WO1997001742A1 - System for the two-dimensional measurement of flat objects - Google Patents
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- WO1997001742A1 WO1997001742A1 PCT/EP1996/002774 EP9602774W WO9701742A1 WO 1997001742 A1 WO1997001742 A1 WO 1997001742A1 EP 9602774 W EP9602774 W EP 9602774W WO 9701742 A1 WO9701742 A1 WO 9701742A1
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Classifications
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Definitions
- Flat objects in the sense of the present invention are understood to mean all three-dimensional objects with at least one sufficiently flat surface.
- the lighting is chosen in particular in such a way that the overall contour (projection contour) of the object to be measured is measured.
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Abstract
The invention concerns a method and device for optically measuring a two-dimensional contour of three-dimensional objects. The device comprises at least one image pick-up arrangement, an evaluating and control arrangement, a storage arrangement and an illumination arrangement. Measuring can be carried out both by the transmitted light process and by the incident light process. The contour facing the image pick-up arrangement and the projection contour can be measured.
Description
System zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte System for the two-dimensional measurement of flat objects
Auf verschiedenen Gebieten der Technik ist es notwendig, plane Objekte, wie Stanzteile, Dichtungen oder Leiterplat¬ ten, genau zu vermessen. Hinzu kommt, daß die Bedeutung der Produkthaftung ebenso wie der Kostendruck stetig wächst und somit die Ansprüche an den Nachweis der Qua¬ lität steigen.In various fields of technology, it is necessary to precisely measure flat objects, such as stamped parts, seals or printed circuit boards. Added to this is the fact that the importance of product liability and cost pressure are increasing steadily and thus the demands on the proof of quality are increasing.
Als plane Objekte im Sinne der vorliegenden Erfindung werden alle dreidimensionalen Objekte mit wenigstens einer ausreichend planen Fläche verstanden. Wie die folgendeFlat objects in the sense of the present invention are understood to mean all three-dimensional objects with at least one sufficiently flat surface. Like the following
Beschreibung zeigen wird, kommt es erfindungsgemäß nicht wesentlich darauf an, wie eben dies "plane" Fläche tat¬ sächlich ist. Wichtig ist nur, daß das Objekt sich zur Messung erfindungsgemäß positionieren läßt. Zweidimen- sionale Bild- oder Informationsdarstellungen, wie z.B.Description will show, it is not essential according to the invention how exactly this "flat" surface is actually. It is only important that the object can be positioned according to the invention for the measurement. Two-dimensional image or information displays, such as
Photographien, Karten, Chromatogramme oder DNA-Plots sind keine dreidimensionalen Objekte im Sinne der vorliegenden Erfindung, auch wenn diese auf einen Träger aufgebracht sind, der ihnen einen dreidimensional-körperlichen Charak- ter verleiht.Photographs, maps, chromatograms or DNA plots are not three-dimensional objects in the sense of the present invention, even if they are applied to a carrier which gives them a three-dimensional physical character.
Die zur Vermessung obengenannter planer Objekte zur Zeit verwendeten Meßmaschinen sind häufig hochgenaue drei¬ dimensionale Meßmaschinen, die nicht nur sehr kostspielig, sondern auch sehr kompliziert in der Bedienung sind.The measuring machines currently used to measure the above-mentioned planar objects are often highly precise three-dimensional measuring machines which are not only very expensive but also very complicated to operate.
Da es für die obengenannten Objekte zum Nachweis der Fer¬ tigungsqualität völlig ausreichend ist, eine Toleranz- bzw. Dimensionskontrolle durch eine zweidimensionale Ver- messung durchzuführen, sind die dreidimensionalen Meß-
maschinen zur Durchführung dieser Vermessung zwar geeig¬ net, weisen aber Anwendungsmöglichkeiten auf, die für die zweidimensionale Vermessung überhaupt nicht notwendig und daher nutzlos sind. Sie können daher bei der zweidimen¬ sionalen Vermessung planer Objekte nicht voll ausgelastet und somit nicht kostengünstig betrieben werden.Since it is completely sufficient for the above-mentioned objects to demonstrate the production quality, a tolerance or dimension control by means of a two-dimensional measurement is sufficient, the three-dimensional measurement Although machines are suitable for carrying out this measurement, they have possible uses which are not necessary at all for the two-dimensional measurement and are therefore useless. They can therefore not be fully utilized in the two-dimensional measurement of flat objects and therefore cannot be operated cost-effectively.
