DE102016107336B4

DE102016107336B4 - Koordinatenmessgerät, Verfahren zur Herstellung eines Koordinatenmessgeräts und Verfahren zur Messung eines optischen Filters

Info

Publication number: DE102016107336B4
Application number: DE102016107336.9A
Authority: DE
Inventors: Dominik Seitz; Frank Widulle; Phillip Jester; Aksel Göhnermeier; Christoph-Hilmar Graf vom Hagen; Andreas EBSER; Andreas Möbius
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: US20170307355A1; CN107449358A; US10309765B2; CN107449358B; DE102016107336A1

Abstract

Koordinatenmessgerät (10), mit einem optischen Sensor (38) zur optischen Erfassung von Bilddaten eines Werkstücks, wobei der optische Sensor (38) ein Objektiv (68) aufweist, welches eine optische Achse (70) definiert, und mit einer Beleuchtungseinrichtung (42) zur Beleuchtung des Werkstücks (64) während der optischen Erfassung der Bilddaten. Die Beleuchtungseinrichtung (42) weist einen diffus strahlenden Leuchtkörper (50) und einen optischen Filter (52) auf, welcher eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, voneinander getrennten Lichtdurchtritte (58) besitzt, wobei Licht, das von dem Leuchtkörper (50) abgestrahlt wird, auf einer Unterseite (54) des Filters (52) in diesen eintritt, die Lichtdurchtritte (58) passiert und auf einer gegenüberliegenden Oberseite (60) des Filters (52) wieder aus diesem austritt, wobei die Lichtdurchtritte (58) jeweils nur Lichtstrahlen (56) durchlassen, die einen Winkel kleiner einem definierten Grenzwinkel (α) mit einer Längsachse (62) des jeweiligen Lichtdurchtritts (58) einschließen. Das Objektiv (68) und der Filter (52) sind relativ zueinander derart geneigt, dass ein senkrecht zu der Oberseite (60) des Filters (52) ausgerichteter Normalenvektor (72) mit der optischen Achse (70) einen Neigungswinkel (β) ungleich 0° einschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät zur Messung von räumlichen Koordinaten eines Werkstücks. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Koordinatenmessgeräts. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Messung von optischen Eigenschaften eines optischen Filters, welcher in dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät zum Einsatz kommt.
Koordinatenmessgeräte dienen dazu, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung Werkstücke zu überprüfen oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sogenannten ”Reverse Engineering” zu ermitteln. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar, wie zum Beispiel auch prozesssteuernde Anwendungen, bei denen die Messtechnik direkt zur Online-Überwachung und -Regelung von Fertigungs- und Bearbeitungsprozessen angewendet wird.
In Koordinatenmessgeräten können verschiedene Arten von Sensoren zur Anwendung kommen, um das zu vermessende Werkstück zu erfassen. Beispielsweise sind hierzu taktil messende Sensoren bekannt, wie sie von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung ”VAST XT” oder ”VAST XXT” vertrieben werden. Hierbei wird die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks mit einem Taststift abgetastet, dessen Koordinaten im Messraum ständig bekannt sind. Ein derartiger Taststift kann auch entlang der Oberfläche eines Werkstücks bewegt werden, so dass in einem solchen Messvorgang im Rahmen eines sogenannten ”Scanning-Verfahrens” eine Vielzahl von Messpunkten in festgelegten zeitlichen Abständen erfasst werden können.
Darüber hinaus ist es bekannt, optische Sensoren einzusetzen, die ein berührungsloses Erfassen der Koordinaten eines Werkstücks bzw. Messobjekts ermöglichen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein solches Koordinatenmessgerät mit optischem Sensor.
In der optischen dimensionellen Messtechnik entstehen regelmäßig große Aufwände, wenn mit Genauigkeiten im Bereich einzelner Mikrometer die Form von Werkstücken gemessen werden soll. Dies ist allgemein darauf zurückzuführen, dass vergleichsweise komplexe und schwere Sensoren von vergleichsweise komplexen Maschinen entlang vorgeplanter Trajektorien geführt werden. Anschließend oder parallel wird dann die optisch erfasste Information im Zusammenhang mit der von der Maschinen-Aktuatorik bereitgestellten Ortsinformation gesetzt, so dass die Oberfläche des zu vermessenden Objekts rekonstruiert werden kann.
Ein Beispiel für einen optischen Sensor, welcher in einem optischen Koordinatenmessgerät zum Einsatz kommen kann, ist der unter der Produktbezeichnung ”ViScan” von der Anmelderin vertriebene optische Sensor. Ein derartiger optischer Sensor kann in verschiedenen Arten von Messaufbauten oder Koordinatenmessgeräten verwendet werden. Beispiele für solche Koordinatenmessgeräte sind die von der Anmelderin vertriebenen Produkte ”O-SELECT” und ”O-INSPECT”.
Als optischer Sensor in solchen optischen Koordinatenmessgeräten wird üblicherweise eine Kamera mit hochauflösendem Objektiv verwendet. Bei der optischen Messtechnik wird vereinfacht gesagt der Schattenwurf des Messobjekts ausgewertet. Dazu wird auf der Abbildung des Messobjekts auf dem Kamerachip der Schwarz-Weiss-Übergang mit der Lage des Messobjekts in Verbindung gebracht. Durch Kalibration der Optik ist diese Verbindung zwischen Bild und Objekt herstellbar.
Grundvoraussetzung bei oben genanntem Vorgehen ist jedoch, dass der Schattenwurf, also die hellen und dunklen Stellen in der auf dem Kamerachip abgebildeten Abbildung, auch tatsächlich dem Profil des Messobjektes entspricht. Aus diesem Grund haben derartige optische Systeme, die für metrologische Zwecke eingesetzt werden sollen, nicht nur hohe Anforderungen an das abbildende System, sondern auch an das Beleuchtungssystem. Daher ist idealerweise die Beleuchtung an das abbildende System angepasst, um bestmögliche Messergebnisse erzielen zu können.
Um die oben genannten, hohen Anforderungen an das Beleuchtungssystem gewährleisten zu können, wird in optischen Koordinatenmessgeräten häufig eine telezentrische Beleuchtungsoptik verwendet. Aus Platz- und/oder Kostengründen kann diese telezentrische Beleuchtungsoptik jedoch auch durch ein flach bauendes Flächenleuchtelement ersetzt werden. Diese Maßnahme schränkt dann jedoch aufgrund von Reflexionen des diffusen Lichts am Messobjekt vor allem bei Volumenteilen die Messgenauigkeit ein. Um auch bei einem solchen Aufbau des Koordinatenmessgeräts wieder in den Bereich der Messgenauigkeit zu gelangen, wie sie unter Verwendung einer telezentrischen Beleuchtungsoptik erzielbar ist, kann die flach bauende Flächenleuchtquelle auch durch andere Komponenten ersetzt bzw. erweitert werden.
Die EP 1 618 349 B1 beschreibt beispielsweise ein Koordinatenmessgerät mit einer Durchlichtbeleuchtungsanordnung, wobei die Durchlichtbeleuchtungsanordnung einen Beleuchtungskörper in Form einer Flächenleuchtquelle, welche diffus strahlend ausgebildet ist, aufweist. Zusätzlich zu der Bildverarbeitungssensorik und dieser Durchlichtbeleuchtungsanordnung weist das Koordinatenmessgerät einen Filter auf, welcher zwischen der Flächenleuchtquelle und dem Messobjekt angeordnet ist. Dieser Filter weist kanalartige Durchtrittsöffnungen auf, die parallel zu der optischen Achse des Objektivs der Bildverarbeitungssensorik ausgerichtet sind und nur Strahlen kleiner einem definierten Grenzwinkel α zu der optischen Achse durchlassen. Der Grenzwinkel α, unter dem durch die Durchtrittsöffnungen Strahlen hindurchtreten können, beläuft sich grundsätzlich auf weniger als 10°, vorzugsweise auf weniger als 3°, gegebenenfalls sogar weniger als 1°. Durch diesen optischen Filter soll gemäß der Lehre der EP 1 618 349 B1 Falschlicht vermieden werden, das in die Optik, das heißt die Bildverarbeitungssensorik ansonsten gelangen könnte. Hierdurch sollen Abbildungsfehler und damit auch Messfehler, insbesondere beim Messen rotationssymmetrischer Teile, vermieden werden.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei einem Einsatz eines optischen Filters, wie er in der EP 1 618 349 B1 beschrieben ist, sehr enge Toleranzen eingehalten werden müssten, um das diffus strahlende Licht der Flächenleuchtquelle so auszurichten, dass die oben beschriebenen Messfehler nicht entstehen können. Für kleine auszuleuchtende Flächen ist eine prozesssichere Herstellung und Montage eines solchen optischen Filters eventuell relativ einfach möglich. Handelt es sich bei der auszuleuchtenden Fläche jedoch um eine größere Fläche, beispielsweise um eine Fläche im Bereich von 100 × 100 mm², ist die Vermeidung von Messfehlern mit der aus der EP 1 618 349 B1 bekannten Lösung, in der Praxis kaum noch zu gewährleisten. Dies liegt insbesondere daran, dass die eingesetzten optischen Filter fertigungsbedingt die notwendigen engen Toleranzen kaum erfüllen können.
Die Öffnung des Lichtkegels, der eine der Vielzahl von kanalartigen Öffnungen des optischen Filters verlässt, sollte typischerweise einen Wert von kleiner 5° haben. Die Richtung des Schwerstrahls, also die Richtung der Lichtkegel-Mittelachse bzw. Lichtkegel-Hauptachse, sollte senkrecht zur mechanischen Oberfläche des Filters verlaufen. Es versteht sich, dass diese Anforderungen nicht nur für eine der Vielzahl von kanalartigen Durchtrittsöffnungen des optischen Filters eingehalten werden muss, sondern für alle kanalartigen Öffnungen, also über die gesamte Oberfläche des optischen Filters gleich sein muss.
