DE102019002757A1

DE102019002757A1 - OPTICAL MEASURING DEVICE, OPTICAL MEASURING SYSTEM AND OPTICAL MEASURING METHOD

Info

Publication number: DE102019002757A1
Application number: DE102019002757.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Simon
Original assignee: SIMON IBV GmbH
Current assignee: SIMON IBV GmbH
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Optische Messvorrichtung (10) mit einer Strahlungsquelle (11), die einen Messstrahl (MS) ausgeben kann, und einer Detektionsvorrichtung (12). Die optische Messvorrichtung (10) ist gekennzeichnet durch ein Umlenkelement (13), das angeordnet ist, um den Messstrahl (MS) der Strahlungsquelle (11) umzulenken, und wobei die Detektionsvorrichtung (12), so angeordnet ist, dass diese eine Strahlungsreflexion (SR) des umgelenkten Messstrahls (MS) an einer Messfläche (MF) eines Messobjekts (MO) detektieren kann, und ausgestaltet ist, um eine Positionsinformation bezüglich der Messfläche (MF) zu bestimmen.Optical measuring device (10) with a radiation source (11) which can output a measuring beam (MS) and a detection device (12). The optical measuring device (10) is characterized by a deflecting element (13) which is arranged to deflect the measuring beam (MS) of the radiation source (11), and wherein the detection device (12) is arranged so that it emits a radiation reflection (SR ) can detect the deflected measuring beam (MS) on a measuring surface (MF) of a measuring object (MO), and is designed to determine position information with respect to the measuring surface (MF).

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Messvorrichtung, ein optisches Messsystem und ein optisches Messverfahren. Das Haupteinsatzgebiet solcher Messtechnik ist eine geometrische Prüfung von Werkstücken. Einsatzbereiche sind die Qualitätsprüfung durch Stichproben, die statistische Prozessregelung sowie die Geometrieerfassung von Modellen. Die Messtechnik kann in einem Messraum oder in der Fertigungsumgebung eingesetzt werden. Hierzu ist es üblich, taktile Messsysteme mit Messtastern oder optische Messsysteme einzusetzen.The invention relates to an optical measuring device, an optical measuring system and an optical measuring method. The main area of application of this type of measurement technology is the geometric inspection of workpieces. Areas of application are quality testing by means of random samples, statistical process control as well as the geometry acquisition of models. The measurement technology can be used in a measurement room or in the production environment. For this it is common to use tactile measuring systems with measuring probes or optical measuring systems.

Die taktilen Messsysteme weisen üblicherweise einen sogenannten Messarm auf, um durch Abtasten eines Messobjekts verschiedene Messaufgaben durchzuführen, wie beispielsweise eine Messung einer Positions- oder Abstandsinformationen, oder auch weitere Informationen, wie beispielsweise Oberflächenbeschaffenheiten. In Verbindung mit Industrierobotern sind solche Messungen voll automatisierbar. Allerdings hat dieses Messsystem auch eine Reihe von Nachteilen. Nicht alle Oberflächen können aufgrund leichter Verformbarkeit oder einer starken Struktur mit einem Messtaster abgetastet und somit gemessen werden. Zudem ist das Abtasten von größeren Messobjekten sehr zeitintensiv, da eine punktweise Messung durchgeführt werden muss.The tactile measuring systems usually have a so-called measuring arm in order to carry out various measuring tasks by scanning a measuring object, such as, for example, a measurement of position or distance information, or also further information, such as, for example, surface properties. Such measurements can be fully automated in connection with industrial robots. However, this measuring system also has a number of disadvantages. Not all surfaces can be scanned and measured with a probe due to their easy deformability or a strong structure. In addition, the scanning of larger objects to be measured is very time-consuming, since a point-by-point measurement has to be carried out.

Optische Messsysteme haben gegenüber taktilen Messsysteme den Vorteil, dass sie sehr viel schnellere Abtastraten erreichen können. Zudem erfolgt die optische Messung berührungslos und damit entstehen keine Veränderungen am Messobjekt und das Messmittel wird nicht wie bei einem Messtaster verschlissen. Auch eine Messung elastischer Messobjekte ist mit optischen Messsystemen möglich. Die optischen Messsysteme sind beim Messen von schwer zugänglichen Messflächen, wie beispielsweise Flächen innerhalb von Bohrungen oder anderen Aussparungen, durch eine Größe eines optischen Messkopfs beschränkt.Optical measuring systems have the advantage over tactile measuring systems that they can achieve much faster sampling rates. In addition, the optical measurement is non-contact, which means that there are no changes to the measurement object and the measuring equipment is not worn out like a measuring probe. Measurement of elastic objects to be measured is also possible with optical measuring systems. The optical measuring systems are limited by the size of an optical measuring head when measuring areas that are difficult to access, such as areas within bores or other recesses.

Derzeit sind beim Messen von solchen schwer zugänglichen Messflächen taktile Messsysteme mit Messtastern üblich, wie beispielsweise Bohrungsmessdorne. Diese sind im Vergleich zu den optischen Messköpfen in einer geringeren Baugröße ausführbar und sind somit bei schwer zugänglichen Stellen flexibler einsetzbar.At present, when measuring such difficult-to-access measuring surfaces, tactile measuring systems with measuring probes, such as bore gauges, are common. In comparison to the optical measuring heads, these can be implemented in a smaller size and can therefore be used more flexibly in hard-to-reach places.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Messsystem bereitzustellen, das eine hohe Messgenauigkeit hat und flexibel einsetzbar ist, ohne eine Oberfläche eines Messobjekts zu beschädigen.The object of the invention is therefore to provide an improved measuring system that has a high measuring accuracy and can be used flexibly without damaging a surface of a measuring object.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sieht eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein optisches Messsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und ein optisches Messverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The inventive solution to this problem provides a measuring device with the features of claim 1, an optical measuring system with the features of claim 5 and an optical measuring method with the features of claim 11. Preferred refinements are given in the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung offenbart eine optische Messvorrichtung mit einer Strahlungsquelle, die einen Messstrahl ausgeben kann, und einer Detektionsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Umlenkelement, das angeordnet ist, um den Messstrahl der Strahlungsquelle umzulenken, und wobei die Detektionsvorrichtung, so angeordnet ist, dass diese eine Strahlungsreflexion des umgelenkten Messstrahls an einer Messfläche eines Messobjekts detektieren kann, und ausgestaltet ist, um eine Positionsinformation bezüglich der Messfläche zu bestimmen.The present invention discloses an optical measuring device with a radiation source that can emit a measuring beam, and a detection device, characterized by a deflecting element which is arranged to deflect the measuring beam of the radiation source, and wherein the detection device is arranged so that this is a radiation reflection of the deflected measuring beam can detect on a measuring surface of a measuring object, and is designed to determine position information with respect to the measuring surface.

