(57)【要約】本発明は、座標測定装置（１０）を使用した対象物（１２）の構造の光学的触感式測定用のアセンブリに関する。装置は、少なくともその端部が弾性的な先端延長部を有する接触先端部（１８）を備えていて、延長部は、対象物を精査する先端部材で終息している。高度な精密さと所望の有効範囲を有して対象物（１２）の構造を測定するために、オプティカルセンサおよび接触先端部が１つの装置内に集合されているか、単一の実体に形成されている。
2004509345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一側が弾性的なプローブ延長部（２８、１１２）と対象物を感知する走査部材（３０）とを有するスキャナ（１８、２６）と、走査部材を直接または間接的に検知するカメラのようなオプティカルセンサ（３４）と、これとスキャナとの間に設けられた第１のレンズ（３２）とを備えた座標測定装置（１０）を使用して、対象物（１２）の構造の光学的触感式測定を達成するための装置であり、スキャナはオプティカルセンサとともに調整可能であって、
オプティカルセンサ（３４）とスキャナ（２６）とは、１つの装置（３５）内に一体にされていることを特徴とする装置。
【請求項２】
装置（３５）は、位置決めジョイント（３６）によって調整可能であり、また、特に、好ましくはたぶん調整可能な作業距離を有するズームレンズのように構成された第１のレンズを備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
装置（３５）は、スキャナ（２６）またはその走査部材（３０）用の照明装置（３２）を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
走査部材（３０）またはそれ用のマーキングは、第２のオプティカルセンサまたは第２のレンズに割り当てられていて、走査部材またはマーキングは、第１のオプティカルセンサによって測定された平面（ｘ−ｙ平面）に直角に延びた軸線（ｚ−軸線；５２）方向に測定できることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
走査部材（３０）は、走査部材の側の被覆面によって反射された放射が走査部材（３０）の内部に明るい輝点のような光学的に検知可能なマーク（６４）を生成するように、センサから離れて面した表面（６０）に占有的に、反射性および／または蛍光性の被覆（５４）を装着されているか、および／または反射性または蛍光性の材料からなる層（５６）を備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
被覆（５４）は、球面形状を有する走査部材の場合にセンサから離間して面する表面（６０）の走査部材の赤道（６８）まで、またはほぼ赤道（６８）までのびていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
少なくとも対象物（１２）と接触する領域の被覆（５４、５６）は、特に、窒化シリコンのようなシリコン含有保護被覆で表面硬化された保護被覆、または、耐磨耗保護被覆で覆われていることを特徴とする請求項５または６記載の装置。
【請求項８】
マーキングは、スキャナ（２６）のプローブ延長部（２８）から延びていて、走査部材（３０）のマーク（７０）として第１のオプティカルセンサ（３４）に現われ、走査部材の位置はマークによって決定できることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
走査部材（３０）の方向におけるディスク部材のようなマーキング（２２）の投影は、スキャナ（３０）の測定平面におけるその延長部よりも小さいことを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
座標測定装置（１０）のｚ−方向の対象物（１２）を測定するために、ｚ−方向の走査部材（３０）の偏位は、マーク（７０）と走査部材（３０）またはそのイメージ（７２）との相対的な移動によって決定できることを特徴とする先行する請求項の少なくともいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
マーク（７０）は、照射された走査部材（３０）の暗い領域であることを特徴とする先行する請求項の少なくともいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
偏位がない走査部材（３０）の場合において、マーク（７０）は走査部材のほぼ中心（７８）に延びていることを特徴とする先行する請求項の少なくともいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
平面（ｘ−ｙ平面）において測定するスキャナ（３６）は、測定されるべき感覚点（８４）からｘの距離に、平面に垂直またはほぼ垂直に調整可能であることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
感覚点（８４）から離間する移動に際し、スキャナ（２６）は、その距離ｘ、特に、
【数１】
2004509345.tif 000004
に、平面に設けられた感覚方向（８８）に垂直またはほぼ垂直に調整可能であることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
対象物は、スルーホール（１０２、１０４、１２６）を備えた壁を有する中空の本体部（１１６、１１８）であって、走査部材（３０）と交差するプローブ延長部（１１２）の長手方向軸線（１１）に平行に向けられた光を発生する照明装置（１０８、１３２）は、中空の本体部の回転により変化されずに維持される照明装置を有する中空の本体部（１１６、１１８）内に設けられていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
少なくとも一側が弾性的なプローブ延長部（２８、１１２）と対象物を感知する走査部材（３０）とを有するスキャナ（１８、２６）と、走査部材を直接または間接的に検知するカメラのようなオプティカルセンサ（３４）と、これとスキャナとの間に設けられた第１のレンズ（３２）とを備えた座標測定装置（１０）を使用して、対象物（１２）の構造の光学的触感式測定を処理するための方法であって、
