DE19824107A1 - Tactile cut method and arrangement for determining the measurement size of a surface of a test object according to the tactile cut method - Google Patents
Tactile cut method and arrangement for determining the measurement size of a surface of a test object according to the tactile cut methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Tastschnittverfahren zur Messgrößenbestimmung einer Oberfläche eines Prüflings mit einem auf der Oberfläche sich abstützenden Tastelement, dessen Lage optisch bestimmt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zur Messgrößenbestimmung einer Oberfläche eines Prüflings umfassend ein auf der Ober fläche abstützbares Tastelement eines vorzugsweise eine Tasterverlängerung umfassenden Tasters.The invention relates to a probe cut method for determining a measurement variable Surface of a test object with a probe element supported on the surface, whose position is optically determined. The invention further relates to an arrangement for determining the measurement size of a surface of a test object comprehensively on the surface Surface supportable sensing element, preferably comprising a probe extension Tasters.
Die Oberflächenprüfung dient zur Beurteilung der Begrenzungsfläche eines Körpers. Hierzu sind Tastschnittgeräte bekannt, mit denen mittels z. B. einer Saphir-, Diamant- oder auch ein facher Stahlspitze die Oberfläche abgetastet wird, die mit gewünschter Geschwindigkeit gleichmäßig relativ über die zu prüfende Oberfläche gezogen wird. Die Oberfläche wird sodann auf Grund der Auslenkung der Nadel senkrecht zur Oberfläche beurteilt. Diese Auslenkungen können z. B. mit einem empfindlichen mechanischen Feinzeiger gemessen werden. Bei den meistgebräuchlichen Tastschnittgeräten werden die Nadelauslenkungen in ein elektrisches Signal umgeformt, verstärkt und als Oberflächenkennwert angezeigt oder von einem Schnellschreiber registriert. Bei einem mechanisch optischem Tastschnittgerät wird an der Oberfläche eine oszilierende Nadel entlanggeführt, die mit einem Spiegel in Verbindung steht. Durch diesen Spiegel wird eine Lichtmarke aus- und auf lichtempfindliches Material abgelenkt.The surface inspection is used to assess the boundary surface of a body. For this Tactile cutters are known, with which by means of z. B. a sapphire, diamond or a multiple steel tip the surface is scanned at the desired speed is evenly pulled relatively over the surface to be tested. The surface will then assessed based on the deflection of the needle perpendicular to the surface. This Deflections can e.g. B. measured with a sensitive mechanical pointer become. In the most common stylus devices, the needle deflections become one electrical signal converted, amplified and displayed as a surface characteristic or by registered with a high-speed writer. In the case of a mechanical optical stylus device, is on an oscillating needle is guided along the surface and is connected to a mirror stands. Through this mirror, a light mark is emitted and onto light-sensitive material distracted.
Mit den vorbekannten Verfahren erfolgt eine indirekte Messung der Oberflächenkenngrößen, wobei insbesondere bei mechanischen und elektrischen Verstärkungsgeräten relativ hohe Antastkräfte erforderlich sind. Hierdurch bedingt können kleine Tastspitzen nicht zur Anwendung gelangen, da diese andernfalls zerstört würden. Gelangen kleine Tastspitzen dennoch zur Anwendung, so ist auf Grund der erforderlichen Antastkraft bei harten Ober flächen ein Verschleiß des Antastelementes mit der Folge gegeben, dass eine hohe Messun genauigkeit gegeben ist. Auf Grund der relativ hohen Antastkraft ist es auch nicht möglich, empfindliche Oberflächen zu messen, da andernfalls die Gefahr einer Zerstörung dieser erfolgen würde. Ähnliche Nachteile ergeben sich bei dem in der Praxis nicht zur Anwendung gelangenden optischen Messverfahren auf Grund der notwendigen oszilierenden Bewegung der Nadel. Daher sind die vorbekannten Verfahren nur bedingt geeignet, sehr kleine Objekt geometrien wie z. B. Bohrungen auszumessen.With the previously known methods, an indirect measurement of the surface parameters takes place, being relatively high, particularly in the case of mechanical and electrical amplification devices Probing forces are required. As a result, small probe tips cannot be used Application, otherwise they would be destroyed. Get small probe tips nevertheless to use, because of the necessary contact force with hard upper areas of wear of the contact element, with the result that a high measurement accuracy is given. Due to the relatively high contact force, it is also not possible sensitive surfaces, otherwise there is a risk of destroying them would be done. Similar disadvantages do not arise in practice optical measuring process due to the necessary oscillating movement the needle. Therefore, the previously known methods are only suitable to a limited extent, very small objects geometries such as B. measure holes.
