DE202007014435U1 - Optischer Sensor für eine Messvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Optischer Sensor (38) für eine Messvorrichtung, mit einem Weißlichtsensor (44) mit einer breitbandigen Strahlungsquelle (50) und einem wellenlängenempfindlichen Empfänger (52); und einem mit dem Weißlichtsensor (44) gekoppelten Messobjektiv (46) zum Richten eines Messstrahles auf ein Messobjekt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der optische Sensor (38) ferner aufweist:
eine Steuer- und Auswerteelektronik (54) zum Steuern des Weißlichtsensors (44) und Auswerten der vom Weißlichtsensor (44) erzeugten Messsignale; und
einen Wechseladapter (48) mit Anschlüssen zum Verbinden des optischen Sensors (38) mit einer Messvorrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sensor für eine Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 5. Der optische Sensor ist insbesondere für den Einsatz in Mehrkoordinaten-Messgeräten (KMG) mit taktilen, wechselbaren Sensoren geeignet, kann aber auch in einer anderen Bauform als Autofokus und/oder Scanner mit linearem Messbereich bei optischen KMGs, Multisensor-KMGs, Mikroskopen und anderen Mess- bzw. Prüfsystemen oder Vorrichtungen/Geräten eingesetzt werden.
  • Mehrkoordinaten-Messvorrichtungen sind im Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen wohlbekannt. Man unterscheidet hier zwischen KMGs mit vorwiegend taktilen Sensoren und KMGs mit optischen Sensoren bzw. Multisensoren, wobei bei diesen KMGs die Sensoren fest integriert sind und nicht mittels einer entsprechenden Wechseleinrichtung wechselbar sind.
  • Eine solche Mehrkoordinaten-Messvorrichtung ist beispielsweise in der DE 38 06 686 A1 beschrieben. Bei der in dieser Druckschrift offenbarten Vorrichtung ist mittels eines Multisensortastsystems sowohl eine berührungsfreie als auch eine mechanisch antastende Vermessung eines Messobjekts möglich. Für die berührungsfreie Vermessung ist ein optischer Sensor vorgesehen und für die mechanisch antastende Vermessung ist ein mechanischer Tastkopf vorgesehen. Zur automatischen Konturerfassung des Messobjekts weist der optische Sensor neben einem Videosensor auch einen Lasersensor auf. Der in der DE 38 06 686 A1 offenbarte Lasersensor folgt der Oberflächenkontur des Messobjekts in konstantem Abstand und erreicht damit eine Konturerfassung in Quasi-Echtzeit mit hoher Genauigkeit. Im Scanbetrieb wird die z-Achse kontinuierlich nachgeregelt, sodass der Lasersensor konstant in der Fokusebene justiert bleibt. Der Lasersensor arbeitet als Triggertaster ohne eigenen linearen Messbereich, d. h. die Scangenauigkeit hängt nur von der Verfahrgeschwindigkeit des optischen Sensors bzw. von der Größenordnung des Servo-Schleppfehlers ab. Eine weitere Einschränkung der Messgenauigkeit bilden die so genannten Speckles, die beim Fokussieren des kohärenten Laserstrahls auf optisch raue Oberflächen (Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge) entstehen und die Auswertung des Messsignals des Lasersensors erschweren oder unmöglich machen.
  • Ferner ist es in der Messtechnik bekannt, Messungen mit so genannten Weißlichtsensoren durchzuführen, bei welchen das oben genannte Problem der Specklemuster nicht auftritt. Derartige Weißlichtmesssysteme bestehen herkömmlicherweise aus einem Sensorkopf, der über einen flexiblen Lichtleiter mit einer Steuereinheit verbunden ist. Die Steuereinheit enthält die Lichtquelle, den Empfänger in Form eines Spektrometers, die Messdatenauswertung, eine Datenschnittstelle zu externen Geräten und die Stromversorgung. Derartige Messsysteme sind als wechselbare Sensoren für KMGs nicht verwendbar, da sie aufgrund der großvolumigen Steuereinheit und der festen Verbindung zwischen Sensorkopf und Steuereinheit nicht automatisch gewechselt werden können. Auch ein kombinierter Einsatz mit anderen Sensortypen ist im Allgemeinen nicht möglich. Des Weiteren sind die generierten Messdaten nicht kompatibel mit der bestehenden Hard- und Software von Messmaschinen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor zu entwickeln, der eine Weißlichtquelle verwendet und in Koordinaten-Messgeräten/vorrichtungen einsetzbar und mit der bestehenden Hard- und Software solcher KMGs kompatibel ist.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Der optische Sensor für eine Messvorrichtung weist einen Weißlichtsensor mit einer breitbandigen Strahlungsquelle (so genannte Weißlichtquelle) und einem wellenlängenempfindlichen Empfänger sowie ein mit dem Weißlichtsensor gekoppeltes Messobjektiv zum Richten eines Messstrahles auf ein Messobjekt auf. Ferner weist der optische Sensor eine Steuer- und Auswerteelektronik zum Steuern des Weißlichtsensors und Auswerten der vom Weißlichtsensor erzeugten Messsignale und einen Wechseladapter mit Anschlüssen zum Verbinden des optischen Sensors mit der Messvorrichtung auf.