走査部材（３０）が、測定されるべき対象物（１００）をおおまかな方法で最初に感知し、次に、オプティカルセンサ（３４）によって捕捉された感覚部材のイメージが、対象物と接触することがない場合イメージの位置に対応する位置（起点；９８）にあるように後退することを特徴とする方法。
【請求項１７】
おおまかな感覚処理は、オプティカルセンサ（３４）における最初のイメージ位置に到達するために、スキャナの後退よりも高速のスキャナ（２６）で達成されることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項１８】
走査部材（３０）の位置を決定するために、マーク（７０）は走査部材（３０）によって測定されることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
マーク（７０）は、走査部材（３０）のイメージ（７２）内におよび／またはそのイメージ（７２）に関連して、スキャナ（２６）および／またはそのプローブ延長部から延びたマーキング（７２）を描写することによって生成されることを特徴とする少なくとも請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
測定されるべき対象物（１２、７６）と接触しない場合、マーク（７０）は、走査部材（３０）またはそのイメージ（７２）の中心を通って延びていることを特徴とする先行する請求項の少なくともいずれか１項記載の方法。
【請求項２１】
対象物（７６）をｚ−方向へ測定するために、走査部材（３０）は、ｚ−方向への偏位を体験し、走査部材のｚ−方向への偏位は、走査部材とマーク（７０）またはそのイメージ（７０、７２）との間の相対的移動から計算されることを特徴とする先行する請求項の少なくともいずれか１項記載の方法。
【請求項２２】
相対的移動は、走査部材（３０）のイメージの中心（７８）とマーク（７０）の中心との間の距離（ｄＡ）から決定されることを特徴とする先行する請求項の少なくともいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
対象物（８２）の感覚点（８４）に接近するかおよび／またはそれから離れるように移動する前に、スキャナ（３６）は、感覚点からｘの距離で測定平面（８８）と交差する感覚点に垂直にまたはほぼ垂直に調整されることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項２４】
スキャナ（２６）は、感覚点（８４）から
【数２】
2004509345.tif 000005
の距離ｘで、感覚方向（８８）に垂直にまたはほぼ垂直に調整されることを特徴とする少なくとも請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
スルーホール（１０２、１０４、１２６）を備えた中空の本体部（１０６、１１８）の壁を測定するために、照明装置（１０８）は、光が、スルーホールを測定する走査部材（３０）と交差するプローブ延長部（１０２）の長手方向の軸線（１１０）に平行に整列されるように中空の本体部内に配置されていることを特徴とする先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
スルーホール（１０２、１０４、１２６）の連続的測定のために、中空の本体部（１０６、１１８）は回転され、また、照明装置（１０８、１３２）の位置は中空の本体部と相対的に変更されないで維持されることを特徴とする請求項２５項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、少なくとも端部が可撓性のプローブ延長部と対象物を感知する走査部材とを有するスキャナと、走査部材を直接または間接的に検知するカメラのようなオプティカルセンサと、これとスキャナとの間に設けられた第１のレンズとを備えた座標測定装置（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を使用して、対象物の構造の光学的触感式測定（ｏｐｔｏ−ｔａｃｔｉｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を達成するための装置であり、スキャナはオプティカルセンサとともに調整可能である装置に関する。本発明はさらに、少なくとも端部が可撓性のプローブ延長部と対象物を感知する走査部材とを有するスキャナと、走査部材を直接または間接的に検知するカメラのようなオプティカルセンサと、これとスキャナとの間に設けられた第１のレンズとを備えた座標測定装置を使用して、対象物の構造の光学的触感式測定を処理するための方法に関する。
電磁気的に操作される、すなわち切り換えられるスキャナを有する座標測定装置を使用して対象物の構造を測定するプロセスは、この分野で知られていて、そのスキャナで構造の位置が直接決定される。すなわち、球体のようなセンサ部材の位置は、スキャナを介して伝達される。しかしながら、作用する摩擦力の結果このプロセス中に生ずるスキャナの変形は、しばしば測定結果のゆがみを導く。力の強い移動はまた、代表的に＞１０ｍＮである測定力の結果となる。そのようなスキャナの外形構造は、通常、それを＞０．３ｍｍの球形直径に制限する。丁度数１０ｔｈｓミリメータの範囲の小型構造の三次元測定と、高度に変形可能な試料の走査は、それ故問題であるか不可能である。スキャナと走査部材の変形による完全には知られていないエラーの影響によって、また、例えばスティック−スリップ（ｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐ）効果により知られていない感覚力（ｓｅｎｓｏｒｙ ｆｏｒｃｅ）によって、典型的には＞１μｍの測定不確実さが生ずる。
【０００２】
類似した機械的に走査する座標測定装置は、例えば特許文献１に記載されている。機械的走査プロセスの目視制御は、モニターの助けを借りて達成でき、センサヘッドはビデオカメラによって観察される。磁気的に交換可能な支持部から延びるセンサヘッドは、いわゆる圧電クォーツスキャナの形状であり、加工部材（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）面との接触に際し制動される。ビデオカメラはこのように、加工部材に関連する精査球形の位置、または、穴が入られた場合、走査プロセスを手動で監視するためにモニター上で監視されるために測定されるための穴の位置を可能にする。しかしながら、実際の測定プロセスは、電気機械的に行われる。
