-
Die
Erfindung betrifft eine berührungslose Erfassungseinrichtung
zur dreidimensionalen Erfassung einer Oberfläche eines
Objekts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Die Erfindung betrifft ferner ein Kalibriernormal für
eine solche Erfassungseinrichtung sowie ein Verfahren zur berührungslosen
Erfassung einer Oberfläche eines Objekts.
-
Eine
gattungsgemäße Erfassungseinrichtung ist aus der
DE 43 43 058 A1 bekannt.
-
Bei
der bekannten Erfassungseinrichtung ist eine multisensorielle Kamera
für die Qualitätskontrolle und Sortierung von
Schüttstromprodukten bekannt. Hierbei sind bildgebende
Sensoren wie Schwarz-Weiß- und Farbkameras, bildgebende 3D-Sensoren,
ein Thermographie-Bildsensor und ggf. weitere Sensoren genannt.
Weiterhin ist vorgesehen, die unterschiedlichen Sensoren so anzuordnen,
dass sie das gleiche Bildfeld erfassen und sich entsprechende Bildpunkte
der Sensoren auf gleiche Bildpunkte der Produktoberfläche
beziehen. Die Signale der unterschiedlichen Sensoren werden mit
Hilfe eines Klassifikators bildpunktweise in ein Klassenbild umgewandelt,
bei welchem jedem Bildpunkt ein Code zugeordnet wird, welcher seiner
Zugehörigkeit zu einer von zahlreichen, vorher gelernten
Klassen entspricht.
-
Eine
solche Klassifikation von Bildpunkten ist insbesondere für
eine automatische Qualitätskontrolle, wie dort beschrieben,
sinnvoll. In bestimmten Fällen ist jedoch auch eine Kontrolle
von Oberflächen von Objekten mittels menschlicher Wahrnehmung
erforderlich. Die bekannte Erfassungseinrichtung ist jedoch nicht
dafür vorgesehen, die von Objektoberflächen erfassten
Daten in einer für die menschliche Wahrnehmung vorteilhaften
Darstellung wiederzugeben.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine berührungslose
Erfassungseinrichtung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung wenigstens
einer Oberfläche eines Objekts anzugeben, die eine für
eine menschliche Wahrnehmung besonders geeignet darstellbare Information über
die Oberfläche erzeugen.
-
Diese
Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Einrichtung
sowie das in dem Patentanspruch 10 angegebene Verfahren gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Die
Erfindung hat den Vorteil, eine dreidimensionale Bildinformation
der Oberfläche eines Objekts bereitzustellen, die nicht
nur, wie bekannt, die mittels Licht erfassbare Oberfläche
wiedergibt, sondern eine dieser Bildinformation zugeordnete thermographische
Bildinformation enthält. Dies ermöglicht einem
menschlichen Betrachter, z. B. bei Wiedergabe der Bildinformation
auf einem Bildschirm, auf einfache und schnelle Weise kritische
und gefährdete Stellen an laufenden Maschinen und Anlagen
zu erkennen und mögliche Ausfalle damit frühzeitig
vermeiden zu können. Die zu einer dreidimensionalen thermografischen
Bildinformation der Oberfläche verknüpfte, aus
den Licht-Bilddaten gewonnene und den thermographischen Bilddaten
gewonnene Darstellung erlaubt eine schnelle Zuordnung überhitzungsgefährdeter
Bereiche der Oberflächen von Maschinen und Anlagen zu bestimmten
Bauteilen der Maschine bzw. der Anlage. Die Erfindung erlaubt insbesondere
eine verbesserte Datenaufbereitung. Mit der Erfindung kann die Genauigkeit
und die Zuverlässigkeit der Messungen erhöht werden,
z. B. indem Störeinflüsse wie Lichtreflexionen
erkannt und kompensiert werden.
-
Mit
dem Begriff „Licht” sei im Zusammenhang der vorliegenden
Patentanmeldung Licht im sichtbaren Spektralbereich und im Nahinfrarotbereich
gemeint. Für die Ausführung solcher Licht aufnehmenden
Kameras kommen beispielsweise übliche Videokameras in Frage.