Aktuelle Messungen haben jedoch ergeben, dass die oben beschriebene, gewünschte Abstrahlcharakteristik des optischen Filters in der Praxis aus fertigungstechnischen Gründen kaum oder nur mit extrem hohem Aufwand gewährleistet werden kann. Die von der Anmelderin unternommenen Messungen haben beispielsweise ergeben, dass die Abstrahlcharakteristik eines solchen optischen Filters zwar meist den geforderten 5°-Öffnungswinkel der Lichtkegel über das gesamte Bildfeld einhält, die Richtung der Schwerstrahlen, also Mittelachsen der Lichtkegel, jedoch keineswegs über das gesamte Blickfeld senkrecht zu der mechanischen Oberfläche des optischen Filters ausgerichtet ist. Stattdessen hat es sich gezeigt, dass diese Forderung (Richtung der Schwerstrahlen senkrecht zur mechanischen Oberfläche) nicht nur im Mittel nicht erfüllt ist, sondern zusätzlich auch positionsabhängig unterschiedlich ist.
Tatsächlich wird also bei einem Einsatz eines optischen Filters, wie er in der EP 1 618 349 B1 vorgeschlagen ist, nicht die maximal mögliche Lichtmenge der Lichtquelle durch den Filter transmittiert und von der Abbildungsoptik bzw. dem optischen Sensor aufgenommen. Zusätzlich kommt es aufgrund der oben beschriebenen Abstrahlcharakteristik des Filters zu unerwünschten, abgebildeten Mustern, die den Messbetrieb und subjektiven Eindruck des Gesamtsystems negativ beeinflussen.
Aus der DE 198 05 040 A1 ist eine optische Koordinatenmessmaschine mit Durchlichtbeleuchtung bekannt, mit einer Auflage aus durchsichtigem Material für ein Messobjekt, einer Beleuchtungsquelle auf einer Seite der Auflage und einer optischen Messeinheit auf der anderen Seite der Auflage. Die Beleuchtungsquelle ist starr angeordnet und derart aufgebaut, dass gleichzeitig der gesamte Messbereich ausleuchtbar ist.
Die DE 27 01 764 A1 zeigt einen Lichtflussregler für die Mikroskoparbeit, welcher aus einem Stützrahmen besteht, der einen Satz von festen parallelen, transparenten Kanälen hält, die sich in Richtung der Projektion des Lichts erstrecken. Der Rahmen ist um eine Achse senkrecht zur optischen Achse des Beleuchtungssystems schwenkbar.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät und ein Verfahren zur Herstellung dessen bereitzustellen, welches die oben genannten Nachteile überwindet. Dabei ist es insbesondere eine Aufgabe, die bei einem Einsatz eines optischen Filters der oben beschriebenen Art auftretenden Messungenauigkeiten auf möglichst kostengünstige Art und Weise zu reduzieren.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerät gelöst, mit:

– einem optischen Sensor zur optischen Erfassung von Bilddaten eines Werkstücks, wobei der optische Sensor ein Objektiv aufweist, welches eine optische Achse definiert;
– einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Werkstücks während der optischen Erfassung der Bilddaten;
– eine Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, die erfassten Bilddaten auszuwerten und daraus räumliche Koordinaten des Werkstücks zu ermitteln, wobei die Beleuchtungseinrichtung einen diffus strahlenden Leuchtkörper und einen optischen Filter aufweist, welcher eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, voneinander getrennten Lichtdurchtritte besitzt, wobei Licht, das von dem Leuchtkörper abgestrahlt wird, auf einer Unterseite des Filters in diesen eintritt, die Lichtdurchtritte (58) passiert und auf einer gegenüberliegenden Oberseite des Filters aus diesem wieder austritt, wobei die Lichtdurchtritte jeweils nur Lichtstrahlen durchlassen, die einen Winkel kleiner einem definierten Grenzwinkel mit einer Längsachse bzw. Mittelachse des jeweiligen Lichtdurchtritts einschließen, und wobei das Objektiv und der Filter relativ zueinander derart geneigt sind, dass ein senkrecht zu der Oberseite des Filters ausgerichteter Normalenvektor mit der optischen Achse einen Neigungswinkel ungleich 0° einschließt, wobei der Neigungswinkel einer mittleren Lichtabstrahlrichtung des Filters entspricht, wobei die mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters ein über mindestens zwei der Lichtdurchtritte des Filters ermittelter Mittelwert von Lichtkegel-Hauptachsenwinkel ist, und wobei die Lichtkegel-Hauptachsenwinkel Winkel sind, welche die Hauptachsen der die Lichtdurchtritte verlassenden Lichtkegel mit dem Normalenvektor einschließen.

Die vorliegende Erfindung folgt also der Idee, den oben genannten Problemen, welche im Wesentlichen aus der uneinheitlichen Abstrahlcharakteristik des optischen Filters resultieren, dadurch abzuhelfen, dass das Objektiv und der Filter relativ zueinander derart ausgerichtet werden, dass ein senkrecht zu der Oberseite des Filters ausgerichteter Normalenvektor mit der optischen Achse einen Neigungswinkel ungleich 0° einschließt.
Die Oberseite des Filters ist also, anders als dies in der EP 1 618 349 B1 vorgeschlagen ist, nicht senkrecht zu der optischen Achse ausgerichtet, sondern schräg dazu bzw. unter einem Winkel ungleich 90°. Der Neigungswinkel, unter dem der senkrecht zur Oberseite des Filters ausgerichtete Normalenvektor relativ zu der optischen Achse geneigt ist, entspricht dabei der mittleren Lichtabstrahlrichtung des Filters, wobei die mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters ein über mindestens zwei der Lichtdurchtritte, vorzugsweise ein über mindestens 10%, besonders bevorzugt ein über mindestens 50% der Lichtdurchtritte des Filters ermittelter Mittelwert von Lichtkegel-Hauptachsenwinkel ist, wobei die Lichtkegel-Hauptachsenwinkel Winkel sind, welche die Hauptachsen bzw. Mittelachsen der die Lichtdurchtritte verlassenden Lichtkegel mit dem Normalenvektor einschließen.
Die Neigung zwischen Objektiv und Filter erfolgt relativ zueinander. Absolut gesehen kann dies sowohl durch eine Neigung des Filters als auch durch eine Neigung des Objektivs erreicht werden.
Durch das erfindungsgemäße Ausrichten von Objektiv und Filter relativ zueinander lässt sich die aus der EP 1 618 349 B1 bekannte Lösung aus fertigungstechnischer Sicht relativ einfach, jedoch im Ergebnis auf extrem wirksame und vorteilhafte Art und Weise abwandeln. Die sich an der mittleren Lichtabstrahlrichtung des optischen Filters orientierende relative Neigung beider Komponenten (Objektiv und Filter) führt dazu, dass im Gegensatz zu der in der EP 1 618 349 B1 vorgeschlagenen Lösung die durch den Filter transmittierte Lichtmenge deutlich gesteigert wird und die durch die uneinheitliche Abstrahlcharakteristik des Filters hervorgerufenen Beleuchtungsfehler und daraus resultierenden Messfehler deutlich verringert werden können.
Die oben genannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
Das Koordinatenmessgerät weist vorzugsweise eine Werkstückauflage zur Aufnahme des Werkstücks auf, wobei die Werkstückauflage eine z-Achse definiert, welche senkrecht zu der Werkstückauflage verläuft. Bei dieser Werkstückauflage handelt es sich vorzugsweise um eine horizontal ausgerichtete Platte oder einen horizontal ausgerichteten Tisch. Eine solche Platte bzw. ein solcher Tisch definieren die z-Achse insoweit, als dass diese senkrecht dazu verläuft. Es versteht sich, dass das Messobjekt je nach Anforderung und Messaufgabe sowohl direkt auf der Werkstückauflage abgelegt werden kann oder mit Hilfe einer weiteren Vorrichtung, beispielsweise einer Einspann-Vorrichtung, darauf positioniert werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verläuft die optische Achse parallel zu der z-Achse, und der Normalenvektor schließt mit der z-Achse den Neigungswinkel ein.
Die oben beschriebene relative Neigung wird also in dieser Ausgestaltung dadurch erreicht, dass der optische Filter relativ zur z-Achse geneigt wird, das Objektiv dagegen nicht. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das individuelle Neigen des Filters separat erfolgen kann, ohne dass dies einen Einfluss auf die übrigen Komponenten des Koordinatenmessgeräts hat. Es ist beispielsweise möglich, die Beleuchtungseinrichtung inklusive Leuchtkörper und relativ dazu bereits um den individuellen Neigungswinkel geneigten Filter in einem separaten Herstellungsprozess herzustellen und dann als Modul gesamthaft einzubauen. Die übrigen Komponenten des Koordinatenmessgeräts müssten dazu nicht verändert oder angepasst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts verläuft der Normalenvektor parallel zu der z-Achse, und die optische Achse schließt mit der z-Achse den Neigungswinkel ein.
