专利名称：用于无接触地测量或者检查体表面的光学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于无接触地测量或者检查体表面的特性的光学设备，所述体表面的特性如曲率、走向(Verlauf)、轮廓、粗糙度、对准(Lage)。根据本发明的设备不仅适于通过测定、与参考表面的比较来对技术表面进行质量控制，而且适于测定表面上的微结构。
背景技术：
出于对工件的制造公差进行检验目的的用于测定几何形状和表面结构的方法例如以感触的(taktil)测量方法的形式而公知。在这些方法中，工件以机械方式触碰，度规(Taster)的运动借助刻度来检测并且根据在此所获得的测量值推断工件形状或推断与规定形状的偏差。虽然这些方法已达到高的研发状态并且因而以丰富的变型可能性和应用可能性而突出。然而，缺点一方面是度规必定与工件接触，这种接触尤其是在软的材料的情况下或在敏感的(譬如光学)表面的情况下是不期望的，而另一方面是相对长的测量时间，这种相对长的测量时间妨碍了工业制造过程的运行。此外还公开了用于无接触地测定表面轮廓、用于确定钻孔的表面粗糙度或者直径的光学类型的方法。在此，光被聚焦到待测定的或者待检查的表面上并且对由该表面反射的或者散射的光进行分析。为了能够从结果中推断出二维的或者三维的轮廓，需要结合使测量设备相应移位的多个重复的点测量。因而，这些方法同样以常常不希望的方式很耗费时间。在DD 148 982 Bl中所描述的测量设备在检查旋转对称的部件时分析允许的或者不允许的间隙宽度的存在，尤其是与用于内燃机的活塞环或者用于压缩机的密封环相关地进行分析。在此，将待检查的环钳入到环规中并且将光指向在待检查的环与环规之间的间隙。穿过该间隙的光借助光电接收机被转换成模拟电信号，并且该模拟电信号作为分析间隙宽度的基础。利用该设备不可能对体几何形状和表面形貌进行检查或者测定。

发明内容
从现有技术出发，本发明所基于的任务是提出一种开头所描述的类型的设备，利用该设备在相对短的时间内在少量技术开销的情况下能够测定或者检查体几何形状和表面形貌。根据本发明，用于无接触地确定体表面的特性、如曲率、走向、轮廓、对准或者粗糙度的光学设备包括
-用于构造在体表面与参考边之间的间隙的装置，其中 -参考边限定体表面的切线的方向，以及
-朝向该切线的法线方向来观察，在体表面与参考边之间的距离限定了间隙宽度； -用于将间隙成像到空间分辨的(ortsaufloesend)检测器上的设备；-与检测器相连的分析设备，该分析设备被构造为 -用于按照检测器的输出信号确定在切线的方向上并排的间隙宽度，以及 -用于按照沿着切线并排的间隙宽度来确定体表面的特性、如曲率、走向、轮廓或者粗糙度。在可替换的扩展方案中，根据本发明的光学设备根据分析设备的设计被构造为用于基于被确定为物理量的间隙宽度来测量特性或者用于通过将所确定的间隙宽度与期望间隙宽度进行比较来检查特性。参考边在切线的方向上的伸展(Ausdehrumg)在特定情况下对应于体表面在该方向上的伸展，即构造在参考边与体表面之间的间隙在体表面的整个伸展上在该方向上延伸。为了进行分析，该间隙被全部成像到检测器上。而如果在切线的方向上来看，参考边的伸展小于体表面的伸展，则根据本发明的设备具有用于使参考边在该方向上移位的设备。由此实现了参考边在时间上相继地与体表面的不同部分区域对置。在此分别在切线的方向上构造的间隙被成像到检测器上用于分析。以这种方式，可确定的是体表面在参考边的方向上的一维轮廓。此外，如果也要多维地以体表面的形貌形式确定该结构，在根据本发明的设备的相对应的扩展方案中，附加地设置有用于使参考边垂直于切线方向平行移位的设备。由此，实现的是，参考边在时间上相继地与体表面的不同的部分区域对置，并将在此分别构造的间隙成像到检测器上用于分析。与参考边的移位相关地，可以设置强制导轨(Zwangsfuehrung)，该强制导轨例如被构造为机械直线导轨或曲线导轨并且用于在参考边推动(Fortbewegimg)期间以距体表面为恒定距离地来引导参考边，该体表面对应于预先给定的间隙宽度。