Erhöhung der Messgenauigkeit bei einer Vermessung mit Lichtschnittsensoren durch gleichzeitige Kalibrierung und Vermeidung von Speckles.Increase the accuracy of a measurement with light-section sensors by simultaneously calibrating and avoiding speckles.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung eines Strangprofils mit mindestens einem Lichtschnittsensor von verschiedenen Positionen aus. Dabei werden Messwerte von der einen Position mit anderen Messwerten von der anderen Position aus anhand von gemeinsamen Referenzen korreliert und kalibriert. Zur Vermeidung von Speckles wird dabei ein Linienstrahler mit nicht-kohärentem Licht und hoher Effizienz verwendet.The present invention relates to a method and a device for measuring an extruded profile with at least one light section sensor from different positions. Here, measured values from one position are correlated and calibrated with other measured values from the other position based on common references. To avoid speckles, a line source with non-coherent light and high efficiency is used.
DE 103 28 523 beschreibt ein Verfahren und eine Meßvorrichtung für eine berührungslose Vermessung einer Oberflächenkontur eines Prüflings nach einem Laser basierten Lichtschnittverfahren (Triangulationsprinzip), wie beispielsweise für die berührungslose Vermessung eines Schienenprofils für Eisenbahnen. Dabei sind in eine Laserlinie, die von Lichtschnittsensoren auf das Schienenprofil projiziert wird, zwecks Kalibrierung mehrere Referenzmarker zwischen dem Schienenprofil und dem jeweiligen Sensor angeordnet, wobei die Referenzmarker in einer Ebene liegen und einen bekannten Abstand zueinander haben. Daraufhin werden die mittels Kamerasystem vermessenen Referenzmarker dazu verwendet, eine Transformationsmatrix zu berechnen, um damit das Bild einer Vermessungslinie des Schienenprofils zu entzerren. Die genaue Justierung der in einer Ebene liegenden Referenzmarker in die Ebene eines ausgesendeten Laserstrahlbündels ist jedoch diffizil und nur für einen festen Verbund der Lichtschnittsensoren und den Referenzmarkern gedacht. Durch das Laser-Licht erzeugte Speckles an den Oberflächen begrenzen die Messgenauigkeit. DE 103 28 523 describes a method and a measuring device for a non-contact measurement of a surface contour of a test object according to a laser-based light-section method (triangulation principle), such as for the non-contact measurement of a rail profile for railways. In this case, a plurality of reference markers between the rail profile and the respective sensor are arranged in a laser line which is projected by light section sensors on the rail profile, wherein the reference markers lie in one plane and have a known distance from each other. The reference markers measured by the camera system are then used to calculate a transformation matrix in order to equalize the image of a survey line of the rail profile. The exact adjustment of the lying in a plane reference marker in the plane of a transmitted laser beam is, however, difficult and only intended for a solid composite of the light section sensors and the reference markers. Speckles on the surfaces created by the laser light limit the measurement accuracy.
US 7 679 757 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine berührungslose Vermessung einer Oberflächenkontur nach dem Laser basierten Lichtschnittverfahren beispielsweise eines Strangprofils, das durch eine Sensor-Vorrichtung geschoben wird. Dabei ermöglicht die Sensorvorrichtung die Vermessung der Oberfläche des Strangprofils während einer Produktion, so dass die Produktionsparameter während eines Produktionsprozesses entsprechend nachgestellt werden können. Dabei sind ein oder mehrere Sensoren auf einer ringartigen Vorrichtung montiert, so dass das Stangen- oder Schienenprofil von allen Seiten anhand seiner Oberfläche vermessen werden kann. Die Sensoren sind dabei radial, entlang eines Kreisbogens und nach innen auf das Strangprofil gerichtet angeordnet. Die Kalibrierung der Sensorvorrichtung erfolgt zeitweise unter Einbringen eines speziellen Kalibrierkörpers, die jedoch nicht während des Produktionsprozesses geschehen kann. US 7,679,757 describes an apparatus and a method for a non-contact measurement of a surface contour according to the laser-based light-section method, for example of an extruded profile, which is pushed by a sensor device. In this case, the sensor device allows the measurement of the surface of the extruded profile during production, so that the production parameters can be adjusted accordingly during a production process. In this case, one or more sensors are mounted on a ring-like device, so that the rod or rail profile can be measured from all sides on the basis of its surface. The sensors are arranged radially, along a circular arc and directed inwards on the extruded profile. The calibration of the sensor device takes place at times with the introduction of a special calibration body, which however can not occur during the production process.
DE 100 17 463 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren für die berührungslose Vermessung einer Oberflächenkontur nach dem Laser basierten Lichtschnittverfahren, bei der das zu vermessende Objekt gleichzeitig mit feststehenden Referenzmarkern vermessen wird. Dabei wird das Bild von dem zu vermessenden Objekt und gleichzeitig von den feststehenden Referenzmarkern durch einen halbdurchlässigen Spiegel erzielt. Die feststehenden Referenzmarker sind dabei in einem definierten und konstanten Abstand zu den Sensoren zu halten. DE 100 17 463 describes a device and a method for the non-contact measurement of a surface contour according to the laser-based light-section method, in which the object to be measured is measured simultaneously with fixed reference markers. The image is obtained from the object to be measured and at the same time from the fixed reference markers by a semitransparent mirror. The fixed reference markers are to be kept at a defined and constant distance from the sensors.
DE 690 03 090 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Kalibrierung eines beweglichen Laser-Lichtschnittsensors, der beispielsweise an einem Roboterarm befestigt ist und zu Messzwecken um den Prüfling herum bewegt wird. Zur Kalibrierung wird ein definiertes Kalibrierobjekt bekannter Abmaße an einer definierten Stelle im Raum platziert und abgetastet, um aus diesen Messwerten dann eine Korrekturmatrix für die Entzerrung bzw. Korrektur der Messergebnisse zu erzeugen. Während einer Kalibrierung ist der Laser-Lichtschnittsensor jedoch dem Kalibierobjekt hin zu bewegen und steht für diese Zeit nicht für Messungen zur Verfügung. Das Kalibrierobjekt und der Roboterarm müssen über die Zeit in einem definierten Abstand gehalten werden. DE 690 03 090 describes an apparatus and method for calibrating a movable laser light-slit sensor, for example, attached to a robotic arm and moved around the specimen for measurement purposes. For calibration, a defined calibration object of known dimensions is placed at a defined point in space and scanned, in order then to generate from these measured values a correction matrix for the equalization or correction of the measurement results. During a calibration, however, the laser light-section sensor is to be moved towards the calibration object and is not available for measurements during this time. The calibration object and the robot arm must be kept at a defined distance over time.
US 7 679 757 B1 beschreibt ein 360 Grad Messsystem bestehend aus Laser-Lichtschnittsensoren, die zirkular um beispielsweise ein Strangprofil herum angeordnet sind und diese vermessen. Dabei kann das Messsystem durch ein Kalibrierobjekt, das kurzzeitig in die Mitte des gemeinsamen Messerfassungsbereichs eingebracht wird, kalibriert werden. Andererseits ist das Messsystem auch so ausgelegt, ein bekanntes Profil zu erkennen und zugeordnete Messwerte relativ dazu auszugeben. US Pat. No. 7,679,757 B1 describes a 360 degree measuring system consisting of laser light section sensors, which are arranged in a circle around, for example, an extruded profile and measure it. In this case, the measuring system can be calibrated by a calibration object, which is briefly introduced into the center of the common measuring range. On the other hand, the measuring system is also designed to recognize a known profile and to output associated measured values relative thereto.
US 2004 0 202 364 A1 beschreibt ein Kalibrierobjekt bzw. ein Referenzobjekt und ein Verfahren zur drei-dimensionalen Kalibrierung eines Messsystems bestehend aus einer Stereo-Fotografie-Einheit, die um den Messgegenstand zusammen mit dem im Bild angeordneten Kalibrierobjekt herum bewegt wird. Das Kalibrierobjekt bzw. Referenzobjekt weist eine Vielzahl an Referenzpunkten auf, deren jeweils mindestens sechs von jeder seitlichen Lage aus zu erkennen sind. US 2004 0 202 364 A1 describes a calibration object or a reference object and a method for the three-dimensional calibration of a measurement system consisting of a stereo photography unit which is moved around the measurement object together with the calibration object arranged in the image. The calibration object or reference object has a multiplicity of reference points, of which at least six can be recognized from each lateral position.
WO 92/08 103 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung mit dem bzw. mit der ein Kalibrierkörper, dessen Maße in einem Rechner abgespeichert sind, in die Messfelder von verwendeten Kameras gebracht wird, um so Entzerrungskorrekturen für die jeweiligen Kamerabilddaten rechentechnisch durchführen zu können. Hierfür sind jedoch bekannte Kalibrierkörper notwendig. Differenzen der Messergebnisse zwischen einem Kamerabild und einem benachbarten Kamerabild können dabei durch Messfehler des Kalibrierkörpers immer noch auftreten. WO 92/08103 A1 describes a method and a device with or with which a calibration body whose dimensions are stored in a computer is brought into the measurement fields of cameras used in order to be able to perform equalization corrections for the respective camera image data computationally. But there are known calibration required. Differences in the measurement results between a camera image and an adjacent camera image can still occur due to measurement errors of the calibration body.
WO 2005/106 384 A1 beschreibt ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung, die einen optischen Sensor an einer Roboterhand und zusätzliche Messpunkte (Target) aufweist, die für die Kalibrierung des optischen Sensors dienen. Die genaue Lage der Messpunkte im Raum wird dabei durch eine zusätzliche nahe bei angeordnete Messeinrichtung bestimmt. WO 2005/106384 A1 describes a method and associated apparatus including an optical sensor on a robot hand and additional measurement points (target) for calibration of the optical sensor. The exact location of the measuring points in the room is determined by an additional near arranged measuring device.
DE 103 35 472 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die einen Vermessungssensor an einer Roboterhand aufweist, der über einen weiten Bereich bewegt werden kann und damit einen großen Messbereich aufweist. Dazu muß die Lage und Richtung des Vermessungssensors bekannt sein, die beispielsweise über Gelenksensoren oder aber auch über eine optische Vermessung bekannter Marken berechnet werden kann. DE 103 35 472 A1 describes a device having a surveying sensor on a robot hand, which can be moved over a wide range and thus has a large measuring range. For this purpose, the position and direction of the surveying sensor must be known, which can be calculated, for example, via joint sensors or else via an optical measurement of known brands.
