imaging device,
- Correcting a distortion of the image with at least one evaluation unit,
- - Determining the coordinate of the measurement object from the corrected image with the evaluation unit.
embodiment 14 Method according to the preceding embodiment, in which a coordinate measuring machine according to one of the preceding embodiments relating to a coordinate measuring machine is used.

Figurenlistelist of figures

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.Further details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, in particular in conjunction with the subclaims. In this case, the respective features can be implemented on their own or in combination with one another. The invention is not limited to the embodiments. The embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numerals in the individual figures designate the same or functionally identical or with respect to their functions corresponding elements.

Im Einzelnen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts;
2A bis C eine Abbildung eines Messobjekts ohne Verzeichnung, eine Abbildung des Messobjekts mit Verzeichnung und eine korrigierte Abbildung; und
3A bis 3C Simulationen einer Abbildung des Messobjekts ohne Verzeichnung, eine Abbildung des Messobjekts mit Verzeichnung und eine korrigierte Abbildung.

In detail show:

1 a schematic representation of a coordinate measuring machine;
2A to C an image of a measurement object without distortion, an image of the measurement object with distortion and a corrected image; and
3A to 3C Simulations of an image of the measurement object without distortion, an image of the measurement object with distortion and a corrected image.

Ausführungsbeispieleembodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts 110 zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts 112. Das Koordinatenmessgerät 110 kann ein optisches Koordinatenmessgerät sein. Das Koordinatenmessgerät 110 kann ein Koordinatenmessgerät mit abbildendem Messsystem sein. Das Koordinatenmessgerät 110 kann beispielsweise ein Portalmessgerät oder ein Brückenmessgerät sein. Das Koordinatenmessgerät 110 kann einen Messtisch mit mindestens einer Auflagefläche zur Auflage des Messobjekts 112 aufweisen. Das Koordinatenmessgerät 110 kann mindestens ein Portal aufweisen, welches mindestens eine erste vertikale Säule, mindestens eine zweite vertikale Säule und eine die erste vertikale Säule und die zweite vertikale Säule verbindende Traverse aufweist. Die mindestens eine vertikale Säule ausgewählt aus der ersten und zweiten vertikalen Säule kann auf dem Messtisch in einer horizontalen Richtung beweglich sein. Die horizontale Richtung kann beispielsweise eine Richtung entlang einer y-Achse sein. Das Koordinatenmessgerät 110 kann ein Koordinatensystem, beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem, aufweisen. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann beispielsweise durch einen Sensor des Koordinatenmessgeräts 110 gegeben sein. Eine x-Achse kann senkrecht zur y-Achse, in einer Ebene der Auflagefläche des Messtisches verlaufen. Senkrecht zu der Ebene der Auflagefläche, in eine vertikale Richtung, kann sich eine z-Achse erstrecken. Die vertikalen Säulen können sich entlang der z-Achse erstrecken. Die Traverse kann sich entlang der x-Achse erstrecken. 1 shows a schematic representation of a coordinate measuring machine 110 for determining at least one coordinate of at least one measured object 112 , The coordinate measuring machine 110 may be an optical coordinate measuring machine. The coordinate measuring machine 110 may be a coordinate measuring machine with imaging measuring system. The coordinate measuring machine 110 may be, for example, a portal measuring device or a bridge measuring device. The coordinate measuring machine 110 can be a measuring table with at least one support surface for supporting the measurement object 112 exhibit. The coordinate measuring machine 110 may comprise at least one portal, which has at least a first vertical column, at least one second vertical column and a cross-member connecting the first vertical column and the second vertical column. The at least one vertical column selected from the first and second vertical columns may be movable on the measuring table in a horizontal direction. The horizontal direction may be, for example, a direction along a y-axis. The coordinate measuring machine 110 may comprise a coordinate system, for example a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. An origin or zero point of the coordinate system, for example, by a sensor of the coordinate measuring machine 110 be given. An x-axis may be perpendicular to the y-axis, in a plane of the support surface of the measuring table. Perpendicular to the plane of the support surface, in a vertical direction, a z-axis may extend. The vertical columns may extend along the z-axis. The traverse can extend along the x-axis.