Vorteilhaft können auch die im Bereich von Adaptive Cruise
Control-Systemen (ACC) bekannt gewordenen Kameraeinrichtungen eingesetzt
werden, die im Spektralbereich des Nahinfrarot-Lichts arbeiten,
z. B. Lidar. Solche Kameraeinrichtungen sind vorteilhaft bereits
zur Erzeugung einer dreidimensionale Bildinformation eingerichtet.
-
Thermographische
Kameras sind auch unter der Bezeichnung Wärmebildkameras
bekannt, d. h. solche Kameras, die ein Wärmebild des erfassten Bildbereichs
erzeugen.
-
Thermographische
Kameras bieten eine Möglichkeit, komplexe thermische Messungen schnell
und berührungslos durchzuführen. Auf diese Weise
können beispielsweise fehlerhafte Verbindungen oder Bauteile
in elektrischen Schaltungen gefunden oder Maschinen und Anlagen
analysiert werden. Eine korrekte und exakte Umrechnung der gemessenen
Bilddaten in Temperaturen ist jedoch ein komplexer Vorgang, da die
gemessenen Werte vom Emissionsgrad der gemessenen Materialien und
teilweise auch von deren Winkel zur Ausrichtung der Kamera abhängen.
-
Zudem
ist eine präzise dreidimensionale Messung mit thermographischen
Kameras nicht zufrieden stellend möglich. Dies ist einerseits
dadurch bedingt, dass thermographische Kameras relativ geringe Bildauflösungen
haben, z. B. maximal 640 × 480 Bildpunkte. Thermographische
Kameras mit einer solchen, bereits relativ hohen Auflösung
sind jedoch ausgesprochen teuer. Kameras im üblichen, erschwinglichen
Preisbereich haben jedoch deutlich geringere Auflösungen.
Für eine dreidimensionale thermographische Messung mehrere
thermographische Kameras zu verwenden, wäre zwar theoretisch denkbar,
scheitert jedoch in der Praxis in der Regel an den relativ hohen
Kosten. Die vorliegende Erfindung bietet hier eine erheblich kostengünstigere
Lösung.
-
Eine
thermographische Bildinformation, gemessen unter Verwendung einer
thermographischen Kamera, hat generell den Vorteil, dass in einer
relativ kurzen Zeit eine schnelle Messung einer großen
Anzahl von Temperaturwerten möglich ist. Diese Temperaturwerte
werden in Form einer Bildinformation gemessen, was eine verhältnismäßig
intuitive Interpretation durch einen Menschen zulässt.
So können beispielsweise „Hot-Spots” in
Maschinen und Anlagen schnell und gefahrenfrei aufgefunden werden. Eine
Verbesserung der Zuordnung erkannter Temperaturbereiche zu Teilen
von Maschinen und Anlagen im Sinne einer noch intuitiveren Zuordnung
wäre jedoch wünschenswert. Es wurde erkannt, dass
hierfür eine dreidimensionale Messung besonders geeignet ist.
Insbesondere bei kontrastarmen thermographischen Messungen kann
durch eine dreidimensionale Bildinformation eine intuitive Zuordnung
erheblich verbessert werden. Die Verwendung dreidimensionaler Bildinformationen
hat zudem den Vorteil, dass weitere Informationen damit kombiniert
werden können, beispielsweise von einem CAD-Modell. All
dies ermöglicht eine verbesserte menschlich-intuitive oder
auch automatische Zuordnung der gemessenen Temperaturen zu dem CAD-Modell
oder einer dreidimensionalen Punktfolge der gemessenen Struktur, was
erhebliche Verbesserungen bei der Analyse von Maschinen und der
Qualitätskontrolle erlaubt.
-
Die
beschriebene Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass die thermographische
Bildinformation besser erkennbar gestaltet werden kann. Thermographische
Kameras haben nämlich generell den Nachteil, in bestimmten
Erfassungssituationen relativ kontrastarme Bilder zu liefern. Beispielsweise
im infraroten Spektrum sind die Bilder kontrastarm, da alle gemessenen
Körper Strahlung abgeben und das Bild auf diese Weise an
Kontrast verliert. Gemäß der Erfindung wird unter
Verwendung der dreidimensionalen Bildinformation auch die in der
resultierenden dreidimensionalen thermographischen Bildinformation
enthaltene thermographische Bildinformation besser erkennbar gestaltet.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird aus den Licht-Bilddaten
fotogrammetrisch die dreidimensionale Bildinformation der Oberfläche
des Objekts bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass auf gängige
Methoden der Fotogrammetrie zurückgegriffen werden kann.