In dieser Ausgestaltung ist das abbildende Objektiv geneigt, wohingegen der Filter im Koordinatenmessgerät derart angeordnet ist, dass dessen Oberseite senkrecht zur z-Achse verläuft. Nichtsdestotrotz ist die optische Achse des abbildenden Objektivs auch gemäß dieser Ausgestaltung parallel zur maximalen Intensität bzw. zumindest zur gemittelten maximalen Intensität des vom Filter transmittierten Lichts ausgerichtet. Die Neigung des Objektivs hat im Vergleich zu der oben beschriebenen Neigung des Filters den Vorteil, dass die Position bzw. Ausrichtung des Objektivs relativ einfach nachjustierbar ist, so dass die genannte Ausrichtung auch nachträglich noch, also nach Einbau des Filters, eingestellt werden kann. Bei Wechsel des Filters lässt sich die Ausrichtung des Objektivs dann auch individuell nachjustieren bzw. neu einstellen.
Gemäß einer ersten Alternative der letzten Ausgestaltung ist das Objektiv entlang einer Verfahrachse verfahrbar, welche parallel zu der z-Achse verläuft, und die optische Achse schließt mit der Verfahrachse den Neigungswinkel ein. Verfahrachse des Objektivs und optische Achse fallen somit also auseinander. Dies hat zur Folge, dass die Bewegung des Objektivs nicht mehr in Richtung der optischen Achse stattfindet.
Gemäß einer zweiten Variante der zuletzt genannten Ausgestaltung ist das Objektiv entlang einer Verfahrachse verfahrbar, welche mit der z-Achse den Neigungswinkel einschließt und parallel zu der optischen Achse verläuft. Zwar ist in diesem Fall, anders als dies üblicherweise bei Koordinatenmessgeräten in der Praxis der Fall ist, die Verfahrachse zur z-Achse geneigt, allerdings hat diese Variante den Vorteil, dass das Objektiv entlang seiner optischen Achse bzw. parallel dazu verfahren wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts weist dieses eine Filter-Halterung auf, in welcher der Filter festlegbar ist, wobei die Filter-Halterung eine Standfläche und eine relativ dazu um den Neigungswinkel geneigte Neigungsebene definiert, welche bei in die Filter-Halterung eingesetztem Filter parallel zu der Oberseite des Filters ausgerichtet ist.
Auch in dieser Ausgestaltung ist also wiederum der Filter relativ zur z-Achse geneigt. Die Filter-Halterung stellt sicher, dass die gewünschte Neigung dauerhaft erhalten bleibt. Die Filter-Halterung lässt sich individuell auf die optischen Eigenschaften des Filters anpassen und gemeinsam mit diesem in das Koordinatenmessgerät einbauen.
Die Filter-Halterung kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgestaltet sein. Es kann sich hierbei beispielsweise um ein durch Rapid-Prototyping hergestelltes, schichtweise aufgebautes Bauteil handeln. Dieses Bauteil kann eine im Wesentlichen keilförmige Form aufweisen, deren äußere Gestalt bereits an den zu realisierenden Neigungswinkel angepasst ist. Solche Bauteile lassen sich einfach mit Hilfe eines 3D-Druckers oder eines anderen Rapid-Prototyping-Verfahrens herstellen.
Eine weitere Möglichkeit für eine Ausgestaltung der oben genannten Filterhalterung ist ein individuell durch ein spanendes Fertigungsverfahren angefertigtes Profil. Ein solches Profil, welches optimalerweise als Strangpressprofil aus Aluminium oder einem ähnlichen geeigneten Werkstoff realisiert ist, lässt sich relativ einfach und kostengünstig herstellen. Entsprechend den benötigten Winkeln um den optischen Filter ideal auszurichten kann dabei auf einer Gehrungssäge der Sägeschnitt und die Rotation des Strangpressprofils so eingestellt werden, dass die benötigten Winkel in der abgesägten Scheibe automatisch enthalten sind. Alternativ dazu lässt sich das Bauteil auch durch Fräsen herstellen. Zunächst werden dabei wiederum vorzugsweise Scheiben aus einem Vollprofil abgesägt. Die Höhe der Scheiben ist dabei so zu wählen, dass in einem darauffolgenden Frässchritt jede Winkelkombination aus diesem Halbzeug möglich ist. Diese Scheibe wird dann auf einer Fräsmaschine weiterbearbeitet. Handelt es sich um eine 3-Achs-Fräsmaschine, so würde zunächst die grobe Verkippung in einem Schruppgang und anschließend die exakte Verkippung durch Schlichten mit idealerweise einem Kugelfräser aus dem Halbzeug gefräst werden. Auf einer 5-Achs-Fräsmaschine kann dieser Schritt ungleich einfacher gestaltet werden, da das Halbzeug über die vierte und fünfte Achse so eingeschwenkt werden kann, dass die Verkippung durch einen einzigen Fräsgang mit beispielsweise einem einzigen Schneidkopf erfolgen kann.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der oben beschriebenen Filter-Halterung besteht darin, eine Halterung mit höhenverstellbarer 3-Punkt-Auflage zu verwenden. Beispielsweise lässt sich der Neigungswinkel mit Hilfe einer Halterung einstellen, welche eine über Schrauben verstellbare 3-Punkt-Auflage aufweist. Die Information, wie weit welche Schraube eingedreht werden muss, lässt sich anhand der oben beschriebenen Abstrahlcharakteristik bzw. mittleren Abstrahlcharakteristik des Filters berechnen und dann individuell für jeden in diese Halterung einzuspannenden Filter vorab bereitstellen.
Noch eine weitere Alternative zur Realisierung der Filter-Halterung besteht darin, eine kardanische Aufhängung zu verwenden. Diese kardanische Aufhängung kann beispielsweise in dem Koordinatenmessgerät fix verbaut sein. Alternativ dazu kann sie jedoch auch lösbar in dem Koordinatenmessgerät befestigt werden. Ähnlich wie das oben beschriebene Verkippen des Objektivs hat die Verwendung einer kardanischen Aufhängung zum Verkippen des optischen Filters den Vorteil, dass eine Nachjustierung auch nach Einbau in das Koordinatenmessgerät nach wie vor möglich ist. Die Justage des Neigungswinkels lässt sich beispielsweise mit Hilfe von Motoren gewährleisten. Eine manuelle mechanische Justage ist jedoch ebenso möglich. Grundsätzlich wäre es auch möglich, zunächst die optimale Position mit Hilfe von Motoren einzustellen und die Lager der kardanischen Aufhängung danach festzustellen. Diese Feststellung der Lager lässt sich beispielsweise mit Hilfe von Klebstoff, Verstemmen oder Verschrauben realisieren. Zwar ist dann keine Nachjustierung mehr möglich. Der vorab eingestellte, ideale Neigungswinkel wird jedoch beständig eingehalten.
Wie bereits erwähnt, ist die Abstrahlcharakteristik jedes optischen Filters der oben genannten Art fertigungsbedingt unterschiedlich. Zur Bestimmung des oben beschriebenen, idealen Neigungswinkels zwischen optischer Achse und dem auf der Oberseite des Filters senkrecht stehenden Normalenvektor ist es daher erforderlich, die optischen Eigenschaften vorab für jeden Filter individuell zu bestimmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren zur Messung von optischen Eigenschaften eines optischen Filters der oben genannten Art vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Bereitstellen eines optischen Sensors, welcher ein Objektiv aufweist, das eine optische Achse definiert;
– Beleuchten des Filters von seiner Unterseite mit einem diffus strahlenden Leuchtkörper;
– Messen der von dem Filter transmittierten Lichtmenge mit Hilfe des optischen Sensors, wobei die von dem Filter transmittierte Lichtmenge an einer Vielzahl von Messpunkten an der Oberseite des Filters gemessen wird und das Objektiv und der Filter während des Messvorgangs relativ zueinander bewegt werden, so dass die transmittierte Lichtmenge für jeden der Messpunkte jeweils aus mehreren Orientierungen gemessen wird; und
– Ermitteln einer Verteilung der gemessenen, transmittierten Lichtmenge in Abhängigkeit vom (i) Ort auf der Oberseite des Filters und (ii) Abstrahlwinkel relativ zu einem senkrecht zu der Oberseite des Filters ausgerichteten Normalenvektor.

Die Abstrahlcharakteristik des Filters wird in oben genanntem Verfahren also in Abhängigkeit des Ortes und des Abstrahlwinkels gemessen. Der Filter wird dazu mit Hilfe eines diffus strahlenden, vorzugsweise flächigen Leuchtkörpers von seiner Unterseite aus beleuchtet. Unter einem diffus strahlenden Leuchtkörper wird vorliegend ein Leuchtkörper verstanden, welcher idealerweise eine in alle Richtungen oder zumindest eine im Bezug auf die Unterseite des Filters gleichmäßig abstrahlende Beleuchtung erzeugt. Es versteht sich, dass für die vorliegende Anwendung ein nicht zwingend notwendigerweise in alle Richtungen oder in einen gesamten Halbraum abstrahlender Leuchtkörper verwendet werden muss (z. B. Lambert-Strahler). Es genügt ein Leuchtkörper, welcher die gesamte Unterseite des Filters in jedem Punkt mit der in etwa gleichen Lichtintensität (in der Praxis vorkommende, zu vernachlässigende Abweichungen inkludiert) bestrahlt. Auch ein derartiger Leuchtkörper soll vorliegend als diffus strahlender Leuchtkörper verstanden werden. Die vom Filter transmittierte Lichtmenge wird mit Hilfe eines optischen Sensors gemessen, wobei das Objektiv des optischen Sensors und der Filter während des Messvorgangs relativ zueinander bewegt bzw. geneigt werden. Ähnlich wie dies auch oben bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung erwähnt wurde, lässt sich auch hier wiederum entweder der Filter oder das Objektiv während des Messvorgangs bewegen.
