DE102016015706A1

DE102016015706A1 - Koordinatenmessgerät

Info

Publication number: DE102016015706A1
Application number: DE102016015706.2A
Authority: DE
Inventors: Florian DOTSCHKAL; Stephan Rieger
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät (10), mit: einem optischen Sensor (38) zur optischen Erfassung eines zu vermessenden Werkstücks (56), einer Beleuchtungseinrichtung (48) zur Beleuchtung des zu vermessenden Werkstücks (56), Mitteln (50) zur Ermittlung von Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56), einer Speichereinheit (52) zur Speicherung von (i) Daten bezüglich Position und Lage eines Referenzwerkstücks (56') sowie von (ii) Daten bezüglich einer für eine Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48), und einer Steuereinheit (44), welche dazu eingerichtet ist, die Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48) für eine Vermessung des zu vermessenden Werkstücks (56) zu steuern, und zwar durch eine Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48) basierend auf einem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks (56') mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät, insbesondere ein optisches Koordinatenmessgerät, mit einem optischen Sensor zur optischen Erfassung eines zu vermessenden Werkstücks, einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des zu vermessenden Werkstücks, und Mitteln zur Ermittlung von Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks.
Ein derartiges Koordinatenmessgerät ist beispielsweise aus der DE 101 40 174 A1 sowie aus der DE 10 2012 103 554 A1 bekannt.
Koordinatenmessgeräte dienen dazu, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung Werkstücke zu überprüfen oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sog. ”Reverse Engineering” zu ermitteln. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
In Koordinatenmessgeräten können verschiedene Arten von Sensoren zur Anwendung kommen, um das zu vermessende Werkstück zu erfassen. Beispielsweise sind hierzu taktil messende Sensoren bekannt, wie sie von der Anmelderin unter der Produktbezeichnung ”VAST XT” oder ”VAST XXT” vertrieben werden. Hierbei wird die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks mit einem Taststift abgetastet, dessen Koordinaten im Messraum ständig bekannt sind. Ein derartiger Taststift kann auch entlang der Oberfläche eines Werkstücks bewegt werden, so dass in einem solchen Messvorgang im Rahmen eines sog. ”Scanning-Verfahrens” eine Vielzahl von Messpunkten in festgelegten zeitlichen Abständen erfasst werden können.
Darüber hinaus ist es bekannt, optische Sensoren einzusetzen, die ein berührungsloses Erfassen der Koordinaten eines Werkstücks ermöglichen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein solches Koordinatenmessgerät mit optischem Sensor. Ein Beispiel für einen derartigen optischen Sensor ist der unter der Produktbezeichnung ”ViScan” von der Anmelderin vertriebene optische Sensor. Ein derartiger optischer Sensor kann in verschiedenen Arten von Messaufbauten oder Koordinatenmessgeräten verwendet werden. Beispiele für solche Koordinatenmessgeräte sind die von der Anmelderin vertriebenen Produkte ”O-SELECT” und ”O-INSPECT”.
Manche Beispiele von Koordinatenmessgeräten, wie auch das zuvor genannte ”O-INSPECT” verwenden sowohl einen optischen Sensor als auch einen taktilen Sensor, beispielsweise um verschiedene Prüfaufgaben an einer Maschine und idealerweise mit einer einzigen Aufspannung eines zu vermessenden Werkstücks durchführen zu können. Derartige Koordinatenmessgeräte werden daher auch als Multisensor-Koordinatenmessgeräte bezeichnet.
Für eine exakte Messung ist bei optischen Koordinatenmessgeräten eine entsprechende Beleuchtung des zu vermessenden Werkstücks zwingend notwendig. Neben einer sog. Durchlichtbeleuchtung, bei der sich die Lichtquelle relativ zum optischen Sensor hinter dem Werkstück befindet, wird meist zusätzlich eine sog. Auflichtbeleuchtung verwendet, um das Werkstück auf seiner dem optischen Sensor zugewandten Oberseite zu beleuchten. Eine exakt auf das Werkstück abgestimmte Beleuchtung ist insbesondere deshalb von immenser Wichtigkeit, da hierdurch der für die optische Erkennung des Werkstücks notwendige Kontrast von Hell nach Dunkel verbessert werden kann. Die Beleuchtung muss daher individuell an die Form- und Geometrieeigenschaften des Werkstücks durch den Anwender des Koordinatenmessgeräts angepasst werden. Eine derartige Anpassung der Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung kann mitunter zeitlich relativ aufwendig sein. Grundsätzlich sollte auch gewährleistet sein, dass gleiche Werkstücke jeweils auch unter den gleichen Lichtverhältnissen vermessen werden.
Der einfachste Ansatz, nämlich die Lichteinstellungen manuell für jedes Werkstück erneut vorzunehmen, ist sehr zeitaufwendig und fehleranfällig. Ein vergleichbares Messen ist auf diese Weise kaum zu gewährleisten. Aus diesem Grund werden häufig Serienmessungen mehrerer baugleicher Werkstücke mit gleichen Lichteinstellungen durchgeführt. Hierbei werden die Lichteinstellungen nur vor der Messung des ersten Werkstücks auf dieses optimiert und danach beibehalten. Um eine Lageveränderung der nachkommenden Werkstücke relativ zur Beleuchtungseinrichtung auszuschließen, werden die Werkstücke in speziell dafür vorgesehenen Aufspannvorrichtungen in der immer gleichen Art und Weise auf dem Messtisch des Koordinatenmessgeräts platziert. Die Verwendung solcher Aufspannhilfen ist jedoch kostenintensiv und bei oft wechselnden Werkstückarten ebenfalls nicht praktikabel.
