本发明的技术方案是一种用于测量构件的方法以及一种用于实施这样的方法的坐标测量机。
背景技术：
1、经常触觉地、即机械探测地在坐标测量机上对齿轮进行测量。触觉测量方法是非常精确的，但具有高测量持续时间的缺点。因此，必须将探测齿轮的测量探头穿入到齿部的每个空隙中、与要探测的齿面置于贴靠中并且在探测齿面之后又从空隙缩回。接着，将测量探头穿入到下一个齿槽中并且重复所述过程。
2、用于测量齿部的几何结构的纯光学地、即非接触地测量的传感器的有效功率近年来已经被大大改善。因此，用于齿部测量的坐标测量机越来越多地具有光学传感器，所述光学传感器备选或补充于触觉的测量探头使用。用于齿部测量技术的光学传感器的示例是相机、用于激光三角测量的系统、干涉仪系统、共焦系统或共焦彩色系统、用于条纹光投影或焦点变化的系统。
3、由欧洲专利申请ep3786573a1和ep3611463a1例如已知：使用共焦彩色传感器，以用于测量齿部几何结构。用于距离测量的共焦彩色传感器将由共焦显微术已知的共焦特性与光谱的或者说与波长相关的评估的可能性组合。在这里，利用光的色散、即与波长相关的传播速度的机制。这个机制产生透镜的彩色纵向误差，所述彩色纵向误差确保光与波长相关地聚焦在透镜之前的不同深度（距离）上。通过使用光谱仪，可以通过在要测量的构件上的反射或散射对返回的光波关于其深度配设。因此，通过所述共焦彩色传感器的光源的光谱预定这样的共焦彩色传感器的测量范围。
4、图1示意性地形象说明共焦彩色传感器kf的工作原理。共焦彩色传感器kf的测量范围m通过以下方式得出，即，在这里示例性地以1、2和3标记的波长相对于传感器kf以已知的不同距离聚焦。因此，通过反射光的光谱评估可以推断出齿轮z的光学检测的测量点mp的位置。
5、在此，共焦彩色传感器kf的光源lq的均一性对测量结果的质量具有决定性的影响。图2示例性地示出关于波长λ表示的光源lq的相对辐射功率i。能看出的是：光源lq的相对辐射功率i是不均匀的并且以不同的辐射功率提供示例性地从所述测量范围选出的波长1、2、3。
6、在以使用这个光源lq的共焦彩色传感器kf的测量运行中可以出现：不能可靠地检测齿轮z的确定的测量点，只要这些测量点处于共焦彩色传感器kf的测量范围m的以下区段中，所述区段的波长以小的辐射功率提供。在这里示出的示例中，在齿轮z上要检测的测量点mp处于波长2的焦点中，该波长以非常小的辐射功率由光源lq提供。这个小的辐射功率因此对于波长2引起小的朝共焦彩色传感器kf的探测器d反射辐射的强度，使得在这里示出的情况下可能不能正确地检测测量点mp。
技术实现思路
1、在这种背景下，本发明的技术问题在于，给出一种方法和一种坐标测量机，所述方法和所述坐标测量机能实现借助于光学测量系统对构件的几何结构的可靠测量，所述光学测量系统的可用测量范围通过所述光学测量系统的光源的不均匀光谱预定。
2、上面描述的技术问题分别通过独立权利要求解决。本发明的其他设计方案由从属权利要求和以下说明得出。
3、按照第一方面，本发明涉及一种方法，所述方法具有以下方法步骤：在坐标测量机上提供构件，所述坐标测量机具有光学测量系统，并且所述光学测量系统的可用测量范围通过所述光学测量系统的光源的不均匀光谱预定；测量所述构件的要测量的几何特征，使用缩小测量范围，所述缩小测量范围小于所述可用测量范围。
4、按照本发明的方法规定：使用光学测量系统的限制测量范围或者说缩小测量范围用于测量任务。例如可能出现以下情况，即，要测量的构件的表面特性或不利的几何条件、例如受限制的可供使用的探测角等等导致：由光源以较小的相对辐射功率提供的确定的波长或波长范围对于这个特定测量任务不适用于探测测量点。因此，特别是可以规定：在特定于构件的测量任务的背景下选出或预定所述缩小测量范围。
5、可以规定：通过限制所述光学测量系统的光谱带宽来调节所述缩小测量范围。例如可以特定于构件地进行对所述缩小测量范围的调节，使得例如根据要测量的构件几何结构、构件表面等等调节所述缩小测量范围。例如可以规定：适配滤波装置或滤波元件，以用于调节所述缩小光谱带宽。
6、可以规定：所述滤波装置或所述滤波元件是光源的集成的组成部分并且特别是集成到光源的壳体中。可以规定：所述滤波装置或所述滤波元件是所述光学测量系统的集成的组成部分。
7、光源的不均匀光谱可以限制到400nm至800nm的范围上。缩写“nm”以已知的方式代表纳米。
