DE102004022637B4 - Optical method and apparatus for measuring non-concave cross-sectional areas - Google Patents

Optical method and apparatus for measuring non-concave cross-sectional areas Download PDF

Info

Publication number
DE102004022637B4
DE102004022637B4 DE102004022637A DE102004022637A DE102004022637B4 DE 102004022637 B4 DE102004022637 B4 DE 102004022637B4 DE 102004022637 A DE102004022637 A DE 102004022637A DE 102004022637 A DE102004022637 A DE 102004022637A DE 102004022637 B4 DE102004022637 B4 DE 102004022637B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cross
sectional area
axis
rotation
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102004022637A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102004022637A1 (en
Inventor
Willibald Hawlitschek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102004022637A priority Critical patent/DE102004022637B4/en
Publication of DE102004022637A1 publication Critical patent/DE102004022637A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102004022637B4 publication Critical patent/DE102004022637B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving

Abstract

Verfahren zur Vermessung von nichtkonkaven Querschnittsflächen mit einer optischen Messvorrichtung, bei dem
– die optische Messvorrichtung gegenüber der Querschnittsfläche oder die Querschnittsfläche gegenüber der Messvorrichtung rotiert und zwar um eine auf der Querschnittsfläche senkrecht stehenden Rotationsachse, die die Querschnittsfläche im Inneren durchstößt oder am Rand berührt,
– in wohldefinierter Rotationslage ein Detektor der optischen Messvorrichtung die Abstände pi,M,+ und pi,M,– zwischen der Rotationsachse und denjenigen Tangenten an die Querschnittsfläche misst, die senkrecht zur Richtung der Rotationsachse und senkrecht zur Detektorfläche an den durch die längste Sehne der Querschnittsfläche getrennten Teilflächen der Querschnittsfläche verlaufen,
– die Querschnittsfläche in einem speziellen rechentechnischen Verfahren berechnet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle rechentechnische Verfahren ein Iterationsverfahren (Tangenteniterationsverfahren) ist, welches
– mit einer mathematisch gut beschreibbaren Kontur, deren Lage zur Rotationsachse durch einen Parameter x0 anzugeben ist, als nullter Näherung an die Querschnittsfläche startet, und
– sowohl den Parameter...Method for measuring non-concave cross-sectional areas with an optical measuring device, in which
The optical measuring device rotates with respect to the cross-sectional area or the cross-sectional area with respect to the measuring device, namely about an axis of rotation perpendicular to the cross-sectional area, which pierces or contacts the cross-sectional area in the interior,
- In a well-defined rotational position, a detector of the optical measuring device measures the distances p i, M, + and p i, M, between the axis of rotation and those tangents to the cross-sectional area perpendicular to the direction of the axis of rotation and perpendicular to the detector surface to that by the longest Chord of the cross-sectional surface run separate partial surfaces of the cross-sectional area,
The cross-sectional area is calculated in a special computational method,
characterized in that the special computational method is an iteration method (tangent iteration method) which
- starts with a mathematically well describable contour, the position of which is to be given to the axis of rotation by a parameter x 0 , as zeroth approximation to the cross-sectional area, and
- both the parameter ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Verfahren und Vorrichtungen zur Vermessung von Querschnittsflächen und Körpern. The The invention relates to an optical method and apparatus for Measurement of cross-sectional areas and bodies.

Die Vermessung von Körpern ist nach Stand der Technik mit verschiedenen Verfahren möglich. Eine Zusammenfassung der verschiedenen Verfahren wird z.B. in [1] gegeben.The Measurement of bodies is possible according to the prior art with various methods. A Summary of the various methods is described e.g. given in [1].

Bekannt ist die Bestimmung von Körperoberflächen durch die 3D-Photogrammetrie bei der durch Einsatz des Messprinzipes der Triangulation gleichzeitig eine größere Anzahl von 3D-Raumkoordinaten von Objektpunkten mit Hilfe von Kameras bestimmt werden [1].Known is the determination of body surfaces through the 3D-Photogrammetrie by using the measuring principle of Triangulation simultaneously a larger number of 3D space coordinates of Object points can be determined with the help of cameras [1].

Stand der Technik sind auch 3D-Stieifenprojektionsverfahren bei denen ein periodisches Gitter aus einer Projektionsrichtung auf das Messobjekt projiziert und aus einer anderen Beobachtungsrichtung mit einer CCD = Kamera (Kamera mit ladungsgekoppelten Elementen) aufgenommen wird [1].was standing The technique is also 3D Stieifenprojektionsverfahren in which a periodic grating projected from a projection direction on the measurement object and from another direction of observation with a CCD = camera (Camera with charge-coupled elements) is recorded [1].

Nachteilig bei beiden genannten Verfahren sind die teilweise unzulänglichen Messgenauigkeiten, die durch Form und Beschaffenheit der zu vermessenden Oberfläche begrenzten Einsatzmöglichkeiten und die relativ hohen Kosten von Vorrichtungen nach diesen Verfahren.adversely in both these methods are partially inadequate Measuring accuracies, by the form and condition of the to be measured surface limited application possibilities and the relatively high cost of devices according to these methods.