Insbesondere kann für eine Software-Programmierung der
Auswerteeinrichtung auf bereits vorhandene Programmmodule zurückgegriffen
werden.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Auswerteeinrichtung
Kalibrierdaten für die Licht aufnehmende Kameraeinrichtung und
die thermographische Kameraeinrichtung auf. Vorteilhaft werden hierbei
gemeinsame bzw. zumindest in einer definierten Relation zueinander
stehende Kalibrierdaten verwendet, die eine Zuordnung der Bildpunkte
der einen Kameraeinrichtung zu den Bildpunkten der anderen Kameraeinrichtung
erlauben. Vorteilhaft können die Kalibrierdaten auch eine
räumliche Information beinhalten, durch die die aufgenommenen
Bilddaten beispielsweise in metrischen Einheiten skalierbar sind.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die erfindungsgemäße
Einrichtung eine Strahlungsquelle zur Bestrahlung der Oberfläche
des Objekts mit vorgegebenen Strahlungsmustern auf. Durch Vorgabe
bestimmter Strahlungsmuster kann auf robuste Weise die dreidimensionale Form
der Oberfläche des Objekts erfasst werden, ohne dass die
Kameras aufwendig in verschiedene Betrachtungspositionen verschwenkt
werden müssen. Vorteilhaft kann beispielsweise ein Musterprojektor
verwendet werden, der unterschiedliche Lichtmuster auf die Oberfläche
des Objekts projiziert. Beispielsweise kann die Methode der Streifenprojektion verwendet
werden. Aus einem mit einem Lichtmuster aufgenommenen Bild oder
verschiedenen, mit unterschiedlichen Lichtmustern aufgenommenen
Bildern kann beispielsweise über die aktive Triangulation eine
dreidimensionale Formmessung durchgeführt werden. Als Strahlungsquellen
kommen ferner Laser in Betracht, beispielsweise Punktlaser oder
Linienlaser, mit denen ein punkt- bzw. linienweises Abscannen der
Oberfläche des Objekts vorgenommen wird.
-
Gemäß der
Erfindung können für eine aktive Triangulation
zur Erzeugung der dreidimensionalen Bildinformation eine oder mehrere
Kameras, die Licht erfassen, wahlweise in Verbindung mit dem Musterprojektor,
eingesetzt werden. Das Ziel ist eine dreidimensionale Vermessung
der Oberfläche, beispielsweise durch die Methode der Streifenprojektion.
Vorteilhaft befindet sich die thermographische Kamera in derselben
Anordnung und wird gemeinsam mit der bzw. den Kameras, die Licht
erfassen, und ggf. mit dem Musterprojektor kalibriert. In einer
Ausführungsform der Erfindung ist die thermographische
Kamera an der Photogrammetrischen Messung an sich nicht beteiligt.
Die gemessenen Punkte der Bilddaten können durch eine virtuelle
Projektion in eine Punktwolke den Temperaturwerten zugeordnet werden.
Als Punktwolke wird eine Menge an Punkten verstanden, die in einer
bestimmten dreidimensionalen Umgebung liegen.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Strahlungsquelle
zur Bestrahlung eines Kalibriernormals zur Erzeugung einer Temperaturdifferenz
von Kalibriermarken vorgesehen. Vorteilhaft wird zur Kalibrierung
der Kameraeinrichtungen aufeinander ein Kalibriernormal eingesetzt,
welches neben einer mittels Licht optisch auswertbaren Kalibrierinformation
zusätzlich von der thermographischen Kameraeinrichtung
erfassbare thermographische Kalibrier-Informationen erzeugt. Zu
diesem Zweck ist vorgesehen, dass an definierten Stellen vorgesehene
Kalibriermarken neben einer optischen Erkennbarkeit durch Licht
zusätzlich eine Temperaturdifferenz zur Umgebung erzeugen
können. Vorteilhaft kann die Temperaturdifferenz durch
Bestrahlung des Kalibriernormals durch eine Strahlungsquelle, beispielsweise
durch den zuvor genannten Musterprojektor, erfolgen. Besonders geeignet
sind auch Halogenstrahler, die aufgrund ihres höheren Infrarot-Anteils
eine große Wärmeabstrahlung haben.