Das Koordinatenmessgerät 110 weist mindestens ein optisches Element 114 auf. Das optische Element 114 ist eingerichtet, einen Abbildungsmaßstab mindestens eines Bildpunktes in Abhängigkeit von einem Abstand des Bildpunktes von einer optischen Achse 116 des optischen Elements 114 einzustellen. Das Koordinatenmessgerät 110 weist mindestens eine Abbildungsvorrichtung 118 auf, welche eingerichtet ist, mindestens eine Abbildung des Bildpunktes zu erzeugen. Das Koordinatenmessgerät 110 weist mindestens eine Auswerteeinheit 120 auf. Die Auswerteeinheit 120 ist eingerichtet, eine Verzeichnung der Abbildung zu korrigieren. Die Auswerteeinheit 120 ist eingerichtet, aus der korrigierten Abbildung die Koordinate des Messobjekts 112 zu bestimmen.The coordinate measuring machine 110 has at least one optical element 114 on. The optical element 114 is set up, a magnification of at least one pixel as a function of a distance of the pixel from an optical axis 116 of the optical element 114 adjust. The coordinate measuring machine 110 has at least one imaging device 118 which is set up to produce at least one image of the pixel. The coordinate measuring machine 110 has at least one evaluation unit 120 on. The evaluation unit 120 is set up to correct a distortion of the figure. The evaluation unit 120 is established, from the corrected image, the coordinate of the DUT 112 to determine.

Beispielsweise kann das optische Element 114 eine Vielzahl von Komponenten aufweisen. Die Komponenten können dabei räumlich getrennt voneinander ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das optische Element ein optisches System mit einer Vielzahl von optischen Bauteilen aufweisen, beispielsweise ein oder mehrere Linsen und/oder Linsengruppen und/oder weitere optische Bauteile. Das optische Element 114 kann mindestens eine asphärische Linse 122 aufweisen. Das optische Element 114 kann eine Vielzahl von asphärischen Linsen aufweisen. Die asphärischen Linsen können identisch oder verschieden ausgestaltet sein. Asphärische Flächen können mit folgender Gleichung beschrieben werden $z (h) = \frac{}{\sqrt{}} + \sum_{k = 1}$

wobei z eine Pfeilhöhe, ρ eine Scheitelkrümmung, h ein Abstand senkrecht zu der optischen Achse, κ eine konische Konstante, c_k Koeffizienten von Korrekturpolynomen und i eine ganze natürliche Zahl ist.For example, the optical element 114 have a variety of components. The components can be designed spatially separated from each other. For example, the optical element may comprise an optical system with a plurality of optical components, for example one or more lenses and / or lens groups and / or further optical components. The optical element 114 can be at least one aspherical lens 122 exhibit. The optical element 114 may comprise a plurality of aspheric lenses. The aspherical lenses may be identical or different. Aspherical surfaces can be described by the following equation

z (H) = \frac{}{\sqrt{}} + \underset{k = 1}{Σ}

where z is an arrowhead, ρ is a vertex curvature, h is a distance perpendicular to the optical axis, κ is a conic constant, c _{k is a} coefficient of correction polynomials, and i is an integer natural number.

