DE29510334U1

DE29510334U1 - System zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte

Info

Publication number: DE29510334U1
Application number: DE29510334U
Authority: DE
Original assignee: AQS DIMENSIONALE MESTECHNIK GM
Current assignee: AQS DIMENSIONALE MESTECHNIK GM
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2005-06-27
Also published as: WO1997001742A1

Description

MAIWALD & PARtMER

München

Dipi.-Chem. Dr. Walter Maiwald Dip!.-Ing. Axel H. Ch. Draudt

Patentanwälte

European Patent Attorneys

Dipl.-Chem. Dr. Jutta H. Draudt Patentanwältin

Lörrach

in Bürogemeinschaft mit Schulze & Althoff
Anwaltskanzlei
Brühlsrr. 11,79540 Lörrach

(Nur European Patent Attorneys)

Ihr Zeichen Unser Zeichen München

10 334.5 A 7130 14. September 1995

AQS Dimensionale Meßtechnik GmbH

Salzachtal-Bundesstraße Nord 58

Hallein / Salzburg

Österreich

System zur zweidimensionalen
Vermessung planer Objekte

Auf verschiedenen Gebieten der Technik ist es notwendig, plane Objekte, wie Stanzteile, Dichtungen oder Leiterplatten, genau zu vermessen. Hinzu kommt, daß die Bedeutung der Produkthaftung ebenso wie der Kostendruck stetig wächst und somit die Ansprüche an den Nachweis der Qualität steigen.

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Die zur Vermessung obengenannter planer Objekte zur Zeit verwendeten Meßmaschinen sind häufig hochgenaue 3D-Meßmaschinen, die nicht nur sehr kostspielig, sondern auch sehr kompliziert in der Bedienung sind.

Da es für die obengenannten planen Objekte zum Nachweis der Fertigungsqualität völlig ausreichend ist, eine zweidimensionale Vermessung durchzuführen, sind die 3D-Meßmaschinen zur Durchführung dieser Vermessung zwar geeignet, weisen aber Anwendungsmöglichkeiten auf, die für die zweidimensionale Vermessung überhaupt nicht notwendig und daher nutzlos sind. Sie können daher bei der zweidimensionalen Vermessung planer Objekte nicht voll ausgelastet und somit nicht kostengünstig betrieben werden.

Auch sind 2D-Meßmaschinen bekannt, die entweder mechanisch antastend oder optisch berührungslos Teile wie 3D-Koordinatenmaschinen vermessen. Meßmaschinen dieser Art sind im wesentlichen gekennzeichnet durch aufwendige Präzisionsmechanik in Verbindung mit hochgenauen Längenmaßstäben und genauen Antriebselementen.

Weiterhin sind auch Profilprojektoren oder Meßmikroskope in der Meßtechnik zur Vermessung zweidimensionaler Konturen eingeführt. Diese manuellen, nicht reproduzierbaren Systeme, die von der jeweiligen Tagesform des Maschinenbedieners abhängig sind, benötigen außergewöhnlich hohe Meßzeiten im Stundenbereich für die Vermessung nur eines Werkstückes. Automatische, CNC-gesteuerte Projektoren arbeiten ähnlich wie 2D-Koordinatenmeßmaschinen und repräsentieren ebenfalls den Stand einschlägiger Technologie.

Allen genannten Meßsysteme, die den Stand der gegenwärtigen Technik repräsentieren, sind hohe Stückkosten gemein, die aus hohen Anschaffungskosten in Verbindung mit Ausricht- und Justierzeiten und langen Meßzeiten resultieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte anzugeben, das hochgenau, für schnelle Vermessung kleiner, komplizierter Objekte geeignet und gleichzeitig außergewöhnlich kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System zur optoelektronischen, 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 Darstellung 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.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines telezentrischen 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.

Obwohl dieses System sowohl mit Auflicht als auch mit Durchlicht messen kann, hat sich die Messung im Durchlichtverfahren als besonders vorteilhaft erwiesen, was durch Verwendung einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung sichergestellt ist.

