DE102016205219A1 - Mehr-Richtungs-Triangulations-Messsystem mit Verfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur mittels Triangulation ausgeführten 3D-Messung eines, insbesondere eine Ausnehmung aufweisenden, Objektes (0), insbesondere einer Nut, einer Spalte oder einer Röhre, mit dem Schritt relatives Positionieren einer Messvorrichtung und des Objektes zueinander, wobei die Messvorrichtung eine einzige Erfassungseinrichtung (1) und eine optische Einrichtung (5) aufweist, wobei diese zwischen der Erfassungseinrichtung (1) und dem Objekt eine Mehrzahl getrennter optische Wege derart erzeugt, dass ein einziges ohne optische Einrichtung (5) ursprüngliches Sichtfeld der Erfassungseinrichtung (1) in eine Mehrzahl von Untersichtfeldern aufgeteilt wird, wobei die einzige Erfassungseinrichtung (1) die Untersichtfelder getrennt erfasst, wobei das relative Positionieren derart ausgeführt wird, dass mindestens zwei Untersichtfelder das Objekt erfassen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung geometrischer Eigenschaften, beispielsweise Länge, Abstand und/oder Radius, innerhalb eines Objektes, insbesondere eines Werkstückes, insbesondere zur Prüfung der Einhaltung von Maßtoleranzen.
  • Herkömmlicher Weise werden Schiebelehren, mechanische Lehren oder Maßverkörperungen zur Prüfung der Einhaltung von Maßtoleranzen an Werkstücken verwendet.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung, insbesondere komplexe, geometrische Eigenschaften bestimmende Messgrößen, beispielsweise Länge, Abstand, Winkel und/oder Radius, innerhalb eines Objektes, insbesondere eines Werkstückes, insbesondere zur Prüfung der Einhaltung von Maßtoleranzen derart bereit zu stellen, dass die Messung kontaktlos ausführbar ist. Es sollen mehrere Messgrößen innerhalb eines Messvorgangs erfasst werden können. Es sollen zusätzlich nachfolgend weitere Messungen ausrichtbar sein.
  • Es soll eine Messung ohne eine äußere mechanische Führung, beispielsweise handgeführt und benutzerunabhängig ausführbar sein.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch und eine Vorrichtung gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur mittels Triangulation ausgeführten 3D-Messung eines, insbesondere eine Ausnehmung aufweisenden, Objektes, insbesondere einer Nut, einer Spalte oder einer Röhre, mit dem Schritt relatives Positionieren einer Messvorrichtung und des Objektes zueinander vorgeschlagen, wobei die Messvorrichtung eine einzige Erfassungseinrichtung und eine optische Einrichtung aufweist, wobei diese zwischen der Erfassungseinrichtung und dem Objekt eine Mehrzahl getrennter optische Wege derart erzeugt, dass ein einziges ohne optische Einrichtung ursprüngliches Sichtfeld der Erfassungseinrichtung in eine Mehrzahl von Untersichtfeldern aufgeteilt wird, wobei die einzige Erfassungseinrichtung die Untersichtfelder getrennt erfasst, wobei das relative Positionieren derart ausgeführt wird, dass mindestens zwei Untersichtfelder das Objekt erfassen.