Auch sind zweidimensionale Meßmaschinen bekannt, die ent- weder mechanisch antastend oder optisch berührungslosTwo-dimensional measuring machines are also known, which are either mechanically probing or optically contactless
Teile wie dreidimensionale Koordinatenmaschinen vermessen. Meßmaschinen dieser Art sind im wesentlichen gekennzeich¬ net durch aufwendige Präzisionsmechanik in Verbindung mit hochgenauen Längenmaßstäben und genauen Antriebselementen.Measure parts like three-dimensional coordinate machines. Measuring machines of this type are essentially characterized by complex precision mechanics in connection with high-precision length scales and precise drive elements.
Weiterhin sind auch Profilprojektoren und Meßmikroskope in der Meßtechnik zur Vermessung zweidimensionaler Konturen eingeführt. Diese manuellen, nicht reproduzierbaren Tech¬ niken, deren Präzision von der jeweiligen Tagesform des Maschinenbedieners abhängig sind, benötigen außergewöhn¬ lich hohe Meßzeiten im Stundenbereich für die Vermessung nur eines Werkstückes. Automatische, CNC-gesteuerte Pro¬ jektoren arbeiten ähnlich wie zweidimensionale Koordina- tenmeßmaschinen und repräsentieren ebenfalls den Stand einschlägiger Technologie.Profile projectors and measuring microscopes have also been introduced in measuring technology for measuring two-dimensional contours. These manual, non-reproducible techniques, the precision of which depends on the particular daily form of the machine operator, require exceptionally long measuring times in the hour range for the measurement of only one workpiece. Automatic, CNC-controlled projectors work similarly to two-dimensional coordinate measuring machines and also represent the state of the relevant technology.
Allen genannten Meßsystemen, die den Stand der gegenwär¬ tigen Technik repräsentieren, sind hohe Stückkosten gemein, die aus hohen Anschaffungskosten in Verbindung mit langen Ausricht- und Justierzeiten und langen Meßzeiten resultieren.All of the measuring systems mentioned, which represent the state of the art, have high unit costs in common, which result from high acquisition costs in connection with long alignment and adjustment times and long measuring times.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor¬ richtung zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte anzugeben, die hochgenau, für schnelle Vermessung insbe¬ sondere kleiner, komplizierter Objekte geeignet und gleichzeitig außergewöhnlich kostengünstig ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte.The invention is therefore based on the object of specifying a device for the two-dimensional measurement of planar objects which is highly precise, suitable for rapid measurement, in particular of small, complicated objects, and at the same time is extraordinarily inexpensive. Another object of the present invention is to provide a method for the two-dimensional measurement of flat objects.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, umfassend wenistens eine Bildaufnahmeeinrichtung zur Erfassung der Kontur des dreidimensionalen Objekts bzw. der damit korrespondierenden Meßpunkte, eine Aus¬ werte- und Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Bildauf- nahmeeinrichtung und Aufnahme und Auswertung der von der Bildaufnahmeeinrichtung erzeugten Bildinformation, wobei die Einrichtung über eine Teach-in-Funktion verfügt, eine Einrichtung zur Speicherung und Bereitstellung von Me߬ werten, Kalibrier- und Korrekturparametern, Meßprogrammen sowie Sollwerten für die zu vermessende Kontur bzw. Me߬ punkte, eine Beleuchtungseinrichtung und optional eine Bildausgabeeinrichtung zur Kontrolle des Meßvorgangs und der Meßergebnisse.The object is achieved according to the invention by a device comprising at least one image recording device for recording the contour of the three-dimensional object or the measuring points corresponding thereto, an evaluation and control device for controlling the image recording device and recording and evaluating the image information generated by the image recording device , the device having a teach-in function, a device for storing and providing measured values, calibration and correction parameters, measurement programs and setpoints for the contour or measuring points to be measured, a lighting device and optionally an image output device for Control of the measuring process and the measuring results.