1 zeigt ein optisches Element 114 mit zwei asphärischen Linsen, einer ersten asphärischen Linse 124 und einer zweiten asphärischen Linse 126. Die erste asphärische Linse 124 kann beispielsweise eine Höhe, d.h. eine Ausdehnung senkrecht zur optischen Achse 116, von 4,562 mm und eine Breite, d.h. eine Ausdehnung parallel zur optischen Achse 116, von 2,173 mm aufweisen. Die zweite asphärische Linse 126 kann beispielsweise eine Höhe von 5,786 mm und eine Breite von 6.498 mm aufweisen. Die erste asphärische Linse 124 kann eine erste asphärische Oberfläche 128 und die zweite asphärische Linse 126 kann eine zweite asphärische Oberfläche 130 aufweisen. Nachfolgende Tabelle zeigt die Koeffizienten c_k von Korrekturpolynomen für das Beispiel in 1: Koeffizient Erste asphärische Oberfläche Zweite asphärische Oberfläche C1 -1.898472685E-02 2.468973793E-02 C2 2.67 4035601 E-02 -2.888928509E-02 C3 -2.411065377E-02 5.190939099E-03 C4 8.092519207E-03 -3.301753283E-04 C5 -1.225164678E-03 -2.102136323E-06 C6 7.061044960E-05 6.797459278E-07 1 shows an optical element 114 with two aspherical lenses, a first aspherical lens 124 and a second aspherical lens 126 , The first aspherical lens 124 For example, a height, ie an extension perpendicular to the optical axis 116 , of 4.562 mm and a width, ie an extension parallel to the optical axis 116 , of 2.173 mm. The second aspherical lens 126 may for example have a height of 5.786 mm and a width of 6.498 mm. The first aspherical lens 124 can be a first aspheric surface 128 and the second aspherical lens 126 can have a second aspheric surface 130 exhibit. The following table shows the coefficients c _k of correction polynomials for the example in FIG 1 : coefficient First aspheric surface Second aspheric surface C1 -1.898472685E-02 2.468973793E-02 C2 2.67 4035601 E-02 -2.888928509E-02 C3 -2.411065377E-02 5.190939099E-03 C4 8.092519207E-03 -3.301753283E-04 C5 -1.225164678E-03 -2.102136323E-06 C6 7.061044960E-05 6.797459278E-07

Die optische Achse 116 kann eine gemeinsame optische Achse der Komponenten des optischen Elements sein. Die optische Achse 116 kann beispielsweise eine z-Achse definieren und die Bildebene senkrecht dazu eine xy-Ebene bilden. Das optische Element 114 kann einen geometrischen Abbildungsfehler aufweisen. Insbesondere kann das optische Element 114 eine verzeichnende Optik aufweisen. Das optische Element 114 kann eine foveale Optik aufweisen. Das optische Element 114 kann eingerichtet sein, für achsnahe Messfeldbereiche 132 einen ersten Abbildungsmaßstab einzustellen und für achsferne Messfeldbereiche 134 einen zweiten Abbildungsmaßstab einzustellen.The optical axis 116 may be a common optical axis of the components of the optical element. The optical axis 116 For example, you can define a z-axis and make the image plane perpendicular to it an xy-plane. The optical element 114 may have a geometric aberration. In particular, the optical element 114 have a distinctive look. The optical element 114 can have a foveal appearance. The optical element 114 can be set up for near-axis measuring field areas 132 to set a first magnification and for off-axis measuring field areas 134 to set a second magnification.

2A zeigt eine Abbildung des Messobjekts 112, hier als Kreis dargestellt, ohne Verzeichnung. 2B zeigt eine Abbildung des Messobjekts, wobei der achsnahe Messfeldbereich 132 mit dem ersten Abbildungsmaßstab und der achsferne Messfeldbereich 134 mit dem zweiten Abbildungsmaßstab abgebildet werden. Das optische Element 114 kann eingerichtet sein, simultan den ersten Abbildungsmaßstab für achsnahe Messfeldbereiche 132 und den zweiten Abbildungsmaßstab für achsferne Messfeldbereiche 134 einzustellen. 2A shows an image of the DUT 112 , shown here as a circle, without distortion. 2 B shows an image of the measuring object, wherein the axis near the measuring field area 132 with the first magnification and the off-axis spot area 134 be imaged with the second magnification. The optical element 114 can be set up, simultaneously the first magnification for near-axis measuring field areas 132 and the second magnification for off-axis patch areas 134 adjust.