Auch sind berührungslose Verfahren bekannt, wie z. B. das Lichtschnittverfahren nach Schmaltz. Hierbei wird ein dünnes scharf begrenztes Lichtband auf eine zu prüfende Ober fläche gestrahlt und sodann als Profilkurve durch ein Mikroskop betrachtet.Non-contact methods are also known, such as e.g. B. after the light section process Schmaltz. Here, a thin, sharply delimited light band is placed on a surface to be tested surface blasted and then viewed as a profile curve through a microscope.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art, die dem mechanischen Messprinzip folgen, derart weiterzubil den, dass Messungen mit geringsten Antastkräften von z. B. einem 1 µN und weniger durch geführt werden können, wobei bei hoher Messgenauigkeit auch sehr kleine Objektgeometrien ausgemessen werden sollen.The problem underlying the present invention is a method and an arrangement of the type mentioned at the outset, which follow the mechanical measuring principle, in this way the that measurements with the lowest probing forces of z. B. a 1 µN and less can be performed, with very high object accuracy even very small object geometries should be measured.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch ein Tastschnittverfahren gelöst, bei dem die Position des Tastelementes unmittelbar oder eine Position zumindest einer dem Tastelement unmittelbar zugeordneten Zielmarke mit einem optischen Sensor erfaßt und unter Berücksich tigung der Relativbewegung zwischen dem Prüfling und dem Tastelement die Oberflächen messgröße ermittelt wird. Dabei wird als Oberflächenmessgröße Welligkeit und/oder Rauhtie fe und/oder Glättungstiefe und/oder Form des Prüflings bestimmt.According to the invention the problem is solved by a tactile cut method in which the Position of the probe element directly or a position of at least one of the probe element directly assigned target mark detected with an optical sensor and under consideration adjustment of the relative movement between the test object and the probe element the surfaces measured variable is determined. Ripple and / or roughness is used as the surface measurement Fe and / or smoothing depth and / or shape of the test specimen determined.
Erfindungsgemäß benutzt man ein rein optisches Verfahren unter Verwendung eines opti schen Sensors, über den die Position des auf der Oberfläche abgestützten Tastelementes unmittelbar oder einer dem Tastmittel eindeutig zugeordneten Zielmarke bestimmt wird. Dabei wird insbesondere die Position des Tastelementes und/oder der zumindest einen Zielmarke mittels reflektierenden und/oder von dem Tastelement bzw. der Zielmarke abstrahlender Strahlung bestimmt.According to the invention, a purely optical method using an opti is used cal sensor, via which the position of the probe element supported on the surface is determined directly or a target mark clearly assigned to the sensing means. In particular, the position of the feeler element and / or the at least one Target mark by means of reflective and / or by the touch element or the target mark radiating radiation determined.
Erfindungsgemäß wird die durch Berührung des Objekts bedingte Auslenkung des Tast elementes optisch bestimmt, um den Verlauf der Oberfläche zu messen. Dabei kann die Auslenkung des Tastelementes durch Verschiebung des Bildes auf einem Sensorfeld eines elektronischen Bildverarbeitungssystems wie elektronischer Kamera erfaßt werden. Auch besteht die Möglichkeit, die Auslenkung des Tastelementes durch Auswerten einer Kon trastfunktion des Bildes mittels eines elektronischen Bildverarbeitungssystems zu bestimmen. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Auslenkung besteht darin, diese aus einer Größenänderung des Bildes einer Zielmarke zu bestimmen, aus dem der strahlenoptische Zusammenhang zwischen Objektabstand und Vergrößerung resultiert. Auch kann die Aus lenkung des Tastelementes durch scheinbare Größenänderung einer Zielmarke ermittelt werden, die aus dem Kontrastverlust durch Defokussierung resultiert. Alternativ kann die Position des Tastelementes bzw. der zumindest einen diesem zugeordneten Zielmarke mittels eines Photogrammetriesystems bestimmt werden. Bei Vorhandensein mehrerer Zielmarken kann deren Position optisch erfaßt und sodann die Position des Tastelementes berechnet werden, da zwischen diesen und den Zielmarken eine eindeutige feste Beziehung besteht.According to the deflection of the key caused by touching the object element optically determined to measure the course of the surface. The Deflection of the probe element by moving the image on a sensor field electronic image processing system such as electronic camera can be detected. Also there is the possibility of deflecting the probe element by evaluating a con to determine the tracing function of the image by means of an electronic image processing system. Another way of determining the deflection is to make it out of a To determine the size change of the image of a target mark from which the radiation optical Relationship between object distance and magnification results. Even the out steering of the probe element determined by apparent size change of a target resulting from the loss of contrast due to defocusing. Alternatively, the Position of the feeler element or at least one target mark assigned to it by means of of a photogrammetry system can be determined. When there are multiple targets their position can be optically detected and then the position of the probe element can be calculated because there is a clear, fixed relationship between these and the target marks.