Es versteht sich, dass zur Erfassung einzelner Bilder der bewegte Teil (Filter oder Objektiv) jeweils angehalten werden kann, das heißt die Bewegung kann auch schrittweise erfolgen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, Bilder bzw. Bildsequenzen während der Bewegung zu erfassen und anschließend entsprechend auszuwerten.
Unabhängig davon welches der beiden Teile während des Messvorgangs bewegt wird, weist das oben genannte Verfahren vorzugsweise zusätzlich folgenden Verfahrensschritt auf: Berechnen einer mittleren Lichtabstrahlrichtung des Filters auf Basis der ermittelten Verteilung, wobei die mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters ein über mindestens zwei der Lichtdurchtritte des Filters ermittelter Mittelwert von Lichtkegel-Hauptachsenwinkel ist, und wobei die Lichtkegel-Hauptachsenwinkel Winkel sind, welche die Hauptachsen der die Lichtdurchtritte verlassenden Lichtkegel mit dem Normalenvektor einschließen. Die so berechnete mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters kann dann zur individuellen Einstellung des Neigungswinkels verwendet werden.
Für den Messschritt in oben genanntem Verfahren existieren, wie ebenfalls bereits erwähnt, zwei Varianten.
Gemäß einer ersten Variante wird das Objektiv zur Messung der von dem Filter transmittierten Lichtmenge für jeden der Messpunkte jeweils schrittweise in mehrere Positionen bewegt, wobei in jeder dieser Positionen jeweils ein Bild mit Hilfe des optischen Sensors erfasst wird, und wobei die Positionen auf einer Kugelkalotte liegen und den gleichen Abstand von dem jeweiligen Messpunkt an der Oberseite des Filters haben. Dieses Messvorgehen wird dann für jeden einzelnen Messpunkt individuell ausgeführt.
Bei dieser Variante wird also beispielsweise eine Messkamera (optischer Sensor) um den optischen Filter herum bewegt, um diesen aus verschiedenen ”Blickwinkeln” optisch zu erfassen, während der optische Filter von seiner Unterseite her mit der diffus strahlenden Lichtquelle beleuchtet wird. Die Bewegung der Messkamera lässt sich idealerweise mit Hilfe eines 5-Achs-Koordinatenmessgeräts realisieren, bei dem der optische Sensor über ein Dreh-Schwenk-Gelenk bewegbar bzw. neigbar ist. Für jeden Messpunkt auf der Oberseite des Filters werden dann die fünf Achsen des Koordinatenmessgeräts so variiert, dass der anvisierte Ortspunkt auf der Oberseite des Filters stets derselbe ist und sich lediglich die Drehung und die Neigung des durch die Kamera und Objektivs anvisierten Punktes ändert. Die Positionen, die dabei von dem Objektiv eingenommen werden, liegen dementsprechend alle auf einer Kugelkalotte, deren Öffnungswinkel dem zu überprüfenden Winkelbereich entspricht, dessen Radius dem Fokusabstand des Objektivs entspricht, und dessen Mittelpunkt der Messpunkt auf der Oberseite des Filters ist.
Die mit Hilfe des optischen Sensors so gemessenen Lichtintensitäten lassen sich dann für jeden einzelnen Messpunkt in einem Diagramm über den Azimut- und Deklinationswinkel auftragen. Somit ergibt sich eine Verteilung der gemessenen, transmittierten Lichtmenge in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel für einen Messpunkt.
Soll nun das Abstrahlverhalten des optischen Filters auf mehreren Messpunkten ermittelt werden, so muss oben beschriebener Messschritt für jeden dieser weiteren Messpunkte jeweils wiederholt werden. Hieraus ergibt sich dann eine Verteilung der gemessenen, transmittierten Lichtmenge nicht nur in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel, sondern auch in Abhängigkeit vom Ort auf der Oberseite des Filters.
Eine zweite Möglichkeit für den oben genannten Messvorgang besteht darin, dass der Filter während des Messvorgangs schrittweise um zwei seiner orthogonal zueinander ausgerichteten Hauptachsen, die jeweils senkrecht zum Normalenvektor der Oberseite des Filters sind, in mehrere Lagen geschwenkt wird und in jeder dieser Lagen ein Bild mit Hilfe des optischen Sensors erfasst wird. Der Filter lässt sich dazu beispielsweise mit Hilfe einer Dreh-Kipp-Vorrichtung in Form einer kardanischen Aufhängung quer zur optischen Achse der Messkamera (optischer Sensor) schrittweise verschwenken. Analog zur oben erwähnten ersten Messmöglichkeit wird für jede Winkelstellung die transmittierte Lichtmenge erfasst. Vorzugsweise wird hierzu als Objektiv ein telezentrisches Objektiv mit einer numerischen Apertur kleiner als der zu vermessende Abstrahlwinkel verwendet.
Ein wesentlicher Unterschied und gleichzeitig auch wesentlicher Vorteil dieser zweiten Messvariante besteht darin, dass für jede Winkelstellung das gesamte Blickfeld des optischen Sensors, also eine Vielzahl an örtlichen Messpunkten auf der Oberseite des Filters gleichzeitig erfasst werden können. Für jeden nun frei wählbaren Messpunkt werden dann analog zu der ersten Messvariante die Winkel der Richtung der vom Filter maximal abgestrahlten Lichtmenge sowie die mittlere Richtung der maximal abgestrahlten Lichtmenge des Filters ermittelt.
Vorzugsweise werden dazu in jedem der erfassten Bilder jeweils in mehreren definierten Bildbereichen Grauwerte ermittelt und die Verteilung der gemessenen, transmittierten Lichtmenge auf Basis der ermittelten Grauwerte ermittelt.
Es versteht sich, dass diese Art der Messung im Vergleich zu der ersten, oben beschriebenen Messvariante neben der zeitlichen Ersparnis auch kostengünstiger ist, da der hierfür notwendige Messaufbau relativ einfach und mit den herkömmlichen Komponenten eines Koordinatenmessgeräts realisierbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vorliegend ein Herstellungsverfahren bereitgestellt, welches folgende Verfahrensschritte aufweist:

– Bereitstellen eines Koordinatenmessgerät mit (i) einem optischen Sensor zur optischen Erfassung von Bilddaten eines Werkstücks, wobei der optische Sensor ein Objektiv aufweist, welches eine optische Achse definiert, und mit (ii) einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Werkstücks während der optischen Erfassung der Bilddaten, wobei die Beleuchtungseinrichtung einen diffus strahlenden Leuchtkörper aufweist, und mit (iii) einer Auswerteeinheit, welche dazu eingerichtet ist, die erfassten Bilddaten auszuwerten und daraus räumliche Koordinaten des Werkstücks zu ermitteln;
– Bereitstellen eines optischen Filters, welcher eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, voneinander getrennten Lichtdurchtritte besitzt, welche im Bereich zwischen einer Unterseite des Filters und einer gegenüberliegenden Oberseite des Filters angeordnet sind, wobei die Lichtdurchtritte jeweils nur Lichtstrahlen durchlassen, die einen Winkel kleiner einem definierten Grenzwinkel mit einer Längsachse des jeweiligen Lichtdurchtritts einschließen;
– Ermitteln einer Verteilung der gemessenen, transmittierten Lichtmenge in Abhängigkeit vom (i) Ort auf der Oberseite des Filters und (ii) Abstrahlwinkel relativ zu einem senkrecht zu der Oberseite des Filters ausgerichteten Normalenvektor mit Hilfe des oben genannten Messverfahrens; und
– Bestimmen eines Neigungswinkels auf Basis der ermittelten Verteilung;
– Positionieren des Filters auf dem Leuchtkörper, so dass Licht, das von dem Leuchtkörper abgestrahlt wird, auf der Unterseite des Filters eintritt und auf der gegenüberliegenden Oberseite des Filters zumindest teilweise wieder austritt,
– Ausrichten des Objektivs und des Filters relativ zueinander, und zwar derart, dass der senkrecht zu der Oberseite des Filters ausgerichtete Normalenvektor mit der optischen Achse den Neigungswinkel einschließt.

Es versteht sich, dass in oben genanntem Verfahren der Schritt des Positionierens des Filters auf dem Leuchtkörper sowie des Ausrichtens des Objektivs relativ zu dem Filter auch in einem Schritt erfolgen kann.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ebenso sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend genannten Ausgestaltungen, welche in Bezug auf das erfindungsgemäße Koordinatensystem beschrieben sind, sich in entsprechender Weise auch auf das erfindungsgemäße Messverfahren sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beziehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Koordinatenmessgeräts;
2 eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Leuchtquelle mit optischem Filter, welche in dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät zum Einsatz kommen kann;
3 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungs- und Abbildungssituation, wie sie in dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät auftreten kann;
4 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungs- und Abbildungssituation, wie sie in dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät auftreten kann;
5 eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungs- und Abbildungssituation, wie sie in dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät auftreten kann;
6 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
7 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung von optischen Eigenschaften eines optischen Filters;
8 eine schematische Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung eines Teilschritts des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens;
9 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Verteilung der transmittierten Lichtmenge in Abhängigkeit zweier orthogonal zueinander ausgerichteter Abstrahlwinkel;
10 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens;
11 eine schematische Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung eines Messaufbaus zur Durchführung des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens;
12 eine weitere Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrensschritts des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens; und
13 ein Diagramm zur beispielhaften Veranschaulichung einer mit Hilfe des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens ermittelten Lichtmengen-Verteilung.