Bevorzugt detektiert die Detektionsvorrichtung der optischen Messvorrichtung die Strahlungsreflexion über das oder weitere Umlenkelemente.The detection device of the optical measuring device preferably detects the radiation reflection via the deflection element or further deflection elements.

Weiterhin bevorzugt ist die Detektionsvorrichtung ein ortsauflösender Detektor, der ausgestaltet ist, um die Positionsinformation der Messfläche mittels Triangulation zu bestimmen.Furthermore, the detection device is preferably a spatially resolving detector which is designed to determine the position information of the measuring surface by means of triangulation.

Alternativ dazu ist die Detektionsvorrichtung ausgestaltet, um die Positionsinformation der Messfläche mittels einer Laufzeit der Strahlung zu bestimmen.Alternatively, the detection device is designed to determine the position information of the measuring surface by means of a transit time of the radiation.

In einer weiteren Alternative dazu ist die Strahlungsquelle und die Detektionsvorrichtung ausgestaltet, um die Positionsinformation der Messfläche mittels einem Konfokalverfahren, bevorzugt einem mehrfarbigen Konfokalverfahren, zu bestimmen.In a further alternative to this, the radiation source and the detection device are designed to determine the position information of the measuring surface by means of a confocal method, preferably a multicolored confocal method.

Weiterhin offenbart ist ein optisches Messsystem mit einer der zuvor erwähnten optischen Messvorrichtungen und einer Bewegungsvorrichtung zum Bewegen der optischen Messvorrichtung relativ zum Messobjekt.An optical measuring system with one of the aforementioned optical measuring devices and a movement device for moving the optical measuring device relative to the measurement object is also disclosed.

Alternativ dazu ist ein optisches Messsystem mit mehreren der zuvor erwähnten optischen Messvorrichtungen, wobei die Detektionsvorrichtungen ausgestaltet sind, um eine Abstandsinformation zwischen zwei Messflächen des Messobjekts aus den Positionsinformationen zu bestimmen.As an alternative to this, there is an optical measuring system with a plurality of the aforementioned optical measuring devices, the detection devices being designed to determine distance information between two measuring surfaces of the measuring object from the position information.

Bevorzugt hat dieses optische Messsystem zumindest drei optischen Messvorrichtungen, wobei die Detektionsvorrichtungen ausgestaltet sind, um eine Durchmesserinformation des Messobjekts aus den Positionsinformationen zu bestimmen.This optical measuring system preferably has at least three optical measuring devices, the detection devices being designed to determine diameter information of the measuring object from the position information.

Weiterhin bevorzugt hat eines der beiden zuvor erwähnten optischen Messsystemen eine Bewegungsvorrichtung zum Bewegen der optischen Messvorrichtungen relativ zum Messobjekt.Furthermore, one of the two aforementioned optical measuring systems preferably has one Moving device for moving the optical measuring devices relative to the measurement object.

Bevorzugt kann eines der zuvor erwähnten optischen Messsystemen mit Bewegungsvorrichtung die optische/optischen Messvorrichtung/Messvorrichtungen entlang einer Messfläche des Messobjekts bewegen kann, und die Detektionsvorrichtung/Detektionsvorrichtungen ist/sind ausgestaltet, um weitere Informationen des Messobjekts aus den Positionsinformationen zu bestimmen.Preferably, one of the aforementioned optical measuring systems with a moving device can move the optical / optical measuring device (s) along a measuring surface of the measuring object, and the detection device (s) is / are designed to determine further information about the measuring object from the position information.

Bevorzugt kann eines der zuvor erwähnten optischen Messsystemen mit Bewegungsvorrichtung die optische/optischen Messvorrichtung/Messvorrichtungen relativ zu dem Messobjekt drehen kann, und die Detektionsvorrichtung/Detektionsvorrichtungen eine Durchmesserinformation und/oder eine weitere Information des Messobjekts aus den Positionsinformationen bestimmen kann/können.Preferably, one of the aforementioned optical measuring systems with a movement device can rotate the optical / optical measuring device / measuring devices relative to the measurement object, and the detection device / detection devices can determine diameter information and / or further information about the measurement object from the position information.

Weiterhin offenbart ist ein optisches Messverfahren zum Detektieren von Positionsinformationen eines Messobjekts, mit einer Ausgabe eines Messstrahls, einem Umlenken des Messstrahls, einem Reflektieren des Messstrahls an einer Messfläche des Messobjekts, einem Detektieren der Strahlungsreflexion des umgelenkten Messstrahls und einem Bestimmen einer Positionsinformation bezüglich der Messfläche des Messobjekts aus der Strahlungsreflexion des umgelenkten Messstrahls.Furthermore, an optical measurement method for detecting position information of a measurement object is disclosed, with an output of a measurement beam, deflection of the measurement beam, reflection of the measurement beam on a measurement surface of the measurement object, detection of the radiation reflection of the deflected measurement beam and determination of position information relating to the measurement surface of the Measuring object from the radiation reflection of the deflected measuring beam.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung stellt sicher, dass eine optische Messvorrichtung mit einem Umlenkelement auch schwer zugängliche Messflächen messen kann.The configuration according to the invention ensures that an optical measuring device with a deflecting element can also measure measuring surfaces that are difficult to access.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Figuren im Detail erläutert. Es zeigen:

1 eine optische Messvorrichtung einer ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,
2 die optische Messvorrichtung aus 1 in einer Draufsicht,
3 eine optische Messvorrichtung aus 1 in einer Seitenansicht,
4 eine optische Messvorrichtung aus 1 mit einem Messobjekt in einer Schnittansicht im Betrieb,
5 eine optische Messvorrichtung einer zweiten Ausführungsform in einer Seitenansicht,
6 die optische Messvorrichtung aus 5 mit einem Messobjekt in einer Schnittansicht im Betrieb,
7 ein Messsystem einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht,
8 das optische Messsystem aus 7 in einer Draufsicht,
9 das optische Messsystem aus 7 mit einem Messobjekt in einer Seitenansicht im Betrieb, und
10 das optische Messsystem aus 7 mit einem Messobjekt in einer Schnittansicht im Betrieb.