可考虑的并且同样在本发明的范围中的是替换于强制导轨或者也附加于此地存在调节设备，该调节设备被构造用于基于连续的或者周期的距离测量来维持参考边与体表面之间的距离。检测器由多个单传感器(Einzelsensor)构成，所述单传感器被布置成一行或被布置成多个平行的行。检测器的间隙被成像到其上或由于成像而被照明的那些传感器的电子输出信号是间隙宽度的量度。间隙宽度和间隙的对准在此通过分析强度分布而被确定为输出信号强度的等同物。为了分析强度分布，有利地利用子像素算法。这样的分析在现有技术中是公知的并且因此此处不进一步阐述。利用子像素分析，可以比利用在考虑到单传感器的距离的情况下可替换地同样可能对强度分布进行的分析更精确地确定强度分布。例如，CXD传感器用作检测器，这些CXD传感器通常由成行和成列、极少由仅仅布置成一行的光敏的光电二极管(也称作像素)构成。在根据本发明的光学设备的特别优选的实施形式中，参考边与光出射口相关，来自光源的光从该光出射口出来(优选地穿过聚焦的光学系统)被指向与参考边对置的体表面。在此，光出射口相对于检测器被定位，使得射出的光用作在将间隙成像到检测器上时的照明光。发光二极管可以被设置为光源，该发光二极管优选地发射具有均勻强度的确定波长的光并且例如通过光导体与光出射口连接。然而可替换地，宽带的光源与衍射透镜组合地也得到应用，以便根据波长产生焦线的不同对准。基于此可能在轴向上进行测量。特别有利的是，在量规上构造参考边，并且光源被集成到量规中。在检测器之前要设置具有限定的横向放大率(Abbildimgsmassstab)的成像光学系统。一方面基于横向放大率而另一方面基于检测器的接收面上的像素的距离，借助图像分析程序确定间隙的宽度。在优选的情况下，检测器和成像光学系统是摄像机的部件，并且摄像机和量规以预先给定的距离彼此固定地连接。为了在难于达到的应用情况下能够对体表面进行光学扫描，在间隙与成像光学系统之间的射线途径中设置有至少一个偏转镜。为了抑制在对体表面进行光学扫描时的不期望的反射，在成像光学系统之前设置有偏振滤光镜。这样，首先不将如下反射一同成像到检测器上所述反射具有平行于体表面的偏振方向并且会歪曲分析结果。为了确定体表面或者体表面的基本上为平面的所选的区域的曲率、走向、轮廓或者粗糙度，参考边被实施为直线。然而，在本发明的范围中同样有以下实施形式，其中
-参考边环形地被构造并且体表面是居中地围绕参考边的圆柱体的内表面，其中 -在参考边与体表面之间构造环形间隙，以及 -存在用于将环形间隙成像到空间分辨的检测器上的设备。在此，此处也在量规上构造参考边，该量规在这种情况下具有圆的塞规的形状。光出射面同样环形地被构造并且与参考边相关。 有利地，在这种情况下也存在用于使包括参考边和光出射面在内的塞规朝向圆柱形内表面的中轴线移位的设备。在该实施形式中，根据本发明的光学设备特别适于无接触地测定或者检查钻孔的直径、位置、对准或者形状。尤其是，可以与使塞规朝向圆柱形内表面移位一起来制订孔的三维表面形貌。此处同样将带有光学系统的C⑶摄像机用作检测器，其以固定的距离与塞规相连。根据光学系统的横向放大率和像素彼此间的距离，因此可以从摄像机图像推断钻孔的直径、形状和对准。在本发明构思中也包含其中参考边是可交换的或者在大小方面可以调整的扩展方案以及其中设置根据对由于光衍射形成的摄像机图像的解释来确定体表面的走向、轮廓、对准或者粗糙度的扩展方案。


下面参照实施例更为详细地阐述了本发明。在相关联的附图中 图1以原理图示出了根据本发明的光学设备，
图2示出了在用于无接触地测量或者检查凹处、尤其是孔的内表面的扩展方案中的按照图1的根据本发明的光学设备，图3示出了用于无接触地对技术体的外表面或者内表面进行测量或者检查的例子， 图4示出了将间隙成像到检测器上的第一例子， 图5示出了将间隙成像到检测器上的第二例子，