  • Eine Ausnehmung ist insbesondere ein räumlicher Bereich eines Materialkörpers, in dem kein Material des Körpers vorhanden ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Messvorrichtung zur mittels Triangulation ausgeführten 3D-Messung eines, insbesondere eine Ausnehmung aufweisenden, Objektes, insbesondere einer Nut, einer Spalte oder einer Röhre, gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer einzigen Erfassungseinrichtung und dem Objekt eine Mehrzahl getrennter optische Wege erzeugende optischen Einrichtung positioniert ist, die ein einziges ohne optische Einrichtung ursprüngliches Sichtfeld der Erfassungseinrichtung in eine Mehrzahl von Untersichtfeldern aufteilt und die einzige Erfassungseinrichtung die Untersichtfelder getrennt erfasst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können mittels der optischen Einrichtung mindestens zwei Untersichtfelder erzeugt werden, die zu einer Bezugsebene symmetrisch ausgebildet sind.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können zwei Untersichtfelder entlang zweier Strecken erzeugt werden, die parallel zueinander und symmetrisch zu einer Bezugsebene, insbesondere Symmetrieebene, der Messvorrichtung verlaufen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können drei Untersichtfelder entlang dreier Strecken erzeugt werden, die symmetrisch zu einer Bezugsebene, insbesondere Symmetrieebene, der Messvorrichtung verlaufen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zur aktiven Triangulation mindestens eine Projektionseinrichtung ausgebildet sein, die in jedem Untersichtfeld ein Muster erzeugt, das auf das Objekt projiziert wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zur passiven Triangulation für jedes Untersichtfeld in der einzigen Erfassungseinrichtung ein Stereo-System ausgebildet sein, mittels dem jeweils das Objekt erfasst wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das relative Positionieren mittels einer Hand einer Bedienperson oder automatisiert, insbesondere mittels eines Roboters, ausgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das relative Positionieren derart ausgeführt werden, dass mindestens zwei Untersichtfelder eine Ausnehmung des Objektes abtasten, wobei zu bestimmende Messgrößen insbesondere Breiten, Tiefen, Winkel von Wänden und/oder Radien des Objektes sind. Mittels der Messvorrichtung können Konturen von inneren Seitenwänden und Böden eines Ausnehmungen oder Hohlräume aufweisenden Objekts erfasst werden. Die Kontur, die ebenso als Umriss bezeichnet werden kann, eines Objektes ist für einen Betrachter eine Kurve, die das Objekt von seiner Umgebung abgrenzt. Der Wortbestandteil Riss (von „ritzen“, „reißen“) hat wie in Aufriss, Grundriss oder Schrägriss die Bedeutung „Zeichnung“. Der Umriss eines Objektes hängt nicht nur von der Form des Objektes ab, sondern auch von der Richtung, aus der ein Betrachter das Objekt beobachtet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können mindestens zwei Untersichtfelder zu einer Bezugsebene symmetrisch ausgebildet sein und in einer Relativposition mindestens ein absoluter Messwert für mindestens eine zu bestimmende Messgröße erfasst werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das relative Positionieren ein relatives Drehen der Messvorrichtung und des Objektes zueinander sein und mindestens eine Reihe von absoluten Messwerten für mindestens eine zu bestimmende Messgröße erfasst werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Geschwindigkeit einer mittels der Messvorrichtung ausgeführten Messwerterfassung größer als die Geschwindigkeit einer Drehpositionsänderung sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels einer Rechnereinrichtung aus einer Reihe von absoluten Messwerten einer zu bestimmenden Messgröße als eigentlicher Messwert ein Minimum bestimmt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das relative Drehen, insbesondere mehrmaliges Umdrehen oder Vor- und Zurückdrehen sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Messvorrichtung eine Rechnereinrichtung aufweisen, mittels der das Bestimmen eines jeweiligen eigentlichen Messwerts ausgeführt werden kann, wobei die Messwerte mittels Zusatzinformationen, insbesondere aus einem CAD-Modell des Objektes und/oder der Drehachsen des relativen Drehens, bewertet werden können.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Messvorrichtung eine Speichereinrichtung, eine Anzeigeeinrichtung und insbesondere eine Druckeinrichtung aufweisen, mittels denen die jeweiligen eigentlichen Messwerte digital gespeichert, angezeigt und insbesondere ausgedruckt werden können.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können mittels einer Bildelementtakteinrichtung an Bildelementen der Erfassungseinrichtung Zeitverschiebungen ausgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der Rechnereinrichtung die Triangulation auf der Grundlage mehrerer mittels der Untersichtfelder erzeugten Abbildungen ausgeführt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann mittels der Projektionseinrichtung ein jeweiliges Muster unter verschiedenen Triangulationswinklen getrennt von der Erfassungseinrichtung auf das Objekt projiziert werden.