Embodiments of the invention are explained in detail with reference to the accompanying figures. Show it:

1 an optical measuring device of a first embodiment in a perspective view,
2 the optical measuring device 1 in a plan view,
3 an optical measuring device 1 in a side view,
4th an optical measuring device 1 with a measurement object in a sectional view during operation,
5 an optical measuring device of a second embodiment in a side view,
6th the optical measuring device 5 with a measurement object in a sectional view during operation,
7th a measuring system of a third embodiment of the present invention in a perspective view,
8th the optical measuring system off 7th in a plan view,
9 the optical measuring system off 7th with a measurement object in a side view during operation, and
10 the optical measuring system off 7th with a measurement object in a sectional view during operation.

In den 1 bis 4 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform einer optischen Messvorrichtung 10 gezeigt.In the 1 to 4th is a preferred first embodiment of an optical measuring device 10 shown.

1 zeigt eine optische Messvorrichtung 10 einer ersten Ausführungsform mit einer Strahlungsquelle 11, einer Detektionsvorrichtung 12 und einem Umlenkelement 13, die an einem Halteelement 14 befestigt sind. Die Strahlungsquelle 11 und die Detektionsvorrichtung 12 sind mit einer Energie- und Informationsleitung 15 verbunden. 2 zeigt die optische Messvorrichtung 10 von oben mit einem Halteelement 14, das ein kreisrundes Profil aufweist. 3 zeigt die optische Messvorrichtung 10 von einer Seite. Die Strahlungsquelle 11 und die Detektionsvorrichtung 12 sind so an dem Halteelement 14 angeordnet, dass die Detektionsvorrichtung 12 weiter von dem Halteelement 14 entfernt ist als die Strahlungsquelle 11. Das Umlenkelement 13 ist so an einem Halteelement 14 befestigt, dass es der Strahlungsquelle 11 und der Detektionsvorrichtung 12 zugewandt ist. 1 shows an optical measuring device 10 a first embodiment with a radiation source 11 , a detection device 12 and a deflection element 13 attached to a retaining element 14th are attached. The radiation source 11 and the detection device 12 are with a power and information line 15th connected. 2 shows the optical measuring device 10 from above with a holding element 14th , which has a circular profile. 3 shows the optical measuring device 10 from one side. The radiation source 11 and the detection device 12 are so on the holding element 14th arranged that the detection device 12 further from the holding element 14th away than the radiation source 11 . The deflection element 13 is like this on a retaining element 14th attached that it's the radiation source 11 and the detection device 12 is facing.

Die Strahlungsquelle 11 ist so ausgestaltet, dass sie einen Messstrahl MS bzw. einen optischen Messstrahl wie beispielsweise Licht in Richtung des Umlenkelements 13 ausgeben kann. Die Erfindung ist nicht auf Licht beschränkt, sondern es kann hierbei jede Form elektromagnetischer Strahlung verwendet werden, die für das menschliche Auge sichtbar oder unsichtbar ist, einschließlich solche, die eine kürzere Wellenlänge hat, wie beispielsweise ultraviolette Strahlung, und/oder solche, die eine größere Wellenlänge hat, wie beispielsweise Infrarotstrahlung. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Strahlungsquelle 11 ein Laser. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Je nach Anwendung kann auch eine Glühlampe, eine Halogenglühlampe eine Leuchtdiode oder sonstige Strahler, die Strahlung bzw. Licht ausgeben, als Strahlungsquelle verwendet werden. Weiterhin ist die Strahlungsquelle in Abstimmung mit der Wahl der Detektionsvorrichtung und/oder der zu erwartenden Oberflächeneigenschaft von Messobjekten MO zu bestimmen. Bevorzugt ist eine Strahlungsquelle 11 mit hoher Intensität, scharfer Bündelung des Strahls und/oder großer Kohärenzlänge.The radiation source 11 is designed so that it has a measuring beam MS or an optical measuring beam such as light in the direction of the deflecting element 13 can spend. The invention is not limited to light, but any form of electromagnetic radiation that is visible or invisible to the human eye can be used, including those that have a shorter wavelength, such as ultraviolet radiation, and / or those that have a has a longer wavelength, such as infrared radiation. In the present embodiment, the radiation source is 11 a laser. However, the invention is not restricted to this. Depending on the application, an incandescent lamp, a halogen incandescent lamp, a light-emitting diode or other radiators that emit radiation or light can also be used as the radiation source. Furthermore, the radiation source is coordinated with the selection of the detection device and / or the expected surface property of measurement objects MO to determine. A radiation source is preferred 11 with high intensity, sharp focus of the beam and / or long coherence length.

Die Detektionsvorrichtung 12 ist so angeordnet, dass eine Strahlungsreflektion SR detektiert werden kann, die durch eine Reflexion des Messstrahls MS an einer Messfläche MF des Messobjekts MO entsteht, nachdem der Messstrahl MS von dem Umlenkelement 13 umgelenkt wurde.The detection device 12 is arranged so that a radiation reflection SR can be detected by a reflection of the measuring beam MS on a measuring surface MF of the measurement object MO arises after the measuring beam MS from the deflection element 13 was diverted.