-
Vorteilhaft
ist es dementsprechend ein Kalibriernormal für die zuvor
beschriebene Einrichtung vorgesehen, dass als Kalibriermarken optische, durch
Licht aufnehmbare Markierungen an definierten Positionen sowie Einrichtungen
zur Erzeugung von Temperaturdifferenzen im Bereich der Markierungen
aufweist. Hierdurch kann durch ein ge meinsames Kalibriernormal eine
Abstimmung der Licht aufnehmenden Kameraeinrichtung und der thermographischen
Kameraeinrichtung aufeinander erfolgen, d. h. die einzelnen, von
den Kameraeinrichtungen aufgenommenen Bildpunkte können
einander in der dreidimensionalen Punktwolke zugeordnet werden.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Kalibriernormals sind als Einrichtungen zur Erzeugung von Temperaturdifferenzen
Heiz- und/oder Kühlelemente vorgesehen. Vorteilhaft ist
es beispielsweise, die Heiz- und/oder Kühlelemente direkt
im Bereich der durch Licht aufnehmbaren Markierungen vorzusehen.
Die Heiz- und/oder Kühlelemente können beispielsweise
als Heizfolien oder als Peltier-Elemente ausgebildet sein.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Kalibriernormals sind als Einrichtungen zur Erzeugung von Temperaturdifferenzen
Markierungen oder Teile von Markierungen vorgesehen, die einen im
Vergleich zur Umgebung unterschiedlichen Wärmereflexionskoeffizienten
bzw. Emissionsgrad aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die erwünschten
Temperaturdifferenzen zur Kalibrierung der thermographischen Kamera
auf einfache und kostengünstige Weise erzeugt werden können, z.
B. durch Bestrahlung durch eine Strahlungsquelle.
-
Für
die Kalibrierung der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist somit ein Kalibriernormal vorteilhaft, das im sichtbaren und
nahinfraroten Lichtspektrum sowie im thermografisch wirksamen Infrarot-Bereich eine
Kalibrierung der Kameras ermöglicht. Die Erfindung beinhaltet
daher auch ein spezielles Kalibriernormal mit Kalibriermarken. Das
Kalibriernormal verfügt in einer vorteilhaften Ausgestaltung über
kodierte Kalibriermarken zur eindeutigen Identifikation des Koordinatensystems
und über verschieden große Kreise als Eingangsgröße
für eine Kamera- und Projektor-Kalibrierung, z. B. durch
eine direkte lineare Transformation (DLT). Die Größe
der Kreise erlaubt eine Anpassung des Kalibriernormals an die Auflösung
der jeweils verwendeten Kamera. Durch ein derart ausgebildetes Kalibriernormal
kann eine Kalibrierinformation erzeugt werden, die die Position und
Winkel sowie die Kamerakonstanten aller beteiligten Kameras beschreibt.
Durch die Kreise unterschiedlichen Durchmessers in dem Kalibriernormal wird
den verschiedenen Auflösungen der Kameras, insbesondere
der für Licht vorgesehenen Kameras und der thermographischen
Kamera, Rechnung getragen. Vorteilhaft sind die Kalibriermarken
mit unterschiedlichen Emissionsgraden der Oberflächen ausgebildet,
beispielsweise als kontrastreiche Flächen, z. B. in den
Farben schwarz und weiß. Hierdurch sind die Kalibriermarken
sowohl von den Kameras, die Licht erfassen, als auch von der thermographischen Kamera
erfassbar.
-
Zur
Erzeugung von Temperaturdifferenzen kann die Strahlungsquelle beispielsweise
einen Halogen-Scheinwerfer aufweisen, mit dem ein Wärmeeintrag
in dem Objekt erzwungen wird.