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 3 Ausführungsbeispiele zu messender Objekte;
  • 4 eine erste Darstellung aufgenommener Messdaten;
  • 5 eine zweite Darstellung aufgenommener Messdaten;
  • 6 eine Darstellung zu einem erfindungsgemäßen Verfahren,
  • 7 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur mittels Triangulation ausgeführten 3D-Messung eines Objektes 0, die hier beispielsweise eine Nut ist. Die Messvorrichtung weist eine Projektionseinrichtung 3 zur Musterprojektion auf das Objekt 0 auf. Eine mit einem Objekt ein Sichtfeld erzeugende Erfassungseinrichtung 1 dient der Mustererfassung. Mittels einer zwischen Erfassungseinrichtung 1 und dem Objekt 0 positionierten, eine Mehrzahl getrennt einstellbarer optische Wege erzeugenden optischen Einrichtung kann das Sichtfeld in eine Mehrzahl von Untersichtfeldern aufgeteilt werden.
  • In 1 sind die jeweilige x-Achse, y-Achse und z-Achse eines orthogonalen x-, y-, z-Achsen-Koordinatensystems dargestellt. In diesem Koordinatensystem erstreckt sich das Objekt 0 räumlich. Das Objekt 0 erstreckt sich insbesondere entlang einer x-Achse, die eine Längsachse ist.
  • Die Messvorrichtung kann ebenso als „Multi directional single chip triangulation system“ also als „Mehrrichtungs-Einzelchip-Triangulationssystem“ oder als „optischer 3D Messtaster ohne Vorausrichtung“ bezeichnet werden. Die Triangulation ist insbesondere eine aktive Triangulation, die beispielsweise Laserlinienverformungen zur Berechnung verwendet.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 zeigt eine mit einem Objekt ein Sichtfeld erzeugende Erfassungseinrichtung 1 zur Erfassung von Mustern. Die Messvorrichtung ermöglicht eine mittels Triangulation ausgeführte 3D-Messung eines Objektes 0, das hier eine Nut ist. 2 zeigt eine zwischen Erfassungseinrichtung 1 und dem Objekt 0 positionierte, eine Mehrzahl getrennt einstellbarer optische Wege erzeugende optische Einrichtung 5, die das Sichtfeld in eine Mehrzahl von Untersichtfeldern aufteilt. Beispielsweise kann die optische Einrichtung 5 zur Untersichtfeld-Aufteilung reflektierende, brechende und/oder beugende optische Elemente aufweisen.
  • 2 zeigt eine Messvorrichtung M, die symmetrisch zu einer lotrechten Symmetrieebene S ausgebildet ist. Entsprechend sind zwei zueinander symmetrische Untersichtfelder erzeugt, die eine gleichzeitige Erfassung beispielsweise von gegenüberliegenden Nutenwänden ermöglichen.