US 6,078 846 A beschreibt einen Roboterarm auf dem eine optische Messkamera, die auf dem Lichtschnittverfahren basierend mißt, angebracht ist und einen Messgegenstand vermisst. Die Messkamera ist dabei von verschiedenen Positionen aus mittels vorhandener Kalibrierobjekte kalibrierbar. Als Kalibrierobjekte werden hierbei Tetraeder (target structure) eingesetzt, die eine bestimmte Position im Nutzerkoordinatensystem haben, worauf die Messkamera somit eingestellt werden kann. Hierfür sind jedoch besondere Kalibrierobjekte notwendig, und Differenzen der Messergebnisse zwischen einem Kamerabild und einem anderen Kamerabild von einer anderen Position aus können durch Messfehler des Kalibrierkörpers immer noch auftreten. US 6,078,846 A describes a robot arm on which an optical measuring camera, which measures based on the light-section method, is mounted and measures a measurement object. The measuring camera can be calibrated from different positions by means of existing calibration objects. As calibration objects in this case tetrahedrons (target structure) are used, which have a certain position in the user coordinate system, whereupon the measuring camera can thus be adjusted. However, special calibration objects are necessary for this, and differences in the measurement results between a camera image and another camera image from a different position can still occur due to measurement errors of the calibration body.
DE 10 2011 000 304 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff der vorliegenden Erfindung. Dabei wird ein Querschnitt des Strang- oder Blechwalzprofils von mehreren Positionen aus um das Strangprofil herum vermessen, wobei während der Vermessung gleichzeitig über gemeinsame Referenzen und/oder Referenzmarker in einem jeweils benachbarten Messerfassungsbereich eine Kalibrierung des jeweiligen Sensors an der jeweiligen Position durchgeführt wird. Durch die Verwendung eines Laser-Lichts zur Erzeugung der Lichtschnittebene treten Speckles auf, die die Messung stören. DE 10 2011 000 304 A1 describes a method and a measuring device according to the preamble of the present invention. In this case, a cross-section of the extruded or rolled sheet profile is measured from several positions around the extruded profile, wherein during the measurement, a calibration of the respective sensor at the respective position is performed simultaneously via common references and / or reference markers in a respective adjacent measuring range. By using a laser light to generate the light section plane speckles occur that interfere with the measurement.
Um für den Lichtschnittsensor eine dafür notwendige Lichtschnittebene als entsprechendes Lichtstrahlbündel mit hoher Lichtintensität, geringer Breite, hoher Tiefe und Tiefenschärfe und einer möglichst geringen Wärmeverlustleistung zu erzeugen, wird im Stand der Technik eine Laser-Lichtquelle verwendet. Durch das Laser-Licht werden an den reflektierenden Oberflächen jedoch die sogenannten Speckles erzeugt, die durch Interferenzen an der Oberflächenrauigkeit der Oberfläche entstehen und die die Messgenauigkeit somit begrenzen.In order to produce a light section plane necessary for the light section sensor as a corresponding light beam bundle with high light intensity, small width, high depth and depth of focus and the lowest possible heat loss, a laser light source is used in the prior art. Due to the laser light, however, the so-called speckles are produced on the reflecting surfaces, which arise due to interference with the surface roughness of the surface and thus limit the measurement accuracy.
Strangprofile sollen möglichst während einer kontinuierlichen Herstellung in der Walzprofilieranlage über deren Oberfläche als Querschnitt kontinuierlich vermessen werden. Dadurch könnten anhand der Messergebnisse sofort parametrische Korrekturen in der Walzprofilieranlage vorgenommen werden. Wünschenswert ist eine Vermessung des Strangprofiles oder des Prüflings in der Meßvorrichtung von mehreren Seiten oder Perspektiven aus, mit allen wesentlichen Oberflächen und Rundungen. Dafür kommen entweder mehrere Sensoren oder mindestens ein beweglicher, in der Meßvorrichtung verfahrbarer Sensor in Betracht. Ebenso könnte das Strangprofil oder der Prüfling in der Meßvorrichtung gedreht werden, die auch eine Tisch-Meßvorrichtung mit einem Drehteller sein kann.Extruded profiles should as far as possible be measured continuously as a cross-section during continuous production in the roll forming system over the surface thereof. As a result, parametric corrections in the roll forming system could be made immediately based on the measurement results. It is desirable to measure the extruded profile or the specimen in the measuring device from several sides or perspectives, with all the essential surfaces and curves. For this purpose, either several sensors or at least one movable, movable in the measuring device sensor come into consideration. Likewise, the extruded profile or the specimen could be rotated in the measuring device, which may also be a table-measuring device with a turntable.
Zudem soll eine einmal hergestellte Genauigkeit der Meßvorrichtung mit gewissen Toleranzen möglichst gut beibehalten werden, die maßgeblich von Temperaturschwankungen, Vibrationen und von mechanischen Schocks beeinträchtigt wird. Genaue und langzeitstabile Sensoren mit einer guten Messgenauigkeit über einem Temperaturbereich sind meist teuer und empfindlich. Dabei sind temperaturbedingte oder Langzeit-Messabweichungen im Wesentlichen durch eine temperaturbedingte Winkelveränderung eines Licht- oder Laserstrahlbündels bedingt, die sich im Wesentlichen als Offset und nur weniger in einer Skalierung auswirken. Die Genauigkeit kann bekanntlich durch eine periodische Kalibrierungen wiederhergestellt werden.In addition, a once manufactured accuracy of the measuring device with certain tolerances should be kept as good as possible, which is significantly affected by temperature fluctuations, vibrations and mechanical shocks. Accurate and long-term stable sensors with a good measurement accuracy over a temperature range are usually expensive and sensitive. In this case, temperature-related or long-term measurement deviations are essentially due to a temperature-induced change in the angle of a light or laser beam, which essentially have an effect as an offset and only a few in a scaling. The accuracy can be known to be restored by a periodic calibrations.
Hinsichtlich der Messgenauigkeit ist es wünschenswert, das Auftreten der Speckles zu vermeiden oder zu reduzieren, soweit das möglich ist.In terms of measurement accuracy, it is desirable to avoid or reduce the occurrence of speckles, as far as possible.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, um die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden, in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Meßvorrichtung basierend auf einem Lichtschnitt-Messverfahren zu einer kontinuierlichen Vermessung einer Oberfläche eines Prüflings entlang einem Querschnitt des Prüflings von mindestens zwei Perspektiven aus, wobei die Vermessung trotz kostengünstiger Komponenten der Meßvorrichtung möglichst genau und langzeitstabil sein soll.Therefore, an object of the present invention to avoid the disadvantages of the prior art is to provide a method and a measuring device based on a light-slit measuring method for continuously measuring a surface of a specimen along a cross section of the specimen from at least two perspectives from, the survey should be as accurate and long-term stability, despite cost components of the measuring device.
Die vorstehende Aufgabe sowie weitere der Beschreibung zu entnehmende Aufgaben werden von einem Verfahren und einer Meßvorrichtung zur Vermessung einer Oberfläche eines Strangprofils gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 8 gelöst.The above object and other objects to be taken from the description of a method and a measuring device for Measuring a surface of an extruded profile according to the characterizing features of independent claims 1 and 8, respectively.
Es wird ein Verfahren und eine dazugehörige Meßvorrichtung zur Verfügung gestellt, das oder die eine Vermessung einer Oberfläche eines Prüflings, wie beispielweise eines Strangprofils durch mindestens einen Lichtschnittsensor von mindestens zwei Positionen oder Messperspektiven aus erlaubt, wobei während der Vermessung des Prüflings auch gleichzeitig eine erneute Kalibrierung des mindestens einen Lichtschnittsensors erfolgen kann. Durch die erneute Kalibrierung wird eine Langzeitstabilität und somit die Genauigkeit der Vermessung erhöht, und es können somit auch kostengünstigere Sensor-Komponenten mit einer geringeren Langzeitstabilität oder Langzeit-Genauigkeit für die Meßvorrichtung gewählt werden.A method and an associated measuring device is provided which permits a measurement of a surface of a test object, such as an extruded profile by at least one light section sensor from at least two positions or measuring perspectives, wherein during the measurement of the test specimen at the same time a recalibration the at least one light section sensor can take place. The recalibration increases the long-term stability and thus the accuracy of the measurement, and thus also cheaper sensor components with a lower long-term stability or long-term accuracy for the measuring device can be selected.
Indem erfindungsgemäß anstelle eines Laser-Lichts nicht-kohärentes Licht zur Erzeugung der Lichtschnittebene oder eines ebenen Lichtstrahlbündels verwendet wird, treten entsprechend keine für eine Vermessung störenden Speckles auf, wie das bei Laser-Licht der Fall wäre. Eine Lichtquelle mit nicht-kohärentem Licht ist wesentlich kostengünstiger als eine Laser-Lichtquelle, das beispielsweise in der Wellenlänge veränderlich ist.According to the invention, instead of using a laser light, non-coherent light is used to produce the light-section plane or a planar light beam, so that no speckles disturbing a measurement occur, as would be the case with laser light. A light source with non-coherent light is much less expensive than a laser light source, which is variable in wavelength, for example.
Bevorzugt werden zwei oder eine Vielzahl an nicht-kohärenten Lichtquellen nebeneinander angeordnet, um dadurch schon eine quasi linienförmige Lichtquelle zu bilden und für eine dünne Lichtebene weniger Licht effektiv abschatten zu müssen. Insbesondere bei einer Vielzahl nebeneinander angeordneter, nicht-kohärenter Lichtquellen, die beispielsweise als LEDs nur einen kleinen Lichtausfallwinkel haben, kann ein Hauptteil oder ein relativ viel größerer Teil einer insgesamt erzeugten Lichtenergie zur Erzeugung der Lichtschnittebene verwendet werden, als es bei einem einzigen Kugelstrahler der Fall ist. Vorteilhafterweise ist bei solch einer Anordnung von zwei oder mehr nebeneinander angeordneten Lichtquellen die Verlustleistung kleiner als bei einem Kugelstrahler und wirkt weniger erwärmend auf die Meßvorrichtung. Durch eine geringere Wärmeentwicklung muss durch die erneute Kalibrierung weniger kompensiert werden, und die Genauigkeit der Meßvorrichtung ist somit in Anbetracht von auch vorhandenen Nichtlinearitäten höher.Preferably, two or a multiplicity of non-coherent light sources are arranged next to one another in order to thereby already form a quasi-line-shaped light source and to have to shade less light effectively for a thin light plane. In particular, in a plurality of juxtaposed, non-coherent light sources, for example, as LEDs have only a small Lichtausfallwinkel, a major part or a relatively larger part of a total generated light energy can be used to produce the light section plane, as is the case with a single spherical radiator is. Advantageously, with such an arrangement of two or more juxtaposed light sources, the power loss is smaller than in a spherical radiator and has less heating effect on the measuring device. Reduced heat generation requires less compensation by recalibration, and thus the accuracy of the measuring device is higher in view of existing nonlinearities.
Verschiedene Arten von Linsen und/oder Linsensystemen und Kollimatoren verbessern die Lichtausbeute und Fokussierung noch weitergehend.Various types of lenses and / or lens systems and collimators further improve light output and focus.