Eine Anordnung zur Messgrößenbestimmung nach dem Tastschnittverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Anordnung einen Sensor zur optischen Bestimmung des Tastelementes und/oder zumindest einer diesem unmittelbar zugeordneten Zielmarke umfasst. Dabei sollten das Tastelement und/oder die Zielmarke vorzugsweise als ein Strahlung räumlich abstrah lender oder reflektierender Körper wie Kugel oder Zylinder ausgebildet sein.An arrangement for determining the measurement variable according to the tactile cut method is distinguished characterized in that the arrangement has a sensor for optically determining the probe element and / or at least one target mark directly associated therewith. Doing so the probe element and / or the target mark preferably radiate spatially as a radiation lender or reflective body such as a ball or cylinder.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Tastelement mit einer Tastverlängerung wie Schaft verbunden, die bzw. der biegeelastisch ausgebildet ist. Das Verbinden kann durch Kleben, Schweißen oder sonstige geeignete Verbindungsarten erfolgen. Auch kann das Tastelement und/oder die Zielmarke ein Abschnitt der Tastverlängerung selbst sein. Ins besondere ist die Tastverlängerung bzw. der Schaft als Lichtleiter ausgebildet oder umfaßt einen solchen, um über diesen dem Tastelement bzw. der Zielmarke das erforderliche Licht zuzuführen.According to a development of the invention, the feeler element is like a feeler extension Connected shaft, which is designed to be flexible. The connection can be done by Gluing, welding or other suitable types of connection. It can also Tactile element and / or the target mark a section of the tactile extension itself. Ins in particular, the push-button extension or the shaft is designed or comprises an optical fiber such a way to provide the necessary light to the sensing element or the target feed.
Der Schaft kann endseitig als Taster ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Insbeson dere sollte das Tastelement und/oder die Zielmarke auswechselbar mit der Tastverlängerung für den Schaft verbunden sein.The end of the shaft can be designed as a button or comprise such a button. In particular The probe element and / or the target should be exchangeable with the probe extension be connected to the shaft.
Erfindungsgemäß wird ein Tastschnittgerät vorgeschlagen, das die Vorteile optischer und mechanischer Verfahren kombiniert, ohne deren Nachteile zu übernehmen, wobei eine Ver wendung insbesondere bei der mechanischen Messung sehr kleiner Strukturen und ins besondere empfindlicher Oberflächen möglich ist, da nur überaus geringe Antastkräfte von z. B. 1 µN und weniger bei kleiner Dimensionierung des Tastelementes selbst erforderlich sind, um mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit Oberflächenkenngrößen zu bestim men.According to the invention, a stylus device is proposed that has the advantages of optical and combined mechanical processes without accepting their disadvantages, a Ver especially in the mechanical measurement of very small structures and ins particularly sensitive surfaces is possible, since only very low contact forces of e.g. B. 1 µN and less required with small dimensions of the probe itself are to determine surface parameters with high accuracy and reproducibility men.