Der erste Abbildungsmaßstab kann größer sein als der zweite Abbildungsmaßstab. Die achsnahen Messfeldbereiche 132 und achsferne Messfeldbereiche 134 können sich rotationssymmetrisch oder nicht-rotationssymmetrisch in der Bildebene von der optischen Achse 116 radial nach außen erstrecken. Der achsferne Messfeldbereich 134 kann den achsnahen Messfeldbereich 132 umgeben. Die Größe, insbesondere eine Fläche, von achsnahen und achsfernen Messfeldbereichen kann durch die Komponenten des optischen Elements bestimmt werden. Das optische Element 114 kann eingerichtet sein, Spreizungen von 4:1 und größer, bevorzugt von 5:1 und größer, für achsnahe Messfeldbereiche 132 und für achsferne Messfeldbereiche 134 einzustellen.The first image scale may be larger than the second image scale. The near-axis measuring field areas 132 and off-axis measurement areas 134 may be rotationally symmetric or non-rotationally symmetric in the image plane of the optical axis 116 extend radially outward. The off-axis measuring field area 134 can be the near-axis measurement area 132 surround. The size, in particular a surface, of near-axis and off-axis measuring field regions can be determined by the components of the optical element. The optical element 114 can be set up, spreads of 4: 1 and larger, preferably 5: 1 and larger, for near-axis measuring field areas 132 and for off-axis measurement areas 134 adjust.

Das optische Element 114 kann eingerichtet sein, achsnahe Messfeldbereiche 132 telezentrisch auf die Abbildungsvorrichtung 118 abzubilden. Mit zunehmender Achsentfernung kann die Telezentrie abnehmen. Wie oben ausführt, kann das optische Element 114 eingerichtet sein, simultan den ersten Abbildungsmaßstab für achsnahe Messfeldbereiche 132 und den zweiten Abbildungsmaßstab für achsferne Messfeldbereiche 134 einzustellen. So kann eine wegen geringer Schärfentiefe achsnah scharfe z-Auszeichnung eines Arbeitsabstandes der Optik auch auf die achsfernen Bildbereiche übertragen werden. Mit dieser scharfen z-Auszeichnung kann ein Einfluss der fehlenden Telezentrie auf die xy-Messgenauigkeit für die achsfernen Messbereiche 134 deutlich minimiert, Schärfentiefe ~NA², werden.The optical element 114 can be set up, near-axis measuring field areas 132 telecentric to the imaging device 118 map. With increasing axis distance, telecentricity may decrease. As stated above, the optical element 114 be set up, simultaneously the first magnification for achsnahe focal areas 132 and the second magnification for off-axis patch areas 134 adjust. Thus, because of a shallow depth of field close to the axis sharp z-award of a working distance of the optics can be transferred to the off-axis image areas. With this sharp z-award, an influence of the missing telecentricity on the xy-measurement accuracy for the off-axis measuring ranges 134 clearly minimized, depth of field ~ NA ² , be.

Die Abbildungsvorrichtung 118 kann mindestens ein Sensorelement aufweisen. Das Sensorelement kann eine Vielzahl von Pixeln aufweisen. Die Abbildungsvorrichtung 118 kann mindestens eine Kamera aufweisen. Beispielsweise kann die Abbildungsvorrichtung 118 mindestens einen Kamerachip mit einer Vielzahl von Pixeln aufweisen. Beispielsweise kann der Kamerachip ein 1" Kamerachip oder größer sein mit etwa 10MPx oder größer. Eine mittlere Pixelgröße kann beispielsweise 3 µm sein.The imaging device 118 can have at least one sensor element. The sensor element may comprise a plurality of pixels. The imaging device 118 can have at least one camera. For example, the imaging device 118 have at least one camera chip with a plurality of pixels. For example, the camera chip may be a 1 "camera chip or larger with about 10MPx or larger, for example, a median pixel size may be 3μm.