Zur Darstellung eines Meßplatzes als "Stand-alone"-Lösung oder als in eine Fertigungsstraße integriertes und automatisches Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsmeßsystem in Realtime ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zum Auflegen des planen Objektes und dessen automatischen Transport in die Meßebene zu verwenden, wobei die Vorrichtung bevorzugt einen elektromotorischen Antrieb aufweist und die Vermessung der planen Objekte im Bildfeld der optoelektronischen Konstellation durchführbar ist.

Sehr kostengünstig kann dieses System dann hergestellt werden, wenn für das Objetiv, die Kamera, den Rechner und die Bildverarbeitungskarten handelsübliche Artikel verwendet werden.

Damit die Programmierung des Meßvorgangs über den Bildschirm durch Teach-in erreicht wird, kann das System zusätzlich noch eine Scanfunktion zur Erfassung, Abspeicherung, Verarbeitung und Wiederverwendung beliebiger Konturen aufweisen.

Die Verwendung eines vibrationsgedämpften und staubdichten Gehäuses für die Meßstation ist dann empfehlenswert, wenn dieses System in nicht hochreinen Fertigungsstraßen verwendet wird, da Staubpartikel zu sehr großen Meßverfälschungen führen können, die bei einer Meßgenauigkeit von typischer Weise s ± 2 &mgr;&khgr;&eegr; sehr schnell gegeben ist.

Mit Hilfe der Erfindung ist die schnelle Vermessung kleiner und komplizierter, zweidimensionaler Objekte präzise, schnell und vor allen Dingen kostengünstig durchführbar.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform für das System und das damit durchführbare Verfahren.

Eine Ausführungsform des Systems zur zweidimensionalen Vermessung kleiner Objekte besteht aus einem Rechner, typischerweise einem PC mit Betriebssoftware und Bildverarbeitungsleiterplatte, sowie mit Software für die Bedieneroberfläche. Die Bedienung dieses Systems erfolgt über eine alphanumerische Tastatur und eine Maus. Die Darstellung 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 telezentrischen Objektivs in Verbindung mit einer entsprechenden analogen oder digitalen Kamera zur Erfassung des Objektes und dessen Konturen, üblicherweise werden diese Teile in einem vibrationsgedämpften und staubdichten Gehäuse angeordnet.

Die Vermessung des ebenen Objektes wird vorzugsweise im Durchlicht, typischerweise in Realtime, innerhalb dieses Gehäuses bzw. dieser Meßstation durchgeführt. Selbstverständlich können mehrere Meßstationen einem System zur Vermessung planer Objekte zugeordnet sein.

Pro Meßstation ist vorzugsweise eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, eine Vorrichtung zum Auflegen der Objekte und deren automatischer Transport vorgesehen, wobei typischerweise diese Vorrichtung einen elektromotorischen Antrieb aufweist und das Objekt automatisch in die Meßebene hinein und wieder heraus transportiert.

Dieses System ist für die Darstellung eines Meßplatzes als "Standalone" -Lösung oder als in eine Fertigungsstraße integriertes und automatisiertes Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsmeßsystern in Realtime geeignet.

Die Vermessung der Teile erfolgt im Bildfeld der optischen Konstellation, das heißt. Ausrüstung des Systems mit vorzugsweise telezentrischen Objektiven unterschiedlichen Bildfeldes und in Kombination mit Kameras und deren CCD-Chips-Variationen ermöglichen eine Anpassung auf Kunden-meßerfordernisse sowie die Einstellung der Meßgenauigkeit.

Besonders vorteilhaft ist es, dieses Meßsystem mit handelsüblichen Komponenten aufzubauen, wobei lediglich die Meßsoftware und die Bedieneroberfläche gemäß den gewünschten Spezifikationen erstellt werden müssen.

Das System 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 Bedienrechner ist auch die meßsystemspezifische Software integriert, 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.