Vorzugsweise liegt die zu vermessende zweidimensionale Kontur bzw. liegen die damit korrelierenden Meßpunkte in einer Ebene, die durch eine ausreichend plane Fläche des zu vermessenden dreidimensionalen Objektes gebildet wird. Dies kann natürlich auch eine gedachte Fläche sein, die teilweise im zu vermessenden Objekt liegt.Preferably, the two-dimensional contour to be measured or the measuring points correlating therewith lie in a plane which is formed by a sufficiently flat surface of the three-dimensional object to be measured. Of course, this can also be an imaginary surface that is partly in the object to be measured.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur opto¬ elektronischen, zweidimensionalen Vermessung planer Objekte, umfassend einen Rechner mit Betriebssoftware und Bildverarbeitungsleiterplatte, eine Bedieneroberfläche mit entsprechender Software, eine Tastatur und/oder eine Maus zur Bedienung des Systems, einen Bildschirm zur Darstel¬ lung des zu vermessenden, planen Objektes und zum Einlesen des Meßprogramms über Teach-in-Funktionen und eine oder mehrere Meßstationen mit jeweils einer entsprechenden analogen oder digitalen Kamera zur Erfassung des oder der
zu vermessenden, planen Objekte und deren Konturen.In a preferred embodiment, the object is achieved according to the invention by a device for opto-electronic, two-dimensional measurement of flat objects, comprising a computer with operating software and image processing circuit board, a user interface with corresponding software, a keyboard and / or a mouse for operating the system, and a screen for displaying the planar object to be measured and for reading in the measuring program via teach-in functions and one or more measuring stations, each with a corresponding analog or digital camera for recording the or the plan objects and their contours to be measured.
Grundsätzlich sind für die Optik der Bildaufnahmeeinrich¬ tung alle Arten von Objektiven für abbildende Vorrichtun- gen, wie z.B. Achromate, Apochromate oder Anastigmate geeignet. Derartige Objektive führen aber eventuell bau¬ artbedingt zu Abbildungsfehlern, wobei diese Aberrationen zu einer Verschlechterung der Meßgenauigkeit bzw. zu Meßfehlern führen.Basically, all types of lenses for imaging devices, such as e.g. Achromats, apochromats or anastigmates are suitable. Such lenses, however, may lead to imaging errors due to their design, these aberrations leading to a deterioration in the measuring accuracy or to measuring errors.
Besonders vorteilhaft ist daher die Verwendung eines tele- zentrischen Objektivs, da dieses eine konstante Bildgröße für unterschiedliche Objektentfernungen sicherstellt und damit das Meßergebnis nicht durch die Tiefenausdehnung des Objektes oder seiner Positionsgenauigkeit beeinflußt wird.The use of a telecentric lens is therefore particularly advantageous, since this ensures a constant image size for different object distances and thus the measurement result is not influenced by the depth of the object or its positional accuracy.
Obwohl dieses System sowohl mit Auflicht als auch mit Durchlicht messen kann, hat sich die Messung im Durch¬ lichtverfahren als vorteilhaft erwiesen, was durch Ver- wendung einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung sicher¬ gestellt ist.Although this system can measure both with incident light and with transmitted light, the measurement in the transmitted light method has proven to be advantageous, which is ensured by using a transmitted light illumination device.
In diesen Ausfuhrungsformen wird die Beleuchtung insbeson¬ dere so gewählt, daß die Gesamtkontur (Projektionskontur) des zu vermessenden Objekts vermessen wird.In these embodiments, the lighting is chosen in particular in such a way that the overall contour (projection contour) of the object to be measured is measured.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die, die kontur¬ bildenden Seiten des Objektes parallel zu der optischen Achse einer telezentrischen Optik bzw. senkrecht zu der Auflage ausgerichtet sind.It is particularly advantageous if the contour-forming sides of the object are aligned parallel to the optical axis of a telecentric lens or perpendicular to the support.