1 zeigt ein Koordinatenmessgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Koordinatenmessgerät ist darin in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Das Koordinatenmessgerät 10 weist eine Werkstückauflage 12 auf, auf der ein zu vermessendes Werkstück platziert werden kann. Diese Werkstückauflage 12 ist auf einem Messtisch 14 angeordnet. Je nach Ausführungsform des Koordinatenmessgeräts kann es sich hierbei um einen fixen, also unbeweglichen Messtisch handeln. In der in 1 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen Messtisch 14, welcher mit Hilfe einer Positioniereinrichtung 16 entlang zweier orthogonal zueinander ausgerichteter Koordinatenachsen 18, 20 in der Messtischebene linear verfahrbar ist. Die erste Koordinatenachse 18 wird normalerweise als x-Achse und die zweite Koordinatenachse 20 als y-Achse bezeichnet.
Der Messtisch 14 ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Koordinatenmessgeräts 10 in einer sogenannten Kreuztischbauweise realisiert. Er weist eine entlang der ersten Koordinatenachse 18 (x-Achse) linear verfahrbaren X-Tisch 22 auf, auf dessen Oberseite die Werkstückauflage 12 angeordnet ist. Der X-Tisch 22 liegt wiederum auf einem parallel dazu angeordneten Y-Tisch 24 auf, mit Hilfe dessen die Werkstückauflage 12 entlang der zweiten Koordinatenachse 20 (y-Achse) linear verfahrbar ist. Der Y-Tisch 24 wiederum ist auf einer massiven Basisplatte 26 angeordnet, welche häufig als Grundplatte 26 bezeichnet wird. Die Basisplatte 26 dient als Trägerstruktur für den Messtisch 14 und ist meist integriert mit einem Maschinengestell 28 verbunden.
Das Maschinengestell 28 weist zusätzlich zu dem die Basisplatte 26 stützenden unteren Teil auch einen oberen Teil 28' auf, welcher meist, aber nicht zwingend notwendigerweise, mit dem unteren Teil des Maschinengestells 28 integriert verbunden ist. Dieser obere Teil 28' des Maschinengestells 28 wird häufig auch als Z-Säule bezeichnet.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Koordinatenmessgeräts 10 ist an der Z-Säule 28' ein sogenannter Z-Schlitten 30 linear verschiebbar angebracht. Dieser Z-Schlitten 30 ist vorzugsweise mit Hilfe einer Linearführung innerhalb eines Schlittengehäuses 32 geführt, das mit der Z-Säule 28 fix verbunden ist. Der Z-Schlitten 30 ist somit entlang einer dritten Koordinatenachse 34, welche meist als z-Achse bezeichnet wird, orthogonal zu dem Messtisch 14 bzw. orthogonal zu den beiden anderen Koordinatenachsen 18, 20 verfahrbar. Auf der dem Messtisch 14 zugewandten Unterseite des Z-Schlittens 30 ist ein Messkopf 36 angeordnet. Je nach Ausführungsform des Koordinatenmessgeräts 10 weist der Messkopf 36 einen oder mehrere Sensoren auf. In dem vorliegenden Fall weist der Messkopf 36 einen optischen Sensor 38 auf, mit Hilfe dessen sich das zu vermessende Werkstück, welches auf der Werkstückauflage 12 platziert ist, optisch erfassen lässt. Mit Hilfe dieses optischen Sensors 38 lassen sich Bilddaten des Werkstücks erfassen. Hierzu wird vorzugsweise eine Kamera mit hochauflösender Optik verwendet. Unter Bilddaten werden vorliegend allgemein Bilder oder Bildsequenzen des Werkstücks verstanden.
Das Koordinatenmessgerät 10 weist ferner eine Beleuchtungseinrichtung 42 auf. Diese Beleuchtungseinrichtung 42 dient der Beleuchtung des zu vermessenden Werkstücks während der optischen Erfassung der Bilddaten mit Hilfe des optischen Sensors 36. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des Koordinatenmessgeräts 10 handelt es sich bei dieser Beleuchtungseinrichtung 42 um eine sogenannte Durchlichtbeleuchtungsanordnung. Bei der Durchlichtbeleuchtung befindet sich die Lichtquelle relativ zu dem optischen Sensor 36 hinter dem zu vermessenden Werkstück. Die Beleuchtungseinrichtung 42 ist daher vorzugsweise in den Messtisch 14 integriert oder unter diesem angeordnet. Die Werkstückauflage 12 ist vorliegend vorzugsweise lichtdurchlässig ausgestaltet. Auf diese Weise erscheinen Bereiche, die nicht von dem zu vermessenden Werkstück verdeckt werden, auf dem optischen Sensor 38 hell. Umgekehrt erscheinen Bereiche, welche von dem zu vermessenden Werkstück verdeckt werden, auf dem optischen Sensor 38 dunkel.
Das Koordinatenmessgerät 10 weist ferner Bedien- und Schaltinstrumente 44 auf, mit denen ein Bediener den optischen Sensor 38 sowie die Werkstückaufnahme 12 manuell steuern bzw. positionieren kann.
Eine Steuereinheit bzw. Auswerteeinheit 46 (beide Begriffe werden vorliegend äquivalent verwendet) ist gemäß des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels in einem Aufnahmebehälter 48 angeordnet, welcher an der Z-Säule 28' angebracht ist. Diese Steuereinheit 46 dient der Steuerung einer Vielzahl von Komponenten des Koordinatenmessgeräts 10. Unter anderem dient sie dazu, die von dem optischen Sensor 38 erfassten Bilddaten mit Hilfe bekannter metrologischer Bildverarbeitungssoftware auszuwerten, um daraus die Koordinaten des zu vermessenden Werkstücks zu berechnen. Die Steuer- bzw. Auswerteeinheit 46 ist vorzugsweise in Form von Computer-Hardware ausgestaltet, auf der eine entsprechende Software installiert ist.
Es versteht sich, dass das in 1 gezeigte Koordinatenmessgerät 10 lediglich eines von vielen möglichen Ausführungsbeispielen eines Koordinatenmessgeräts ist, in welchem die vorliegende Erfindung implementierbar ist. Der Messtisch 14 kann grundsätzlich auch unbeweglich ausgestaltet sein. Auch die Art und Weise wie der Messkopf 36 am Maschinengestell 28 aufgehangen ist, lässt sich grundsätzlich anders ausführen. Insbesondere die Kinematik, mit Hilfe derer der Messkopf 36 und das zu vermessende Werkstück relativ zueinander bewegt werden, kann konstruktiv anders ausgestaltet sein. Der Messkopf 36 mit dem darin angeordneten optischen Sensor 38 kann beispielsweise zusätzlich zu der Verfahrbarkeit entlang der z-Achse 34 auch um eine, zwei, drei oder mehr Achsen verschwenkbar sein. Zudem ist es möglich, dass das Schlittengehäuse 32 und/oder der Messkopf 36 auch entlang der x-Achse 16 und/oder entlang der y-Achse 20 verfahrbar ist.
Ebenso sei darauf hingewiesen, dass die Beleuchtungseinrichtung anstelle der Durchlichtbeleuchtungsanordnung oder zusätzlich zu dieser auch eine Auflichtbeleuchtungsanordnung aufweisen kann. Bei einer Auflichtbeleuchtung wird das zu vermessende Werkstück von der Objektivseite aus, also von der Seite des optischen Sensors 38 aus beleuchtet. Eine Auflichtbeleuchtungsanordnung weist dazu eines oder mehrere Leuchtmittel auf, welche vorzugsweise um den optischen Sensor 38 herum angeordnet sind. Diese Leuchtmittel können beispielsweise ringförmig um den Sensor 38 herum angeordnet sein. Es versteht sich jedoch, dass auch andere geometrische Anordnungen grundsätzlich denkbar sind.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Beleuchtungsanordnung 42, welche beispielsweise als eine in den Messtisch 14 integrierte Durchlichtbeleuchtungsanordnung in dem Koordinatenmessgerät 10 eingesetzt werden kann. Die hier dargestellte Beleuchtungseinrichtung 42 weist eine Leuchtquelle 50 sowie einen optischen Filter 52 auf. Bei der Leuchtquelle 50 handelt es sich vorzugsweise um eine Flächenleuchtquelle. In jedem Fall handelt es sich dabei um einen diffus strahlenden Leuchtkörper. Beispielsweise können hier mehrere, in einer Reihe, in einer Matrix oder in konzentrischen Kreisen angeordnete LEDs verwendet werden. Über diesen LEDs kann beispielsweise eine Glasplatte angeordnet sein.