In der vorliegenden Ausführungsform wird die Strahlungsreflektion SR von dem Umlenkelement 13 umgelenkt bevor dieser auf die Detektionsvorrichtung 12 trifft. Die Umlenkung der Strahlungsreflexion SR ist nicht notwendig und hängt vielmehr von der Anordnung der Detektionsvorrichtung 12 ab. Die Strahlungsreflexion SR kann ohne Umlenken von der Detektionsvorrichtung 12 detektiert werden oder auch durch mehrmaliges Umlenken von der Detektionsvorrichtung 12 detektiert werden.In the present embodiment, the radiation reflection SR from the deflection element 13 deflected before this on the detection device 12 meets. The redirection of the radiation reflection SR is not necessary and rather depends on the arrangement of the detection device 12 from. The radiation reflection SR can without deflecting from the detection device 12 be detected or by multiple deflections from the detection device 12 can be detected.

Die Detektionsvorrichtung 12 kann die Strahlungsreflexion SR so detektieren, dass diese eine Positionsinformation bezüglich der Messfläche MF bestimmen kann. Die Positionsinformation kann je nach Bezugssystem ein Abstand bezüglich eines vorbestimmten Punkts auf dem Umlenkelement 13 sein, an dem der Messstrahl MS der Strahlungsquelle 11 umgelenkt wird, oder auch ein Abstand bezüglich einer Mittelachse des Halteelements 14, die sich in Längsrichtung erstreckt.The detection device 12 can reduce the radiation reflection SR so detect that this is a position information regarding the measuring surface MF can determine. Depending on the reference system, the position information can be a distance with respect to a predetermined point on the deflecting element 13 be where the measuring beam MS the radiation source 11 is deflected, or a distance with respect to a central axis of the holding element 14th which extends in the longitudinal direction.

Die Detektionsvorrichtung 12 kann die Positionsinformation beispielsweise durch Bestimmen einer Richtung bzw. eines Auftreffwinkels der Strahlungsreflexion SR in Verbindung mit den geometrischen Informationen der optischen Messvorrichtung 10 ermitteln. Ferner kann die Detektionsvorrichtung 12 Positionsinformationen auch unter Berücksichtigung von Informationen von der Strahlungsquelle 11 bestimmt werden, die Informationen über den ausgegebenen Messstrahl MS weitergeben kann.The detection device 12 For example, the position information can be determined by determining a direction or an angle of incidence of the radiation reflection SR in connection with the geometric information of the optical measuring device 10 determine. Furthermore, the detection device 12 Position information also taking into account information from the radiation source 11 the information about the output measuring beam can be determined MS can pass on.

In der vorliegenden Ausführungsform hat die Detektionsvorrichtung ein Objektiv, das ein Abbild der Strahlungsreflexion SR generiert, einen ortsauflösenden CMOS-Strahlungssensor, der eine Richtung der Strahlungsreflexion SR detektieren kann, und eine Steuer- und Speichereinheit wie beispielsweise ein Mikrocontroller, die mittels Triangulation die Positionsinformation bestimmt. Ein Beispiel für diese Detektionsvorrichtung 12 ist der Laser-Abstandssensor Keyence Typ LKH152, der zusätzlich die Strahlungsquelle 11 umfasst.In the present embodiment, the detection device has an objective which is an image of the radiation reflection SR generated, a spatially resolving CMOS radiation sensor, the one direction of the radiation reflection SR can detect, and a control and storage unit such as a microcontroller, which determines the position information by means of triangulation. An example of this detection device 12 is the Keyence type LKH152 laser distance sensor, which also provides the radiation source 11 includes.

Alternativ kann die Detektionsvorrichtung 12 beispielsweise auch mit Hilfe einer lichtempfindlichen Fotodiode, die nicht ortsauflösend ist, und Informationen der Strahlungsquelle 11, die besagen, zu welchem Zeitpunkt der Messstrahl MS mit welchen Eigenschaften ausgegeben wurde, und den trigonometrischen Zusammenhängen mittels der Laufzeit der Strahlung bzw. des Lichts die Positionsinformation in einer Steuer- und Speichereinheit wie beispielsweise ein Mikrocontroller bestimmt werden. Ein Beispiel für diese Detektionsvorrichtung 12 ist der Time-of-Flight-Abstandssensor STMicroelectronics VL530LOX, der zusätzlich die Strahlungsquelle 11 umfasst.Alternatively, the detection device 12 for example with the help of a light-sensitive photodiode that is not spatially resolving, and information from the radiation source 11 that say at what point in time the measuring beam MS with which properties was output, and the trigonometric relationships by means of the transit time of the radiation or the light, the position information is determined in a control and storage unit such as a microcontroller. An example of this detection device 12 is the time-of-flight distance sensor STMicroelectronics VL530LOX, which also provides the radiation source 11 includes.

Das heißt, es können sowohl ortsauflösende Strahlungssensoren als auch nicht ortsauflösende Strahlungssensoren verwendet werden. Jedoch werden bei ortsauflösenden Strahlungssensoren keine Informationen der Strahlungsquelle 11 benötigt, da die Bestimmung der Positionsinformation über die Triangulation geschieht, wohingegen die nicht auflösenden Strahlungssensoren die Informationen der Strahlungsquelle 11 benötigen, um mittels Laufzeitmessung der Strahlung bzw. des Lichts die Positionsinformation zu bestimmen.This means that both spatially resolving radiation sensors and non-spatially resolving radiation sensors can be used. However, with spatially resolving radiation sensors, no information from the radiation source is provided 11 required, since the determination of the position information takes place via the triangulation, whereas the non-resolving radiation sensors receive the information from the radiation source 11 need to determine the position information by measuring the time of flight of the radiation or the light.