Für die Beleuchtungseinrichtung können Diffuslicht- und Direktquellen verwendet werden. Bevorzugt ist eine tele- zentrische Beleuchtung.Diffuse light and direct sources can be used for the lighting device. Telecentric lighting is preferred.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird im Auflichtverfahren gemessen, wobei die der Bildaufnähmeein-
richtung zugewandte Kontur vermessen wird. Dies kann vor¬ teilhafterweise erreicht werden, indem die Beleuchtungs¬ einrichtung das zu vermessende Objekt so beleuchtet, daß sich die der Bildaufnahmeeinrichtung zugewandte Fläche hell von dem dunklen Hintergrund und dem Rest des Objektes abhebt und so den zu Messung notwendigen Kontrast erzeugt.In a further embodiment of the invention, measurements are carried out using the incident light method, with the image recording direction facing contour is measured. This can advantageously be achieved in that the illuminating device illuminates the object to be measured in such a way that the surface facing the image capturing device stands out brightly from the dark background and the rest of the object and thus generates the contrast necessary for the measurement.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Durchlicht- messung und die Auflichtmessung so kombiniert, daß sie aufeinanderfolgend dasselbe Objekt vermessen. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Vermessung von sich ver¬ jüngenden Objekten, die zwei gegenüberliegende plane Flächen mit unterschiedlichen Ausmaßen aufweisen, wie z.B. Kegel. Hierbei können in einem Arbeitsgang von dem Objekt sowohl die Basisfläche (Projektionsfläche) im Durchlicht als auch die Stirnfläche im Auflicht vermessen werden. Durch eine Rückkopplung der Beleuchtungseinrichtung mit der Auswerteeinrichtung wird die dabei gegebenenfalls auftretende Kontrastinversion bei der Auswertung berück- sichtigt.In a further embodiment, the transmitted light measurement and the incident light measurement are combined in such a way that they successively measure the same object. This is particularly advantageous when measuring tapered objects that have two opposing flat surfaces with different dimensions, such as Cone. Both the base surface (projection surface) in transmitted light and the front surface in incident light can be measured from the object in one operation. Feedback of the lighting device to the evaluation device takes account of the contrast inversion that may occur in the evaluation.
Zur Darstellung eines Meßplatzes als "Stand-alone"-Lösung oder als in eine Fertigungsstraße integriertes und auto¬ matisches Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsmeß- system in Realtime ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zum Auflegen des planen Objektes und dessen automatischen Transport in die Meßebene zu verwenden, wobei die Vorrich¬ tung bevorzugt einen elektromotorischen Antrieb aufweist und die Vermessung der planen Objekte im Bildfeld der optoelektronischen Konstellation durchführbar ist.To display a measuring station as a "stand-alone" solution or as an automatic high-speed and high-precision measuring system integrated in a production line in real time, it is advantageous to use a device for placing the flat object and its automatic transport into the measuring plane , the device preferably having an electromotive drive and the measurement of the planar objects in the image field of the optoelectronic constellation can be carried out.
Der Transport der zu vermessenden Objekte in die Meßebene erfolgt vorzugsweise über einen "Slider" .The objects to be measured are transported into the measuring plane preferably via a "slider".
Die Vorrichtung erlaubt Meßgeschwindigkeiten bis zu > 50 Messungen pro Sekunde. Die hohe Meßgeschwindigkeit ermög¬ licht auch in der Massenproduktion eine 100%ige Ausgangs-
bzw. Zwischenkontrolle von Werkstücken, d.h. jedes Werk¬ stück wird einer Qualitätskontrolle unterzogen. Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, die üblicherweise nur eine stich- probenartige Qualitätskontrolle zulassen.The device allows measurement speeds of up to> 50 measurements per second. The high measuring speed also enables 100% output in mass production. or intermediate inspection of workpieces, ie each workpiece is subjected to a quality control. This is a particular advantage over the devices according to the prior art, which usually only permit random quality control.
Damit die Programmierung des Meßvorgangs über den Bild¬ schirm durch Teach-in erreicht wird, kann die Vorrichtung zusätzlich noch eine Scanfunktion zur Erfassung, Abspei- cherung, Verarbeitung und Wiederverwendung beliebiger Konturen aufweisen.In order that the programming of the measuring process can be achieved via teach-in on the screen, the device can additionally have a scan function for the acquisition, storage, processing and reuse of any contours.
Die Verwendung eines vibrationsgedämpften und staubdichten Gehäuses für die Meßstation ist dann empfehlenswert, wenn diese Vorrichtung in nicht hochreinen Fertigungsstraßen verwendet wird, da Staubpartikel zu sehr großen Meßverfäl¬ schungen führen können, die bei einer Meßgenauigkeit von typischer Weise ≤ ± 2 μm sehr schnell gegeben ist.The use of a vibration-damped and dust-tight housing for the measuring station is recommended when this device is used in production lines that are not very clean, since dust particles can lead to very large measuring errors, which is very quickly given a measuring accuracy of typically ± ± 2 μm .
