DE102006001329B4 - Method and device for high-precision measurement of the surface of a test object - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur hochgenauen Messung der Oberfläche eines Prüflings (7, 7') durch Abtastung der Oberfläche mit Hilfe einer hochpräzise positionierbaren Abtastvorrichtung, wobei der Prüfling (7, 7') zwischen den Abtastungen relativ zur Abtastvorrichtung bewegbar ist, wobei eine von der Abtastvorrichtung gehaltene Linse (5) relativ zur Oberfläche des Prüflings (7, 7') positionierbar ist, wobei eine Strahlenquelle (in 3) für einen an der Oberfläche des Prüflings (7, 7') reflektierten Strahl so angeordnet ist, dass der Strahl (4) durch die Linse (5) verläuft und die Linse (5) mittels der Abtastvorrichtung so positionierbar ist, dass der Strahl (4) auf einen Auftreffpunkt der Oberfläche des Prüflings (7, 7') fokussiert wird, und wobei eine zumindest einen Teil des reflektierten Strahls (4) aufnehmende Empfangseinrichtung (in 3) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal als ein Messsignal für die Oberfläche am Auftreffpunkt mittels einer Auswertungseinrichtung auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung ein Koordinatenmessgerät ist.Apparatus for highly accurate measurement of the surface of a specimen (7, 7 ') by scanning the surface by means of a high precision positionable scanning device, the specimen (7, 7') being movable between the scans relative to the scanner, a lens held by the scanner (5) is positionable relative to the surface of the test piece (7, 7 '), wherein a radiation source (in 3 ) is arranged for a beam reflected on the surface of the test piece (7, 7 ') so that the beam (4) passes through the lens (5) and the lens (5) can be positioned by means of the scanning device so that the beam ( 4) is focused on a point of impact of the surface of the test piece (7, 7 '), and wherein a receiving device (in FIG. 2) accommodating at least part of the reflected beam (4) is focused 3 ) is provided, whose output signal is evaluated as a measurement signal for the surface at the point of impact by means of an evaluation device, characterized in that the scanning device is a coordinate measuring machine.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hochgenauen Messung der Oberfläche eines Prüflings gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur hochgenauen Messung der Oberfläche eines Prüflings gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.The The invention relates to a device for high-precision measurement of surface of a test object according to the generic term of claim 1. The invention further relates to a method for highly accurate measurement of the surface of a test object according to the generic term of claim 10.

Für hochgenaue Messungen der Oberfläche von Prüflingen mit einer Abtastvorrichtung werden häufig Koordinatenmessgeräte eingesetzt, von denen hochpräzise Ausführungsformen auf dem Markt sind. Der Aufbau eines kartesischen Koordinatenmessgerätes besteht in der Regel aus drei senkrecht aufeinander stehenden Verfahrachsen. Die drei Achsen bauen nach dem Prinzip der kinematischen Kette aufeinander auf, wobei das letzte Glied das Messkopfsystem, bestehend aus einem Messkopf und einem Tastersystem, trägt. Das Tastersystem weist an seiner Spitze eine Antastkugel auf, mit der ein auf der Werkstückaufnahme befestigter Prüfling angetastet wird, um so die Oberfläche des Prüflings zu erfassen. Obwohl das Koordinatenmessgerät grundsätzlich in der Lage ist, alle Oberflächen des Prüflings mit dem Tastersystem anzutasten, kann es zweckmäßig sein, den Prüfling in einer Drehvor richtung zu lagern und während des Abtastens zu drehen. Für jedes Antasten werden die jeweiligen Koordinaten bestimmt, sodass auf diese Weise die Koordinaten der Antastpunkte auf der Oberfläche festgestellt werden können. Die Antastkugel bestimmt die Auflösung der Oberflächenerfassung, da Welligkeiten und Rauigkeiten, deren Erhebungen einen Abstand aufweisen, der geringer als der Durchmesser der Antastkugel ist, nicht bzw. nicht vollständig erfasst werden können. Die Verwendung sehr kleiner Antastkugeln führt zu einem erheblich erhöhten Aufwand.For highly accurate Measurements of the surface of specimens Coordinate measuring machines are frequently used with a scanning device. of which high precision embodiments are in the market. The construction of a Cartesian coordinate measuring machine exists usually of three mutually perpendicular axes. The three axes build on each other according to the principle of the kinematic chain on, where the last link is the measuring head system, consisting of a Measuring head and a stylus system, carries. The stylus system points at its tip a probing ball, with the one on the workpiece holder fixed specimen is touched so as to detect the surface of the specimen. Even though the coordinate measuring machine in principle is capable of all surfaces of the test piece with the stylus system, it may be appropriate to the specimen in store a Drehvor direction and rotate during scanning. For each Touching the respective coordinates are determined, so on this way the coordinates of the touch points on the surface are detected can be. The probing ball determines the resolution of the surface detection, because ripples and roughness, whose elevations are a distance which is less than the diameter of the probe ball, not or not completely can be detected. The Use of very small probes leads to a considerably increased effort.

