(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも１つの測定対象を測定するためのプローブ素子および座標測定機を提供する。【解決手段】少なくとも１つの測定対象１１４を測定するプローブ素子１００であって、測定対象１１４の少なくとも１つの表面１１２の微細形状に応じて少なくとも１つの第１センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第１光センサ１１０と、測定対象１１４の粗形状および／または測定対象１１４までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第２センサ１２８とを含むプローブ素子１００を提案する。第１光センサ１１０は第１測定領域を有し、第２センサ１２８は第２測定領域を有する。第１光センサ１１０は、第１測定領域および第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ１２８内に少なくとも部分的に組み込まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの測定対象（１１４）を測定するプローブ素子（１００）であって、
−  前記測定対象（１１４）の少なくとも１つの表面（１１２）の微細形状に応じて少なくとも１つの第１センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第１光センサ（１１０）と、
−  前記測定対象（１１４）の粗形状および／または前記測定対象（１１４）までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第２センサ（１２８）とを含み、
前記第１光センサ（１１０）が第１測定領域（１６２）を有し、前記第２センサ（１２８）が第２測定領域（１６４）を有し、前記第１光センサ（１１０）が、前記第１測定領域（１６２）と前記第２測定領域（１６４）が少なくとも部分的に重なるように前記第２センサ（１２８）内に少なくとも部分的に組み込まれているプローブ素子（１００）。
【請求項２】
前記第１光センサ（１１０）が非接触および干渉測定を行うセンサを含み、前記第１光センサ（１１０）が少なくとも１つの干渉計（１１８）を有する、請求項１に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項３】
前記第１光センサ（１１０）が少なくとも１つの第１照射光ビームを生成すべく構成された少なくとも１つの第１照射装置を有し、前記第１光センサ（１１０）が少なくとも１つの第１光導波路（１２０）を有し、前記第１照射装置が前記第１照射光ビームを前記第１光導波路（１２０）に結合すべく構成される、請求項１または２に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項４】
前記第１光センサ（１１０）が少なくとも１つのセンサヘッド（１２２）を有し、前記第１光導波路（１２０）が前記照射光ビームを前記センサヘッド（１２２）内に結合すべく構成され、前記センサヘッド（１２２）が、前記測定対象（１１４）を照射して、前記測定対象（１１４）から反射および／または後方散乱された測定光ビームを検知すべく構成される、請求項３に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項５】
前記第１光センサ（１１０）が、前記第１照射光ビームを少なくとも部分的に反射すべく構成された少なくとも１つの基準面（１２４）を有し、前記センサヘッド（１２２）が、前記基準面（１２４）で反射された基準光ビームを検知し、それを前記第１光導波路（１２０）内に結合すべく構成され、前記第１光センサ（１１０）が、前記測定光ビームと前記基準光ビームとの間の位相差を判定すべく構成される、請求項４に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項６】
前記第２センサ（１２８）が、少なくとも１つの触覚プローブ素子（１３２）を有する少なくとも１つの触覚センサ（１３０）を有し、前記触覚プローブ素子（１３２）がセンサ面を有し、前記触覚プローブ素子（１３２）が、少なくとも１つのプローブ点で前記測定対象（１１４）を触覚的に探索すべく構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項７】
前記第１光センサ（１１０）が、前記触覚プローブ素子（１３２）内に少なくとも部分的組み込まれ、前記触覚プローブ素子（１３２）が少なくとも１つのプローブ軸（１３４）およびプローブヘッド（１３６）を有し、前記プローブヘッド（１３６）が少なくとも１つのプローブ球を有し、前記少なくとも１つの第１光導波路（１２０）が前記プローブ軸（１３４）内に少なくも部分的に配置され、および／または前記少なくとも１つのセンサヘッド（１２２）が前記プローブ球内に少なくとも部分的に配置される、請求項６に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項８】
前記プローブ球が、前記プローブ軸の延在方向に平行な少なくとも１つの貫通孔と、前記プローブ軸の前記延在方向に垂直な少なくとも１つの貫通孔と、前記プローブ軸の前記延在方向に平行な少なくとも１つの非貫通孔と、前記プローブ軸の前記延在方向に垂直な少なくとも１つの非貫通孔からなる群から選択された少なくとも１つの孔（１３８）を有する、請求項７に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項９】
前記孔（１３８）が非貫通孔であり、前記非貫通孔が液体で満たされ、前記液体が前記プローブ球の屈折率に対応する屈折率を有する、請求項８に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項１０】
前記第２センサ（１２８）が少なくとも１つのクロマティック共焦点センサ（１４４）を有し、前記第２センサ（１２８）が少なくとも１つの第２照射光ビームを生成すべく構成された少なくとも１つの第２照射装置を有し、前記第２センサ（１２８）が少なくとも１つの第２光導波路（１４６）を有し、前記第２照射装置が前記第２照射光ビームを前記第２光導波路（１４６）内に結合すべく構成され、前記第２センサ（１２８）が、前記第２測定領域（１６４）内で前記光学素子からの異なる距離における前記第２照射光ビームの波長に応じて前記第２照射光ビームを集光させるべく構成された少なくとも１つの光学素子（１４８）を有し、前記第１光導波路（１２０）および前記第２光導波路（１４６）が互いに平行に配置され、前記第１光導波路（１２０）のファイバー終端が、前記第２光導波路（１４６）のファイバー終端に平行に配置され、前記光学素子（１４８）が、少なくとも１つの焦点に前記第１照射光ビームを集光させるべく構成され、前記焦点が前記第２測定領域（１６４）内に配置される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項１１】
前記第２センサ（１２８）が少なくとも１つの分光計（１６０）を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプローブ素子（１００）。
【請求項１２】
少なくとも１つの測定対象（１１４）を測定する座標測定機（１１１）であって、前記座標測定機（１１１）が少なくとも１つのプローブ素子（１００）を有し、前記プローブ素子が、
−  前記測定対象（１１４）の少なくとも１つの表面（１１２）の微細形状に応じて少なくとも１つの第１センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第１光センサ（１１０）と、
−  前記測定対象（１１４）の粗形状および／または前記測定対象（１１４）までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第２センサ（１２８）と、
−  前記第１光センサ（１１０）および前記第２センサ（１２８）を制御し、前記測定対象（１１４）の前記少なくとも１つの表面（１１２）の前記微細形状に関する情報の少なくとも１つの項目を前記第１光センサ信号から生成し、前記測定対象（１１４）の前記粗形状および／または前記測定対象（１１４）までの距離に関する情報の少なくとも１つの項目を前記第２センサ信号から生成すべく構成された少なくとも１つの制御および評価装置（１２６）とを含み、
前記第１光センサ（１１０）が第１測定領域（１６２）を有し、前記第２センサ（１２８）が第２測定領域（１６４）を有し、前記第１光センサ（１１０）が、前記第１測定領域（１６２）および前記第２測定領域（１６４）が少なくとも部分的に重なるように、前記第２センサ（１２８）内に少なくとも部分的に組み込まれている座標測定機（１１１）。
【請求項１３】
前記微細形状に関する前記情報と、前記測定対象（１１４）の前記粗形状および／または前記測定対象（１１４）までの距離に関する前記情報とを同時に検知すべく構成される、請求項１２に記載の座標測定機（１１１）。
【請求項１４】
座標測定機に関する請求項１２または１３に記載の座標測定機（１１１）により少なくとも１つの測定対象（１１４）を測定する方法であって、以下のステップ：
−  少なくとも１つの第１光センサ（１１０）により、前記測定対象（１１４）の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１光センサ信号を生成するステップと、