プローブを有する座標測定装置が特許文献２に開示されていて、その延長部はスプリングによってその位置に偏倚されている。ハウジング内に延びたプローブ延長部の部分は、２つの光放射部材とともに装備されている。この２つの光放射部材は、感覚部材（ｓｅｎｓｏｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ）によってプローブ延長部の位置を検知するために、また、次に、プローブ部材の位置を間接的に検知するために、互いにある距離で配置されている。
【０００３】
電気機械的に操作される切り換えスキャナの欠点を回避するために、光学的触感式方法用の座標測定装置が特許文献３で提案されている。これに示されているものにおいて、測定されるべき対象物と接触しようとする走査部材の位置は、走査部材それ自身の位置から、または、それ用の小物入れ（ｒｅｔｉｃｕｌｅ）から、構造を直接測定するために光学的に決定される。走査部材の偏位（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）は、電子的カメラを有する電子的イメージ処理システムの感覚領域（ｓｅｎｓｏｒｙ ｆｉｅｌｄ）にイメージをスライドすることによって検知できる。
走査部材の偏位はまた、電子的イメージ処理システムを介したイメージのコントラスト機能（ｃｏｎｔｒａｓｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を評価することによっても決定することが可能である。偏位を決定する他の可能な方法は、対象物距離と拡大部との間のビーム光学的接続となる小物入れのイメージの大きさのオーダー（ｏｒｄｅｒ）から決定することである。
【０００４】
対応するプローブは弾性的な延長部を有していて、プローブ延長部は、好ましくは球形に構成された走査部材に向かって下方へ細くなっている。細くなっている端部を越えたプローブ延長部は、例えば２００μｍの直径を有することができる。その端部領域において、スキャナ延長部は、２０μｍと３０μｍとの間の直径を有することができる。球形の走査部材の代表的な直径寸法は、３０μｍと５００μｍとの間である。
特許文献３に開示された走査部材は、セラミック、ルビー、またはガラスのような種々の材料からなることができる。さらに、対応する部材の光学的品質は、分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ）層または反射層を被覆することによって改良できる。
【０００５】
特許文献４からは光学的触感式座標測定装置を知ることができ、光学センサとプローブは一体的で調整可能な装置を形成し、プローブは交換可能な支持部から延びていて、また、光学的および機械的結合部によって交換可能な支持部用の調整装置に接続されている。調整装置は、回転する方法および並進（ｔｒａｎｓｌａｔｏｒｙ）する方法で交換可能な支持部に関連して、または交換可能な支持部とともに調整できる。
【０００６】
【特許文献１】
ドイツ（ＤＥ）特許４３　２７　２５０　Ａ１
【特許文献２】
米国（ＵＳ）特許４，９７２，５９７
【特許文献３】
国際公表（ＷＯ）９７／５７１２１
【特許文献４】
ドイツ（ＤＥ）特許１９８　４７　７１１　Ａ１。
【０００７】
本発明は、基本的に、上述したタイプの装置と方法の更なる改良の仕事（ｔａｓｋ）に基づいていて、対象物の構造は、所望の高度な正確さを有する範囲で測定でき、対象物が、走査部材とセンサとの間の調節的ビーム経路を遮断しないことを特に確実にする。測定は、好ましくない光学的条件下においてでも可能でなければならない。
【０００８】
本発明の他の実施例によれば、走査部材は、座標測定装置のｘ、ｙおよびｚ方向の測定を同時に達成することを可能にしなければならない。高レベルの測定精度が、測定の歪みになる光学的収差を排除して同様に達成されなければならない。特に、スルーホールのような微細な（ｍｉｎｕｔｅ）または比較的深い開口部の測定が、プローブに対する損傷の危険なしで可能でなければならない。
仕事の基本的解決のために、光学的センサおよびスキャナが１つの装置に集合されているか、またはそのような装置に形成された本発明の１つの態様が提案された。この装置は、位置決め結合部を介して調整できる。さらに、装置は、特に、調整可能な作業距離を有するズームレンズとして構成された第１のレンズを備えていなければならない。勿論、光学的触感式測定プロセスに使用する座標測定装置の従来のレンズも同様に使用することができる。
【０００９】
レンズを有するスキャナとオプティカルセンサが１つの装置内に集合されているという事実によって、また、位置決め結合部を介して空間に任意に調整することができるものとして、オプティカルセンサがスキャナの方向付けに基づく構造に調整されるので、この座標測定装置を、例えば、ｘ−ｙ平面に、またはそれに直交して延びた領域を測定するのに使用することが可能である。
装置の接続、スキャナの構成、レンズ、および位置決め結合部を有するオプティカルセンサは、例えば、標準的交換可能インターフェースによって行なうことができる。勿論、特許文献４に述べられていてその開示をここで参照するような、交換可能な支持部からプローブ用に延びることもまた可能である。全体として、装置用にモジュラー設定となるレンズとセンサとの間のインターフェースもまた可能性がある。
【００１０】
使用されるレンズは、上述したように、ズームレンズであり、国際公表（ＷＯ）９９／５３２６８に述べられたように、変更可能な作業距離を有して構成できる。
さらに、装置は、走査部材用に照射装置を含むことができ、走査部材は、直接、または光学的導波管としてのスキャナ延長部を介して照射される。
【００１１】