Eine weitere weit verbreitete Klasse von Sensoren arbeitet mit dem Triangulationsverfahren [1]. Bei diesen Verfahren kommen ein Laser als punktförmige Beleuchtungsquelle und eine positionsempfindliche Photodiode (PSD) oder eine CCD – Zeile als Detektoren zum Einsatz. Der Abstand zwischen (fixierten) Sensor und zu messender Oberfläche wird durch die Auswertung der räumlichen Verschiebung des durch Reflexion an der Oberfläche gewonnen Messsignales auf dem Detektor unter Anwendung trigonometrischer Formeln berechnet. Bekannt [1] sind auch 2D-Lichschnittverfahren bei denen ebenfalls das Triangulationsprinzip Anwendung findet, dabei werden die punktförmige Beleuchtung durch Aufweitung des Laserstrahles durch einen Lichtvorhang sowie der Zeilendetektor durch eine CCD – Matrix Kamera ersetzt. Nach Kalibrierung und mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen erhält man das Höhenprofil der Oberfläche entlang der Laserlinie. Nachteilig bei Triangulationsverfahren ist der starke Einfluss der Rückstrahleigenschaften der zu messenden Oberflächen auf die Messunsicherheit und Begrenzungen bezüglich Messbereich und Arbeitsabstand.A Another widely used class of sensors works with the triangulation method [1]. In these methods, a laser come as a punctiform illumination source and a position sensitive photodiode (PSD) or CCD line used as detectors. The distance between (fixed) sensor and surface to be measured is determined by the evaluation of spatial Displacement of the measurement signal obtained by reflection on the surface the detector is calculated using trigonometric formulas. Known [1] are also 2D Lichschnittverfahren where also the Triangulation principle applies, thereby become the punctiform lighting by widening the laser beam through a light curtain as well the line detector is replaced by a CCD matrix camera. To Calibration and with the help of image processing algorithms you get that height profile the surface along the laser line. A disadvantage of triangulation is the strong influence of the return beam properties the surfaces to be measured on the measurement uncertainty and limitations with regard to measuring range and working distance.

Weite Verbreitung haben insbesondere auch Sensoren gefunden, die oft als Lasermikrometer oder auch Laserscanner bezeichnet werden [1]. Sie funktionieren nach dem Prinzip einer Lichtschranke, d.h. ein von einer Lichtquelle generierter Lichtvorhang wird zwischen Lichtquelle und Detektor durch das zu untersuchende Werkstück partiell unterbrochen. Als Detektoren kommen bei Lasermikrometern in der Regel einfache Photodioden, PSD oder auch CCD – Zeilen zum Einsatz.width In particular, sensors have found widespread use as well Laser micrometer or laser scanner can be designated [1]. she operate on the principle of a light barrier, i. one of A light curtain generated by a light source is placed between the light source and detector partially interrupted by the workpiece to be examined. As detectors In laser micrometers usually simple photodiodes, PSD or CCD lines for use.

Wird das Messobjekt definiert um eine, Achse senkrecht zur Ebene des Lichtvorhanges des Lasermikrometers gedreht und ist die Messvorrichtung entsprechend kalibriert, können verschiedene Parameter des Messobjektes wie z.B. maximaler und minimaler Durchmesser bestimmt werden.Becomes the object to be measured defines an axis perpendicular to the plane of the Light curtain of the laser micrometer rotated and is the measuring device accordingly calibrated, can different parameters of the object to be measured, such as maximum and minimum Diameter to be determined.

Mit Lasermikrometern können nur Objekte mit nichtkonkaven Querschnittsflächen, d.h. Querschnittsflächen ohne Hinterschneidungen, vermessen werden. Nachteilig ist auch, dass nach Stand der Technik exakt nur die maximale und minimale Ausdehnung der Querschnittsfläche des zu vermessenden Objektes bestimmt werden können. Nicht möglich ist nach Stand der Technik die beliebig genaue Bestimmung der vollständigen Kontur der Querschnittsfläche des Messobjektes. So sind zwar Vorrichtungen und Verfahren bekannt, mit denen durch zum Teil gleichzeitigen Einsatz mehrerer Lasermikrometersensoren die Unrundheit eines Werkstückes [2], die Geometrie der Querschnittsfläche eines kantigen Werkstückes [3], die ungefähre Fläche eines elliptischen Querschnittes [4] oder die Fläche eines beliebigen nichtkonkaven Querschnittes [5] bestimmt werden können, eine prinzipiell beliebig genaue und vollständige Bestimmung einer beliebigen nichtkonkaven Querschnittsfläche ist jedoch auch mit diesen Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich.With Laser micrometers can only objects with non-concave cross-sectional areas, i. Cross-sectional areas without Undercuts, to be measured. Another disadvantage is that according to the prior art exactly only the maximum and minimum extent the cross-sectional area of the object to be measured can be determined. Not possible According to the prior art, the arbitrary exact determination of the complete contour the cross-sectional area of the measured object. Thus, while devices and methods are known, with those by partly simultaneous use of several laser micrometer sensors the out-of-roundness of a workpiece [2], the geometry of the cross-sectional area an edged workpiece [3], the approximate area an elliptical cross-section [4] or the surface of any non-concave Cross section [5] can be determined, one in principle arbitrary accurate and complete Determination of any non-concave cross-sectional area but not possible with these methods and devices.