图6示出了在如下扩展方案中的按照图2的光学设备在该扩展方案中，该光学设备尤其是适于无接触地测量或者检查带有特别强反射的内表面的钻孔的直径、位置、取向或对准、形状准确性(Formhaltigkeit)或者粗糙度，
图7示出了在利用图6中所示的扩展方案测量或者检查钻孔时的光程。
具体实施例方式在图1中象征性地示出了体1，针对该体1的体表面2要对曲率、走向、轮廓或者粗糙度进行测量或者检查。带有参考边4的量规3与体表面2对置。在参考边4与体表面2 之间构建有间隙宽度为a的间隙5。量规3通过距离保持装置(Abstandshalterung^与摄像机7相连，该摄像机7包括成像光学系统8和空间分辨的检测器9。为了阐述根据本发明的设备的工作原理而假设的是在本实施例中基本上为平面的体表面2在笛卡尔坐标系X、Y、Z的坐标方向Υ、Ζ上伸展，而间隙宽度a在X方向上延伸。 参考边4接着在Y方向上或垂直于X、Z的绘图平面地延伸并且间隙5在X、Y平面中。发光二极管10被集成到量规3中，聚焦的光学系统11在从该发光二极管10出来的光的辐射方向上被设置在该发光二极管10之前。发光二极管10优选地发出确定波长的具有均勻强度的光，例如波长为500nm的光。此外，参考边4与光出射口 12相关，发光二极管10的光穿过该光出射口 12在间隙5的高度上照明测量对象。被照明的间隙5穿过透明的支承板(Halt印latte)13借助成像光学系统8被成像到空间分辨的检测器9上，其中参考边4和体表面2的与参考边4对置的区域的成像形成了间隙宽度的测量标记。检测器9具有多个单传感器、也称作像素，这些单传感器被布置成仅仅一行或者被布置成由多个行和列构成的矩阵。成像光学系统8的横向放大率与检测器中的像素的距离相匹配，使得在将间隙5成像到检测器9上时被照明的像素的电子输出信号是间距宽度 a的等同物。如果透明的支承板13被构造为偏振滤光镜，则具有平行于体表面2的偏振方向的干扰性的反射有利地并未一同被成像到检测器上。间隙5在Y方向上的伸展与检测器9的平行并排的传感器行的数目相匹配。如果检测器9拥有仅仅一个传感器行，则参考边4具有对应于该行的传感器在Y方向上的接收区域的伸展。如果检测器9拥有多个在Y方向上并排的传感器行，则参考边4对应于这些传感器的接收区域地伸展。在检测器9之后设置有未以绘图表现的分析设备，该分析设备被构造用于按照由检测器发出的输出信号确定多个在Y方向上并排的间隙宽度a并且用于按照在Y方向上并排的间隙宽度a之差来确定体表面的特性。利用分析设备按照间隙宽度a分别确定体表面2在与参考边4对置的区域中的曲率、走向、轮廓、对准或者粗糙度。为了出于确定间隙宽度a的目的而扫描体表面2的更大的区域，设置有用于使根据本发明的设备和体1相对于彼此在Y方向和/或Z方向上移位的设备。这样，例如体1可以固定地布置，而根据本发明的设备运动地与移位设备连接。利用在Y方向和/或Z方向上的移位能确定体表面2的伸展大于参考边4的伸展的区域的间隙宽度a。基于此，在体表面2的宽的区域上确定已列举的特性、如曲率、走向、轮廓或者粗糙度。移位设备并未以绘图表现，然而利用直线导轨来实现该移位设备，该直线导轨本身在现有技术中是公知的。在此，可以设置机械强制导轨，所述机械强制导轨负责将体表面 2与参考边4之间的距离在移位期间保持恒定。然而，替换于机械强制导轨，也可以设置调节设备，该调节设备被构造用于基于连续的或者周期的距离测量来维持在体表面2与参考边4之间的距离。通过在X方向上的调整对间隙宽度a进行必要的修正。根据图1的实施例与对在体1外部的基本上平面的体表面2的特性的确定相关联地描述了根据本发明的设备的作用原理，而图2参照第二实施例示出了在无接触地测量或者检查在内部的体表面2的特性时的作用原理。出于清楚原因，在图2中针对同样的组件也使用了与在图1中同样的附图标记。此处以横截面示出的体1具有凹处14、例如孔或者长形孔(Langloch)。量规3此处与根据图1的实施例不同地被构造为没入凹处14中的塞规。Y方向在这种情况下也对应于体表面2的切线的方向，X方向对应于该切线的法线的方向。