−  少なくとも１つの第２センサ（１２８）により、前記測定対象（１１４）の粗形状および／または前記測定対象（１１４）までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成するステップであって、前記第１光センサ（１１０）が第１測定領域（１６２）を有し、前記第２センサ（１２８）が第２測定領域（１６４）を有し、前記第１光センサ（１１０）が、前記第１測定領域（１６２）および前記第２測定領域（１６４）が少なくとも部分的に重なるように、前記第２センサ（１２８）内に少なくとも部分的に組み込まれているステップと、
−少なくとも１つの制御および評価装置（１２６）により、前記測定対象（１１４）の少なくとも１つの表面（１１２）の微細形状に関する情報の少なくとも１つの項目を前記第１光センサ信号から、および前記測定対象（１１４）の前記粗形状および／または前記測定対象（１１４）までの距離に関する情報の少なくとも１つの項目を第２センサ信号から生成するステップとを含む方法。
【請求項１５】
座標測定機（１１１）の移動を調整する方法であって、座標測定機に関する請求項１２または１３に記載の座標測定機（１１１）が用いられ、以下のステップ：
−  少なくとも１つの第１光センサ（１１０）により、測定対象（１１４）の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１光センサ信号を生成するステップと、
−  少なくとも１つの第２センサ（１２８）により、前記測定対象（１１４）の粗形状および／または前記測定対象（１１４）までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成するステップであって、前記第１光センサ（１１０）が第１測定領域（１６２）を有し、前記第２センサ（１２８）が第２測定領域（１６４）を有し、前記第１光センサ（１１０）が、前記第１測定領域（１６２）および前記第２測定領域（１６４）が少なくとも部分的に重なるように、前記第２センサ（１２８）内に少なくとも部分的に組み込まれているステップと、
−  前記第２センサ信号に基づいて、前記座標測定機（１１１）および／または前記座標測定機（１１１）のプローブ素子（１００）の前記測定対象（１１４）の表面（１１２）に沿った移動を調整するステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも１つの測定対象を測定するためのプローブ素子、座標測定機、および方法に関する。本発明は特に、座標測定技術の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象を測定するための各種の装置および方法が従来技術において知られている。例えば、測定対象の表面を例えば機械的に探査する触覚センサを有する座標測定機が用いられている。この種の触覚センサは典型的に、伝送素子に固定されたプローブ球形式のプローブ素子を有する。プローブ球により測定対象を探査する間、プローブ球に生じる力を３軸に沿って測定し、そこからプローブの方向ベクトル、いわゆるプローブベクトルを判定することにより測定対象を測定する。光センサ、特に光学測定ヘッドを有する座標測定機を有する装置が更に知られている。この種の装置は、測定対象を非接触的に測定すべく構成される。この種の座標測定機はセンサ位置を判定する場合に極めて正確であるが、用いるセンサの位置決めに際して測定したい表面のいわゆる「フィードバック」信号を必要とする。
【０００３】
測定対象の表面の粗さを測定するための装置および方法が、例えば（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）により更に知られている。スキッド検知方法が例えば（特許文献４）により更に知られている。公知の粗さセンサは典型的に約１００μｍの狭い動作範囲、および光センサの場合、同程度の動作距離を有する。更に、この種のセンサは衝突に対して敏感である。特に、センサの先端は破損し易い。測定対象の表面の粗さの測定を実行すべく構成された座標測定機において、測定対象の形状または距離の判定に加え、測定対象の形状または距離、および測定対象の表面の粗さも各々のプローブの交換により連続的に判定される。これにより特に測定時間が長くなる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許第１０２４４５５２Ｂ３号明細書
【特許文献２】独国特許第１０２４４５５３Ｂ３号明細書
【特許文献３】独国特許出願公表第６９８２８５６８Ｔ２号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第２０２００７０１７６６４Ａ１号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２００５０６１４６４Ａ１号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７８５，６５１Ａ号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、少なくとも公知の装置および方法の短所を大幅に回避する、少なくとも１つの測定対象を測定するためのプローブ素子および座標測定機を提供することである。特に、測定時間を短縮し、且つ衝突が生じた場合にセンサの損傷を防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的は、本特許の独立請求項の特徴を有する、少なくとも１つの測定対象を測定するためのプローブ素子、座標測定機、および方法により実現される。個別または組み合わせにより実現可能な有利な発展形態を従属請求項に示す。
【０００７】
以下において、用語「発現する」、「有する」、「含む」または「備える」、あるいはこれらからの任意の文法的派生形も非排他的に用いられる。従って、これらの用語は、これらの用語から導かれる特徴の他に、更なる特徴が存在しない状況、または１つ以上の更なる特徴が存在する状況のいずれをも指す場合がある。例えば、表現「ＡはＢを発現する」、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを含む」、または「ＡはＢを備える」とは、ＡにはＢ以外の更なる要素が存在しない（すなわちＡがＢだけを含む）状況、およびＢに加えて１つ以上の更なる要素、例えば要素Ｃ、要素ＣおよびＤ、または更なる要素がＡに配置されている状況も両方を指す場合がある。
【０００８】
更に、用語「少なくとも１つの」および「１つ以上の」、並びにこれらの用語または類似用語の文法的変形は、これらが１つ以上の要素または特徴に関連して用いられ、且つ要素または特徴を１つまたは複数配置できる事実を表すことを意図される場合、一般に一回だけ、例えば特徴または要素が初めて導かれた際に用いられることが指摘されている。特徴または要素が後で再び言及された場合、対応する用語「少なくとも１つの」または「１つ以上の」は一般に繰り返し用いられないが、特徴または要素を１つまたは複数設ける可能性は排除されない。
【０００９】
更に、以下において、用語「好適には」、「特に」、「例えば」、または類似の用語を、代替的な実施形態を限定することなく任意選択的な特徴と合わせて用いている。この点に関して、これらの用語で始まる特徴は任意選択的な特徴であり、これらの特徴により請求項、特に独立請求項の保護範囲を限定するものではない。この点に関して、本発明はまた、当業者には理解されるように、他の構成を用いて実施することができる。同様に、「本発明の一実施形態において」または「本発明の一例示的実施形態において」で始まる特徴は、代替的な構成または独立請求項の保護範囲を限定するものではない、任意選択的な特徴であるものと理解されたい。更に、これらの前置き表現で始まる特徴と、任意選択的または非任意選択的な特徴かどうかによらず、他の特徴との組み合わせのあらゆる可能性が、前記前置き表現の影響を受けないものとする。
【００１０】
本発明の第１態様において、少なくとも１つの測定対象を測定するプローブ素子を提案するものであり、このプローブ素子は、
−  測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第１光センサと、
−  測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第２センサとを含み、
第１光センサは第１測定領域を有し、第２センサは第２測定領域を有し、第１光センサは、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれている。
【００１１】
指示語「第１」または「第２」は指示語として理解すべきであり、更なる要素があるか否かの情報を特段与えるものではない。
【００１２】
本発明の記述において、「プローブ素子」とは、測定対象を少なくとも１回の接触で、および／または非接触的に、例えば光学的に探索すべく構成された基本的に任意の形状を有する装置を意味するものと理解されてよい。この場合、本発明の記述において、「測定対象」は一般に、任意の形状を有する測定対象を意味するものと理解されてよい。例えば、測定対象は、試験試料、測定したい加工部品、および測定したい構成要素からなる群から選択することができる。測定対象、特に測定対象の表面の曲率が大きい、すなわち鋭い縁を通る小さい半径を有してもよい。測定対象は、導体トラック構造を有するチップ、特にマイクロチップを含んでもよい。しかし、他の測定対象も考えられる。
【００１３】