Der optische Filter 52 wird mit Hilfe des diffus strahlenden Leuchtkörpers 50 von seiner Unterseite 54 aus beleuchtet. Die von dem Leuchtkörper 50 ausgehenden Lichtstrahlen, welche mit Hilfe der Pfeile 56 angedeutet sind, treten auf der Unterseite 54 des Filters 52 in nebeneinander angeordnete Lichtdurchtritte 58 ein und auf der Oberseite 60 des Filters 52 aus diesen wieder heraus. Die nebeneinander angeordneten Lichtdurchtritte 58 werden vorzugsweise durch einzelne aneinander haftende Folien bzw. Lamellen erzeugt. Die Lichtdurchtritte 58 des Filters 52 sind dabei derart konzipiert, dass Lichtstrahlen 56, welche auf der Unterseite 54 des Filters 52 in einen der Lichtdurchtritte 58 eintreten, innerhalb des Filters 52 nicht in einen benachbarten Lichtkanal 58 übertreten können. Die einzelnen Lichtdurchtritte 58 sind also optisch voneinander getrennt. Des Weiteren sind die Lichtdurchtritte 58 derart konzipiert, dass jeder der Lichtdurchtritte 58 nur Lichtstrahlen 56 durchlässt, die einen Winkel kleiner einem definierten Grenzwinkel α mit einer Längsachse 62 des jeweiligen Lichtdurchtritts 58 einschließen. Lichtstrahlen 56, welche einen Winkel größer als dieser definierte Grenzwinkel α mit der Längs- bzw. Mittelachse 62 des jeweiligen Lichtdurchtritts 58 einschließen, können aus den Lichtdurchtritten 58 dagegen nicht austreten. Der Lichtdurchtritte 58 sind in den Figuren als kanalartige Lichtdurchtritte angedeutet. Dies muss in der Praxis nicht zwingend der Fall sein. Bei den Lichtdurchtritten 58 kann es sich auch um voneinander getrennte Öffnungen oder eine Art Gitterstruktur handeln, welche an der Grenzfläche zwischen mehreren senkrecht zueinander stehenden Spalten einer Lamellenstruktur ergeben. Die Lichtdurchtritte 58 müssen sich daher nicht, wie dies in 2 dargestellt ist, von der Unterseite 54 bis zu der Oberseite 60 erstrecken. Wichtig ist lediglich, dass diese örtlich betrachtet zwischen der Unterseite 54 und der Oberseite 60 angeordnet sind. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Lichtdurchtritten 58 keineswegs um Materialausparungen handeln muss. Die Lichtdurchtritte können auch durch ein lichtdurchlässiges, also transparentes Material realisiert sein, welches von lichtundurchlässigem Material umgeben ist. Der Begriff „Lichtdurchlass” soll auch keinerlei Querschnittsform implizieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in 2 gezeigte Anordnung der Beleuchtungseinrichtung 42 grundsätzlich bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist. Es hat sich nunmehr jedoch herausgestellt, dass das oben beschriebene optische Verhalten des Filters 52 fertigungsbedingt nur sehr schwierig einzuhalten ist. Dabei hat sich insbesondere herausgestellt, dass in der Praxis die Längsachsen 62 der einzelnen Lichtdurchtritte 58 nicht immer exakt parallel zueinander ausgerichtet sind. Auch die Oberseite 60 des Filters 52 verläuft nicht immer exakt senkrecht zu den Längsachsen 62 der Lichtdurchtritte 58. Daraus resultierend ergibt sich auch, dass die Richtung der Schwerstrahlen, also die Richtung der Mittelachsen der Lichtkegel, welche die einzelnen Lichtdurchtritte 58 verlassen, nicht immer exakt senkrecht zur Oberseite 60 des Filters 52 verlaufen.
Die von der Anmelderin unternommenen Messungen haben beispielsweise ergeben, dass die Abstrahlcharakteristik eines solchen optischen Filters 52 zwar meist einen geforderten Öffnungswinkel der Lichtkegel im Bereich von 5° über das gesamte Blickfeld des Filters 52 einhält, die Richtung der Schwerstrahlen dieser Lichtkegel jedoch nicht allesamt parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Richtung der Schwerstrahlen variiert in der Praxis positionsabhängig. Sie ist also von Lichtdurchtritt 58 zu Lichtdurchtritt 58 unterschiedlich.
3 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels wie die oben genannten Nachteile innerhalb der Beleuchtungseinrichtung 42 erfindungsgemäß vermieden werden können. Genauer gesagt zeigt 3 eine Beleuchtungs- und Abbildungssituation eines auf der Werkstückauflage 12 positionierten, zu vermessenden Werkstücks 64. Die Beleuchtung des Werkstücks 64 erfolgt wiederum durch einen diffus strahlenden Leuchtkörper 50, auf dessen Oberseite der Filter 52 mit Hilfe einer Halterung 66 montiert ist. Wenngleich die Halterung 66 im vorliegenden Beispiel direkt mit dem Leuchtkörper 50 verbunden ist, ist dies erfindungsgemäß nicht zwingend notwendig, solange die Halterung 66 bzw. insbesondere der Filter 52 im Bereich zwischen dem Leuchtkörper 50 und dem zu vermessenden Werkstück 64 angeordnet ist. Vermieden wird die oben genannte Problematik der in der Praxis vorkommenden, nicht-idealen Abstrahlcharakteristik des Filters 52 gemäß dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Filter 52 mit Hilfe der Halterung 66 schräg angeordnet wird.
Anders als in der in 2 gezeigten, aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform ist der Filter 52 bei dem in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nicht senkrecht zur optischen Achse 70 des Objektivs 68 der Abbildungsoptik bzw. des optischen Sensors 38 angeordnet. Genauer gesagt, ist der Filter 52 derart angeordnet, dass ein zu der Oberseite 60 des Filters 52 orthogonal ausgerichteter Normalenvektor 72 mit der optischen Achse 70 des Objektivs 58 einen Winkel β ungleich 0° einschließt. Dieser Neigungswinkel β entspricht vorzugsweise der mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters 52, wobei die mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters 52 ein über mehrere Messpunkte gemittelter Mittelwert von Lichtkegel-Hauptachsenwinkel ist, wobei unter den Lichtkegel-Hauptachsenwinkeln vorliegend Winkel verstanden werden, welche die Hauptachsen der Lichtkegel, die die einzelnen Lichtdurchtritte 58 verlassen, mit dem Normalenvektor 72 einschließen. Die uneinheitliche Abstrahlcharakteristik des Filters wird also dadurch ausgeglichen, dass der Filter 52 relativ zu der optischen Achse 70 um die für jeden Filter 52 bestimmbare mittlere Lichtabstrahlrichtung geneigt ist.
Zwei weitere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele sind in den 4 und 5 dargestellt. Diese beiden Ausführungsbeispiele folgen dem gleichen erfinderischen Prinzip wie das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel. Auch hier sind Filter 52 und Objektiv 68 relativ zueinander derart geneigt, dass der senkrecht zur Oberseite 60 des Filters 52 ausgerichtete Normalenvektor 72 mit der optischen Achse 70 des Objektivs 68 den Neigungswinkel β einschließt, welcher dem mittleren Lichtabstrahlwinkel des Filters 52 entspricht. Die Unterschiede dieser beiden Ausführungsbeispiele bestehen jedoch darin, dass nunmehr nicht der Filter 52 geneigt ist, sondern das Objektiv 68. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel fällt die optische Achse 70 des Objektivs 68 vorzugsweise mit der z-Achse 34 zusammen, welche senkrecht zu der Werkstückauflage 12 verläuft. In den Ausführungsbeispielen, welche in den 4 und 5 dargestellt sind, schließt die optische Achse 70 des Objektivs 68 dagegen jeweils den Neigungswinkel β mit der z-Achse 34 ein. Der Normalenvektor 72 des Filters 52 verläuft dagegen parallel zur z-Achse 34. Letztendlich wird auch in diesen beiden Ausführungsbeispielen der gleiche vorteilhafte Effekt erzeugt, nämlich dass die uneinheitliche Abstrahlcharakteristik des Filters 52 durch die Neigung bedingt ausgeglichen wird und somit die maximal mögliche Lichtmenge durch das Objektiv 68 zum optischen Sensor 38 gelangen kann.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die optische Achse 70 relativ zu dem Normalenvektor 72 und der z-Achse 34 um den Neigungswinkel β geneigt. Zudem ist die optische Achse 70 auch gegenüber der Verfahrachse 74 des Objektivs 68 um den Neigungswinkel β geneigt. Die Verfahrachse 74 verläuft in diesem Beispiel also parallel zur z-Achse 34 oder fällt mit dieser sogar zusammen.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform ist die Verfahrachse 74 dagegen ebenfalls um den Neigungswinkel β relativ zu der z-Achse 34 geneigt. In diesem Fall fallen die optische Achse 70 und die Verfahrachse 74 also zusammen.
6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
In einem ersten Schritt S10 wird ein optisches Koordinatenmessgerät mit seinen Grundkomponenten wie optischer Sensor, Beleuchtungseinrichtung, und Auswerteeinheit bereitgestellt. Ein solches Koordinatenmessgerät kann beispielsweise dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechen.
Im Schritt S20 wird der oben erwähnte Filter 52 bereitgestellt.
Da es sich bei der oben diskutierten mittleren Lichtabstrahlrichtung des Filters 52 um eine individuelle Größe handelt, welche von Filter zu Filter fertigungsbedingt unterschiedlich ist, werden im nächsten Verfahrensschritt S22 die optischen Eigenschaften des Filters 52 gemessen. Das in diesem Verfahrensschritt S22 angewendete Messverfahren wird weiter unten anhand zweier erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Ergebnis des Verfahrensschritts S22 ist vorzugsweise die Ermittlung einer Verteilung der vom Filter transmittierten Lichtmenge in Abhängigkeit vom Ort auf der Oberseite des Filters 42 sowie in Abhängigkeit von dem Abstrahlwinkel relativ zu dem senkrecht zur Oberseite 60 des Filters 52 ausgerichteten Normalenvektor 72.
Basierend auf der ermittelten Verteilung (Lichtabstrahlcharakteristik des Filters 52) lässt sich im Verfahrensschritt S24 dann der Neigungswinkel β bestimmen.
Sobald dieser, für jeden Filter individuell zu bestimmende Neigungswinkel β ermittelt ist, kann der Filter 52 im Verfahrensschritt S26 auf dem Leuchtkörper 50 positioniert werden und gemeinsam mit diesem in das Koordinatenmessgerät 10 eingebaut werden.
Im Verfahrensschritt S28 werden dann Objektiv 68 und Filter 52 relativ zueinander ausgerichtet, und zwar derart, dass der Normalenvektor 72 mit der optischen Achse 70 den Neigungswinkel β einschließt. Dies kann, wie oben bereits erwähnt, entweder durch Neigung des Filters 52 oder durch Neigung des Objektivs 68 erfolgen.