Bevorzugt wird auch ein abgeschatteter Lichtanteil, der von der Lichtschnittebene abgeschattet wird, so abgeschattet, dass er nicht in der Lichtquelle absorbiert, sondern als ein sekundäres Licht ausgesendet bzw. emittiert wird. Dabei wird das sekundäre Licht bevorzugt als eine zur Lichtschnittebene parallele sekundäre Lichtschnittebene emittiert. Bevorzugt kann die parallele sekundäre Lichtschnittebene auch zugleich durch den Sensor ausgewertet werden, so dass mehr Information und damit eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann.Preferably, a shadowed light component, which is shaded by the light section plane, shaded so that it is not absorbed in the light source, but emitted as a secondary light or emitted. In this case, the secondary light is preferably emitted as a parallel to the light section plane secondary light section plane. Preferably, the parallel secondary light section plane can also be evaluated by the sensor at the same time, so that more information and thus a higher accuracy can be achieved.
Bei einer bevorzugten Vorrichtung wird das Licht, das aus einem Array von Lichtquellen, wie beispielsweise einem LED-Array austritt, von den Lichtquellen über Lichtleiterfasern zum Kollimator weitergeleitet. Dadurch können die einzelnen Lichtquellen einerseits enger und flächiger angeordnet werden und andererseits kann das Licht dadurch noch besser zum Kollimator weitergeleitet werden.In a preferred device, the light emerging from an array of light sources, such as an LED array, is passed from the light sources to the collimator via optical fibers. As a result, the individual light sources can be arranged on the one hand narrower and more flat and on the other hand, the light can be passed on to the collimator even better.
Bevorzugt werden die Messdaten, die aus den Rohdaten gewonnen werden, entsprechend weiter verarbeitet, wie beispielsweise durch Mittelungsfilterverfahren, die eine jeweilige Mittelwertbildung als arithmetische, quadratische Mittelwertbildung oder als Medianwertbildung ausführen, um die Genauigkeit der Messdaten weiter zu verbessern.Preferably, the measurement data obtained from the raw data are further processed accordingly, such as by averaging filter methods which perform averaging as arithmetic, quadratic averaging or median value generation to further improve the accuracy of the measurement data.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist in nachfolgenden Zeichnungen und in einer detaillierten Beschreibung dargestellt, soll aber die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzen.A preferred embodiment according to the present invention is illustrated in the following drawings and detailed description, but is not intended to limit the present invention thereto.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Meßvorrichtung basierend auf dem Lichtschnittmessverfahren zur Vermessung einer Oberfläche eines Strangprofils, das aus einer Walzvorrichtung durch die Meßvorrichtung hindurch geschoben wird. 1 FIG. 12 is a perspective view of a measuring device based on the light-slit measuring method for measuring a surface of an extruded profile which is slid from a rolling device through the measuring device. FIG.
2 ist eine schematische Ansicht der Meßvorrichtung zur Vermessung der Oberfläche des Strangprofils, in der vier Lichtschnittsensoren in einem inkrementellen Winkel von 90 Grad entlang eines Kreisrings um den Querschnitt des Strangprofils nach innen hin gerichtet angeordnet sind. 2 Figure 11 is a schematic view of the measuring device for measuring the surface of the extruded profile in which four light section sensors are arranged at an incremental angle of 90 degrees along a circular ring directed inwards around the cross section of the extruded profile.
3 zeigt den Querschnitt des Strangprofils, das sich von dem der 2 unterscheidet, mit vier darum herum angeordneten Referenzmarkern und mit angedeuteten Strahlengängen von einer ersten Messperspektive des jeweiligen Lichtschnittsensors aus. 3 shows the cross section of the extruded profile, which differs from that of 2 differs, with four reference markers arranged around it and with indicated beam paths from a first measuring perspective of the respective light section sensor.
4 zeigt den Querschnitt des Strangprofils mit den darum herum angeordneten Referenzmarkern und mit den Strahlengängen von einer zweiten Messperspektive des jeweiligen Lichtschnittsensors aus. 4 shows the cross section of the extruded profile with the reference markers arranged around it and with the beam paths of a second one Measuring perspective of the respective light section sensor.
5 zeigt den Querschnitt des Strangprofils mit den darum herum angeordneten Referenzmarkern und mit Strahlengängen von einer weiteren Messperspektive des jeweiligen Lichtschnittsensors aus. 5 shows the cross section of the extruded profile with the reference markers arranged around it and with beam paths from a further measuring perspective of the respective light section sensor.
6 zeigt im oberen Teil eine erste Seitenansicht von oben auf ein Linien-Array, eine LED Zeile umfassend, einen Kollimator und ein emittiertes Lichtstrahlbündel als die Lichtschnittebene; im unteren Teil ist eine zweite Seitenansicht in Richtung der LED Zeile mit dem Kollimator und der Lichtschnittebene dargestellt. 6 shows in the upper part a first side view from above on a line array, comprising an LED line, a collimator and an emitted light beam as the light section plane; The lower part shows a second side view in the direction of the LED line with the collimator and the light section plane.
7 zeigt eine Seitenansicht von oben auf das Linien-Array, die LED Zeile umfassend, das Licht über ein Bündel aus Lichtleitfasern an einen Kollimator weiterleitet, um so die Lichtschnittebene zu erzeugen. 7 shows a side view from above of the line array, comprising the LED row, which passes light via a bundle of optical fibers to a collimator, so as to produce the light section plane.
Detaillierte Beschreibung eines AusführungsbeispielsDetailed description of an embodiment
1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht einer bevorzugten Meßvorrichtung 1 zur Vermessung eines Prüflings und insbesondere dabei eines Strangprofils 2, das durch die Meßvorrichtung 1 hindurch geleitet wird. Bevorzugt sind in der Meßvorrichtung 1 mehrere Lichtschnittsensoren S1–S4 an einer jeweiligen Position um das Strangprofil 2 herum so angeordnet, dass sie zur Mitte hin ausgerichtet sind, wo sich das Strangprofil 2 befindet, dessen Oberfläche 20 vermessen werden soll. Bevorzugt sind die Lichtschnittsensoren S1–S4 in einer Ebene orthogonal zum Strangprofil 2 und damit in der Ebene des Querschnitts des Strangprofils 2 angeordnet, um den Querschnitt zu vermessen. Bevorzugt sind die Lichtschnittsensoren S1–S4 in der Messvorrichtung 1 dabei auf einer kreisrunden Vorrichtung 11 um das Strangprofil herum angeordnet. Anstelle mehrerer Lichtschnittsensoren S1–S4 kann auch nur ein Lichtschnittsensor S1–S4 oder wenige Lichtschnittsensoren S1–S4 verfahrbar auf der Vorrichtung 11 angeordnet werden, der vor einer jeweiligen Messung an die jeweilige Position gefahren wird. Ebenso ist es natürlich vorstellbar, die Lichtschnittsensoren S1–S4 entlang einer ovalen oder rechteckigen Anordnung oder Vorrichtung 11 zu positionieren oder zu verfahren, um beispielsweise einen länglichen Querschnitt des Strangprofils besser vermessen zu können. 1 shows a three-dimensional view of a preferred measuring device 1 for measuring a test object and in particular an extruded profile 2 passing through the measuring device 1 is passed through. Preferred are in the measuring device 1 a plurality of light section sensors S1-S4 at a respective position about the extruded profile 2 arranged so that they are aligned to the center, where the extruded profile 2 whose surface is located 20 to be measured. Preferably, the light section sensors S1-S4 are in a plane orthogonal to the extruded profile 2 and thus in the plane of the cross section of the extruded profile 2 arranged to measure the cross section. Preferably, the light section sensors S1-S4 are in the measuring device 1 doing so on a circular device 11 arranged around the extruded profile. Instead of a plurality of light section sensors S1-S4, only one light section sensor S1-S4 or a few light section sensors S1-S4 can be moved on the device 11 can be arranged, which is moved to the respective position before a respective measurement. Likewise, it is of course conceivable, the light section sensors S1-S4 along an oval or rectangular arrangement or device 11 to position or move, for example, to better measure an elongated cross-section of the extruded profile can.
Wenn auf der Vorrichtung 11 entweder mehrere Lichtschnittsensoren S1–S4 positioniert sind oder der mindestens eine Lichtschnittsensor S1–S4 verfahren wird, muss deren jeweilige genaue Position zunächst nicht zwangsläufig bekannt sein, da die genauen Positionen zueinander später durch eine Kalibrierung berechnet werden können. Die Anordnung der Lichtschnittsensoren S1–S4 entlang der Vorrichtung 11 (2) erfolgt so, dass ein möglichst großer und relevanter Teil der Oberfläche 20 des Strangprofils 2 von den Lichtschnittsensoren S1–S4 messtechnisch erfasst wird.If on the device 11 If either a plurality of light section sensors S1-S4 are positioned or the at least one light section sensor S1-S4 is moved, their respective exact position need not necessarily be known at first since the exact positions relative to one another can be calculated later by calibration. The arrangement of the light section sensors S1-S4 along the device 11 ( 2 ) takes place in such a way that the largest possible and relevant part of the surface 20 of the extruded profile 2 is metrologically detected by the light section sensors S1-S4.
Die Erfassung der Oberfläche 20 durch die Lichtschnittsensoren S1–S4 erfolgt nach dem Triangulations-Messprinzip, wobei der jeweilige Lichtschnittsensor S1–S4 ein Lichtstrahlbündel, welches in einer Ebene liegt, auf die Oberfläche 20 des Strangprofils 2 aussendet und ein daran reflektiertes Licht wiederum messtechnisch unter einem bestimmten Winkel zum Lichtstrahlbündel erfasst. Das ausgesendete Lichtstrahlbündel, welches in einer Eben liegt, wird auch als Lichtschnittebene bezeichnet. Dabei wird das Lichtstrahlbündel oder die Lichtschnittebene von einem Linienprojektor erzeugt.The detection of the surface 20 by the light section sensors S1-S4 is carried out according to the triangulation measurement principle, wherein the respective light section sensor S1-S4 a light beam which lies in a plane on the surface 20 of the extruded profile 2 emitted and a reflected light again detected by measurement at a certain angle to the light beam. The emitted light beam, which lies in a plane, is also called a light section plane. In this case, the light beam or the light section plane is generated by a line projector.
Die Anordnung des mindestens einen Lichtschnittsensors S1–S4 erfolgt so, dass die Lichtschnitte von derjeweiligen Position aus so erzeugt werden, dass sie im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen und nur so weit voneinander parallel beabstandet sind, dass sie sich gegenseitig bei einer Messung nicht stören. Bevorzugt werden die Lichtschnittebenen bzw. deren Lichtstrahlbündel benachbarter Positionen kurz nacheinander erzeugt, um sich dadurch gegenseitig nicht zu stören und dennoch in einer gemeinsamen Ebene liegen zu können. Bevorzugt ist die gemeinsame Ebene der Lichtschnitte so ausgelegt, dass sie im Wesentlichen senkrecht zum Strangprofil (2) verläuft.The arrangement of the at least one light section sensor S1-S4 is such that the light sections are generated from the respective position so that they are substantially in a common plane and spaced only parallel to each other so that they do not interfere with each other in a measurement , Preferably, the light section planes or their light beam bundles of adjacent positions are generated shortly one after the other so as not to disturb one another and still be able to lie in a common plane. Preferably, the common plane of the light cuts is designed so that they are substantially perpendicular to the extruded profile ( 2 ) runs.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Meßvorrichtung 1 können der mindestens eine Lichtschnittsensor S1–S4 in der Vorrichtung 11 um einen Winkel Phi verfahren werden, oder das Strangprofil 2 gedreht werden, um dadurch eine andere Ausleuchtung und einen anderen Messerfassungsbereich zu erzeugen und letztlich Hinterschneidungen des Strangprofils besser vermessen zu können.In a further preferred embodiment of the measuring device 1 For example, the at least one light section sensor S1-S4 in the device 11 be moved by an angle Phi, or the extruded profile 2 be rotated to thereby produce a different illumination and another measurement coverage area and ultimately to be able to better measure undercuts of the extruded profile.