  • Der so aufgebaute optische Sensor beinhaltet bei kompakter, leichter Bauweise alle wesentlichen Komponenten für seine Funktionsweise und kann in allen Messvorrichtungen oder Prüfsystemen mit automatischem Taster- bzw. Sensorwechsler eingesetzt werden. Die mit dem optischen Sensor generierten Messdaten sind voll kompatibel mit den Messdaten, die zum Beispiel durch taktile Taster der gleichen Messvorrichtung erzeugt werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Steuer- und Auswerteelektronik einen Verstärker zum Verstärken des vom Weißlichtsensor erzeugten Messsignals.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der optische Sensor ferner einen Videosensor auf, dessen Strahlengang durch das gleiche Messobjektiv wie jener des Weißlichtsensors läuft und der vorzugsweise eine CCD-Kamera, eine CMOS-Kamera, eine CCD/CMOS-Kamera oder dergleichen enthält. Auf diese Weise kann der Weißlichtsensor in kompakter Weise mit einem Videosensor kombiniert werden, sodass neben den durch die Verwendung der Weißlichtquelle bedingten Vorteilen auch jene Vorteile erzielt werden können, wie sie bei der herkömmlichen Messvorrichtung der DE 38 06 686 A1 durch die Kombination von Lasersensor und Videosensor erzielt wurden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
  • Der optische Sensor für eine Messvorrichtung weist einen Weißlichtsensor mit einer breitbandigen Strahlungsquelle (so genannte Weißlichtquelle) und einem wellenlängenempfindlichen Empfänger sowie ein Messobjektiv zum Richten eines Messstrahles auf ein Messobjekt auf. Ferner weist der optische Sensor einen Videosensor auf, wobei der Strahlengang des Videosensors durch das gleiche Messobjektiv wie jener des Weißlichtsensors läuft.
  • Der so aufgebaute optische Sensor kombiniert bei kompakter, leichter Bauweise einen Weißlichtsensor mit einem Videosensor. Der Weißlichtsensor arbeitet analog zum Lasersensor der in der DE 38 06 686 A1 beschriebenen Messvorrichtung als Autofokus oder Scanner für den Videosensor, allerdings ohne die eingangs erwähnten Nachteile des Lasersensors (Specklemuster).
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Messobjektiv mit dem Videosensor gekoppelt und der Strahlengang des Weißlichtsensors ist in den Strahlengang des Videosensors eingespiegelt. Der Videosensor enthält eine CCD-Kamera, eine CMOS-Kamera, eine CCD/CMOS-Kamera oder dergleichen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der optische Sensor ferner eine Steuer- und Auswerteelektronik zum Steuern des Videosensors und des Weißlichtsensors und Auswerten der vom Videosensor und Weißlichtsensor erzeugten Messsignale sowie einen Wechseladapter mit Anschlüssen zum Verbinden des optischen Sensors mit einer Messvorrichtung auf. Der optische Sensor enthält damit alle wesentlichen Komponenten für seine Funktionsweise und kann in allen Messvorrichtungen oder Prüfsystemen mit automatischem Taster- bzw. Sensorwechsler eingesetzt werden. Die mit dem optischen Sensor generierten Messdaten sind voll kompatibel mit den Messdaten, die zum Beispiel durch taktile Taster der gleichen Messvorrichtung erzeugt werden.
  • Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der oben beschriebenen optischen Sensoren sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der der wellenlängenempfindliche Empfänger des Weißlichtsensors eine chromatische Linsenanordnung, eine Blende und eine wellenlängenempfindliche Photodiodenanordnung auf. Die chromatische Linsenanordnung des wellenlängenempfindlichen Empfängers kann dabei zum Beispiel aus einer asphärischen Linse oder aus zwei sphärischen Linsen gebildet sein. Die Blende des wellenlängenempfindlichen Empfängers besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 3 μm.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die breitbandige Strahlungsquelle des Weißlichtsensors eine Superlumineszenzdiode (Leuchtdiode, bei der eine große Lichtausbeute erzielt wird) auf.
  • In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechseladapter des optischen Sensors für eine Betätigung durch einen automatischen Wechsler der Messvorrichtung ausgebildet.
  • Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
  • 1 eine schematische Perspektivansicht einer Mehrkoordinaten-Messvorrichtung, bei welcher die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann;
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild des Grundaufbaus eines optischen Sensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Weißlichtsensors des optischen Sensors von 2;
  • 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer beispielhaften Steuer- und Auswerteelektronik des optischen Sensors von 2;
  • 5 ein schematisches Blockschaltbild des Grundaufbaus eines optischen Sensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein schematisches Blockschaltbild eines Weißlichtsensors und eines Videosensors des optischen Sensors von 5; und
  • 7 ein schematisches Blockschaltbild des Grundaufbaus eines optischen Sensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Unter Bezug auf 1 wird nun zunächst beispielhaft der Aufbau einer Mehrkoordinaten-Messvorrichtung (KMG) näher beschrieben, bei welcher der optische Sensor der vorliegenden Erfindung, der weiter unten im Detail erläutert wird, in vorteilhafter Weise eingesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung ist aber selbstverständlich nicht nur auf diese spezielle Mehrkoordinaten-Messvorrichtung beschränkt, sondern kann grundsätzlich mit beliebigen Messvorrichtungen kombiniert werden, die einen optischen Sensor einsetzen.
  • 1 zeigt in perspektivischer Darstellung die wesentlichen Komponenten einer Mehrkoordinaten-Messvorrichtung. Die Messvorrichtung ist eine in Portalbauweise aufgebaute Messmaschine mit einem feststehenden Portal, das aus zwei Seitenstützen 10, einer Traverse 12 und einem Messtisch 14 ausgebildet ist. Die Traverse 12 bildet gleichzeitig eine erste Führungsbahn 16 für einen Querträger 18, der sich mit einer Stütze 20 auf einer zweiten Führungsbahn 22 auf dem Rand des Messtisches 14 abstützt. Der Querträger 18 kann entlang der beiden parallel angeordneten Führungsbahnen 16, 22 bis gegen Endanschläge (nicht dargestellt) in x-Koordinatenrichtung über dem Messtisch 14 verfahren werden. Der Messtisch 14 ist beispielsweise als Drehmesstisch ausgebildet und in der x-y-Ebene fixiert.
  • Die Messmaschine ist über eine Signalleitung 24 mit einer Auswerte- und/oder Steuereinheit 26 verbunden. Mit der Auswerte- und/oder Steuereinheit 26 sind wiederum eine Eingabevorrichtung 28 für den Benutzer, ein Monitor 30, ein Drucker 32 und dergleichen verbunden. Die Steuerung der Komponenten der Messmaschine und die Auswertung der Messsignale erfolgt durch diese Auswerte- und/oder Steuereinheit 26.
  • An dem Querträger 18 der Messmaschine ist ein Schlitten 34 angebracht, der entlang des Querträgers 18 in y-Koordinatenrichtung bewegbar ist. Dieser Schlitten 34 nimmt eine in z-Koordinatenrichtung verschiebbare Pinole 36 auf. Alternativ können an dem Schlitten 34 auch zwei oder mehr separate Pinolen angebracht sein oder können an dem Querträger 18 auch zwei oder mehr separate, in y-Koordinatenrichtung bewegbare Schlitten vorgesehen sein, die jeweils eine Pinole aufnehmen. Die verschiedenen Schlitten können im letztgenannten Fall unabhängig voneinander angesteuert werden.