Aus der EP 1 610 088 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, die zur Bewegungsmessung ausgebildet ist. Dazu besitzt sie ein Mikroskop mit einem Objektiv und einer Fokussiereinrichtung, wobei die Fokussiereinrichtung derart ausgeführt ist, dass sie die relative Lage eines zu untersuchenden Objekts und des Fokus des Objekts zueinander verändern kann. Zur Vermeidung des so genannten Guoy-Effekts ist das Mikroskop ein konfokales Autofokusmikroskop, das zur schnellen Fokussierung mit Piezoelementen ausgestattet ist. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass lediglich Höhenunterschiede und Geschwindigkeiten des zu vermessenden Objektes erfassbar sind. Die absoluten Abmessungen des zu vermessenden Objekts können mit der Vorrichtung nicht erfasst werden.From the EP 1 610 088 A1 a generic device is known, which is designed for measuring movement. For this purpose, it has a microscope with a lens and a focusing device, wherein the focusing device is designed such that it can change the relative position of an object to be examined and the focus of the object to each other. To avoid the so-called Guoy effect, the microscope is a confocal autofocus microscope, which is equipped with piezo elements for fast focusing. A disadvantage of this device is that only height differences and speeds of the object to be measured can be detected. The absolute dimensions of the object to be measured can not be detected with the device.