Mit Hilfe der Erfindung ist die schnelle Vermessung kleiner und komplizierter, zweidimensionaler Objekte präzise, schnell und vor allen Dingen kostengünstig durchführbar.With the aid of the invention, the quick measurement of small and complicated, two-dimensional objects can be carried out precisely, quickly and, above all, inexpensively.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform für die Vorrichtung und das damit durchführbare Verfahren.Further advantages and features of the invention result from the description of a preferred embodiment for the device and the method that can be carried out with it.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur zweidimensionalen Vermessung kleiner Objekte besteht aus einem Rechner, typischerweise einem PC mit Betriebssoftware und Bildver¬ arbeitungsleiterplatte, sowie mit Software für die Bedie¬ neroberfläche. Die Bedienung dieser Vorrichtung erfolgt über eine alphanumerische Tastatur und eine Maus. Die Dar- Stellung eines zu vermessenden Objektes erfolgt über einen Bildschirm. Über diesen Bildschirm kann die Programmierung des Meßvorgangs durch Teach-in erfolgen. Dabei werden alle
notwendigen Merkmale für die zweidimensionale Meßtechnik programmiert. Weiterhin ist ein geeigneter, mechanischer Aufbau vorhanden zur Aufnahme eines vorzugsweise telezen- trischen Objektivs in Verbindung mit einer entsprechenden analogen oder digitalen Kamera zur Erfassung des Objektes und dessen Konturen. Diese Teile sind in einem vibrations- gedämpften und staubdichten Gehäuse angeordnet.One embodiment of the device for the two-dimensional measurement of small objects consists of a computer, typically a PC with operating software and image processing circuit board, as well as software for the operator surface. This device is operated using an alphanumeric keyboard and a mouse. An object to be measured is displayed on a screen. The programming of the measuring process can be done via teach-in on this screen. In doing so, everyone programmed necessary features for the two-dimensional measurement technology. Furthermore, a suitable, mechanical structure is available for holding a preferably telecentric lens in connection with a corresponding analog or digital camera for capturing the object and its contours. These parts are arranged in a vibration-damped and dustproof housing.
Die Vermessung des ebenen Objektes wird vorzugsweise im Durchlicht, typischerweise in Realtime, innerhalb dieses Gehäuses bzw. dieser Meßstation durchgeführt. Selbstver¬ ständlich können mehrere Meßstationen einem System zur Vermessung planer Objekte zugeordnet sein.The measurement of the flat object is preferably carried out in transmitted light, typically in real time, within this housing or this measuring station. Of course, several measuring stations can be assigned to a system for measuring flat objects.
Pro Meßstation ist vorzugsweise eine Durchlichtbeleuch- tungseinrichtung, eine Vorrichtung zum Auflegen der Ob¬ jekte und deren automatischer Transport vorgesehen, wobei typischerweise diese Vorrichtung einen elektromotorischen Antrieb aufweist und das Objekt automatisch in die Meß- ebene hinein und wieder heraus transportiert.A transmitted-light illumination device, a device for placing the objects and their automatic transport are preferably provided for each measuring station, this device typically having an electric motor drive and automatically transporting the object into and out of the measuring plane.
Diese Vorrichtung ist für die Darstellung eines Meßplatzes als "Stand-alone"-Lösung oder als in eine Fertigungsstraße integriertes und automatisiertes Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsmeßsystem in Realtime geeignet.This device is suitable for the display of a measuring station as a "stand-alone" solution or as an automated and integrated high-speed and high-precision measuring system integrated in a production line in real time.
Die Vermessung der Teile erfolgt im Bildfeld der optischen Konstellation, das heißt, Ausrüstung des Systems mit vor¬ zugsweise telezentrischen Objektiven unterschiedlichen Bildfeldes und in Kombination mit Kameras und deren CCD- Chips-Variationen ermöglichen eine Anpassung auf Kunden- meßerfordernisse εowie die Einstellung der Meßgenauigkeit.The parts are measured in the image field of the optical constellation, that is to say equipping the system with preferably telecentric lenses of different image fields and in combination with cameras and their CCD chip variations enable adaptation to customer measurement requirements and adjustment of the measurement accuracy.
Die Vorrichtung ist rechnergestützt und CNC-gesteuert und kann damit die Vermessung vollautomatisch durchführen. Der Bedienrechner besteht aus einem Monitor, einer Maus oder Joystick und einer alphanumerischen Tastatur. Im Bedien-
rechner ist auch die meßsystemspezifische Software in¬ tegriert, wobei die graphische Bedieneroberfläche die Funktionalität des Systems bestimmt. Der Bedienrechner kann auch in ein EDV-Netzwerk integriert werden und den so entstehenden Datenverbund nutzen.The device is computer-aided and CNC-controlled and can therefore carry out the measurement fully automatically. The operating computer consists of a monitor, a mouse or joystick and an alphanumeric keyboard. In the operating The measuring system-specific software is also integrated into the computer, the graphical user interface determining the functionality of the system. The operator computer can also be integrated into an EDP network and use the resulting data network.