  • Am unteren Ende der Pinole 36 (wahlweise der mehreren Pinolen) ist ein optischer Sensor 38, der insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, angebracht.
  • In einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, die Mehrkoordinaten-Messvorrichtung mit einem in der x-y-Ebene verfahrbaren Messtisch 14 und in x-y-Ebene fixierter Pinole 36 zu versehen, wodurch die gleichen Relativbewegungen zwischen einem Messobjekt auf dem Messtisch 14 und dem optischen Sensor 38 realisierbar sind.
  • Der optische Sensor 38 kann jederzeit und in beliebiger Reihenfolge über die (vorzugsweise automatische) Wechselvorrichtung der Messvorrichtung mit einem taktilen Taster gewechselt werden, um eine große Flexibilität bezüglich der zu bewältigenden Messaufgaben zu gewährleisten. Durch den kombinierten Einsatz der einzelnen Sensoren bzw. Taster können auch komplizierte Messaufgaben in kurzer Zeit durchgeführt werden.
  • Bezug nehmend auf 2 bis 4 wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 38 der Erfindung näher erläutert, das zum Beispiel bei der oben beschriebenen Mehrkoordinaten-Messvorrichtung einsetzbar ist.
  • Die wesentlichen Bestandteile des optischen Sensors 38 sind ein Weißlichtsensor 44 mit Lichtquelle und Empfänger, ein mit dem Weißlichtsensor 44 gekoppeltes Messobjektiv 46 und eine Steuer- und Auswerteelektronik 54 (siehe 2). Alle diese Komponenten sind in einem kompakten Sensorgehäuse mit einem Wechseladapter (Autojoint) 48 untergebracht. Der Wechseladapter 48 weist mehrere Anschlüsse (nicht dargestellt) zur Verbindung mit einer Messvorrichtung auf, die insbesondere Anschlüsse zur Stromversorgung des optischen Sensors 38 und Signalübertragung von Messdaten des optischen Sensors umfassen.
  • Der optische Sensor 38 der Erfindung ist in vorteilhafter Weise zum Einsatz mit Koordinatenmessmaschinen mit automatischem Tasterwechsler geeignet. Insbesondere enthält der optische Sensor 38 der Erfindung in kompakter Bauweise (kleine Größe, geringes Gewicht) alle wesentlichen Komponenten des optischen Sensors wie Lichtquelle, Empfänger und Optiken (weiter unten im Detail beschrieben) sowie auch eine integrierte Steuer- und Auswerteelektronik 54 und die erforderlichen Schnittstellen zur Messmaschine über den Wechseladapter 48. Der optische Sensor 38 kann somit für den Benutzer analog zu herkömmlichen Tastköpfen in einer Messvorrichtung benutzt werden.
  • 3 zeigt den Aufbau des optischen Sensors 38 von 2, genauer seines Weißlichtsensors 44 in mehr Einzelheiten, wobei der Wechseladapter 48 der Einfachheit halber in 3 weggelassen ist.
  • Der Weißlichtsensor 44 des optischen Sensors 38 weist als wesentliche Bestandteile eine breitbandige Strahlungsquelle (so genannte Weißlichtquelle) 50 und einen wellenlängenempfindlichen Empfänger 52 auf. Die Steuer- und Auswerteelektronik 54 ist mit dem Empfänger 52 gekoppelt und wird weiter unten anhand von 4 näher beschrieben.
  • Die breitbandige Strahlungsquelle 50 weist insbesondere eine Superlumineszenzdiode 56 zum Erzeugen eines polychromatischen Lichtstrahls (Weißlicht) hoher Lichtintensität je Flächeneinheit auf. Die spektrale Bandbreite der hier eingesetzten Superlumineszenzdiode beträgt zum Beispiel etwa 40 nm und liegt im Bereich etwa zwischen 820 nm und 860 nm. Die polychromatischen Lichtstrahlen von der Superlumineszenzdiode 56 durchlaufen zunächst eine chromatische Linsenanordnung 58, welche die Wellenfronten der punktförmigen Lichtquelle 56 in flache Wellenfronten umwandelt. Die chromatische Linsenanordnung kann zum Beispiel aus einer asphärischen Linse oder aus zwei sphärischen Linsen gebildet sein.