Bei einem Wechsel des Filters 52 und Ersetzen dessen durch einen neuen Filter würden die Schritt S20–S28 entsprechend für den neuen Filter wiederholt werden.
7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Messverfahrens, welches im Verfahrensschritt S22 des in 6 dargestellten Herstellungsverfahrens ausgeführt werden kann.
Im Verfahrensschritt S220.1 wird zunächst ein optischer Sensor mit einem hochauflösenden Objektiv bereitgestellt. Bei diesem optischen Sensor kann es sich um den gleichen optischen Sensor 38 handeln, der in dem Koordinatenmessgerät 10 aus 1 verwendet wird. Für die Durchführung des Messverfahrens ist es jedoch wichtig, dass der optische Sensor 38 samt Objektiv 68 nicht nur translatorisch bewegbar ist, sondern auch um zwei Rotationsachsen rotierbar ist.
Im nächsten Schritt S222.1 wird der Filter 52 von seiner Unterseite mit dem diffus strahlenden Leuchtkörper 50 beleuchtet.
Im Schritt S224.1 wird der zur Messung verwendete optische Sensor auf einen ersten Messpunkt an der Oberseite 60 des Filters ausgerichtet.
Im Schritt S226.1 wird die von dem Filter 52 in dem Messpunkt transmittierte Lichtmenge aus einer Vielzahl von Blickrichtungen gemessen. 8 zeigt schematisch das Prinzip dieses Messschritts. Hierbei ist insbesondere zu sehen, dass eine hochauflösende Kamera 76, welche als optischer Sensor verwendet wird, während des Messschritts S226.1 schrittweise verschiedene Positionen anfährt, die allesamt auf der Oberfläche einer Kugelkalotte liegen, deren Mittelpunkt ein momentan anvisierter Messpunkt 78 auf der Oberseite 60 des Filters 52 ist. Der Öffnungswinkel dieser Kugelkalotte entspricht dem Öffnungswinkel des zu prüfenden Winkelbereichs. Der Radius der Kugelkalotte entspricht dem Fokusabstand des Objektivs. Die Kamera 76 wird im Schritt S226.1 also schrittweise entlang einer Kugelkalotte bewegt, wobei diese während der Bewegung ständig den gleichen Messpunkt 78 anvisiert. Die während dieser Bewegung von der Kamera 76 aufgenommenen Bilddaten ergeben somit Aufschluss über die Abstrahlcharakteristik des Filters 52 in dem momentan untersuchten Messpunkt 78.
Da diese Abstrahlcharakteristik des Filters 52 jedoch nicht nur einen Messpunkt auf der Oberseite 60 des Filters 52 ausgewertet werden soll, werden die Verfahrensschritte S224.1 und S226.1 entsprechend für eine Vielzahl von Messpunkten 78 auf der Oberseite 60 des Filters 52 wiederholt.
Als Ergebnis lässt sich im Verfahrensschritt S228.1 eine Verteilung der vom Filter 52 transmittierten Lichtmenge in Abhängigkeit vom Ort auf der Oberseite 60 des Filters 52 sowie in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel relativ zu dem Normalenvektor 70 berechnen.
9 zeigt beispielhaft die Abstrahlcharakteristik des Filters in einem der Messpunkte 78. In dem in 9 dargestellten Diagramm ist auf der vertikalen Z-Achse die Lichtintensität aufgetragen und auf den horizontalen x- und y-Achsen die senkrecht zueinander stehenden Abstrahlwinkel, welche jeweils relativ zum Normalenvektor 70 gemessen werden.
10 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Messverfahrens zur Bestimmung der optischen Eigenschaften des Filters 52.
Die Schritte S220.2 und S222.2 gleichen den Schritten S220.1 und S222.1 aus dem in 7 dargestellten Messverfahren.
Die Schritt S224.2 und S226.2 weichen jedoch insofern von den Schritten S224.1 und S226.1 ab, als dass in dem Messverfahren gemäß der zweiten Variante während der Messung nicht der optische Sensor, sondern der Filter 52 bewegt wird.
11 zeigt schematisch einen möglichen Messaufbau zur Durchführung des Messverfahrens gemäß des zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Die Abbildungsoptik 68 ist darin während der Messung fixiert, also unbeweglich. Der Filter 52 ist hingegen in eine kardanische Aufhängung 80 eingespannt, mit Hilfe dessen der Filter 52 um zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Achsen schwenkbar ist. Jeder dieser beiden Schwenkachsen der kardanischen Aufhängung 80 kann beispielsweise ein Motor zugeordnet sein, welcher als Aktor für die jeweilige Schwenkbewegung verwendet wird.
Mit oben genanntem Messaufbau ist es also möglich, den Filter 52 während des Messschritts S224.2 schrittweise in mehrere räumliche Lagen zu verschwenken und für jede Lage jeweils Bilddaten zu erfassen, anhand derer nachfolgend die vom Filter 52 transmittierte Lichtmenge an verschiedenen Messpunkten des Filters 52 ausgewertet werden kann. Für diese Art der Messung wird vorzugsweise eine telezentrische Abbildungsoptik 68 verwendet.
Es versteht sich, dass die Winkelpositionen des Filters 52 für jede der im Schritt S224.2 mit Hilfe der kardanischen Aufhängung 80 angefahrenen Lagen bekannt sein muss. Die Motoren 82 sollten daher exakt kalibriert sein. Zur Ausräumung eventueller Kalibrierungsfehler kann grundsätzlich jedoch auch eine Umschlagsmessung durchgeführt werden, bei der der Filter um 180° um seine Längsachse rotiert wird und dann die gleiche Messung in den gleichen Lagen nochmals durchgeführt wird. Dies bietet die Möglichkeit, auch kostengünstigere Schrittmotoren für dieses Verfahren verwenden zu können.
Im Verfahrensschritt S226.2 werden die im Schritt S224.2 erfassten Bilddaten nunmehr ausgewertet. Diese Situation ist beispielhaft für eines der Bilder, welches in einer bestimmten Lage des Filters 52 erfasst wurde, schematisch in 12 dargestellt. Der zu untersuchende Bereich der Oberseite 60 des Filters 52 sollte in jedem der Bilder vollständig dargestellt sein. Auf diese Weise ist es möglich, nunmehr in jedem einzelnen Bild jeweils mehrere Messpunkte bzw. Regions of Interest (ROI) auszuwerten. 12 zeigt diesen Vorgang beispielhaft für ein ROI. Die Lage der ROIs entspricht dabei der Position der auszuwertenden Orte auf der Oberseite 60 des Filters 52. Im Schritt S226.2 werden die mittleren Grauwerte aller zu untersuchenden ROIs für jedes ROI einzeln ermittelt. Diese Prozess wird selbstverständlich nicht nur für ein Bild, also eine räumliche Lage des Filters 52 durchgeführt, sondern für alle Bilder, also alle zu ermittelnden Lagen bzw. Blickwinkel.
Durch Vergleich der mittleren Grauwerte, welche in den verschiedenen Bildern jeweils in ein und demselben ROI auftreten, beispielsweise an der Stelle x_t1, y_t1, lässt sich die Abstrahlcharakteristik des Filters 52 an der Stelle x_t1, y_t1 in Abhängigkeit der Abstrahlwinkel relativ zum Normalenvektor 70 ermitteln. 13 zeigt das Ergebnis einer solchen Auswertung. Darin sind die in den verschiedenen Bildern jeweils im ROI x_t1, y_t1 ermittelten mittleren Grauwerte als einzelne Messpunkte in einem Diagramm aufgetragen. Das Diagramm in 13 zeigt ähnlich wie das in 9 gezeigte Diagramm eine Verteilung der Lichtintensität in Abhängigkeit zweier senkrecht zueinander stehender Winkel relativ zum Normalenvektor 70. Aus dieser Wolke aus Messpunkten lässt sich über bekannte Interpolationsmethoden eine best-fit-Fläche legen. Die zu suchende Fläche kann unter anderem durch 2D-Polynome dritter oder höherer Ordnung, eine punktweise bi-lineare Interpolation, eine punktweise bi-kubische Interpolation, eine 2D-Spline-Fläche, oder eine 2D-Gauss-Funktion angepasst werden.
Aus der ermittelten Verteilung kann abschließend im Verfahrensschritt S228.2 wieder die mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters 52 berechnet werden, um den Neigungswinkel β zu bestimmen.
Es versteht sich, dass im Verfahrensschritt S228.2 wie auch im Verfahrensschritt S228.1 auch weitere Informationen aus der beschriebenen Lichtintensitäten-Verteilung extrahiert werden können, wie beispielsweise die Richtung der maximalen Transmission des Filters 52 bezogen auf den Verdrehungswinkel oder die Varianz der Lichtabstrahlrichtung über mehrere auf der Oberseite 60 des Filters 52 verteilte Messpunkte. Ist diese Varianz beispielsweise zu groß, spricht dies eher dagegen, den Filter 52 für oben genanntes Verfahren einzusetzen. Die ortspositiansabhängige maximale Transmission stellt letzten Endes die Homogenität der Lichtdurchtritte 58 des Filters 52 dar. Des Weiteren ist die Breite des in den 9 und 13 gezeigten Abstrahlkonuses ein Maß für die Äquidistanz der die Lichtdurchtritte 58 bildenden Lamellen.