本発明の更なる展開について述べると、第２のオプティカルセンサまたは第２のレンズは、走査部材またはそれ用のマーキング（ｍａｒｋｉｎｇ）に割り当てられていて、走査部材またはマーキングは、第１のオプティカルセンサによって測定された平面（ｘ−ｙ平面のような）に関して垂直に延びた軸線（ｚ−軸線のような）に測定できる。これは、走査部材を利用した三次元測定を達成する機会を提案する。
【００１２】
好ましくない条件下において、または非常に精密な方法においてでも測定を実行するために、本発明に基づく示唆は、センサから離間して面した側にのみ反射および／または蛍光層を有して装備されるべきか、および／または、走査部材の側の層の表面によって反射されたビームが光学的に検知可能なマーク（ｍａｒｋ）を輝いた光点（ｂｒｉｇｈｔ ｌｉｇｈｔ ｓｐｏｔ）のように走査部材の内部に生成するように、反射または蛍光材料からなる層を有して装備されるべき走査部材を備えている。
【００１３】
これらの測定は、走査部材に発生されたマークが測定用に使用されるので、走査部材と対象物との間の接触点よりもむしろ、高度に反射的な対象物でさえも正確な測定を可能にする。層が、センサから離間して面した走査部材の側にのみ延びている場合、すなわち、走査部材が最大限その赤道（ｅｑｕａｔｏｒ）まで球形の構造を有している場合、走査部材と対象物との間の接触による磨耗の抑制が確実になる。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、層が走査部材と交差（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔ）して延びる度合いとは独立して、層は、表面硬化された、または耐磨耗性の保護被覆、特に窒化シリコーン層のようなシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）を含む保護被覆によって、対象物と接触するようになる少なくともその領域において覆われている。
マークが光の反射によって走査部材に発生できる場合、更なる顕著な展開は、プローブ延長部から延びる走査部材のマークとして第１のオプティカルセンサに現われるマーキングを備えていて、走査部材の位置はマークを使用して決定できる。
【００１５】
例えば、走査部材の方向への投影（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）が測定されるべき平面のその延長部よりも小さい円盤状の部材は、走査部材から延びることができる。座標測定装置のｚ−方向に対象物を測定するために、ｚ−方向の走査部材の偏位は、走査部材へのマークの偏位として決定できる。
このように、本発明によれば、ｚ−方向の走査部材の整列は、マークのイメージ（ｉｍａｇｅ）、すなわち、走査部材のイメージに対するマークの距離における変化から決定される。転換（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）はつぎに、偏位と距離における変化との間の測定曲線を使用して位置付ける。
特に、走査部材は球形の構造を有していて、円筒状の構造をマークしなければならず、偏位のない走査部材の場合、マークは走査部材の中心に明瞭に延びている。
【００１６】
一般的に、対象物の感知は、走査部材のイメージをオプティカルセンサまたはイメージ処理システムのセンサ領域上をスライドすることによって決定される。しかしながら、これによって、走査部材とオプティカルセンサとの間に合体されたレンズ収差により測定エラーが生ずる。対応する描写エラーを排除するために、本発明の１つの提案は、１つの平面（ｘ−ｙ平面）において測定されるべき走査部材が、測定されるべき対象物の感覚点（ｓｅｎｓｏｒｙ ｐｏｉｎｔ）に移動されることを示唆している。これは、最初、大まかなセンサプロセスが生じ、つぎに、イメージが、感覚領域の出発点に配置されるまで走査部材を後方へ移動するようにするものであり、この感覚領域において、イメージは、対象物と接触しない場合配置されている。この測定は、光学に関連する測定エラーの結果とならずに、感覚点の精密な測定を可能にする。
【００１７】
プローブまたはプローブ延長部あるいは走査部材を損傷するリスクを連続することなく、特に微細な直径の穴を所望の深さで測定するために、個別におよび独立した保護によって覆われた本発明の１つの提案は、平面に垂直にまたはほぼ垂直に、すなわちセンサ方向において、対象物の接触の直前にまたは直後に調整可能な１つの平面（ｘ−ｙ平面）において測定するプローブを備えている。
【００１８】
例えば、１μｍ、特に１μｍと２０μｍとの間の距離での感覚点へのセンサ方向へ向かう垂直運動または垂直に近い運動によって、走査部材と対象物との間の粘着力（ａｄｈｅｓｉｖｅ ｐｏｗｅｒ）は克服される。そうでなければ、プローブが突然の取り外し中に振動する結果、プローブ用の望ましくない長い調整経路を交差して走査部材を対象物に取着したままにする。微細なオリフィスを測定する場合、これはプローブまたはその延長部あるいは走査部材が、対向する境界壁を衝撃し多分破壊されるであろう。
【００１９】
中空本体部の壁のスルーホールが対象物として測定される場合、本発明は、中空本体部内に配置された照明装置を備えていて、これは、走査部材と交差（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔ）するプローブ延長部の長手方向軸線に平行に向けられた光を生成する。このようにして、スルーホールが、個々の測定値（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）間で調整の必要がない速い連続サイクルで測定できる簡単な構造の手段（ｍｅａｓｕｒｅｓ）が保証できる。
【００２０】
高いレベルの測定精度で感覚点を決定するために、対象物の構造の光学的触感式方法用の上述した方法は、走査部材が、走査部材の位置を決定するためのマークを測定するということに特徴がある。マークは、走査部材のイメージ内において、および／または、走査部材のイメージに関連したプローブから延びたマーキングを描写することによって発生される。特に、マークは、測定されるべき対象物との接触がない場合、走査部材の中心を通って連続していなければならない。
【００２１】