Aus der US 6,134,009 A ist eine Vorrichtung zur Messung an trüben Medien bekannt. Zum Fokussieren eines Objektivs auf Objekte in dem trüben Medium kann das Objektiv in Richtung auf das Objekt zu und von dem Objekt weg einerseits und in einer senkrecht dazu stehenden Richtung andererseits bewegt werden. Nachteilig auch an dieser Vorrichtung ist, dass die absoluten Abmessungen des zu untersuchenden Objekts mit der Vorrichtung nicht erfassbar sind.From the US 6,134,009 A a device for measuring turbid media is known. For focusing an objective on objects in the cloudy medium, the objective can be moved toward the object to and from the object on the one hand and in a direction perpendicular thereto on the other hand. Another disadvantage of this device is that the absolute dimensions of the object to be examined can not be detected by the device.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben angesprochene hochgenaue Messung der Oberfläche eines Prüflings mit einer hochpräzisen positionierbaren Abtastvorrichtung so zu verbessern, dass auch die absoluten Abmessungen des Prüflings erfassbar sind.Of the present invention is therefore the object of the above addressed high-precision measurement of the surface of a specimen with a high-precision Positionable scanning to improve so that the absolute dimensions of the test object are detectable.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung ein Koordinatenmessgerät ist. Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass ein Koordinatenmessgerät als Abtastvorrichtung verwendet wird.to solution This object is inventively a device the aforementioned Art characterized in that the scanning device is a coordinate measuring machine. The Object is further according to the invention with a method of the initially mentioned Sort of solved by that a coordinate measuring machine is used as a scanning device.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die durch ein Koordinatemessgerät gebildete Abtastvorrichtung nicht mehr unmittelbar für den Messvorgang, sondern nur noch zum Zustellen der erfindungsgemäß verwendeten Linse zu benutzen. Die Linse befindet sich in einem Strahlengang eines Messstrahls, der vorzugsweise durch einen Laser, beispielsweise einen üblichen und preiswerten Helium-Neon-Laser, generiert ist. Die Linse wird mit der Abtastvorrichtung in einer solchen Entfernung zu der Oberfläche des Prüflings positioniert, dass der Messstrahl auf dem jeweiligen Auftreffpunkt auf der Oberfläche des Prüflings fokussiert ist. Da der Messstrahl an der Oberfläche reflektiert wird, kann der reflektierte Messstrahl als Messsignal genutzt werden. Dies gelingt vorzugsweise dadurch, dass ein über einen Strahlteiler ausgekoppelter Teil des ausgesandten Messstrahls und ein über denselben Strahlteiler ausgekoppelter Teil des reflektierten Strahls einander überlagert werden, um so ein interferometrisches Signal zu bilden, dass in bekannter Weise für die Feststellung des Abstandes zur Oberfläche ausgewertet werden kann. Da der durch die Linse gebildete Fokus sehr klein (im Bereich von wenigen μm) sein kann, lassen sich somit Oberflächenstrukturen, die zu unterschiedlichen Abständen führen, mit einer sehr hohen Auflösung messen.Of the The present invention is based on the idea of the scanning device formed by a coordinate measuring device no longer directly for the measuring process, but only to deliver the inventively used To use lens. The lens is in a beam path a measuring beam, preferably by a laser, for example a usual and inexpensive helium neon laser, is generated. The lens is combined with the scanning device in one such distance to the surface of the test piece positioned that the measuring beam on the respective impact point on the surface of the test piece is focused. Since the measuring beam is reflected at the surface, can the reflected measuring beam can be used as a measuring signal. This succeeds preferably in that an over a beam splitter decoupled part of the emitted measuring beam and an over the same beam splitter decoupled part of the reflected beam superimposed on each other so as to form an interferometric signal that in known way for the determination of the distance to the surface can be evaluated. Since the focus formed by the lens is very small (in the range of few μm) can thus be surface structures that are too different intervals to lead, with a very high resolution measure up.

Es ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, das Interferometer in eine interferometrische Nachführeinrichtung einzubinden, mit der die Positionen der Strahlenquelle sowie der Empfangseinrichtung einstellbar sind, sodass eine Nachführung in eine optimale Position möglich ist, wenn beispielsweise die Intensität oder das Signal-Rausch-Verhältnis des empfangenen interferometrischen Signals abnimmt.It is advantageous in the context of the invention, the interferometer in a interferometric tracking device To integrate, with the positions of the radiation source and the Receiving device are adjustable so that a tracking in an optimal position possible is, for example, if the intensity or the signal-to-noise ratio of the received interferometric signal decreases.

Die Bewegung des Prüflings ist vorzugsweise eine Drehbewegung, sodass der Prüfling vorzugsweise auf einem Drehtisch gelagert ist, der als hochpräzises Bauteil ausgebildet ist.The Movement of the test piece is preferably a rotational movement, so that the test specimen preferably is mounted on a turntable, which is designed as a high-precision component.