原理的に、「第１光センサ」とは、測定対象の表面の微細形状に応じて少なくとも１つのセンサ信号を生成すべく構成された光センサを意味するものと理解されてよい。本発明の記述において「第１光センサ信号」とは、測定対象との相互作用に起因して第１光センサにより生成れる、および／または測定対象との相互作用に反応して生成される任意の信号を意味するものと理解されてよい。第１光センサ信号は例えば電子信号であってよい。電子信号は、以下で詳細に記述する座標測定機の少なくとも１つの制御および評価装置により評価することができ、従って測定対象の表面の微細形状に関する情報を生成することができる。「微細形状」とは、測定対象の表面の組成および／または特性、特に不均一性、例えば表面高の高周波不均一性を特徴付ける定量的および／または定性的な測定変数を意味するものと理解されてよい。特に、微細形状は、測定対象の少なくとも１つの表面の凹凸および／または粗さであってよい。「粗形状」とは、特に測定対象の形状を意味するものと理解されてよい。
【００１４】
第１光センサは、非接触および干渉測定を行うセンサ、特に粗さセンサを含んでもよい。「非接触測定を行う」とは、第１光センサが測定対象の表面を触覚的に探査することなく微細形状を判定すべく構成されることを意味するものと理解されてよい。特に、第１光センサは、測定対象の表面からある距離を空けて配置されてもよい。第１光センサは、例えば（特許文献５）に記述された少なくとも１つの干渉計、例えばマイケルソン干渉計および／または少なくとも１つの白色干渉計および／または少なくとも１つのＯＣＴを有してもよい。干渉計は、第１光センサの評価装置として構成されてもよい。また、横方向の（スポットサイズ）および軸分解能（結果的に測定領域が狭まる）に関して表面の微細形状を検知できるように設計可能なクロマティック共焦点センサを用いることも考えられる。
【００１５】
第１光センサは、少なくとも１つの第１照射光ビームを生成すべく構成された少なくとも１つの第１照射装置を有してもよい。「照射装置」とは、照射光ビームを生成すべく構成された装置を意味するものと理解されてよい。本発明の記述において、「光」とは、可視スペクトル範囲、紫外スペクトル範囲、および赤外のスペクトル範囲から選択された少なくとも１つのスペクトル範囲における電磁放射を意味するものと理解されてよい。可視スペクトル範囲という用語は、原理的に３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲を含む。赤外スペクトル（ＩＲ）範囲は、原理的に、７８０ｎｍ〜１０００μｍの範囲を含み、７８０ｎｍ〜１．４μｍの範囲は近赤外（ＮＩＲ）と呼ばれ、１５μｍ〜１０００μｍの範囲は遠赤外（ＦＩＲ）と呼ばれる。紫外という用語は原理的に、１００ｎｍ〜３８０ｎｍのスペクトル範囲を含む。本発明の記述において、可視光、すなわち可視スペクトル範囲またはＮＩＲからの光が好適には用いられる。用語「光ビーム」とは、原理的に、特定の方向へ放出および／または放射された光の量を意味するものと理解されてよい。光ビームは光線のビームであってよい。照射装置は、少なくとも１つの光源を有してもよい。例えば、照射装置は、複数の同一または異なる方式で構成された光源を有してもよい。例えば、照射装置は、少なくとも１つのレーザー光源および／または少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を有してもよい。
【００１６】
第１光センサは、少なくとも１つの第１光導波路を有してもよい。「光導波路」とは、光ビームを伝送すべく構成された構成要素を意味するものと理解されてよい。例えば、光導波路は、少なくとも１つの光ファイバー、特に少なくとも１つの単一モードファイバーおよび／または少なくとも１つの多モードファイバーを含んでもよい。第１照射装置は、第１照射光ビームを第１光導波路内に結合すべく構成されてもよい。
【００１７】
第１光センサは少なくとも１つのセンサヘッドを有してもよい。センサヘッドとは、測定対象と相互作用すべく構成されたセンサの構成要素を意味するものと理解されてよい。第１光導波路は、照射光ビームをセンサヘッド内に結合すべく構成されてもよい。センサヘッドは、測定対象を照射して、測定対象から反射および／または後方散乱された測定光ビームを検知すべく構成されてもよい。「反射および／または後方散乱された測定光ビームを検知する」とは、受光および／または検知および／または捕捉することを意味するものと理解されてよい。第１光センサ、特に干渉的に動作するセンサの場合、一つには照射光ビームを基準面上に向けるべく、また一つには測定対象を照射するように伝送すべく構成された少なくとも１つの基準面および付随するビームスプリッタを有してもよい。センサヘッドは、基準面で反射された基準光ビームを検知し、第１光導波路内に結合すべく構成されてもよい。第１光センサは、基準光ビームと測定光ビームを重ね合わせるべく構成されてもよい。測定光ビームおよび基準光ビームは、基準面から測定対象の表面までの光路の経路長に応じた位相差を有してもよい。第１光センサは、測定光ビームと基準光ビームとの間の位相差を判定すべく構成されてもよい。以下により詳述する座標測定機の制御および評価装置は、微細形状の特に粗さに関する情報を位相差から判定すべく構成されてもよい。
【００１８】
「第２センサ」とは、測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成されたセンサを意味するものと理解されてよい。第２センサは、第２センサ信号、例えば電子信号を生成すべく構成される。本発明の記述において、第２センサ信号とは、測定対象との相互作用に起因して第２センサにより生成された、および／または測定対象との相互作用に反応して生成された任意の信号を意味するものと理解されてよい。第２センサ信号は、制御および評価装置により評価することができる。
【００１９】
第１光センサは第１測定領域を有し、第２センサは第２測定領域を有する。「第１測定領域」は第１動作範囲とも呼ばれ、微細形状に関する情報の検知および／または判定が実際に可能な、および／または所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内で可能な領域、特に深さ範囲を意味するものと理解されてよい。第１測定領域は、第１測定領域始端および第１測定領域終端により区切られてもよい。第１測定領域始端は例えば、第１光センサと測定対象の表面との間の第１の距離、すなわち第１光センサが所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内でデータを生成し始める距離であってよい。第１測定領域始端は例えば、第１光センサと測定対象の表面との間で可能な最短距離、すなわち所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内で測定が可能な距離であってよい。第１測定領域終端は、第１光センサと測定対象の表面との間の第２の距離、すなわち第１光センサが所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内でデータを生成し続けるが、更に距離が増大すれば所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内での測定がもはや不可能な距離であってよい。「第２測定領域」は第２動作範囲とも呼ばれ、粗形状および／または距離に関する情報の検知および／または判定が所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内で可能な領域、特に第２光センサと測定対象との距離を意味するものと理解されてよい。第２測定領域は点状であってよく、例えば、後述するように触覚センサとして構成される場合、測定領域は触覚センサと測定対象との接触点であってよい。第２測定領域は、第２測定始端および第２測定領域終端により区切られてもよい。第２測定領域始端は例えば、第２センサと測定対象の表面との間の第１の距離、すなわち第２センサが所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内でデータを生成し始める距離であってよい。第２測定領域始端は例えば、第２センサと測定対象の表面との間の可能な最短距離、すなわち所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内で測定が可能な距離であってよい。第２測定領域終端は、第２光センサと測定対象の表面との間の第２の距離、すなわち第２センサが所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内でデータを生成し続けるが、更に距離が増大すれば、所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内でのデータの生成がもはや不可能な距離であってよい。例えば、後述するようにクロマティック共焦点センサとして構成される場合、第２測定領域始端は第１波長の第１焦点であってよく、測定領域終端は第２波長の第２焦点であってよい。
【００２０】
第１光センサは、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれている。「少なくとも部分的に重なる」とは、第１および第２測定領域が完全に、または部分的にのみ重なる実施形態を意味するものと理解されてよい。例えば、上述のように、触覚センサとして構成される場合、第２測定領域は触覚センサと測定対象との間の接触点であってよい。接触点は第１光センサの第１測定領域に存在してもよい。例えば、上述のように、第２測定領域はクロマティック共焦点センサの測定領域であってよく、第１測定領域はクロマティック共焦点センサの測定領域に存在してもよい。重なりは測定方向に生じてよく、測定領域、すなわち表面上の測定位置は、測定方向に垂直にずれていてよい。
【００２１】
一実施形態において、第２センサは、少なくとも１つの触覚プローブ素子を有する少なくとも１つの触覚センサを有してもよい。本発明の記述において、「触覚プローブ素子」とは、測定対象の表面と例えば機械的に相互作用して、プローブ点に関する情報を生成すべく構成された装置を意味するものと理解されてよい。特に、触覚プローブ素子は、少なくとも１つのプローブ点で測定対象を探査することができる。「触覚的に探査する」および「触覚的に検知する」とは、触覚プローブ素子の測定対象との相互作用を意味し、用語「触覚的に」の慣習的な用法に加え、非接触的にも実行できるものと理解されたい。例えば、触覚プローブ素子は、測定対象の表面を触覚プローブ素子の表面と接触させることにより測定対象の表面に接触することができ、および／または触覚プローブ素子は測定対象の表面と非接触的に、例えば容量的に相互作用することができる。相互作用を行う間、触覚プローブ素子の表面と測定対象の表面とが互いに接触してもよい。更に、触覚プローブ素子の表面と測定対象の表面とが互いに電気的に接触してもよい。代替的に、相互作用は非接触的、例えば誘導または容量的であってよい。触覚プローブ素子は、プローブとして構成されてもよい。例えば、触覚プローブ素子は、機械および／または誘導および／または容量測定を実行する触覚プローブ素子であってよい。触覚プローブ素子は表面を有してもよい。触覚プローブ素子は、測定対象を触覚プローブ素子の表面上の少なくとも１つのプローブ点で触覚的に探索すべく構成されてもよい。本発明の記述において「プローブ点」とは、測定対象と触覚プローブ素子の表面との最短距離にある測定対象の表面上の点、位置、または領域を意味するものと理解されてよい。特に、プローブ点は、触覚プローブ素子の表面と測定対象の表面との接触点であってよい。触覚プローブ素子の座標系は例えば直交座標系または球面座標系であってよい。他の座標系も考えられる。座標系の原点またはゼロ点は、中心、例えば触覚プローブ素子としてのプローブ球の場合はボールの中間点にあってよい。例えば、プローブ点は、触覚プローブ素子の座標系内の点であってよい。
【００２２】
触覚プローブ素子は、少なくとも１つのプローブ軸およびプローブヘッドを有してもよい。プローブヘッドは、少なくとも１つのプローブ球を有してもよい。プローブ球は、少なくとも部分的に透明な材料を含んでもよい。例えば、プローブ球はルビー球を含んでもよい。しかし、他の形式も考えられる。プローブ軸は、プローブヘッドを座標測定機に固定すべく構成されてもよい。第２センサは、第２センサを更なる装置、例えば座標測定機に接続するためのアダプタを有してもよい。「プローブ軸」とは、プローブヘッドが配置されている基本的に任意に構成された固定要素を意味するものと理解されてよい。プローブ軸は円筒軸であってよい。プローブ軸は、管として構成されてもよく、特に、軸は中空であってよい。プローブ軸の長さは５０ｍｍ未満であってよい。軸長は２０〜２４０ｍｍの範囲にあってよい。この範囲はまた、特定の測定作業において未達であっても、および／または超過されてもよい。プローブ軸は、垂直に測定対象が配置された支持台にほぼ垂直に延在してもよく、要素の許容範囲内で垂直配置から逸脱してもよい。プローブヘッドは回転可能であって、特に、プローブ軸および／またはプローブヘッドは回転軸の回りに回転可能に載置されてもよい。
【００２３】
第１光センサは、触覚プローブ素子内に少なくとも部分的に組み込まれていてもよい。「少なくとも部分的に組み込まれている」とは、第１光センサの少なくとも１つの構成要素が、特に第２センサ内で、触覚プローブ素子に配置されていることを意味するものと理解されてよい。例えば、プローブ球は、第１光センサが少なくとも部分的に配置されている少なくとも１つの孔を有してもよい。例えば、第１光導波路は、プローブ球の孔の内部へ導入することができる。例えば、少なくとも１つの第１光導波路はプローブ軸に少なくとも部分的に配置されてもよく、および／またはセンサヘッドはプローブ球に少なくとも部分的に配置されてもよい。孔は、プローブ軸の延在方向に平行な少なくとも１つの貫通孔、プローブ軸の延在方向に垂直な少なくとも１つの貫通孔、プローブ軸の延在方向に平行な少なくとも１つの非貫通孔、プローブ軸の延在方向に垂直な少なくとも１つの非貫通孔からなる群から選択された少なくとも１つの孔を含んでもよい。孔は、プローブ軸の延在方向に平行に、またはプローブ軸の延在方向に垂直に配列されてもよい。孔は、プローブヘッドの中間点を通る軸から外れて配置されてもよい。軸から外れてとは、孔の延在方向に孔を通る軸が、プローブヘッドの中間点を通る軸に平行に位置がずれていることを意味するものと理解されてよい。特に、プローブ球の孔の位置はプローブ点とは異なっていてよい。この点に関して、プローブ点における穿孔の結果としての測定偏差を防止することが可能である。第１光センサの測定位置および第２センサの測定位置を、センサ信号の評価中の偏差を減らし、且つアクセス可能性を制約しないように、互いに極力近接して配置することができる。
【００２４】
貫通孔として構成される場合、第１光センサは測定対象を直接照射すべく構成されてもよい。非貫通孔として構成される場合、第１光センサはプローブ球の残りの材料を通して測定対象を測定すべく構成されてもよい。特に、プローブ球の表面は、第１光センサの基準面として構成されてもよい。例えば、非貫通孔として構成される場合、孔を液体、例えば浸漬媒質で満たすことができる。液体は、プローブ球の屈折率に対応する屈折率を有してもよい。「プローブ球の屈折率［に］対応する」とは、液体が、プローブ球と同一の屈折率を有し、屈折率の偏差が０．３以下、好適には０．１以下であることが可能であることを意味するものと理解されてよい。プローブ球内への組み込みにより、第１光センサを機械的な衝突から保護することができる。更に、第２センサは、第１光センサによる微細形状の検知と同時に、第１光センサを正しい動作距離に保つために測定対象での位置決めを行うべく座標測定機の制御および評価装置が必要とする少なくとも１つの調整信号を出力する。動作距離とは、測定の実行が意図される、第１光センサと測定対象との間の所定および／または設定可能な距離を意味するものと理解されてよい。動作距離は第１測定領域にあってよい。
【００２５】
一実施形態において、第２センサは少なくとも１つのクロマティック共焦点センサを有してもよい。例えば、クロマティック共焦点センサの測定原理は、（特許文献６）に記述されている。共焦色彩のセンサとは、原理的に、少なくとも１つの共焦色彩の光路を有する光センサを意味するものと理解されてよい。本発明の記述において、用語「光路」とは、光学素子を通る光ビームの経路を意味するものと理解されてよい。本発明の記述において、「共焦点クロマティック光路」とは、照射光路および検知光路が照射光ビームの少なくとも１波長だけ共焦点である光路を意味するものと理解されてよい。特に、照射光ビームの少なくとも１波長にわたり、第１焦点が測定対象の表面上の意図された場所に位置に存在し、同時に第２焦点が、測定対象から反射された光ビームの伝搬方向においてセンサ素子の上流に配置された停止素子の中心における点に存在しているという条件が満たされる。特に、共焦点クロマティックセンサは、非接触距離センサであってよく、または非接触距離センサに用いられてもよい。共焦点クロマティックセンサは、広い、特に非点状である測定対象の表面を測定すべく構成されてもよい。特に、共焦点クロマティックセンサは、クロマティック領域またはラインセンサおよび／またはクロマティック走査点センサであってよい。
【００２６】
第２センサは、少なくとも１つの第２照射光ビームを生成すべく構成された少なくとも１つの第２照射装置を有してもよい。第２照射装置は、第１照射装置と同一または異なる構成であってよい。第２照射装置は第１照射装置内に組み込まれていてもよい。第２照射装置は第１照射装置と同一であってよい。第２センサは少なくとも１つの第２光導波路を有してもよい。第２光導波路は、少なくとも１つの単一モードファイバーおよび／または少なくとも１つの多モードファイバーを含んでもよい。第２照射装置は、第２照射光ビームを第２光導波路内に結合すべく構成されてもよい。第２センサは、光学素子に関して第２測定領域内で異なる距離における第２照射光ビームの波長に応じて第２照射光ビームを集光させるべく構成された少なくとも１つの光学素子を有してもよい。第１光導波路と第２光導波路は互いに平行に配置されてもよい。例えば、第１と第２光導波路は互いに平行に、および／または横並びに配置されてもよい。第１光導波路のファイバー終端は、第２光導波路のファイバー終端に平行に配置されてもよい。光学素子は、少なくとも１つの焦点に第１照射光ビームを集光させるべく構成されてもよく、焦点は第２測定領域内に配置されている。第１光センサは、第１光導波路のファイバー終端がセンサ光学装置の上流で第２光導波路のファイバー終端に平行に配置され、センサ光学装置により測定対象の表面上へ同様に結像するように、クロマティック共焦点センサ内に組み込まれていてもよい。プローブ要素および／または座標測定機は、例えばファイバー終端を互いに軸方向にずらすことにより、第１光センサの焦点位置をクロマティック共焦点センサの動作範囲に関して調整および／または適合させるべく構成されてもよい。プローブ要素、特にセンサ光学装置は、第１照射光ビームを測定光路と基準光路とに分割すべく構成された少なくとも１つのビームスプリッタを有してもよい。ビームスプリッタは、第１光センサおよび／または第２センサの動作波長に対応して選択的に協調させることができる。例えば、ビームスプリッタは、第１光センサの動作波長、例えば１．５μｍの５０％の反射率を有し、第２センサの動作波長、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の約１００％の伝送率を有してもよい。制御および評価装置は少なくとも１つの分光計を有してもよい。第２センサは、測定対象から反射された第２光ビームを第２光導波路上へ結像すべく構成されてもよい。第２光導波路は、第２反射光ビームを分光計へ導くべく構成されてもよい。分光計は、波長に関して第２反射光ビームを評価して、測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報を生成すべく構成されてもよい。
【００２７】
本発明の更なる態様において、少なくとも１つの測定対象を測定する座標測定機を提案する。座標測定機とは、測定対象の少なくとも１つの座標を測定すべく構成された装置を意味するものと理解されてよい。座標測定機は、ガントリー型測定機またはブリッジ型測定機であってよい。座標測定機は、測定対象を配置可能な支持台、特に測定台を有してもよい。座標測定機は、少なくとも１つの第１垂直柱、少なくとも１つの第２垂直柱、および第１垂直柱と第２垂直柱を接続する横梁を有する少なくとも１つのガントリーを有してもよい。第１および第２垂直柱から選択された少なくとも１つの垂直柱は、ガイドにより本体、例えば測定台に、水平方向に移動可能に載置可能である。水平方向はｙ軸に沿った方向であってよい。座標測定機は、座標系、例えば直交座標系または球状座標系を有してもよい。他の座標系も考えられる。例えば座標測定機のセンサにより座標系の原点またはゼロ点を定義することができる。例えば、ガイドは、ｙ軸に沿って水平に延在可能であって、ガントリーおよび／またはガントリーの少なくとも１つの列をｙ軸に沿って直線的に移動させるべく構成されてもよい。ｘ軸は、本体の支持表面の平面内でｙ軸に垂直に延在してもよい。ｚ軸は、垂直方向に、支持表面の平面に垂直に延在してもよい。垂直柱はｚ軸に沿って延在してもよい。横梁はｘ軸に沿って延在してもよい。
【００２８】
座標測定機は、横梁に沿って移動可能に載置された少なくとも１つの測定スライドを有してもよい。測定スライドとは一般に、少なくとも１つのセンサを直接または更なる要素を介して収容すべく構成されたスライドを意味するものと理解されよう。測定スライドには、例えばｚ軸に沿って垂直方向に移動可能なスリーブを載置されてもよい。測定対象の表面の検知に使用可能なセンサは、下端、特にスリーブの支持面の方向を向く終端に配置されてもよい。
【００２９】
座標測定機は少なくとも１つのプローブ素子を含み、プローブ素子は、
−  測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第１光センサと、
−  測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第２センサと、
−  第１光センサおよび第２センサを制御し、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に関する情報の少なくとも１つの項目を第１光センサ信号から生成して、測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報の少なくとも１つの項目を第２センサ信号から生成すべく構成された少なくとも１つの制御および評価装置とを含む。
【００３０】
第１光センサは第１測定領域を有し、第２センサは第２測定領域を有する。第１光センサは、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれている。
【００３１】
座標測定機は特に、微細形状に関する情報と、測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報とを同時に検知すべく構成されてもよい。「同時に検知する」とは、微細形状に関する情報と、測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報との検知が、プローブの位置決めを１回行う間に実行可能であること、特にプローブ交換または下流測定、例えば粗さ測定の後で下流形状検査を実行する必要がないことを意味するものと理解されてよい。第１光センサ信号および第２センサ信号は、同時点で、または異なる時点、例えば連続的に捕捉することができる。
【００３２】
制御および評価装置は、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に関する情報の少なくとも１つの項目を第１光センサ信号から生成すべく構成されてもよい。「第１光センサ信号から情報を生成する」とは、第１光センサ信号からの情報を判定する、および／または第１光センサ信号を評価することを意味するものと理解されてよい。制御および評価装置とは、座標測定機の第１光センサおよび／または第２センサおよび／または更なる構成要素を駆動して、第１光センサおよび／または第２センサにより生成された信号を評価すべく構成された装置を意味するものと理解されてよい。「測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に関する情報」とは、原理的に、微細形状に関する任意の情報、例えば少なくとも１つの測定点における表面高および／または平均粗さおよび／または二乗平均平方根粗さおよび／または平均化された粗さおよび／または横方向に高い分解能で表された表面形状、すなわち第２センサにより得られる、または形状検知の過程で得られるものよりも高い分解能で表された表面形状を意味するものと理解されてよい。更に、制御および評価装置は、制御、特に機械の調整およびその運動軸が、第２形状検知センサの測定信号上で生じるように設計されてもよい。例えば、この目的のために、第１光センサと制御および評価装置との間に１つ以上の電子接続が設けられてもよい。制御および評価装置は例えば、少なくとも１つのデータ処理装置、例えば少なくとも１つのコンピュータまたはマイクロコントローラを含んでもよい。データ処理装置は、１つ以上の揮発性および／または不揮発性データメモリを有してもよく、データ処理装置は例えば、プログラミング技術に関して、センサを駆動すべく構成されてもよい。制御および評価装置は更に、少なくとも１つのインターフェース、例えば電子インターフェースおよび／またはマンマシンインターフェース、例えばディスプレイおよび／またはキーボードおよび／または操作コンソール等の入出力装置を含んでもよい。
【００３３】
制御および評価装置は、測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報をプローブ点に関する情報の少なくとも１つの項目から生成すべく構成されてもよい。測定対象の粗形状に関する情報とは、原理的に、測定対象の粗形状、特に形状、例えば縁および／または外側輪郭および／または領域の形状に関する任意の情報を意味するものと理解されてよい。測定対象までの距離に関する情報とは、原理的に、測定対象までの距離、例えば高さ座標に関する任意の情報を意味するものと理解されてよい。プローブ点に関する情報とは、例えば、触覚プローブ素子の表面および／または測定対象の表面上の接触点の座標および／または測定対象の位置および／または第２センサの座標系内での測定対象の座標を意味するものと理解されてよい。
【００３４】
座標測定機の更なる実施形態および定義に関して、プローブ素子の上述の説明を参照することができる。
【００３５】
更なる態様において、少なくとも１つの測定対象を測定する方法を本発明の記述において提案する。方本法では本発明による座標測定機を用いる。本方法は以下のステップ、すなわち、
−  少なくとも１つの第１光センサにより、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１光センサ信号を生成するステップと、
−  少なくとも１つの第２センサにより、測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成するステップにおいて、第１光センサが第１測定領域を有し、第２センサが第２測定領域を有し、第１光センサが、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれているステップと、
−  少なくとも１つの制御および評価装置により、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に関する情報の少なくとも１つの項目を第１光センサ信号から、および測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報の少なくとも１つの項目を第２センサ信号から生成するステップとを含む。
【００３６】
実施形態および定義に関して、プローブ素子および座標測定機の上述の説明を参照することができる。本方法のステップは記述された順序で実行可能であり、ステップの１つ以上を少なくとも部分的にまたは同時に実行可能であり、１つ以上のステップを複数回繰り返してもよい。更に、更なるステップを、本出願で言及されているか否かに依らず、追加的に実行することも可能である。
【００３７】
更なる態様において、座標測定機の移動を調整する方法を本発明の記述において提案する。本方法では本発明の座標測定機を用いる。本方法は以下のステップ、すなわち、
−  少なくとも１つの第１光センサにより、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１光センサ信号を生成するステップと、
−  少なくとも１つの第２センサにより、測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成するステップにおいて、第１光センサが第１測定領域を有し、第２センサが第２測定領域を有し、第１光センサが、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれているステップと、
−  第２センサ信号に基づいて、座標測定機および／または座標測定機のプローブ素子の測定対象の表面に沿った移動を調整するステップとを含む。
【００３８】
実施形態および定義に関して、プローブ素子および座標測定機の上述の説明を参照することができる。本方法のステップは記述された順序で実行可能であり、ステップの１つ以上を少なくとも部分的にまたは同時に実行可能であり、１つ以上のステップを複数回繰り返してもよい。更に、更なるステップを、本出願で言及されているか否かに依らず、追加的に実行することも可能である。
【００３９】
本発明による装置および本発明による方法は、公知の方法および装置に比べて有利である。粗さ測定と形状または距離測定との間でのプローブ交換を省略することができる。従って測定時間を短縮することができる。更に、第２センサにより第１光センサの位置決めを迅速に行うことができる。衝突保護もまた、第１光センサの第２センサへの組み込みにより可能になる。更に、座標測定機の調整が第２センサのデータに対して実行される場合、当該データは第１により広大な測定領域を含み、且つ一般に座標測定機の調整用データの提供に適しているため、調整が簡単になる。
【００４０】
要約するに、本発明の記述において、以下の実施形態が特に好適である。
【００４１】
実施形態１：少なくとも１つの測定対象を測定するプローブ素子であって、
−  測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第１光センサと、
−  測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第２センサとを含み、
第１光センサが第１測定領域を有し、第２センサが第２測定領域を有し、第１光センサは、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれている。
【００４２】
実施形態２：第１光センサが非接触および干渉測定を行うセンサを含み、第１光センサが少なくとも１つの干渉計を有する、先の実施形態によるプローブ素子。
【００４３】
実施形態３：第１光センサが少なくとも１つの第１照射光ビームを生成すべく構成された少なくとも１つの第１照射装置を有し、第１光センサが少なくとも１つの第１光導波路を有し、第１照射装置が第１照射光ビームを第１光導波路内に結合すべく構成される、先の実施形態のいずれかによるプローブ素子。
【００４４】
実施形態４：第１光センサが少なくとも１つのセンサヘッドを有し、第１光導波路が照射光ビームをセンサヘッド内に結合すべく構成され、センサヘッドが、測定対象を照射して、測定対象から反射および／または後方散乱された測定光ビームを検知すべく構成される、先の実施形態によるプローブ素子。
【００４５】
実施形態５：第１光センサが、第１照射光ビームを部分的に反射すべく構成された少なくとも１つの基準面を有し、センサヘッドが、基準面で反射された基準光ビームを検知し、第１光導波路内に結合すべく構成され、第１光センサが、測定光ビームと基準光ビームとの間の位相差を判定すべく構成される、先の実施形態のいずれかによるプローブ素子。
【００４６】
実施形態６：第２センサが、少なくとも１つの触覚プローブ素子を有する少なくとも１つの触覚センサを有し、触覚プローブ素子がセンサ面を有し、触覚プローブ素子が、測定対象の表面上の少なくとも１つのプローブ点で測定対象を触覚的に探索すべく構成される、先の実施形態のいずれかによるプローブ素子。
【００４７】
実施形態７：第１光センサが触覚プローブ素子内に少なくとも部分的に組み込まれ、触覚プローブ素子が少なくとも１つのプローブ軸およびプローブヘッドを有し、プローブヘッドが少なくとも１つのプローブ球を有し、少なくとも１つの第１光導波路がプローブ軸内に少なくとも部分的に配置されて、および／またはセンサヘッドがプローブ球内に少なくとも部分的に配置されている、先の実施形態によるプローブ素子。
【００４８】
実施形態８：プローブ球が、プローブ軸の延在方向に平行な少なくとも１つの貫通孔と、プローブ軸の延在方向に垂直な少なくとも１つの貫通孔と、プローブ軸の延在方向に平行な少なくとも１つの非貫通孔と、プローブ軸の延在方向に垂直な少なくとも１つの非貫通孔からなる群から選択された少なくとも１つの孔を有する、先の実施形態によるプローブ素子。
【００４９】
実施形態９：孔が非貫通であり、孔非貫通孔が液体で満たされ、液体がプローブ球の屈折率に対応する屈折率を有する、先の実施形態によるプローブ素子。
【００５０】
実施形態１０：第２センサが少なくとも１つのクロマティック共焦点センサを含む、先の実施形態のいずれかによるプローブ素子。
【００５１】
実施形態１１：第２センサが少なくとも１つの第２照射光ビームを生成すべく構成された少なくとも１つの第２照射装置を有し、第２センサが少なくとも１つの第２光導波路を有し、第２照射装置が第２照射光ビームを第２光導波路内に結合すべく構成され、第２センサが、第２測定領域内で光学素子からの異なる距離における第２照射光ビームの波長に応じて第２照射光ビームを集光させるべく構成された少なくとも１つの光学素子を有し、第１光導波路と第２光導波路が互いに平行に配置され、第１光導波路のファイバー終端が、第２光導波路のファイバー終端に平行に配置され、光学素子が、少なくとも１つの焦点に第１照射光ビームを集光させるべく構成され、焦点が第２測定領域内に配置されている、先の実施形態によるプローブ素子。
【００５２】
実施形態１２：第２センサが少なくとも１つの分光計を有する、先の実施形態のいずれかによるプローブ素子。
【００５３】
実施形態１３：少なくとも１つの測定対象を測定する座標測定機であって、座標測定機が少なくとも１つのプローブ素子を有し、プローブ素子が、
−  測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第１光センサと、
−  測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第２センサと、
−  第１光センサおよび第２センサを制御し、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に関する情報の少なくとも１つの項目を第１光センサ信号から生成して、測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報の少なくとも１つの項目を第２センサ信号から生成すべく構成された少なくとも１つの制御および評価装置とを含み、
第１光センサが第１測定領域を有し、第２センサが第２測定領域を有し、第１光センサは、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれている。
【００５４】
実施形態１４：座標測定機が、微細形状に関する情報と、測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報とを同時に検知すべく構成される、先の実施形態による座標測定機。
【００５５】
実施形態１５：座標測定機に関する先の実施形態のいずれかによる座標測定機により少なくとも１つの測定対象を測定する方法であって、本方法が以下のステップ、すなわち、
−  少なくとも１つの第１光センサにより、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１光センサ信号を生成するステップと、
−  少なくとも１つの第２センサにより、測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成するステップにおいて、第１光センサが第１測定領域を有し、第２センサが第２測定領域を有し、第１光センサが、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれているステップと、
−  少なくとも１つの制御および評価装置により、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に関する情報の少なくとも１つの項目を第１光センサ信号から、および測定対象の粗形状に関する情報および／または測定対象までの距離に関する情報の少なくとも１つの項目を第２センサ信号から生成するステップとを含む。
【００５６】
実施形態１６：座標測定機に関する先の実施形態のいずれかによる座標測定機を用いて、座標測定機の移動を調整する方法であって、本方法が以下のステップ、すなわち、
−  少なくとも１つの第１光センサにより、測定対象の少なくとも１つの表面の微細形状に応じて少なくとも１つの第１光センサ信号を生成するステップと、
−  少なくとも１つの第２センサにより、測定対象の粗形状および／または測定対象までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成するステップにおいて、第１光センサが第１測定領域を有し、第２センサが第２測定領域を有し、第１光センサが、第１測定領域と第２測定領域が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ内に少なくとも部分的に組み込まれているステップと、
−  第２センサ信号に基づいて、座標測定機および／または座標測定機のプローブ素子の測定対象の表面に沿った移動を調整するステップとを含む。
【００５７】
本発明の更なる詳細および特徴は、好適な例示的実施形態の以下の説明から、特に従属請求項と合わせて明らかになろう。この場合、各々の特徴は、個別に、または複数のものとして互いに組み合わせて実現することができる。本発明は、例示的実施形態に限定されない。例示的実施形態を図面に模式的に示す。この場合、個々の図面における同一参照番号は、同一または機能的に同一の要素群、あるは機能に関して互いに対応する要素群を示す。詳細は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１Ａ−１Ｄは、本発明による第１光センサおよび第２センサの例示的実施形態の模式図を示す。
【図２】第１光センサおよび第２センサ並びに制御および評価装置の更なる例示的実施形態の模式図を示す。
【図３】第１測定領域の模式図を示す。
【図４】本発明による座標測定機の一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
例示的実施形態
図１Ａ〜１Ｄに、例えば図４に示す座標測定機１１１のプローブ素子１００の本発明による第１光センサ１１０の例示的実施形態の模式図を示す。第１光センサ１１０は、測定対象１１４の少なくとも１つの表面１１２の微細形状に応じて少なくとも１つの第１センサ信号を生成すべく構成される。例えば、測定対象１１４は、試験試料、測定したい加工部品、および測定したい構成要素からなる群から選択することができる。測定対象１１４、特に測定対象１１４の表面１１２は、大きい曲率、すなわち鋭い縁までの小半径を有してもよい。測定対象１１４は、導体トラック構造を有するチップ、特にマイクロチップを含んでもよい。しかし、他の測定対象１１４も考えられる。
【００６０】
第１光センサ１１０は、測定対象１１４との相互作用により、および／または測定対象１１４との相互作用に反応して第１光センサ信号を生成することができる。第１光センサ信号は、例えば電子信号であってよい。第１光センサ１１０は、非接触および干渉測定を行うセンサ１１６を含んでもよい。第１光センサ１１０は、少なくとも１つの干渉計１１８、例えば少なくとも１つのマイケルソン干渉計および／または少なくとも１つの白色光干渉計および／またはＯＣＴを有してもよい。第１光センサ１１０は、干渉計１１８および／または更なる装置、例えば分光計等を有する評価装置により評価することができる。クロマティック共焦点センサの使用も考えられる。
【００６１】
第１光センサ１１０は、少なくとも１つの第１照射光ビームを生成すべく構成された少なくとも１つの第１照射装置（図示せず）を有してもよい。第１光センサ１１０は少なくとも１つの第１光導波路１２０を有してもよい。例えば、光導波路１２０は、少なくとも１つの光ファイバー、特に少なくとも１つの単一モードファイバーおよび／または少なくとも１つの多モードファイバーを含んでもよい。光ファイバーはまた、接続用の、または例えば自動化された、座標測定機（ＣＭＭ）でのセンサ交換用の結合位置を含んでもよい。第１照射装置は、第１照射光ビームを第１光導波路１２０内に結合すべく構成されてもよい。
【００６２】
第１光センサ１１０は少なくとも１つのセンサヘッド１２２を有してもよい。第１光導波路１２０は、照射光ビームをセンサヘッド１２２内に結合すべく構成されてもよい。センサヘッド１２２は、測定対象１１４を照射して、測定対象１１４から反射または散乱された測定光ビームを検知すべく構成されてもよい。第１光センサ１１０は、ひとつには照射光ビームを例えば基準面上へ反射すべく、一つには測定対象１１４を照射するように前記照射光ビームを伝送すべく構成された少なくとも１つの基準面１２４およびビームスプリッタを有してもよい。センサヘッドはまた、ビームスプリッタと基準面が１つの表面で一致するように構成されてもよい。センサヘッド１２２は、基準面１２４で反射された基準光ビームを検知し、第１光導波路１２０内に結合すべく構成されてもよい。第１光センサ１１０は、基準光ビームと測定光ビームを重ね合わせるべく構成されてもよい。測定光ビームおよび基準光ビームは、基準面１２４から測定対象１１４の表面１１２までの光路の経路長に応じた位相差を有してもよい。第１光センサ１１０は、測定光ビームと基準光ビームとの間の位相差を判定すべく構成されてもよい。
【００６３】
座標測定機１１１は、第１光センサを制御して、測定対象１１４の少なくとも１つの表面１１２の微細形状に関する情報の少なくとも１つの項目を第１光センサ信号から生成すべく構成された、例えば図２に示す制御および評価装置１２６を含む。制御および評価装置１２６は、微細形状に関する情報を位相差から判定すべく構成されてもよい。例えば、第１光センサ１１０と制御および評価装置１２６との間に１つ以上の電子接続が設けられてもよい。制御および評価装置１２６は、例えば少なくとも１つのデータ処理装置、例えば少なくとも１つのコンピュータまたはマイクロコントローラを含んでもよい。データ処理装置は、１つ以上の揮発性および／または不揮発性データメモリを有してもよく、データ処理装置は例えば、プログラミング技術に関して、センサを駆動すべく構成されてもよい。制御および評価装置１２６は更に、少なくとも１つのインターフェース、例えば電子インターフェースおよび／または人間の機械インターフェース、例えばディスプレイおよび／またはキーボードおよび／または操作のコンソール等の入出力装置を含んでもよい。
【００６４】
プローブ要素１００は、測定対象１１４の粗形状および／または測定対象１１４までの距離に応じて少なくとも１つの第２センサ信号を生成すべく構成された少なくとも１つの第２センサ１２８を含む。制御および評価装置１２６は、第２センサ１２８を制御して、測定対象１１４の粗形状および／または測定対象１１４までの距離に関する情報の少なくとも１つの項目を第２センサ信号からの生成すべく構成される。
【００６５】
図１Ａ〜１Ｄに示す実施形態において、第２センサ１２８は、少なくとも１つの触覚プローブ素子１３２を有する少なくとも１つの触覚センサ１３０を含んでもよい。特に、触覚プローブ素子１３２は、少なくとも１つのプローブ点で測定対象１１４を探査することができる。例えば、触覚プローブ素子１３２は、例えば触覚プローブ素子１３２の表面と接触している測定対象１１４の表面１１２により、測定対象１１４の表面１１２に接触することができ、および／または触覚プローブ素子１３２は測定対象１１４の表面１１２と非接触的に、例えば容量的に相互作用することができる。相互作用を行う間、触覚プローブ素子１３２の表面と測定対象１１４の表面１１２は互いを接触することができる。特に、触覚プローブ素子１３２の表面と測定対象１１４の表面１１２は互いに電気的に接触することができる。代替的に、相互作用は非接触的、例えば誘導または容量的であってよい。制御および評価装置１２６は、測定対象１１４の粗形状および／または測定対象１１４までの距離に関する情報をプローブ点に関する情報の少なくとも１つの項目から生成すべく構成されてもよい。
【００６６】
触覚プローブ素子１３２は、少なくとも１つのプローブ軸１３４およびプローブヘッド１３６を有してもよい。プローブヘッド１３６は、少なくとも１つのプローブ球を有してもよい。プローブ球は、少なくとも部分的に透明な材料を含んでもよい。例えば、プローブ球はルビー球を含んでもよい。しかし、他の形式も考えられる。プローブ軸１３４は、プローブヘッド１３６を座標測定機１１１に固定すべく構成されてもよい。第２センサ１２８は、第２センサ１２８を更なる装置、例えば座標測定機１１１に接続するためのアダプタを有してもよい。プローブ軸１３４は、管として構成されてもよく、特に、軸は中空であってよい。プローブ軸１３４の長さは５０ｍｍ未満であってよい。軸長は２０〜２４０ｍｍの範囲であってよい。この範囲はまた、特定の測定作業において未達であっても、および／または超過されてもよい。プローブ軸１３４は、測定対象１１４が配置された支持台にほぼ垂直に延在してもよく、要素の許容範囲内で垂直配置から逸脱してもよい。プローブヘッド１３６は、回転可能であって、特に、プローブ軸１３４および／またはプローブヘッド１３６は回転軸の回りに回転可能に載置されてもよい。
【００６７】
第１光センサ１１０は、触覚プローブ素子１３２内に少なくとも部分的に組み込まれていてもよい。例えば、プローブ球は、第１光センサ１１０が少なくとも部分的に配置されている少なくとも１つの孔１３８を有してもよい。例えば、第１光導波路１２０は、プローブ球の孔１３８の内部へ導入することができる。例えば、少なくとも１つの第１光導波路１２０はプローブ軸１３４に少なくとも部分的に配置されてもよく、および／または少なくとも１つのセンサヘッド１２２はプローブ球内に少なくとも部分的に配置されてもよい。図１Ａ、１Ｂにおいて、孔１３８は、センサヘッド１２２が配置されているプローブ軸１３４の延在方向に垂直な貫通孔として構成される。センサヘッド１２２は、測定対象１１４を直接照射して、反射光ビームを検知すべく構成されてもよい。図１Ａに示す例示的実施形態において、貫通孔は、球の中間点を通る軸１４０に関して軸方向に配置されてもよい。好適には、貫通孔は、図１Ｂに示すように軸から外れて配置されてもよい。図１Ｃ、１Ｄにおいて、孔は、プローブ軸１３４の延在方向に平行な非貫通孔として構成される。第１光センサ１１０は、プローブ球の残りの材料を通して測定対象１１４を測定すべく構成されてもよい。特に、プローブ球の表面は、第１光センサ１１０の基準面１２４として構成されてもよい。図１Ｃに示す例示的実施形態において、非貫通孔は、球の中間点を通る軸１４０に関して軸方向に配置されてもよい。非貫通孔は、図１Ｄで示す液体１４２、例えば浸漬媒質で満たすことができる。液体１４２は、プローブ球の屈折率に対応する屈折率を有してもよい。プローブ球内への組み込みにより、第１光センサ１１０が機械的な衝突から保護することができる。更に、第２センサ１２８は、第１光センサ１１０による微細形状の検知と同時に、第１光センサ１１０を正しい動作距離に保つために測定対象１１４での位置決めを行うべく座標測定機１１１の制御および評価装置１２６が必要とする少なくとも１つの調整信号を出力する。