8、备选地可以规定：通过限制所述光学测量系统的光谱带宽来预定所述缩小测量范围。特别是可以固定地预定所述坐标测量机的限制带宽。例如可以规定：将滤波装置或滤波元件集成到光源或探测器中。特别是可以规定：在测量之前不特定于构件地调节、而对于每个要测量的构件使用所述坐标测量机的限制带宽。
9、如果目前提到光源的不均匀光谱，则这表意味着：所述光源发射出具有波长特定地不同的相对辐射功率的波长。因此，可以规定：以第一相对辐射功率提供不均匀光谱的第一波长，并且以第二相对辐射功率提供不均匀光谱的第二波长，所述第一相对辐射功率小于所述第二相对辐射功率。
10、例如可以规定：所述光源具有激励光源，所述激励光源例如可以是激光器或led。目前，优选将激光器用作激励光源。
11、可以规定：所述光源具有被激励光源，所述被激励光源也可以称为被激励的介质、例如磷光层等等。
12、光源的不均匀光谱例如可以通过以下方式产生，即，所述激励光源将所述被激励光源激励成对光功率的发射，从而所述光源的光总体上由激励光源的激励光以及被激励的介质的被激励光构成。这种光源的强度谱通常具有两个强度峰值并且更确切地说是激励光的第一强度峰值和被激励光的第二强度峰值。
13、不言而喻，三个或更多个介质也可以借助于激励光源激励成发光，从而不均匀光谱也可以对应地具有所述强度峰值。
14、所述不均匀光谱特别是可以具有两个或更多个强度峰值，所述强度峰值由一个激励光源的和两个或更多个被激励光源的光谱的叠加造成。
15、可以规定：所述光源配设有光导纤维，不均匀光源的光输入耦合到所述光导纤维中。
16、因此，对光学测量系统的光谱带宽的限制意味着：不将光源的确定的波长或波长范围用于检测测量点。
17、可以通过限制所述光学测量系统的探测器的光谱带宽来限制所述光学测量系统的所述光谱带宽。所述探测器例如可以配设有光谱滤波装置，所述光谱滤波装置可以连接在所述探测器上游或者可以集成到所述探测器中。所述探测器可以配设有两个或更多个光谱滤波装置。
18、光谱滤波装置可以具有一个滤波元件或者可以具有多个滤波元件，所述滤波元件特别是高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器或其组合的类型。目前，优选使用高通滤波器，所述高通滤波器仅允许在预定阈值以上的波长经过，即仅大于预定波长的波长。
19、可以通过不读取探测器的一个区域或多个区域进行对所述探测器的光谱带宽的限制。
20、所述探测器可以是与波长相关的探测器、特别是光谱仪。所述探测器可以是ccd光谱仪或cmos光谱仪。
21、备选地或补充地，可以通过适配测量值的评估进行对所述光学测量系统的光谱带宽的限制。因此，可以隐去或者说挑出所有不与预定的缩小测量范围相配设的测量值。
22、可以通过在入射到所述构件上之后适配由所述光源发射出的光进行对所述光学测量系统的光谱带宽的限制。换句话说，在由所述光源发射出的光已经在所述构件上反射或者说由所述构件散射之后，可以进行对光谱带宽的限制。
23、可以通过限制所述光学测量系统的光源的光谱带宽来限制所述光学测量系统的光谱带宽。
24、所述光源例如可以配设有至少一个光谱滤波装置。所述光源特别是可以配设有两个或更多个光谱滤波装置。所述光谱滤波装置可以具有一个滤波元件或者可以具有多个滤波元件，所述滤波元件特别是高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器或其组合的类型。
25、所述光源可以具有激光器，并且可以使所述激光器失谐，以用于限制所述光源的光谱带宽。
26、备选地或补充地，所述光学测量系统可以具有一个或多个以下列出的光源：氙灯或卤素灯、白光led、激光泵浦荧光粉层、超连续光源、纤维激光器、超发光二极管等等。
27、可以通过在入射到所述构件之前适配由所述光源发射出的光进行所述光学测量系统的光谱带宽的限制。换句话说，在由所述光源发射出的光已经在所述构件上反射或者说已经由所述构件散射之前，可以进行对所述光谱带宽的限制。
28、可以规定：在所述测量之前，进行对所述光学测量系统的缩小测量范围的确定，对所述缩小测量范围的确定具有以下方法步骤：提供所述光学测量系统的一个或多个参数，如数值孔径、所述光源的光谱的带宽和分布等等；提供一个或多个特定于构件的参数，如构件表面的粗糙度、由所述光源发射出的测量光的入射角度、对于检测所述要测量的几何特征必需的测量范围、构件理论几何形状等等；借助所述光学测量系统的一个或多个参数并且借助一个或多个特定于构件的参数定义所述缩小测量范围。