Bei der Abtastung einer Kugel ändert sich theoretisch der Abstand zwischen der Linse und der Kugeloberfläche beim Drehen der Kugel nicht, sofern die Drehachse des Drehtisches mit dem Kugelmittelpunkt zusammenfällt und senkrecht auf dem einfallenden Messstrahl steht. Größere Fehler werden durch eine Exzentrizität der Lagerung, also durch einen Abstand zwischen der Drehachse und Kugelmittelpunkt, verursacht. In bisheriger Technik war dieser Abstand iterativ durch manuelles Ausrichten zu minimieren, um die Messung durchführen zu können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht demgegenüber, die Bewegung des Prüflings relativ zur Linse, beispielsweise durch eine exzentrische Lagerung, vorab festzustellen, um die Abtastvorrichtung während der Bewegung des Prüflings entsprechend der so festgestellten Daten zu verfahren. Die festgestellten Bewegungsdaten können somit als Solldaten für die Steuerung der Abtastvorrichtung verwendet werden. Die Ermittlung der Bewegung des Prüflings kann bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Drehung des Prüflings um 360° vorgenommen wird und die Oberfläche des Prüflings mit einer herkömmlichen Antastkugel taktil abgetastet wird. Gleiches ist möglich, wenn bei der Drehung aufgrund der Form des Prüflings Abstandsänderungen entstehen, die durch eine entsprechende Bewegung der Linse kompensiert werden müssen.at the sampling of a sphere changes Theoretically, the distance between the lens and the spherical surface at Do not turn the ball if the axis of rotation of the turntable with the ball center coincides and is perpendicular to the incident measuring beam. Bigger mistakes be through an eccentricity the storage, so by a distance between the axis of rotation and Ball center, caused. In previous technology, this distance was iteratively by manually aligning to minimize the measurement carry out to be able to. The device according to the invention allows In contrast, the movement of the test object relative to the lens, for example by eccentric mounting, beforehand to detect the scanning device during the movement of the test piece according to the so determined data to proceed. The detected movement data can thus as target data for the control of the scanning device can be used. The investigation the movement of the specimen can in an embodiment according to the invention, for example be done by making a rotation of the specimen by 360 ° will and the surface of the test piece with a conventional probing ball tactile is scanned. The same is possible when turning due to the shape of the specimen changes in distance arise, which compensates by a corresponding movement of the lens Need to become.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, dass der Strahlengang auf die Position des Prüflings ausgerichtet wird. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass der Messstrahl ohne zwischengeschaltete Linse auf die Oberfläche des Prüflings so gerichtet wird, dass der Messstrahl in sich selbst reflektiert wird. Hierdurch wird die Ausrichtung der Strahlenquelle, vorzugsweise eines optischen Lasers, festgelegt. Es kann zweckmäßig sein, für die Ausrichtung an der Stelle des Prüflings eine reflektierende Einmesskugel zu verwenden, die insbesondere für die Optimierung der Ausrichtung zur Verwendung der Intensität des Signals in der Empfangsvorrichtung, insbesondere in Form eines Interferometers, erleichtert.For the inventive method It is essential that the beam path is aligned to the position of the specimen becomes. This is preferably done by the measuring beam without intermediate lens is directed to the surface of the specimen so that the measuring beam is reflected in itself. This will be the Alignment of the radiation source, preferably an optical laser, established. It may be appropriate for the alignment in the place of the test piece to use a reflective Einmesskugel, in particular for the Optimize alignment to use the intensity of the signal in the receiving device, in particular in the form of an interferometer, facilitated.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand von schematischen Skizzen für ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:The Invention will be explained in more detail below with reference to schematic sketches for an embodiment. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention;

2 eine schematische Darstellung von möglichen Positionen der Linse bei der Messung eines exzentrisch gelagerten kugelförmigen Prüflings; 2 a schematic representation of possible positions of the lens in the measurement of an eccentrically mounted spherical test specimen;

3 eine schematische Darstellung der Nachführung der Position der Linse beim Bewegen eines Prüflings in Form eines evolventischen Zahnradprofils, das mittels eines Drehtisches bewegt wird. 3 a schematic representation of the tracking of the position of the lens when moving a specimen in the form of an involute gear profile, which is moved by means of a turntable.

Die in 1 dargestellte Anordnung befindet sich auf einem Maschinentisch 1, der mittels eines Drehtisches 2 sowohl eine Werkstückaufnahme bildet, als auch ein Interferometer 3 mit einer Laser-Messstrahlquelle trägt.In the 1 The arrangement shown is on a machine table 1 that by means of a turntable 2 forms both a workpiece holder, as well as an interferometer 3 carries with a laser measuring beam source.

Von der Strahlenquelle in dem Interferometer 3 geht somit ein Messstrahl 4 aus. Eine Linse 5 wird relativ zu dem Messstrahl so positioniert, dass der Messstrahl 4 durch den Mittelpunkt der Linse 5 verläuft.From the radiation source in the interferometer 3 thus goes a measuring beam 4 out. A lens 5 is positioned relative to the measuring beam so that the measuring beam 4 through the center of the lens 5 runs.