  • Nach Durchlaufen dieser ersten chromatischen Linsenanordnung 58 laufen die Lichtstrahlen durch einen Strahlteiler 60 und anschließend durch eine Linsenanordnung 62 des Messobjektivs 46, um auf eine Messebene 64 eines Messobjekts als kleiner, aber intensiver Lichtfleck fokussiert zu werden. Dabei werden die Anteile des polychromatischen Lichts mit unterschiedlichen Wellenlängen auf unterschiedliche Messebenen 64 fokussiert.
  • Die von dem Messobjekt reflektierten Lichtstrahlen treffen nach Durchlaufen der Linsenanordnung 62 des Messobjektivs 46 wieder auf den Strahlteiler 60 und werden von diesem um etwa 90° auf die übrigen optischen Komponenten des Empfängers 52 umgelenkt.
  • Nach dem Strahlteiler 60 treffen die reflektierten Lichtstrahlen im Empfänger 52 auf eine weitere chromatische Linsenanordnung 66, die analog zur obigen ersten chromatischen Linsenanordnung 58 der Strahlungsquelle 50 zum Beispiel aus einer asphärischen Linse oder aus zwei sphärischen Linsen aufgebaut sein kann. Dieser chromatischen Linsenanordnung 68 ist eine Blende 68 mit einem sehr kleinen Durchmesser von wenigstens 3 μm oder wenigstens 5 μm nachgeschaltet. Durch die Blendenöffnung kann aufgrund der chromatischen Linsenanordnung 66 jeweils nur Licht einer Wellenlänge mit einem entsprechenden Fokus gelangen.
  • Das durch die Blende 68 gelangende Licht trifft nach Durchlaufen einer achromatischen Linse 70 auf eine wellenlängenempfindliche Photodiode 72. Diese Photodiode 72 hat zum Beispiel zwei Diodenbereiche, von denen einer eine verstärkte Antwort im roten Bereich und der andere im blauen Bereich besitzt, sodass zwei Photoströme proportional zur Wellenlänge des einfallenden Lichts erzeugt werden. Das Verhältnis der beiden Photostromstärken hängt nur von der Wellenlänge des einfallenden Lichts ab, sodass aus diesem Messsignal der Fokus der Messebene 64 und damit die z-Koordinate eines Messpunktes auf einem Messobjekt bestimmt werden können.
  • Die von der wellenlängenempfindlichen Photodiode 72 erzeugten Messsignale (Photoströme) werden der Auswerteelektronik 54 zugeführt, welche ebenfalls in dem optischen Sensor 38 integriert ist. Wie in 4 dargestellt, enthält diese Auswerteelektronik 54 in einer Ausführungsform zwei Transimpedanz-Verstärker 74 zur Verstärkung der sehr kleinen Messsignale des Empfängers 52, denen jeweils ein Analog/Digital-Umsetzer 76 nachgeschaltet ist. Alternativ ist auch die Verwendung eines logarithmischen Verstärkers denkbar. Die Ausgänge der beiden Analog/Digital-Umsetzer 76 werden dann in einem Mikroprozessor 78 weiter bearbeitet und ausgewertet. Dieser Mikroprozessor 78 ist mit einer Datenschnittstelle des Wechseladapters 48 verbunden.
  • Der oben beschriebene Weißlichtsensor 44 mit der Weißlichtquelle 50 und dem wellenlängenempfindlichen Empfänger 52 ermöglicht eine problemlose, sehr genaue und schnelle Koordinatenerfassung von Oberflächen, ohne durch Speckles irritiert zu werden, wie dies bei der Verwendung eines Lasersensors der Fall wäre.
  • Bezug nehmend auf 5 und 6 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 38 der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Dabei sind gleiche oder ähnliche Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wir in dem ersten Ausführungsbeispiel von 2 bis 4 gekennzeichnet und auf ihre Beschreibung wird verzichtet.