Claims

Koordinatenmessgerät (10), mit: – einem optischen Sensor (38) zur optischen Erfassung von Bilddaten eines Werkstücks, wobei der optische Sensor (38) ein Objektiv (68) aufweist, welches eine optische Achse (70) definiert – einer Beleuchtungseinrichtung (42) zur Beleuchtung des Werkstücks (64) während der optischen Erfassung der Bilddaten; – eine Auswerteeinheit (46), welche dazu eingerichtet ist, die erfassten Bilddaten auszuwerten und daraus räumliche Koordinaten des Werkstücks (64) zu ermitteln, wobei die Beleuchtungseinrichtung (42) einen diffus strahlenden Leuchtkörper (50) und einen optischen Filter (52) aufweist, welcher eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, voneinander getrennten Lichtdurchtritten (58) besitzt, wobei Licht, das von dem Leuchtkörper (50) abgestrahlt wird, auf einer Unterseite (54) des Filters (52) in diesen eintritt, die Lichtdurchtritte (58) passiert und auf einer gegenüberliegenden Oberseite (60) des Filters (52) wieder aus diesem austritt, wobei die Lichtdurchtritte (58) jeweils nur Lichtstrahlen (56) durchlassen, die einen Winkel kleiner einem definierten Grenzwinkel (α) mit einer Längsachse (62) des jeweiligen Lichtdurchtritts (58) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektiv (68) und der Filter (52) relativ zueinander derart geneigt sind, dass ein senkrecht zu der Oberseite (60) des Filters (52) ausgerichteter Normalenvektor (72) mit der optischen Achse (70) einen Neigungswinkel (β) ungleich 0° einschließt, wobei der Neigungswinkel (β) einer mittleren Lichtabstrahlrichtung des Filters (52) entspricht, wobei die mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters (52) ein über mindestens zwei der Lichtdurchtritte (58) des Filters (52) ermittelter Mittelwert von Lichtkegel-Hauptachsenwinkel ist, und wobei die Lichtkegel-Hauptachsenwinkel Winkel sind, welche die Hauptachsen der die Lichtdurchtritte (58) verlassenden Lichtkegel mit dem Normalenvektor (72) einschließen.
Koordinatenmessgerät gemäß Anspruch 1, mit einer Werkstückauflage (12) zur Aufnahme des Werkstücks (64), wobei die Werkstückauflage (12) eine z-Achse (34) definiert, welche senkrecht zu der Werkstückauflage (12) verläuft.
Koordinatenmessgerät gemäß Anspruch 2, wobei die optische Achse (70) parallel zu der z-Achse (34) verläuft, und wobei der Normalenvektor (72) mit der z-Achse (34) den Neigungswinkel (β) einschließt.
Koordinatenmessgerät gemäß Anspruch 2, wobei der Normalenvektor (72) parallel zu der z-Achse (34) verläuft, und wobei die optische Achse (70) mit der z-Achse (34) den Neigungswinkel (β) einschließt.
Koordinatenmessgerät gemäß Anspruch 4, wobei das Objektiv (68) entlang einer Verfahrachse (74) verfahrbar ist, welche parallel zu der z-Achse (34) verläuft, und wobei die optische Achse (70) mit der Verfahrachse (74) den Neigungswinkel (β) einschließt.
Koordinatenmessgerät gemäß Anspruch 4, wobei das Objektiv (68) entlang einer Verfahrachse (74) verfahrbar ist, welche mit der z-Achse (34) den Neigungswinkel (β) einschließt und parallel zu der optischen Achse (70) verläuft.
Koordinatenmessgerät gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Filter-Halterung (66), in welcher der Filter (52) festlegbar ist, wobei die Filter-Halterung (66) eine Standfläche und eine relativ dazu um den Neigungswinkel geneigte Neigungsebene definiert, welche bei in die Filter-Halterung (66) eingesetztem Filter (52) parallel zu der Oberseite (60) des Filters (52) ausgerichtet ist.
Koordinatenmessgerät gemäß Anspruch 7, wobei die Filter-Halterung (66) (i) ein durch Rapid-Prototyping hergestelltes, schichtweise aufgebautes Bauteil, (ii) eine Halterung mit höhenverstellbarer Drei-Punktauflage, oder (iii) eine kardanische Aufhängung (80) aufweist.
Verfahren zur Messung von optischen Eigenschaften eines optischen Filters (52), welcher eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, voneinander getrennten Lichtdurchtritten (58) besitzt, welche im Bereich zwischen einer Unterseite (54) des Filters (52) und einer gegenüberliegenden Oberseite (60) des Filters (52) angeordnet sind, wobei die Lichtdurchtritte (58) jeweils nur Lichtstrahlen (56) durchlässt, die einen Winkel kleiner einem definierten Grenzwinkel (α) mit einer Längsachse (62) des jeweiligen Lichtdurchtritts (58) einschließen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen eines optischen Sensors (38, 76), welcher ein Objektiv (68) aufweist, das eine optische Achse (70) definiert; – Beleuchten des Filters (52) von seiner Unterseite (54) mit einem diffus strahlenden Leuchtkörper (50); – Messen der von dem Filter (52) transmittierten Lichtmenge mit Hilfe des optischen Sensors (38, 76), wobei die von dem Filter (52) transmittierte Lichtmenge an einer Vielzahl von Messpunkten (78) an der Oberseite (60) des Filters (52) gemessen wird und das Objektiv (68) und der Filter (52) während des Messvorgangs relativ zueinander bewegt werden, so dass die transmittierte Lichtmenge für jeden der Messpunkte (78) jeweils aus mehreren Orientierungen gemessen wird; und – Ermitteln einer Verteilung der gemessenen, transmittierten Lichtmenge in Abhängigkeit vom (i) Ort auf der Oberseite (60) des Filters (52) und (ii) Abstrahlwinkel relativ zu einem senkrecht zu der Oberseite (60) des Filters (52) ausgerichteten Normalenvektor (72).
Verfahren gemäß Anspruch 9, mit folgendem zusätzlichen Verfahrensschritt: – Berechnen einer mittleren Lichtabstrahlrichtung des Filters (52) auf Basis der ermittelten Verteilung, wobei die mittlere Lichtabstrahlrichtung des Filters (52) ein über mindestens zwei der Lichtdurchtritte (58) des Filters (52) ermittelter Mittelwert von Lichtkegel-Hauptachsenwinkeln ist, und wobei die Lichtkegel-Hauptachsenwinkel Winkel sind, welche die Hauptachsen der die Lichtdurchtritte (58) verlassenden Lichtkegel mit dem Normalenvektor (72) einschließen.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Objektiv (68) zur Messung der von dem Filter (52) transmittierten Lichtmenge für jeden der Messpunkte (78) jeweils in mehrere Positionen bewegt wird und in jeder dieser Positionen jeweils ein Bild mit Hilfe des optischen Sensors (38, 76) erfasst wird, wobei die Positionen auf einer Kugelkalotte liegen und den gleichen Abstand von dem jeweiligen Messpunkt (78) an der Oberseite (60) des Filters (52) haben.
Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Filter (52) während des Messvorgangs um zwei seiner orthogonal zueinander ausgerichteten Hauptachsen in mehrere Lagen geschwenkt wird und in jeder dieser Lagen ein Bild mit Hilfe des optischen Sensors (38, 76) erfasst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei in jedem der erfassten Bilder jeweils in mehreren definierten Bildbereichen Grauwerte ermittelt werden und die Verteilung der gemessenen, transmittierten Lichtmenge auf Basis der ermittelten Grauwerte ermittelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der Filter (52) mit Hilfe einer kardanischen Aufhängung (80) geschwenkt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei als Objektiv (68) ein telezentrisches Objektiv verwendet wird.
Herstellungsverfahren mit den Schritten: – Bereitstellen eines Koordinatenmessgerätes (10) mit (i) einem optischen Sensor (38) zur optischen Erfassung von Bilddaten eines Werkstücks (64), wobei der optische Sensor (38) ein Objektiv (68) aufweist, welches eine optische Achse (70) definiert, und mit (ii) einer Beleuchtungseinrichtung (42) zur Beleuchtung des Werkstücks (68) während der optischen Erfassung der Bilddaten, wobei die Beleuchtungseinrichtung (42) einen diffus strahlenden Leuchtkörper (50) aufweist, und mit (iii) einer Auswerteeinheit (46), welche dazu eingerichtet ist, die erfassten Bilddaten auszuwerten und daraus räumliche Koordinaten des Werkstücks (64) zu ermitteln; – Bereitstellen eines optischen Filters (52), welcher eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten, voneinander getrennten Lichtdurchtritten (58) besitzt, welche im Bereich zwischen einer Unterseite (54) des Filters (52) und einer gegenüberliegenden Oberseite (60) des Filters (52) angeordnet sind, wobei die Lichtdurchtritte (58) jeweils nur Lichtstrahlen (56) durchlässt, die einen Winkel kleiner einem definierten Grenzwinkel (α) mit einer Längsachse (62) des jeweiligen Lichtdurchtritts (58) einschließen; – Ermitteln einer Verteilung der gemessenen, transmittierten Lichtmenge in Abhängigkeit vom (i) Ort auf der Oberseite (60) des Filters (52) und (ii) Abstrahlwinkel relativ zu einem senkrecht zu der Oberseite (60) des Filters (52) ausgerichteten Normalenvektor (72) mit Hilfe des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 15; und – Bestimmen eines Neigungswinkels (β) auf Basis der ermittelten Verteilung; – Positionieren des Filters (52) auf dem Leuchtkörper (50), so dass Licht, das von dem Leuchtkörper (50) abgestrahlt wird, auf der Unterseite (54) des Filters (52) eintritt und auf der gegenüberliegenden Oberseite (60) des Filters (52) zumindest teilweise wieder austritt; und – Ausrichten des Objektivs (68) und des Filters (52) relativ zueinander, und zwar derart, dass der senkrecht zu der Oberseite (60) des Filters (52) ausgerichtete Normalenvektor (72) mit der optischen Achse den Neigungswinkel (β) einschließt.