  • Die Aufteilung kann mittels refraktive oder diffraktive Elemente, beispielsweise Spiegel oder Prismen, hervorgerufen werden. So lässt sich das über die Anordnung aus Kamera und Objekt gegebene Gesichtsfeld in mehrere, aber mindestens zwei Teilgesichtsfelder, aufteilen. Mittels weiterer optischer Elemente können diese Gesichtsfelder separat geführt und zu unterschiedlichen oder der identischen Stelle im Raum geleitet werden. Hierbei kann durch die Faltung des Strahlenganges beziehungsweise durch eine Verlängerung oder Verkürzung der optischen Weglänge ebenso eine Abbildung an unterschiedlichen Tiefen ausgeführt werden, obwohl das gleiche Objektiv eingesetzt wird. Die für die aktive Triangulation nötige Beleuchtung kann unabhängig davon an die entsprechenden Stellen gelenkt werden. Auf diese Weise lassen sich Messungen derselben Stelle mit unterschiedlichen Triangulationswinkel durchführen oder ebenso Bereiche in unterschiedlicher Tiefe mit gleichbleibender Auflösung messen, ohne die Schärfentiefe zu erhöhen. Die Aufspaltung des Gesichtsfeldes erlaubt bei Betrachtung der gleichen Stelle auch eine Art High Dynamic Range Anwendung, da innerhalb der Einzelstrahlengänge unterschiedliche Filter für Helligkeit und Wellenlänge verwendet werden können. Natürlich können ebenso weitere optische Elemente eingebracht werden, die die Abbildung der gleichen Stelle des Objekts so verzerren, dass Abbildungsfehler kompensiert werden können. So kann die Genauigkeit selektiv erhöht werden. Gleichzeitig erlaubt die Benutzung nur einer Kamera und eines Objekts eine einfache und genaue Referenzierung zwischen den durch die Aufteilung entstehenden Einzelsensoren, da keine mechanischen Kopplungen, wie bei Verwendung getrennter Systeme, erforderlich sind. Damit wir eine genaue diametrale Messung ermöglicht. Ebenso die exakt synchrone Messung der Teilsysteme ist infolge des Einsatzes lediglich einer Kamera gegeben, da nicht mehrere Kameras synchronisiert werden müssen.
  • Genauso kann aber ebenso eine so genannte "Pixel-Clock" benutzt werden, um exakt definierte Zeitverschiebungen einzuführen, wie dies beispielsweise ähnlich bei TDI-Kameras ausgeführt wird. Vorstellbar ist ebenso die Auswertung der Abbildung und eine computergestützte Diskriminierung bestimmter Bereiche mittels eines steuerbaren Blenden-Arrays. Erfindungsgemäß wird nicht, wie es bei einer Lichtfeldkamera der Fall ist, lediglich eine Szene betrachtet. Es erfolgt eine Aufteilung eines Gesichtsfeldes und eine separate Führung von Einzelgesichtsfeldern zur Aufnahme mehrerer Musterprojektionen auf einem einzelnen Kamerachip über ein Objektiv. Eine Kamera ist ein Ausführungsbeispiel für eine Erfassungseinrichtung.
  • 3 zeigt Ausführungsbeispiele zu messender Objekte 0. 3 zeigt beispielhaft zwei verschiedene Nutentypen. Auf der linken Seite befindet sich ein Nutentyp, der als Hakenfuß bezeichnet werden. Auf der rechten Seite befindet sich ein Nutentyp, der als T-Nut bezeichnet wird. Mit dem Bezugszeichen E und C sind verschiedene Nutenbreiten dargestellt. Bezugszeichen G veranschaulicht eine Tiefe eines Nutenbereichs. Mittels der Großbuchstaben sind entsprechende Messgrößen veranschaulicht. Weitere mögliche zu bestimmende Messgrößen können Winkel von Wänden und/oder Radien der Nut beziehungsweise allgemein des Objektes sein.
  • 4 zeigt eine Darstellung von aufgenommenen 3D-Messdaten. Aus diesen können Messwerte der zu bestimmenden Messgrößen ermittelt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Geschwindigkeit einer mittels der Messvorrichtung ausgeführten Messwerterfassung um ein Vielfaches größer als die Geschwindigkeit einer Drehpositionsänderung ist. Drehpositionen können als diskrete Drehpositionen betrachtet werden. In 4 zeigt die obere Gerade eine Breite E innerhalb einer Nut. Die untere Gerade veranschaulicht eine Breite C einer Nut. Jeder Breite sind weitere Messparameter zugeordnet. Ein relatives Drehen soll derart ausgeführt werden, dass mittels der Messvorrichtung Konturen von inneren Seitenwänden des Objektes, beispielsweise einer Nut, erfasst werden können. Die Messvorrichtung kann eine Rechnereinrichtung aufweisen, mittels der ein einfaches Bestimmen eines jeweiligen eigentlichen Messwertes ausführbar ist. Die Messvorrichtung kann weiterhin eine Speichereinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung aufweisen, mittels denen die jeweiligen eigentlichen Messwerte digital gespeichert und angezeigt werden können.