【００６８】
図２に、第２センサ１２８が少なくとも１つのクロマティック共焦点センサ１４４を含み得る一実施形態の模式図を示す。第２センサ１２８は、少なくとも１つの第２照射光ビームを生成すべく構成された少なくとも１つの第２照射装置（図示せず）を有してもよい。第２照射装置は、第１照射装置と同一または異なる構成を有してもよい。第２照射装置は第１照射装置内に組み込まれていてもよい。第２照射装置は第１照射装置と同一であってよい。第２センサ１２８は少なくとも１つの第２光導波路１４６を有してもよい。第２光導波路１４６は、少なくとも１つの単一モードファイバーおよび／または少なくとも１つの多モードファイバーを含んでもよい。第２照射装置は、第２照射光ビームを第２光導波路１４６に結合すべく構成されてもよい。第２センサ１２８は、第２測定領域内で光学素子１４８からの異なる距離における第２照射光ビームの波長に応じて第２照射光ビームを集光させるべく構成された少なくとも１つの光学素子１４８を有してもよい。第１光導波路１２０と第２光導波路１４６は互いに平行に配置されてもよい。例えば、第１光導波路１２０と第２光導波路１４６は互いに平行に、および／または横並びに配置されてもよい。第１光導波路１２０のファイバー終端は、第２光導波路１４６のファイバー終端に平行に配置されてもよい。光学素子１４８は、少なくとも１つの焦点１５０で第１照射光ビームを集光させるべく構成されてもよく、焦点１５０は第２測定領域内に、すなわち、特に測定方向に関して、要素１４８までの距離内に配置されている。第１測定領域と第２測定領域は横方向にずれていてもよい。光学素子１４８は、第２照射光ビームを焦点１５２に集光させるべく構成されてもよい。第１光センサ１１０は、第１光導波路１２０のファイバー終端がセンサ光学装置１５４の上流で第２光導波路１４６のファイバー終端に平行に配置され、センサ光学装置１５４により測定対象１１４の表面１１２上へ同様に結像するように、クロマティック共焦点センサ１４４内に組み込まれていてもよい。座標測定機１１１および／またはプローブ素子１００は、例えば既に機械の組立て工程中に、ファイバー終端を互いに軸方向にずらすことにより、第１光センサ１１０の焦点位置をクロマティック共焦点センサ１４４の動作範囲に関して調整および／または適合させるべく構成されてもよい。参照番号１５５は、ファイバー終端間で設定可能または設定された距離を示す。センサ光学装置１５４は、第１照射光ビームを測定光路および基準光路１５８に分割すべく構成された少なくとも１つのビームスプリッタ１５６を有してもよい。基準光路１５８は、少なくとも１つの更なる光学素子１５９、例えば少なくとも１つのレンズおよび／または少なくとも１つのレンズ系および／または少なくとも１つの停止素子を有してもよい。ビームスプリッタ１５６は、第１光センサ１１０および／または第２センサ１２８の動作波長と選択的に協調させることができる。例えば、ビームスプリッタ１５６は、第１光センサ１１０の動作波長、例えば１．５μｍの５０％の反射率を有し、第２センサ１２８の動作波長、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の約１００％の伝送率を有してもよい。制御お���び評価装置１２６は、例えば第２センサ１２８を評価するために少なくとも１つの分光計１６０を有してもよい。第２センサ１２８は、測定対象１１４から反射された第２光ビームを第２光導波路１４６上へ結像すべく構成されてもよい。第２光導波路１４６は、第２反射光ビームを分光計１６０へ導くべく構成されてもよい。分光計１６０は、波長に関して第２反射光ビームを評価して、測定対象１１４の粗形状に関する情報および／または測定対象１１４までの距離に関する情報を生成すべく構成されてもよい。第１センサ１１０の光は、第１光導波路により評価装置１１８まで導くことができる。評価装置１１８は、重ね合わせられた基準および測定ビームの位相差を評価することができ、あるいはクロマティック共焦点センサの場合、同様に分光計として構成されて、逆向きに導かれる光の波長を評価することができる。
【００６９】
第１光センサ１１０は第１測定領域１６２を有し、第２センサ１２８は第２測定領域１６４を有する。第１測定領域１６２は、第１測定領域始端１６６および第１測定領域終端１６８により区切られてもよい。第１測定領域始端１６６は例えば、第１光センサ１１０と測定対象１１４の表面１１２との間の第１の距離、すなわち第１光センサ１１０が所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内でデータを生成し始める距離であってよい。第１測定領域始端１６６は例えば、第１光センサ１１０と測定対象１１４の表面１１２との間で可能な最短距離、すなわち所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内で測定が可能な距離であってよい。第１測定領域終端１６８は、第１光センサ１１０と測定対象１１４の表面１１２との間の第２の距離、すなわち第１光センサ１１０が所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内でデータを生成し続けるが、更に距離が増大すれば所定および／または事前設定可能な測定許容範囲内での測定がもはや不可能な距離であってよい。第２測定領域１６４は点状であってよく、例えば、第２センサ１２８が触覚センサ１３０として構成される場合、測定領域１６４は触覚センサ１３０と測定対象１１４の接触点１７０であってよい。
【００７０】
第１光センサ１１０は、第１測定領域１６２と第２測定領域１６４が少なくとも部分的に重なるように、第２センサ１２８内に少なくとも部分的に組み込まれている。例えば、触覚センサ１３０として構成される場合、第２測定領域１６４は触覚センサ１３０と測定対象１１４との間の接触点１７０であってよい。接触点１７０は第１光センサ１１０の第１測定領域１６２に存在してもよい。
【００７１】
図４に、少なくとも１つの測定対象１１４を測定する座標測定機１１１の１つの例示的実施形態を模式的に示す。座標測定機１１１は、ガントリー型測定機またはブリッジ型測定機であってよい。座標測定機１１１は、測定対象１１４を配置可能な支持台１７２、特に測定台を含んでもよい。座標測定機１１１は、少なくとも１つの第１垂直柱、少なくとも１つの第２垂直柱、および第１垂直柱と第２垂直柱を接続する横梁を有する参照符号１７４で示す少なくとも１つのガントリーまたはブリッジを含んでもよい。第１および第２垂直柱から選択された少なくとも１つの垂直柱は、ガイドにより本体、例えば測定台に、水平方向に移動可能に載置可能である。水平方向は、ｙ軸１７６に沿った方向であってよい。座標測定機１１１は、座標系、例えば直交座標系または球状座標系を有してもよい。他の座標系も考えられる。例えば座標測定機１１１のセンサにより座標系の原点またはゼロ点を定義することができる。例えば、ガイドは、ｙ軸に沿って水平に延在可能であって、ガントリー１７４および／またはガントリーの少なくとも１つの列をｙ軸に沿って直線的に移動させるべく構成されてもよい。ｘ軸１７８は、本体の支持表面の平面内でｙ軸１７６に垂直に延在してもよい。ｚ軸１８０は、垂直方向に、支持表面の平面に垂直に延在してもよい。垂直柱はｚ軸に沿って延在してもよい。横梁はｘ軸に沿って延在してもよい。
【００７２】
座標測定機１１１は、横梁に沿って移動可能に載置された少なくとも１つの測定スライドを有してもよい。測定スライドには、例えばｚ軸１８０に沿って垂直方向に移動可能なスリーブが載置されてもよい。センサ１１０は、下端、特にスリーブの支持面を向く終端に配置されてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１００  プローブ素子
１１０  第１光センサ
１１１  座標測定機
１１２  表面
１１４  測定対象
１１６  センサ
１１８  干渉計
１２０  第１光導波路
１２２  センサヘッド
１２４  基準面
１２６  制御および評価装置
１２８  第２センサ
１３０  触覚センサ
１３２  触覚プローブ素子
１３４  プローブ軸
１３６  プローブヘッド
１３８  孔
１４０  軸
１４２  液体
１４４  クロマティック共焦点センサ
１４６  第２光導波路
１４８  光学素子
１５０  第１光センサの焦点
１５２  第２センサの焦点
１５４  センサ光学装置
１５５  距離
１５６  ビームスプリッタ
１５８  基準光路
１５９  更なる光学素子
１６０  分光計
１６２  第１測定領域
１６４  第２測定領域
１６６  第１測定領域始端
１６８  第１測定領域終端
１７０  接触点
１７２  支持台
１７４  ガントリー／ブリッジ
１７６  ｙ軸
１７８  ｘ軸
１８０  ｚ軸
【図１】
2019074516.tif 000003
【図２】
2019074516.tif 000004
【図３】
2019074516.tif 000005
【図４】
2019074516.tif 000006
【外国語明細書】
2019074516000001.pdf