Auf dem Drehtisch ist in einer Halterung 6 ein Prüfling 7, hier in Form einer Kugel, gelagert. Der Abstand der Linse 5 zur Oberfläche des Prüflings 7 wird so eingestellt, dass der Messstrahl 4 durch die Linse 5 auf der Oberfläche des Prüflings 7 fokussiert wird.On the turntable is in a holder 6 a candidate 7 , here in the form of a sphere, stored. The distance of the lens 5 to the surface of the test object 7 is adjusted so that the measuring beam 4 through the lens 5 on the surface of the specimen 7 is focused.

Hierzu befindet sich die Linse 5 an einer Tasteraufnahme 8, die in einer Pinole 9 eines Koordinatenmessgeräts befestigt ist. Die Linse 5 ist gegenüber der Tasteraufnahme 8 drehbar gelagert, sodass eine manuelle Ausrichtung der Linse zum Messstrahl 4 derart möglich ist, dass die Ebene der Linse 5 senkrecht auf dem Messstrahl 4 steht.For this is the lens 5 at a push-button receptacle 8th in a quill 9 a coordinate measuring machine is attached. The Lens 5 is opposite the button holder 8th rotatably mounted, so that a manual alignment of the lens to the measuring beam 4 such is possible that the plane of the lens 5 perpendicular to the measuring beam 4 stands.

2 verdeutlicht eine (geringfügig) exzentrische Lagerung des kugelförmigen Prüflings 7 gegenüber der Achse des Messstrahls 4. Der Prüfling 7 wandert aufgrund seiner geringfügig exzentrischen Lagerung bei einer Drehung um 360° mit seinem der Linse 5 jeweils nächsten Oberflächenpunkt auf einem Exzentrizitätskreis 10, der in 2 eingetragen ist. Entsprechend diesem Exzentrizitätskreis sollte die Linse 5 synchron mit der Bewegung des Prüflings 7 verfahren werden, also auf einem Verstellkreis 11. Die miteinander korrespondierenden Positionen für eine Drehung des Prüflings 7 auf dem Drehtisch 2 um 90°, um 180° und um 270° zurück in die Ausgangsstellung (0°) sind in 2 eingezeichnet. 2 illustrates a (slightly) eccentric bearing of the spherical test specimen 7 opposite the axis of the measuring beam 4 , The examinee 7 Due to its slightly eccentric bearing, it rotates with its 360 ° rotation 5 each next surface point on a circle of eccentricity 10 who in 2 is registered. According to this eccentricity circle, the lens should 5 synchronous with the movement of the DUT 7 be moved, ie on a Verstellkreis 11 , The mutually corresponding positions for a rotation of the specimen 7 on the turntable 2 by 90 °, 180 ° and 270 ° back to the starting position (0 °) are in 2 located.

3 verdeutlicht die Messung eines Prüflings 7' in Form eines evolventischen Zahnradprofils. Der Messstrahl 4 ist in der Ausgangsstellung so ausgerichtet, dass er tangential an dem Grundkreis der Evolvente 12 anliegt, aus dem das Zahnradprofil 7' nach außen herausragt. Durch Drehung bewegt sich das Zahnradprofil 7' wie in 4 in vier Stellungen dargestellt, sodass die zur Linse 5 zeigende Oberfläche durch den feststehenden Messstrahl 4 abgetastet wird. Dabei verändert sich die Position des Prüflings 7 auf der Achse des Messstrahls 4. Um die Bedingung, dass die Linse 5 den Messstrahl 4 auf die Oberfläche des Prüflings 7' fokussiert, einhalten zu können, muss mit der Drehung des Prüflings 7' (auf dem Drehtisch 2) die Linse 5 entsprechend auf der Achse des Messstrahls 4 translatorisch verschoben werden. Dies wird durch das Koordinatenmessgerät bewirkt, das in Abhängigkeit der Grundform des Prüflings 7' verfährt. Das Eingeben der Grundform kann numerisch, beispielsweise aus entsprechenden Geometriedaten, oder durch einen Vorversuch erfolgen, bei dem die Abtastung des Prüflings 7' mit einem in das Koordinatenmessgerät eingesetzten Taster erfolgt, der eine taktile (und daher ungenauere) Abtastung der Oberfläche des Prüflings 7' vornimmt. Die dabei ermittelten Daten werden als Solldaten in das Koordinatenmessgerät eingegeben. 3 illustrates the measurement of a test object 7 ' in the form of an involute gear profile. The measuring beam 4 is aligned in the initial position so that it is tangent to the base circle of the involute 12 rests, from which the gear profile 7 ' sticking out to the outside. By rotation, the gear profile moves 7 ' as in 4 shown in four positions, so that the lens 5 pointing surface by the fixed measuring beam 4 is scanned. The position of the test object changes 7 on the axis of the measuring beam 4 , To the Be Condition that the lens 5 the measuring beam 4 on the surface of the specimen 7 ' Focused on being able to keep up with the rotation of the test object 7 ' (on the turntable 2 ) the Lens 5 corresponding to the axis of the measuring beam 4 be moved translationally. This is effected by the coordinate measuring machine, which depends on the basic shape of the test object 7 ' moves. The input of the basic form can be done numerically, for example from corresponding geometry data, or by a preliminary test in which the sample of the test specimen 7 ' with a probe inserted in the coordinate measuring machine, which makes a tactile (and therefore less precise) scanning of the surface of the test object 7 ' performs. The data determined thereby are entered as nominal data in the coordinate measuring machine.