走査部材に割り当てられたマークを使用して、座標測定装置のｚ−方向に対象物を測定することが可能であり、走査部材は、ｚ−方向の偏位に遭遇し、ｚ−方向への走査部材の偏位は、走査部材とマークまたはそのイメージとの間の相対的移動から計算される。相対的移動は、ここで、走査部材のイメージの中心とマークの中心との間の距離から計算できる。
【００２２】
走査部材と対象物との間のありうる粘着力を克服するために、本発明による１つの示唆は、感覚部材が感覚点に接近するか、および／または、感覚点から離間して移動した後において、感覚点に対して距離ｘで、感覚点で中断する平面に関して垂直または略垂直に調整されるべきプローブを備えていて、この距離ｘは次のとおりでなければならない。
【数３】
2004509345.tif 000003
【００２３】
本発明の他の提案によれば、中空の本体部の壁のスルーホールを測定するために、中空の本体部に照明装置が配置されていて、光は、スルーホールを測定する走査部材と交差するプローブの延長部の長手方向軸線に平行に整列される。このプロセスにおいて、照射位置は、中空の本体部のスルーホールが次々に測定される場合、変更されずに留まる。
レンズ収差から生ずる描写に関連した測定エラーを除去するために、１つの自主的な解決は、最初に大まかな方法で、そして次にオプティカルセンサによって検知された走査部材のイメージが、対象物と接触していないイメージ位置に対応する位置（起点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎ））に配置されるように退避される測定されるべき対象物を走査する走査部材を備えている。
【００２４】
感覚プロセスは高速度で行なうことができるので、起点位置の点に到達する移動はゆっくりと行われる。
本発明の更なる詳細、利点、および態様は、単独の請求項、および／または、それらの組合せに示された態様のみではなく、図面に表わされた好ましい実施例の以下の記述にも見出すことができる。
【００２５】
図１は、対象物１２の測定に使用するために設計された入り口（ｐｏｒｔａｌ）設計の座標測定装置１０―例示的実施例においてマルチセンサーの座標測定装置―の基本的描写を示している。対象物を測定するために、座標測定装置１０は、入り口１４に沿って移動することができそこからスピンドルまたはセンサが延びている送り台（ｓｌｉｄｅ）１６を備えている。実施例において、座標測定装置１０は、光学的触感式方法において測定する少なくとも１つのセンサ１８と、ｚ−方向に測定するための測定レンズ２０を備えている。
座標測定装置１０は、データ処理システム２２と端末装置２４とを使用して従来の方法で操作できる。しかしながらこの点において、我々は、座標測定装置１０の基本的な設計にもまた関連する普通の技法を参照する。
【００２６】
光学的触感式方法において対象物１２の構造を測定するために、数字２６が付され図１３と１４によれば好ましくはＬ字状に曲げられその端部に走査部材３０を有するプローブ延長部２８からなるファイバースキャナが使用される。走査部材３０は、ここで本発明を限定するものではないが、好ましくは球形である。プローブ延長部２８は、少なくともその端部が弾性的で、光ガイドファイバーで構成できる。プローブ延長部２８の断面は、ほぼ２００μｍの範囲で走って（ｒｕｎ）いて、プローブ延長部２８は、走査部材３０の領域において２０μｍと３０μｍとの間の断面を有している。測定仕事に依存して、走査部材３０は、それが球形の形状の場合、概略的に３０から５０μｍの直径を有している。この点において、プローブ延長部が案内装置内に延びていてその端部部分のみが自由に移動可能なような、ＷＯ９８／５７１２１および特にＷＯ９９／５３２６９の開示を明白に参照する。これは、特別に規定された感覚力の機会を提供する。
【００２７】
対象物１２の感覚プロセスを検知するために、走査部材３０は、電子的カメラ、および／または、レンズ３７を介したＣＣＤマトリクスのようなそのセンサ領域に描写されている。この点において、出願人からの普通の技法もまた参照する。走査部材３０を検知することに替えて、それに割り当てられ、参照点としてプローブ延長部２８から延びている小物入れ（ｒｅｔｉｃｕｌｅ）を選択することもまた可能である。しかしながら、簡単にするために、走査部材３０は、本発明の目的を限定するために役立つのではなく、ここでは測定の目的のみに使用されなければならない。対応する説明はまた、走査部材３０に割り当てられた小物入れに適用する。
走査部材３０が対象物と接触すると、このプロセスは、センサ３４のセンサ領域のイメージをすべる（ｓｌｉｄｅ）ことによって検知され、このようにして測定される。
【００２８】
技術の状態に従うと、センサおよびスキャナ２６は一体的なものとして調整されるけれども、センサは基本的にはｘ−ｙ平面に平行に測定する。本発明によると、カメラ３４と、レンズ３２と、スキャナ２６とが装置３５として一体的に構成され、これが位置決めジョイント３６に接続され、ついで、座標測定装置１０のスリーブから延びている。位置決めジョイント３６は、装置３５が、座標測定装置１０の作業空間においてその角度に関連して配置されるようにする。これによって、カメラ３４またはそのイメージ面は、対象物１２に関して所望の位置を果たすことができるので、例えば、ｘ−ｙ平面に平行に延びた穴のような切欠部および特にオリフィスが測定できる。装置３５は、標準的な交換可能支持部４０を介して位置決め支持部に接続できる。ドイツ特許（ＤＥ）１９８　４７　７１１Ａ１に述べられたようなスキャナ交換可能ステーションを介してスキャナ２６を装置３５に接続することもまた可能である。
【００２９】
さらに装置３５は、走査部材３０を直接照射するか、または光案内部として構成されたプローブ延長部２８を介して照射する照明装置４２を備えていなければならない。
レンズ３２はまた、ズームレンズにすることができ、ここでその開示を特に参照するＷＯ９９／５３２６８に述べられたような多分調整可能な作業距離を有する。
センサ３４と、レンズ３２と、スキャナ３６とからなる装置３５が位置決めジョイント３６に接続されているという事実によって、ｘ−ｙ平面においてのみでなく、それらに垂直に延びる軸線、すなわちｘ−ｙ平面の場合においてｚ軸線に沿ってもまた、走査部材３０を測定することもさらに可能である。これは図３の助けを借りて説明される。
【００３０】