Das in [2] vorgeschlagene Verfahren zur Bestimmung von Gleichdicken ermöglicht nur eine Bestimmung von Konturen mit einen Zentrum (im Sinne des Schnittpunktes von mindestens zwei Symmetrieachsen der Kontur). Die so genannten Nullpunkte der Lasermikrometer müssen in einem Punkt zusammenfallen. Exakt sind nur die so genannten größten (maximalen) und kleinsten (minimalen) Durchmesser der Kontur bestimmbar, eine exakte Bestimmung anderer Konturpunkte ist nicht möglich. Somit ist die Anzahl der prinzipiell messbaren Konturen eingeschränkt, außerdem ist das Verfahren technisch aufwendig.The in [2] proposed method for the determination of uniform thicknesses allows only a determination of contours with a center (in the sense of Intersection of at least two symmetry axes of the contour). The so-called zero points of the laser micrometer must be in coincide a point. Exactly only the so-called largest (maximum) and minimum (minimum) diameter of the contour determinable, a exact determination of other contour points is not possible. Consequently is the number of basically measurable contours restricted, also is the process is technically complicated.

Das in [5] vorgeschlagene rechentechnische Auswerteverfahren. ist sehr empfindlich bezüglich des in jeder realen Messvorrichtung, insbesondere bei kostengünstigen Ausführungsvarianten, vorhandene Rauschen der Messwerte.The in [5] proposed computational evaluation. is very sensitive to the in any real measuring device, especially at low cost Variants, existing noise of the measured values.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein kostengünstiges und industrietaugliches optisches Verfahren und Vorrichtungen zur Vermessung von nichtkonkaven Querschnittsflächen und Körpern zur Verfügung zu stellen, mit denen die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden können.It object of the present invention is a cost and industrial grade optical method and apparatus for Measurement of non-concave cross-sectional areas and bodies available pose with those mentioned above Disadvantages of the prior art can be avoided.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine optische Messvorrichtung verwendet wird, die so konstruiert und positioniert ist, dass die zu vermessenden Querschnittsfläche oder die gesamte Messvorrichtung um eine bestimmte Achse rotiert. Diese Achse durchstößt die zu vermessende Querschnittsfläche in jeder relevanten Rotationslage senkrecht oder tangiert sie zumindest.to solution The object is a method proposed characterized is that an optical measuring device is used that constructs so and is positioned that the cross-sectional area or the entire measuring device rotates about a specific axis. These Axis pierces the to measuring cross-sectional area in any relevant rotational position perpendicular or tangent at least.

Die optische Achse der Messvorrichtung verläuft durch die Rotationsachse, ist senkrecht zu dieser und parallel zur Normalen der Detektorfläche der optischen Messvorrichtung.The optical axis of the measuring device passes through the axis of rotation, is perpendicular to this and parallel to the normal of the detector surface of the optical Measuring device.

Durch den Detektor der optische Messvorrichtung werden die Abstände der in einer bestimmten Rotationslage senkrecht zur Rotationsachse und parallel zur optischen Achse der Messvorrichtung verlaufenden Tangenten an den durch die längste Sehne der zu vermessenden Querschnittsfläche getrennten Teilflächen der Querschnittsfläche zur Rotationsachse bestimmt. Die vorgeschlagene optische Messvorrichtung ist so konstruiert und positioniert, dass diese Abstände in allen relevanten Rotationslagen messbar sind.By the detector of the optical measuring device, the distances of the in a certain rotational position perpendicular to the axis of rotation and parallel to the optical axis of the measuring device extending tangent through the longest tendon the to be measured cross-sectional area separate partial surfaces of the Cross sectional area determined to the axis of rotation. The proposed optical measuring device is constructed and positioned so that these distances in all relevant rotational positions are measurable.

Die Geometrie der Querschnittsfläche wird durch ein neu vorgeschlagenes, spezielles rechentechnisches Auswerteverfahren der Abstände der Tangenten an den Teilflächen der zu vermessenden Querschnittsfläche zur Rotationsachse bei wohldefinierten Rotationslagen der Querschnittsfläche bestimmt.The Geometry of the cross-sectional area is replaced by a newly proposed, special computational Evaluation method of the distances the tangents on the faces the cross-sectional area to be measured at the axis of rotation well-defined rotational positions of the cross-sectional area determined.

Durch definierte Verschiebung eines zu vermessenden Körpers entlang der Rotationsachse können verschiedene Querschnittsflächen des zu vermessenden Körpers bestimmt und somit eine vollständige Vermessung des Körpers realisiert werden.By defined displacement of a body to be measured along the axis of rotation can be different Cross-sectional areas of the body to be measured determined and thus a complete Measuring the body will be realized.