Eine weitere Alternative dazu ist, dass die Strahlungsquelle 11 und die Detektionsvorrichtung 12 ausgestaltet sind, das Konvokalverfahren, bevorzugt das mehrfarbige Konvokalverfahren, auszuführen. Ein Beispiel für eine solche Ausgestaltung sind beispielsweise die Messköpfe KEYENCE CL-L(P)007, CL-L(P)015 oder CL-L(P)030 in Verbindung mit den optischen Einheiten KEYENCE CL-L(P)007N, CL-L(P)015N oder CL-L(P)030N. Bei dem Verfahren kann die Strahlungsquelle 11 und die Detektionsvorrichtung 12 im Wesentlichen in der separaten optischen Einheit untergebracht werden, sodass der Messkopf nur aus einem Objektiv besteht, das über ein Kabel mit der optischen Einheit verbunden ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass die erfindungsgemäße Anordnung mit dem Umlenkelement 13 eine entsprechend kompakte Baugröße ermöglicht.Another alternative to this is that the radiation source 11 and the detection device 12 are designed to carry out the convocal method, preferably the multicolored convocal method. An example of such a configuration are, for example, the measuring heads KEYENCE CL-L (P) 007, CL-L (P) 015 or CL-L (P) 030 in connection with the optical units KEYENCE CL-L (P) 007N, CL -L (P) 015N or CL-L (P) 030N. In the process, the radiation source 11 and the detection device 12 can essentially be accommodated in the separate optical unit so that the measuring head only consists of an objective that is connected to the optical unit via a cable. It is advantageous here that the arrangement according to the invention with the deflecting element 13 enables a correspondingly compact size.

Das Umlenkelement 13 ist so angeordnet, dass es einen Messstrahl MS, der von der Strahlungsquelle 11 ausgegeben wurde, in Richtung einer Messfläche MF umlenken kann, sodass der umgelenkte Messstrahl MS an der Messfläche MF reflektiert werden kann und eine Strahlungsreflexion SR entsteht.The deflection element 13 is arranged so that there is a measuring beam MS from the radiation source 11 was issued in the direction of a measuring surface MF can deflect, so that the deflected measuring beam MS at the measuring surface MF can be reflected and a radiation reflection SR arises.

Bei der vorliegenden Ausführungsform hat das Umlenkelement 13 weiterhin die Funktion die Strahlungsreflexion SR umzulenken. Das Umlenken der Strahlungsreflexion SR wird bevorzugt, da ein größerer Gestaltungsspielraum bezüglich der Anordnung der Detektionsvorrichtung 12 erreicht wird. Das Umlenken des Messstrahls MS und der Strahlungsreflexion SR kann auch als gefalteter Strahlengang und ein Messen damit auch als ein Messen mit eingespiegeltem Messpunkt bezeichnet werden. Das Umlenkelement 13 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Spiegelelement bzw. eine reflektierende Fläche. Alternativ kann das Umlenken des Messstrahls MS und/oder der Strahlungsreflexion SR beispielsweise auch durch ein Prisma erfolgen.In the present embodiment, the deflecting element has 13 continue the function of the radiation reflection SR redirect. Redirecting the radiation reflection SR is preferred because there is greater design latitude with regard to the arrangement of the detection device 12 is achieved. The deflection of the measuring beam MS and the radiation reflection SR can also be referred to as a folded beam path and a measurement thus also as a measurement with a reflected measurement point. The deflection element 13 is in the present embodiment a mirror element or a reflective surface. Alternatively, the measuring beam can be deflected MS and / or the radiation reflection SR for example also be done by a prism.

Das Halteelement 14 ist bei der vorliegenden Ausführungsform so ausgestaltet, dass die Anordnung der Strahlungsquelle 11, der Detektionsvorrichtung 12 und des Umlenkelements 13 gehalten werden kann. Bevorzugt ist das Halteelement 14 so ausgestaltet, dass das Umlenkelement 13 den Messstrahl MS möglichst zu allen Messoberflächen MF des Messobjekts MO umlenken kann und hierbei eine geringe Baugröße aufweist. Wird beispielsweise der zuvor erwähnte Laser-Abstandssensor Keyence Typ LKH152 als Strahlungsquelle 11 und Detektionsvorrichtung 12 verwendet, können Messflächen MF innerhalb einer Aussparung am Messobjekt MO mit einer Öffnungsgröße bzw. einem Durchmesser von ungefähr 40 mm bis zu einer Tiefe von ungefähr 30 mm gemessen werden.The holding element 14th is designed in the present embodiment so that the arrangement of the radiation source 11 , the detection device 12 and the deflector 13 can be held. The holding element is preferred 14th designed so that the deflecting element 13 the measuring beam MS if possible to all measuring surfaces MF of the measurement object MO can deflect and here has a small size. If, for example, the aforementioned Keyence type LKH152 laser distance sensor is used as the radiation source 11 and detection device 12 used can measuring surfaces MF within a recess on the measurement object MO with an opening size or diameter of approximately 40 mm to a depth of approximately 30 mm.

Die Energie- und Informationsleitung 15 kann an die Strahlungsquelle 11 und die Detektionsvorrichtung 12 Energie wie beispielsweise Strom übertragen und kann im Betrieb Informationen wie beispielsweise die Positionsinformation bezüglich der Messfläche MF an eine externe Vorrichtung oder eine Anzeige beispielsweise als elektrische oder optische Signale übertragen.The energy and information line 15th can to the radiation source 11 and the detection device 12 Energy such as electricity can be transmitted and information such as position information regarding the measuring surface can be transmitted during operation MF to an external device or a display, for example as electrical or optical signals.

In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der optischen Messvorrichtung 10 unterscheidet sich im Wesentlichen nur bezüglich der Anordnung der Detektionsvorrichtung 12. Bei der zweiten Ausführungsform detektiert die Detektionsvorrichtung die Strahlungsreflexion SR, ohne dass diese durch das Umlenkelement 13 umgelenkt wird. Das heißt die Detektionsvorrichtung 12 ist so angeordnet, dass diese die Strahlungsreflexion SR ohne vorheriges Umlenken von der Messoberfläche MF detektieren kann.In a second embodiment of the present invention the optical measuring device 10 differs essentially only with regard to the arrangement of the detection device 12 . In the second embodiment, the detection device detects the radiation reflection SR without this through the deflection element 13 is diverted. That is, the detection device 12 is arranged so that this is the radiation reflection SR without prior deflection from the measuring surface MF can detect.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Detektionsvorrichtung 12 näher zum Halteelement 14 angeordnet als die Strahlungsquelle 11. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Je nach Anwendung kann die Anordnung der Detektionsvorrichtung 12 bezüglich der Strahlungsquelle 11 frei gewählt werden, vorausgesetzt die Detektionsvorrichtung 12 kann die Strahlungsreflexion SR detektieren.In the present embodiment, the detection device is 12 closer to the holding element 14th arranged as the radiation source 11 . However, the invention is not limited to this. Depending on the application, the arrangement of the detection device 12 with respect to the radiation source 11 can be freely selected, provided the detection device 12 can reduce the radiation reflection SR detect.