29、因此，可以使用所述光学测量系统的示例性提及的参数以及所述特定于构件的参数，以便选出所述光源的不均匀光谱的一个或多个波长范围，所述波长范围适用于所要求的测量任务。
30、可以数值地或经验地、特别是计算机辅助地借助于所述坐标测量机的控制装置进行对所述缩小测量范围的确定。
31、备选地或补充地可以规定：对所述缩小测量范围的确定具有以下方法步骤：测量参考构件，在所述测量期间，检测在所述光源的光谱上的测量点的光学成像的质量标准；将所述缩小测量范围定义为所述光谱的一个范围或多个范围，对于所述范围满足所述质量标准。
32、可以确定所述光源的不均匀光谱的一个或多个波长范围对所要求的测量任务的适用性，在所述光谱中测量参考构件。所述参考构件例如可以是构件的要测量的批次的一个构件，提前使用所述构件，以用于调节所述测量。
33、例如可以规定：对于在所述构件上检测的每个测量点检测曝光时间和/或照明强度，所述质量标准具有曝光时间和/或照明强度的要满足的阈值。如果例如确定：总是以小照明强度检测确定的测量点，则可以将所述不均匀光源的配设给所述测量点的测量距离的波长范围评价为不适用，从而对于所规定的测量任务不使用这个波长范围。
34、可以规定：对于每个测量点不仅检测曝光时间而且检测照明强度，并且将曝光时间和照明强度计算成质量标准或者说特性因数，对于所述质量标准或所述特性因数必须满足预定阈值或预定数值范围。例如可以规定：配设给测量点的曝光时间和照明强度的因数或总和必须超过预定阈值，所配设的波长在不满足所述阈值的情况下可以归为不适用。
35、只要已经按照上述策略中的一个或多个策略确定所述缩小测量范围并且此后已经选出适用于测量所述构件的要测量的几何特征的缩小测量范围，则特别是通过对光学测量系统的光谱带宽的限制来调节这个缩小测量范围。
36、所述缩小测量范围可以配设有第一光谱带宽范围和/或第二光谱带宽范围。因此，所述缩小测量范围可以配设有一个单独的光谱带宽范围或多个光谱带宽范围。特别是可以规定：在所述测量开始之前，在两个或更多个光谱带宽范围之间选出，所述带宽范围原则上适用于所要求的测量任务。
37、可以规定：对于所缩小测量范围的每个波长，相对辐射功率大于阈值。目前，阈值i1处于100%的最大强度的1.3%。对此，应示意性地理解按照图5的图表，因为阈值i1没有在1.3%处画出。
38、例如可以规定：所述阈值处于100%的最大强度的1.3%附近。备选地可以规定：所述阈值处于100%的最大强度的2%附近。
39、可以规定：所述不均匀光谱具有两个或更多个连续的光谱带宽范围，所述光谱带宽范围处于对于测量必需的强度的预定阈值以上，所述强度之前示例性地已经以最大可能强度的1.3%或2%用数字标明表示。
40、可以规定：根据所述测量任务选出用于测量的光谱带宽范围。因为对于所述光谱带宽范围内的每个光谱带宽范围得出特定的传递函数，所述传递函数给出：可以以相关的光谱带宽范围覆盖用于光学距离测量的哪个深度测量范围。例如可以出现以下情况，即，对于200nm至400nm的带宽范围得出仅0mm至0.1mm的深度测量范围，然而相关的测量任务要求至少0.0mm至0.5mm的测量范围。与此对应地，对于这个测量任务例如400nm至800nm的带宽范围是适用的，所述带宽范围可以转化为恰好0.0mm至0.5mm的这个深度测量范围。
41、所述坐标测量机可以具有控制装置，所述控制装置设立用于将光源的理论强度调节到在缩小测量范围之内的最大可能强度的50%。以这种方式，当需要时，可以在用于检测单个的测量点的测量期间提高或降低在缩小测量范围之内的强度，以便可靠地检测相关的测量点。
42、如果目前提到测量任务或所要求的测量任务，则在此涉及对所述构件上的一个或多个几何特征的所规定的测量。另外，可以测量一系列构件，分别在相关系列的相应的构件上测量一个或多个几何特征。因此，所述测量任务可以具有对构件的单次测量或对一系列构件的系列测量。
43、可以规定：所述坐标测量机具有三个线性轴线，以用于实施所述构件与所述光学测量系统之间的相对运动，特别是在所述测量期间借助于所述线性轴线中的至少一个线性轴线实施相对运动。所述三个线性轴线特别是可以按照笛卡尔坐标系的型式相对于彼此正交地设置，并且因此设立用于沿三个相对于彼此正交取向的空间方向实施相对运动。特别是可以规定：所述三个线性轴线带有光学测量系统，从而所述光学测量系统能借助于所述三个线性轴线相对于所述要测量的构件运动或者说进给。
44、可以规定：所述坐标测量机具有用于实施旋转构件运动的旋转轴线，特别是在所述测量期间实施所述构件的旋转。