Einmal erstelle Meßprogramme können abgespeichert und jederzeit wieder aufgerufen werden, um gleichartige Teile ohne erneut zu erstellende Meßprogramme/Teach-in vermessen zu können.Once created, measuring programs can be saved and called up again at any time in order to measure similar parts without having to create new measuring programs / teach-in.
Neben dem Betrieb als Meßsystem ist auch das Scannen unbe¬ kannter Konturen möglich, um so z.B. die Eingangsdaten einer CNC-gesteuerten Laserschneidemaschine zu gewinnen.In addition to operation as a measuring system, it is also possible to scan unknown contours, e.g. to obtain the input data of a CNC-controlled laser cutting machine.
Das beschriebene System weist eine Meßgenauigkeit von typischerweise ≤ ± 2 μm auf.The system described has a measuring accuracy of typically ≤ ± 2 μm.
Das Verfahren zur zweidimensionalen Vermessung planer Ob- jekte mit dieser Vorrichtung beginnt mit dem Auflegen des zu vermessenden Objektes auf die Objektauflage, wobei die Vorrichtung keinerlei spezielle Ausrichtung des zu vermes¬ senden Objektes benötigt. Anschließend wird die Lageer¬ kennung mit Hilfe einer geeigneten Einrichtung und/oder Software durchgeführt. Das Ergebnis kann als digitales Bild auf einem Display dargestellt werden.The method for the two-dimensional measurement of flat objects with this device begins with the placement of the object to be measured on the object support, the device not requiring any special alignment of the object to be measured. The position detection is then carried out with the aid of a suitable device and / or software. The result can be shown as a digital image on a display.
Die anschließende Meßpunktaufnahme erfolgt entweder manuell, dann durch Ansteuern gewünschter Meßpunkte mit einer Maus, wobei der Fangbereich des Cursors lediglich in die Nähe der zu vermessenden Werkstück- bzw. Objektkante zu plazieren ist, oder auch automatisch mit Hilfe des Rechners, wenn dem Rechner bekannte Objekte vermessen werden sollen.The subsequent measurement point recording is done either manually, then by actuating the desired measurement points with a mouse, the catch area of the cursor is only to be placed in the vicinity of the workpiece or object edge to be measured, or automatically using the computer if the computer knows known objects should be measured.
Sowohl die Meßpunktaufnahme als auch die sich daran an¬ schließende Messung kann unter Verwendung eines Kanten-
findungs- (Edgefinding) und eines Unterrasterpunkt- Algorithmus (Subpixeling) durchgeführt werden.Both the measurement point recording and the measurement following it can be made using an edge find- (Edgefinding) and a sub-grid point algorithm (subpixeling).
Die eventuell auftretenden mechanischen und optischen Fehler der spezifischen Meßmaschine bzw. des spezifischen Meßsystems werden mit einem geeigneten Kalibrierverfahren ermittelt und entsprechend kompensiert. Dabei ist es vor¬ teilhaft, die ortsabhängigen Korrekturdaten in einer systemimmanenten Datenbank oder Speichereinrichtung abzu- legen, so daß die ortsspezifischen Daten der Objektkanten mit den in dieser Datenbank abgelegten Werten korrigiert werden können.The possible mechanical and optical errors of the specific measuring machine or the specific measuring system are determined using a suitable calibration method and compensated accordingly. It is advantageous here to store the location-dependent correction data in a system-inherent database or storage device, so that the location-specific data of the object edges can be corrected with the values stored in this database.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des er- findungsgemaßen Verfahrens können auch höchste Ansprüche an den Nachweis der Qualität befriedigt werden. Dabei wird das Erstellen neuer Meßprogramme durch die graphische Benutzeroberfläche auf Window-Basis optimal unterstützt. Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil der voll- automatischen und berührungslosen Vermessung. So können auch CAD-Daten zur Erstellung eines Meßprogramms einge¬ lesen und SPC-Daten ausgegeben werden, wobei noch die zusätzliche Möglichkeit der Integration durch CAQ-Anwen- dungen besteht. Das erfindungsgemäß computergesteuerte Meßsystem bzw. Meßverfahren mit hoher Meßgenauigkeit inWith the aid of the device according to the invention or the method according to the invention, even the highest demands on the proof of quality can be satisfied. The creation of new measurement programs is optimally supported by the graphical user interface based on windows. The solution according to the invention offers the advantage of fully automatic and contactless measurement. In this way, CAD data for the creation of a measuring program can also be read in and SPC data can be output, with the additional possibility of integration by CAQ applications. The computer-controlled measuring system or measuring method according to the invention with high measuring accuracy in
Verbindung mit außergewöhnlicher Meßgeschwindigkeit garan¬ tiert reproduzier- und protokollierbare Messungen bei höchster Wirtschaftlichkeit.