Die vorliegende Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Messfläche MF eines Messobjekts MO auch gemessen werden kann, wenn sich diese in einer tieferen Aussparung befindet. In anderen Worten kann die optische Messvorrichtung 10 auch an besonders schwer zugänglichen Messflächen MF Positionsinformationen bestimmen.The present embodiment offers the advantage that a measuring surface MF of a measurement object MO can also be measured if it is located in a deeper recess. In other words, the optical measuring device 10 even on measuring surfaces that are particularly difficult to access MF Determine position information.

7 zeigt ein optisches Messsystem 100 mit drei optischen Messvorrichtungen 10 in einer perspektivischen Ansicht. 8 zeigt das optische Messsystem 100 mit den drei optischen Messvorrichtungen 10, die um 120 Grad versetzt zueinander um das Halteelement 104 angeordnet sind von oben. 9 zeigt das optische Messsystem 100 im Betrieb in einer perspektivischen Ansicht und 10 zeigt das optische Messsystem 100 im Betrieb in einer Schnittansicht. 7th shows an optical measuring system 100 with three optical measuring devices 10 in a perspective view. 8th shows the optical measuring system 100 with the three optical measuring devices 10 that are offset by 120 degrees from one another around the retaining element 104 are arranged from above. 9 shows the optical measuring system 100 in operation in a perspective view and 10 shows the optical measuring system 100 in operation in a sectional view.

Das optische Messsystem 100 gemäß den 7, 8, 9 und 10 ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die optische Messvorrichtungen 10 sind jeweils so angeordnet, dass diese Positionsinformationen an einem Messobjekt MO bezüglich der jeweiligen Messflächen MF bestimmen kann. 7 und 8 zeigen hierbei, dass bei dem optischen Messsystem 100 die optischen Messvorrichtungen 10 an einem gemeinsamen Halteelement 104 gehalten werden.The optical measuring system 100 according to the 7th , 8th , 9 and 10 is a third embodiment of the present invention. The optical measuring devices 10 are each arranged in such a way that this position information is attached to a measurement object MO with regard to the respective measuring surfaces MF can determine. 7th and 8th show here that with the optical measuring system 100 the optical measuring devices 10 on a common holding element 104 being held.

Wie in 9 gezeigt treffen die drei Strahlungsstrahlen MS der drei Strahlungsquellen 12 auf die drei Umlenkelemente 13 und werden durch diese in Richtung der Messfläche/Messflächen MF umgelenkt. An den Messfläche/Messflächen MF wird der umgelenkte Messstrahl MS reflektiert, wobei eine Strahlungsreflexion SR entsteht. Diese Strahlungsreflexion SR wird bei der vorliegenden Ausführungsform jeweils über das Umlenkelement 13 zu der Detektionsvorrichtung 12 umgelenkt.As in 9 shown hit the three rays of radiation MS of the three radiation sources 12 on the three deflection elements 13 and are through this in the direction of the measuring surface / surfaces MF diverted. At the measuring surface / surfaces MF becomes the deflected measuring beam MS reflected, being a radiation reflection SR arises. This reflection of radiation SR is in the present embodiment in each case via the deflection element 13 to the detection device 12 diverted.

Das optische Messsystem 100 der vorliegenden Ausführungsform bietet den Vorteil, eine Durchmesserinformation aus den drei Positionsinformationen zu bestimmen. Dies erfolgt mittels mathematischer Verfahren wie beispielsweise der Kreisregression. Vorteilhaft ist hierbei das bei einer kreisrunden Bohrung der Messkopf exzentrisch eingeführt werden kann, um die Durchmesserinformation zu bestimmen. Anders ausgedrückt kann eine Durchmesserinformation durch eine One-Shot-Messung ohne Voraussetzung genauer Bewegungsabläufe und/oder koaxiales Einführen des Messkopfs ausgeführt werden.The optical measuring system 100 The present embodiment has the advantage of determining diameter information from the three position information. This is done using mathematical methods such as circular regression. It is advantageous here that the measuring head can be introduced eccentrically in the case of a circular bore in order to determine the diameter information. In other words, diameter information can be carried out by a one-shot measurement without the requirement of precise movement sequences and / or coaxial insertion of the measuring head.

Die Durchmesserinformation kann ferner auch ein mittlerer Durchmesser nach Gauss oder Tukey, ein Pferchkreis, eine Ovalität oder eine Rundheit sein. Hierbei ist es nicht wie in den 9 und 10 gezeigt notwendig, dass das gesamte optische Messsystem in den Durchmesser eingeführt wird, sondern die Durchmesserinformation kann ebenfalls wie in der ersten und zweiten Ausführungsform in 4 und 6 gezeigt dadurch erfolgen, dass nur das Umlenkelement in einen Durchmesser des Messobjekts MO eintaucht. Werden beispielsweise die zuvor erwähnten Laser-Abstandssensoren Keyence Typ LKH152 als Strahlungsquellen 11 und Detektionsvorrichtungen 12 verwendet, können Messflächen MF innerhalb einer Aussparung am Messobjekt MO mit einer Öffnungsgröße bzw. einem Durchmesser von ungefähr 80 mm bis zu einer Tiefe von ungefähr 30 mm gemessen werden.The diameter information can also be a mean Gauss or Tukey diameter, an indexed circle, an ovality or a roundness. It's not like that 9 and 10 shown, it is necessary that the entire optical measuring system is introduced into the diameter, but the diameter information can also be used as in the first and second embodiment in FIG 4th and 6th shown in that only the deflecting element in a diameter of the measuring object MO immersed. If, for example, the aforementioned Keyence type LKH152 laser distance sensors are used as radiation sources 11 and detection devices 12 used can measuring surfaces MF within a recess on the measurement object MO with an opening size or diameter of approximately 80 mm to a depth of approximately 30 mm.