Eine weitere Möglichkeit zur Lösung des oben genannten Problems besteht darin, dass vor der Vermessung eines neuen Werkstücks jeweils mehrere, vordefinierte Beleuchtungsszenarien in automatisierter Weise hergestellt werden und die im Bereich des Werkstücks entstehenden Kontrastverhältnisse für jedes Beleuchtungsszenario nacheinander überprüft werden, um schlussendlich das ”optimale” Beleuchtungsszenario für das jeweilige Werkstück zu selektieren. Ein ähnliches Optimierungsverfahren zur Selektierung der ”optimalen” Lichteinstellungen der Beleuchtungseinrichtung bei Koordinatenmessgeräten ist aus der DE 102 15 135 A1 bekannt. Es versteht sich jedoch, dass auch ein solches Optimierungsverfahren relativ zeitaufwendig ist und im Übrigen auch einen relativ großen computergestützten Rechenaufwand erfordert.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Nachteile überwindet. Dabei ist es insbesondere eine Aufgabe, die Lichteinstellungen der Beleuchtungseinrichtung des Koordinatenmessgeräts in optimaler Weise auf die Gegebenheiten des Werkstücks anzupassen, ohne dass dies zu einem zeitaufwendigen Prozess führt oder einen großen Rechenaufwand erfordert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Koordinatenmessgerät der eingangs genannten Art gelöst, wobei der optische Sensor ein Teil der Mittel zur Ermittlung der Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks ist, und wobei die Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks umfassen, wobei das Koordinatenmessgerät eine Speichereinheit aufweist zur Speicherung von (i) Bilddaten und/oder CAD-Daten bezüglich Position und Lage eines Referenzwerkstücks sowie von (ii) Daten bezüglich einer für eine Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung. Ferner weist das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät eine Steuereinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, die Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung für eine Vermessung des zu vermessenden Werkstücks zu steuern, und zwar durch eine Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung basierend auf einem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Vergleich der Position und Lage des Referenzwerkstücks mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks durch einen Vergleich der Bilddaten und/oder CAD-Daten des Referenzwerkstücks mit den Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks zu bewirken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungseinrichtung eines optischen Koordinatenmessgeräts gelöst, mit den Schritten:

– Speichern von (i) Bilddaten und/oder CAD-Daten bezüglich Position und Lage eines Referenzwerkstücks sowie von (ii) Daten bezüglich einer für eine Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung,
– Ermitteln von Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks, wobei die Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks umfassen, und
– Steuern der Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung für eine Vermessung des zu vermessenden Werkstücks durch eine Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung, wobei die Anpassung basierend auf einem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks erfolgt, wobei der Vergleich der Position und Lage des Referenzwerkstücks mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks durch einen Vergleich der Bilddaten und/oder CAD-Daten des Referenzwerkstücks mit den Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks erfolgt.

Im Zentrum der vorliegenden Erfindung steht also eine automatische Steuerung der Beleuchtungseinrichtung des optischen Koordinatenmessgeräts in Abhängigkeit von der Lage und Position des Werkstücks. Die Idee besteht dabei insbesondere darin, die Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung zunächst für ein Referenzwerkstück optimal auf dieses anzupassen. Diese Lichteinstellung wird dann zusammen mit den Daten bezüglich Position und Lage des Referenzwerkstücks gespeichert. Vorzugsweise werden diese Daten in einem sogenannten Prüfplan gespeichert. Für eine spätere Messung eines baugleichen Werkstücks werden diese Daten dann aufgerufen. Zusätzlich wird die Position und Lage des neuen, zu vermessenden Werkstücks bestimmt und mit der abgespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks verglichen. Die für die Beleuchtung des Referenzwerkstücks abgespeicherte Lichteinstellung wird dann basierend auf dem genannten Positions- und Lagevergleich angepasst.
Das oben genannte Vorgehen bzw. Prinzip ermöglicht es, die einmal für ein Referenzwerkstück optimierten Lichtverhältnisse bei der Vermessung eines nachfolgenden, baugleichen Werkstücks wiederherzustellen, ohne dass die Werkstücke dazu in einer bestimmten, vordefinierten Position und/oder Lage in Bezug zum optischen Sensor positioniert werden müssen. Die Lichtverhältnisse müssen bei der Vermessung neuer Werkstücke somit vorab nicht jedes Mal grundlegend neu auf das jeweilige Werkstück angepasst werden, da die bereits bekannten Lichtverhältnisse, welche für ein Referenzwerkstück optimiert wurden, übernommen werden können und lediglich angepasst werden müssen auf die neue Lage und Position des aktuell zu vermessenden Werkstücks. Dies vereinfacht zum einen den Messablauf. Andererseits geht damit auch eine enorme Zeitersparnis einher. Auch der erforderliche Rechenaufwand ist vergleichsweise begrenzt.
Bei dem Referenzwerkstück kann es sich um ein tatsächliches, plastisch vorhandenes Werkstück handeln. Das Referenzwerkstück kann jedoch auch ein „imaginäres”, bauteilgleiches Werkstück sein, welches in Form von CAD-Daten oder technischen Zeichnungsdaten vorliegt. Die Daten bezügliche Position und Lage des Referenzwerkstücks umfassen dann also CAD-Daten. Eine Erstellung des Prüfablaufs sowie der Einstellung der Lichtverhältnisse für das Referenzwerkstück ist somit auch anhand von CAD Daten in einer Simulationsumgebung denkbar.
Aufgrund der automatischen Anpassung der Lichteinstellung wird auch keine Aufspannvorrichtung benötigt, um die Werkstücke immer in der gleichen Position und Lage relativ zu dem optischen Sensor zu positionieren.
Um die für das Referenzwerkstück definierten Lichtverhältnisse für das aktuell zu vermessende Werkstück wiederherzustellen, muss die Beleuchtungseinrichtung die virtuelle Bewegung, welche sich aus der Differenz von Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks im Vergleich zu der Position und Lage des Referenzwerkstücks ergibt, nachvollziehen. Dieses ”Nachvollziehen” der Bewegung bzw. Positions- und Lageveränderung zwischen zu vermessendem Werkstück und Referenzwerkstück kann physikalisch und/oder virtuell durchgeführt werden.
Der optische Sensor bildet zumindest einen Teil der Mittel zur Ermittlung der Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks. Die Daten bezüglich Position und Lage des Referenzwerkstücks umfassen vorzugsweise Bilddaten und/oder CAD-Daten des Referenzwerkstücks. Ähnlich umfassen auch die Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks. Die Positions- und Lagedaten müssen somit also nicht explizit als Koordinaten vorliegen, sondern liegen vorzugsweise in Form von Bilddaten vor, anhand derer die Position und Lage des Werkstücks bzw. des Referenzwerkstücks durch Umrechnung von Pixelkoordinaten in 2D- bzw. 3D-Koordinaten möglich ist. Die Steuereinheit ist gemäß dieser Ausgestaltung dazu eingerichtet, den Vergleich der Position und Lage des Referenzwerkstücks mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks durch einen Vergleich der Bilddaten des Referenzwerkstücks mit den Bilddaten des zu vermessenden Werkstücks zu bewirken. Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Bilddaten des Referenzwerkstücks mit den Bilddaten des zu vermessenden Werkstücks mit Hilfe eines formbasierten Matchings zu vergleichen.