-
Zur
Kalibrierung ist es vorteilhaft, die Licht aufnehmende Kameraeinrichtung
und die thermographische Kameraeinrichtung auf ein gemeinsames Kalibriernormal
zu richten, das, wie erwähnt, thermographisch und durch
Licht aufnehmbare Markierungen an definierten Stellen aufweist und
aus den erfassten Licht-Bildinformationen und den thermographischen
Bildinformationen der Kameraeinrichtungen Kalibrierdaten zu erzeugen
und diese für eine nachfolgende Erfassung von Oberflächen
mittels der Kameraeinrichtungen zu verwenden.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden bei der Erzeugung
der dreidimensionalen thermographischen Bildinformation Messfehler
der thermographischen Kamera, die auf Grund des jeweiligen Erfassungswinkels
der Oberfläche auftreten, unter Verwendung der dreidimensionalen Bildinformation
kompensiert. Es wurde herausgefunden, dass die Intensität
der thermographisch gemessenen Bildinformation neben der Temperatur
auch vom Emissionsgrad der Oberfläche und vom Austrittswinkel
der reflektierten Strahlung von der Oberfläche abhängig
ist. Daher ist es in der Praxis vorteilhaft, ein thermographisches
System auf das zu vermessende Oberflächenmaterial zu kalibrieren
Zur Erreichung einer möglichst hohen Messgenauigkeit der ther mographischen
Erfassung ist es vorteilhaft, den durch den Austrittswinkel entstehenden
Messfehler zu kompensieren, was bei bisherigen, bekannten Systemen
und Verfahren nicht möglich war. Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann eine solche Kompensation durch Verwendung
der durch Licht aufgenommenen Bildinformation und deren Verarbeitung zu
einer dreidimensionalen Information erfolgen. Da die Orientierung
der Kameraeinrichtungen relativ zur Oberfläche auf Grund
der Kalibrierdaten und der dreidimensionalen Bildinformation bekannt
ist, kann somit der Fehler durch den unterschiedlichen Austrittswinkel
der reflektierten Strahlung kompensiert werden, z. B. durch eine
Kennfeld-Kompensation.
-
Darüber
hinaus ist eine automatische Kompensation verschiedener Emissionsgrade
vorteilhaft, indem die Punktwolke, d. h. die dreidimensionale Bildinformation
oder die dreidimensionale thermographische Bildinformation, in ein
CAD-Modell z. B. mit einem Best-Fit-Verfahren angepasst wird, wobei
in dem CAD-Modell für einzelne Komponenten oder Materialien
deren Emissionsgrade hinterlegt sind. Durch eine solche Kenntnis
der Emissionsgrade kann mit der Erfindung auch bei unterschiedlichen Oberflächenmaterialien
die gemessenen Intensitäten direkt in Temperaturen umgesetzt
werden. Es ist ferner auch vorteilhaft, ausgehend von gemessenen Strahlungsintensitäten
mehrere thermographische Bilder mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern anzufertigen.
Die thermographischen Bildpunkte werden dann aus dem jeweils günstigsten
Bild entnommen, da ihre Zuordnung zur vermessenen Struktur durch
die dreidimensionale Messung bekannt ist.
-
Es
ist zudem vorteilhaft, durch die zuvor erwähnten Informationen
beispielsweise Störeinflüsse durch externe Strahlungsquellen,
z. B. Lichtquellen, in der dreidimensionalen thermographischen Bildinformation
zu erkennen und daraus zu eliminieren. Beispielsweise können
mit einer Kamera zwei Bilder aus verschiedenen Perspektiven oder
zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen werden, oder es werden
zwei Bilder mit zwei aus verschiedenen Perspektiven auf ein Objekt
gerichteten Kameras aufgenommen. Unterschiede in den Bildern deuten
dann auf solche Störeinflüsse hin. Eine der größten Einschränkungen
in der Praxis thermografischer Messungen besteht nämlich
in der Eigenschaft nicht idealer Flächen (nicht schwarzer
Körper), thermografische Strahlung zu reflektieren. Im
besonderen Maße gilt diese Einschränkung für
die technisch besonders relevanten metallischen Oberflächen,
die Wärmestrahlen, ähnlich wie auch Licht, gut
reflektieren. Durch Verwendung der vorliegenden Erfindung kann dieses Problem
vorteilhaft gelöst werden, indem zwei Aufnahmen der gleichen
Struktur unter leicht variiertem Winkel durchgeführt werden.