  • 5 zeigt eine weitere Darstellung aufgenommener 3D-Messdaten. 5 zeigt insbesondere einen zeitlichen Verlauf einer Breite C und zusätzlich einer Breite E. Mittels 5 zeigt eine Visualisierung, mittels der eine Bestimmung von Minima von Messgrößen ausführbar ist. Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung verwendet dazu vorteilhaft eine Rechnereinrichtung. 5 zeigt, dass mittels der Messvorrichtung in jeder Drehposition mindestens ein absoluter Messwert einer räumlichen Ausgestaltung des Objektes erfasst werden kann. Auf dieser Grundlage kann mindestens eine Reihe von absoluten Messwerten für mindestens eine zu bestimmende Messgröße erfasst werden. Ein relatives Drehen der Messvorrichtung und des Objektes zueinander um mindestens eine y-Achse und/oder z-Achse wird vorteilhaft derart ausgeführt, dass mittels der Messvorrichtung aus einer Reihe von absoluten Messwerten als eigentlicher Messwert ein Minimum bestimmbar ist. Die gestrichelten horizontalen Linien in 5 zeigen diese Minima. Besonders vorteilhaft kann das relative Drehen ein Umdrehen oder ein Vor- und Zurückdrehen beispielsweise der Messvorrichtung sein. Dieses relative Drehen kann zur Erhöhung einer Messgenauigkeit mehrmals ausgeführt werden.
  • Mittels einer statistischen Auswertung werden die Minima für bestimmte Messparameter, wie es beispielsweise Länge, Abstand oder Radius sein können, aus dem erhaltenen Messdatensatz der aufgenommenen Einzelmessbilder bestimmt und daraus die eigentliche Messgröße des Messparameters ermittelt.
  • 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 6 zeigt ein zu messendes Objekt 0 und eine Messvorrichtung M. Diese können um mindestens eine einer y-Achse und z-Achse relativ zueinander gedreht werden. Dies veranschaulicht der Pfeil D. Die Messvorrichtung M dient der Datenaufnahme. Die Messvorrichtung M kann beispielsweise per Hand einer Bedienperson bewegt werden. Alternativ ist ebenso auch eine automatisierte Relativbewegung möglich. Es können Messwerte aus den aufgenommenen Daten der Messvorrichtung M extrahiert werden. Besonders vorteilhaft wird als Messvorrichtung M ein so genanntes Multidirektional Single-Chip Triangulation System zur Aufnahme der Messdaten verwendet. Dieses System kann ebenso als ein Mehr-Richtungs-Einzelchip-Triangulationssystem bezeichnet werden. Gemessen werden die Konturen der inneren Seitenwände von Objekten 0, die beispielsweise Nuten oder Spalten sein können. Die Messung erfolgt dabei entweder vereinfacht handgeführt oder beispielsweise mittels eines Roboters automatisiert. Entweder kann das Messgerät M gedreht werden oder alternativ das Objekt 0, das beispielsweise ein Werkstück sein kann. Abhängig von den zu messenden Größen, die beispielsweise eine Nutenbreiten, eine Nuttiefe, einen Winkel von Nutwänden oder Radien sein können, muss eine Drehbewegung in beiden oder lediglich einer Achse aus der y-Achse und z-Achse ausgeführt werden. Die dritte Nutachse, die eine x-Achse im orthogonalen Koordinatensystem ist, verläuft entlang der Längsachse der Nut und ist vernachlässigbar, da sich dabei keine Änderung von Messgrößen ergibt. Mittels der Drehbewegung um die senkrechten y- und z-Achsen ändern sich die Messwerte für die zu bestimmenden Messgrößen, die beispielsweise die Nutbreite