Die Erkennung der Bauteillage des zu vermessenden Werkstücks sowie der Lage- und Positionsvergleich zwischen dem zu vermessenden Werkstück und dem Referenzwerkstück, erfolgt vorzugsweise wie folgt: Zunächst wird ein Referenzbild erzeugt. Dieses Referenzbild wird entweder von einem tatsächlichen, bauteilgleichen Referenzwerkstück oder von einem CAD-Modell eines bauteilgleichen Werkstücks erzeugt. Diesem Referenzbild wird ein Koordinatensystem zugeordnet, das der Umrechnung der Pixelkoordinaten in geometrische Koordinaten dient, sofern ein Koordinatensystem nicht sowieso schon vorhanden ist (wie beispielsweise in einem CAD-Modell). Das Koordinatensystem wird vorzugsweise anhand von charakteristischen Punkten und charakteristischen Ausrichtungen des Werkstücks festgelegt. Zum Beispiel kann der Nullpunkt des Koordinatensystems im Schwerpunkt des Werkstücks liegen und die Koordinatenachsen parallel zu den Bildrändern oder parallel zu den Hauptachsen des Werkstücks ausgerichtet sein. Das Referenzbild wird dann in der Speichereinheit abgespeichert und zwar zusammen mit der Zusatzinformation des Bildmaßstabs, der Bildorientierung und der Bildposition bezüglich eines für das Koordinatenmessgerät festgelegten, absoluten Koordinatensystems. Die genannten Informationen bilden somit dann die genannten Daten bezüglich Position und Lage des Referenzwerkstücks. Wenn nun ein baugleiches Werkstück vermessen werden soll, werden Bilddaten von dem zu vermessenden Werkstück durch den optischen Sensor erfasst und in oben beschriebener Weise ausgewertet. Der Positions- und Lageunterschied kann dann anhand eines Bildvergleichs mittels eines Matchings erfolgen. Generell sind hierzu alle gängigen Matchingverfahren denkbar, d. h. auch ein deskriptorbasiertes Matching, das nach gleichen Texturmustern sucht, oder ein Matching anhand von optischen Marken oder ähnliches. Bevorzugt ist die Verwendung eines formbasierten Matchings.
Anstelle eines Matchings kann der zuletzt genannte Schritt des Positions- und Lagevergleichs zwischen aktuell zu vermessendem Werkstück und Referenzwerkstück auch manuell bzw. teilautomatisch erfolgen, indem der Anwender interaktiv sowohl im Referenzbild als auch im Bild des aktuell zu vermessenden Werkstücks einander entsprechende Bildpunkte selektiert und die Steuereinheit dann die Positionsveränderung der entsprechenden Bildpunkte zueinander berechnet.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Koordinatenmessgerät einen Aktor zur Bewegung der Beleuchtungseinrichtung relativ zu dem zu vermessenden Werkstück auf, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung durch eine Bewegung der Beleuchtungseinrichtung mit Hilfe des Aktors zu bewirken.
Als Aktor käme beispielsweise ein Elektromotor in Frage, welcher die Beleuchtungseinrichtung derart anhand des oben genannten Positions- und Lagevergleichs bewegt, dass die Position und Lage der Beleuchtungseinrichtung relativ zu dem vermessenden Werkstück der relativen Position und Lage entspricht, welche die Beleuchtungseinrichtung in dem in der Speichereinheit abgespeicherten Referenzszenario auch relativ zu dem Referenzwerkstück eingenommen hat. Ist das zu vermessende Werkstück im Vergleich zu dem Referenzwerkstück beispielsweise um 45° um eine Achse auf dem Messtisch des Koordinatenmessgeräts rotiert angeordnet, so würde die Steuereinheit in diesem Fall die Beleuchtungseinrichtung ebenfalls um 45° um selbige Koordinatenachse rotieren. Alternativ kann der Aktor auch dazu eingerichtet sein, den Werkstücktisch translatorisch und/oder rotatorisch zu bewegen, da es in dieser Ausführung nur auf eine Relativbewegung zwischen Beleuchtungseinrichtung und Werkstück ankommt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Beleuchtungseinrichtung mehrere Beleuchtungssegmente auf, wobei die Lichtintensität jedes Beleuchtungssegments individuell regelbar ist, und wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung durch eine Steuerung der Lichtintensität der Beleuchtungssegmente zu bewirken.
In diesem Fall erfolgt die Anpassung der Lichtverhältnisse also nicht durch eine tatsächliche, physikalische Bewegung der Beleuchtungseinrichtung, sondern indem die Bewegung virtuell durch eine Anpassung der Lichtintensität der Beleuchtungssegmente nachgebildet wird. Dies hat im Vergleich zu einer Anpassung mit Hilfe einer physikalischen Bewegung der Beleuchtungseinrichtung den Vorteil, dass kein zusätzlicher Antrieb zur Bewegung der Beleuchtungseinrichtung notwendig ist. Dies ist nicht nur eine Kostenersparnis, sondern wirkt sich auch in Bezug auf die Genauigkeit der Messung positiv aus. Eine durch einen extra Aktor im Messkopf des Koordinatenmessgeräts verursachte Bewegung und Wärmeentwicklung, welche die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen könnte, kann somit nämlich vermieden werden.
Die oben genannte Anpassung auf Basis der Steuerung der Lichtintensität der einzelnen Beleuchtungssegmente der Beleuchtungseinrichtung erfolgt vorzugsweise durch eine virtuelle Abbildung, die den einzelnen Beleuchtungssegmenten im Vergleich zu der für das Referenzwerkstück verwendeten Lichteinstellung neue Lichtintensitätswerte zuordnet. Diese Art der Abbildung rekonstruiert sozusagen die Beleuchtungssituation des Referenzwerkstücks für das aktuell zu vermessende Werkstück anhand einer Neuzuordnung der Lichtintensitätswerte der Beleuchtungssegmente nach. Hierzu ist es bevorzugt, dass die Daten bezüglich der für die Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung eine Zuordnung individueller Lichtwerte für jedes der Beleuchtungssegmente beinhaltet, und dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung dadurch zu bewirken, dass die besagte Zuordnung basierend auf dem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks verändert wird.
In dem oben genannten Beispielfall einer Verdrehung des aktuell zu vermessenden Werkstücks um 45° bezüglich der Position des Referenzwerkstücks würde diese Rotation um 45° für jedes Beleuchtungssegment virtuell angewendet. Die in der für die Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Zuordnung der Lichtintensitätswerte würde somit also um 45° virtuell angepasst. Der einem bestimmten Beleuchtungssegment zugeordnete Lichtintensitätswert würde einem anderen Beleuchtungssegment zugeordnet werden, welches um 45° versetzt dazu angeordnet ist. Im Idealfall lässt sich diese Positionsveränderung direkt auf ein neues, reales Beleuchtungssegment der Beleuchtungseinrichtung abbilden. Es kann jedoch auch vorkommen, dass dies nicht möglich ist, und zwar z. B. in einem Fall, indem das zu vermessende Werkstück im Vergleich zu dem Referenzwerkstück um 5° rotiert ist und zwei benachbarte Beleuchtungssegmente einen Winkelabstand von 10° zueinander haben.