  • Die wesentlichen Komponenten dieses optischen Sensors sind ein Weißlichtsensor 44, ein Videosensor 80 und ein Messobjektiv 46. Der Weißlichtsensor 44 entspricht dabei jenem des optischen Sensors des ersten Ausführungsbeispiels, wie er insbesondere in 3 und 4 dargestellt ist. Der Weißlichtsensor 44 und der Videosensor 80 sind derart kombiniert, dass der Strahlengang des Videosensors 80 durch das gleiche Messobjektiv 46 läuft wie jener des Weißlichtsensors 44. Beispielsweise ist das Messobjektiv 46 mit dem Videosensor 80 gekoppelt und der Strahlengang des Weißlichtsensors 44 ist in jenen des Videosensors 80 eingespiegelt, wie in 5 angedeutet. Alternativ ist es natürlich auch möglich, das Messobjektiv 46 mit dem Weißlichtsensor 44 zu koppeln und den Strahlengang des Videosensors 80 in jenen des Weißlichtsensors 44 einzuspiegeln.
  • Die Kombination von Weißlichtsensor 44 und Videosensor 80 ist in 6 in mehr Einzelheiten dargestellt. Auf eine Wiederholung der Beschreibung des Weißlichtsensors 44 wird jedoch der Einfachheit halber verzichtet.
  • Der Videosensor 80 besitzt eine Lichtquelle 82, von der das Licht über eine Linse 84 auf einen Strahlteiler 84 gerichtet wird, durch den das Licht in Richtung auf das gemeinsame Messobjektiv 46 umgelenkt wird. Zur integralen Kopplung des Weißlichtsensors 44 und des Videosensors 80 ist ein weiterer Strahlteiler 88 vorgesehen, durch den einerseits das Licht von der Lichtquelle 82 des Videosensors 80 und andererseits das Licht der Weißlichtquelle 50 des Weißlichtsensors 44 zum Messobjektiv 46 und das am Messobjekt reflektierte Licht zu den jeweiligen Empfängern zurück geleitet wird. Der Videosensor 80 hat als Empfänger eine Kamera 92 (CCD, CMOS, CCD/CMOS), der ein Tubus 90 vorgeschaltet ist.
  • Der Videosensor 80 soll im Rahmen dieser Erfindung nicht weiter erläutert werden, da er dem Fachmann hinlänglich bekannt ist und der erfindungsgemäße optische Sensor 38 nicht auf die Kombination mit einem speziellen Videosensor eingeschränkt ist.
  • Der optische Sensor 38 dieses Ausführungsbeispiels sieht eine kompakte Einheit mit Weißlichtsensor 44 und Videosensor 80 vor. Der Weißlichtsensor 44 kann dabei insbesondere als Autofokus für den Videosensor 80 oder als Scanner genutzt werden, wobei im Gegensatz zur Verwendung eines Lasersensors aufgrund des beim Weißlichtsensor nicht vorhandenen Problems der Specklemuster eine höhere Messgenauigkeit erreichbar ist und der lineare Messbereich des Sensors das Scannen ohne die Nachregelung der z-Koordinatenachse erlaubt. Daraus resultiert eine weitaus höhere Scanngeschwindigkeit und Genauigkeit.
  • Bezug nehmend auf 7 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 38 der vorliegenden Erfindung näher erläutert.
  • Der optische Sensor 38 des dritten Ausführungsbeispiels ist eine Kombination der optischen Sensoren der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungs beispiele. D. h. der optische Sensor 38 weist insbesondere einen Weißlichtsensor 44 und einen Videosensor 80 auf, wobei der Strahlengang des Weißlichtsensors 44 durch das gleiche Messobjektiv 46 wie der Strahlengang des Videosensors 80 läuft. Weiter enthält der optische Sensor eine Steuer- und Auswerteelektronik 54a für den Weißlichtsensor 44 und eine Steuer- und Auswerteelektronik 54b für den Videosensor 80 bzw. eine gemeinsame Steuer- und Auswerteelektronik 54 für beide Sensoren 44, 80. Die genannten Komponenten sind alle in einem kompakten, leichten Gehäuse mit einem Wechseladapter 48 untergebracht.
  • Die einzelnen Komponenten und ihre Vorteile dieses optischen Sensors 38 wurden bereits anhand der 2 bis 6 eingehend erläutert, sodass an dieser Stelle auf eine nähere Beschreibung verzichtet werden kann. Der in 7 veranschaulichte optische Sensor 38 kombiniert nicht nur die Komponenten des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels, sondern natürlich auch deren Vorteile.
