[发明专利]用于测量工件的特征的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于几何地确定工件的特征的方法和设备，其包括图像处理传感器和光学分光器，图像处理传感器具有第一光束路径，所述第一光束路径包括面对待测量工件的至少一个前光学单元，光学分光器被安装在前光学单元的背向工件的一侧。所述光学分光器将第二光束路径连接至图像处理光束路径，形成公共光束路径，并且所述第二光束路径与第二光学传感器相关联，图像处理传感器和第二传感器被设计成直接测量工件的表面。前光学单元被形成为非球面镜和/或具有纵向彩色瑕疵。

技术领域

本发明的目标在于一种用于测量工件的一个或者更多个区域的各个区段上的几何特征和结构的方法。

本发明的另外的目标在于一种用于确定几何特征和/或结构的设备。

背景技术

为了测量复杂几何形状的尺寸，使用各种触觉、触觉光学、光学或者计算断层摄影传感器。优选地，所述传感器在坐标测量机(CMM)中操作，并且也在一个机器中组合多个传感器(多传感器CMM)。

特别地，为了测量所谓的微特征，即诸如在至少一个方向上具有显著小于1毫米的尺寸诸如孔直径或者间隙宽度的孔、凹部、间隙等的特征，需要对应地具有小接触形状元件、诸如球体、盘体、尖端等的传感器。当探针必须进入工件中非常远，使得待测量区段存在于远在特定区域或者特征中的可直接触及表面下方时，出现特定挑战。

这些微特征的典型问题是燃料喷射器上、特别是用于乘用车和商用车辆的柴油燃料喷射器，或者用于乘用车的汽油燃料喷射器上的喷射孔口。喷射孔口通常通过诸如博世(Bosch)公司的DE10360080A1中所述的电火花放电加工(EDM)，或者诸如激光钻孔的激光加工生产。如博世公司的EP2753821A1中所发现的，之后进行硬化。进口半径，即燃料喷射器的内部(下文也称为通道)和喷射孔口之间的过渡部分通常诸如通过研磨膏而磨圆，因此喷射孔口的形状误差减小，或者如西门子公司的WO2004004973A1中所述，通过水侵蚀磨圆法而磨圆。

柴油燃料喷射器的喷射孔口向内成锥形，即其直径增大。使用所谓的锥度系数(K系数)来描述锥角，并且锥度系数(K系数)通常以每1mm长度直径增大10μm步长的尺寸单位给出。因此，K＝1意指对于每毫米的向内深度半径增加10μm。典型的燃料喷射器具有0-7范围内的K系数，例如K＝5。例如，在文献中也存在涉及喷射孔口的进口和出口直径的不同定义。K系数也能够被指示用于汽油燃料喷射器，但是通常指示锥角或者半锥角，因为长度通常小于1mm，并且K系数不实用。汽油燃料喷射器通常具有向外增大直径，该向外增大直径具有从3°至10°，通常为5°的锥角，并且通常在外部区域中具有凹部以扩大喷洒喷口。由于喷射孔口的长度短，即锥轴短，所以为了确定锥角需要非常高的测量精确度。

必须在竖直柱形表面或者接近竖直或者均匀底切的柱形表面，即锥形表面上记录喷射孔口的测量点，并且必须从所述点确定直径、形状误差和粗糙度。由于喷射孔口在约90μm(乘用车的柴油燃料喷射器)或者约250μm(商用车的柴油燃料喷射器)或者约100μm至200μm(乘用车的汽油燃料喷射器)范围内的小直径，以及对于各种深度的直径的约5μm至20μm范围内的低公差，其中最大深度延伸至约0.7mm或者也延伸至1.2mm(乘用车的柴油燃料喷射器)，或者延伸至约1.4mm或者也延伸至约1.5mm(商用车的柴油燃料喷射器)，或者延伸至约0.2mm或者也延伸至约0.4mm(乘用车的汽油燃料喷射器)，所以当前仅通过使用机械探测以所需精确度进行上述过程是可能的，其中仅允许非常小的偏转以便防止轴接触。因此，适合的传感器包括存在于针轴上的接触形状元件(也一起称为针延伸体)，该针轴接触将被测量的工件的区段并且为了记录测量点而偏转。偏转的确定或者是纯触觉的，即通过借助挠曲刚性针轴将偏转传递至针轴上方的传感器单元(评价单元)，或者是光学的，特别是通过捕捉与所述元件相关联或者存在于针轴上的接触形状元件或者目标标记的图像处理传感器。前者触觉传感器是本领域技术人员充分已知的。在申请人的下列说明书中描述了后者触觉/光学传感器。