In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, zwischen Lichtintensitätswerten, welche in der besagten Zuordnung zwei benachbarten Beleuchtungssegmenten der Beleuchtungseinrichtung zugeordnet sind, zu interpolieren, um die besagte Zuordnung basierend auf dem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks zu verändern. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, diese Interpolation der Lichtintensitätswerte proportional zum Abstand der beiden benachbarten Beleuchtungssegmente zu dem idealen Abbildungspunkt auszuführen.
Bei der Beleuchtungseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Auflicht-Beleuchtungseinrichtung, welche koaxial um den optischen Sensor herum angeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung ist vorzugsweise im Wesentlichen kreisringförmig. Dementsprechend haben die Beleuchtungssegmente vorzugsweise jeweils die Form eines Kreisringsegments. Jedes Beleuchtungssegment weist vorzugsweise jeweils zumindest ein Leuchtmittel auf.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Beleuchtungssegmente jeweils zumindest ein erstes Leuchtmittel zur Erzeugung von Licht mit einer ersten Lichtfarbe sowie zumindest ein zweites Leuchtmittel zur Erzeugung von Licht mit einer zweiten Lichtfarbe auf. Vorzugsweise weist jedes Beleuchtungssegment ferner jeweils zumindest drei Leuchtmittel zur Erzeugung von drei unterschiedlichen Lichtfarben auf.
Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, die Lichtfarben der einzelnen Beleuchtungssegmente ebenfalls individuell regeln zu können. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das zu vermessende Werkstück selbst farbig ist, da sich dann durch eine entsprechende Anpassung der Lichtfarbe der Kontrast verbessern lässt. Es versteht sich, dass die oben beschriebene Anpassung der Lichtintensitätswerte auch bei Beleuchtungssegmenten mit mehreren, unterschiedlich farbigen Leuchtmitteln entsprechend durchführen lässt. Hierzu ist es jedoch bevorzugt, dass pro Beleuchtungssegment jeweils die gleiche Anzahl und die gleiche Art von Leuchtmitteln verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird der Positions- und Lageunterschied zwischen dem zu vermessenden Werkstück und dem Referenzwerkstück sowohl durch eine physikalische Bewegung der Beleuchtungseinrichtung in der oben genannten Art als auch durch eine virtuelle Abbildung durch Anpassung der den einzelnen Beleuchtungssegmenten zugeordneten Lichtintensitätswerte in der oben genannten Art ausgeglichen. Beispielsweise wäre es möglich, den translatorischen Anteil des Positions- bzw. Lageunterschieds zwischen zu vermessendem Werkstück und Referenzwerkstück durch eine physikalische Relativbewegung der Beleuchtungseinrichtung relativ zu dem zu vermessenden Werkstück vorzunehmen. Dies kann entweder durch eine Bewegung des gesamten Messkopfs des Koordinatenmessgeräts erfolgen, an dem auch der optische Sensor und die Beleuchtungseinrichtung fixiert ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann dies auch mit Hilfe einer Bewegung des Messtisches, auf dem das Werkstück angeordnet ist, bewerkstelligt werden. Eine rotatorische Komponente des Positions- und Lageunterschieds zwischen dem zu vermessenden Werkstück und dem Referenzwerkstück ließe sich in dieser Ausgestaltung durch die oben genannte, virtuelle Bewegung bzw. Anpassung der Lichtintensitätswerte der Beleuchtungssegmente ausgleichen.
Die Ermittlung von Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks erfolgt vorzugsweise automatisch oder zumindest teilautomatisch. Hierzu sind mehrere Vorgehensweisen generell denkbar.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen die Mittel zur Ermittlung der Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks zusätzlich einen taktilen Sensor auf.
In einem solchen Fall handelt es sich somit also um ein Multisensor-Koordinatenmessgerät. Die Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks ließe sich dann anhand eines taktilen Abtastens bestimmen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Koordinatenmessgeräts;
2 ein schematisches Blockdiagramm zur Verdeutlichung zentraler Funktionen des erfindungsgemäßen Koordinatensystems;
3A und 3B eine Prinzipskizze zur schematischen Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4A und 4B eine Prinzipskizze zur schematischen Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
5A und 5B eine Prinzipskizze zur schematischen Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Koordinatenmessgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Koordinatenmessgerät ist darin in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Das Koordinatenmessgerät 10 weist eine Werkstückaufnahme 12 auf, auf der das zu vermessende Werkstück platziert werden kann. Diese Werkstückaufnahme 12 ist auf einem Messtisch 14 angeordnet. Je nach Ausführungsform des Koordinatenmessgeräts kann es sich hierbei um einen fixen, also unbeweglichen Messtisch handeln. In der in 1 dargestellten Ausführungsform handelt es sich jedoch um einen Messtisch 14, welcher mit Hilfe einer Positioniereinrichtung 16 entlang zweier orthogonal zueinander ausgerichteter Koordinatenachsen 18, 20 in der Messtischebene linear verfahrbar ist. Die erste Koordinatenachse 18 wird normalerweise als X-Achse und die zweite Koordinatenachse 20 normalerweise als Y-Achse bezeichnet.
Der Messtisch 14 ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Koordinatenmessgeräts 10 in einer sogenannten Kreuztischbauweise realisiert. Er weist einen entlang der ersten Koordinatenachse 18 (X-Achse) linear verfahrbaren X-Tisch 22 auf, auf dessen Oberseite die Werkstückaufnahme 12 angeordnet ist. Der X-Tisch 22 liegt wiederum auf einem parallel dazu angeordneten Y-Tisch 24 auf, mit Hilfe dessen die Werkstückaufnahme 12 entlang der zweiten Koordinatenachse 20 (Y-Achse) linear verfahrbar ist. Der Y-Tisch 24 wiederum ist auf einer massiven Basisplatte 26 angeordnet, welcher häufig auch als Grundplatte 26 bezeichnet wird. Die Basisplatte 26 dient als Trägerstruktur für den Messtisch 14 und ist meist integriert mit einem Maschinengestell 28 verbunden.