Hiermit lassen sich die beiden geometrischen Anteile aufeinander „matchen”,
z. B. mit einem ICP-Algorithmus. Die gemessenen Temperaturen müssen
dabei gleich bleiben. Wenn dies nicht der Fall ist, so ist die Differenz
mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine Reflektion einer Strahlungsquelle
zurückzuführen, die mit der Messung nicht assoziiert
wurde. In der Praxis sind solche Strahlungsquellen häufig
in der Umgebung des aufgenommenen Objekts stehende Maschinen, Heizkörper
oder Lichtquellen (z. B. Glühlampen).
-
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die dreidimensionale
thermographische Bildinformation mit einer dreidimensionalen Information über
das Objekt aus einem CAD-Modell (CAD = Computer Aided Design) kombiniert.
Die jeweiligen thermischen Emissionsgrade der Komponenten bzw. Materialien
des Objekts, die in einem solchen CAD-Modell gespeichert sind, werden
zur Kompensation der dreidimensionalen thermographischen Bildinformation
verwendet. Hierdurch können Messfehler in der thermographischen
Information auf Grund der Emissionsgrade der Oberflächenbereiche ausgeglichen
werden.
-
Die
Erfindung kann vorteilhaft für die Erforschung der thermischen
Eigenschaften von Kinematiken, insbesondere Werkzeugmaschinen, verwendet werden.
In diesem Bereich ist es von Bedeutung, eine eindeutige Zuordnung
von Bauteilen der Werkzeugmaschinen zu gemessenen Temperaturen sowie
eine Identifikation von Wärmeeinflüssen zu ermöglichen.
Vorteilhaft kann eine solche Zuordnung durch ein ICP-Matching-Verfahren
(ICP = Iterative Closest-Point) gewonnen werden, bei dem die Daten aus
einem CAD-Modell der Werkzeugmaschine in das ICP-Matching-Verfahren
einbezo gen werden. Zusätzlich kann die thermographische
Messgenauigkeit der Kamera hierdurch verbessert werden.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
-
Es
zeigen
-
1 eine
berührungslose Erfassungseinrichtung und
-
2 ein
Kalibriernormal.
-
Die 1 zeigt
eine berührungslose Erfassungseinrichtung 1 zur
dreidimensionalen Erfassung der Oberfläche eines Objekts 8.
Die Erfassungseinrichtung 1 weist eine sichtbares Licht
aufnehmende Kameraeinrichtung 2, eine thermographische
Kameraeinrichtung 3, eine Strahlungsquelle 4 sowie
eine Auswerteeinrichtung 6 auf. Zudem ist eine Anzeigeeinrichtung 7 vorgesehen.
Die Kameraeinrichtungen 2, 3, die Strahlungsquelle 4 und
die Anzeigeeinrichtung 7 sind über elektrische
Leitungen mit der Auswerteeinrichtung 6 verbunden. Die
Auswerteeinrichtung 6 kann beispielsweise als Computer
ausgebildet sein, die Anzeigeeinrichtung 7 als Bildschirm.
Die Strahlungsquelle 4 beinhaltet beispielsweise einen Musterprojektor
zur Projektion von Punkt- oder Streifenmustern auf das Objekt 8,
z. B. auch in Form von Graycodes. Die Strahlungsquelle 4 kann
ferner einen Laser und/oder einen Halogenstrahler aufweisen.
-
In
der 1 ist mit gestrichelten Linien zudem eine zweite
Kameraeinrichtung dargestellt, die sichtbares Licht aufnimmt. Die
zweite Kameraeinrichtung 5 kann als eine optionale zusätzliche
Messkamera ausgebildet sein, die über eine Leitung mit
der Auswerteeinrichtung 6 verbunden ist. Alternativ kann durch
die zweite Kameraeinrichtung 5 auch eine weitere Erfassungsperspektive
der Kameraeinrichtung 2 dargestellt sein, für
den Fall, dass die Kameraeinrichtung 2 als verschwenkbare
Kamera zur Aufnahme des Objekts 8 aus verschiedenen Erfassungsrichtungen
ausgebildet ist, wie durch den Pfeil zwischen den Kameraeinrichtungen 2, 5 angedeutet
ist. Die zweite Kameraeinrichtung 5 kann auch auf der den
Kameraeinrichtungen 2, 3 abgewandten Seite der
Strahlungsquelle 4 angeordnet sein, wie in der 1 durch
die Kameraeinrichtung mit dem Bezugszeichen 5b angedeutet
ist.