45、可以规定：所述坐标测量机具有触觉传感器、特别是具有包括探测球头的测量探头。
46、可以规定：所述构件具有齿部或是齿轮，如锥齿轮、圆柱齿轮等等。
47、可以规定：所述构件是旋转对称或者说转动对称的。亦即所述构件具有中心点或者说旋转轴线，并且所述构件的几何形状能够通过绕这个点或者说这个旋转轴线的旋转来映入到自身上。为此的示例例如是星形的构件或之前提到的齿轮。原则上，很多规则的多边形、如三角形、四角形、五角形也是旋转对称的。
48、可以规定：所述构件具有在测量之前已知的外径和/或在测量之前已知的内径。只要所述构件是齿轮，则例如可以规定：所述齿轮的齿顶圆直径和/或齿根圆直径在测量之前已知。
49、可以在考虑一个预先已知的几何特征或多个预先已知的几何特征的情况下进行对所述光学测量系统的缩小测量范围的确定，所述几何特征特别是选自以下列出的齿部特征：模数、齿数、倾斜角、螺旋方向、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿顶锥角、齿根锥角、螺旋角、螺旋线方向、齿距。
50、可以规定：测量一个要测量的几何特征或多个要测量的几何特征，所述几何特征特别是选自以下列出的齿部特征：轮廓线、齿向、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿距。
51、可以规定：确定所述测量的测量值中的一个偏差或多个偏差，所述偏差特别是选自以下目录：螺距偏差、交叠、轮廓线偏差、齿向偏差、轮廓角偏差、齿向角偏差、扭曲、纵向凸度、轮廓凸度、修缘、端部修形。
52、所述光学测量系统可以具有共焦彩色距离传感器。所述共焦彩色距离传感器特别是点传感器。特别是可以通过所述点传感器依次测量单个的测量点。可以与其他的测量点取关地且分开地借助于点传感器能检测每个单独的测量点。亦即借助于点传感器特别是可以实现：检测单独的测量点，而不同时检测其他测量点。每个单独的测量点可以配设有三个空间坐标，并且更确切地说例如是笛卡尔坐标系x-y-z中的x值、y值和z值。
53、可以规定：用于光学距离测量的所述点传感器具有深度分辨率。例如可以沿着点传感器的光轴看在沿着光轴的深度测量范围内测量深度、即经光学探测的表面或者说齿侧沿着光轴在预定坐标系中的距离、例如与预定坐标系的原点或其他几何参考、如透镜等等的位置的距离。可以规定：一维地沿着光轴进行所述距离测量并且借助所述光学测量系统的位置计算三维测量值。
54、可以规定：所述深度测量范围覆盖至少0.5mm、特别是至少2mm。可以规定：所述深度测量范围小于15mm。特别是可以规定：所述深度测量范围大于等于0.5mm并且小于或等于15mm、特别是大于或等于2mm并且小于或等于15mm。
55、例如可以沿着点传感器的光轴看在几厘米或几毫米的深度测量范围内或在小于一毫米的深度测量范围内沿着光轴测量深度、即经光学探测的表面或者说齿侧沿着光轴在预定坐标系中的距离，例如与预定坐标系的原点或其他几何参考、如透镜等等的位置的距离。借助点传感器的距离信息特别是可以产生三维的测量点，可以考虑坐标测量机的轴线位置的信息，所述坐标测量机带有光学的点传感器。可以规定：一维地沿着光轴进行所述距离测量并且借助所述光学测量系统的位置计算三维测量值。
56、按照第二方面，本发明涉及一种坐标测量机，所述坐标测量机设立用于实施按照本发明的方法。
1.方法，所述具有以下方法步骤：
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，
3.按照权利要求2所述的方法，
4.按照权利要求3所述的方法，
5.按照权利要求3或4所述的方法，
6.按照权利要求3至5中任一项所述的方法，
7.按照权利要求2至6中任一项所述的方法，
8.按照权利要求2至7中任一项所述的方法，
9.按照权利要求2至8中任一项所述的方法，
10.按照权利要求9所述的方法，
11.按照权利要求9或10所述的方法，
12.按照权利要求9至11中任一项所述的方法，
13.按照上述权利要求中任一项所述的方法，
14.按照权利要求13所述的方法，
15.按照权利要求14所述的方法，
16.按照权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，
17.按照权利要求1至16中任一项所述的方法，
18.按照权利要求1至17中任一项所述的方法，
19.按照权利要求1至18中任一项所述的方法，
20.坐标测量机，