Das Maschinengestell 28 weist zusätzlich zu dem die Basisplatte 26 stützenden unteren Teil auch einen oberen Teil 28' auf, welcher häufig, aber nicht zwingend mit dem unteren Teil des Maschinengestells 28 integriert verbunden ist. Dieser obere Teil 28' des Maschinengestellt 28 wird häufig auch als Z-Säule bezeichnet.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Koordinatenmessgeräts 10 ist an der Z-Säule 28' ein sogenannter Z-Schlitten 30 linear verschiebbar angebracht. Dieser Z-Schlitten ist vorzugsweise mit Hilfe einer Linearführung innerhalb eines Schlittengehäuses 32 geführt, das mit der Z-Säule 28' fix verbunden ist. Der Z-Schlitten ist somit entlang einer dritten Koordinatenachse 34, welche meist als Z-Achse bezeichnet wird, orthogonal zu dem Messtisch 14 bzw. orthogonal zu den beiden anderen Koordinatenachsen 18, 20 verfahrbar. Auf der dem Messtisch 14 zugewandten Unterseite des Z-Schlittens 30 ist ein Messkopf 36 angeordnet. Je nach Ausführungsform des Koordinatenmessgeräts 10 weist der Messkopf 36 einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung der Koordinaten bzw. der Geometrie des zu vermessenden Werkstücks. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel des Koordinatenmessgeräts 10 weist der Messkopf 36 einen optischen Sensor 38 sowie einen taktilen Sensor 40 auf. Der optische Sensor 38 dient der optischen Erfassung des zu vermessenden Werkstücks. Der taktile Sensor 40 dient der taktilen Erfassung des zu vermessenden Werkstücks.
Das Koordinatenmessgerät 10 weist ferner Bedien- und Schaltinstrumente 42 auf, mit denen ein Bediener die Sensoren 38, 40 sowie die Werkstückaufnahme 12 manuell steuern bzw. positionieren kann. Eine Steuereinheit 44 (siehe 2) zur Steuerung einer Vielzahl von Komponenten des Koordinatenmessgeräts 10 ist gemäß des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels in einem Aufnahmebehälter 46 angeordnet, welcher an der Z-Säule 28' angebracht ist.
Es versteht sich, dass das in 1 gezeigte Koordinatenmessgerät 10 lediglich eines von vielen möglichen Ausführungsbeispielen eines Koordinatenmessgeräts ist, in welchem die vorliegende Erfindung implementierbar ist. Der Messtisch 14 kann grundsätzlich auch unbeweglich ausgestaltet sein. Auch die Art und Weise wie der Messkopf 36 am Maschinengestell 28 aufgehangen ist, lässt sich grundsätzlich anders ausführen. Bei dem in 1 gezeigten Koordinatenmessgerät 10 handelt es sich um ein Multisensor-Koordinatenmessgerät mit optischem und taktilem Sensor 38, 40. Für die vorliegende Erfindung wäre grundsätzlich aber auch ein rein optisches Koordinatenmessgerät (also ohne taktilen Sensor 30) denkbar.
Im Vordergrund der vorliegenden Erfindung steht die Art und Weise der Beleuchtung des zu vermessenden Werkstücks. Eine derartige Beleuchtung wird zur Verbesserung der optischen Erfassung des zu vermessenden Werkstücks mit Hilfe des optischen Sensors 38 eingesetzt.
Bei der optischen Erfassung des zu vermessenden Werkstücks ist es wichtig, möglichst starke Kontraste mit Hilfe der Beleuchtung am Werkstück zu erzeugen, da dies die Kantenfindung bzw. Erfassung der Oberflächengeometrie des Werkstücks vereinfacht. Vor diesem Hintergrund ist es einfach nachvollziehbar, dass die Beleuchtung individuell auf die Geometrie sowie die Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks relativ zum optischen Sensor 38 angepasst werden muss. Üblicherweise umfasst eine Beleuchtungseinrichtung derartiger Koordinatenmessgeräte eine Durchlichtbeleuchtung und eine Auflichtbeleuchtung. Die Lichtquelle der Durchlichtbeleuchtung befindet sich üblicherweise im Messtisch 14 auf der vom optischen Sensor 38 abgewandten Unterseite der Werkstückauflage 12. Das Werkstück befindet sich also zwischen der Lichtquelle und dem optischen Sensor 38, so dass ein Schattenbild mit hoher Kantenschärfe auf der Sensoroberfläche abgebildet wird. Die Auflichtbeleuchtung beleuchtet das zu vermessende Werkstück hingegen von seiner Oberseite. Die Auflichtbeleuchtung ist vorzugsweise koaxial um den optischen Sensor 38 herum angeordnet (in 1 nicht sichtbar). Diese ist vorzugsweise kreisringförmig. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen kreisringförmigen Auflicht-Beleuchtungseinrichtung 48 ist in den 3–5 jeweils auf der rechten Seite in einer Draufsicht von unten gezeigt. Aufbau, Steuerung und Funktion dieser erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 48 wird nachfolgend im Detail anhand der 2–5 erläutert.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, mittels dessen die Funktion und Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 48 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert werden kann. Das Koordinatenmessgerät 10 weist gemäß der vorliegenden Erfindung Mittel 50 zur Ermittlung von Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks auf. Der optische Sensor 38 und/oder der taktile Sensor 40 sind Teil dieser Mittel 50 zur Ermittlung der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks. Darüber hinaus umfassen diese Mittel 50 vorzugsweise eine Recheneinheit, welcher beispielsweise in Form eines Computer-Prozessors realisiert ist. Diese Recheneinheit ist dazu eingerichtet, die Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks auf den von dem optischen Sensor 38 und/oder taktilen Sensor 40 erhaltenen Signalen zu berechnen. Im Falle des optischen Sensors 38 wird aus dem erhaltenen optischen Signal also ein Bild berechnet bzw. rekonstruiert. Auf Basis dieser 2D- oder 3D-Bilddaten lässt sich dann die Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks wie auch dessen Geometrie bestimmen. Alternativ dazu wird das Werkstück mit Hilfe des taktilen Sensors 40 an einer Vielzahl von Messpunkten abgetastet und basierend darauf die Position und Lage wie auch die Geometrie des zu vermessenden Werkstücks berechnet. Eine weitere Alternative ist die Verwendung von CAD-Daten. Das Koordinatenmessgerät 10 weist gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine Speichereinheit 52 auf, welche in Form eines elektronischen Datenspeichers (beispielsweise Festplatte) ausgeführt sein kann. Die Speichereinheit 52 dient zur Speicherung von Messdaten und/oder CAD-Daten, welche bei einer Vermessung eines Referenzwerkstücks verwendet wurden. Vorzugsweise werden bei einer Vermessung eines Referenzwerkstücks Daten bezüglich Position und Lage sowie Daten der bei der Vermessung des Referenzwerkstücks verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung 48 in der Speichereinheit 52 abgespeichert. Diese Daten werden, wie nachfolgend im Detail erläutert wird, für eine automatische Einstellung der Lichtverhältnisse für die Vermessung weiterer Werkstücke verwendet.