Zur Kalibrierung sind in der Meßvorrichtung 1 im Inneren zwischen den Lichtschnittsensoren S1–S4 und dem Strangprofil 2 Referenzmarker 31–34 angeordnet, die zusammen mit dem Strangprofil 2 vermessen werden. Die Referenzmarker 31–34 sind bevorzugt in der Meßvorrichtung 1 so angeordnet, dass sie möglichst wenig vom zu vermessenden Strangprofil 2 abschatten.For calibration are in the measuring device 1 in the interior between the light section sensors S1-S4 and the extruded profile 2 reference marker 31 - 34 arranged along with the extruded profile 2 be measured. The reference marker 31 - 34 are preferred in the measuring device 1 arranged so that they are as little as possible of the extruded profile to be measured 2 shade.
Indem das Strangprofil 2 in Z-Richtung durch die Meßvorrichtung 1 geleitet und bevorzugt von allen Seiten aus vermessen wird, ist das Strangprofil 2 als quasi 3D-Oberflächenprofil vermessbar. Im Falle, dass bei einem Strangprofil 2 Teile des Oberflächenprofils 20 durch Hinterschneidungen abgeschattet werden, wie es in 3 und 4 der Fall ist, können diese Teile durch Lichtschnittsensoren S1–S4 nicht vermessen werden.By the extrusion profile 2 in the Z direction through the measuring device 1 is guided and preferably measured from all sides, is the extruded profile 2 as a quasi 3D surface profile vermessbar. In the case of an extruded profile 2 Parts of the surface profile 20 by undercuts be shadowed, as is in 3 and 4 If this is the case, these parts can not be measured by light section sensors S1-S4.
Zu einer Richtungsdefinition ist in 1 ein Koordinatensystem eingezeichnet. Das Strangprofil 2, das durch die Lichtschnittsensoren gemessen wird, liegt also in der X-Y-Ebene, wobei hierbei die angestrahlten Außenkanten messtechnisch erfasst werden können. Indem das Strangprofil 2 bei quasi kontinuierlicher Messung durch die Meßvorrichtung 1 geleitet wird, wird ein dreidimensionales Oberflächenbild davon erhalten.To a direction definition is in 1 a coordinate system drawn. The extruded profile 2 , which is measured by the light section sensors, so lies in the XY plane, in which case the illuminated outer edges can be detected by measurement. By the extrusion profile 2 in quasi-continuous measurement by the measuring device 1 is passed, a three-dimensional surface image is obtained.
In 2 ist eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Meßvorrichtung 1 dargestellt, die die Vorrichtung 11 mit vier darauf angeordneten Lichtschnittsensoren S1–S4 und eine Anordnung mit vier Referenzmarkern 31–34 am Rande eines bevorzugt gemeinsamen Messerfassungsbereichs der Lichtschnittsensoren S1–S4 umfasst. Als gemeinsamer Messertassungsbereich wird dabei jeweils ein Messerfassungsbereich bezeichnet, der jeweils von zwei benachbart angeordneten Lichtschnittsensoren S1–S4 erfasst wird. In der Mitte der Meßvorrichtung 1 und bevorzugt in dem gemeinsamen Messerfassungsbereich ist das zu vermessende Strangprofil 2 angeordnet. Das Strangprofil 2 ist dabei als Querschnitt mit den nach außen gerichteten Oberflächensegmenten 21–24 dargestellt. Die Oberflächensegmente 21–24 bilden dabei im Wesentlichen die Oberfläche 20 des Strangprofils 2, wenn keine Abschattungen oder Hinterschneidungen vorliegen, was im vorliegenden Beispiel nicht der Fall ist. Die Referenzmarker 31–34 sind bevorzugt als Metallstreifen ausgebildet und an einem äußeren Bereich 4 des jeweiligen gemeinsamen Messerfassungsbereichs radial nach innen gerichtet angeordnet. Dadurch schatten sie das Strangprofil 2 nicht ab und liegen dennoch alle zumindest teilweise im jeweiligen gemeinsamen Messerfassungsbereich der jeweils benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4.In 2 is a schematic side view of a preferred embodiment of the measuring device 1 shown the device 11 with four light section sensors S1-S4 arranged thereon and an arrangement with four reference markers 31 - 34 at the edge of a preferred common measuring range of the light section sensors S1-S4. In this case, a common measuring detection area is in each case a measuring area which is detected by two adjacent light-section sensors S1-S4. In the middle of the measuring device 1 and preferably in the common measurement coverage area is the extruded profile to be measured 2 arranged. The extruded profile 2 is here as a cross section with the outwardly directed surface segments 21 - 24 shown. The surface segments 21 - 24 essentially form the surface 20 of the extruded profile 2 if there are no shadows or undercuts, which is not the case in this example. The reference marker 31 - 34 are preferably formed as metal strips and on an outer area 4 arranged directed radially inward of the respective common measuring range. This shadows the extruded profile 2 not from and still are all at least partially in the respective common measurement range of the respective adjacent light section sensors S1-S4.
Die Vorrichtung 11, auf der die Lichtschnittsensoren S1–S4 angeordnet sind, besitzt in der bevorzugten Ausführungsform eine Öffnung 12, durch die ein Strangprofil auch von der Seite aus eingeführt werden kann. Diese Öffnung 12 ist nicht zwangsläufig nötig, da das Strangprofil 2 kontinuierlich durch die Meßvorrichtung 1 geleitet werden kann, ohne dass zwischendurch zum Zwecke einer Kalibrierung das Strangprofil 2 herausgenommen werden und dann wieder hineingebracht werden müsste. In einer bevorzugten Anordnung der Meßvorrichtung 1 kann diese beispielsweise an einem Ende einer Walzvorrichtung oder an einer anderen Produktionsanlage für eine Herstellung des Strangprofils 2 angeordnet sein.The device 11 on which the light section sensors S1-S4 are arranged has an opening in the preferred embodiment 12 through which an extruded profile can also be inserted from the side. This opening 12 is not necessarily necessary because the extruded profile 2 continuously through the measuring device 1 can be routed without in between for the purpose of calibration, the extruded profile 2 should be taken out and then brought back into it. In a preferred arrangement of the measuring device 1 This can for example be at one end of a rolling mill or at another production facility for production of the extruded profile 2 be arranged.
Die Kalibrierung der Meßvorrichtung mit den jeweiligen benachbart angeordneten Lichtschnittsensoren S1–S4 wird bevorzugt so vorgenommen, dass vorhandene Referenzen im zu vermessenden Strangprofil 2 und zusätzliche Referenzmarker 31–34, die von den Lichtschnittsensoren S1–S4 aus den jeweiligen Messperspektiven gemeinsam erfasst werden, zur Kalibrierung verwendet werden. Dabei werden die erfassten mindestens zwei Referenzen und/oder Referenzmarker in den erfassten Bilddaten des jeweiligen Lichtschnittsensors S1–S4 von der jeweiligen Position aus zu einer Überlagerung gebracht. Die Überlagerung der Bilddaten durch Drehung und Verschiebung in x/y-Richtung wird dabei so durchgeführt, dass die jeweils erfassten Teile der Referenzen und/oder Referenzmarker 31–34 zusammen optimal überlagert sind. Für eine Berechnung der optimalen Überlagerung wird bevorzugt ein Least-Mean-Square-Verfahren angewendet, woraus eine jeweilige Transformationsmatrix zur Korrektur und zu einem optimalen Zusammenführen der jeweiligen Bilddaten berechnet wird. Die Korrektur umfasst dabei eine entsprechende Drehung und Verschiebung. Durch die Transformationsmatrix werden Rohbilddaten des jeweiligen, benachbarten Lichtschnittsensors S1–S4 in kalibrierte Bilddaten umgewandelt, um die Bilddaten der vorangegangenen oder ersten Position mit den kalibrierten Bilddaten der benachbarten, nachfolgenden oder zweiten Position in einem gemeinsamen Koordinatensystem richtig abzubilden.The calibration of the measuring device with the respective adjacent arranged light section sensors S1-S4 is preferably carried out so that existing references in the extruded profile to be measured 2 and additional reference markers 31 - 34 , which are detected by the light-section sensors S1-S4 together from the respective measurement perspectives, are used for calibration. In this case, the detected at least two references and / or reference markers in the acquired image data of the respective light section sensor S1-S4 are brought to overlap from the respective position. The superimposition of the image data by rotation and displacement in the x / y direction is carried out in such a way that the respectively detected parts of the references and / or reference markers 31 - 34 together optimally superimposed. For a calculation of the optimal overlay, a least-mean-square method is preferably used, from which a respective transformation matrix for the correction and for an optimal combination of the respective image data is calculated. The correction includes a corresponding rotation and displacement. The transformation matrix converts raw image data of the respective neighboring light section sensor S1-S4 into calibrated image data in order to correctly image the image data of the previous or first position with the calibrated image data of the adjacent, subsequent or second position in a common coordinate system.
Als Referenzen im Strangprofil 2 und als Referenzmarker 31–34 können bevorzugt Formen, wie beispielsweise Geraden, Kreise und/oder Kreissegmente dienen, die von mindestens zwei Messperspektiven aus gut erfasst werden können. Falls im Strangprofil 2 beispielsweise Geradensegmente in einer entsprechenden Winkellage vorliegen, die von mindestens zwei jeweiligen Messperspektiven aus erfasst werden können, können diese als die Referenzen herangezogen werden. Ansonsten werden, wie oben beschrieben, die Referenzmarker 31–34 zusätzlich in dem gemeinsamen Messerfassungsbereich angeordnet. Dabei ist als der gemeinsame Messerfassungsbereich bevorzugt ein äußerer Bereich 4 gewählt, der in 2 als gestrichelte Linie gezeichnet ist, und gerade noch von benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4 erfasst wird. Dabei sind eine Form und eine Dicke der Referenzmarker 31–34 bevorzugter Maßen bekannt. Die Referenzmarker 31–34 werden, um den inneren Messerfassungsbereich, wo sich das zu vermessende Strangprofil befindet, möglichst wenig abzuschatten, bevorzugt als dünne, blechartige Streifen ausgelegt, die in dem äußeren Bereich 4 bevorzugt als vier Referenzmarker 31–34 gleichverteilt und radial nach innen gerichtet angeordnet sind.As references in the extruded profile 2 and as a reference marker 31 - 34 may preferably serve shapes, such as straight lines, circles and / or circle segments, which can be well detected from at least two measurement perspectives. If in the extruded profile 2 For example, straight segments present in a corresponding angular position, which can be detected from at least two respective measurement perspectives, these can be used as the references. Otherwise, as described above, the reference markers 31 - 34 additionally arranged in the common measuring area. In this case, as the common measurement coverage area is preferably an outer area 4 chosen in 2 is drawn as a dashed line, and is just detected by adjacent light section sensors S1-S4. Here are a shape and a thickness of the reference marker 31 - 34 preferably known. The reference marker 31 - 34 are as little as possible to shade the inner measurement coverage area where the extruded profile is to be measured, preferably designed as a thin, sheet-like strips in the outer region 4 preferably as four reference markers 31 - 34 evenly distributed and arranged directed radially inward.