装置３５は、位置決めジョイント３６を介して光軸４４に関して、座標測定装置１０のｘ−ｙ平面に平行に整列される。つぎに走査部材３０の位置は、可変作業距離を有するズームレンズのようなセンサ４８とレンズ５０を備えた測定レンズ２０、４６を介して測定され、この実施例において測定レンズ４６の光軸５２は、ｚ−軸線と一致する。
鏡または金属面のような非常に反射性である望ましくない光学的条件下、および／または、対象物であっても測定を達成できるために、本発明によれば走査部材３０は、少なくともある領域において蛍光性または反射性の材料からなる被覆５６、５８を備えている。
【００３１】
図４において基本が明瞭であるように、プローブ延長部２８を介して案内された光ビーム５８は、実質的に損傷しない方法でセンサから離間して面した走査部材３０の側部から出る。これは、光学的センサ３４またはその感知領域の走査部材３０の描写における問題に帰着する。これを回避するために、図５の実施例によれば、走査部材３０は、走査部材３０の到達する光ビーム５８を反射する被覆５４を有するセンサから離間して面するその領域６０に装着される。センサおよび対応して整列された被覆５４から離間して面した走査部材３０の領域の外面の形状によって、反射されたビーム６２は、輝点６４内に集束し、光学センサ３４が所定の方法で検知でき、走査部材３０の位置を決定するために使用できる。図５と６の実施例によれば、走査部材３０の外形は、反射されたビームが、輝点６４が生成される走査部材３０の中心に向かって反射されるようになっている。
【００３２】
図５の実施例による上述したような被覆５４が、センサから離間して面した走査部材３０の領域内にのみ延びる場合、対象物との接触に際して、層５４は、接触領域外であり、それゆえ磨耗は全く生じなく、そして、図６による層５６は、プローブ延長部２８の出発点に延びていて、層５６の周端部６６は、走査部材３０に到達するビーム５８用のコリメータまたは入り口瞳孔（ｅｎｔｒａｎｃｅ ｐｕｐｉｌ）として使用される。ビーム５８は、図５によれば、レンズ３２を介して光学的センサ３４に描写された明るい輝点６４を形成する走査部材３０の中央に反射される。
【００３３】
経験する磨耗から、走査部材３０の赤道６８にのみ延びた層５６を阻止するために、高い表面硬度または磨耗抵抗を有する付加的な層が適用できる。この層は、好ましくは、窒化シリコンのようなシリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）混合物からなっている。他の適切な層もまた可能である。
【００３４】
図５と６の実施例において、輝点６４によって描写されたマークが、走査部材３０よりはむしろ、光学的センサ３４の助けを使用して走査部材３０の位置を決定するために実際に評価される場合、次に、図７と８の実施例において、特に走査部材３０のｚ−方向の偏位を測定するために走査部材３６と接続されたマーク７０を使用するための他の可能性がある。
【００３５】
実施例によれば、リングまたはディスク形状のマーキング７２はプローブ延長部２８から延びていて、このマーキングは、走査部材内の中心に、また、それゆえ、自由な走査部材３０の場合、すなわち、走査部材３０が対象物を感知しない場合においてそのイメージ７２の中心に延びていて、投影（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）は、走査部材３０が光軸７４の方向に球形の外径、したがって円形の外形を有する場合、Ｌ字状に走行するプローブ延長部２８用に、端部と変遷部で走査部材３０内に配置されたプローブ延長部の部分の中心軸線と一致する光軸７４に平行である。
【００３６】
スキャナしたがって走査部材３０がｚ−方向へ移動された場合、また、対象物１２の表面７６が感知された場合、プローブ延長部２８は横方向に調整され、それに引き続いて、マーキング７２によって形成されたマーク７０は、走査部材３０のイメージ７２の中心７８に向かって、図８の実施例において距離ｄＡによってシフト（ｓｈｉｆｔ）される。
このシフトはついで、ｚ−方向への偏位が、先に導かれた比較測定を使用して決定されることを可能にする。シフトｄＡとｚ−方向への偏位との間の関係は、原理的に図９に示されている。
このように、本発明の教示によれば、光学的触感方法において測定する座標システム１０は、対象物の構造を三次元的に検知するために使用できる。
【００３７】
図７と８からもまた明らかなように、マーキング７２によって表わされたマーク７０は、好ましくは、走査部材３０を対比（ｃｏｎｔｒａｓｔ）しなければならず、また暗くする効果（ｄａｒｋｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）を有する。
これとは独立して、マーキング７２によって生じたマーク７０はまた、平面において構造を測定した場合、二次元測定用に使用できるので、それゆえ、走査部材自体の位置でなく、マーク７０の位置が評価される。
【００３８】
非常に小さな直径を有する穴８０のような凹部を測定するために、特に、走査部材３０を感覚面（ｓｅｎｓｏｒｙ ｓｕｒｆａｃｅ）８２から、または感覚点（ｓｅｎｓｏｒｙ ｐｏｉｎｔ）８４から分離する場合、走査部材３０に作用する粘着力（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）が、スキャナ２６と感覚面８２との間に発生されたかなりの距離の後でのみ生じ、走査部材が穴の対向する壁８６を打撃するようにプローブ延長部２８が振動するというリスクの結果になり、それによって損傷が生ずるという測定点５４からの分離に導かないことを確実にしなければならない。
【００３９】
この問題を解決するために、本発明は、特に、スキャナ２６を感覚点８４から取り除く場合、スキャナが垂直にまたは実質的に垂直に感覚方向８８方向へ移動され、そして、望ましくない範囲におけるスキャナ２６の振動を排除して走査部材３０の迅速な取り外しを確実にすることを提案する。感覚点８４からの取り外しに際する感覚方向８８に垂直またはほぼ垂直なスキャナ２６のこの移動は、図１３における点線でのイメージによって明らかにされる。
【００４０】
感覚方向８８に垂直またはほぼ垂直なスキャナ２６の移動は、プローブ延長部２８が、特に１μｍと２０μｍとの間の数μｍに達する距離を有して走査部材３０がゼロ位置外に移動された位置外に距離Ｘによって調整された場合に、生じなければならない。