Ausführungsbeispieleembodiments

1 zeigt eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung entsprechend der erfindungsmäßigen Lösung in Form eines Lasermikrometers. Die erfindungsmäßige Lösung wird dabei durch Einsatz eines segmentierten Detektors realisiert. Damit ist eine Rotation der zu vermessenden Querschnittsfläche von mindestens 180° notwendig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention solution in the form of a laser micrometer. The inventive solution is realized by using a segmented detector. This requires a rotation of the cross-sectional area to be measured of at least 180 °.

In der Zeichnung dargestellt sind der Lichtvorhang 1, der zu vermessende Körper 2 (mit der zu vermessenden Querschnittsfläch,, der segmentierte Detektor 3, die Lichtquelle 4, die Optiken 5.1 und 5.2 zur Parallelisierung bzw. Abbildung des Lichtes auf den segmentierten Detektor 3 sowie ein drehbarer, mit dem Winkelgeber/Winkellagendetektor 7 verbundener Tisch 6 auf dem der zu vermessende Körper 2 steht. Die rechts vom zu vermessenden Körper 2 gezeichneten Teile des Lichtvorhanges 1 enthalten die Messinformationen und werden durch die Optik 5.2 auf die jeweiligen Segmente des segmentierten Detektors 3 abgebildet. Mit Hilfe der Vorrichtung 8 können die Winkelgeber/Winkellagendetektoreinheit 7 und der Drehtisch 6 mit dem darauf positionierten zu vermessenden Körper 2 um definierte Längen parallel zur Rotationsachse des zu vermessenden Körpers verschoben werden, dies ermöglicht im Prinzip eine vollständige Vermessung des Körpers.Shown in the drawing are the light curtain 1 , the body to be measured 2 (with the cross-sectional area to be measured, the segmented detector 3 , the light source 4 , the optics 5.1 and 5.2 for parallelization or imaging of the light on the segmented detector 3 and a rotatable, with the angle encoder / angular position detector 7 connected table 6 on the body to be measured 2 stands. The right of the body to be measured 2 drawn parts of the light curtain 1 Contain the measurement information and be through the optics 5.2 to the respective segments of the segmented detector 3 displayed. With the help of the device 8th can the angle encoder / angle bearing detector unit 7 and the turntable 6 with the body to be measured positioned on it 2 be moved by defined lengths parallel to the axis of rotation of the body to be measured, this allows in principle a complete measurement of the body.

Bei einer nächsten Ausführungsvariante einer Vorrichtung entsprechend der erfindungsmäßigen Lösung ist der zu vermessende Körper fixiert und die gesamte Messvorrichtung rotiert um den zu messenden Körper, wobei die Rotationsachse die zu vermessende Querschnittsfläche senkrecht durchstößt oder zumindest tangiert.at one next variant a device according to the invention solution is to be measured body fixed and the entire measuring device rotates around the measured Body, wherein the axis of rotation perpendicular to the cross-sectional area to be measured pierces or at least tangent.

Eine weitere Ausführungsvariante einer Vorrichtung entsprechend der erfindungsmäßigen Lösung zeigt 2. Die erfindungsmäßige Lösung wird dabei durch Einsatz eines Lasermikrometers mit nicht notwendigerweise segmentierten Detektor realisiert. Die Geometrie der Messvorrichtung ist dabei so, dass die durch die längste Sehne der zu vermessenden Querschnittsfläche getrennten Teilflächen der Querschnittsfläche nacheinander vermessen werden. Somit ist eine Rotation der zu vermessenden Querschnittsfläche von mindestens 360° notwendig.A further embodiment of a device according to the invention solution shows 2 , The inventive solution is realized by using a laser micrometer with not necessarily segmented detector. The geometry of the measuring apparatus is such that the partial surfaces of the cross-sectional area which are separated by the longest chord of the cross-sectional area to be measured are measured one after the other. Thus, a rotation of the cross-sectional area to be measured of at least 360 ° is necessary.

In der Zeichnung sind wieder der Lichtvorhang 1, der zu vermessende Körper 2 (mit der zu vermessenden Querschnittsfläche), der Detektor 3, die Lichtquelle 4, die Optiken 5.1 und 5.2 sowie ein drehbarer, mit dem Winkelgeber/Winkellagendetektor 7 verbundener Tisch 6 auf dem der zu vermessende Körper 2 steht, sowie die Vorrichtung 8 dargestellt.In the drawing are the light curtain again 1 , the body to be measured 2 (with the cross-sectional area to be measured), the detector 3 , the light source 4 , the optics 5.1 and 5.2 and a rotatable, with the angle encoder / angular position detector 7 connected table 6 on the body to be measured 2 stands, as well as the device 8th shown.

Eine weitere Ausführungsvariante einer Vorrichtung entsprechend der erfindungsmäßigen Lösung zeigt 3. Die erfindungsmäßige Lösung wird dabei durch Einsatz eines Detektors der so konstruiert ist, dass er die Abstände der Tangenten an den durch die längste Sehne der zu vermessenden Querschnittsfläche getrennten Teilflächen der Querschnittsfläche zur Rotationsachse direkt und ohne zusätzliche Ausleuchtung des Messobjektes durch eine gerichtete Lichtquelle messen kann, also z.B. eine entsprechend konstruierte CCD – Zeile oder CCD – Kamera mit nachgeschalteter Auswerteelektronik und entsprechender Bildverarbeitungssoftware.A further embodiment of a device according to the invention solution shows 3 , The inventive solution is thereby by using a detector which is constructed so that it the distances of the tangents to the separated by the longest chord of the cross-sectional area to be measured partial areas of the cross-sectional area to the rotation axis directly and without additional illumination of the measurement object a directional light source can measure, so for example a correspondingly constructed CCD line or CCD camera with downstream evaluation and corresponding image processing software.