Erfindungsgemäß wird ein Tast- oder Antastelement oder eine diesem zugeordneten Zielmar ke durch einen Sensor wie elektronische Kamera in seiner bzw. ihrer Position bestimmt, nachdem ersteres in mechanischen Kontakt mit der Oberfläche eines zu messenden Prüflings gebracht wurde. Dadurch, dass entweder das Tastelement selbst oder die Zielmarke, die unmittelbar mit dem Tastelement verbunden ist, in der Position vermessen wird, haben Verformungen eines den Taster aufnehmenden Schafts keinen Einfluss auf die Messsignale. Bei der Vermessung muß weder das elastische Verhalten des Schaftes berücksichtigt werden, noch können plastische Verformungen, Hysteresen und Drifterscheinungen der mechanischen Kopplung zwischen Tastelement und dem Sensor die Messgenauigkeit beeinflussen.According to the invention, a probe or probe element or a target assigned to it ke determined in its or its position by a sensor such as an electronic camera, after the former in mechanical contact with the surface of a test piece to be measured was brought. In that either the touch element itself or the target mark, the is directly connected to the probe element, in which position is measured Deformations of a shaft receiving the probe have no influence on the measurement signals. When measuring, neither the elastic behavior of the shaft has to be taken into account, plastic deformations, hysteresis and drift phenomena of the mechanical Coupling between the probe element and the sensor affect the measurement accuracy.
Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Lehre ist es nicht erforderlich, dass ein aktives Licht abstrahlendes Tastelement oder eine sonstige aktive Zielmarke zum Einsatz gelangt. Besonde res hohe Genauigkeiten erreicht man mit lichtabstrahlenden Tastkugeln bzw. sonstigen lichtabstrahlenden Zielmarken an der Tastverlängerung. Das Licht aus einer Lichtquelle wird dabei dem Tastelement wie -kugel oder sonstigen Zielmarken der Tastverlängerung über z. B. eine Lichtleitfaser zugeführt, die selbst den Tasterschaft oder die Tasterverlängerung dar stellen kann. Auch kann das Licht im Schaft oder in den Zielmarken erzeugt werden, in dem diese z. B. LEDs enthalten.To implement the teaching according to the invention, it is not necessary for an active light radiating probe element or another active target is used. Special Res high accuracy can be achieved with light-emitting probe balls or other light-emitting target marks on the probe extension. The light from a light source becomes the touch element such as ball or other target marks of the extension of the feel over z. B. an optical fiber is supplied, which itself represents the stylus shaft or the stylus extension can put. The light can also be generated in the barrel or in the target marks in the this z. B. contain LEDs.
Der Grund für diese Konstruktionsweisen ist, dass elektronische Bildsysteme insbesondere zur Bestimmung mikroskopisch kleiner Strukturen eine hohe Lichtintensität benötigen. Wird dieses Licht dem Tastelement direkt gezielt zugeführt, reduziert sich die notwendige Licht leistung erheblich und somit auch die Wärmebelastung des Objektes während der Messung. Bei Verwendung von Kugeln als Tastelement ergibt sich ein ideal kontrastreiches und ideal kreisförmiges Bild der Tastkugel aus allen Blickrichtungen. Insbesondere gilt dies bei der Verwendung einer volumenstreuenden Kugel. Störungen durch Abbildungen von Strukturen des Objekts selbst werden vermieden, da das Objekt selbst nur in unmittelbarer Nähe der Tastkugel hell beleuchtet wird. Dabei wird jedoch das durch Spiegelung am Objekt ent stehende Bild der Tastkugel praktisch immer weniger hell erscheinen als die Tastkugel selbst. Somit sind Fehler problemlos zu korrigieren. Auch besteht die Möglichkeit, die Zielmarke fluoreszierend auszuführen, so dass eingestrahltes und abgestrahltes Licht frequenzmäßig getrennt sind und sich somit ebenfalls die Zielmarken im Bild deutlicher von der Umgebung isolieren lassen. Gleiche Überlegungen gelten für das Tastelement selbst.The reason for these construction methods is that electronic imaging systems in particular need a high light intensity to determine microscopic structures. Becomes If this light is fed directly to the probe element, the necessary light is reduced performance and thus also the thermal load on the object during the measurement. When using spheres as a tactile element, the result is an ideally contrasting and ideal circular image of the probe ball from all directions. This applies in particular to the Use of a volume-scattering ball. Disruptions due to the mapping of structures of the object itself are avoided since the object itself is only in the immediate vicinity of the Probe ball is brightly illuminated. However, this is done by reflecting on the object standing image of the probe ball practically always appear less bright than the probe ball itself. Errors can therefore be corrected easily. There is also the possibility of the target mark fluorescent design, so that incident and emitted light frequency are separated and thus the target marks in the image are more clearly separated from the surroundings insulate. The same considerations apply to the touch element itself.