Die Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 48 erfolgt mit Hilfe der Steuereinheit 44. Diese Steuereinheit 44 ist, wie in 2 schematisch dargestellt, mit den Mitteln 50 zu Ermittlung der Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks wie auch mit der Speichereinheit 52 verbunden. Die Datenverbindung zwischen den Mitteln 50, der Speichereinheit 52 und der Steuereinheit 44 ist vorzugsweise als kabelgebundene Verbindung ausgestaltet. Grundsätzlich wären jedoch auch kabellose Verbindungen denkbar. Bei der Steuereinheit 44 handelt es sich vorzugsweise um eine speicherprogrammierbare Steuerung. Sie ist dazu eingerichtet, die Beleuchtungseinrichtung 48 auf Basis der von den Mitteln 50 erhaltenen Daten sowie auf Basis der in der Speichereinheit 52 gespeicherten Daten zu steuern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuereinheit auch zur Steuerung eines Aktors 54 verwendet werden, mit Hilfe dessen sich die Beleuchtungseinrichtung 48 physikalisch bewegen lässt. Entsprechend könnte der Aktor 54 auch dazu eingerichtet sein, den Werkstücktisch zu bewegen, da es in dieser Ausführung nur auf eine Relativbewegung zwischen Beleuchtungseinrichtung 48 und Werkstück darauf ankommt.
3 veranschaulicht eine Möglichkeit der Steuerung der Beleuchtungseinrichtung 48 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 3A ist auf der linken Seite ein Referenzwerkstück 56' gezeigt. Auf der rechten Seiten ist die Beleuchtungseinrichtung 48 in einer Draufsicht von unten, also aus Sicht des Messtisches 14 bzw. aus Sicht des Werkstücks, schematisch dargestellt.
Die Beleuchtungseinrichtung 48 weist mehrere Beleuchtungssegmente 58a–58h auf. Im vorliegenden Fall sind dies acht gleichgroße, regelmäßig nebeneinander angeordnete Beleuchtungssegmente 58a–58h. Die Beleuchtungssegmente 58 haben jeweils im Wesentlichen die Form eines Kreisringsegments. Jedes Beleuchtungssegment 58 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Leuchtmittel 60, 60', 60'' auf (siehe 3B). Es versteht sich jedoch, dass grundsätzlich auch eine andere Form der Beleuchtungssegmente 58 denkbar ist. Genauso gut ist es möglich, jedes Beleuchtungssegment 58 mit weniger oder mehr Leuchtmittel auszustatten, als dies in den 3–5 dargestellt ist. Wichtig ist, dass die Lichtintensität der Beleuchtungssegmente 58 jeweils individuell steuerbar ist, so dass die Leuchtmittel 60 eines oder mehrerer Beleuchtungssegmente 58 eingeschalten sein können, während die Leuchtmittel 60 anderer Beleuchtungssegmente 58 ausgeschaltet sind. Ebenso ist es bevorzugt, dass sich die Leuchtmittel 60, 60' 60'' auch innerhalb jedes Beleuchtungssegments 58 individuell steuern lassen. Vorzugsweise sind die Leuchtmittel 60, 60' 60'' jeweils individuell dimmbar, sei es stufenlos oder stufenweise. Vorzugsweise handelt es sich bei den Leuchtmitteln 60, 60', 60'' in jedem Segment 58a–58h um drei unterschiedlich farbige Leuchtmittel. Jedes Beleuchtungssegment 58a–58h weist also vorzugsweise ein erstes Leuchtmittel 60 zur Erzeugung von Licht mit einer ersten Lichtfarbe, ein zweites Leuchtmittel 60' zur Erzeugung von Licht mit einer zweiten Lichtfarbe und ein drittes Leuchtmittel 60'' zur Erzeugung von Licht mit einer dritten Lichtfarbe auf. Auf diese Weise lässt sich also nicht nur die Lichtintensität, sondern auch die Lichtfarbe des von der Beleuchtungseinrichtung 48 abgestrahlten Lichts individuell, segmentweise steuern.
Für die links in 3A dargestellte Situation des Referenzwerkstücks 56' wurde beispielsweise während einer Testphase eine optimale Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung 48 gefunden, bei der die Leuchtmittel 60, 60', 60'' der Beleuchtungssegmente 58a und 58h eingeschaltet sind, während die Leuchtmittel 60, 60', 60'' der anderen Beleuchtungssegmente 58b–58g ausgeschaltet sind (siehe 3A rechts). Die während der Test- bzw. Einrichtungsphase ermittelten Daten bezüglich Position und Lage des Referenzwerkstücks 56' werden dann in der Speichereinheit 52 abgespeichert. Zudem wird auch die für das Referenzwerkstück 56' ermittelte Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung 48 in der Speichereinheit 52 abgespeichert. Diese in der Speichereinheit 52 abgespeicherten Daten können später bei der Vermessung eines weiteren Werkstücks verwendet werden, welches bauteilgleich mit dem Referenzwerkstück 56' ist.
3B zeigt die Situation eines auf den Messtisch 14 aufgelegten, zu vermessenden Werkstücks 56, welches bauteilgleich ist mit dem Referenzwerkstück 56'. Wie durch Vergleich der jeweiligen linken Seite der 3A und 3B ersichtlich ist, ist das zu vermessende Werkstück 56 im Vergleich zu dem Referenzwerkstück 56' jedoch um einen Winkel α₁ rotiert. Die auf der rechten Seite in 3A schematisch angedeutete Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung 48, bei der lediglich die Beleuchtungssegmente 58a und 58h eingeschaltet sind, wäre somit für das nunmehr zu vermessende Werkstück 56 (siehe 3B) also nicht mehr passend. Die Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung 48 wird daher erfindungsgemäß wie folgt angepasst:
In einem ersten Schritt kann durch Vergleich der von dem Referenzwerkstück 56' und dem aktuell zu vermessenden Werkstück 56 gewonnenen Daten ermittelt werden, ob es sich um bauteilgleiche Werkstücke handelt. Sofern dies der Fall ist, wird die Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks 56 mit Hilfe der Mittel 50 ermittelt. Dies kann also entweder durch ein taktiles Abtasten des zu vermessenden Werkstücks 56 erfolgen oder anhand einer optischen Erfassung des zu vermessenden Werkstücks 56 und eines anschließenden Bildvergleichs der von dem zu vermessenden Werkstück 56 gewonnenen Bilddaten mit den in der Speichereinheit 52 abgespeicherten Bilddaten des Referenzwerkstücks 56'. Die Auswertung erfolgt in der Steuereinheit 44. Vorzugsweise wird hierzu ein formbasiertes Matching zwischen Referenzbild und aktuellem Bild durchgeführt.