In der Zeichnung dargestellt sind der zu vermessende Körper 2 (mit der zu vermessenden Querschnittsfläche), der Detektor 3, die Optik 5 sowie ein drehbarer, mit dem Winkelgeber/Winkellagendetektor 7 verbundener Tisch 6 sowie die Vorrichtung 8.Shown in the drawing are the body to be measured 2 (with the cross-sectional area to be measured), the detector 3 , the optics 5 and a rotatable, with the angle encoder / angular position detector 7 connected table 6 as well as the device 8th ,

Die oben erwähnte spezielle rechentechnische Auswertung kann das Tangenteniterationsverfahren (TIV) sein, welches durch die 4 und 5a sowie 5b illustriert wird.The above-mentioned special computational evaluation may be the tangent iteration method (TIV), which is used by the 4 and 5a such as 5b is illustrated.

4 zeigt schematisch eine Ausführungsvariante der erfindungsmäßigen Lösung in Form eines Lasermikrometers mit segmentierten Detektor 4.1 und 4.2 mit dem Lichtvorhang 1. der zu vermessenden Querschnittsfläche 2 mit den beiden zu vermessenden Teilflächen (getrennt durch die Strich-Punkt-Linien) in verschiedenen Rotationslagen und den beiden Teilflächen 3.1 und 3.2 der beim TIV verwendeten 0. Näherung der zu bestimmenden Querschnittsfläche. Die Figur zeigt die zu vermessende Querschnittsfläche in Draufsicht, d.h. die Rotationsachse 5 ist senkrecht zur Papierebene. Der Ursprung des gedachten kartesischen Koordinatensystems fällt mit der Rotationsachse zusammen, die x, y – Ebene des Koordinatensystems liegt in der Papierebene. Mit p und den entsprechenden Indizes werden die gemessenen Abstände der beiden Teilflächen, mit d und den entsprechenden Indizes Segmentgrenzenlängen der beiden Teilflächen bezeichnet. x0 bezeichnet den Abstand der längsten Sehne der Kontur zur Rotationsachse. 4 schematically shows an alternative embodiment of the inventive solution in the form of a laser micrometer with segmented detector 4.1 and 4.2 with the light curtain 1 , the cross-sectional area to be measured 2 with the two partial surfaces to be measured (separated by the dash-dot lines) in different rotational positions and the two partial surfaces 3.1 and 3.2 the approximation of the cross-sectional area used in the TIV. The figure shows the cross-sectional area to be measured in plan view, ie the axis of rotation 5 is perpendicular to the paper plane. The origin of the imaginary Cartesian coordinate system coincides with the axis of rotation, the x, y plane of the coordinate system lies in the plane of the paper. With p and the corresponding indices, the measured distances of the two subareas are denoted by d and the corresponding indices segment boundary lengths of the two subareas. x 0 denotes the distance between the longest chord of the contour and the axis of rotation.

In 5a und 5b wird das aus zwei Iterationen bestehende Blockschema des TIV gezeigt. 5a zeigt die äußere Iteration, die 5a und 5b die inneren Iterationen (für jeweils eine Teilfläche der zu bestimmenden Querschnittsfläche). Verwendung finden die in 4 illustrierten Bezeichnungen der Größen. Der prinzipielle Ansatz der Iterationen 0 bis m der inneren Iteration des TIV ist:

  • a) Die gemessenen Abstände pi,M werden mit den berechneten Abständen pi,0 einer mathematisch gut beschreibaren Kontur (z.B. einer Ellipse), der nullten Näherung, verglichen, d.h. deren Differenzen wird gebildet.
  • b) In definierten Punkten dieser Kontur, an denen die Tangenten, deren Winkellagen im Koordinatensystem durch die Rotationsschrittweite der Messung bestimmt sind, verlaufen, werden die Segmentgrenzenlängen dj proportional zur in a) erwähnten Differenz korregiert.
  • c) Es wird die Größe So, die Summe der Absolutwerte der Differenzen pi,M – pi,0 über alle i gebildet. Diese Summe dient als Kriterium für den Abruch der Iteration.
  • d) Die Prozedur wird m-mal wiederholt, bis eine vorab festgelegte Größe ΔSm = Sm-1 – Sm nicht unterschritten wird.
In 5a and 5b the two-iteration block diagram of the TIV is shown. 5a shows the outer iteration, the 5a and 5b the inner iterations (for each partial area of the cross-sectional area to be determined). Use find the in 4 illustrated terms of sizes. The basic approach of the iterations 0 to m of the inner iteration of the TIV is:
  • a) The measured distances p i, M are compared with the calculated distances p i, 0 of a mathematically well describable contour (eg an ellipse), the zeroth approximation, ie their differences are formed.
  • b) In defined points of this contour, at which the tangents whose angular positions in the coordinate system are determined by the rotational step size of the measurement, the segment boundary lengths d j are corrected proportionally to the difference mentioned in a).
  • c) The quantity So, the sum of the absolute values of the differences p i, M - p i, 0 is formed over all i. This sum serves as a criterion for the termination of the iteration.
  • d) The procedure is m-times repeated until a predetermined size .DELTA.S m = S m-1 - S does not fall below m.