Combination with exceptional measuring speed guarantees reproducible and recordable measurements with the highest economy.
Claims
1. Vorrichtung zur optischen Vermessung einer zwei¬ dimensionalen Kontur bzw. der damit korrelierenden Me߬ punkte von dreidimensionalen Objekten, bestehend aus wenigstens einer Bildaufnahmeeinrichtung zur Erfassung der Kontur bzw. der damit korrelierenden Meßpunkte, einer Auswerte- und Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Bildaufnahmeeinrichtung und Aufnahme und Auswer¬ tung der von der Bildaufnahmeeinrichtung erzeugten Bildinformationen, wobei die Einrichtung über eine Teach-in-Funktion verfügt, einer Einrichtung zur Speicherung und Bereitstellung von Meßwerten, Kalibrier- und Korrekturparametern, Meßprogrammen sowie Soll-Werten für die zu vermes- sende Kontur, einer Beleuchtungseinrichtung zur Schaffung von hin¬ reichend kontrastreichen Beleuchtungsverhältnissen, sowie optional einer Bildausgabeeinrichtung zur Kon¬ trolle des Meßvorganges und der Meßergebnisse durch einen Bediener.1. Device for the optical measurement of a two-dimensional contour or the correlating measuring points of three-dimensional objects, consisting of at least one image recording device for detecting the contour or the correlating measuring points, an evaluation and control device for controlling the image recording device and recording and evaluation of the image information generated by the image recording device, the device having a teach-in function, a device for storing and providing measurement values, calibration and correction parameters, measurement programs and setpoint values for the contour to be measured, a lighting device for creating sufficiently high-contrast lighting conditions, and optionally an image output device for checking the measurement process and the measurement results by an operator.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnähmeeinrichtung über eine telezentrische Optik verfügt.2. Device according to claim 1, characterized in that the image recording device has a telecentric optics.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin Einrichtungen zur automatischen Lageerkennung des zu vermessenden Objekts umfaßt.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the device further comprises devices for automatic position detection of the object to be measured.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung zur Durchlichtmessung und/oder zur Auflichtmessung aus¬ gelegt ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the lighting device is designed for transmitted light measurement and / or for incident light measurement.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch wahlweisen Einsatz einer Auflichtbeleuchtung die der Bildaufnahmeeinrichtung zuge¬ wandte Kontur des zu vermessenden Objekts vermessen wird und/oder durch Einsatz der Durchlichtbeleuchtung die Basis- bzw. Projektionskontur des zu vermessenden Objektes vermessen wird.5. The device according to claim 4, characterized in that the contour of the object to be measured facing the image recording device is measured by optional use of incident light illumination and / or the base or projection contour of the object to be measured is measured by using transmitted light illumination.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine oder mehrere Einrich¬ tungen zur manuellen, halbautomatischen oder vollautomati¬ schen Zuführung und/oder Abführung der zu vermessenden Objekte, sowie zur Einbringung der Objekte in die Meßebene umfaßt.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises one or more devices for manual, semi-automatic or fully automatic feeding and / or discharging of the objects to be measured, and for introducing the objects into the measuring plane.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein Slider ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the device is a slider.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weitere Ein¬ richtungen zur Übergabe von Meßwerten und/oder Steuersig¬ nalen an weitere Vorrichtungen, insbesondere zur Selek- tierung und/oder Weiterbearbeitung der zu vermessenden Objekte umfaßt.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises further devices for the transfer of measured values and / or control signals to further devices, in particular for the selection and / or further processing of the objects to be measured.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, gekennzeichnet durch eine Scan-Funktion zur Erfassung, Abspeicherung, Verarbeitung und Wiedergabe beliebiger Konturen .9. Device according to one of the preceding claims, characterized by a scan function for recording, storing, processing and reproducing any Contours.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit einen Kantenfindungs- (Edgefinding) und/oder Unterrasterpunkt- Algorithmus (Subpixeling) verwendet.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit uses an edge finding (edge finding) and / or sub-grid point algorithm (subpixeling).