Abstände der Referenzen und der Referenzmarker 31–34 zueinander müssen nicht zwangsläufig bekannt sein, solange sie aus den verschiedenen Messperspektiven bzw. von den Messerfassungsdaten der jeweiligen Lichtschnittsensoren S1–S4 eindeutig zuordenbar sind.Distances of references and reference markers 31 - 34 not necessarily known to each other, as long as they are different Measuring perspectives or from the measurement data of the respective light section sensors S1-S4 are clearly assigned.
Für eine Offsetkorrektur der jeweiligen Lichtschnittsensoren S1–S4 sind jeweils mindestens zwei Referenzen bzw. Referenzmarker notwendig, die von den benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4 gemeinsam erfasst werden können. Dabei eignen sich als benachbarte Referenzen und Referenzmarker S1–S4 bevorzugt solche, die eine nicht parallele Geradenform aufweisen, da die Geradenform jeweils per Mustererkennungsverfahren gut erkannt wird und eindeutig extrapoliert werden kann. Durch zwei nicht parallele Geraden und durch einen berechneten Schnittpunkt der Geraden können die Winkellage und der Abstand zum jeweiligen Lichtschnittsensor S1–S4 eindeutig bestimmt und bei der Kalibrierung korrigiert werden. Idealerweise werden von zwei benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4 noch eine zusätzliche Referenzmarke erfasst, die möglichst weit entfernt von den übrigen zwei Referenzmarkern ist, um dadurch einen Einfluss von Messrauschen zu reduzieren bzw. um die Genauigkeit der Ortung und Überlagerung der Referenzmarker 31–34 zu erhöhen.For an offset correction of the respective light section sensors S1-S4, respectively at least two references or reference markers are necessary, which can be detected jointly by the adjacent light section sensors S1-S4. In this case, suitable as adjacent references and reference markers S1-S4 are preferably those which have a non-parallel straight line form, since the straight line shape is in each case well recognized by pattern recognition methods and can be clearly extrapolated. By means of two non-parallel straight lines and through a calculated intersection of the straight lines, the angular position and the distance to the respective light section sensor S1-S4 can be clearly determined and corrected during the calibration. Ideally, two adjacent light-section sensors S1-S4 detect an additional reference mark that is as far away as possible from the remaining two reference markers, in order to reduce the influence of measurement noise or the accuracy of locating and superimposing the reference markers 31 - 34 to increase.
An dieser Stelle wird nochmals bemerkt, dass sich ein Temperatureinfluss auf die Lichtschnittsensoren S1–S4 und eine Alterung hauptsächlich nur auf deren Offset der Rohbilddaten auswirken, wobei die Skalierung der Mess- bzw. der Rohbilddaten im Wesentlichen unverändert bleibt. Zur Kalibrierung des Offsets werden also als Referenzen oder Referenzmarker 31–34 nur zwei Geradenabschnitte in dem gemeinsamen Messerfassungsbereich benötigt, um Drehwinkel und die Verschiebung bezüglich des gemeinsamen Koordinatensystems zu bestimmen.At this point, it is once again noted that a temperature influence on the light section sensors S1-S4 and aging mainly only affect their offset of the raw image data, the scaling of the measured or the raw image data remaining essentially unchanged. To calibrate the offset so be as references or reference marker 31 - 34 requires only two straight line sections in the common measurement coverage area to determine rotation angles and the displacement with respect to the common coordinate system.
Zur Vollständigen Kalibrierung der Offsets und der Skalierung werden mindestens drei Referenzen oder Referenzmarker 31–34 im jeweiligen gemeinsamen Messerfassungsbereich benötigt, deren Abstände zueinander bekannt und kalibriert sind. Auf diese Weise können auch Fehler aus Kettenmaßen reduziert werden.At least three references or reference markers are used to fully calibrate the offsets and scale 31 - 34 needed in the respective common measurement coverage area whose distances are known and calibrated to each other. In this way, errors from chain dimensions can be reduced.
Bevorzugt werden für einen Abgleich von benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4 mindestens jeweils zwei gemeinsam erfassbare Referenzmarker 31–34, die die Form von Blechstreifen aufweisen und als Geraden oder Geradenabschnitte messtechnisch gut erfassbar sind, zur Bestimmung der Transformationsmatrix verwendet.For matching of adjacent light-section sensors S1-S4, at least two commonly detectable reference markers are preferred 31 - 34 , which have the shape of sheet-metal strips and are metrologically well detectable as straight lines or straight line sections, used to determine the transformation matrix.
Bevorzugt sind die Referenzmarker 31–34 so ausgebildet, dass mindestens einer davon eine Kodierung aufweist. Durch die Kodierung sind die Referenzmarker 31–34 in den Bilddaten identifizierbar, um eine eindeutige Zuordnung der Referenzmarker in den verschiedenen Bilddaten zu erhalten. Eine solche Kodierung kann beispielsweise durch eine zusätzliche Rundung oder Abkantung am Referenzmarker vorgesehen werden oder der Referenzmarker 31–34 kann auch eine eindeutig andere Ausrichtung als die anderen haben. Anstelle dessen können aber für eine richtige Ausrichtung bzw. Drehung der Rohbilddaten bzw. der Bilddaten im Koordinatensystem auch Grobpositionen der Lichtschnittsensoren S1–S4 bekannt sein, so dass eine Zuordnung durch eine Berechnung von geringsten Abständen, beispielsweise per Least Mean Square Verfahren, erfolgen kann. Zusätzlich können auch signifikante Referenzen im Strangprofil 2 zur Findung der Zuordnung der Referenzmarker 31–34 verwendet werden.Preferred are the reference markers 31 - 34 designed so that at least one of them has a coding. By coding are the reference markers 31 - 34 identifiable in the image data to obtain a unique association of the reference markers in the different image data. Such coding can be provided, for example, by additional rounding or folding on the reference marker or the reference marker 31 - 34 can also have a clearly different orientation than the others. Instead, however, coarse positions of the light section sensors S1-S4 can also be known for correct alignment or rotation of the raw image data or the image data in the coordinate system, so that assignment can be made by calculating least distances, for example by Least Mean Square methods. In addition, significant references in the extruded profile can also be used 2 for finding the assignment of the reference marker 31 - 34 be used.
Erfindungsgemäß wird die jeweilige Lichtschnittebene mit nicht-kohärentem Licht durch mindestens eine nicht-kohärente Lichtquelle im jeweiligen Lichtschnittsensor S1–S4 erzeugt. Dabei wird das nicht-kohärente Licht durch eine Optik geleitet, die dazu ausgebildet ist, aus dem nicht-kohärenten Licht einen Linienstrahler zu bilden, welcher die Lichtschnittebene emittiert. Durch das nicht-kohärente Licht werden im Gegensatz zu Laser-Licht Speckles, die bei Laser-Licht durch Interferenzen eines reflektierten Lichts an der reflektierenden Oberfläche 20 auftreten, verhindert. Schließlich werden Messdaten der Oberfläche (20) des Prüflings aus den Bilddaten der ersten Position und aus den kalibrierten Bilddaten der zweiten oder benachbarten Position in dem gemeinsamen Koordinatensystem abgebildet und bevorzugt zur Verfügung gestellt.According to the invention, the respective light section plane with non-coherent light is generated by at least one noncoherent light source in the respective light section sensor S1-S4. In this case, the non-coherent light is passed through an optical system which is designed to form from the non-coherent light a line emitter which emits the light-section plane. Due to the non-coherent light, unlike laser light, speckles are produced by the laser light by interfering with a reflected light at the reflecting surface 20 occur prevented. Finally, measurement data of the surface ( 20 ) of the test object from the image data of the first position and from the calibrated image data of the second or adjacent position in the common coordinate system and preferably provided.
Der Linienstrahler ist in einer bevorzugten Ausführungsform schematisch in 6 dargestellt und umfasst eine Vielzahl an nicht-kohärenten Lichtquellen, die über eine Optik mit Kollimator 54 die Lichtschnittebene 53 bilden. Die Vielzahl ist dabei eine Zahl von zwei oder größer. Dabei zeigt die bevorzugte Anordnung in 6 eine Reihe von LEDs 50, die in Hauptabstrahlrichtung 51 mit einem Abstrahlbereich 52 jeweils Licht im Wesentlichen in der Lichtschnittebene 53 aussenden. Unter Verwendung von LEDs 50 mit einem kleinen Abstrahlwinkel 52 muss durch den Kollimator 54, der bevorzugt aus einer Spaltblende und einer nachgeschalteten Optik besteht, nur relativ wenig Licht abgeschattet werden. Bevorzugt ist zwischen den LEDs 50 und der Spaltblende noch eine Zylinderlinse angeordnet, um die Effizienz noch zu steigern. Somit wird eine hohe Lichtausbeute erzeugt mit nur einem geringen Teil eines abgeschatteten Lichts. Eine hohe Lichtausbeute bzw. ein geringer Teil des abgeschatteten Lichts führt zu weniger Erwärmung des Systems und des jeweiligen Lichtschnittsensors S1–S4. Da Temperaturschwankungen die Hauptursache für Messfehler sind, ist diese Anordnung besonders vorteilhaft. Im unteren Teil der 6 ist die Lichtschnittebene 53 von der Seite dargestellt und weist eine durch den Kollimator 54 bestimmte Dicke auf, die im Bild als Höhe dargestellt ist. Bevorzugt sind die einzelnen Lichtquellen entlang einer Geraden und mit einer gemeinsamen Hauptabstrahlrichtung 51 angeordnet. Bevorzugt ist die Hauptabstrahlrichtung 51 in Richtung der Lichtschnittebene ausgerichtet. Somit bilden die einzelnen punktartigen Lichtquellen einen punktartigen Linienstrahler, dessen Punkte sich durch den bestimmten Abstrahlbereich 52 in der Lichtschnittebene überlagern und glätten.In a preferred embodiment, the line radiator is shown schematically in FIG 6 and includes a plurality of non-coherent light sources, which have optics with a collimator 54 the light section plane 53 form. The multiplicity is a number of two or more. The preferred arrangement in FIG 6 a series of LEDs 50 , which in main emission direction 51 with a radiation area 52 each light essentially in the light section plane 53 send out. Using LEDs 50 with a small beam angle 52 has to go through the collimator 54 , which preferably consists of a slit and a downstream optics, are shaded relatively little light. Preferred is between the LEDs 50 and the slit diaphragm still arranged a cylindrical lens to increase the efficiency even more. Thus, a high luminous efficacy is produced with only a small part of a shaded light. A high luminous efficacy or a small part of the shaded light leads to less heating of the system and of the respective light section sensor S1-S4. Since temperature fluctuations are the main cause of measurement errors, this arrangement is particularly advantageous. In the lower part of the 6 is the light section plane 53 shown from the side and has a through the collimator 54 certain thickness, which is shown in the picture as height. The individual light sources are preferably along a straight line and with a common main emission direction 51 arranged. The main emission direction is preferred 51 aligned in the direction of the light section plane. Thus, the individual point-like light sources form a point-like line emitter whose points are defined by the specific emission area 52 superimpose and smooth in the light section plane.