sein kann, da die Messvorrichtung M in jeder Position die absolute Nutbreite ermittelt. Infolge der im Vergleich zur Drehbewegung deutlich höheren Messgeschwindigkeit entsteht auf diese Weise eine Messreihe für jede zu bestimmende Messgröße. Da aufgrund der absoluten Messung der Messgrößen die jeweiligen Messwerte bei ausreichender Drehbewegung, insbesondere um die in 1 dargestellte Y-Achse, ein Minimum aufweisen müssen, liefert die Bestimmung dieses Minimums den eigentlichen gesuchten Messwert für die entsprechende Messgröße. Hierbei sei erneut auf 5 verwiesen. Die Bestimmung der Minima erfolgt automatisch vorteilhaft mittels Datenverarbeitung mittels einer Rechnereinrichtung. Die Messwerte können dabei gleichzeitig in digitaler Form dokumentiert und dem Messenden an einer Anzeigeeinrichtung angezeigt werden, und zwar ähnlicher eine Schieblehre mit Digitalanzeige. Die Anzeigeeinrichtung kann an der Messvorrichtung M und/oder mittels eines externen Computers bereitgestellt werden. Der große Vorteil einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung M ist die Möglichkeit einer gleichzeitigen Erfassung mehrerer Messgrößen während einer Messung sowie die Erfassung für mechanische Messmittel unzugänglicher Messgrößen. Weitere Vorteile sind: Verglichen mit mechanischen Messungen ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung M schnell und einfach zu handhaben, wobei insbesondere kein exaktes Ausrichten erforderlich ist. Komplexe Geometrien können beispielsweise über mechanische Barrieren hinweg vermessen werden. Ebenso kann ein Vorwissen beispielsweise aufgrund von vorhandenen CAD-Daten des zu messenden Objektes 0 beziehungsweise des zu messenden Teils in eine automatische Auswertung mittels der Rechnereinrichtung mit einfließen. Zudem ist es ebenso möglich, dass Fotos oder Videos einer 3D-Messung und somit der fraglichen zu vermessenden Stelle in einer Speichereinrichtung abgespeichert werden können.
  • 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit einem ersten Schritt Sr1 kann eine erfindungsgemäße Messvorrichtung M in einem Innenbereich einer Nut 0 eingeführt werden und danach relativ zur Nut entlang einer Drehrichtung D gedreht werden. Mit einem zweiten Schritt Sr2 erfolgt ein Messen mehrerer Konturen während des Drehens. Des Weiteren wird mittels einer Software Minimalwerte für Breiten und Höhen bestimmbar. Die Ergebnisse können mittels einer Anzeigeeinrichtung dargestellt werden. Dies ist mittels Bezugszeichen A dargestellt. Mittels eines dritten Schrittes Sr3 werden die Parameter von resultierenden Konturen bewertet. Anschließend können Ergebnisse automatisch abgespeichert werden und es kann ein Messbericht erzeugt werden.
  • Beispielsweise können aus tausend Messwerten ein Prozent der Daten zur Messwertbestimmung verwendet werden, so dass auf diese Weise die Genauigkeit erhöht werden kann. Besonders vorteilhaft kann ein optischer 3D-Messtaster zur Abstandsmessung beispielsweise mittels aktiver Triangulation und/oder Erfassung von Laserlinienverformungen mittels Drehen und/oder Kippens zu einem zu messenden Objekt 0 verwendet werden. Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung M kann in einem Spalt bewegt werden. Die Messvorrichtung M muss nicht vor-ausgerichtet werden.