  • Die vorliegende Erfindung wurde oben anhand der Anwendung des erfindungsgemäßen optischen Sensors in einer Mehrkoordinaten-Messvorrichtung im Detail erläutert, ohne dass sie auf diese spezielle Anwendung beschränkt sein soll. Der optische Sensor der Erfindung kann auch bei anderen Mess- und Prüfsystemen zum Einsatz kommen und ebenso in anderen Vorrichtungen/Geräten benutzt werden. Zum Beispiel kann der optische Sensor mit dem Weißlichtsensor 44 als Autofokus für eine Vorrichtung/ein Gerät zum Nachregeln eines Bearbeitungslasers (z. B. YAG) verwendet werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten des optischen Sensors werden sich dem Fachmann beim Studium der vorliegenden Unterlagen unmittelbar ergeben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3806686 A1 [0003, 0003, 0010, 0013]

Claims (14)

  1. Optischer Sensor (38) für eine Messvorrichtung, mit einem Weißlichtsensor (44) mit einer breitbandigen Strahlungsquelle (50) und einem wellenlängenempfindlichen Empfänger (52); und einem mit dem Weißlichtsensor (44) gekoppelten Messobjektiv (46) zum Richten eines Messstrahles auf ein Messobjekt, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (38) ferner aufweist: eine Steuer- und Auswerteelektronik (54) zum Steuern des Weißlichtsensors (44) und Auswerten der vom Weißlichtsensor (44) erzeugten Messsignale; und einen Wechseladapter (48) mit Anschlüssen zum Verbinden des optischen Sensors (38) mit einer Messvorrichtung.
  2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteelektronik (54) einen Verstärker (74) zum Verstärken des vom Weißlichtsensor (44) erzeugten Messsignals enthält.
  3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Videosensor (80) aufweist, dessen Strahlengang durch das gleiche Messobjektiv (46) wie jener des Weißlichtsensors (44) läuft.
  4. Optischer Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Videosensor (80) eine CCD-Kamera, eine CMOS-Kamera oder eine CCD/CMOS-Kamera (92) enthält.
  5. Optischer Sensor (38) für eine Messvorrichtung, mit einem Weißlichtsensor (44) mit einer breitbandigen Strahlungsquelle (50) und einem wellenlängen empfindlichen Empfänger (52); und einem Messobjektiv (46) zum Richten eines Messstrahles auf ein Messobjekt, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (38) ferner einen Videosensor (80) aufweist; und dass der Strahlengang des Videosensors (80) durch das gleiche Messobjektiv (46) wie jener des Weißlichtsensors (44) läuft.
  6. Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjektiv (46) mit dem Videosensor (80) gekoppelt ist; und dass der Strahlengang des Weißlichtsensors (44) in den Strahlengang des Videosensors (80) eingespiegelt ist.
  7. Optischer Sensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Videosensor (80) eine CCD-Kamera, eine CMOS-Kamera oder eine CCD/CMOS-Kamera (92) enthält.
  8. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (38) ferner aufweist: eine Steuer- und Auswerteelektronik (54a, 54b) zum Steuern des Videosensors (80) und des Weißlichtsensors (44) und Auswerten der vom Videosensor (80) und Weißlichtsensor (44) erzeugten Messsignale; und einen Wechseladapter (48) mit Anschlüssen zum Verbinden des optischen Sensors (38) mit einer Messvorrichtung.
  9. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wellenlängenempfindliche Empfänger (52) des Weißlichtsensors (44) eine chromatische Linsenanordnung (66), eine Blende (68) und eine wellenlängenempfindliche Messdiodenanordnung (72) aufweist.
  10. Optischer Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatische Linsenanordnung (66) des wellenlängenempfindlichen Empfängers (52) aus einer asphärischen Linse gebildet ist.
  11. Optischer Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatische Linsenanordnung (66) des wellenlängenempfindlichen Empfängers (52) aus zwei sphärischen Linsen gebildet ist.
  12. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (68) des wellenlängenempfindlichen Empfängers (52) einen Durchmesser von mindestens 3 μm besitzt.
  13. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die breitbandige Strahlungsquelle (50) des Weißlichtsensors (44) eine Superlumineszenzdiode (56) aufweist.
  14. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechseladapter (48) für eine Betätigung durch einen automatischen Wechsler der Messvorrichtung ausgebildet ist.
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