Die äußere Iteration dient der Bestimmung der Größe x0, die durch eine Vorrichtung entsprechend der erfindungsmäßigen Lösung nicht direkt gemessen werden kann. Für jeden Iterationsschritt der äußeren Iteration wird dabei die innere Iteration nach a) bis d) für eine der beiden Teilflächen durchlaufen. Kriterium für den Abbruch der äußeren Iteration ist das Finden des Minimums von Sm bei Variation von x0 im Intervall von p90,– bis p90,+ und vorher definierten minimalen Änderungsschritt von x0.The outer iteration is used to determine the size x 0 , which can not be measured directly by a device according to the inventive solution. For each iteration step of the outer iteration, the inner iteration according to a) to d) is run through for one of the two subareas. The criterion for the termination of the outer iteration is finding the minimum of S m with a variation of x 0 in the interval from p 90, - to p 90, + and a previously defined minimum change step of x 0 .

Literaturliterature

  • [1] T. Pfeifer; Fertigungsmeßtechnik; Oldenbourg Verlag, München, 1998, ISBN 3-486-24219-9[1] T. Pfeifer; production metrology; Oldenbourg Verlag, Munich, 1998, ISBN 3-486-24219-9
  • [2] Offenlegungsschrift DE 20023127 U1 [2] Disclosure DE 20023127 U1
  • [3] Offenlegungsschrift DE 10114961 A1 [3] Disclosure DE 10114961 A1
  • [4] Europäische Patentanmeldung EP 0266525 A1 [4] European patent application EP 0266525 A1
  • [5] Patentschrift JP 08145636 A [5] Patent specification JP 08145636 A

Claims (4)

