DE102021103086A1

DE102021103086A1 - Method for operating a coordinate measuring machine

Info

Publication number: DE102021103086A1
Application number: DE102021103086.2A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Werth Messtechnik GmbH
Current assignee: Werth Messtechnik GmbH
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Lage von Messpunkten auf der Oberfläche eines Werkstücks mit einem Koordinatenmessgerät zumindest aufweisend einen Bildverarbeitungssensor, mit dem eine Vielzahl von Bildern der Werkstückoberfläche aufgenommen werden, wobei direkt aufeinanderfolgend aufgenommene Bilder jeweils einen Versatz in ihrer Aufnahmeposition zueinander aufweisen, wobei der Versatz zumindest in lateraler Richtung vorliegt und/oder durch Drehen des Werkstücks oder Bildverarbeitungssensors um eine Drehachse eingenommen wird, und wobei der Versatz geringer als die Abmessung des je Bild erfassten Bereichs des Werkstücks in Versatzrichtung ist, so dass jeweils zwei aufeinanderfolgend aufgenommene Bilder zumindest teilweise identischen Bereich der Werkstückoberfläche erfassen, wobei direkt aufeinanderfolgend aufgenommene Bilder zusätzlich einen Versatz in ihrer Aufnahmeposition in vertikaler Richtung aufweisen und/oder vertikale Aufnahmeposition so eingestellt wird, dass identischer Bereich der Werkstückoberfläche durch mehrere Bilder in unterschiedlichen vertikalen Abständen zwischen Werkstückoberfläche und Bildverarbeitungssensor aufgenommen werden.The invention relates to a method for determining the position of measuring points on the surface of a workpiece with a coordinate measuring device at least having an image processing sensor with which a plurality of images of the workpiece surface are recorded, with images recorded in direct succession each having an offset in their recording position to one another , the offset is at least in the lateral direction and / or is assumed by rotating the workpiece or image processing sensor about an axis of rotation, and the offset is less than the dimension of the area of the workpiece recorded per image in the offset direction, so that two consecutive images are recorded Detect at least partially identical area of the workpiece surface, with images recorded in direct succession additionally having an offset in their recording position in the vertical direction and / or vertical recording position thus used It is established that an identical area of the workpiece surface is recorded by several images at different vertical distances between the workpiece surface and the image processing sensor.

Description

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Koordinatenmessgeräts mit einem optischen Bildverarbeitungssensor.The subject of an independent invention is a method for operating a coordinate measuring machine with an optical image processing sensor.

In der W02012156462 der Anmelderin ist erstmals ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Vielzahl von Bildern (Bilderserie) eines Werkstücks mit einem Bildverarbeitungssensor aufgenommen werden, wobei die Bilder mit derart geringem lateralen Versatz (lateral bedeutet dabei senkrecht zur Abbildungsrichtung bzw. optischen Achse des Bildverarbeitungssensors) aufgenommen werden, dass diese sich zu einem großen Anteil überlappen. Zur Auswertung werden diese Bilder lagerichtig überlagert und die Grauwerte korrespondierender Pixel aufsummiert, um ein resultierendes Gesamtbild für die anschließende Auswertung im Sinne einer dimensionellen Messung, insbesondere der Erfassung von Messpunkten auf der Werkstückoberfläche bzw. an den Werkstückkonturen, zu erzeugen. Dieses Vorgehen ermöglicht es, kurze Belichtungszeiten bzw. besser noch kurze Integrationszeiten für die zur Bildaufnahme eingesetzten Kamera zu verwenden, was wiederrum die Bildaufnahme bei schneller Bewegung zulässt, ohne dass Bewegungsunschärfe zu großen Einfluss hat. Vorteilhafterweise kann die Beleuchtung aufgrund der kurzen Integrationszeit der Kamera vergrößert werden, ohne dass Sättigung auftritt. Hiermit erhöht sich die insgesamt pro Zeiteinheit erfasste Lichtmenge, woraus eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses resultiert und in der Folge besonders genau gemessen werden kann. Auf diese Schrift der Anmelderin wird hier vollumfänglich Bezug genommen. Nachteilig ist dabei jedoch, dass nur flache Werkstücke erfasst werden können, da anderenfalls die Abbildungen unscharf werden. Zudem werden keine Höheninformationen über die erfasste Kontur der Werkstückoberfläche erfasst, die über die Aufnahmepositionen, aufgenommen mit den Messachsen des Koordinatenmessgerätes, hinausgehen. Die Aufnahmeposition ergibt sich in der Regel hier nur aus einem einmal bestimmten Höhenwert, der vor der eigentlichen Messung durch eine Autofokusmessung, also Scharfstellen der Werkstückoberfläche, bestimmt wird.In the W02012156462 the applicant is the first to describe a method in which a large number of images (series of images) of a workpiece are recorded with an image processing sensor, the images being recorded with such a small lateral offset (lateral means perpendicular to the imaging direction or optical axis of the image processing sensor), that these overlap to a large extent. For evaluation, these images are superimposed in the correct position and the gray values of corresponding pixels are added up in order to generate a resulting overall image for the subsequent evaluation in the sense of a dimensional measurement, in particular the detection of measuring points on the workpiece surface or on the workpiece contours. This procedure makes it possible to use short exposure times or, better still, short integration times for the camera used for image recording, which in turn allows the image to be recorded with fast movement without motion blur having too great an influence. Due to the short integration time of the camera, the illumination can advantageously be increased without saturation occurring. This increases the total amount of light recorded per unit of time, which results in an improvement in the signal-to-noise ratio and can subsequently be measured particularly precisely. Reference is made here in full to this document by the applicant. However, the disadvantage here is that only flat workpieces can be recorded, since otherwise the images will be blurred. In addition, no height information about the recorded contour of the workpiece surface is recorded that goes beyond the recording positions recorded with the measuring axes of the coordinate measuring machine. The recording position usually results here only from a height value that has been determined once, which is determined before the actual measurement by an autofocus measurement, that is, focusing the workpiece surface.