Die Auswerteeinheit 120 kann von der Abbildungsvorrichtung 118 erzeugte Signale auszuwerten. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem Sensorelement und der Auswerteeinheit 120 vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit 120 kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um das Sensorelement anzusteuern. Die Auswerteeinheit 120 kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Auswerteeinheit 120 kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, den Kamerachip der Abbildungsvorrichtung 118 auszulesen, beispielsweise mit einer Ausleserate. Die Ausleserate kann einige zehn Hertz und größer sein.The evaluation unit 120 can from the imaging device 118 evaluate generated signals. For example, for this purpose, one or more electronic connections between the sensor element and the evaluation unit 120 be provided. The evaluation unit 120 For example, it may comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The data processing device can have one or more volatile and / or non-volatile data memories, wherein the data processing device can be set up, for example by programming, to control the sensor element. The evaluation unit 120 may further comprise at least one interface, such as an electronic interface and / or a man-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard. The evaluation unit 120 can for example be centrally or decentrally. Other embodiments are conceivable. The evaluation unit 120 can be set up, the camera chip of the imaging device 118 read out, for example, with a readout rate. The readout rate can be several tens of hertz and greater.

Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, aus der korrigierten Abbildung die Koordinate des Messobjekts 112 zu bestimmen. Die Auswertevorrichtung 120 kann eine metrologische Bildverarbeitung aufweisen, welche eingerichtet ist, das Messobjekt dimensionell zu vermessen.The evaluation unit 120 can be set up, from the corrected image, the coordinate of the measurement object 112 to determine. The evaluation device 120 may comprise a metrological image processing, which is set up to measure the measured object dimensionally.

Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, eine Verzeichnung der Abbildung zu korrigieren. Die Auswerteeinheit 120 kann eine Bildverarbeitungsvorrichtung 136 aufweisen. Die Bildbearbeitungsvorrichtung 136 kann als Teil der Abbildungsvorrichtung 118 vorgesehen sein, beispielsweise als „embedded platform“. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 136 kann eingerichtet sein, Verzeichnungen zu korrigieren. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 136 kann Software zur Korrektur der Verzeichnungen aufweisen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 136 kann eingerichtet sein, mindestens eine „Region of Interest“ (ROI) in der Abbildung und/oder einen Bildausschnitt („image cropping) der Abbildung auszuwählen und/oder eine Kompression eines Bildbereichs durchzuführen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 136 kann eingerichtet sein, mindestens zwei Messfeldbereiche mit verschiedenen Abbildungsmaßstäben auszuwählen, insbesondere mindestens einen achsnahen Messfeldbereich 132 und/oder mindestens einen achsfernen Messfeldbereich 134. Die Bilderverarbeitungsvorrichtung 136 kann eingerichtet sein, eine ROI oder ein image cropping in Abhängigkeit davon auszuwählen, ob die achsnahen Details (Cropping achsfern) oder ob ein Überblick ohne die Details (Kompression achsnah) gewünscht wird. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 120 ein Graphical User Interface für eine Auswahl eines darzustellenden Ortsintervalls aufweisen.The evaluation unit 120 may be arranged to correct a distortion of the image. The evaluation unit 120 may be an image processing device 136 exhibit. The image processing device 136 can as part of the imaging device 118 be provided, for example as an "embedded platform". The image processing device 136 can be set up to correct distortions. The image processing device 136 may have software to correct the distortions. The image processing device 136 may be arranged to select at least one "region of interest" (ROI) in the image and / or an image cropping of the image and / or to perform a compression of an image region. The image processing device 136 can be set up to select at least two measuring field areas with different imaging scales, in particular at least one near-axis measuring field area 132 and / or at least one off-axis measuring field area 134 , The image processing device 136 may be arranged to select an ROI or an image cropping depending on whether the near-detail (cropping off axis) or an overview without the details (compression close to the axis) is desired. For example, the evaluation unit 120 have a graphical user interface for a selection of a spatial interval to be displayed.