Bevorzugt wird durch die Optik das Licht der einzelnen Lichtquellen oder LEDs 50 seitlich in Richtung zu einander aufweitet, um dadurch besser überlappende einzelne Lichtlinien und dadurch einen Linienstrahler mit konstanterem Licht als ohne die Aufweitung zu erzeugen.Preferably, the optics, the light of the individual light sources or LEDs 50 widens laterally toward each other to thereby produce better overlapping individual light lines and thereby a line emitter with more constant light than without the widening.
Bevorzugt umfasst die Optik einen Diffusor oder ein Zylinderlinsen-Linienarray, um die Strahlenbündel der einzelnen Lichtquellen in einer Ebene des gepunkteten Linienstrahlers aufzuweiten.The optics preferably comprise a diffuser or a cylindrical lens line array in order to expand the radiation beams of the individual light sources in a plane of the dotted line emitter.
Bevorzugt erfolgt die Erzeugung der Lichtschnittebene in der Optik durch einen darin integrierten, rotierenden Spiegel oder ein Prisma, um einen Lichtpunktstrahl in der Lichtschnittebene periodisch zu verteilen.The generation of the light section plane in the optics preferably takes place by means of a rotating mirror or a prism integrated in it, in order to periodically distribute a light spot beam in the light section plane.
Bevorzugt erfolgt die Erzeugung der Lichtschnittebene in der Optik durch einen optischen Spalt, eine Schlitzblende, durch eine Zylinderlinse, durch eine Powell Linse oder durch eine Lichtleiterverteilungseinheit.The generation of the light section plane in the optics preferably takes place through an optical slit, a slit diaphragm, through a cylindrical lens, through a Powell lens or through a light guide distribution unit.
Bevorzugt erfolgt die Erzeugung der Lichtschnittebene in der Optik durch eine teilweise Abschattung eines Lichtanteils, wobei der abgeschattete Lichtanteil, anstelle absorbiert zu werden, zu mindestens einer zur emittierten Lichtschnittebene parallelen sekundären Lichtschnittebene umgeleitet und emittiert wird.Preferably, the generation of the light section plane in the optics by a partial shading of a light component, wherein the shaded light portion, instead of being absorbed, diverted to at least one parallel to the emitted light section plane secondary light section plane and emitted.
Bevorzugt erfolgt die Erzeugung der Lichtschnittebene in der Optik durch eine teilweise Abschattung eines Lichtanteils wobei nur auf einer Seite der Lichtschnittebene der Lichtanteil abgeschattet wird, um dadurch im Wesentlichen nur eine Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen. Bei der Erzeugung der einen Hell-Dunkel-Grenze ist ein Ausmaß der einen hellen und beleuchteten Seite implizit endlich, und zumindest auf eine bestimmte Beleuchtungshöhe begrenzt. Dabei ist die Lichtschnittebene im Wesentlichen durch den Hell-Dunkel-Übergang erzeugt. Bevorzugt nimmt die Beleuchtungsstärke der hellen und beleuchteten Seite entfernt vom Hell-Dunkel-Übergang und zu einem Randbereich hin langsam ab. Vorteilhafterweise läßt sich durch die helle und beleuchtete Seite beispielsweise entweder ein bereits schon vermessener Teil oder ein noch zu vermessender Teil des Prüflings hell ausleuchten.The generation of the light section plane in the optics preferably takes place by a partial shading of a light component, wherein the light component is shadowed only on one side of the light section plane, thereby essentially producing only a light-dark boundary. When one bright-dark boundary is created, an amount of one bright and one illuminated side is implicitly finite, and limited at least to a certain level of illumination. In this case, the light section plane is essentially produced by the light-dark transition. Preferably, the illuminance of the bright and illuminated side decreases away from the light-dark transition and slowly towards an edge region. Advantageously, for example, either an already measured part or a part of the test object still to be measured can be brightly illuminated by the bright and illuminated side.
Bevorzugt erfolgt zusätzlich eine jeweilige Mittelwertbildung von zwei oder mehr nacheinander aufgenommenen Rohbilddaten und/oder kalibrierten Bilddaten, die dann in den nachfolgenden Schritten als die Rohbilddaten und/oder kalibrierten Bilddaten zur Bestimmung der Messdaten der Oberfläche (20) verwendet werden. Bevorzugt ist der Mittelwert dabei ein arithmetischer, ein quadratischer oder ein Median-Mittelwert.In addition, a respective averaging of two or more successively recorded raw image data and / or calibrated image data, which then in the subsequent steps as the raw image data and / or calibrated image data for determining the measurement data of the surface ( 20 ) be used. The mean value is preferably an arithmetic, a quadratic or a median mean.
In 7 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform des Linienstrahlers dargestellt, bei der eine Vielzahl der Lichtquellen nicht-kohärentes Licht in Lichtleitfasern 55 einstrahlen, die das Licht zum Kollimator weiterführen. Bevorzugt sind die Lichtquellen LEDs 50. Eine bevorzugte Anordnung der Lichtquellen oder LEDs 50 ist beispielsweise in einer Fläche, wie beispielsweise in einer quadratischen, runden oder rechteckigen Anordnung. Dabei können viele LEDs 50 auf einer relativ kleinen Fläche kompakt angeordnet werden, wie beispielsweise 25 LEDs 50 auf einer Fläche von 5 × 5 LEDs 50.In 7 Another preferred embodiment of the line radiator is shown in which a plurality of the light sources are non-coherent light in optical fibers 55 that radiate the light to the collimator. Preferably, the light sources are LEDs 50 , A preferred arrangement of the light sources or LEDs 50 is, for example, in an area, such as in a square, round or rectangular arrangement. There are many LEDs 50 be arranged compactly on a relatively small area, such as 25 LEDs 50 on an area of 5 × 5 LEDs 50 ,
Bevorzugt wiederholt sich die Messprozedur nach der ersten und zweiten benachbarten Position für mindestens eine weitere dritte Position, wobei die dritte Position einen gemeinsamen Messerfassungsbereich mit der zweiten Position und ebenfalls mindestens zwei Referenzen und/oder Referenzmarker (31–34) darin aufweist. Dabei werden dann die Bilddaten der dritten Position entsprechend durch eine mit den kalibrierten Bilddaten der zweiten Position neu berechnete Transformationsmatrix in kalibrierte Bilddaten der dritten Position umgewandelt und schließlich die kalibrierten Bilddaten der dritten Position verwendet.The measuring procedure preferably repeats after the first and second adjacent positions for at least one further third position, the third position having a common measuring range with the second position and likewise at least two references and / or reference markers ( 31 - 34 ) therein. In this case, the image data of the third position is then converted into calibrated image data of the third position by means of a transformation matrix recalculated with the calibrated image data of the second position and finally the calibrated image data of the third position is used.
2 zeigt beispielweise die Meßvorrichtung 1, bei der für den Abgleich bzw. für die Kalibrierung beispielsweise zwischen Lichtschnittsensor S1 und Lichtschnittsensor S2 alle Referenzmarker 31–34 verwendet werden können. Von dem Lichtschnittsensor S1 werden die Referenzmarker 31 und 32 voll und die Referenzmarker 33 und 34 teils erfasst. Von Lichtschnittsensor S2 werden die Referenzmarker 31 und 34 voll und die Referenzmarker 32 und 33 teils erfasst. Hierbei soll bemerkt werden, dass für die Überlagerung der Referenzmarker 31 und 33 von diesen Perspektiven die Dicke der Referenzmarker 31, 33 mit in die Rechnung einbezogen wird. Gleichzeitig kann das Oberflächensegment 24 zusätzlich als Referenz zwischen den Lichtschnittsensoren S1 und S2 herangezogen werden. Für den Abgleich bzw. für die Kalibrierung zwischen weiteren Lichtschnittsensoren S1–S4 gilt diese Betrachtungsweise analog aus den jeweiligen Messperspektiven. 2 shows, for example, the measuring device 1 in which, for the adjustment or for the calibration, for example, between light section sensor S1 and light section sensor S2 all reference markers 31 - 34 can be used. From the light section sensor S1 become the reference markers 31 and 32 full and the reference marker 33 and 34 partly recorded. Light section sensor S2 becomes the reference marker 31 and 34 full and the reference marker 32 and 33 partly recorded. It should be noted that for the superimposition of the reference marker 31 and 33 from these perspectives, the thickness of the reference marker 31 . 33 is included in the bill. At the same time, the surface segment 24 additionally be used as a reference between the light section sensors S1 and S2. For the adjustment or for the calibration between further light section sensors S1-S4, this approach applies analogously to the respective measurement perspectives.
In 3 ist der Messerfassungsbereich MB des Lichtschnittsensor S1 mit einer gestrichelten Umrandung dargestellt, in dem vom Lichtschnittsensor S1 vordere Teile des Strangprofils 2, das sich von dem Strangprofil 2 aus 2 unterscheidet, und Teile der Referenzmarker 31–34 erfasst werden. Von den hinteren Referenzmarkern 33 und 34 ist also nur ein Teil als Messergebnis zu sehen, da sie andernteils von den vorderen Referenzmarkern 33 und 32 abgeschattet werden. In dieser bevorzugten Anordnung sind die Referenzmarker 31–34 ebenfalls als dünne Platten am äußeren Rand 4 des Messerfassungsbereichs MB radial nach innen zum Zentrum des Messerfassungsbereichs MB hin gerichtet angeordnet. Anders als dargestellt und deshalb zu bemerken ist, dass nicht die gesamte Oberfläche des Strangprofils 2 von den Lichtschnittsensor S1–S4 messtechnisch erfasst werden kann, sondern nur Teile davon. Beispielsweise werden von dem Lichtschnittsensor S1 Insbesondere die Oberflächensegmente 23, 21, 22, 27A, 27B ganz und 28 und 29 teilweise erfasst. In 3 the blade detection area MB of the light section sensor S1 is shown with a dashed border, in which the light section sensor S1 front parts of the extruded profile 2 that is different from the extruded profile 2 out 2 different, and parts of the reference marker 31 - 34 be recorded. From the rear reference markers 33 and 34 So only one part is to be seen as a measurement result, as it is different from the front reference markers 33 and 32 to be shaded. In this preferred arrangement, the reference markers 31 - 34 also as thin plates on the outer edge 4 of the mesa-detecting portion MB is disposed radially inward toward the center of the mesa portion MB. Other than shown and therefore it should be noted that not the entire surface of the extruded profile 2 can be detected by the light section sensor S1-S4 metrologically, but only parts thereof. For example, of the light section sensor S1, in particular, the surface segments 23 . 21 . 22 . 27A . 27B whole and 28 and 29 partially recorded.