Im nächsten Schritt wird die relative Positions- und Lageveränderung zwischen Referenzwerkstück 56 und aktuell zu vermessendem Werkstück 56 auf Basis des oben genannten Datenvergleichs ermittelt. Hieraus resultiert also die translatorische Positionsverschiebung sowie die rotatorische Lageveränderung des aktuell zu vermessenden Werkstücks 56 relativ zu dem Referenzwerkstück 56'. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel kann auf diese Weise also die Lageveränderung ermittelt werden, welche durch den Winkel α₁ ausgedrückt ist. Die in der Speichereinheit 52 für das Referenzwerkstück 56' abgespeicherte Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung 48 wird dann entsprechend angepasst. Diese Anpassung erfolgt basierend auf dem Vergleich der in der Steuereinheit 52 gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks 56' mit der nunmehr ermittelten Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks 56.
Bei dem in 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 44 dazu eingerichtet, die vorgenannten Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks 56 verwendeten Lichteinstellung dadurch zu bewirken, dass die Zuordnung der Lichtintensitätswerte zu den einzelnen Beleuchtungssegmenten 58a–58h der Beleuchtungseinrichtung 48 basierend auf dem Positions- und Lagevergleich verändert werden. In diesem Beispiel ergibt sich also eine virtuelle Rotation der Beleuchtungseinrichtung 48, welche der Rotation um den Winkel α₁ entspricht. Da der Winkel α₁, um den das aktuell zu vermessende Werkstück 56 im Vergleich zu dem Referenzwerkstück 56' rotiert ist, in dem in 3 gezeigten Beispiel auch dem Winkelabstand zweier benachbarter Beleuchtungssegmente 58 entspricht, können die in der Lichteinstellung für das Referenzwerkstück 56' jedem Beleuchtungssegment 58 zugeordneten Lichtintensitätswerte, also einfach jeweils dem im Gegenuhrzeigersinn benachbarten Beleuchtungssegment 58 zugeordnet werden. Die den Leuchtmitteln 60, 60', 60'' im Beleuchtungssegment 58a zugeordneten Referenz-Lichtintensitätswerte können somit also den entsprechenden Leuchtmitteln 60, 60', 60'' im Beleuchtungssegment 58b zugeordnet werden. Entsprechend können die Leuchtintensitätswerte, welche den Leuchtmitteln 60, 60', 60'' im Beleuchtungssegment 58h gemäß der für das Referenzwerkstück 56' geltenden Lichteinstellung zugeordnet sind, bei der Vermessung des Werkstücks 56 den Leuchtmitteln 60, 60', 60'' im Beleuchtungssegment 58a entsprechend zugeordnet werden. Die Bewegung des Werkstücks 56 relativ zu dem Referenzwerkstück 56' wird also durch eine entsprechende Anpassung der den Leuchtmitteln 60, 60', 60'' in dem Beleuchtungssegment 58 zugeordneten Lichtintensitätswerte nachgebildet bzw. angepasst.
Durch diese Anpassung der Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung ist es also möglich, das für das Referenzwerkstück 56' ermittelte optimale Beleuchtungsszenario automatisch nachzubilden, und zwar unabhängig davon wie das zu vermessende Werkstück 56 auf dem Messtisch 14 ausgerichtet ist.
In 4A und 4B ist ein weiteres Beleuchtungsszenario schematisch dargestellt. Das Prinzip, dass die Steuereinheit 44 dazu eingerichtet ist, die Positions- und Lageanpassung zwischen dem zu vermessenden Werkstück 56 und dem Referenzwerkstück 56' mit Hilfe einer Anpassung der den Beleuchtungssegmenten 58a–58h zugeordneten Lichtintensitätswerten zu bewirken, bleibt gleich, wie dies in Bezug auf das in 3 gezeigte Beispiel erläutert wurde. Allerdings besteht in diesem Beispiel das Problem, dass das Werkstück 56 gegenüber dem Referenzwerkstück 56' um einen Winkel α₂ rotiert ist, welcher nicht dem Winkelabstand zweier benachbarter Beleuchtungssegmente 58 entspricht. Im vorliegenden Beispiel entspricht der Rotationswinkel α₂ der Hälfte des Winkelabstands zweier benachbarter Beleuchtungssegmente 58.
Gemäß der in der Speichereinheit 52 abgespeicherten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung 48, welche für die Vermessung des Referenzwerkstücks 56' als optimal ermittelt wurde, sind lediglich die Leuchtmittel 60, 60', 60'' des Beleuchtungssegments 58a eingeschaltet (siehe 4A rechts). Die Steuereinheit 44 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, die virtuelle Rotation der Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung 48 dadurch vorzunehmen, dass zwischen den Lichtintensitätswerten, welche zwei benachbarten Beleuchtungssegmenten 58 zugeordnet sind, interpoliert wird. In dem in 4 gezeigten Beispiel hat dies zur Folge, dass die den Leuchtmitteln 60, 60', 60'' im Beleuchtungssegment 58a gemäß der Referenz-Lichteinstellung zugeordneten Intensitätswerte bei der Vermessung des aktuellen Werkstücks 56 jeweils zu 50% auf die Leuchtmittel 60, 60', 60'' des Beleuchtungssegments 58a sowie auf die Leuchtmittel 60, 60', 60'' des Beleuchtungssegments 58b aufgeteilt werden. Entsprechend ließe sich eine derartige Interpolation zwischen den Lichtintensitätswerten auch bei anderen Winkeln proportional zum Winkelabstand vornehmen. Das Verhältnis zwischen dem von der Beleuchtungseinrichtung 48 ausgestrahlten Licht relativ zum Werkstück ist in so einem Fall nicht exakt das Gleiche bei dem aktuell zu vermessenden Werkstück wie bei dem Referenzwerkstück. Die Beleuchtungseigenschaften erscheinen jedoch sehr ähnlich, so dass dieses Vorgehen aus technischer Sicht für die allermeisten Anwendungen akzeptabel erscheint.
Eine weitere Möglichkeit der Beleuchtung auf eine Positions- bzw. Lageveränderung des Werkstücks 56 ist in 5 schematisch dargestellt. Anstelle einer virtuellen Rotation, welche durch eine Neu-Zuordnung der Lichtintensitätswerte zu den einzelnen Beleuchtungssegmenten 58 geschieht, ist die Steuereinheit 44 gemäß diesem Beispiel dazu eingerichtet, die Beleuchtungseinrichtung 48 physikalisch mit Hilfe des Aktors 54 zu bewegen. Der zwischen Referenzwerkstück und aktuell zu vermessendem Werkstück ermittelte Lageunterschied, welcher sich durch eine Rotation um einen Winkel α₃ ausdrückt, wird in diesem Beispiel also durch eine tatsächliche Rotation der Beleuchtungseinrichtung 48 um den gleichen Winkel α₃ um die Z-Achse 34 ausgeglichen.