Es ist auch möglich, auf der Lichtleitfaser weitere beleuchtete Kugeln oder sonstige Zielmar ken anzubringen, die Position dieser Zielmarken insbesondere photogrammetisch zu erfassen und die Position des Tastelementes sodann entsprechend zu berechnen. Kugeln stellen dabei vergleichsweise ideale, eindeutige Zielmarken dar. Eine gute Lichteinkopplung in die Kugeln erreicht man durch Störung der Lichtleitereigenschaften des Schafts, in dem man z. B. die durchbohrten volumenstreuenden Kugeln auf den Schaft, d. h. der Tastverlängerung aufsteckt und mit diesem verklebt. Auch können die volumenstreuenden Kugeln seitlich am Schaft angeklebt sein, wobei auch eine Lichteinkopplung möglich ist, vorausgesetzt, der Schaft führt bis zu seiner Oberfläche Licht, weist also einen Mantel an der Klebestelle nicht auf.It is also possible to place further illuminated spheres or other targets on the optical fiber ken to capture the position of these targets, in particular photogrammetically and then calculate the position of the probe element accordingly. Put balls comparatively ideal, clear target marks. A good light coupling into the balls can be achieved by disturbing the optical fiber properties of the shaft, in which, for. B. the pierced volume-scattering balls on the shaft, d. H. the push-button extension and glued to it. The volume-scattering balls can also be on the side of the shaft be glued, with a light coupling is also possible, provided the shaft leads light up to its surface, so it does not have a coat at the glue point.
Eine besonders hohe Genauigkeit wird erreicht, wenn die Tastelementposition als Funktion der Faserlage und Faserkrümmung (Zonen der Faser in einigem Abstand von dem Tast element) experimentell erfaßt (kalibriert) wird. Auch ist hier die Abmessung von entlang der Faser aufgebrachten Zielmarken anstelle der Abmessung der Faser selbst möglich. Die Trennung der Elemente Tastelement wie Tastkugel und Zielmarken verringert zusätzlich die Wahrscheinlichkeit einer Störung der Messung der Tastelementposition durch Reflexe der Zielmarke auf der Objektoberfläche.A particularly high level of accuracy is achieved when the probe element position as a function the fiber layer and fiber curvature (zones of the fiber at some distance from the probe element) is experimentally recorded (calibrated). Here too is the dimension of along the Fiber applied target marks instead of the dimension of the fiber itself possible. The Separating the elements of the tactile element such as the ball and the target marks also reduces the Probability of a fault in the measurement of the probe element position due to reflections from the Target mark on the object surface.
Grundsätzlich kann die Beleuchtung des Tastelementes, der Zielmarken bzw. des Schafts nicht nur von innen durch den Schaft erfolgen, sondern auch durch geeignete Beleuchtungs einrichtungen von außen. Tastelement bzw. Zielmarke können als Retroflektoren ausgebildet sein.Basically, the illumination of the probe element, the target marks or the shaft not only from the inside through the shaft, but also by suitable lighting furnishings from the outside. Tactile element or target can be designed as retroflectors be.
Insbesondere kann die Tastverlängerung als Lichtleiter ausgebildet sein und einen Durch messer von z. B. 20 µm aufweisen. Der Durchmesser des Tastelementes wie Tastkugel sollte sodann bevorzugterweise 50 µm betragen.In particular, the key extension can be designed as a light guide and a through knife from z. B. 20 microns. The diameter of the probe like the probe ball should then preferably be 50 microns.
Um die Bruchfestigkeit der Tastverlängerung zu erhöhen, können bei der Verwendung von Lichtleitern als Material diese eine Oberflächenbeschichtung wie Teflon oder eine sonstige bruchhemmende Substanz aufweisen. Eine Ummantelung kann z. B. durch Sputtering erzeugt werden.In order to increase the breaking strength of the extension, you can use As a material, light guides have a surface coating such as Teflon or another have break-resistant substance. A casing can e.g. B. generated by sputtering become.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.Further details, advantages and features of the invention result not only from the Claims, the features to be extracted from these - individually and / or in combination -, but also from the following description of the drawing preferred embodiments.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Anordnung zur Durch führung eines Tastschnittverfahrens und Fig. 1 is a schematic diagram of a first embodiment of an arrangement for performing a tactile cut method and
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Anordnung zur Durchführung des Tastschnitt verfahrens. Fig. 2 shows a schematic diagram of a further arrangement for performing the tactile cut method.