Die Funktion des optischen Messsystems 100 kann auch dadurch erreicht werden, dass das optische Messsystem 100 eine Bewegungsvorrichtung umfasst, die zumindest eine optische Messvorrichtung 10 relativ zum Messobjekt MO bewegen kann. Somit werden ebenfalls mehrere Positionsinformationen detektiert. Die Bewegungsvorrichtung kann auch durch eine relative Bewegung der optischen Messvorrichtungen zu einer Messfläche MF so viele Positionsinformationen ermitteln, dass weitere Informationen der Messfläche MF bzw. eines Abschnitts des Messobjekts MO ermittelt werden können, wie z.B. Rauheit, Wiederholmessgenauigkeit oder 3D-Vermessung. Die Bewegungsvorrichtung ist beispielsweise ein Messarm, der mit einem Industrieroboter bewegt wird, kann aber auch jede andere Vorrichtung sein, die eine genaue Bewegung ausführen kann.The function of the optical measuring system 100 can also be achieved in that the optical measuring system 100 a movement device comprising at least one optical measuring device 10 relative to the target MO can move. Several items of positional information are thus also detected. The movement device can also be achieved by moving the optical measuring devices relative to a measuring surface MF determine as much position information that further information of the measuring surface MF or a section of the measurement object MO can be determined, such as roughness, repeat measurement accuracy or 3D measurement. The movement device is, for example, a measuring arm that is moved with an industrial robot, but it can also be any other device that can perform a precise movement.

Die Bewegungsvorrichtung ist hierbei anzupassen auf die zu bestimmende Information. Ist eine zu bestimmende Information eine Durchmesserinformation, ist eine relative Bewegung eine Drehung der optischen Messvorrichtung 10 bzw. Messvorrichtungen 10 bezüglich des Messobjekts MO um die Mittelachse des optischen Messsystems 100 bzw. Messsystemen 100. Wenn eine zu bestimmende Information eine weitere Information wie beispielsweise die Rauheit einer Oberfläche des Messobjekts MO ist, ist die relative Bewegung eine Bewegung entlang der Messfläche MF.The movement device must be adapted to the information to be determined. If information to be determined is diameter information, a relative movement is a rotation of the optical measuring device 10 or measuring devices 10 regarding the measurement object MO around the central axis of the optical measuring system 100 or measuring systems 100 . If an item of information to be determined is additional information such as the roughness of a surface of the measurement object MO the relative movement is a movement along the measuring surface MF .

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Messverfahren zum Detektieren von Informationen eines Messobjekts MO. Das optische Messverfahren umfasst eine Ausgabe eines Messstrahls MS. Bevor der Messstrahl MS auf die Messfläche MF trifft, wird dieser in einem weiteren Verfahrensschritt umgelenkt. Dieses Umlenken des Messstrahls MS ermöglicht ein flexibles Messverfahren und es können somit auch schwer zugängliche Messflächen MF detektiert werden. Der umgelenkte Messstrahl MS bewirkt beim Auftreffen auf die Messfläche MF eine Strahlungsreflexion SR, die in einem weiteren Schritt des optischen Messverfahrens detektiert wird. Das Detektieren der Strahlungsreflexion SR umfasst abhängig vom nachfolgenden Verfahrensschritt eine ortsauflösende Detektion und/oder einer Detektion einer Strahlungsintensität der Strahlungsreflexion SR. Der nachfolgende Verfahrensschritt eines Bestimmens einer Positionsinformation umfasst eine Berechnung der Positionsinformation mittel Triangulation, wenn das Detektieren ortsauflösend ausgestaltet ist. Wird beim Detektieren eine Strahlungsintensität der Strahlungsreflexion SR detektiert, wird die Positionsinformation mittels der Laufzeit der Strahlung bzw. des Lichts bestimmt. Hierbei werden Informationen von der Ausgabe der Strahlung bzw. des Lichts herangezogen.Another embodiment of the present invention is an optical measuring method for detecting information of a measurement object MO . The optical measurement method includes an output of a measurement beam MS . Before the measuring beam MS on the measuring surface MF hits, this is diverted in a further process step. This deflection of the measuring beam MS enables a flexible measuring process and can therefore also measure areas that are difficult to access MF can be detected. The deflected measuring beam MS causes when it hits the measuring surface MF a reflection of radiation SR , which is detected in a further step of the optical measurement process. Detecting the reflection of radiation SR includes, depending on the subsequent method step, a spatially resolving detection and / or a detection of a radiation intensity of the radiation reflection SR . The subsequent method step of determining position information includes calculating the position information by means of triangulation if the detection is designed to be spatially resolving. When detecting a radiation intensity of the radiation reflection SR is detected, the position information is determined by means of the transit time of the radiation or the light. Information from the output of the radiation or the light is used here.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Optische MessvorrichtungOptical measuring device
1111: StrahlungsquelleRadiation source
1212: DetektionsvorrichtungDetection device
1313: UmlenkelementDeflection element
1414th: HalteelementRetaining element
1515th: Energie- und InformationsleitungEnergy and information line
100100: Optisches MesssystemOptical measuring system
104104: HaltelementHolding element
MSMS: MessstrahlMeasuring beam
SRSR: StrahlungsreflexionRadiation reflection
MFMF: MessflächeMeasuring surface
MOMO: MessobjektMeasurement object

Claims

Optische Messvorrichtung (10) mit: einer Strahlungsquelle (11), die einen Messstrahl (MS) ausgeben kann, und einer Detektionsvorrichtung (12), gekennzeichnet durch ein Umlenkelement (13), das angeordnet ist, um den Messstrahl (MS) der Strahlungsquelle (11) umzulenken, und wobei die Detektionsvorrichtung (12), so angeordnet ist, dass diese eine Strahlungsreflexion (SR) des umgelenkten Messstrahls (MS) an einer Messfläche (MF) eines Messobjekts (MO) detektieren kann, und ausgestaltet ist, um eine Positionsinformation bezüglich der Messfläche (MF) zu bestimmen.Optical measuring device (10) with: a radiation source (11) which can output a measuring beam (MS), and a detection device (12), characterized by a deflecting element (13) which is arranged to guide the measuring beam (MS) of the radiation source ( 11), and wherein the detection device (12) is arranged so that it can detect a radiation reflection (SR) of the deflected measuring beam (MS) on a measuring surface (MF) of a measuring object (MO), and is designed to provide position information to be determined in relation to the measuring surface (MF).

Optische Messvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Detektionsvorrichtung (12) die Strahlungsreflexion (SR) über das oder weitere Umlenkelemente (13) detektieren kann.Optical measuring device (10) according to Claim 1 , wherein the detection device (12) can detect the radiation reflection (SR) via the or further deflection element (13).

Optische Messvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Detektionsvorrichtung (12) ein ortsauflösender Detektor ist, der ausgestaltet ist, um die Positionsinformation der Messfläche (MF) mittels Triangulation zu bestimmen.Optical measuring device (10) according to Claim 1 or 2 , wherein the detection device (12) is a spatially resolving detector which is designed to determine the position information of the measuring surface (MF) by means of triangulation.

Optische Messvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Detektionsvorrichtung (12) ausgestaltet ist, um die Positionsinformation der Messfläche (MF) mittels einer Laufzeit der Strahlung zu bestimmen.Optical measuring device (10) according to Claim 1 or 2 , wherein the detection device (12) is designed to determine the position information of the measuring surface (MF) by means of a transit time of the radiation.

Optische Messvorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahlungsquelle (11) und die Detektionsvorrichtung (12) ausgestaltet sind, um die Positionsinformation der Messfläche (MF) mittels einem Konfokalverfahren, bevorzugt einem mehrfarbigen Konfokalverfahren, zu bestimmen.Optical measuring device (10) according to Claim 1 or 2 , wherein the radiation source (11) and the detection device (12) are designed to determine the position information of the measuring surface (MF) by means of a confocal method, preferably a multicolored confocal method.

Optisches Messsystem (100) mit einer optischen Messvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, und ferner mit einer Bewegungsvorrichtung zum Bewegen der optischen Messvorrichtung (10) relativ zum Messobjekt (MO).Optical measuring system (100) with an optical measuring device (10) according to one of the Claims 1 to 5 , and further comprising a movement device for moving the optical measuring device (10) relative to the measurement object (MO).

Optisches Messsystem (100) mit mehreren optischen Messvorrichtungen (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Detektionsvorrichtungen (12) ausgestaltet sind, um eine Abstandsinformation zwischen zwei Messflächen (MF) des Messobjekts (MO) aus den Positionsinformationen zu bestimmen.Optical measuring system (100) with several optical measuring devices (10) according to one of the Claims 1 to 5 , wherein the detection devices (12) are designed to determine distance information between two measurement surfaces (MF) of the measurement object (MO) from the position information.

Optisches Messsystem (100) gemäß Anspruch 7, mit zumindest drei optischen Messvorrichtungen (10), wobei die Detektionsvorrichtungen (12) ausgestaltet sind, um eine Durchmesserinformation des Messobjekts (MO) aus den Positionsinformationen zu bestimmen.Optical measuring system (100) according to Claim 7 , with at least three optical measuring devices (10), wherein the detection devices (12) are designed to determine a diameter information of the measurement object (MO) from the position information.

Optisches Messsystem (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, mit einer Bewegungsvorrichtung zum Bewegen der optischen Messvorrichtungen (10) relativ zum Messobjekt (MO).Optical measuring system (100) according to Claim 7 or 8th , with a movement device for moving the optical measuring devices (10) relative to the measurement object (MO).

Optisches Messsystem (100) gemäß Anspruch 6 oder 9, wobei die Bewegungsvorrichtung die optische/optischen Messvorrichtung/Messvorrichtungen (10) entlang einer Messfläche (MF) des Messobjekts (MO) bewegen kann, und die Detektionsvorrichtung/Detektionsvorrichtungen (12) ausgestaltet ist/sind, um weitere Informationen des Messobjekts (MO) aus den Positionsinformationen zu bestimmen.Optical measuring system (100) according to Claim 6 or 9 , wherein the movement device can move the optical / optical measuring device / measuring devices (10) along a measuring surface (MF) of the measurement object (MO), and the detection device / detection devices (12) is / are designed to provide further information about the measurement object (MO) determine the position information.

Optisches Messsystem (100) gemäß Anspruch 6, 9 oder 10, wobei die Bewegungsvorrichtung die optische/optischen Messvorrichtung/Messvorrichtungen (10) relativ zu dem Messobjekt (MO) drehen kann, und die Detektionsvorrichtung/Detektionsvorrichtungen (12) eine Durchmesserinformation und/oder weitere Informationen des Messobjekts (MO) aus den Positionsinformationen bestimmen kann/können.Optical measuring system (100) according to Claim 6 , 9 or 10 , wherein the movement device can rotate the optical / optical measuring device / measuring devices (10) relative to the measurement object (MO), and the detection device / detection devices (12) can determine diameter information and / or further information of the measurement object (MO) from the position information / can.

Optisches Messverfahren zum Detektieren von Positionsinformationen eines Messobjekts (MO), mit einer Ausgabe eines Messstrahls (MS), einem Umlenken des Messstrahls (MS), einem Reflektieren des Messstrahls (MS) an einer Messfläche des Messobjekts, einem Detektieren der Strahlungsreflexion (SR) des umgelenkten Messstrahls (MS) und einem Bestimmen einer Positionsinformation bezüglich der Messfläche (MF) des Messobjekts (MO) aus der Strahlungsreflexion (SR) des umgelenkten Messstrahls (MS).Optical measuring method for detecting position information of a measurement object (MO), with an output of a measuring beam (MS), a deflection of the measuring beam (MS), reflecting the measuring beam (MS) on a measuring surface of the measuring object, detecting the radiation reflection (SR) of the deflected measuring beam (MS) and determining position information relating to the measuring surface (MF) of the measuring object (MO) from the radiation reflection (SR) of the deflected measuring beam (MS).