In einer Weiterentwicklung hat die Anmelderin diesen Nachteil behoben und in der DE102015121582 veröffentlicht. Die Erfassung von nicht flachen, also dreidimensional ausgebildeten Werkstückoberflächen erfolgt dabei mehrfach, indem nacheinander mehrere Bilderserien aufgenommen werden, die einen vertikalen Versatz aufweisen, um dann nur die scharf abgebildeten Anteile aus den Bildern zu entnehmen und für das Gesamtbild zu verwenden. Alternativ kann die Bildaufnahme derart erfolgen, dass eine Bilderserie mit Versatz in vertikaler Richtung erfolgt und mehrere lateral versetzte Bilderserien aufgenommen werden. In beiden Fällen erweist es sich als nachteilig, dass die Messzeit enorm ansteigt, da sämtliche Oberflächenbereiche mehrfach in der identischen lateralen Position erfasst werden müssen und zusätzlich entsprechende Positionierzeiten des Bildverarbeitungssensors relativ zum Werkstück erforderlich sind. Zudem liegen die Höheninformationen zu den erfassten Werkstückkonturen nur mit geringer Genauigkeit vor, da lediglich die Achspositionen des Koordinatenmessgerätes verwendet werden, die für das Bild ermittelt wurden, aus dem der schärfste Bildabschnitt entnommen wird. Nach dem Stand der Technik sind für die Ermittlung genauer Höheninformationen bei dem Einsatz eines Bildverarbeitungssensors für eine Autofokusmessung (bzw. Fokusvariationsmessung) Informationen aus einer Vielzahl von Entfernungen um den Fokuspunkt notwendig, um eine Fokuskurve zu ermitteln. Auf diese Schrift der Anmelderin wird hier vollumfänglich Bezug genommen.In a further development, the applicant has eliminated this disadvantage and in the DE102015121582 released. The detection of non-flat, i.e. three-dimensional workpiece surfaces takes place several times by taking several series of images one after the other, which have a vertical offset, in order to then only take the sharply depicted parts of the images and use them for the overall image. Alternatively, the image acquisition can take place in such a way that an image series takes place with an offset in the vertical direction and several laterally offset image series are recorded. In both cases it turns out to be disadvantageous that the measurement time increases enormously, since all surface areas have to be recorded several times in the identical lateral position and, in addition, corresponding positioning times of the image processing sensor relative to the workpiece are required. In addition, the height information on the recorded workpiece contours is only available with low accuracy, since only the axis positions of the coordinate measuring machine are used that were determined for the image from which the sharpest image section is taken. According to the prior art, information from a large number of distances around the focus point is necessary to determine a focus curve in order to determine precise height information when using an image processing sensor for an autofocus measurement (or focus variation measurement). Reference is made here in full to this document by the applicant.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Verkürzung der Messzeit für die Erfassung von dreidimensional ausgebildeten Werkstückoberflächen mit einem Bildverarbeitungssensor zu erzielen. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, die Genauigkeit für die Bestimmung der vertikalen Position (bzw. Lage oder Koordinate) der ermittelten Messpunkte auf der Werkstückoberfläche zu erhöhen.One object of the present invention is therefore to achieve a reduction in the measurement time for the acquisition of three-dimensional workpiece surfaces with an image processing sensor. It is also an object of the invention to increase the accuracy for determining the vertical position (or location or coordinate) of the determined measuring points on the workpiece surface.

Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass die laterale Versatzbewegung und die vertikale Versatzbewegung im Bewegungsablauf kombiniert werden. Hierdurch wird die Länge des Bewegungspfades im Vergleich zum Stand der Technik aus der DE102015121582 deutlich verkürzt und die Messzeit verringert. In einer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, die kombinierte Bewegung derart auszuführen, dass für die zu messenden Oberflächenbereiche des Werkstücks für die Bildung einer Fokuskurve ausreichende Informationen vorliegen, also Bilder aus einer Vielzahl unterschiedlicher vertikaler Entfernungen zwischen Bildverarbeitungssensor und Werkstückoberfläche aufgenommen und ausgewertet werden.As a solution, the invention provides that the lateral offset movement and the vertical offset movement are combined in the movement sequence. As a result, the length of the movement path is compared to the prior art from DE102015121582 significantly shortened and the measuring time reduced. In one embodiment, the invention provides for the combined movement to be carried out in such a way that sufficient information is available for the formation of a focus curve for the surface areas of the workpiece to be measured, i.e. images are recorded and evaluated from a large number of different vertical distances between the image processing sensor and the workpiece surface.

Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Bestimmung der Lage von Messpunkten auf der Oberfläche eines Werkstücks mit einem Koordinatenmessgerät vor zumindest aufweisend einen Bildverarbeitungssensor, mit dem eine Vielzahl von Bildern der Werkstückoberfläche aufgenommen werden, wobei direkt aufeinanderfolgend aufgenommene Bilder jeweils einen Versatz in ihrer Aufnahmeposition zueinander aufweisen, wobei der Versatz zumindest in lateraler Richtung (senkrecht zur Abbildungsrichtung des Bildverarbeitungssensors) vorliegt und/oder durch Drehen des Werkstücks oder Bildverarbeitungssensors um eine Drehachse eingenommen wird, und wobei der Versatz geringer als die Abmessung des je Bild erfassten Bereichs des Werkstücks in Versatzrichtung ist, so dass jeweils zwei aufeinanderfolgend aufgenommene Bilder zumindest teilweise identischen Bereich der Werkstückoberfläche erfassen, insbesondere zumindest einige der Messpunkte durch eine Vielzahl von Bildern erfasst wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass direkt aufeinanderfolgend aufgenommene Bilder zusätzlich einen Versatz in ihrer Aufnahmeposition in vertikaler Richtung (entlang der Abbildungsrichtung des Bildverarbeitungssensors) aufweisen und/oder dass vertikale Aufnahmeposition so eingestellt wird, dass identischer Bereich der Werkstückoberfläche durch mehrere Bilder in unterschiedlichen vertikalen Abständen zwischen Werkstückoberfläche und Bildverarbeitungssensor aufgenommen werden.As a solution, the invention provides a method for determining the position of measuring points on the surface of a workpiece with a coordinate measuring device at least having an image processing sensor with which a plurality of images of the workpiece surface are recorded, with images recorded in direct succession each having an offset in their recording position to one another have, wherein the offset is present at least in the lateral direction (perpendicular to the imaging direction of the image processing sensor) and / or by rotating the workpiece or Image processing sensor is taken around an axis of rotation, and the offset is less than the dimension of the area of the workpiece recorded per image in the offset direction, so that two consecutive images recorded at least partially cover an identical area of the workpiece surface, in particular at least some of the measuring points through a plurality of Images is recorded in that it is characterized in that images recorded in direct succession additionally have an offset in their recording position in the vertical direction (along the imaging direction of the image processing sensor) and / or that the vertical recording position is set in such a way that an identical area of the workpiece surface is represented by several images in different vertical distances between the workpiece surface and the image processing sensor can be recorded.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Vielzahl der Bilder in einem 3D Voxelvolumen entsprechend ihrer Aufnahmeposition angeordnet werden, wobei die Aufnahmeposition durch die Messachsen des Koordinatenmessgerätes bestimmt werden.In particular, the invention is characterized in that the plurality of images are arranged in a 3D voxel volume in accordance with their recording position, the recording position being determined by the measuring axes of the coordinate measuring device.