再度在X方向上测量间隙宽度a。在这种情况下，发光二极管10也被集成到量规3中，其中在从发光二极管10直至间隙5的光路中设置有聚焦的光学系统11。此处也可以设置光导体15。为了可以扫描体表面2的伸展大于参考边4的伸展的区域，此处也可以设置用于使根据本发明的设备和体1相对于彼此在切线的方向上和/或在Z方向上移位的设备，此处有利地也再次与强制导轨结合地进行设置。图3示出了用于对量规3或根据本发明的设备相对于体1上的体表面2的不同区域进行定位和引导的不同的实施例。这样例如设置有量规3. 1，用于无接触地扫描在外部的平面的体表面2. 1，并且该量规3. 1为此目的在Rl方向上是可移位的。(如在图2中所示的那样被构造为塞规的)量规3.2被设置用于扫描在内部的弯曲的体表面2. 2、例如引入体1中的孔16的弯曲的体表面2. 2。为此，量规3. 2在环形轨迹上在R2方向上运动，其中在参考边4与体表面2. 2之间的距离借助强制导轨或距离调节装置而保持恒定。量规3. 3用于扫描引入体1中的长形孔17的在内部的弯曲的体表面2. 3。此处同样被构造为塞规的量规3. 3在R3方向上移动，其中同样将参考边4与体表面3. 3之间的距离保持恒定。移动方向Rl、R2和R3在此始终对应于相应体表面2. 1、2. 2、2. 3的切线的方向，而
间隙宽度a在法线的方向上来测量。在图3中对体表面2. 1,2. 2和2. 3在绘图平面中进行扫描，即体表面2. 1,2. 2和2. 3的曲率、走向、轮廓或者粗糙度在为了阐述而选择的图示中仅仅在绘图平面中被确定。 为了此外进行的也在绘图平面外部的确定或为了确定表面形貌，量规3. 1、3. 2或3. 3被移入绘图平面中或从绘图平面中移出。通过串起来的多个轮廓线，这样制订了待测定的或者待检查的体表面2. 1、2. 2和2. 3的三维形貌。这样，类似地也可能无接触地测量或者检查椎体内壁和椎体外壁上的体表面2。通常，量规的形状要与试验物的待测定的轮廓相匹配。对于钻孔，选择圆形形状， 其中适宜的是针对不同的孔直径使用具有不同直径的量规，因为测量误差随着光隙的升高而增加。关于这一点，在本发明构思中包括
-一组具有不同直径的量规，或者
-带有交替光阑的量规，其中通过更换转盘光阑(Blendenscheibe)来使外直径与待测定的钻孔的直径适配，或者
-可变的量规，其中外直径可以根据倒置的可变光阑(Irisblende)的原理而无级地变化。根据扩展方案，根据本发明的设备能够实现既按照光隙方法又按照三角测量的原理进行测量或者检查。在光隙方法中，参考边类似地具有本身公知的直尺的测量边的功能。量规被定位为使得参考边与待测定的或者待检查的体表面对置或者也被放置到该体表面上，并且在此构造的间隙如已经描述的那样在逆光中进行照明的情况下作为光隙被成像到空间分辨的检测器上并且借助图像分析方法定量地或者定性地分析成像。换言之在增加的光隙的情况下，传感器流畅地切换其测量方法。从光隙传感器变为三角测量传感器。三角测量传感器由体表面在摄像机芯片上的光强度分布的对准来确定其距量规的中心点或参考边的距离。在三角测量方法中，间隙以及如下两个射束形成三角形这两个射束一方面来自参考边而另一方面来自体表面的与参考边对置的区域。在参考边与量规上的检测器之间的距离以及在逆光中被照明的参考边和体表面的与参考边对置的区域的成像的位置的知识按照本身公知的三角关系被用于分析间隙宽度。通过使用聚焦的照明单元可以根据光隙方法的原理对小的间隙宽度进行确定，根据三角测量方法的原理对较大的间隙宽度进行确定，而这两个方法没有以不期望的方式互相影响。照明光要聚焦地被指向体表面的相关区域，以便实现所希望的测量精度。在此，通过焦线的大小确定了深度测量精度。测量区域能被表达为精度与间隙宽度a相关的函数。对于间隙宽度a < 100 μ m, 可以通过塞规的阴影投射来影响测量精度。在间隙宽度a > 100 μ m的情况下，照明装置的束腰是针对可达到的精度而定义的。针对相应的应用，照明光学系统的焦线的对准和伸展与所需的测量精度或需要的测量范围适配。