Für eine Kalibrierung zwischen Lichtschnittsensor S1 und Lichtschnittsensor S4 eignen sich in dem dargestellten Fall alle Referenzmarker 31–34, als auch die Oberflächensegmente 23 als Referenz, die jedoch relativ klein ausfällt. Je länger eine geradlinige Referenz oder ein Referenzmarker 31–34 erfasst werden kann, desto größer Ist die Genauigkeit, indem viele Messpunkte für eine Geradenberechnung zur Verfügung stehen.For a calibration between the light section sensor S1 and the light section sensor S4, all reference markers are suitable in the illustrated case 31 - 34 , as well as the surface segments 23 as a reference, which is relatively small. The longer a straight line reference or a reference marker 31 - 34 can be detected, the greater is the accuracy by having many measurement points available for a straight line calculation.
In diesem Beispiel wird von dem Lichtschnittsensor S1 der Referenzmarker 32 von einer Seite 320 erfasst und als Gerade weitergeführt, die den Geradenabschnitt des Referenzmarkers 34 mit dessen Seite 340 übergeht und somit eine lange Gerade mit guter messtechnischer Genauigkeit bildet. Von dem Lichtschnittsensor S4 werden die Referenzmarker 32 und 34 ebenfalls erfasst und zu einer Geraden ausgebildet, jedoch aber von einer zweiten Seite 323 bzw. 343. Unter Berücksichtigung der Dicke der Referenzmarker 32 und 34 werden diese beiden Geraden dann durch die jeweiligen Bilddaten zur Überlagerung gebracht. Das gleiche gilt für die Referenzmarker 31 und 33, die ebenfalls von beiden Lichtschnittsensor S1 und S4 erfasst, zu Geraden ausgebildet und in den jeweiligen Bilddaten zur Überlagerung gebracht werden.In this example, the light-slit sensor S1 becomes the reference marker 32 from one side 320 recorded and continued as a straight line, the straight line section of the reference marker 34 with its side 340 goes over and thus forms a long straight with good metrological accuracy. From the light section sensor S4, the reference markers 32 and 34 also detected and trained to a straight line, but from a second page 323 respectively. 343 , Taking into account the thickness of the reference marker 32 and 34 these two lines are then brought to overlap by the respective image data. The same applies to the reference marker 31 and 33 , which are also detected by both light section sensors S1 and S4, formed into straight lines and brought to overlap in the respective image data.
Wie oben erwähnt, kann das Oberflächensegment 23 ebenfalls als Referenz bzw. als Referenzgerade zur Bestimmung der besten Überlagerung der Bilddaten der Lichtschnittsensoren S1 und S4 verwendet werden. Die Referenzen sind signifikante Oberflächenteile des Prüflings oder des Strangprofils 2, die in jeweiligen Rohbilddaten oder Bilddaten von benachbarten Positionen aus detektiert werden können, um sie zur Überlagerung zu bringen. Dadurch können die Verschiebung und die Verdrehung des einen Bildes zum benachbarten Bild bestimmt werden. Dadurch wird die Kalibrierung der zweiten Bilddaten bzw. des zweiten Bildes relativ zum ersten Bild vorgenommen. Eine Skalierung des zweiten Bildes zum ersten Bild kann dabei bevorzugt ebenfalls bestimmt werden.As mentioned above, the surface segment 23 also be used as a reference or as a reference line for determining the best superimposition of the image data of the light section sensors S1 and S4. The references are significant surface portions of the specimen or extruded profile 2 which can be detected in respective raw image data or image data from adjacent positions to superimpose them. Thereby, the shift and the rotation of the one image to the neighboring image can be determined. Thereby, the calibration of the second image data or the second image is made relative to the first image. A scaling of the second image to the first image can preferably also be determined.
Das bevorzugte Verfahren zur Kalibrierung detektiert also aus den Bilddaten des jeweiligen Lichtschnittsensors S1–S4 vorhandene Geraden, versucht diese möglichst gut durch möglichst viele Messpunkte genau zu bestimmen und im Vergleich zu den Bilddaten der anderen Lichtschnittsensoren S1–S4 zu identifizieren. Nach der Identifikation erfolgt das Matchen bzw. die optimale Überlagerung der jeweiligen Bilddaten mit einander. Dabei werden zwecks Kalibrierung die jeweiligen Transformationsmatrizen der Bilddaten für auf einander abgestimmte Koordinatenangaben bestimmt und auf die nachfolgenden sonstigen Bilddaten angewendet, so dass alle Seitenansichten aus den verschiedenen Messperspektiven der verwendeten Lichtschnittsensoren S1–S4 oder weiteren zu einander in einem Koordinatensystem passen.The preferred method of calibration thus detects existing lines from the image data of the respective light section sensor S1-S4, tries to determine them as accurately as possible by as many measuring points as possible and to identify them in comparison to the image data of the other light section sensors S1-S4. After the identification, the matching or the optimal superimposition of the respective image data takes place with each other. For the purpose of calibration, the respective transformation matrices of the image data are determined for mutually coordinated coordinate data and applied to the subsequent other image data, so that all side views from the different measurement perspectives of the light section sensors S1-S4 used or more to one another fit in a coordinate system.
In 4 ist die gleiche Anordnung des Strangprofils 2 innerhalb eines zweiten Messerfassungsbereichs MB2 mit den jeweiligen Referenzmarkern 31–34 zu sehen, jedoch von einer anderen Messperspektive von dem Lichtschnittsensor S4 aus. Dabei ist zu erkennen, dass das Strangprofil 2 durch die Messperspektive des Lichtschnittsensors S4 beispielsweise um die Bilddaten der Oberflächensegmente 24, 23, teilweise 26, 26B und 26C zusätzlich zu den Bilddaten aus der Messperspektive seitens Lichtschnittsensor S1 ergänzt wird.In 4 is the same arrangement of the extruded profile 2 within a second measurement coverage area MB2 with the respective reference markers 31 - 34 but from a different measuring perspective from the light section sensor S4. It can be seen that the extruded profile 2 by the measuring perspective of the light section sensor S4, for example, the image data of the surface segments 24 . 23 , partially 26 . 26B and 26C in addition to the image data from the measurement perspective is supplemented by light section sensor S1.
Bei der Kalibrierung werden der Referenzmarker 33 durch die Seite 330, der Referenzmarker 32 durch die Seite 323, der Referenzmarker 34 teilweise durch die Seite 343 und der Referenzmarker 31 teilweise durch die Seite 310 erfasst.During calibration, the reference marker 33 through the page 330 , the reference marker 32 through the page 323 , the reference marker 34 partly through the page 343 and the reference marker 31 partly through the page 310 detected.
Bei einer Kalibrierung des Lichtschnittsensor S4 wird aus den dabei gemessenen Bilddaten die entsprechende Transformationsmatrix für diesen Lichtschnittsensor S4 so bestimmt, dass die darin enthaltenen Positionen und Linienverläufe der Referenzmarker 31–34 mit den vorangehend gemessenen Positionen und Linienverläufe der Referenzmarker 31–34 einer ersten Messperspektive, beispielsweise von dem Lichtschnittsensor S1 aus, optimal zur Übereinstimmung kommen.During a calibration of the light section sensor S4, the corresponding transformation matrix for this light section sensor S4 is determined from the image data measured thereby in such a way that the positions and line courses of the reference markers contained therein are determined 31 - 34 with the previously measured positions and line courses of the reference markers 31 - 34 a first measurement perspective, for example, from the light section sensor S1, come to an optimal match.
Die Kalibrierung der weiteren Lichtschnittsensoren S1–S4 aus den entsprechenden weiteren Messperspektiven geschieht analog.The calibration of the further light section sensors S1-S4 from the corresponding further measuring perspectives is done analogously.
5 zeigt noch eine Messperspektive des Strangprofils 2 aus einer zusätzlichen Ansicht eines um 45 Grad nach rechts gedrehten Lichtschnittsensor. Es wird dabei deutlich, dass das Oberflächensegment 23 des Strangprofils 2 messtechnisch besser bzw. genauer erfasst werden kann, vor allem dessen Ecken betreffend. Die dünn punktierten Linien deuten Strahlenverläufe des nach rechts gedrehten Lichtschnittsensor an. Dabei kann entweder ein oder mehrere zusätzliche Lichtschnittsensoren verwendet werden oder es können die bereits in der Meßvorrichtung 1 verwendeten Lichtschnittsensoren S1–S4 insgesamt für ein Zeitmoment der Messung rotatorisch verfahren und zurückgefahren werden. Die rotatorische Verfahrposition der Lichtschnittsensoren S1–S4 lässt sich dabei von der Anordnung ebenso wie bei der Kalibrierung anhand der Referenzmarker 31–34 und anhand von Referenzen im Strangprofil ermitteln, so dass die Mess- und Bilddaten des Strangprofils 2 (sowie die der Referenzmarker 31–34) aus der jeweiligen Messperspektive durch die jeweilige, neu bestimmte Transformationsmatrix richtig im Koordinatensystem liegen. 5 shows another measuring perspective of the extruded profile 2 from an additional view of a 45 degrees to the right rotated light section sensor. It becomes clear that the surface segment 23 of the extruded profile 2 metrologically better or more accurately can be detected, especially concerning its corners. The thin dotted lines indicate ray trajectories of the light-section sensor turned to the right. In this case, either one or more additional light section sensors can be used or it can already be in the measuring device 1 used light-slit sensors S1-S4 in total for a moment instant of the measurement and moved back in rotation. The rotational movement position of the light section sensors S1-S4 can thereby be determined by the arrangement as well as in the calibration using the reference marker 31 - 34 and determine based on references in the extruded profile, so that the measurement and image data of the extruded profile 2 (as well as the reference marker 31 - 34 ) lie correctly in the coordinate system from the respective measuring perspective through the respective, newly determined transformation matrix.