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildbereich der Bildauf¬ nahmeeinrichtung nur einen Teilbereich des zu vermessenden Objekts erfaßt.11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the image area of the image recording device only detects a partial area of the object to be measured.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, gekennzeichnet durch eine Meßgenauigkeit von typischer¬ weise > ± 2 μm.12. Device according to one of the preceding claims, characterized by a measurement accuracy of typically> ± 2 μm.
13. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der An¬ sprüche 1 bis 12 zur Vermessung von Werkstücken.13. Use of a device according to one of claims 1 to 12 for measuring workpieces.
14. Verfahren zur optischen Vermessung einer zwei- dimensionalen Kontur bzw. der damit korrelierenden Me߬ punkte eines dreidimensionalen Objektes, umfassend die Schritte: die Auflage eines zu vermessenden Objekts auf eine Objektauflagefläche, - eine Bildaufnahme des Objektes durch eine Bildauf¬ nahmeeinrichtung, die Beleuchtung des Objekts durch eine Beleuchtungs- einrichtung während der Bildaufnahme, die Bestimmung der Objektkontur bzw. der Meßpunkte aus den von der Bildaufnahmeeinrichtung erzeugten14. A method for the optical measurement of a two-dimensional contour or the measurement points of a three-dimensional object correlating therewith, comprising the steps: the support of an object to be measured on an object support surface, an image recording of the object by an image recording device, the illumination the object by means of an illumination device during the image recording, the determination of the object contour or the measuring points from those generated by the image recording device
Bildinformationen und Erzeugung von digitalen Kontur¬ bzw. Meßpunktinformationen als Ist-Werte, den Vergleich der gewonnenen Ist-Werte mit vorgegebe¬ nen Soll-Werten, gegebenenfalls unter Hinzuziehung von Korrekturparametern, die Weitergabe des Vergleichsergebnisses an eine Ausgabeeinrichtung.Image information and generation of digital contour or measurement point information as actual values, the comparison of the actual values obtained with predetermined target values, possibly with the aid of correction parameters, the forwarding of the comparison result to an output device.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur- bzw. Meßpunktbe¬ stimmung unter Verwendung von Kantenfindungs- (Edgefin- ding) und/oder Unterrasterpunkt-Algorithmen (Subpixeling) durchgeführt wird.15. The method according to claim 14, characterized in that the contour or Meßpunktbe¬ determination using edge finding (edge finding) and / or sub-grid point algorithms (subpixeling) is carried out.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch die Verwendung einer telezentrischen Optik für die Bildaufnahmeeinrichtung.16. The method according to claim 14 or 15, characterized by the use of a telecentric optics for the image recording device.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß nach Auflage des Objektes auf die Objektauflage eine Lageerkennung durchgeführt wird.17. The method according to any one of claims 14 to 16, characterized in that after the object is placed on the object support, a position detection is carried out.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Auflichtbe¬ leuchtung.18. The method according to any one of claims 14 to 17, characterized by the use of incident light.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Durchlicht- beleuchtung.19. The method according to any one of claims 14 to 17, characterized by the use of transmitted light illumination.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe Objekt sowohl mit einer Auflichtbeleuchtung als auch mit einer Durchlicht- beleuchtung vermessen wird.20. The method according to any one of claims 14 to 17, characterized in that the same object is measured with both incident light and transmitted light illumination.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung der Auf- lichtbeleuchtung nur die der Bildaufnahmeeinrichtung zu¬ gewandte Kontur vermessen wird.21. The method according to any one of claims 14 to 17, 19 or 20, characterized in that by using the Auf- light illumination only the contour facing the image recording device is measured.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung weitere Vorrichtungen, insbesondere zur Auswahl oder Weiterbear¬ beitung der zu vermessenden Objekte ansteuert.22. The method according to any one of claims 14 to 21, characterized in that the output device controls further devices, in particular for the selection or further processing of the objects to be measured.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildufnahmeeinrichtung nur das Abbild eines Teils des Objektes erfaßt.23. The method according to any one of claims 14 to 22, characterized in that the image recording device detects only the image of a part of the object.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück vermessen wird. 24. The method according to any one of claims 14 to 23, characterized in that a workpiece is measured.
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