Es ist somit erkennbar, dass die Zustellung der Linse 5 über das Koordinatenmessgerät sowohl eine Verschiebung der Linse 5 in Richtung des Messstrahls 4 als auch eine Verschiebung in einer Ebene senkrecht zum Messstrahl 4 bewirken kann.It is thus apparent that the delivery of the lens 5 via the coordinate measuring machine both a shift of the lens 5 in the direction of the measuring beam 4 as well as a shift in a plane perpendicular to the measuring beam 4 can cause.

Da die Verschiebungen mit einem hochpräzisen Koordinatenmessgerät vorgenommen werden, bleibt sichergestellt, dass die Positionierung der Linse 5 immer im Arbeitsbereich des Systems verbleibt. Die Grenzen des Arbeitsbereiches sind dann erreicht, wenn bei einem Interferometer der reflektierte Messstrahl in dem vorgesehenen Überlagerungsbereich nicht mehr mit dem ausgesandten Messstrahl interferiert.Since the shifts are made with a high-precision coordinate measuring machine, it ensures that the positioning of the lens 5 always remains in the working area of the system. The limits of the working range are reached when, in the case of an interferometer, the reflected measuring beam in the intended overlapping area no longer interferes with the emitted measuring beam.

Claims (20)

Vorrichtung zur hochgenauen Messung der Oberfläche eines Prüflings (7, 7') durch Abtastung der Oberfläche mit Hilfe einer hochpräzise positionierbaren Abtastvorrichtung, wobei der Prüfling (7, 7') zwischen den Abtastungen relativ zur Abtastvorrichtung bewegbar ist, wobei eine von der Abtastvorrichtung gehaltene Linse (5) relativ zur Oberfläche des Prüflings (7, 7') positionierbar ist, wobei eine Strahlenquelle (in 3) für einen an der Oberfläche des Prüflings (7, 7') reflektierten Strahl so angeordnet ist, dass der Strahl (4) durch die Linse (5) verläuft und die Linse (5) mittels der Abtastvorrichtung so positionierbar ist, dass der Strahl (4) auf einen Auftreffpunkt der Oberfläche des Prüflings (7, 7') fokussiert wird, und wobei eine zumindest einen Teil des reflektierten Strahls (4) aufnehmende Empfangseinrichtung (in 3) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal als ein Messsignal für die Oberfläche am Auftreffpunkt mittels einer Auswertungseinrichtung auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung ein Koordinatenmessgerät ist.Device for high-precision measurement of the surface of a test object ( 7 . 7 ' by scanning the surface with the aid of a high-precision positionable scanning device, wherein the test object ( 7 . 7 ' ) is moveable between the scans relative to the scanning device, wherein a lens held by the scanning device ( 5 ) relative to the surface of the test piece ( 7 . 7 ' ) is positionable, wherein a radiation source (in 3 ) for one on the surface of the test piece ( 7 . 7 ' ) reflected beam is arranged so that the beam ( 4 ) through the lens ( 5 ) and the lens ( 5 ) is positionable by means of the scanning device so that the beam ( 4 ) on a point of impact of the surface of the test piece ( 7 . 7 ' ) and wherein at least a part of the reflected beam ( 4 ) receiving receiving device (in 3 ) is provided, whose output signal is evaluated as a measurement signal for the surface at the point of impact by means of an evaluation device, characterized in that the scanning device is a coordinate measuring machine. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle eine optische Strahlenquelle ist.Device according to claim 1, characterized in that that the radiation source is an optical radiation source. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenquelle ein optischer Laser ist.Device according to claim 2, characterized in that that the radiation source is an optical laser. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung ein Interferometer ist, in dem ein Anteil des reflektierten Strahls (4) mit einem Anteil des ausgesandten Strahls (4) überlagert wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving device is an interferometer, in which a portion of the reflected beam ( 4 ) with a portion of the emitted beam ( 4 ) is superimposed. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der Strahlenquelle sowie der Empfangseinrichtung im Rahmen einer interferometrischen Nachführeinrichtung einstellbar sind.Device according to claim 4, characterized in that that the positions of the radiation source and the receiving device can be adjusted in the context of an interferometric tracking device. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (7, 7') auf einem Drehtisch (2) gelagert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the test piece ( 7 . 7 ' ) on a turntable ( 2 ) is stored. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (7, 7') in einer Drehschwenkvorrichtung gelagert ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the test specimen ( 7 . 7 ' ) is mounted in a rotary pivoting device. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung während der Bewegung des Prüflings (7, 7') entsprechend vorgegebener Solldaten verfahrbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning device during the movement of the test piece ( 7 . 7 ' ) is movable according to predetermined target data. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich aus den Solldaten ergebende Positionsdaten der Abtastvorrichtung in die Auswertungseinrichtung eingebbar sind.Device according to claim 8, characterized in that that is from the target data resulting position data of the scanning device can be entered into the evaluation device. Verfahren zur hochgenauen Messung der Oberfläche eines Prüflings (7, 7'), bei dem eine Abtastung der relativ zu einer Abtastvorrichtung bewegten Oberfläche erfolgt und die bei der Abtastung ermittelten Messwerte zur Bestimmung eines Verlaufs von Eigenschaften der Oberfläche herangezogen werden, wobei die Abtastung der Oberfläche mittels eines von der Oberfläche reflektierten Messstrahls (4) erfolgt, der eine von der Abtastvorrichtung gehaltene Linse (5) durchläuft, wobei die Linse (5) mittels der Abtastvorrichtung so positioniert wird, dass der Messstrahl (4) jeweils an einem Auftreffpunkt der Oberfläche des Prüflings (7, 7') fokussiert ist, wobei der Messstrahl (4) so ausgerichtet wird, dass er von der Oberfläche in den Strahlengang des ausgesandten Messstrahls (4) reflektiert wird, und wobei der reflektierte Messstrahl (4) als Messsignal für die Oberfläche am Auftreffpunkt herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Koordinatengerät als Abtastvorrichtung verwendet wird.Method for high-precision measurement of the surface of a test object ( 7 . 7 ' ), in which a scanning of the surface moved relative to a scanning device takes place and the measured values determined during the scanning are used to determine a course of properties of the surface, wherein the scanning of the surface by means of a measuring beam reflected from the surface ( 4 ), which holds a lens held by the scanning device ( 5 ), whereby the lens ( 5 ) is positioned by means of the scanning device so that the measuring beam ( 4 ) each at a point of impact of the surface of the specimen ( 7 . 7 ' ), the measuring beam ( 4 ) is aligned so that it from the surface in the beam path of the emitted measuring beam ( 4 ), and wherein the reflected measuring beam ( 4 ) is used as a measurement signal for the surface at the point of impact, characterized in that a coordinate device is used as a scanning device. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des ausgesandten Messstrahls (4) und ein Teil des reflektierten Messstrahls (4) zur Überlagerung gebracht werden und interferometrisch ausgewertet werden.A method according to claim 10, characterized in that a part of the emitted measuring beam ( 4 ) and a part of the reflected measuring beam ( 4 ) are superimposed and interfero metric evaluated. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrichtung des Strahlengangs des Messstrahls (4) auf die Position des Prüflings (7, 7') dadurch vorgenommen wird, dass der Messstrahl (4) ohne zwischengeschaltete Linse (5) auf die Oberfläche des Prüflings (7, 7') so gerichtet wird, dass der Messstrahl (4) in sich selbst reflektiert wird.A method according to claim 10 or 11, characterized in that an alignment of the beam path of the measuring beam ( 4 ) to the position of the test piece ( 7 . 7 ' ) is performed by the measuring beam ( 4 ) without intermediate lens ( 5 ) on the surface of the test piece ( 7 . 