  • Es wird eine mehrmalige berührungslose 3D-Messung der Objektkontur ausgeführt, wobei mittels mehrachsiger Drehbewegungen zwischen Objekt und Messsystem verschiedene Relativpositionierungen erzeugt werden und in jeder einzelnen Relativpositionierung eine Einzelmessung einer jeweiligen Kontur erfolgt. Anschließend wird jedes aufgenommene Einzelmessbild ausgewertet. Für die Drehbewegungen kann ein Mehr-Richtungs-Triangulations-Messsystem aufweisender 3D-Messkopf verwendet werden.
  • 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung M. Die Messvorrichtung M kann ebenso als ein "Nutgewehr" bezeichnet werden.

Claims (18)

  1. Verfahren zur mittels Triangulation ausgeführten 3D-Messung eines, insbesondere eine Ausnehmung aufweisenden, Objektes (0), insbesondere einer Nut, einer Spalte oder einer Röhre, mit dem Schritt relatives Positionieren einer Messvorrichtung und des Objektes zueinander, wobei die Messvorrichtung eine einzige Erfassungseinrichtung (1) und eine optische Einrichtung (5) aufweist, wobei diese zwischen der Erfassungseinrichtung (1) und dem Objekt eine Mehrzahl getrennter optische Wege derart erzeugt, dass ein einziges ohne optische Einrichtung (5) ursprüngliches Sichtfeld der Erfassungseinrichtung (1) in eine Mehrzahl von Untersichtfeldern aufgeteilt wird, wobei die einzige Erfassungseinrichtung (1) die Untersichtfelder getrennt erfasst, wobei das relative Positionieren derart ausgeführt wird, dass mindestens zwei Untersichtfelder das Objekt erfassen.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens zwei Untersichtfelder zu einer Bezugsebene symmetrisch ausgebildet werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Untersichtfelder entlang zweier Strecken erzeugt werden, die parallel zueinander und symmetrisch zu einer Bezugsebene, insbesondere Symmetrieebene, der Messvorrichtung verlaufen.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei Untersichtfelder entlang zweier Strecken erzeugt werden, die symmetrisch zu einer Bezugsebene, insbesondere Symmetrieebene, der Messvorrichtung verlaufen.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur aktiven Triangulation mindestens eine Projektionseinrichtung (3) in jedem Untersichtfeld ein Muster erzeugt, das auf das Objekt projiziert wird.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur passiven Triangulation für jedes Untersichtfeld in der einzigen Erfassungseinrichtung (1) ein Stereo-System ausgebildet ist, mittels dem jeweils das Objekt erfasst wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das relative Positionieren mittels einer Hand einer Bedienperson oder automatisiert, insbesondere mittels eines Roboters, ausgeführt wird.
  8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das relative Positionieren derart ausgeführt wird, dass mindestens zwei Untersichtfelder eine Ausnehmung des Objektes abtasten, wobei zu bestimmende Messgrößen insbesondere Breiten, Tiefen, Winkel von Wänden und/oder Radien des Objektes sind.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Untersichtfelder zu einer Bezugsebene symmetrisch ausgebildet sind und in einer Relativposition mindestens ein absoluter Messwert für mindestens eine zu bestimmende Messgröße erfasst wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das relative Positionieren ein relatives Drehen der Messvorrichtung und des Objektes zueinander ist und mindestens eine Reihe von absoluten Messwerten für mindestens eine zu bestimmende Messgröße erfasst wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit einer mittels der Messvorrichtung ausgeführten Messwerterfassung größer als die Geschwindigkeit einer Drehpositionsänderung ist.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Rechnereinrichtung aus einer Reihe von absoluten Messwerten einer zu bestimmenden Messgröße als eigentlicher Messwert ein Minimum bestimmt wird.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das relative Drehen, insbesondere mehrmaliges, Umdrehen oder Vor- und Zurück-Drehen ist.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung die Messwerte mittels Zusatzinformationen, insbesondere aus einem CAD-Modell des Objektes und/oder der Drehachsen des relativen Drehens, bewertet werden.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung eine Speichereinrichtung, eine Anzeigeeinrichtung und insbesondere eine Druckeinrichtung aufweist, mittels denen die jeweiligen eigentlichen Messwerte digital gespeichert, angezeigt und insbesondere ausgedruckt werden.