Eine Korrektur der Verzeichnungen, insbesondere von radialen Verzeichnungen, kann beispielsweise durch Verwendung des Brown-Conrady Models erfolgen. 2C zeigt eine Abbildung des Messobjekts 112, in welcher die Verzeichnungen korrigiert sind.A correction of the distortions, in particular of radial distortions, can be done for example by using the Brown-Conrady model. 2C shows an image of the DUT 112 in which the distortions are corrected.

3A bis 3C zeigten Ergebnisse von Simulationen der Verzeichnung für eine konzeptionell wie in 1 gezeigte Ausführungsform. 3A zeigt eine Simulation einer Abbildung des Messobjekts 112, hier ein regelmäßiges Punktmuster, ohne Verzeichnung. 3A to 3C showed results of simulations of distortion for a conceptually as in 1 shown embodiment. 3A shows a simulation of an image of the DUT 112 , here a regular dot pattern, without distortion.

3B zeigt eine Abbildung des Messobjekts 112 mit Verzeichnung und 3C zeigt eine korrigierte Abbildung. 3B shows an image of the DUT 112 with distortion and 3C shows a corrected picture.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

110110: Koordinatenmessgerätcoordinate measuring machine
112112: Messobjektmeasurement object
114114: optisches Elementoptical element
116116: optische Achseoptical axis
118118: Abbildungsvorrichtungimaging device
120120: Auswerteeinheitevaluation
122122: asphärische Linseaspherical lens
124124: erste asphärische Linsefirst aspherical lens
126126: zweite asphärische Linsesecond aspherical lens
128128: erste asphärische Oberflächefirst aspheric surface
130130: zweite asphärische Oberflächesecond aspheric surface
132132: achsnahe Messfeldbereichenear-axis measuring field areas
134134: achsferne MessfeldbereicheOff-axis measuring field areas
136136: BildverarbeitungsvorrichtungImage processing device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2008/0158226 A1 [0005]US 2008/0158226 A1 [0005]

Claims

Koordinatenmessgerät (110) zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts (112), wobei das Koordinatenmessgerät (110) mindestens ein optisches Element (114) aufweist, wobei das optische Element (114) eingerichtet ist, einen Abbildungsmaßstab mindestens eines Bildpunktes in Abhängigkeit von einem Abstand des Bildpunktes von einer optischen Achse (116) des optischen Elements (114) einzustellen, wobei das Koordinatenmessgerät (110) mindestens eine Abbildungsvorrichtung (118) aufweist, welche eingerichtet ist, mindestens eine Abbildung des Bildpunktes zu erzeugen, wobei das Koordinatenmessgerät (110) mindestens eine Auswerteeinheit (120) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (120) eingerichtet ist, eine Verzeichnung der Abbildung zu korrigieren, wobei die Auswerteeinheit (120) eingerichtet ist, aus der korrigierten Abbildung die Koordinate des Messobjekts (112) zu bestimmen.Coordinate measuring device (110) for determining at least one coordinate of at least one measurement object (112), wherein the coordinate measuring device (110) at least one optical element (114), wherein the optical element (114) is arranged, a magnification of at least one pixel in dependence on a Distance of the image point from an optical axis (116) of the optical element (114), wherein the coordinate measuring device (110) has at least one imaging device (118) which is set up to generate at least one image of the image point, wherein the coordinate measuring device (110) at least one evaluation unit (120), wherein the evaluation unit (120) is adapted to correct a distortion of the image, wherein the evaluation unit (120) is adapted to determine the coordinate of the measurement object (112) from the corrected image.

Koordinatenmessgerät (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das optische Element (114) eingerichtet ist, für achsnahe Messfeldbereiche (132) einen ersten Abbildungsmaßstab einzustellen und für achsferne Messfeldbereiche (134) einen zweiten Abbildungsmaßstab einzustellen.Coordinate measuring machine (110) according to the preceding claim, wherein the optical element (114) is set up for axis-near measuring field regions (132) to set a first magnification and for off-axis measuring field regions (134) to set a second magnification.