7 ' ) is directed so that the measuring beam ( 4 ) is reflected in itself. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausrichtung anstelle des Prüflings (7, 7') eine reflektierende Einmesskugel verwendet wird.A method according to claim 12, characterized in that for alignment instead of the specimen ( 7 . 7 ' ) a reflective measuring ball is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (7, 7') um mindestens eine Drehachse bewegt wird.Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that the test specimen ( 7 . 7 ' ) is moved about at least one axis of rotation. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (7, 7') translatorisch entlang einer Linearachse bewegt wird.Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that the test specimen ( 7 . 7 ' ) is moved translationally along a linear axis. Verfahren nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (7, 7') sowohl um eine Drehachse als auch entlang einer Linearachse bewegt wird.Method according to claim 14 and 15, characterized in that the test object ( 7 . 7 ' ) is moved both about a rotation axis and along a linear axis. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling (7, 7') nicht bewegt wird und die Linse (5) um eine Drehachse bewegt wird.Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that the test specimen ( 7 . 7 ' ) is not moved and the lens ( 5 ) is moved about a rotation axis. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, gekennzeichnet durch eine Steuerung der Abtastvorrichtung mit Solldaten für eine Bewegung der Linse (5) während der Abtastung der Oberfläche.Method according to one of Claims 10 to 17, characterized by a control of the scanning device with desired data for a movement of the lens ( 5 ) while scanning the surface. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldaten aus einer vorhergehenden Grobmessung der Oberfläche mit einem an der Abtastvorrichtung angebrachten optischen oder taktilen Taster ermittelt werden.Method according to claim 18, characterized that the target data from a previous rough measurement of the surface with a mounted on the scanning optical or tactile Button can be determined. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Solldaten numerisch in die Abtastvorrichtung eingebbar sind.Method according to claim 18, characterized that the target data numerically entered into the scanning device are.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015119274A1 (en) * 2015-11-09 2017-05-11 Björn Habrich Method and device for determining the spatial position of an object by means of interferometric length measurement
DE102017106184A1 (en) 2017-03-22 2018-09-27 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt A method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4109483A1 (en) * 1991-03-22 1992-09-24 Zeiss Carl Fa METHOD AND DEVICE FOR DETECTING EDGES AND HOLES WITH AN OPTICAL PROBE HEAD
US6134009A (en) * 1997-11-07 2000-10-17 Lucid, Inc. Imaging system using polarization effects to enhance image quality
EP1610088A1 (en) * 2004-06-22 2005-12-28 Polytec GmbH Device for optically measuring an object

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4109483A1 (en) * 1991-03-22 1992-09-24 Zeiss Carl Fa METHOD AND DEVICE FOR DETECTING EDGES AND HOLES WITH AN OPTICAL PROBE HEAD
US6134009A (en) * 1997-11-07 2000-10-17 Lucid, Inc. Imaging system using polarization effects to enhance image quality
EP1610088A1 (en) * 2004-06-22 2005-12-28 Polytec GmbH Device for optically measuring an object

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015119274A1 (en) * 2015-11-09 2017-05-11 Björn Habrich Method and device for determining the spatial position of an object by means of interferometric length measurement
DE102015119274B4 (en) * 2015-11-09 2018-07-12 Björn Habrich Method and device for determining the spatial position of an object by means of interferometric length measurement
DE102017106184A1 (en) 2017-03-22 2018-09-27 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt A method for measuring a shape deviation of a ball and ball measuring device therefor
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