  16. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Bildelementtakteinrichtung an Bildelementen der Erfassungseinrichtung Zeitverschiebungen ausgeführt werden.
  17. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rechnereinrichtung die Triangulation auf der Grundlage mehrerer mittels der Untersichtfelder erzeugten Abbildungen ausgeführt wird.
  18. Messvorrichtung zur mittels Triangulation ausgeführten 3D-Messung eines, insbesondere eine Ausnehmung aufweisenden, Objektes (0), insbesondere einer Nut, einer Spalte oder einer Röhre, gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer einzigen Erfassungseinrichtung (1) und dem Objekt eine Mehrzahl getrennter optische Wege erzeugende optischen Einrichtung (5) positioniert ist, die ein einziges ohne optische Einrichtung (5) ursprüngliches Sichtfeld der Erfassungseinrichtung (1) in eine Mehrzahl von Untersichtfeldern aufteilt und die einzige Erfassungseinrichtung (1) die Untersichtfelder getrennt erfasst.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109115111B (zh) * 2018-09-19 2020-07-14 中国计量科学研究院 三维弹头痕迹测量仪器的精度评价方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040114153A1 (en) * 2001-02-01 2004-06-17 Kristinn Andersen Laser mirror vision
DE102007007194A1 (de) * 2006-09-13 2008-03-27 Micro-Epsilon Optronic Gmbh Messanordnung und Verfahren zum Vermessen einer dreidimensionalen ausgedehnten Struktur
DE102007007192A1 (de) * 2006-09-13 2008-03-27 Micro-Epsilon Optronic Gmbh Messanordnung und Verfahren zum Erfassen der Oberfläche von Objekten
DE102006042311A1 (de) * 2006-09-06 2008-03-27 3D-Shape Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten in einem erweiterten Winkelbereich
DE102014213289A1 (de) * 2014-07-09 2016-01-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen optischen Erfassung eines Objekts

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9127139D0 (en) * 1991-12-20 1992-02-19 3D Scanners Ltd Scanning unit
WO2003032252A2 (en) * 2001-10-09 2003-04-17 Dimensional Photonics, Inc. Device for imaging a three-dimensional object
DE102005002190B4 (de) * 2005-01-17 2007-04-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Scanner und Verfahren zum Betreiben eines Scanners
US7567271B2 (en) * 2006-01-09 2009-07-28 Sony Corporation Shared color sensors for high-resolution 3-D camera
EP1901031B1 (de) * 2006-09-13 2013-05-01 Micro-Epsilon Optronic GmbH Messanordnung und Verfahren zum Vermessen einer dreidimensional ausgedehnten Struktur
EP2026034B1 (de) * 2007-08-16 2020-04-29 Carl Zeiss Optotechnik GmbH Vorrichtung zur Ermittlung der 3D-Koordinaten eines Objekts, insbesondere eines Zahns

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040114153A1 (en) * 2001-02-01 2004-06-17 Kristinn Andersen Laser mirror vision
DE102006042311A1 (de) * 2006-09-06 2008-03-27 3D-Shape Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen Vermessung von Objekten in einem erweiterten Winkelbereich
DE102007007194A1 (de) * 2006-09-13 2008-03-27 Micro-Epsilon Optronic Gmbh Messanordnung und Verfahren zum Vermessen einer dreidimensionalen ausgedehnten Struktur
DE102007007192A1 (de) * 2006-09-13 2008-03-27 Micro-Epsilon Optronic Gmbh Messanordnung und Verfahren zum Erfassen der Oberfläche von Objekten
DE102014213289A1 (de) * 2014-07-09 2016-01-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen optischen Erfassung eines Objekts

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