Es handelt sich bei dieser Anordnung nicht um eine Rekonstruktion neuer Bilddaten, wie dies beispielsweise bei einer Computertomografie erfolgt. Die Bilddaten werden lediglich in einem 3D-Raster angeordnet. Die Rasterschrittweite der Voxel im 3D Voxelvolumen (Voxelgröße) wird in Abhängigkeit der Pixelgröße gewählt, beispielsweise wird als Voxelgröße die halbe Pixelgröße verwendet. Es sind aber auch geringere oder etwas größere Schrittweiten denkbar.This arrangement is not a reconstruction of new image data, as is done, for example, in a computer tomography. The image data are simply arranged in a 3D grid. The grid step size of the voxels in the 3D voxel volume (voxel size) is selected as a function of the pixel size, for example half the pixel size is used as the voxel size. However, smaller or somewhat larger step sizes are also conceivable.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass zur Bestimmung eines Messpunktes an einer vorgegebenen Sollposition der diese Position umgebende Bereich des 3D Voxelvolumens untersucht wird.Provision is preferably made for the area of the 3D voxel volume surrounding this position to be examined in order to determine a measuring point at a predetermined target position.

Der umgebene Bereich ist beispielsweise ein 3D Messfenster. Die in diesem Bereich vorliegenden Informationen der Bilddaten im 3D Voxelvolumen werden dann ausgewertet, beispielsweise zu einem Gesamtbild bzw. einem Teil des Gesamtbildes zusammengesetzt.The surrounding area is, for example, a 3D measurement window. The information of the image data in the 3D voxel volume that is present in this area is then evaluated, for example combined to form an overall image or a part of the overall image.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass aus zumindest einigen der mehreren Bilder oder Bildteilen dieser ein Gesamtbild zusammengesetzt wird, aus dem die Lage der Messpunkte in zumindest lateraler Richtung bestimmt wird.It should also be emphasized that from at least some of the multiple images or image parts of these an overall image is put together, from which the position of the measurement points is determined in at least a lateral direction.

Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass beim Zusammensetzen die Bildinformationen des identischen Bereiches aus den mehreren diesen erfassenden Bildern überlagert werden, vorzugsweise Grauwerte addiert werden, besonders bevorzugt wobei die Bildinformationen entsprechend der vorliegenden Bildschärfe und/oder ihrem bei der Aufnahme vorliegenden vertikalen Abstand zur Fokusebene gewichtet addiert werden, beispielsweise indem des 3D Voxelvolumen in vertikaler Richtung um den jeweiligen Bereich durchsucht wird.The invention is also characterized in that when assembling the image information of the identical area from the multiple images capturing these are superimposed, preferably gray values are added, particularly preferably the image information corresponding to the image sharpness and / or its vertical distance to the image when the image was taken The focal plane can be added in a weighted manner, for example by searching through the 3D voxel volume in the vertical direction around the respective area.

Die Gewichtung wird dabei umso größer gewählt, je größer die Bildschärfe ist bzw. je geringer der Abstand zur Fokusebene ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders scharfes Gesamtbild, das dennoch ausreichend hell ist.The weighting is selected to be greater, the greater the image sharpness or the smaller the distance from the focal plane. This results in a particularly sharp overall image that is nevertheless sufficiently bright.

Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass der vertikale Versatz von Bild zu Bild eingestellt wird.According to a proposal that should be particularly emphasized, provision is made for the vertical offset to be set from image to image.

Besonders hervorzuheben ist, dass der vertikale Versatz so eingestellt wird, dass dem Verlauf der Oberfläche des Werkstücks gefolgt wird, vorzugsweise so dass dem jeweils in der Bildmitte erfassten Messpunkt auf der Oberfläche des Werkstücks gefolgt wird.It should be particularly emphasized that the vertical offset is set in such a way that the course of the surface of the workpiece is followed, preferably so that the measurement point recorded in the center of the image is followed on the surface of the workpiece.

Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Verlauf der Oberfläche des Werkstücks aus den Solldaten des Werkstücks entnommen wird und/oder aus dem bereits erfassten Bereich des Verlaufes der Oberfläche des Werkstücks extrapoliert wird.Furthermore, the invention is characterized in that the course of the surface of the workpiece is taken from the nominal data of the workpiece and / or is extrapolated from the already recorded area of the course of the surface of the workpiece.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der vertikale Versatz so eingestellt wird, dass die jeweils erfasste Werkstückoberfläche oder zumindest ein Teil dieser in der Fokusebene und/oder innerhalb der Schärfentiefe um die Fokusebene des Bildverarbeitungssensors liegt.In particular, the invention is characterized in that the vertical offset is set in such a way that the respectively detected workpiece surface or at least part of it lies in the focal plane and / or within the depth of field around the focal plane of the image processing sensor.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der vertikale Versatz so eingestellt wird, dass bei der mehrfachen Erfassung des jeweils identischen Messpunktes dieser in den mehreren erfassten Bildern unterschiedliche Lage in vertikaler Richtung in Bezug auf die Fokusebene aufweist, insbesondere über möglichst großen Bereich um die Fokusebene verteilte Lage vorliegt, wobei der Bereich besonders bevorzugt größer als die Schärfentiefe des Bildverarbeitungssensors ist.Preferably, it is provided that the vertical offset is set so that when the respective identical measuring point is recorded multiple times, it has a different position in the vertical direction in relation to the focal plane in the several recorded images, in particular a position distributed over the largest possible area around the focal plane , wherein the area is particularly preferably greater than the depth of field of the image processing sensor.

An in Bezug auf die Fokusebene des Bildverarbeitungssensors geneigten Oberflächenbereichen ergibt es sich automatisch, dass beim Verfolgen des Oberflächenverlaufs in aufeinanderfolgenden Bildaufnahmepositionen unterschiedliche vertikale Abstände zwischen Oberflächenpunkt und Bildverarbeitungssensor vorliegen. Hierdurch sind also die für die Bestimmung der Fokuskurve benötigten Bildinformationen bei ausreichend großer Kamerafrequenz im Vergleich zur Bewegungsgeschwindigkeit vorhanden. In Bereichen geringerer Neigung kann die Variation in der vertikalen Bildaufnahmeposition künstlich herbeigeführt werden, indem dem Oberflächenverlauf nicht genau gefolgt wird, sondern bewusst um den Verlauf herum positioniert wird. On surface areas inclined with respect to the focal plane of the image processing sensor, it automatically results that when following the surface profile in successive image recording positions, there are different vertical distances between the surface point and the image processing sensor. As a result, the image information required to determine the focus curve is available with a sufficiently high camera frequency compared to the movement speed. In areas of lesser inclination, the Variation in the vertical image recording position can be brought about artificially by not following the surface course exactly, but deliberately positioning it around the course.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass der vertikale Versatz abhängig vom jeweils vorliegenden Verlauf der Oberfläche, insbesondere der Neigung des jeweils erfassten Oberflächenbereichs, eingestellt wird, vorzugsweise Modulation des vertikalen Verlaufs um den Verlauf der Oberfläche erfolgt, besonders bevorzugt Amplitude und Wellenlänge der Modulation in Abhängigkeit der Größe des Erfassungsbereichs des Bildverarbeitungssensors (Sehfeld) und der Schärfentiefe des Bildverarbeitungssensors eingestellt wird, beispielhaft in Bereichen geringer Steigung größere Amplitude eingestellt wird.It should also be emphasized that the vertical offset is set depending on the current course of the surface, in particular the inclination of the surface area detected in each case, preferably modulation of the vertical course takes place around the course of the surface, particularly preferably amplitude and wavelength of the modulation depending on the Size of the detection area of the image processing sensor (field of view) and the depth of field of the image processing sensor is set, for example, greater amplitude is set in areas of low slope.

Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass aus den in unterschiedlicher vertikaler Lage zur Fokusebene aufgenommenen Bilddaten für den jeweiligen Messpunkt die vertikale Position durch Bildung einer Fokuskurve und Auswertung deren Maximums bestimmt wird, wobei vorzugsweise die Fokuskurve auf dem Kontrast und/oder der Helligkeit der vom Messpunkt und/oder dessen lateraler Umgebung aufgenommenen Bilddaten basiert.The invention is also characterized in that the vertical position for the respective measuring point is determined from the image data recorded in different vertical positions to the focal plane by forming a focus curve and evaluating its maximum, the focus curve preferably being based on the contrast and / or the brightness of the is based on image data recorded from the measuring point and / or its lateral surroundings.

Nach einem besonders hervorzuhebenden Vorschlag ist vorgesehen, dass nach Zuordnung der lateralen Position und vertikalen Position zu den Messpunkten aus diesen eine 3D Kontur gebildet und zur Auswertung zur Verfügung gestellt wird.According to a suggestion that should be particularly emphasized, it is provided that after the assignment of the lateral position and vertical position to the measurement points, a 3D contour is formed from these and made available for evaluation.

Besonders hervorzuheben ist, dass der vertikale Versatz so eingestellt wird, dass mehrfach nacheinander Versätze in einer kontinuierlichen Bewegung eingestellt werden und die Bildaufnahme mit dem Bildverarbeitungssensors während der Bewegung erfolgt.It should be particularly emphasized that the vertical offset is set in such a way that offsets are set several times in succession in a continuous movement and the image is recorded with the image processing sensor during the movement.

Des Weiteren zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Bewegung von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt als kontinuierliche Bewegung erfolgt.Furthermore, the invention is characterized in that the movement from a starting point to a target point takes place as a continuous movement.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Geschwindigkeitsverlauf der kontinuierlichen Bewegung in Abhängigkeit von der Bildaufnahmefrequenz des Bildverarbeitungssensors und/oder dem Verlauf der Oberfläche des Werkstücks und/oder der Modulation des vertikalen Verlaufs und/oder der Lichtstärke einer Beleuchtung des Werkstücks eingestellt wird.In particular, the invention is characterized in that the speed profile of the continuous movement is set as a function of the image recording frequency of the image processing sensor and / or the profile of the surface of the workpiece and / or the modulation of the vertical profile and / or the light intensity of an illumination of the workpiece.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmale - für sich und/oder in Kombination - sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.Further details, advantages and features of the invention emerge not only from the claims, the features to be taken from them - individually and / or in combination - but also from the following description of the figures.

Es zeigen:

1 Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildaufnahme mit überlappenden Bildfeldern an einer dreidimensional ausgeprägten Werkstückoberfläche,
2 die Überlagerung der aufgenommenen Bilder zu einem Gesamtbild,
3 die Bestimmung der vertikalen Lage der Messpunkte und
4 die Modulation der Bewegung des Bildverarbeitungssensors relativ zur Werkstückoberfläche.

Show it:

1 An embodiment of the method according to the invention for image recording with overlapping image fields on a three-dimensional workpiece surface,
2 the superimposition of the recorded images to form an overall image,
3 the determination of the vertical position of the measuring points and
4th the modulation of the movement of the image processing sensor relative to the workpiece surface.

Anhand der 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren grundlegend gezeigt. Die Vielzahl der Bilder 1 wird entlang eines Bewegungspfades 2 mit einem nicht dargestellten Bildverarbeitungssensor aufgenommen, dessen Abbildungsrichtung bzw. optische Achse entlang des mit z bezeichneten Pfeiles verläuft. Der Bewegungspfades 2 beschreibt die Relativbewegung zwischen der Werkstückoberfläche und dem Bildverarbeitungssensor und entspricht hier beispielhaft dem Sollverlauf der Werkstückoberfläche. Im oberen Teil der Figur ist die Draufsicht dargestellt, ausgedrückt durch die lateralen Richtungen der mit y und y beschrifteten Pfeile, im unteren Teil die Seitenansicht, wobei der mit z beschriftete Pfeil die vertikale Richtung verdeutlicht.Based on 1 the method according to the invention is shown in principle. The multitude of images 1 is along a motion path 2 recorded with an image processing sensor, not shown, whose imaging direction or optical axis runs along the arrow labeled z. The movement path 2 describes the relative movement between the workpiece surface and the image processing sensor and corresponds here, for example, to the desired course of the workpiece surface. The top part of the figure shows the top view, expressed by the lateral directions of the arrows labeled y and y, and the bottom part shows the side view, the arrow labeled z illustrating the vertical direction.

Die aufgenommenen Bilder 1 werden in einem 3D Voxelraster 3 angeordnet, welches hier im unteren Teil der Figur in der Seitenansicht dargestellt ist. Im 3D Messfenster 4, hier auch wieder in der Seitenansicht dargestellt, werden die vorliegenden Bilddaten der Bilder 1 ausgewertet. Hierzu ist der mit dem Rechteck 5 umfasste Bereich in 2 im Detail dargestellt.The captured images 1 are in a 3D voxel grid 3 arranged, which is shown here in the lower part of the figure in the side view. in the 3D Measurement window 4th , shown here again in the side view, the existing image data of the images 1 evaluated. For this purpose is the one with the rectangle 5 covered area in 2 shown in detail.

Die in 2 dargestellte Seitenansicht verdeutlicht die gewichtete Überlagerung der Bildinformationen aus den mehreren zu einem jeweiligen Messpunkt vorliegenden Bildern 1. Die dargestellten Pfeile 6 zeigen dabei beispielhaft auf den jeweiligen Messpunkt, der sich in der Fokusebene 7 befindet. Die Pfeile verdeutlichen, dass die Bildinformation des Pixels (Grauwert) in dem Bild 1, von dem die Pfeile ausgehen, in den in der Fokusebene gebildeten Teil des Gesamtbildes eingehen, wobei die Dicke der Pfeile die Gewichtung verdeutlicht. Weiter von der Fokusebene entfernt liegende Bildinformationen gehen also geringer gewichtet ein. Für jeden Messpunkt müssten hier Pfeile von allen Bildern 1 innerhalb des 3D Messfensters 4 gezeichnet werden. Da sich diese in der Darstellung überlagern würden, ist je Messposition immer nur ein Pfeil dargestellt. Aus dem nach der Überlagerung der Bildinformationen in dem 3D Messfenster gebildeten Gesamtbild werden die lateralen Koordinaten (Lage) der Messpunkte, insbesondere an den Werkstückkanten, bestimmt.In the 2 The side view shown illustrates the weighted superposition of the image information from the multiple images available for a respective measurement point 1 . The arrows shown 6th show an example of the respective measuring point located in the focal plane 7th is located. The arrows make it clear that the image information of the pixel (gray value) in the image 1 , from which the arrows emanate, enter into the part of the overall image formed in the focal plane, the thickness of the arrows making the weighting clear. Image information that is further away from the focal plane is therefore included in a less weighted manner. For each measuring point there should be arrows from all images 1 within the 3D measurement window 4th be drawn. Since these would overlap in the display, only one arrow is shown for each measurement position. From the overall image formed after the image information has been superimposed in the 3D measurement window, the lateral coordinates (position) of the measuring points, in particular on the workpiece edges, determined.

In der 3 ist die Bestimmung der vertikalen Lage bzw. Koordinaten von Messpunkten verdeutlicht. Innerhalb des 3D Messfensters werden die in dem 3D Voxelvolumen 3 angeordneten Bilddaten in vertikaler Richtung untersucht und jeweils Fokuskurven 8 ermittelt. Die Kontrastwerte der Fokuskurve 8 sind hier aus Darstellungsgründen in x - Richtung aufgetragen. Aus dem Maximum der Fokuskurve 8 wir die vertikale Koordinate des jeweiligen Messpunktes ermittelt.In the 3 the determination of the vertical position or coordinates of measuring points is clarified. Within the 3D measurement window, the voxel volumes in the 3D 3 arranged image data examined in the vertical direction and each focus curve 8th determined. The contrast values of the focus curve 8th are plotted here in the x direction for reasons of illustration. From the maximum of the focus curve 8th the vertical coordinate of the respective measuring point is determined.

Durch das gezielte Platzieren des 3D Messfensters ist es möglich laterale wie auch vertikale Koordinaten für Messpunkte an gewünschten Stellen an der Werkstückoberfläche bzw. den Werkstückkanten (Konturen) zu bestimmen.Through the targeted placement of the 3D measurement window, it is possible to determine both lateral and vertical coordinates for measurement points at desired locations on the workpiece surface or the workpiece edges (contours).

4 verdeutlicht die Modulation des vertikalen Verlaufs des Bewegungspfades 9 um den sich aus dem Sollverlauf der Werkstückoberfläche ergebenden Bewegungspfad 2. In Bereichen ausreichend großer Neigung entspricht der Pfad 9 dem Pfad 2, in Bereichen geringer Neigung wir die Modulation aufgeprägt, um Bildinformationen zu jedem Messpunkt aus unterschiedlichen Entfernungen zwischen Werkstückoberfläche und Bildverarbeitungssensor zu erhalten, damit eine Fokuskurve entsprecht dem in 3 dargestellten Verfahren gebildet werden kann. 4th illustrates the modulation of the vertical course of the movement path 9 around the movement path resulting from the nominal course of the workpiece surface 2 . In areas with a sufficiently large slope, the path corresponds 9 the path 2 , In areas of low inclination, the modulation is applied in order to obtain image information for each measuring point from different distances between the workpiece surface and the image processing sensor, so that a focus curve corresponds to that in 3 illustrated method can be formed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2012156462 [0002]
DE 102015121582 [0003, 0005]

Claims

Method for determining the position of measuring points on the surface of a workpiece with a coordinate measuring machine at least having an image processing sensor with which a plurality of images of the workpiece surface are recorded, with images recorded in direct succession each having an offset in their recording position to one another, the offset at least in lateral direction (perpendicular to the imaging direction of the image processing sensor) and / or is assumed by rotating the workpiece or image processing sensor around an axis of rotation, and the offset is less than the dimension of the area of the workpiece recorded per image in the offset direction, so that two consecutive recorded Capture images at least partially identical area of the workpiece surface, in particular at least some of the measurement points are captured by a plurality of images, characterized in that they are recorded directly one after the other The recorded images additionally have an offset in their recording position in the vertical direction (along the imaging direction of the image processing sensor) and / or that the vertical recording position is set so that an identical area of the workpiece surface is recorded by several images at different vertical distances between the workpiece surface and the image processing sensor.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the plurality of images are arranged in a 3D voxel volume according to their recording position, the recording position being determined by the measuring axes of the coordinate measuring machine.

Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the area of the 3D voxel volume surrounding this position is examined in order to determine a measuring point at a predetermined target position.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that an overall image is put together from at least some of the multiple images or image parts, from which the position of the measurement points is determined in at least a lateral direction.

A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that when assembling the image information of the identical area from the multiple images capturing these are superimposed, preferably gray values are added, particularly preferably with the image information corresponding to the image sharpness and / or the image information that was present during the recording vertical distance to the focal plane can be added weighted, for example by searching through the 3D voxel volume in the vertical direction around the respective area.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the vertical offset is set from image to image.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the vertical offset is set in such a way that the course of the surface of the workpiece is followed, preferably so that the measurement point recorded in the center of the image is followed on the surface of the workpiece.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the course of the surface of the workpiece is taken from the nominal data of the workpiece and / or is extrapolated from the already recorded area of the course of the surface of the workpiece.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the vertical offset is set so that the respectively detected workpiece surface or at least a part of it lies in the focal plane and / or within the depth of field around the focal plane of the image processing sensor.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the vertical offset is set so that when the respective identical measuring point is recorded multiple times, it has a different position in the vertical direction in relation to the focal plane in the several recorded images, in particular over the largest possible A position distributed around the focal plane is present, the area particularly preferably being greater than the depth of field of the image processing sensor.

The method according to the preceding claim, characterized in that the vertical offset is set depending on the current course of the surface, in particular the inclination of the respectively detected surface area, preferably modulation of the vertical course takes place around the course of the surface, particularly preferably amplitude and wavelength of the Modulation is set as a function of the size of the detection area of the image processing sensor (field of view) and the depth of field of the image processing sensor, for example, greater amplitude is set in areas with a low gradient.

Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that the vertical position for the respective measuring point is determined from the image data recorded in different vertical positions to the focal plane by forming a focus curve and evaluating its maximum, the focus curve preferably being based on the contrast and / or the brightness of the measuring point and / or or its lateral environment is based on recorded image data.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that, after the lateral position and vertical position have been assigned to the measurement points, a 3D contour is formed from these and made available for evaluation.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that offsets are set several times in succession in a continuous movement and the image is recorded with the image processing sensor during the movement.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the movement from a starting point to a target point takes place as a continuous movement.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the speed profile of the continuous movement as a function of the image recording frequency of the image processing sensor and / or the profile of the surface of the workpiece and / or the modulation of the vertical profile and / or the light intensity of an illumination of the workpiece is set.