Gemäß einem weiteren, hier nicht explizit dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Steuereinheit 44 dazu eingerichtet ist, eine rotatorische Komponente einer Lageveränderung zwischen dem aktuell zu vermessenden Werkstück 56 und dem Referenzwerkstück 56' durch eine der oben genannten Anpassungsmöglichkeiten der Beleuchtungseinrichtung 48 vorzunehmen, und eine translatorische Komponente der Positionsveränderung zwischen dem aktuell zu vermessenden Werkstück 56 und dem Referenzwerkstück 56' mit Hilfe einer entsprechenden Ausgleichsbewegung des Messtisches 14 entlang der X-Achse 18 und/oder Y-Achse 20 auszugleichen. Es versteht sich jedoch, dass die translatorische Komponente der Positionsveränderung zwischen aktuell zu vermessendem Werkstück 56 und Referenzwerkstück 56' ebenfalls auch durch eine virtuelle oder tatsächlich physikalische Bewegung der Beleuchtungseinrichtung 48 gemäß einer der oben genannten Möglichkeiten ausgeglichen werden kann. Ein translatorisch entlang der X-Achse 18 und/oder Y-Achse 20 verfahrbarer Messtisch 14 ist für die Ausführung der vorliegenden Erfindung also nicht zwingend erforderlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10140174 A1 [0002]
DE 102012103554 A1 [0002]
DE 10215135 A1 [0009]

Claims

Koordinatenmessgerät (10), mit: – einem optischen Sensor (38) zur optischen Erfassung eines zu vermessenden Werkstücks (56); – einer Beleuchtungseinrichtung (48) zur Beleuchtung des zu vermessenden Werkstücks (56), – Mitteln (50) zur Ermittlung von Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56), wobei der optische Sensor (38) ein Teil der Mittel zur Ermittlung der Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56) ist, und wobei die Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56) Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks (56) umfassen, – einer Speichereinheit (52) zur Speicherung von (i) Bilddaten und/oder CAD-Daten bezüglich Position und Lage eines Referenzwerkstücks (56') sowie von (ii) Daten bezüglich einer für eine Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48), und – einer Steuereinheit (44), welche dazu eingerichtet ist, die Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48) für eine Vermessung des zu vermessenden Werkstücks (56) zu steuern, und zwar durch eine Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48) basierend auf einem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks (56') mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56), wobei die Steuereinheit (44) dazu eingerichtet ist, den Vergleich der Position und Lage des Referenzwerkstücks (56') mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56) durch einen Vergleich der Bilddaten und/oder CAD-Daten des Referenzwerkstücks (56') mit den Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks (56) zu bewirken.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, wobei das Koordinatenmessgerät (10) einen Aktor (54) zur Bewegung der Beleuchtungseinrichtung (48) relativ zu dem zu vermessenden Werkstück (56) aufweist, und wobei die Steuereinheit (44) dazu eingerichtet ist, die Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung durch eine Bewegung der Beleuchtungseinrichtung (48) mit Hilfe des Aktors (54) zu bewirken.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungseinrichtung (48) mehrere Beleuchtungssegmente (58) aufweist, deren Lichtintensität individuell regelbar ist, und wobei die Steuereinheit (44) dazu eingerichtet ist, die Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung durch eine Steuerung der Lichtintensität der Beleuchtungssegmente (58) zu bewirken.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 3, wobei die Daten bezüglich der für die Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung eine Zuordnung individueller Lichtintensitätswerte für jedes der Beleuchtungssegmente (58) beinhaltet, und wobei die Steuereinheit (44) dazu eingerichtet ist, die Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung dadurch zu bewirken, dass die besagte Zuordnung basierend auf dem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks (56') mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56) verändert wird.
Koordinatenmessgerät nach Anspruch 4, wobei die Steuereinheit (44) dazu eingerichtet ist, zwischen Lichtintensitätswerten, welche in der besagten Zuordnung zwei benachbarten Beleuchtungssegmenten (58) der Beleuchtungseinrichtung (48) zugeordnet sind, zu interpolieren, um die besagte Zuordnung basierend auf dem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks (56') mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56) zu verändern.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Beleuchtungssegmente (58) im Wesentlichen die Form eines Kreisringsegments haben.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Beleuchtungssegmente (58) jeweils zumindest ein Leuchtmittel (60) aufweisen.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Beleuchtungssegmente (58) jeweils zumindest ein erstes Leuchtmittel (60) zur Erzeugung von Licht mit einer ersten Lichtfarbe sowie zumindest ein zweites Leuchtmittel (60') zur Erzeugung von Licht mit einer zweiten Lichtfarbe aufweisen.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Beleuchtungseinrichtung (48) koaxial um den optischen Sensor (38) herum angeordnet.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Beleuchtungseinrichtung (48) im Wesentlichen kreisringförmig ist.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuereinheit (44) dazu eingerichtet ist, die Bilddaten des Referenzwerkstücks (56') mit den Bilddaten des zu vermessenden Werkstücks (56) mit Hilfe eines computergestützten Matchings zu vergleichen.
Koordinatenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Mittel (50) zur Ermittlung der Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56) einen taktilen Sensor umfassen.
Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungseinrichtung (48) eines optischen Koordinatenmessgeräts (10), mit den Schritten: – Speichern von (i) Bilddaten und/oder CAD-Daten bezüglich Position und Lage eines Referenzwerkstücks (56') sowie von (ii) Daten bezüglich einer für eine Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48), – Ermitteln von Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56), wobei die Daten bezüglich Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks (56) umfassen, und – Steuern der Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48) für eine Vermessung des zu vermessenden Werkstücks (56) durch eine Anpassung der für die Vermessung des Referenzwerkstücks (56') verwendeten Lichteinstellung der Beleuchtungseinrichtung (48), wobei die Anpassung basierend auf einem Vergleich der gespeicherten Position und Lage des Referenzwerkstücks (56') mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56) erfolgt, wobei der Vergleich der Position und Lage des Referenzwerkstücks (56') mit der Position und Lage des zu vermessenden Werkstücks (56) durch einen Vergleich der Bilddaten und/oder CAD-Daten des Referenzwerkstücks (56') mit den Bilddaten und/oder CAD-Daten des zu vermessenden Werkstücks (56) erfolgt.