这样，短的焦距实现了测量范围的伸展较小的高测量精度，较长的焦距实现了具有较小精度的较大的测量范围。可选地，可以设置带有光谱可连续调谐的光源的衍射照明光学系统，由此测量范围在没有减小要实现的测量精度的情况下能被扩宽。这原因在于在衍射透镜的情况下在波长与焦距之间的线性相关性。因此，焦线的对准通过选择波长来确定。可连续调谐的光源可以以带有不同波长的多个光源、多光谱的激光器或者白光源的形式与光频过滤器共同作用来实现。因此，不同波长的多个光源或光谱可连续调谐的光源也是有意义的，因为不同的材料和表面具有关于波长的光的不同的反射特性。借助在成像光学系统之前的滤色器也可以阻断外来光影响。根据本发明的设备的主要优点在于适于迅速无接触地检验期望几何形状或者对几何形状进行形貌测定。另一应用领域是在坐标测量机中采用。由于间隙宽度a可以精确地被确定，所以可能快速且无接触地确定任意工件在坐标测量机的坐标系中的位置、对准和表面结构。在该应用情况下，根据本发明的设备优选地配备有用于测量和调节在量规与工件之间在轴向方向上的距离的设备，以便防止可能的碰撞。已经提及的在间隙宽度a的方向上的距离调节此处也可以用于及早地识别碰撞危险。轴向的距离传感器的使用如下扩宽了所描述的设备的使用可能性可以在坐标系X、Y、Z的整个半空间+ / — χ、+ / — y和+ ζ 中执行测量。如果在上面已经描述的根据本发明的设备的实施方案中，
-参考边环状地被构造在圆形的塞规上并且体表面是居中地围绕参考边的圆柱体的内表面，其中
-在参考边与体表面之间构造环形的间隙，并且 -存在用于将环形间隙成像到空间分辨的检测器上的设备，
则在待分析的钻孔内的垂直光分布被成像到检测器的水平平面上。为了从利用检测器记录的强度分布能够推断钻孔的直径或形状，必须限定钻孔中的光分布以及其传播。如果，在照明钻孔内壁的情况下，光分布的强度中心在成像光学系统的物平面上， 则在检测器上的成像的强度中心对应于钻孔壁的位置。图4为此示出了例子。首先，在宽度a > Imm并且钻孔直径为IOmm的情况下，这种情况切合实际。针对在相同钻孔直径的情况下小的间隙宽度a < 1mm，钻孔中的光分布的强度中心在成像光学系统的物平面之下。在这种情况下，钻孔壁的位置在成像中的强度分布的下降沿上。为此图5示出了例子。在下面参照图6所描述的实施例中，示出了根据本发明的用于无接触地测量或者检查具有强烈反射的内表面19的钻孔18的表面粗糙度、直径、位置或者形状准确性的设备。就为了清楚而言，在图6中针对相同的(已在图1或者图2中能看到的)组件也使用相同的附图标记。这涉及体1 (此处为带有钻孔18的体1)、带有圆形弯曲的参考边4的量规3、间隙宽度为a的间隙5 (在这种情况下被构造在参考边4和钻孔18的内表面19之间)以及距离保持装置6，该距离保持装置6将量规3与摄像机7相连。量规3此处如上面已进一步描述的那样同样被构造为没入孔18中的塞规。摄像机7又包括成像光学系统8和空间分辨的检测器9。此外，存在发光二极管 10、聚焦的光学系统11、光出射口 12、支承板13以及光导体15。发光二极管10被集成到量规3中，聚焦的光学系统11在发光二极管10与间隙5之间的光路中，参考边4固定地被布置在聚焦的光学系统11的焦平面F中。光导体15用于传输从发光二极管出来的测量光并且将该测量光朝向内表面19发射。
Y方向在这种情况下对应于孔18的内表面19的切线的方向，而X方向对应于切线的法线的方向。相应的间隙宽度a在X方向上被测量。为了能够扫描内表面19直至孔的深度，存在(未以绘图表现的)用于使根据本发明的包括量规3在内的设备相对于体1在 Z方向上移位的设备。与根据图1和图2的实施例不同，此处内表面19具有强烈反射的特性。为了进行测量，量规3并且由此参考边4被插入到孔18中，其中由发光二极管10 通过光导体15发射的均勻光照明内表面19。内表面19的反射特性导致被内表面19反射的光射到参考边4并且被该参考边4散射。