-
Die
Auswerteeinrichtung 6 ist dazu eingerichtet, Licht-Bilddaten
von der Kameraeinrichtung 2 bzw. der Kameraeinrichtung 5 und
thermographische Bilddaten von der Kameraeinrichtung 3 zu
empfangen. Die Auswerteeinrichtung 6 ist ferner dazu eingerichtet,
mittels der empfangenen Licht-Bilddaten eine dreidimensionale Bildinformation
der Oberfläche des Objekts 8 zu bestimmen und
die dreidimensionale Bildinformation mit den thermographischen Bilddaten zu
einer dreidimensionalen thermographischen Bildinformation der Oberfläche
des Objekts 8 zu verknüpfen. Die Auswerteeinrichtung 6 ist
ferner dazu eingerichtet, die erzeugte dreidimensionale thermographische
Bildinformation auf der Anzeigeeinrichtung 7 darzustellen.
Die Auswerteeinrichtung weist hierfür eine geeignete Software
aus verschiedenen Programmmodulen auf, die jeweils die einzelnen,
zuvor beschriebenen Auswerte- und Verknüpfungsschritte durchführen.
-
In
der 2 ist ein Kalibriernormal 30 beispielhaft
dargestellt. Das Kalibriernormal 30 gemäß 2 weist
jeweils im Winkel von 90° zueinander ausgerichtete Platten 32, 33, 34 auf,
die beispielsweise miteinander verklebt oder verschraubt sind. Die Platten 32, 33, 34 bilden
sozusagen einen halben Würfel, d. h. sie sind entlang der
Achsen eines dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems ausgerichtet.
Vorteilhaft werden Platten aus einem Material verwendet, dessen
Emissionsgrad bekannt ist.
-
Die
Platten 32, 33, 34 weisen Kalibriermarken 31 auf,
die optische, durch sichtbares Licht aufnehmbare Markierungen an
definierten Positionen umfassen. Die Markierungen sind zusätzlich
zur Erzeugung von Temperaturdifferenzen ausgebildet. Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine Erzeugung von
Temperaturdifferenzen durch unterschiedliche Wärmereflexionskoeffizienten
oder Emissionsgrade der Ober flächen, beispielsweise durch
unterschiedliche Oberflächenfarben. Im Beispiel gemäß 2 sind
zur Erzeugung eines kontrastreichen Bildes die Markierungen in schwarzen und
weißen Farben vorgesehen. Vorteilhaft ist es ebenfalls,
zur Erzeugung von Temperaturdifferenzen im Bereich der Kalibriermarken
Heiz- oder Kühlelemente vorzusehen, beispielsweise Heizfolien
oder Peltier-Elemente. Die Kalibriermarken 31 sind an bzw.
in den Platten 32, 33, 34 vorgesehen.
Die Temperaturen der Kalibriermarken 31 werden ferner durch
Sensoren überwacht und geregelt.
-
Die
Kalibriermarken 31 weisen vorbestimmte Kodierungen auf, über
die eine automatische fotogrammetrische Erfassung und Zuordnung
möglich ist. Die Kodierung kann beispielsweise eine Nummerierung
der Kalibriermarken im Binärcode umfassen. Der Binärcode
einer jeweiligen Kalibriermarke 31 wird durch unterschiedliche
schwarz/weiß-Punktmuster auf den Platten 32, 33, 34 erzeugt.
Auf diese Weise kann die Position des Kalibriernormals 30 sowie
der einzelnen Kalibriermarken 31 von beiden Kameraeinrichtungen 2, 3 eindeutig
erfasst und einander zugeordnet werden. Hierdurch kann auch die thermographische
Kameraeinrichtung 3 automatisch auf einen bestimmten Temperaturbereich
abgeglichen und kalibriert werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-