【００４１】
図１３は、横の力の影響なしで感覚点８４と接触するようになる走査部材３０の位置において実線で示されたスキャナ２６を示している。２８’は、スキャナ２６が感覚方向８８と反対にすでに移動された位置におけるプローブ延長部２８を示していて、走査部材３０はしかしながら、粘着の作用力によって感覚点８４に依然として取着されている。点線で示されたスキャナ２６’の位置において、感覚方向に垂直にまたはほぼ垂直にすでに生じた移動が示されていて、走査部材３０は、感覚点８４から取外されるようになり、感覚方向８８が走行する感覚面上に配置される。
【００４２】
上述したプロセスは再度図１５に示されている。左側の位置において、走査部材３０は感覚面８２から離間して配置されている。その次の描写において、走査部材３０は端部または表面８２を測定するために感覚点８４で感覚面８２と接触している。次にスキャナ２６は、感覚方向８８と反対の方向へ遠くに移動される（矢印９０）。それによって走査部材３０は感覚面８２に取着されて残り、プローブ延長部２８は矢印６０の方向へ調整される。次に、感覚方向８８に垂直に、またはほぼ垂直に走行する移動（矢印９２）が行なわれ、次に、走査部材３０が直ちに感覚領域（ｓｅｎｓｏｒｙ ｆｉｅｌｄ）８２から取外され、プローブ延長部２８の長手方向の軸線に整列される。
【００４３】
図１０〜１２に基づくと、本発明の独立した態様が説明される。
光学的触感式測定プロセスにおいて、走査部材３０またはそのイメージ９４の位置付けによって、測定されるべき対象物１２の構造は光学的センサ３４の感覚領域９６に決定される。走査部材３０が対象物１２と接触しない場合、イメージ９４は、起点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｏｒｉｇｉｎ）９８とラベルがつけられた感覚領域９６の所定の点に設けられる。走査部材３０が、表面１００のような測定されるべき構造と接触した場合、イメージ９４は、起点から離れて移動する。
【００４４】
光学的センサ３４と走査部材３０との間に配置されたレンズ３２によって光学的に関連する検知エラーが生じ、測定の不正確性を導く。それゆえ、走査部材３０が感覚面１００と接触する正確な瞬間に走査部材３０の位置を測定することが有益である。これは本発明によって可能になり、イメージ９４を起点９８にシフトするために、走査部材３０は最初概略的方法で感覚面１００を走査する。プローブおよびそれ故走査部材３０は、次に、図１２において明らかなように、イメージ９４が再び起点にあるかまたはそれに整列されるまで、後方へ移動する。感覚移動は、比較的迅速に達成されるけれども、反作用プロセスは、例えば粘着力によって生ずるエラーを排除するためにゆっくりと行なわれなければならない。
【００４５】
図１４は、本発明における教示の他の独立した態様を知らせる。
中空の本体部１０６のスルーホール１０２、１０４を通して測定するために、本発明は、光を発するように中空の本体部１０６内に配置された光源１０８を備えていて、光は、走査部材３０内に変移するプローブ延長部２８の部分１２の長手方向の軸線１１０に平行に走行する。長手方向の軸線１１０に向けられた適切なビームは、１１４のラベルが付けられている。種々のスルーホール１０２を測定するために、光源１０８は次に調整された位置に残り、中空の本体部１０６は光源１０８に向かって回転される（矢印１１６）。
【００４６】
そのような測定プロセスの１つの例は、図１６と１７に開示されている。図１６において、インジェクションノズル１１８は、中空の本体部がインジェクションノズル１１８をその長手方向の軸線１２２の周りに回転するようにするために固定装置１２０に据え付けられている。インジェクションノズル１１８の頂部領域１２４において、スルーホール１２６は円錐状のケーシングに配置されていて、この実施例において円錐状の軸線は、インジェクションノズル１１８の長手方向の軸線１２２と一致する。その円錐形の端面１３４を介して光がスルーホール１２６の軸線の方向に照射される光案内部の形状の照射装置１３２が、次いでインジェクションノズル１１８の中心孔３０に配置される。この方向は、光学的触感式測定システムの光学的軸線と、および、スキャナ２６の角度を有する端部部分１１２の長手方向の軸線１１０と一致する。円錐形のケーシングに矩形に配置されたスルーホール１２６を測定するために、いまや、インジェクションノズル１１８を回転することのみが必要である（図１６における矢印１３４）。これは、光案内部１３２を固定的に維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】座標測定装置の基本的描写を示す図。
【図２】光学的触感式方法で測定するスキャナを有する図１に示された座標測定装置の基本的描写の断面図。
【図３】光学的触感式方法で測定するスキャナを有する三次元測定を達成するための装置の基本的描写を示す図。
【図４】走査部材の基本的描写を示す図。
【図５】図４による走査部材の第１の更なる発展を示す図。
【図６】図４による走査部材の第２の更なる発展を示す図。
【図７】割り当てられたマーキングを有する走査部材の基本的描写を示す図。
【図８】ｚ−方向への引き続く偏位の図７による走査部材の基本的描写を示す図。
【図９】ｚ−方向への走査部材の偏位を決定するためのグラフ。
【図１０】対象物とそのイメージから所定の距離に配置された走査部材の基本的描写を示す図。
【図１１】対象物と接触する場合の図１０に示された走査部材と、走査部材のイメージとを示す図。
【図１２】走査部材のイメージを有し、図１１による退避された位置における走査部材を示す図。
【図１３】小さい直径のオリフィスを測定するための装置の基本的描写を示す図。
【図１４】中空の本体部のスルーホールを測定するための装置の基本的描写を示す図。
【図１５】感覚面と関連した走査部材の種々の位置を示す図。
【図１６】回転可能に据え付けられたインジェクションノズルの断面図。
【図１７】図１６によるインジェクションノズルの断面図。
【図１】
2004509345.tif 000006
【図２】
2004509345.tif 000007
【図３】
2004509345.tif 000008
【図４】