被参考边4散射的光借助成像光学系统8被成像到摄像机7的检测器9上，该成像光学系统8以距量规3为限定的距离而固定地来布置。在此，在检测器9上形成参考边4的两个环形成像第一环形成像形成在光程20 之上，该光程20 (从图7中所示的位置23. 3出发)描述了光从参考边4的周边至检测器9 的直接路径；第二环形成像形成在光程21之上，该光程21 (根据图7中所示的位置23. 1) 描述了被参考边4散射的并且在反射的内表面19上反射的光至检测器9的路径。根据在检测器9上的两个成像的位置与成像光学系统8的横向放大率的关联，在连接在后的分析设备中确定孔18的直径。图7用于阐述对两个成像在检测器9上的位置的确定。关于圆形的参考边4的中心可以确定参考边4的半径和在内表面19上的反射的半径1~&|^。由反射定理得出图 7中所绘出的距离S等于距离S’。因此，可以根据关系1~_= (r&li+rM)/2确定孔18的半径r对象。孔18的直径d接着由C^象=r反射+r量规得到。除了参考边4的上述两个成像之外，基于光程22在检测器9上形成另一环形成像，该光程22描述了光从在内表面19上被通过光导体15发射的光照明的位置23. 2到检测器9的路径。根据通过光程21和22获得的成像的对准的比较，在连接在后的分析设备中一方面推断出内表面19的对准而另一方面推断出在钻孔中轴A相对于焦平面F之间的倾角。基于该信息可能影响测量对象或钻孔18相对于量规3或根据本发明的光学设备的取向并且修正不希望的偏差。基于光程22形成的成像在检测器9上显现在参考边4的两个成像之间，并且关于其强度方面与内表面19的反射能力或粗糙度有关。在假设内表面19将光100%反射或内表面19的粗糙度等于“零”的情况下，该图像不是可见的，因为该光完全被整个内表面19反射。而根据粗糙度和光的波长，光的在内表面19上散射的部分升高，这导致被照明的区域的图像变得更明显可见。在图7中所记入的位置23. 1,23. 2和23. 3仅仅是在量规3和钻孔18的所示的横截面的绘图平面中的位置。由于参考边4圆形地环绕并且由此位置23. 1,23. 2和23. 3也圆形地在钻孔18内环绕，所以相应的成像也是圆形的。从根据本发明的光学设备的应用得到如下优点
1.也可以测定粗糙度在伸展方面小于照明光的波长的对象。2.通过比较由位置23. 1、23. 2和23. 3获得的成像的强度可以做出关于对象的粗糙度的陈述。3.根据对从钻孔18内的任意两个位置借助光程21和22获得的成像的集成和比较，首先推断内表面19的对准，并且其次推断出在钻孔中轴A相对于焦平面F之间的倾角，而且由此推断出测量对象相对于量规3或根据本发明的光学设备的傾斜。就这点而言，在图6和图7中示例性示出的根据本发明的光学设备的实施形式特 别有利地适于无接触地測量或者检查具有小的粗糙度的表面的孔的直径、位置、取向或对 准和形状准确性。附图标记列表
I体
2、2.1、2. 2、2. 3体表面
3、3.1、3. 2、3. 3量规
4參考边
5间隙
6距离保持装置
7摄像机
8成像光学系统
9检测器
10发光二极管
II聚焦的光学系统
12光出射ロ
13支承板
14凹处
15光导体
16孔
17长形孔
18钻孔
19内表面 20、21、22光程 23. 1、23. 2、23. 3位置
a间隙宽度
A钻孔中轴
F焦平面
X、Y、Z方向
R1、R2、R3运动方向
权利要求
1.一种用于无接触地确定体表面(2)的特性的光学设备，所述体表面(2)的特性如曲率、走向、轮廓、对准或者粗糙度，该光学设备包括-用于在体表面(2 )与参考边(4 )之间构造间隙(5 )的装置，其中-参考边(4)限定了体表面(2)的切线的方向，以及-在所述切线的法线的方向上来观察，在体表面(2)与参考边(4)之间的距离限定了间隙宽度(a);-用于将间隙(5)成像到空间分辨的检测器(9)上的设备；-与检测器(9)相连的分析设备，所述分析设备被构造为-用于按照检测器(9)的输出信号确定在所述切线的方向上并排的间隙宽度(a)，以及-用于按照沿着所述切线并排的间隙宽度(a)确定体表面(2)的特性，所述体表面(2) 的特性如曲率、走向、轮廓、对准或者粗糙度。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其被构造为-用于按照被确定为物理量的间隙宽度(a)测量特性，或者-用于通过将所确定的间隙宽度(a)与期望间隙宽度比较来检查特性，分别-根据光隙方法或者三角测量方法。
3.根据权利要求1或2所述的光学设备，其中，参考边(4)的伸展小于体表面(2)在参考边(4)的方向上的伸展，所述光学设备被配备有用于使参考边(4)在所述切线的方向上纵向移位的设备。
4.根据上述权利要求之一所述的光学设备，其配备有用于使参考边(4)平行移位并且由此用于使间隙(5 )垂直于所述切线平行移位的设备。
5.根据权利要求3或4所述的光学设备，其配备有在使参考边(4)移位时的强制导轨， 优选地以机械直线导轨或者曲线导轨为形式的强制导轨，其中参考边(4)保持在距体表面 (2)为预先给定的对应于间隙宽度(a)的距离。
6.根据权利要求3至5之一所述的光学设备，其具有调节设备，所述调节设备被构造用于基于连续的或者周期的距离测量来维持在参考边(4)与体表面(2)之间的距离。
7.根据上述权利要求之一所述的光学设备，其中，检测器(9)具有至少一个由多个单传感器构成的行并且设置使用子像素算法来确定在单传感器上的强度分布的对准和伸展。
8.根据上述权利要求之一所述的光学设备，其具有光源，所述光源的辐射优选地穿过聚焦的光学系统被指向体表面(2)的与参考边(4)对置的区域。
9.根据权利要求8所述的光学设备，其中，发光二极管(10)被设置为光源，所述发光二极管(10)优选地发射具有均勻强度的确定波长的光。
10.根据权利要求8所述的光学设备，其中，宽带的光源(10)与衍射透镜组合来被设置为光源，所述衍射透镜产生焦线的根据波长而不同的对准。
11.根据上述权利要求之一所述的光学设备，其中，-在量规(3)上构造参考边(4)，-将光源集成到量规(3)中，-在检测器(9)之前设置有具有所限定的横向放大率的成像光学系统(8)，-检测器(9)和成像光学系统(8)是摄像机(7)的部件，以及-摄像机(7)和量规(3)彼此以预先给定的距离被连接为组合部件。
12.根据权利要求11所述的光学设备，其配备有用于测量和调节在量规与体之间的距离的设备，在所述体上构造有体表面(2)。
13.根据权利要求11或12所述的光学设备，其中，在成像光学系统(8)之前设置有偏振滤光镜。
14.根据权利要求11或12所述的光学设备，其配备有用于进行距离测量的设备，利用所述用于进行距离测量的设备设置在坐标系X、Y、Z的半空间+ /-χ,+ /- y、+ ζ中的轴向方向上的测量。
15.根据上述权利要求之一所述的光学设备，其中，参考边能被交换并且在大小方面能被调整。
16.根据上述权利要求之一所述的光学设备，其中，设置根据基于光衍射而形成的摄像机图像的解释来确定体表面(2)的走向、轮廓、对准或者粗糙度。
全文摘要
本发明涉及一种用于无接触地测量或者检查体表面的特性、如曲率、走向、轮廓、粗糙度、对准的光学设备。该设备不仅适于通过测定或者与参考表面的比较来对技术表面进行质量控制，而且适于测定表面上的微结构。这样，可以测定小于照明光的波长的粗糙度。根据本发明，上面提到的类型的光学设备包括用于在体表面与参考边之间构造间隙的装置，用于将间隙成像到检测器上的设备，以及与检测器相连的分析设备，该分析设备被构造为用于按照检测器的输出信号确定并排的间隙宽度，以及用于按照并排的间隙宽度确定体表面的曲率、走向、轮廓或者粗糙度。根据从在钻孔内的两个任意位置获得的成像的比较尤其是可以推断出在测量对象和测量设备之间的倾斜。
文档编号G01B11/24GK102239384SQ200980148670
公开日2011年11月9日 申请日期2009年12月2日 优先权日2008年12月5日
发明者格拉塞纳普 C. 申请人:卡尔蔡司股份公司