Bevorzugt brauchen die Referenzen und/oder Referenzmarker 31–34 nicht in bekannten, definierten Abständen oder Positionen zueinander angeordnet sein. Die jeweiligen Referenzen und/oder Referenzmarker 31–34 müssen nur in dem jeweils gemeinsamen Messerfassungsbereichen der jeweiligen benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4 angeordnet sein. Die Anzahl der aufeinander abzustimmenden, gegenseitig zueinander zu kalibrierenden Lichtschnittsensoren S1–S4 ist beliebig, solange die oben beschriebene Bedingung der gemeinsamen Erfassung der Referenzen und/oder der Referenzmarker 31–34 erfüllt ist. Dabei soll auch nochmals klargestellt werden, dass unter Umständen für die Kalibrierung nicht einmal Referenzmarker 31–34 notwendig sind, wenn genügend Referenzen im Strangprofil 2 vorhanden sind, die die Bedingung erfüllen, dass mindestens zwei Referenzen gemeinsam von jeweils benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4 erfasst werden; dies ist beispielsweise bei Strangprofilen 2 mit einem gleichverteilen Achtkantquerschnitt und bei gleichmäßig verteilen 8 Lichtschnittsensoren S1–S4 der Fall.Preferably, the references and / or reference markers need 31 - 34 not be arranged in known, defined distances or positions to each other. The respective references and / or reference markers 31 - 34 only have to be arranged in the respectively common measuring areas of the respective adjacent light section sensors S1-S4. The number of light section sensors S1-S4 to be matched to one another, which can be mutually calibrated, is arbitrary, as long as the above-described condition of the common detection of the references and / or the reference markers 31 - 34 is satisfied. It should also be clarified once again that under certain circumstances for the calibration not even reference marker 31 - 34 necessary, if enough references in the extruded profile 2 are present, which satisfy the condition that at least two references are detected in common by each adjacent light section sensors S1-S4; This is for example in extruded profiles 2 with an equally distributed octagonal cross section and evenly distributed 8th Light section sensors S1-S4 the case.
Bevorzugt ist die Anzahl der Referenzen und der Referenzmarker 31–34 beliebig, solange die Bedingung erfüllt ist, dass mindestens zwei Referenzen oder mindestens zwei Referenzmarker 31–34 oder mindestens eine Referenz und ein Referenzmarker 31–34 gemeinsam von jeweils benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4 erfasst werden.Preferred is the number of references and the reference marker 31 - 34 arbitrarily, as long as the condition is fulfilled, that at least two references or at least two reference markers 31 - 34 or at least one reference and one reference marker 31 - 34 be jointly detected by each adjacent light section sensors S1-S4.
Der Klarheit wegen soll ferner festgehalten werden, dass falls die Form der Referenzmarker 31–34 gleich ist, dass dann deren einzelnen Positionen in den einzelnen Bilddaten der jeweiligen Lichtschnittsensoren S1–S4 grob bekannt sein muss, um eine eindeutige Zuordnung der Referenzmarker 31–34 in den jeweiligen Bilddaten vornehmen zu können. Andernfalls kann mindestens einer der Referenzmarker 31–34, der in benachbarten Bilddaten sichtbar ist, eine Codierung zur eindeutigen Identifikation in den Bilddaten der benachbarten Bilddaten tragen und/oder das Strangprofil 2 selbst für die Zuordnung verwendet werden.For the sake of clarity, it should also be noted that if the shape of the reference marker 31 - 34 it is the same that then their individual positions in the individual image data of the respective light section sensors S1-S4 must be roughly known to an unambiguous assignment of the reference marker 31 - 34 in the respective image data to make. Otherwise, at least one of the reference markers 31 - 34 which is visible in adjacent image data, carries a coding for unique identification in the image data of the adjacent image data and / or the extruded profile 2 even be used for the assignment.
Bevorzugt werden als die Lichtschnittsensoren S1–S4 2D und/oder 3D Sensoren verwendet.Preferably, 2D and / or 3D sensors are used as the light section sensors S1-S4.
Der Klarheit wegen soll nochmals festgehalten werden, dass hier unter der Kalibrierung zwei Arten verstanden werden. Im Allgemeinen umfasst die Kalibrierung eine Korrekturbestimmung der Offsets in X- und in Y-Richtung und des Drehwinkels, so dass die Bilddaten benachbarter Lichtschnittsensoren S1–S4 anhand von bekannten oder gemeinsamen Referenzen, wie beispielsweise Referenzgeraden, optimal in einem gemeinsamen Koordinatensystem abgebildet werden. Dazu wird eine Transformationsmatrix für den jeweiligen Lichtschnittsensor S1–S4 berechnet und anschließend auf die jeweiligen Bilddaten (zur Korrektur) angewendet. Im Falle, dass genügend viele Referenzen und Referenzmarker 31–34 bei einer gemeinsamen Erfassung durch Lichtschnittsensoren S1–S4 oder auch kalibrierte Referenzmarker 31–34 mit definierten, bekannten Abständen zur Verfügung stehen, kann die Kalibrierung zusätzlich auch die Korrektur der Skalierung umfassen. Dabei soll bemerkt sein, dass eine bevorzugte Methode der Kalibrierung der Skalierung auch eine optimale Mittelung zwischen den Bilddaten der verschiedenen Lichtschnittsensoren S1–S4 umfasst, wozu bevorzugt die Least Mean Square Methode eingesetzt wird.For the sake of clarity, it should be reiterated that two types of calibration are understood here. In general, the calibration comprises a correction determination of the offsets in the X and Y directions and of the rotation angle, so that the image data of adjacent light section sensors S1-S4 are optimally imaged in a common coordinate system on the basis of known or common references, such as reference lines. For this purpose, a transformation matrix for the respective light section sensor S1-S4 is calculated and then applied to the respective image data (for correction). In the event that enough references and reference markers 31 - 34 with a common detection by light section sensors S1-S4 or also calibrated reference markers 31 - 34 With defined, known distances, the calibration can additionally include the correction of the scaling. It should be noted that a preferred method of calibrating the scaling also includes an optimal averaging between the image data of the different light section sensors S1-S4, for which purpose preferably the least mean square method is used.
Der Klarheit wegen wird festgehalten, dass die Bezeichnung Strangprofil 2 für alle Arten von zu vermessenden Prüflingen steht, die beispielsweise auch entlang der Länge ein veränderliches Profil aufweisen.For the sake of clarity, it is stated that the term extruded profile 2 For all types of test specimens to be measured, for example, have along the length of a variable profile.
Der Klarheit wegen wird festgehalten, dass sich die Bezeichnung Bilddaten im Wesentlichen auf kalibrierte Bilddaten bezieht, die aus den Rohbilddaten durch Anwendung einer Transformationsmatrix gewonnen werden. Der Klarheit wegen wird ferner festgehalten, dass die Rohbilddaten schon vorab kalibrierte Daten sein können, die bezogen auf den jeweiligen Lichtschnittsensor S1–S4 und/oder auf die Meßvorrichtung 1 kalibriert wurden.For the sake of clarity, it is noted that the term image data refers essentially to calibrated image data obtained from the raw image data by using a transformation matrix. For the sake of clarity, it is further noted that the raw image data may already be pre-calibrated data relating to the respective light section sensor S1-S4 and / or to the measuring device 1 calibrated.
Es ist auch denkbar, dass statt der Referenzmarker 31–34 Lichtpunkte auf das Strangprofil 2 projiziert werden, die jeweils von zwei benachbarten Lichtschnittsensoren S1–S4 erfasst werden, um auf diese Weise Referenzpunkte für eine Zuordnung und für eine Offsetkorrektur der jeweiligen Bilddaten zu erzielen. Dadurch, dass sich alle Lichtpunkte oder Referenzpunkte gleichzeitig aussenden und messen lassen, kann auch eine Schwingungsanalyse des Strangprofils 2 durchgeführt werden.It is also conceivable that instead of the reference marker 31 - 34 Points of light on the extruded profile 2 are respectively detected by two adjacent light section sensors S1-S4, so as to obtain reference points for an assignment and for an offset correction of the respective image data. By doing that all At the same time, light points or reference points can be emitted and measured. This can also be achieved by a vibration analysis of the extruded profile 2 be performed.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Meßvorrichtung 1 umfasst einen Drehtisch oder Dreheller, auf dem der Prüfling positioniert wird und in bestimmte Drehpositionen zur Vermessung gebracht wird. Dabei werden der Drehpunkt und die Drehlage des Lichtschnittsensors oder des Prüflings durch entsprechende Referenzen oder Referenzmarker 31–34 bestimmt.Another preferred embodiment of the measuring device 1 includes a turntable or turntable on which the specimen is positioned and surveyed in certain rotational positions. In this case, the pivot point and the rotational position of the light section sensor or the test specimen by corresponding references or reference markers 31 - 34 certainly.
Bevorzugt werden die Ablaufsteuerung, Berechnungen und/oder Bestimmungen durch eine Recheneinheit vorgenommen.The sequence control, calculations and / or determinations are preferably carried out by a computing unit.
Weitere mögliche Ausbildungsformen sind in den folgenden Ansprüchen beschrieben.Further possible embodiments are described in the following claims.
Die In den Ansprüchen genannten Bezugszeichen dienen der besseren Verständlichkeit, beschränken aber die Ansprüche nicht auf die in den Figuren dargestellten Formen.The reference numerals mentioned in the claims are for better understanding, but do not limit the claims to the shapes shown in the figures.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
11
-
Meßvorrichtungmeasuring device
-
1111
-
kreisartige Vorrichtungcircular device
-
1212
-
Öffnungopening
-
22
-
Strangprofilextruded profile
-
2020
-
Oberfläche des StrangprofilsSurface of the extruded profile
-
21–2921-29
-
Oberflächensegmentesurface segments
-
33
-
Referenzmarkerreference marker
-
31–3431-34
-
erster–vierter Referenzmarkerfirst-fourth reference marker
-
44
-
äußerer Bereichouter area
-
5050
-
LED LinienarrayLED line array
-
5151
-
Hauptabstrahlrichtungmain radiation
-
5252
-
Abstrahlbereichradiation area
-
5353
-
LichtschnittebeneLight sheet
-
5454
-
Kollimatorcollimator
-
5555
-
Lichtleitfaseroptical fiber
-
KS1KS1
-
erster Kamerablickwinkelfirst camera viewing angle
-
KS2KS2
-
zweiter Kamerablickwinkelsecond camera viewing angle
-
MBMB
-
MesserfassungsbereichMeasurement detection range
-
MB2MB2
-
zweiter Messerfassungsbereichsecond measuring range
-
S1S1
-
erster Lichtschnittsensorfirst light section sensor
-
S2S2
-
zweiter Lichtschnittsensorsecond light section sensor
-
S3S3
-
dritter Lichtschnittsensorthird light section sensor
-
S4S4
-
vierter Lichtschnittsensorfourth light section sensor
-
X, Y, ZX, Y, Z
-
KoordinatenrichtungsangabenCoordinate direction information
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
DE 10328523 [0003] DE 10328523 [0003]
-
US 7679757 [0004] US 7679757 [0004]
-
DE 10017463 [0005] DE 10017463 [0005]
-
DE 69003090 [0006] DE 69003090 [0006]
-
US 7679757 B1 [0007] US 7679757 B1 [0007]
-
US 20040202364 A1 [0008] US 20040202364 A1 [0008]
-
WO 92/08103 A1 [0009] WO 92/08103 A1 [0009]
-
WO 2005/106384 A1 [0010] WO 2005/106384 A1 [0010]
-
DE 10335472 A1 [0011] DE 10335472 A1 [0011]
-
US 6078846 A [0012] US 6078846A [0012]
-
DE 102011000304 A1 [0013] DE 102011000304 A1 [0013]