2004509345.tif 000009
【図５】
2004509345.tif 000010
【図６】
2004509345.tif 000011
【図７】
2004509345.tif 000012
【図８】
2004509345.tif 000013
【図９】
2004509345.tif 000014
【図１０】
2004509345.tif 000015
【図１１】
2004509345.tif 000016
【図１２】
2004509345.tif 000017
【図１３】
2004509345.tif 000018
【図１４】
2004509345.tif 000019
【図１５】
2004509345.tif 000020
【図１６】
2004509345.tif 000021
【図１７】
2004509345.tif 000022
【国際公開パンフレット】
2004509345.tif 000023
2004509345.tif 000024
2004509345.tif 000025
2004509345.tif 000026
2004509345.tif 000027
2004509345.tif 000028
2004509345.tif 000029
2004509345.tif 000030
2004509345.tif 000031
2004509345.tif 000032
2004509345.tif 000033
2004509345.tif 000034
2004509345.tif 000035
2004509345.tif 000036
2004509345.tif 000037
2004509345.tif 000038
2004509345.tif 000039
2004509345.tif 000040
2004509345.tif 000041
2004509345.tif 000042
2004509345.tif 000043
2004509345.tif 000044
2004509345.tif 000045
2004509345.tif 000046
2004509345.tif 000047
2004509345.tif 000048
2004509345.tif 000049
2004509345.tif 000050
2004509345.tif 000051
2004509345.tif 000052
2004509345.tif 000053
2004509345.tif 000054
2004509345.tif 000055
2004509345.tif 000056
2004509345.tif 000057
2004509345.tif 000058
2004509345.tif 000059
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004509345.tif 000060
2004509345.tif 000061
2004509345.tif 000062
2004509345.tif 000063
2004509345.tif 000064
2004509345.tif 000065
2004509345.tif 000066
2004509345.tif 000067
2004509345.tif 000068
2004509345.tif 000069
2004509345.tif 000070
2004509345.tif 000071
2004509345.tif 000072
2004509345.tif 000073
2004509345.tif 000074
2004509345.tif 000075
2004509345.tif 000076
2004509345.tif 000077
2004509345.tif 000078
2004509345.tif 000079
2004509345.tif 000080
2004509345.tif 000081
2004509345.tif 000082
2004509345.tif 000083
2004509345.tif 000084
2004509345.tif 000085
2004509345.tif 000086
2004509345.tif 000087
2004509345.tif 000088
2004509345.tif 000089
2004509345.tif 000090
2004509345.tif 000091
2004509345.tif 000092
2004509345.tif 000093
2004509345.tif 000094
2004509345.tif 000095
2004509345.tif 000096
2004509345.tif 000097
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月9日(2002.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
少なくとも一側が弾性的な触感延長部（２８、１１２）と対象物を感知する触感部材（３０）とを有する触感部（１８、２６）と、走査部材を直接または間接的に検知するカメラのようなオプティカルセンサ（３４）と、センサと触感部との間に設けられた第１のレンズ（３２）とを備えた座標測定装置（１０）を使用して、対象物（１２）の構造の光学的触感式測定を達成するための装置であり、触感部はオプティカルセンサとともに調整可能であって、オプティカルセンサ（３４）と触感部（２６）とは、１つの装置（３５）内に一体にされているかまたはそのような装置を形成していて、
触感部材（３０）またはそれ用のマーキングは、第２のオプティカルセンサまたは第２のレンズに割り当てられていて、触感部材またはマーキングは、第１のオプティカルセンサによって測定された平面（ｘ−ｙ平面）に垂直にのびた軸線（ｚ−軸線；５２）において測定されることを特徴とする装置。
【国際調査報告】
2004509345.tif 000098
2004509345.tif 000099
2004509345.tif 000100
2004509345.tif 000101
2004509345.tif 000102
2004509345.tif 000103