Koordinatenmessgerät (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Abbildungsmaßstab größer ist als der zweite Abbildungsmaßstab.Coordinate measuring machine (110) according to the preceding claim, wherein the first magnification is greater than the second magnification.

Koordinatenmessgerät (110) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (114) eingerichtet ist, Spreizungen von 4:1 und größer für achsnahe Messfeldbereiche (132) und für achsferne Messfeldbereiche (134) einzustellen.Coordinate measuring machine (110) according to one of the two preceding claims, wherein the optical element (114) is arranged to set spreads of 4: 1 and larger for near-axis measuring field regions (132) and for off-axis measuring field regions (134).

Koordinatenmessgerät (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (114) einen geometrischen Abbildungsfehler aufweist.Coordinate measuring machine (110) according to one of the preceding claims, wherein the optical element (114) has a geometric aberration.

Koordinatenmessgerät (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (114) eine foveale Optik aufweist.Coordinate measuring machine (110) according to one of the preceding claims, wherein the optical element (114) has a foveal optics.

Koordinatenmessgerät (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das optische Element (114) mindestens eine asphärische Linse (122) aufweist.Coordinate measuring machine (110) according to the preceding claim, wherein the optical element (114) comprises at least one aspherical lens (122).

Koordinatenmessgerät (110) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (114) eingerichtet ist, dass ein Verzeichnungsverlauf nicht-rotationssymmetrisch ist.Coordinate measuring machine (110) according to one of the two preceding claims, wherein the optical element (114) is arranged such that a distortion profile is non-rotationally symmetric.

Koordinatenmessgerät (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abbildungsvorrichtung (118) mindestens ein Sensorelement aufweist.Coordinate measuring machine (110) according to one of the preceding claims, wherein the imaging device (118) has at least one sensor element.

Koordinatenmessgerät (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensorelement eine Vielzahl von Pixeln aufweist.Coordinate measuring machine (110) according to the preceding claim, wherein the sensor element comprises a plurality of pixels.

Koordinatenmessgerät (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (120) eine Bildverarbeitungsvorrichtung (136) aufweist, welche eingerichtet ist, Verzeichnungen zu korrigieren.Coordinate measuring machine (110) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (120) comprises an image processing device (136) which is adapted to correct distortions.

Koordinatenmessgerät (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Bildverarbeitungsvorrichtung (136) zumindest teilweise als Teil der Abbildungsvorrichtung (118) ausgestaltet ist, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung (136) eingerichtet ist eine sensomahe Vorverarbeitung durchzuführen.Coordinate measuring machine (110) according to the preceding claim, wherein image processing device (136) is at least partially designed as part of the imaging device (118), wherein the image processing device (136) is adapted to carry out a sensory preprocessing.

Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Koordinate mindestens eines Messobjekts (112), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: - Einstellen eines Abbildungsmaßstabs mindestens eines Bildpunktes in Abhängigkeit von einem Abstand des Bildpunktes von einer optischen Achse (116) mindestens eines optischen Elements (114) mit dem optischen Element (114), - Abbilden des Bildpunktes mit mindestens einer Abbildungsvorrichtung (118), - Korrigieren einer Verzeichnung der Abbildung mit mindestens einer Auswerteeinheit (120); - Bestimmen der Koordinate des Messobjekts aus der korrigierten Abbildung mit der Auswerteeinheit (120).Method for determining at least one coordinate of at least one measurement object (112), comprising the following method steps: Setting a magnification of at least one pixel as a function of a distance of the pixel from an optical axis 116 of at least one optical element 114 with the optical element 114, Imaging the pixel with at least one imaging device (118), - Correcting a distortion of the image with at least one evaluation unit (120); - Determining the coordinate of the measurement object from the corrected image with the evaluation unit (120).

Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Koordinatenmessgerät (110) nach einem der vorhergehenden, ein Koordinatenmessgerät betreffenden, Ansprüche verwendet wird. Method according to the preceding claim, wherein a coordinate measuring machine (110) is used according to one of the preceding claims relating to a coordinate measuring machine.