In den Figuren, in denen gleiche Elemente grundsätzlich mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind rein prinzipiell verschiedene Ausführungsformen von Anordnungen zur Messgrößenbestimmung einer Oberfläche 10 eines Prüflings 12 nach dem Tastschnittver fahren dargestellt.In the figures, in which the same elements are fundamentally provided with the same reference numerals, purely in principle, different embodiments of arrangements for determining the measurement variables of a surface 10 of a test specimen 12 are shown according to the touch cut method.
Um eine charakteristische Oberflächenkenngröße wie Rauhtiefe, Glättungstiefe, Mitten rauhwert, Welligkeit, Profiltraganteil und/oder Form des Körpers zu bestimmen, wird erfindungsgemäß die Oberfläche 10 mechanisch mittels eines Tastelementes 14 abgetastet und die Position des Tastelementes 14 oder einer diesem zugeordneten Zielmarke 16 mittels eines optischen Sensors 18 erfaßt, um sodann aus der Position des Tastelementes 14 bzw. der Zielmarke 16 und der Relativbewegung zwischen dem Prüfling 12 und dem Tastelement 14 die gewünschte Oberflächenkenngröße ermittelt. Tastelement 14 und Zielmarke gehen von Tastverlängerungen 22, 26 aus, die zusammen einen Taster bilden.In order to determine a characteristic surface parameter such as roughness depth, smoothing depth, average roughness value, waviness, profile percentage and / or shape of the body, the surface 10 is mechanically scanned according to the invention by means of a scanning element 14 and the position of the scanning element 14 or a target mark 16 assigned to it by means of an optical Sensor 18 detected in order to then determine the desired surface parameter from the position of the probe element 14 or the target mark 16 and the relative movement between the test object 12 and the probe element 14 . Probe element 14 and target mark are based on probe extensions 22 , 26 , which together form a probe.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Sensor 18 mit seiner optischen Achse 20 unmittelbar auf das Tastelement 14 ausgerichtet, wohingegen beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eine Ausrichtung auf die Zielmarke 16 erfolgt.In the embodiment of FIG. 1, the sensor 18 is aligned with its optical axis 20 directly on the probe element 14 , whereas in the embodiment of FIG. 2 there is an alignment with the target mark 16 .
Das Tastelement 14 ist im Ausführungsbeispiel am Ende der als Lichtleiter 22 ausgebildeten Tastverlängerung angeordnet, der von einer vorzugsweise eine Lichtquelle aufweisenden Halterung 24 ausgeht. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Tastelement 14 selbstleuchtend z. B. mittels eines LED auszubilden oder von außen mit Licht zu beaufschlagen, so dass von dem Sensor 18 das reflektierte Licht zur Positionsbestimmung des Tastelementes 14 ausge wertet wird.In the exemplary embodiment, the pushbutton element 14 is arranged at the end of the pushbutton extension designed as a light guide 22 , which extends from a holder 24 which preferably has a light source. Alternatively, there is the possibility of the touch element 14 being self-illuminating, for. B. by means of an LED or to apply light from the outside, so that the reflected light from the sensor 18 for determining the position of the probe element 14 is evaluated.
Erwähntermaßen wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 durch den Sensor 18 nicht das Tastelement 14 selbst, sondern die diesem unmittelbar zugeordnete Zielmarke 16, d. h. deren Position ausgewertet, wobei die Zielmarke 16 ebenfalls von der Tasterverlängerung wie Lichtleiter 26 ausgeht, die von der Halterung 24 aufgenommen ist.As mentioned, in the exemplary embodiment in FIG. 2 the sensor 18 does not evaluate the feeler element 14 itself, but rather the target mark 16 that is directly associated with it, ie its position, the target mark 16 likewise starting from the feeler extension, such as light guide 26 , which is received by the holder 24 is.
Das Tastelement 14 bzw. die Zielmarke 16 werden für die durchzuführende Messung zur optischen Achse 20 und zur Fokalebene justiert. Nach der Justierung des Tastelementes 14 bzw. der Zielmarke 16 wird das entsprechende Element mittels des optischen Sensors 18 beobachtet. Auslenkungen auf Grund der Struktur der Oberfläche 10 des Prüflings 12 werden durch eine elektronische Bildverarbeitung ausgewertet.The probe element 14 or the target mark 16 are adjusted for the measurement to be carried out with respect to the optical axis 20 and the focal plane. After the adjustment of the sensing element 14 or the target mark 16 , the corresponding element is observed by means of the optical sensor 18 . Deflections due to the structure of the surface 10 of the test object 12 are evaluated by electronic image processing.