Verfahren zur Vermessung von nichtkonkaven Querschnittsflächen mit einer optischen Messvorrichtung, bei dem – die optische Messvorrichtung gegenüber der Querschnittsfläche oder die Querschnittsfläche gegenüber der Messvorrichtung rotiert und zwar um eine auf der Querschnittsfläche senkrecht stehenden Rotationsachse, die die Querschnittsfläche im Inneren durchstößt oder am Rand berührt, – in wohldefinierter Rotationslage ein Detektor der optischen Messvorrichtung die Abstände pi,M,+ und pi,M,– zwischen der Rotationsachse und denjenigen Tangenten an die Querschnittsfläche misst, die senkrecht zur Richtung der Rotationsachse und senkrecht zur Detektorfläche an den durch die längste Sehne der Querschnittsfläche getrennten Teilflächen der Querschnittsfläche verlaufen, – die Querschnittsfläche in einem speziellen rechentechnischen Verfahren berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das spezielle rechentechnische Verfahren ein Iterationsverfahren (Tangenteniterationsverfahren) ist, welches – mit einer mathematisch gut beschreibbaren Kontur, deren Lage zur Rotationsachse durch einen Parameter x0 anzugeben ist, als nullter Näherung an die Querschnittsfläche startet, und – sowohl den Parameter x0 als auch die Abstände dj einzelner Konturpunkte zur Rotationsachse in gegebenen Winkellagen sukzessive verbessert, indem Differenzen zwischen den gemessenen Tangentenabständen pi,M,+, pi,M,– und den Tangentenabständen einer in m-ter Iteration berechneten Kontur einbezogen werden.Method for measuring non-concave cross-sectional areas with an optical measuring device, in which the optical measuring device rotates with respect to the cross-sectional area or the cross-sectional area with respect to the measuring device about an axis of rotation perpendicular to the cross-sectional area which penetrates the internal cross-sectional area or touches it at the edge, in a well-defined rotational position, a detector of the optical measuring device measures the distances p i, M, + and p i, M, between the axis of rotation and those tangents to the cross-sectional area perpendicular to the direction of the axis of rotation and perpendicular to the detector surface to that through the longest chord the cross-sectional area run separate sub-areas of the cross-sectional area, - the cross-sectional area is calculated in a special computational method, characterized in that the special computational method, an iteration method (Tangenteniter tion method), which - starts with a mathematically well describable contour whose position is to be given to the axis of rotation by a parameter x 0 , as zeroth approximation to the cross-sectional area, and - both the parameter x 0 and the distances d j of individual contour points to the axis of rotation successively improved in given angular positions by including differences between the measured tangent distances p i, M, + , p i, M, - and the tangent distances of a contour calculated in m-th iteration be gene. Vorrichtung zur Vermessung von nichtkonkaven Querschnittsflächen – mit einer optischen Messvorrichtung, wobei die optische Messvorrichtung gegenüber der Querschnittsfläche oder die Querschnittsfläche gegenüber der Messvorrichtung rotiert und zwar um eine auf der Querschnittsfläche senkrecht stehenden Rotationsachse, die die Querschnittsfläche im Inneren durchstößt oder am Rand berührt, – mit einem Detektor der optischen Messvorrichtung, der in wohldefinierter Rotationslage die Abstände pi,M,+ und pi,M,– zwischen der Rotationsachse und denjenigen Tangenten an die Querschnittsfläche messen kann, die senkrecht zur Richtung der Rotationsachse und senkrecht zur Detektorfläche an den durch die längste Sehne der Querschnittsfläche getrennten Teilflächen der Querschnittsfläche verlaufen, – mit Berechnungsmitteln, um die Querschnittsfläche in einem speziellen rechentechnischen Verfahren zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungsmittel als spezielles rechentechnisches Verfahren ein Iterationsverfahren (Tangenteniterationsverfahren) ausführen, welches – mit einer mathematisch gut beschreibbaren Kontur, deren Lage zur Rotationsachse durch einen Parameter x0 anzugeben ist, als nullter Näherung an die Querschnittsfläche startet, und – sowohl den Parameter x0 als auch die Abstände dj einzelner Konturpunkte zur Rotationsachse in gegebenen Winkellagen sukzessive verbessert, indem Differenzen zwischen den gemessenen Tangentenabständen pi,M,+, pi,M,– und den Tangentenabständen einer in m-ter Iteration berechneten Kontur einbezogen werden.Device for measuring non-concave cross-sectional areas - with an optical measuring device, wherein the optical measuring device with respect to the cross-sectional area or the cross-sectional area with respect to the measuring device rotates about an axis perpendicular to the cross-sectional surface axis of rotation, which pierces the cross-sectional area in the interior or at the edge, - a detector of the optical measuring device, which can measure the distances p i, M, + and p i, M, in a well-defined rotational position between the axis of rotation and those tangents to the cross-sectional area perpendicular to the direction of the axis of rotation and perpendicular to the detector surface at the the longest chord of the cross-sectional area extending separate partial surfaces of the cross-sectional area, - with calculation means to calculate the cross-sectional area in a special computational method, characterized in that the calculation means as a special r echentechnisches method perform an iteration method (Tangenteniterationsverfahren), which - starts with a mathematically well describable contour whose position is to the axis of rotation by a parameter x 0 , as zeroth approximation to the cross-sectional area, and - both the parameter x 0 and the distances d j individual contour points to the axis of rotation in given angular positions successively improved by differences between the measured tangent distances p i, M, + , p i, M, - and the tangent distances of a calculated in m-th iteration contour are included. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Vermessung ein Lasermikrometer ist.Device according to claim 2, characterized in that the measuring device is a laser micrometer. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor der Vorrichtung zur Vermessung eine CCD – Zeile oder CCD – Kamera ist.Device according to Claim 2 or 3, characterized the optical sensor of the measuring device is a CCD line or CCD camera is.
DE102004022637A 2003-07-11 2004-05-07 Optical method and apparatus for measuring non-concave cross-sectional areas Expired - Fee Related DE102004022637B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004022637A DE102004022637B4 (en) 2003-07-11 2004-05-07 Optical method and apparatus for measuring non-concave cross-sectional areas

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10331477 2003-07-11
DE10331477.6 2003-07-11
DE102004022637A DE102004022637B4 (en) 2003-07-11 2004-05-07 Optical method and apparatus for measuring non-concave cross-sectional areas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102004022637A1 DE102004022637A1 (en) 2005-03-24
DE102004022637B4 true DE102004022637B4 (en) 2006-03-30

Family

ID=34201358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004022637A Expired - Fee Related DE102004022637B4 (en) 2003-07-11 2004-05-07 Optical method and apparatus for measuring non-concave cross-sectional areas

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102004022637B4 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008015809A1 (en) 2008-03-27 2009-10-08 Willibald Hawlitschek Non-concave cross-sectional area measuring method, involves identifying singular non-differentiable point of function using computational process, and separately calculating segments of area using process
DE102008033405A1 (en) 2008-07-16 2010-01-28 Willibald Hawlitschek Method for measuring non-concave cross section surfaces of body, involves determining new position of cross section surface and rotation axis or detector of optical measuring device

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103212828B (en) * 2012-01-19 2016-07-06 昆山思拓机器有限公司 Medical bracket pipe diameter tolerance compensates process equipment automatically
DE102015220002B4 (en) 2015-10-15 2018-06-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for continuous measurement of outer contours and measuring device for carrying out the method
CN111457849A (en) * 2020-05-09 2020-07-28 广西孚农科技有限公司 Seed bud identification sensor of sugarcane cutting machine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3633275A1 (en) * 1986-09-30 1987-10-08 Siemens Ag METHOD FOR GENERATING POSITION SIGNALS REPRESENTING LOCATIONS THAT LIMIT THE ELLIPTIC CROSS-SECTIONAL SURFACE OF AN OBJECT
JPH08145636A (en) * 1994-11-22 1996-06-07 Sumitomo Metal Ind Ltd Method for measuring shape using outside diameter measuring apparatus
DE10023172A1 (en) * 2000-05-11 2001-11-22 Laser Applikationan Gmbh Optical measurement of diameter, thicknesses and eccentricity of elongated products, especially products moving on a roller path, to provide continuous monitoring ensuring products are within tolerance
DE10114961A1 (en) * 2001-03-27 2002-10-10 Bruno Richter Gmbh & Co Mess S Contactless determination of outer contour and/or orientation of object with at least one edge involves determining positions of intercept points of measurement lines in contact with object
DE20023127U1 (en) * 2000-05-11 2003-02-20 Laser Applikationan Gmbh Optical measurement of diameter, thicknesses and eccentricity of elongated products, especially products moving on a roller path, to provide continuous monitoring ensuring products are within tolerance