Einmal erstelle Meßprogramme können abgespeichert und jederzeit wieder aufgerufen werden, um gleichartige Teile ohne erneut zu erstellende Meßprogramme/Teach-in vermessen zu können.

Neben dem Betrieb als Meßsystem ist auch das Scannen unbekannter Konturen möglich, um so z.B. die Eingangsdaten einer CNC-gesteuerten Laserschneidemaschine zu gewinnen.

Das beschriebene System weist eine Meßgenauigkeit von typischerweise s ± 2 /xm auf.

Das Verfahren zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte mit diesem System beginnt mit dem Auflegen des zu vermessenden Objektes auf die Objektauflage, wobei das System keinerlei spezielle Ausrichtung des zu vermessenden Objektes benötigt. Anschließend wird die Lageerkennung mit Hilfe einer geeigneten Software durchgeführt. Das Ergebnis kann als digitales Bild auf einem Display dargestellt werden.

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.

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Sowohl die Meßpunktaufnahme als auch die sich daran anschließende Messung wird unter Verwendung eines Kantenfindungs-(Edgefinding) und eines Unterrasterpunkt-Algorithmus (Subpixeling) durchgeführt.

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 vorteilhaft, die ortsabhängigen Korrekturdaten in einer systemimmanenten Datenbank abzulegen, so daß die ortsspezifischen Daten der Objektkanten mit den in dieser Datenbank abgelegten Werten korrigiert werden können.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems bzw. des erfindungsgemäßen 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 vollautomatischen und berührungslosen Vermessung. So können auch CAD-Daten zur Erstellung eines Meßprogramms eingelesen und SPC-Daten ausgegeben werden, wobei noch die zusätzliche Möglichkeit der Integration durch CAQ-Anwendungen besteht. Das erfindungsgemäß computergesteuerte Meßsystem bzw. Meßverfahren mit hoher Meßgenauigkeit in Verbindung mit außergewöhnlicher Meßgeschwindigkeit garantiert reproduzier- und protokollierbare Messungen bei höchster Wirtschaftlichkeit.

Claims

»• ·• · ···· ····•*·····«··> SCHÜTZANSRUCHE

1. System zur optoelektronischen, zweidimensionalen Vermessung planer Objekte, bestehend aus

einem Rechner mit Betriebssoftware und Bildverarbeitungsleiterplatte,

einer Bedieneroberfläche mit entsprechender Software,

einer Tastatur und/oder einer Maus zur Bedienung des Systems,

einem Bildschirm zur Darstellung des zu vermessenden, planen Objektes und zum Einlesen des Meßprogramms über Teach-in-Funktionen und aus einer oder mehreren Meßstationen mit jeweils einer entsprechenden analogen oder digitalen Kamera zur Erfassung des oder der zu vermessenden, planen Objekte und deren Konturen.

2. System nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch ein telezentrisches Objektiv.

3. System nach Anspruch 1 oder 2,

gekennzeichnet durch eine Durchlxchtbeleuchtungseinrichtung.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Zuführen des planen Objektes und dessen automatischen Transports in die Meßebene.

5. System nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Slider ist.

6. System nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen elektromotorischen Antrieb aufweist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6

dadurch gekennzeichnet, daß die Vermessung der planen Objekte im Bildfeld der optoelektronischen Konstellation durchführbar ist.

8. System nach einem der Ansprüche 2 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv, die Kamera, die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, der Rechner und die Bildverarbeitungskarten handelsüblich sind.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Scanfunktion zur Erfassung, Ab speicherung, Verarbeitung und Wiederverwendung beliebiger Konturen.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein vibrationsgedämpftes, staubdichtes Gehäuse für die Meßstation(en).

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Benutzeroberfläche eine graphische ist mit Farbmonitor, Maus und alphanumerischer Tastatur zur Erstellung von Meßprogrammen.

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12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Meßgenauigkeit von typischerweise s ± 2 &mgr;&khgr;&eegr;.