Ist erwähntermaßen die zu der Halterung 24 führende Tastverlängerung 22 bzw. 24 vorzugs weise als Lichtleitfaser ausgebildet, so sind andere geeignete und aus dem Stand der Technik bekannte Schafte gleichfalls zur Realisierung der Erfindung geeignet.As mentioned, is the leading to the bracket 24 Tastverlängerung 22 or 24 preference designed as optical fiber, other suitable and known from the prior art shafts are also suitable for implementing the invention.
Bei der Verwendung einer Lichtleitfaser ergibt sich der Vorteil, dass durch diese selbst Licht zu dem Tastelement 14 bzw. der Zielmarke 16 geführt werden kann.When using an optical fiber, there is the advantage that light itself can be guided to the feeler element 14 or the target mark 16 through it.
Im Ausführungsbeispiel weist das Tastelement 14 bzw. die Zielmarke 16 jeweils eine volumenmäßig abstrahlende Kugelform auf. Dabei kann das Tastelement 14 bzw. die Zielmarke 16 mit der Tastverlängerung 22, 26 durch Kleben, Schweißen oder in sonstiger geeigneter Weise verbunden werden. Auch ist eine auswechselbare Verbindung über eine Kupplung möglich.In the exemplary embodiment, the feeler element 14 and the target mark 16 each have a spherical shape radiating in terms of volume. The feeler element 14 or the target 16 can be connected to the feeler extension 22 , 26 by gluing, welding or in any other suitable manner. An interchangeable connection via a coupling is also possible.
Alternativ kann das Ende der Tastverlängerung, also in den Ausführungsbeispielen der Lichtleitfasern 22, 26 als Tastelement ausgebildet sein. Hierzu wird vorzugsweise der jeweilige Endabschnitt endseitig entsprechend geformt.Alternatively, the end of the key extension, that is to say in the exemplary embodiments of the optical fibers 22 , 26, can be designed as a key element. For this purpose, the respective end section is preferably shaped accordingly at the end.
Das Tastelement 14 bzw. die Zielmarke 16 können aus verschiedenen Materialien wie Keramik, Rubin oder Glas bestehen. Ferner kann die optische Qualität der entsprechenden Elemente durch Beschichtungen mit streuenden oder reflektierenden Schichten verbessert werden. Die Verwendung von Fluoreszenzmaterial ist gleichfalls möglich.The touch element 14 or the target mark 16 can consist of different materials such as ceramic, ruby or glass. Furthermore, the optical quality of the corresponding elements can be improved by coatings with scattering or reflecting layers. The use of fluorescent material is also possible.
Der Durchmesser der Tastverlängerung 22, 26 beträgt vorzugsweise weniger als 100 µm, insbesondere in etwa 20 µm. Das Tastelement 14 bzw. die Zielmarke 16 weist einen größeren Durchmesser auf, vorzugsweise einen zwischen 1,5 bis 3-fach größeren Durchmesser im Vergleich zu dem der Tastverlängerung 22, 26.The diameter of the probe extension 22 , 26 is preferably less than 100 μm, in particular approximately 20 μm. The feeler element 14 or the target mark 16 has a larger diameter, preferably a diameter that is between 1.5 and 3 times larger than that of the feeler extension 22 , 26 .
Das Bild des Tastelementes 14 oder der diesem zugeordneten Zielmarke 16 kann z. B. auf einem CCD-Feld des optischen Sensors 18 abgebildet werden. Die Verschiebung des Lichtfleckes in CCD-Feld kann mit Subpixelgenauigkeit gemessen werden. Folglich sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren reproduzierbare Messungen mit einer Genauigkeit im µm- Bereich möglich, wobei nur Antastkräfte erforderlich sind, die im Bereich von 1 µN und weniger liegen können.The image of the touch element 14 or the target mark 16 associated therewith can, for. B. are imaged on a CCD field of the optical sensor 18 . The displacement of the light spot in the CCD field can be measured with sub-pixel accuracy. Consequently, reproducible measurements with an accuracy in the μm range are possible with the method according to the invention, wherein only probing forces are required which can be in the range of 1 μN and less.
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