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3633275A1 (en) * 1986-09-30 1987-10-08 Siemens Ag METHOD FOR GENERATING POSITION SIGNALS REPRESENTING LOCATIONS THAT LIMIT THE ELLIPTIC CROSS-SECTIONAL SURFACE OF AN OBJECT
EP0266525A1 (en) * 1986-09-30 1988-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Process for producing position signals which represent points which confine the nearly elliptic area of the cross-section of an object
JPH08145636A (en) * 1994-11-22 1996-06-07 Sumitomo Metal Ind Ltd Method for measuring shape using outside diameter measuring apparatus
DE10023172A1 (en) * 2000-05-11 2001-11-22 Laser Applikationan Gmbh Optical measurement of diameter, thicknesses and eccentricity of elongated products, especially products moving on a roller path, to provide continuous monitoring ensuring products are within tolerance
DE20023127U1 (en) * 2000-05-11 2003-02-20 Laser Applikationan Gmbh Optical measurement of diameter, thicknesses and eccentricity of elongated products, especially products moving on a roller path, to provide continuous monitoring ensuring products are within tolerance
DE10114961A1 (en) * 2001-03-27 2002-10-10 Bruno Richter Gmbh & Co Mess S Contactless determination of outer contour and/or orientation of object with at least one edge involves determining positions of intercept points of measurement lines in contact with object

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. Pfeifer: Fertigungsmesstechnik, Oldenbourg Ver- lag München, 1998, ISBN 3-486-24219-9
T. Pfeifer: Fertigungsmesstechnik, Oldenbourg Ver-lag München, 1998, ISBN 3-486-24219-9 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008015809A1 (en) 2008-03-27 2009-10-08 Willibald Hawlitschek Non-concave cross-sectional area measuring method, involves identifying singular non-differentiable point of function using computational process, and separately calculating segments of area using process
DE102008033405A1 (en) 2008-07-16 2010-01-28 Willibald Hawlitschek Method for measuring non-concave cross section surfaces of body, involves determining new position of cross section surface and rotation axis or detector of optical measuring device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004022637A1 (en) 2005-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0145957B1 (en) Process and device for the contactless measuring of objects
EP1420264B1 (en) Method and device for calibrating a measurement system
EP1711777B1 (en) Method for determining the position and the relative motion of an object in a space
EP2040026B1 (en) Method and system for calibrating an apparatus for measuring the shape of a reflective surface
AT506110B1 (en) DEVICE AND METHOD FOR DETECTING BODY MEASURE DATA AND CONTOUR DATA
EP2539117B1 (en) Method and device for determining distances on a vehicle
EP2423639B1 (en) Method for determining gap dimensions and/or flushness of bodywork sections of a motor vehicle and control program
EP1926049B1 (en) Method for correcting a volume mapping equation for determining a velocity field for particles in a volume
DE10333802B4 (en) Method and device for testing tires
EP1528353A1 (en) Method of Calibrating a 3D Measuring Apparatus
DE102006013584A1 (en) Apparatus and method for measuring components
CH666547A5 (en) OPTICAL-ELECTRONIC MEASURING METHOD, A DEVICE REQUIRED FOR THIS AND ITS USE.
EP3418680B1 (en) System and method for position measurement
DE102004022637B4 (en) Optical method and apparatus for measuring non-concave cross-sectional areas
EP0563058B1 (en) Method and sensor for the determination of the position of a position-control element relative to a reference body
EP2031348B1 (en) Surface inspection method for detecting surface defects and/or charting the surface topography
DE102006005990B4 (en) Workpiece measurement for 3-D position detection in several multi-robot stations
Modica et al. Can a low cost sensing system be exploited for high precision machining?
DE102008033405A1 (en) Method for measuring non-concave cross section surfaces of body, involves determining new position of cross section surface and rotation axis or detector of optical measuring device
DE102016212651B4 (en) Method for measuring a workpiece using at least one reference body
DE19907880A1 (en) Laser measuring method for azimuth, elevation and offset of workpiece spindles in machine tool uses laser measurements for calculating relative angular positions of spindle axes relative to pre-defined reference plane
DE10117390A1 (en) Device for quantitative assessment of the spatial position of two machine parts, workpieces or other objects relative to one another
EP2196767B1 (en) Method and system for testing the precision of a sensor
WO2003052347A2 (en) Method for the three-dimensional measurement of a surface
DE102016013550B3 (en) Profile measuring system for roughness and contour measurement on a surface of a workpiece

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee