DE102017129221A1 - Method and device for determining geometric features on workpieces - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Lage zumindest eines Bereichs an insbesondere zumindest einer Schneide, wobei die Bestimmung mittels Bildverarbeitungssensor erfolgt und Bilder in mehreren Drehlagen des Werkzeugs aufgenommen werden und durch Auswertung der aufgenommenen Bilder die Bereiche im Bild ermittelt und untersucht werden, in denen die Schneide scharf abgebildet ist. Dabei werden die Drehbewegung und die axiale Bewegung des Werkzeugs derart zueinander gesteuert, dass der Schneide gefolgt wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit in axialer Richtung so geregelt wird, dass der jeweilige scharf abgebildete Bereich der Schneide bei Veränderung der Drehstellung stets innerhalb des vom Bildverarbeitungssensor erfassten Bereichs verbleibt.The invention relates to a method for determining the position of at least one region on, in particular, at least one cutting edge, wherein the determination is effected by means of an image processing sensor and images are recorded in a plurality of rotational positions of the tool and the regions in the image are determined and examined by evaluating the recorded images. in which the cutting edge is in focus. The rotational movement and the axial movement of the tool are controlled in such a way that the cutting edge is followed, wherein the movement speed in the axial direction is controlled so that the respective sharply imaged region of the cutting edge always remains within the range detected by the image processing sensor as the rotational position changes ,

Description

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Messung der Lage von Merkmalen, insbesondere Scheiden, die am Umfang eines Werkzeugs vorzugsweise gedrallt angeordnet sind.Subject of an independent invention is a method for measuring the position of features, in particular sheaths, which are preferably arranged twisted on the circumference of a tool.

Zur Messung von Schneiden oder anderen am Umfang, insbesondere gedrallt, vorliegenden Merkmale an einem Werkzeug wie Bohrer, Fräser, Stufenbohrer usw., bekannte Verfahren beziehen sich auf die Erfassung der Schneide in einer Drehstellung, in der diese von einem Bildverarbeitungssensor scharf erfasst wird. Die Fokusebene des Bildverarbeitungssensors wird dazu in die Drehachse des Werkzeugs eingestellt. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der DE 10 2011 056 819.0 der Anmelderin beschrieben und wird als Hüllkonturscanning bezeichnet. Die Erkennung, ob die Schneide scharf im Bild vorliegt, kann durch zwei unterschiedliche Möglichkeiten erfolgen.For measuring cutting edges or other features present on the circumference, in particular twisted, on a tool such as drills, milling cutters, stepped drills, etc., known methods relate to the detection of the cutting edge in a rotational position in which it is detected sharply by an image processing sensor. The focal plane of the image processing sensor is set in the axis of rotation of the tool. A corresponding method is for example in the DE 10 2011 056 819.0 the applicant and is referred to as Hüllkonturscanning. The detection of whether the cutting edge is sharp in the image can be done in two different ways.

Nach der ersten Möglichkeit wird der Maximalpunkt, also der maximale Abstand der Abbildung der Schneide im Bild zur Werkzeug-Drehachse bzw. Werkzeug-Symmetrieachse, ermittelt. Hierbei werden die Bilder aus mehreren Drehstellungen untersucht und die Maximalpunkte überlagert. Dabei ergibt sich die sogenannte Hüllkontur, welche der Wirkkontur des Werkzeugs entspricht. Die Maximalpunkte ergeben sich bei scharfer Abbildung des jeweiligen Bereichs der Schneide. Alternativ können auch die Bilder, also die Grauwerte der Bilder vollständig überlagert werden. Hierdurch wird das gleiche Ergebnis für die Hüllkontur erzielt, da Bildbereiche die unscharfe Abbildungen der Schneide aufweisen, geringeren Abstand zur Werkzeug-Symmetrieachse aufweisen, und dadurch durch entsprechende Bereiche aus den Bildern überdeckt werden, in denen der jeweilige Schneidenbereich scharf, also weiter außen, abgebildet wird. Soll die Lage der Schneide im Raum ermittelt werden, müssen die Maximalpunkte abhängig von der Dreh- und Axiallage ermittelt werden.After the first possibility, the maximum point, ie the maximum distance of the image of the cutting edge in the image to the tool axis of rotation or tool axis of symmetry, is determined. Here, the images from several rotational positions are examined and the maximum points superimposed. This results in the so-called envelope contour, which corresponds to the active contour of the tool. The maximum points result from sharp imaging of the respective area of the cutting edge. Alternatively, the images, ie the gray values of the images, can be completely overlaid. As a result, the same result for the envelope contour is achieved since image areas have the blurred images of the cutting edge, have smaller distance to the tool axis of symmetry, and are thus covered by corresponding areas of the images in which the respective cutting area sharp, ie further out, imaged becomes. If the position of the cutting edge in the room is to be determined, the maximum points must be determined as a function of the rotational and axial position.

Die zweite Möglichkeit sieht vor, dass zur Beurteilung der Fokussierung der Schneide der Kontrast ausgewertet wird. In den Bereichen, wo dieser maximal ist, liegt eine scharf abgebildete Schneide bzw. ein scharf abgebildeter Bereich einer Schneide vor. Zur Aufnahme der Bilder bestehen grundlegend mehrere Möglichkeiten. Nach der ersten Möglichkeit wird zunächst eine Drehbewegung um mindestens 360° durchgeführt, um das Werkzeug in einem ersten axialen Abschnitt an seinem gesamten Umfang zu erfassen. Bei gedrallt vorliegenden Merkmalen wie Schneiden, wandert dabei der jeweils scharf abgebildete Bereich der jeweiligen Schneide in axialer Richtung durch das Bild. Beim Vorliegen mehrerer Schneiden wandern die Schneiden nacheinander oder, je nach Abstand auch gemeinsam, jedoch axial versetzt, durch das Bild. Nachteilig hierbei ist, dass das gesamte Werkzeug aufwändig an seinem Umfang untersucht werden muss, also auch an Stellen, an denen gar keine Schneide vorliegt. Eine zweite Möglichkeit sieht vor, dass die Bildaufnahme zunächst nur in axialer Richtung erfolgt und sodann in weiteren Drehstellungen weitere Axial-Scanns durchgeführt werden. Hierbei kann jedoch nicht gewährleistet werden, dass die Schneiden komplett in Scharfbereichen erfasst werden. Nach einer dritten Möglichkeit ist vorgesehen, die Dreh- und Axialbewegung zu kombinieren und die Schneide zu erfassen. Hierfür sind Vorabinformationen über die Lage der Schneide in hoher Genauigkeit erforderlich, damit die Schneide scharf im Bild verbleibt.The second possibility provides that the contrast is evaluated in order to assess the focus of the cutting edge. In the areas where this is maximum, there is a sharp edge or a sharply imaged area of a cutting edge. There are basically several options for taking pictures. After the first possibility, a rotational movement is first performed by at least 360 ° in order to capture the tool in a first axial section on its entire circumference. In the case of twisted features such as cutting, the respective sharply imaged region of the respective cutting edge migrates in the axial direction through the image. When there are several cutting edges, the cutting edges move in succession or, depending on the distance, together, but offset axially, through the image. The disadvantage here is that the entire tool must be studied consuming on its circumference, so even at places where there is no cutting edge. A second possibility provides that the image acquisition initially takes place only in the axial direction and then further axial scans are carried out in further rotational positions. However, this can not be guaranteed that the cutting edges are completely detected in focus areas. After a third possibility is provided to combine the rotational and axial movement and to capture the cutting edge. For this purpose, advance information about the position of the cutting edge in high accuracy is required so that the cutting edge remains sharp in the image.

Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Steigung der jeweils zu messenden Schneide sehr genau bekannt sein muss und die entsprechenden Positionierbewegungen entlang einer daraufhin festgelegten Bewegungsbahn mit einer einmal festgelegten Geschwindigkeit erfolgt, wie dies beispielsweise die EP 2 668 464 beschreibt. Hierdurch ist es zudem nicht möglich, unbekannten Schneiden bzw. Schneiden mit unbekannter Steigung dynamisch zu folgen, also zeitsparend zu messen.The disadvantage here, however, is that the slope of each cutting edge to be measured must be known very well and the corresponding positioning movements along a trajectory then fixed at a once fixed speed, such as the EP 2 668 464 describes. As a result, it is also not possible to follow unknown cutting or cutting with unknown slope dynamically, so measure time-saving.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Probleme nach dem Stand der Technik zu vermeiden und insbesondere zu ermöglichen, eine schnelle Messung von Werkzeugen mit gedrallten Merkmalen wie Schneiden zu ermöglichen, wobei insbesondere vorgesehen ist, die Schneide dynamisch zu verfolgen sowie unbekannte Schneiden zu messen und verfolgen.A first object of the present invention is therefore to avoid the problems of the prior art and in particular to enable a rapid measurement of tools with twisted features such as cutting, in particular provided to track the blade dynamically and unknown cutting to measure and track.

Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass Dreh- und Axialbewegung beim Verfolgen der Schneide so geregelt werden, dass der jeweils in der Scharfebene eines Bildverarbeitungssensors erfasste Bereich der Schneide stets innerhalb des aufgenommenen Bildes, vorzugsweise in einem zentralen Bereich des Bildes, verbleibt. Hierdurch ist es möglich, die Axialgeschwindigkeit bei beispielsweise konstanter Drehgeschwindigkeit entsprechend der durch die Drehbewegung entstehenden axialen Verlagerung des jeweils scharf erfassten Bereichs der Schneide anzupassen. Dies ermöglicht insbesondere sehr hohe Messgeschwindigkeiten. Das Verfahren kann insbesondere auch bei unbekannten Schneiden eingesetzt werden, da diese dynamisch verfolgt werden.To solve the invention provides that rotational and axial movement are controlled when following the cutting edge so that each detected in the focal plane of an image processing sensor area of the cutting always within the recorded image, preferably in a central region of the image remains. This makes it possible to adjust the axial velocity at, for example, a constant rotational speed corresponding to the axial displacement of the respectively sharply detected region of the cutting edge resulting from the rotational movement. This allows in particular very high measuring speeds. The method can also be used in particular for unknown cutting, since they are tracked dynamically.

Ist die Lage der Schneide zumindest grob bekannt, sieht die Erfindung nach einer eigenständigen Idee vor, dass die Schneide durch Abfahren einer aus der bekannten Schneidenlage berechneten Vorgabebahn in einem ungeregelten Scanning erfasst und gemessen wird. Die Vorgabebahn wird beispielsweise aus Vorabinformationen wie CAD-Daten oder Schneidengeometrie bzw. Schneidenparameter über die Lage der Werkzeugschneide bzw. zu messenden Merkmale berechnet.If the position of the cutting edge is at least roughly known, the invention provides, according to an independent idea, that the cutting edge is detected and measured by tracing a predefined path calculated from the known cutting position in an unregulated scanning. The default track will be calculated, for example, from preliminary information such as CAD data or cutting edge geometry or cutting parameters on the position of the cutting edge or features to be measured.

Um mögliche Abweichungen der realen Schneidenlage zur Vorgabebahn zu kompensieren, die Schneide also trotzdem vollständig zu erfassen, sieht die Erfindung nach einer eigenständigen Idee zwei Lösungen vor. Nach der ersten Lösung wird beim Abfahren der Vorgabebahn jeweils ermittelt, wo im Bildbereich ein Bereich der Schneide scharf abgebildet (Scharfbereich) wird. Entfernt sich dieser Bereich aus der Bildmitte (zentraler Bereich definierbarer Größe) zu weit, wird die Vorgabebahn bzw. Bahn entsprechend angepasst, um die Schneide automatisch zu verfolgen. Die zweite Lösung sieht vor, dass dem Abfahren der Vorgabebahn eine oszillierende Drehbewegung des Werkzeugs überlagert wird. Amplitude und Frequenz dieser Oszillation ist bevorzugt frei einstellbar und kann an die Vorgabebahn, also den prinzipiellen Verlauf der Schneide, und die zu erwartenden Abweichungen der realen Schneide zur Vorgabebahn angepasst sein. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch Bereiche der Schneide erfasst werden, die von der Vorgabebahn abweichen. Ein aktives Erkennen und regeln der Lage der Scharfbereiche im jeweiligen Bild kann unterbleiben, wodurch das Verfahren sehr schnell ist, also hohe Dreh- und Axialbewegungen realisiert werden können.In order to compensate for possible deviations of the actual cutting edge position to the default path, so still completely capture the cutting edge, the invention provides for a separate idea two solutions. After the first solution, each time the preset path is traversed, it is determined where in the image area an area of the cutting edge is in focus (sharpening area). If this area is removed too far from the center of the image (central area of definable size), the default path or web is adjusted accordingly to automatically track the cutting edge. The second solution provides that the departure of the Vorgabebahn an oscillating rotational movement of the tool is superimposed. Amplitude and frequency of this oscillation is preferably freely adjustable and can be adapted to the default path, so the basic course of the cutting edge, and the expected deviations of the real cutting edge to the default path. This ensures that areas of the cutting edge that deviate from the standard path are also detected. An active detection and control of the position of the focus areas in the respective image can be omitted, whereby the process is very fast, so high rotational and axial movements can be realized.

Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oder mehrerer Bereiche an einer oder mehreren Schneiden oder Zähnen oder Fase oder anderen am Umfang eines Werkzeugs verteilten Merkmalen, vorzugsweise am äußeren Umfang verteilten Merkmalen an einem Werkzeug vor, wobei die Schneide bzw. Merkmale abhängig von der axialen Position entlang der Achse des Werkzeugs in teilweise unterschiedlichen Drehlagen vorliegen, das Werkzeug also insbesondere gedrallte Schneiden bzw. Merkmale aufweist, wobei die Bestimmung mittels Bildverarbeitungssensor, insbesondere in einem Koordinatenmessgerät integrierten Bildverarbeitungssensor erfolgt, wobei vorzugsweise Beleuchtung im Durchlicht und/oder Hellfeldauflicht und/oder Dunkelfeldauflicht erfolgt, wobei Bilder in mehreren Drehlagen des Werkzeugs um dessen Werkzeugachse und in mehreren Relativpositionen zwischen Werkzeug und Bildverarbeitungssensor in Richtung der Werkzeugachse aufgenommen werden, und durch Auswertung der aufgenommenen Bilder die Bereiche im Bild oder in resultierenden Bildern, welche durch Überlagerung und/oder Aneinandersetzen der Einzelbilder erzeugt werden, ermittelt und untersucht werden, in denen die Schneide bzw. Merkmale scharf abgebildet sind, insbesondere durch Auswertung des senkrechten Abstands zur Lage der Werkzeugachse und/oder durch Auswertung des Bildkontrastes, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Drehbewegung und die axiale Bewegung, also in Richtung der Werkzeugachse, derart zueinander gesteuert werden, dass der Schneide bzw. dem Merkmal in seiner vorzugsweise gedrallten bzw. helixförmigen Ausprägung gefolgt wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit in axialer Richtung so geregelt wird, dass der jeweilige scharf abgebildete Bereich der Schneide bzw. des Merkmals bei Veränderung, vorzugsweise kontinuierlicher Veränderung, der Drehstellung stets innerhalb des vom Bildverarbeitungssensor erfassten Bereichs verbleibt, vorzugsweise mittig verbleibt, besonders bevorzugt in einem um die Bildmitte definierten zulässigen Bereich verbleibt.The invention provides for the solution, a method for determining the position of one or more areas on one or more cutting or teeth or chamfer or other distributed on the circumference of a tool features, preferably distributed on the outer circumference features on a tool, wherein the cutting or features Depending on the axial position along the axis of the tool in partially different rotational positions, the tool thus has in particular twisted cutting edges or features, wherein the determination by image processing sensor, in particular in a coordinate measuring machine integrated image processing sensor, preferably illumination in transmitted light and / or bright field incident light and / or darkfield incident light, where images are recorded in several rotational positions of the tool about its tool axis and in a plurality of relative positions between the tool and the image processing sensor in the direction of the tool axis, and by evaluating the taken pictures are the areas in the image or in the resulting images, which are generated by overlaying and / or Aneinanderetzen the individual images are determined and examined, in which the cutting edge or features are sharply displayed, in particular by evaluating the vertical distance to the position of the tool axis and / or by evaluating the image contrast, which is characterized in that the rotational movement and the axial movement, ie in the direction of the tool axis, are controlled in such a way that the cutting edge or the feature is followed in its preferably twisted or helical shape, wherein the movement speed in the axial direction is controlled such that the respective sharply imaged region of the cutting edge or feature remains in the region covered by the image processing sensor when the change, preferably continuous change, of the rotational position always remains, preferably in the center It remains in an allowable range defined by the center of the image.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass ein erster Bereich der Schneide bzw. Merkmal in einer ersten Drehstellung und einer ersten Axialstellung scharf eingestellt wird und diese Position als Startpunkt für die kontinuierliche Bewegung ausgewählt wird.In particular, the invention is characterized in that a first region of the cutting edge or feature in a first rotational position and a first axial position is set sharply and this position is selected as a starting point for the continuous movement.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass ausgehend von dem Startpunkt eine kontinuierliche Drehbewegung, vorzugsweise kontinuierliche Drehbewegung mit konstanter Drehgeschwindigkeit, in einer zuvor festgelegten Drehrichtung, welche vorzugsweise der Drallrichtung der Schneide bzw. des Merkmals des Werkzeugs entspricht, festgelegt wird und die axiale Bewegung und vorzugsweise eine zweite lineare Bewegung in der Richtung senkrecht zur Werkzeugachse und senkrecht zur Abbildungsrichtung wie optische Achse, des Bildverarbeitungssensors geregelt wird.Preferably, it is provided that, starting from the starting point, a continuous rotational movement, preferably continuous rotational movement with constant rotational speed, in a predetermined direction of rotation, which preferably corresponds to the twisting direction of the cutting edge or the feature of the tool is determined, and the axial movement and preferably a second linear motion in the direction perpendicular to the tool axis and perpendicular to the imaging direction as optical axis, the image processing sensor is controlled.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als Vorgabebahn zur Umsetzung der axialen und der Drehbewegung Vorabinformationen wie CAD-Daten oder Schneidengeometrie bzw. Schneidenparameter über die Lage der Werkzeugschneide bzw. zu messenden Merkmale verwendet werden und Dreh- und axiale Bewegung zunächst entlang der Vorgabebahn erfolgt, wobei die Bahn nur dann angepasst wird, wenn der Scharfbereich einen zuvor definierten zentralen Bereich innerhalb des jeweils aufgenommenen Bildes verlässt.In particular, the invention is distinguished by the fact that advance information such as CAD data or cutting edge geometry or cutting parameters about the position of the cutting edge or features to be measured are used as the default path for implementing the axial and rotary motion, and rotational and axial movement initially along the predefined path takes place, wherein the web is adjusted only when the focus area leaves a previously defined central area within each recorded image.

Eine gesonderte Idee sieht vor, Abweichungen von der Fokussierung der Schneide dynamisch zu korrigieren, indem mit einem optischen Abstandssensor wie beispielsweise Laserabstandssensor, welcher bevorzugt zumindest teilweise in den Strahlengang des Bildverarbeitungssensors integriert ist, den Abstand zwischen Werkzeug, insbesondere Werkzeugschneide, und Bildverarbeitungssensor nachzuregeln, so dass eine stetige Fokussierung gewährleistet wird.A separate idea is to dynamically correct deviations from the focusing of the cutting edge, by using an optical distance sensor, such as laser distance sensor, which preferably at least is partially integrated into the beam path of the image processing sensor, the distance between the tool, in particular tool edge, and readjust the image processing sensor, so that a continuous focus is ensured.

Bevorzugterweise sieht die Erfindung daher vor, dass zeitgleich zur Bildaufnahme ein vorzugsweise in den Strahlengang des Bildverarbeitungssensors zumindest teilweise integrierten punkförmigen optischen Abstandssensor die Fokussierung des Bildverarbeitungssensors, also Einstellung des Abstands in Richtung der optischen Achse des Bildverarbeitungssensors zwischen Werkzeug und Bildverarbeitungssensor eingestellt wird, und vorzugsweise während der Verfolgung der Bahn nachfokussiert wird.Preferably, the invention therefore provides that, at the same time as the image recording, a preferably in the beam path of the image processing sensor integrated punk optical distance sensor, the focus of the image processing sensor, so setting the distance in the direction of the optical axis of the image processing sensor between the tool and image processing sensor is set, and preferably during the pursuit of the railway is refocused.

Zur Erzeugung scharfer Bilder wird zudem vorgeschlagen, eine Überlagerung kurz belichteter Einzelbilder vorzunehmen. Diese müssen sich zu einem hohen Anteil, bevorzugt mindestens 50%, überlagern. Durch die kurze Belichtung werden hohe Messgeschwindigkeiten bei geringer Bewegungsunschärfe ermöglicht. Die Aufnahmepositionen der Einzelbilder werden bei der Überlagerung berücksichtigt, so dass einander entsprechende Bildbereiche in ihren Grauwerten überlagert werden.In order to produce sharp images, it is also proposed to perform a superimposition of short-exposed individual images. These must be superimposed to a high proportion, preferably at least 50%. The short exposure enables high measuring speeds with low motion blur. The recording positions of the individual images are taken into account in the superposition, so that corresponding image areas are superimposed in their gray values.

Hervorzuheben ist daher des Weiteren, dass die Bildaufnahme während der kombinierten Dreh- und axialen Bewegung erfolgt und die dabei aufgenommenen Einzelbilder sich zumindest teilweise, vorzugsweise mehr als 50% überlappen, wobei die Einzelbilder unter Berücksichtigung der Aufnahmeposition des Bildverarbeitungssensors in Bezug auf die Position und Drehlage des Werkzeugs, zueinander ausgerichtet und überlagert werden, wobei die Überlagerung vorzugsweise durch zumindest Addition der Grauwerte und vorzugsweise Normierung der Grauwerte entsprechend der Anzahl der überlagerten Bilder je Bildbereich erfolgt.It should be emphasized, furthermore, that the image recording takes place during the combined rotational and axial movement and the individual images recorded overlap at least partially, preferably more than 50%, the individual images taking into account the recording position of the image processing sensor with respect to the position and rotational position of the tool, are aligned and superimposed on each other, wherein the superposition preferably takes place by at least adding the gray values and preferably normalizing the gray values corresponding to the number of superimposed images per image area.

In Weiterbildung ist auch vorgesehen, den Taumel des Werkzeugs zu korrigieren. Dies erfolgt auf Basis der zuvor bestimmten Lage der Rotationsachse bei der Drehung des Werkzeugs in Bezug auf die Werkzeug-Symmetrieachse. Anhand dieses je Drehstellung bekannten Zusammenhangs werden entweder die aufgenommenen Bilder vor der Auswertung bzw. Überlagerung entsprechend verschoben und/oder das Werkzeug und der Bildverarbeitungssensor relativ zueinander entsprechend positioniert.In development it is also provided to correct the wobble of the tool. This is done on the basis of the previously determined position of the axis of rotation during the rotation of the tool with respect to the tool axis of symmetry. On the basis of this relationship, which is known per rotational position, either the recorded images are correspondingly displaced before the evaluation or superposition and / or the tool and the image processing sensor are positioned relative to one another.

Bevorzugterweise sieht die Erfindung auch vor, dass die aufgenommenen Bilder zu einer Hüllkontur überlagert werden und/oder aus den aufgenommenen Bildern eine Kontur der Schneide im Raum oder als abgewickelte Darstellung ermittelt wird. Bei der Überlagerung zur Hüllkontur sieht eine besondere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass nur die Bildbereiche zur Überlagerung herangezogen werden, die einen festgelegten Schwellwert der Bildschärfe übersteigen. Vorzugsweise erfolgt die Normierung der Bildbereiche dann abhängig davon, wie viele Bilder für den jeweiligen Bereich im überlagerten Gesamtbild herangezogen wurden. Ein Bereich kann dabei auch die Größe eines einzelnen Pixels haben. Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur optischen Bestimmung von geometrischen Merkmalen, insbesondere Messpunkten an einem Werkstück mittels eines optischen Sensors der eine Zoomoptik und einen optischen Abstandsensor aufweist.Preferably, the invention also provides that the recorded images are superimposed to form a hull contour and / or a contour of the cutting edge in space or as a developed representation is determined from the recorded images. In the superimposition of the envelope contour, a particular embodiment of the invention provides that only the image areas are used for superposition, which exceed a specified threshold value of the image sharpness. Preferably, the normalization of the image areas then takes place depending on how many images were used for the respective area in the superimposed overall image. An area can also be the size of a single pixel. The subject of an independent invention is an apparatus and a method for the optical determination of geometric features, in particular measuring points on a workpiece by means of an optical sensor having a zoom lens and an optical distance sensor.

Zur optischen Messung von geometrischen Merkmalen, insbesondere Messpunkten an Werkstücken sind Bildverarbeitungsverfahren, Fokusvariationsverfahren, beide ausführbar mit beispielsweise dem selben Bildverarbeitungssensor, und diverse Verfahren unter Verwendung von optischen Abstandsensoren bekannt. Insbesondere interferometrische, konfokale und chromatische, bevorzugt chromatisch-konfokale Verfahren, aber auch Triangulationsverfahren, beispielsweise Foucaultsche Sensoren, sind als optische Abstandsensoren bekannt.For the optical measurement of geometric features, in particular measuring points on workpieces, image processing methods, focus variation methods, both executable with, for example, the same image processing sensor, and various methods using optical distance sensors are known. In particular interferometric, confocal and chromatic, preferably chromatic-confocal methods, but also triangulation methods, for example Foucault's sensors, are known as optical distance sensors.

Die Optik für einen Bildverarbeitungssensoren ist vorteilhaft als Zoomoptik ausgebildet, um unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe (Zoomstufen) verwenden zu können, wobei bevorzugt zusätzlich der Arbeitsabstand unabhängig vom Abbildungsmaßstab einstellbar ist, wie dies die EP1071922 der Anmelderin beschreibt. Dazu sind mehrere Linsen eines Zoomlinsensystems in Abbildungsrichtung verschiebbar. Besonders bevorzugt werden Bildverarbeitungssensor und optischer Abstandsensor in einem optischen Sensorkopf vereint, nutzen also zumindest ein gemeinsames objektseitiges bzw. werkstückseitiges Linsenvorsystem, wie dies beispielsweise in der EP1299691 der Anmelderin beschrieben ist. Hierbei muss der Messstrahl des optischen Abstandsensors in die Optik des Bildverarbeitungssensors eingespiegelt werden. Die dazu benötigten Strahlteiler beanspruchen jedoch Platz, der nicht mehr für die Verschiebung der Linsen des Zoomlinsensystems zur Verfügung steht. Insbesondere ist es nicht mehr möglich, die objektseitige Linse des Zoomlinsensystems sehr nah an die bildseitige Linse des Linsenvorsystems zu verschieben. An dieser Stelle kann nämlich beispielsweise die Einspiegelung des Messstrahls eines chromatischen Abstandsensors vorgesehen sein.The optics for an image processing sensor is advantageously designed as zoom optics in order to be able to use different magnifications (zoom levels), wherein preferably additionally the working distance can be set independently of the magnification, like the EP1071922 the applicant describes. For this purpose, several lenses of a zoom lens system are displaceable in the imaging direction. Particularly preferred image processing sensor and optical distance sensor are combined in an optical sensor head, so use at least one common object-side or workpiece side lens presystem, as for example in the EP1299691 the applicant is described. In this case, the measuring beam of the optical distance sensor must be reflected in the optics of the image processing sensor. The beam splitters required for this, however, take up space that is no longer available for the displacement of the lenses of the zoom lens system. In particular, it is no longer possible to move the object-side lens of the zoom lens system very close to the image-side lens of the lens presystem. For example, the reflection of the measuring beam of a chromatic distance sensor can be provided at this point.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen optischen Sensorkopf zur Verfügung zu stellen, der einen möglichst großen Verschiebebereich für die verschiebbaren Linsen eines Zoomlinsensystems aufweist und trotzdem einen optischen Abstandsensor umfasst. Aufgabe der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen optischen Sensorkopfes für die Messung mit einem Bildverarbeitungssensor und dem optischen Abstandsensor auszulegen.A further object of the present invention is therefore to provide an optical sensor head which has the largest possible displacement range for the displaceable lenses of a zoom lens system and nevertheless comprises an optical distance sensor. The object of the invention is also to design a method for operating such an optical sensor head for the measurement with an image processing sensor and the optical distance sensor.

Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass eine Linse des Zoomlinsensystems eine zentrale Öffnung zur Zuführung der den Messstrahl eines optischen Abstandsensors führenden optischen Faser aufweist.To solve the invention provides that a lens of the zoom lens system has a central opening for supplying the measuring beam of an optical distance sensor leading optical fiber.

Die Erfindung sieht zur Lösung einen optischen Sensorkopf vor, der eine Optik aufweist, die zumindest umfasst ein objektseitiges Linsenvorsystem und ein Zoomlinsensystem mit einer oder mehreren in Abbildungsrichtung verschiebbaren Zoomlinsen, wobei der optische Sensorkopf weiterhin umfasst einen optischen Abstandsensor, der einen den Messstrahl des optischen Abstandsensors zuführende optische Faser aufweist, und sich dadurch auszeichnet, dass eine erste Zoomlinse eine zentrale Öffnung aufweist, der die optische Faser zugeführt ist und dass das objektseitige Ende der Faser, vorzugsweise gemeinsam mit der ersten Zoomlinse, in Abbildungsrichtung verschiebbar ausgebildet ist.The invention provides for the solution an optical sensor head which has an optical system which comprises at least one object-side lens system and a zoom lens system with one or more imaging lenses displaceable zoom lenses, wherein the optical sensor head further comprises an optical distance sensor, the one measuring beam of the optical distance sensor having feeding optical fiber, and is characterized in that a first zoom lens has a central opening, which is supplied to the optical fiber and that the object-side end of the fiber, preferably together with the first zoom lens, is displaceable in the imaging direction.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die optische Faser die erste Zoomlinse bildseitig verlässt, und vorzugsweise im Zwischenraum zwischen der ersten Zoomlinse und einer weiteren Zoomlinse oder weiteren Linse der Optik den Strahlengang der Optik verlässt, und der Messstrahl am objektseitigen Ende die optische Faser in Richtung des Linsenvorsystems verlässt. Die Faser ist als von hinten in die Zoomlinse eingesteckt und das Faserende weißt nach vorn Richtung Werkstück. Das Faserende kann dabei etwas aus der Zoomlinse hervorstehen.In particular, the invention is characterized in that the optical fiber leaves the first zoom lens image side, and preferably in the space between the first zoom lens and another zoom lens or other lens of the optics leaves the optical path of the optics, and the measuring beam at the object end of the optical fiber leaves in the direction of the lens presystem. The fiber is inserted into the zoom lens from behind and the fiber end points forward towards the workpiece. The fiber end can project something out of the zoom lens.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das objektseitige Ende der optischen Faser in der Öffnung der ersten Zoomlinse fixiert ist. Dadurch kann die Verschiebung der Faser durch die Verschiebung der Zoomlinse erfolgen und eine zusätzliche Positioniereinheit entfallen.Preferably, it is provided that the object-side end of the optical fiber is fixed in the opening of the first zoom lens. As a result, the displacement of the fiber can be effected by the displacement of the zoom lens and an additional positioning unit can be dispensed with.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der optische Abstandsensor ein chromatischer Abstandsensor, vorzugsweise chromatisch konfokaler Abstandsensor ist und zumindest eine Linse des Linsenvorsystems einen Farbfehler (chromatische Aberration) aufweist.In particular, the invention is characterized in that the optical distance sensor is a chromatic distance sensor, preferably a chromatically confocal distance sensor, and at least one lens of the lens presystem has a chromatic aberration.

Nachteilig bei bekannten chromatischen Abstandsensoren ist auch, dass die Lage der bildseitigen Fokusebene bei chromatischen Optiken, die eine chromatisch Aberration also einen gezielten Farbfehler aufweisen, leicht wellenlängenabhängig sein kann. Dies kann insbesondere dann auftreten, wenn aufgrund der sich überlagernden Farbfehler der Linsen (Dupletts oder Tripletts) kein monotoner wellenlängenabhängiger Verlauf der objektseitigen Fokusweite vorliegt. Hierdurch wird der vom zu messenden Werkstück reflektierte Messstrahl nicht ideal in die Messfaser des chromatischen Sensors zurück eingekoppelt, aus der der Messstrahl abgegeben wurde. Es geht dadurch Signalstärke verloren. Außerdem verändern sich die Signalstärken der Wellenlängenanteile zueinander, was zu Messfehlern führt.A disadvantage of known chromatic distance sensors is also that the position of the image-side focal plane in chromatic optics, which have a chromatic aberration so a targeted color error, can be easily wavelength dependent. This can occur in particular if, due to the overlapping chromatic aberrations of the lenses (doublets or triplets), there is no monotone wavelength-dependent course of the object-side focal length. As a result, the measuring beam reflected from the workpiece to be measured is not ideally coupled back into the measuring fiber of the chromatic sensor from which the measuring beam was emitted. Signal strength is lost as a result. In addition, the signal strengths of the wavelength components change with each other, which leads to measurement errors.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen optischen Sensorkopf so auszubilden, dass mit einem integrierten chromatischen Abstandsensor als optischen Abstandsensor besonders genau gemessen werden kann.Another object of the present invention is therefore to design an optical sensor head so that it can be measured particularly accurately with an integrated chromatic distance sensor as an optical distance sensor.

Zur Lösung sieht die Erfindung deshalb auch vor, dass eine Linse eines Vorlinsensystems, welches objektseitig der Einspiegelung des Messstrahls des chromatischen Sensors in die Optik angeordnet ist, in Abbildungsrichtung verschiebbar oder als in ihrer Brennweite einstellbare Linse wie Flüssiglinse ausgebildet ist, um die Fokussierung (Nachfokussierung) des vom Werkstück am stärksten reflektierten Anteils des Messstrahls (6a) in das objektseitige Faserende (7b) zu realisieren.To solve the invention therefore also provides that a lens of a Vorlinsensystems, which is the object side of the reflection of the measuring beam of the chromatic sensor is arranged in the optics, displaceable in the imaging direction or as adjustable in their focal length lens such as liquid lens to the focusing (refocusing ) of the workpiece most strongly reflected portion of the measuring beam (6a) in the object-side fiber end (7b) to realize.

Hierbei ist auch vorgesehen, dass berücksichtigt wird, dass eine bildseitig Änderung der Fokusweite ebenfalls zu einer objektseitig geänderten Fokusweite führt, also zu einem geänderten Arbeitsabstand. Die Kennlinie des chromatischen Sensors ist also in Abstandsrichtung verschoben. Während der Messung verschiebt sich durch die Nachfokussierung die vom Werkstück am stärksten reflektierte Wellenlänge selbst im Maße der Nachfokussierung, so dass sich die bildseitig zu fokussierende Wellenlänge auch verschiebt und iterativ der optimale Zustand gefunden werden muss. Der Effekt kann durch vorheriges Einmessen bestimmt und bei der Messung berücksichtigt werden.In this case, it is also provided that it is taken into account that a change in focus on the image side likewise leads to an object-side changed focal length, that is to say to a changed working distance. The characteristic of the chromatic sensor is thus shifted in the distance direction. During the measurement, the refocussing shifts the wavelength which is most strongly reflected by the workpiece to the extent of refocussing, so that the wavelength to be focussed on the image side also shifts and the optimal state must be found iteratively. The effect can be determined by prior measurement and taken into account during the measurement.

Als in ihrer Brennweite einstellbare Linse werden beispielsweise Flüssiglinsen (fluid lens) bzw. Flüssigkeitslinsen, sogenannte TAG Linsen (Linsen mit abstimmbarem akustischem Gradienten-Brechungsindex) verstanden, die auch als LC-Linsen (Linsen mit variabler Brennweite) oder VFL-Linsen bezeichnet werden und deren Brennweite elektronisch steuerbar ist.As the focal length adjustable lens, for example, fluid lens (liquid lens) or so-called TAG lenses (lenses with tunable acoustic gradient refractive index) understood, which are also referred to as LC lenses (lenses with variable focal length) or VFL lenses and whose focal length is electronically controllable.

Die Erfindung sieht zur Lösung also auch einen optischen Sensorkopf vor, der eine Optik und einen als chromatischen Abstandsensor ausgeführten optischen Abstandsensor aufweist, der vorzugsweise ein chromatisch konfokalen Abstandsensor ist, dessen Messstrahl, ausgehend von einem Faserende in die Optik eingespiegelt ist, vorzugsweise mittels eines Strahlteilers, und wobei objektseitig der Einspiegelung eine Linse eines Linsenvorsystems mit einem Farbfehler (chromatische Aberration) angeordnet ist, und vorzugsweise bildseitig der Einspiegelung ein Zoomlinsensystem angeordnet ist, und sich dadurch auszeichnet, dass das Vorlinsensystem eine Linse aufweist, die in Abbildungsrichtung verschiebbar oder als in ihrer Brennweite einstellbare Linse wie Flüssiglinse und zur Fokussierung des vom Werkstück am stärksten reflektierten Anteils des Messstrahls in das objektseitige Faserende ausgebildet ist.Thus, the invention also provides for an optical sensor head which has an optical system and an optical distance sensor designed as a chromatic distance sensor, which is preferably a chromatically confocal distance sensor whose measuring beam is reflected into the optical system from a fiber end, preferably by means of a beam splitter , and wherein on the object side of the reflection, a lens of a lens aberration system with a chromatic aberration is arranged, and preferably on the image side of the reflection a zoom lens system is arranged, and characterized in that the lens system comprises a lens which displaceable in the imaging direction or as in their Focal length adjustable lens like Liquid lens and for focusing the most highly reflected from the workpiece portion of the measuring beam is formed in the object-side fiber end.

Die folgenden Erweiterungen und später genannten Verfahren sind gleichermaßen anwendbar auf den direkt zuvor genannt Sensorkopf, aber auch den vorher genannten Sensorkopf, bei dem eine Linse des Zoomlinsensystems eine zentrale Öffnung zur Zuführung der den Messstrahl eines optischen Abstandsensors führenden optischen Faser aufweist.The following extensions and methods mentioned later are equally applicable to the sensor head mentioned immediately above, but also to the aforementioned sensor head in which a lens of the zoom lens system has a central opening for supplying the optical fiber guiding the measurement beam of an optical distance sensor.

Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass der optische Sensorkopf einen Bildverarbeitungssensor, bestehend zumindest aus der Optik und einer Bilderfassungseinheit wie CCD- oder CMOS-Kamera, umfasst, wobei Strahlengänge des Bildverarbeitungssensors und des optischen Abstandsensors gemeinsames Linsenvorsystem durchlaufen. Zwischen Zoomlinsensystem und Kamera sind beispielsweise weitere Abbildungslinsen vorgesehen.Preferably, the invention provides that the optical sensor head comprises an image processing sensor, comprising at least the optics and an image acquisition unit such as CCD or CMOS camera, wherein beam paths of the image processing sensor and the optical distance sensor undergo a common lens presystem. Between zoom lens system and camera, for example, further imaging lenses are provided.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die Linsen des Zoomlinsensystems ausgebildet sind, derart in Abbildungsrichtung verstellt zu werden, dass objektseitiger Arbeitsabstand und Abbildungsmaßstab der Optik für den Bildverarbeitungssensor unabhängig voneinander einstellbar sind.It should also be emphasized that the lenses of the zoom lens system are designed to be adjusted in the imaging direction in such a way that the object-side working distance and the image scale of the optics for the image processing sensor can be set independently of one another.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zumindest eine der Zoomlinsen des Zoomlinsensystems und/oder zumindest eine der Linsen des Linsenvorsystems als in ihrer Brennweite einstellbare Linse wie Flüssigkeitslinse ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine besonders schnelle Anpassung erzielen, die beispielsweise beim Einsatz des optischen Abstandsensors im Scanningbetrieb benötigt wird. Wird eine Linse des Zoomlinsensystems als Flüssigkeitslinse ausgebildet, ist dadurch das schnelle Umschalten zwischen verschiedenen Abbildungsmaßstäben und Arbeitsabständen möglich. Wird eine Linse als in ihrer Brennweite einstellbar ausgebildet, die in Bezug auf die erste Zoomlinse, der die optische Faser zugeführt ist, objektseitig angeordnet ist oder die in Bezug auf die Einspiegelung objektseitig angeordnet ist, dann lässt sich durch die Ansteuerung dieser Linse die Fokussierung des vom Werkstück zurückkommenden Messstrahls des optischen Abstandsensors in die optische Faser sehr schnell realisieren. Diese Linse kann eine Linse des Linsenvorsystems oder des Zoomlinsensystems sein. Diese Fokussierung ist unter Umständen und beispielsweise beim Einsatz im Scanningbetrieb notwendig, weil, wie bereits zuvor erwähnt, die bildseitige Fokusebene bei chromatischen Optiken wellenlängenabhängig sein kann.In particular, the invention is characterized in that at least one of the zoom lenses of the zoom lens system and / or at least one of the lenses of the lens presystem is designed as a lens adjustable in its focal length, such as a liquid lens. This makes it possible to achieve a particularly rapid adaptation, which is required, for example, when using the optical distance sensor in scanning operation. If a lens of the zoom lens system is formed as a liquid lens, thereby the rapid switching between different magnifications and working distances is possible. If a lens is designed to be adjustable in its focal length, which is arranged on the object side relative to the first zoom lens to which the optical fiber is fed or which is arranged on the object side with respect to the reflection, then the focusing of the lens can be achieved by driving this lens From the workpiece returning measuring beam of the optical distance sensor in the optical fiber realize very quickly. This lens may be a lens of the lens presystem or the zoom lens system. Under certain circumstances, this focusing may be necessary, for example, when used in scanning mode, because, as already mentioned above, the image-side focal plane in the case of chromatic optics can be wavelength-dependent.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Optik Einspiegelung für eine Hellfeldbeleuchtung und/oder Markenprojektion und/oder weiteren optischen Abstandsensor wie Abstandsensor nach dem Foucaultschen Prinzip, und/oder Filter und/oder Blenden aufweist.Preferably, it is provided that the optics have reflection for a bright field illumination and / or brand projection and / or further optical distance sensor such as distance sensor according to the Foucault principle, and / or filters and / or diaphragms.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der optische Sensorkopf in ein Koordinatenmessgerät integriert, dass insbesondere Messachsen aufweist.In a particularly preferred embodiment, the optical sensor head is integrated in a coordinate measuring machine, which in particular has measuring axes.

Aufgabe der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen optischen Sensorkopfes für die Messung mit einem Bildverarbeitungssensor und dem optischen Abstandsensor auszulegen.The object of the invention is also to design a method for operating such an optical sensor head for the measurement with an image processing sensor and the optical distance sensor.

Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen optischen Sensorkopfes für die Messung mit einem Bildverarbeitungssensor und dem optischen Abstandsensor vor, indem das objektseitiges Ende der Faser die eine oder mehreren Zoomlinsen in Abbildungsrichtung in Stellungen verschoben werden, die wahlweise die Messung mit dem optischen Abstandsensor oder dem Bildverarbeitungssensor erlauben. To solve the invention, the invention also provides a method for operating such an optical sensor head for the measurement with an image processing sensor and the optical distance sensor by the object-side end of the fiber, the one or more zoom lenses are moved in the imaging direction in positions, optionally the measurement with the allow optical distance sensor or the image processing sensor.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, bei der Messung mit dem optischen Abstandsensor oder der Vorbereitung der Messung mit dem optischen Abstandsensor die Werkstückoberfläche mit dem Bildverarbeitungssensor zu beobachten, insbesondere den durch den Abstandsensor erfassten Oberflächenbereich des Werkstücks, wobei bevorzugt der Auftreffpunkt des Messstrahls des optischen Abstandsensors auf der Werkstückoberfläche im vom Bildverarbeitungssensor aufgenommenen Bildern sichtbar ist, um beispielsweise die zu messende Stelle auf der Werkstückoberfläche einzustellen.According to the invention, it is also provided to observe the workpiece surface with the image processing sensor during the measurement with the optical distance sensor or the preparation of the measurement with the optical distance sensor, in particular the surface area of the workpiece detected by the distance sensor, the point of impact of the measuring beam of the optical distance sensor preferably being on the Workpiece surface is visible in the images recorded by the image processing sensor, for example, to adjust the point to be measured on the workpiece surface.

Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück, insbesondere Bestimmung von Messpunkten unter Verwendung der zuvor genannten Vorrichtung vor, das sich dadurch auszeichnet, dass wahlweise entweder objektseitiges Ende der Faser, vorzugsweise gemeinsam mit der ersten Zoomlinse, in Abbildungsrichtung in eine erste Stellung verschoben wird, in der das objektseitige Ende der Faser im bildseitigen Brennpunkt des Linsenvorsystems angeordnet ist, um Messpunkte mit dem optischen Abstandsensor aufzunehmen, oder die eine oder mehreren Zoomlinsen in Abbildungsrichtung in Stellungen verschoben werden, um Arbeitsabstand und/oder Abbildungsmaßstab für den Bildverarbeitungssensor einzustellen und mit dem Bildverarbeitungssensor Konturen des Werkstücks erfasst und daraus Messpunkte bestimmt werden oder mit dem Bildverarbeitungssensor mittels Fokusvariationsverfahren Bilder des Werkstücks in unterschiedlichen Entfernungen zwischen Werkstück und objektseitigem Brennpunkt der Optik erfasst und durch Kontrast- oder Helligkeitsauswertung Messpunkte bestimmt werden.The invention provides for the solution a method for the determination of geometric features on a workpiece, in particular determination of measuring points using the aforementioned device, which is characterized in that either either object-side end of the fiber, preferably together with the first zoom lens, in the imaging direction is shifted to a first position, in which the object-side end of the fiber is arranged in the image-side focal point of the lens presystem to record measuring points with the optical distance sensor, or the one or more zoom lenses are moved in the imaging direction in positions to working distance and / or magnification for adjust the image processing sensor and detected with the image processing sensor contours of the workpiece and measuring points are determined or with the image processing sensor by means of focus variation method images of the workpiece at different distances between Werkstü ck and Object focal point of the optics detected and determined by contrast or brightness evaluation measurement points.

Hierbei ist erwähntermaßen zu beachten, dass auch die Lage der bildseitigen Fokusebene bei chromatischen Optiken, die eine chromatisch Aberration also einen gezielten Farbfehler aufweisen, leicht wellenlängenabhängig sein kann. In diesem Fall ergeben sich mehrere Möglichkeiten für die Positionierung des objektseitigen Faserendes in den bildseitigen Brennpunkt des Linsenvorsystems. Nach einer ersten Vorgehensweise ist vorgesehen, das Faserende im Bereich der Fokuseben einer zentralen Wellenlänge zu positionieren und während der Messung zu belassen. Hierdurch ist eine besonders genaue Messung nur dann möglich, wenn sich der jeweils erfasste Bereich der Werkstückoberfläche in der objektseitigen Brennebene befindet. Um dies zu erreichen, wird für die Messung eine entsprechende Einstellung vorgenommen, indem der Abstand zwischen optischem Sensorkopf und Werkstück eingestellt bzw. geregt wird, beispielsweise mittel der Messachsen eines Koordinatenmessgerätes, in das der optische Sensorkopf integriert ist, oder indem die Brennweite der Optik eingestellt wird. Eine genaue Messung ist auch möglich, indem der Messbereich des optischen Abstandsensors in Abbildungsrichtung künstlich verkleinert wird. Eine zweite Vorgehensweise sieht vor, dass das Faserende der bildseitigen Fokusebene entsprechend der jeweils stärksten Wellenlänge nachgeführt wird, oder anders herum, die bildseitige Fokusebene auf die Lage des Faserendes nachgeregelt wird. Hierzu kann entweder die das Faserende aufnehmende Linse bewegt werden (oder das Faserende selbst, sofern dieses nicht von einer Linse ausgenommen wird) oder die Lage der Fokusebene selbst wird auf die feste Lage des Faserendes angepasst, indem zumindest die Brennweite einer der Linsen des Linsenvorsystems angepasst wird, wobei dies bevorzugt erfolgt, indem eine eine variable Brennweite aufweisende Linse wie Flüssiglinse eingesetzt wird. Diese Vorgehensweise erlaubt insbesondere den Betrieb des optischen Abstandsensors bei kontinuierlicher Datenaufnahme und Verschiebung des Werkstücks relativ zum optischen Sensorkopf quer zur Abbildungsrichtung (Scanningbetrieb).It should be noted that it should be noted that the position of the image-side focal plane in chromatic optics, which have a chromatic aberration so a targeted color error, can be slightly wavelength dependent. In this case, there are several possibilities for the positioning of the object-side fiber end in the image-side focal point of the lens presystem. According to a first procedure, it is provided to position the fiber end in the region of the focal plane of a central wavelength and to leave it during the measurement. As a result, a particularly accurate measurement is only possible if the respectively detected area of the workpiece surface is located in the object-side focal plane. To achieve this, a corresponding adjustment is made for the measurement by adjusting or moving the distance between the optical sensor head and the workpiece, for example by means of the measuring axes of a coordinate measuring machine in which the optical sensor head is integrated or by adjusting the focal length of the optical system becomes. An accurate measurement is also possible by artificially reducing the measuring range of the optical distance sensor in the imaging direction. A second approach provides that the fiber end of the image-side focal plane is tracked according to the respective strongest wavelength, or the other way around, the image-side focal plane is readjusted to the position of the fiber end. For this purpose, either the fiber end receiving lens can be moved (or the fiber end itself, unless this is excluded from a lens) or the position of the focal plane itself is adapted to the fixed position of the fiber end by adjusting at least the focal length of the lenses of the lens system This is preferably done by using a variable focal length lens such as liquid lens. This procedure allows in particular the operation of the optical distance sensor with continuous data acquisition and displacement of the workpiece relative to the optical sensor head transversely to the imaging direction (scanning operation).

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass während der Messung mit dem als chromatischer Abstandsensor ausgebildeten optischem Abstandsensor, das den vom Werkstück reflektierten Messstrahl aufnehmende Faserende in Abbildungsrichtung der Optik der Lage des wellenlängenabhängigen bildseitigen Brennpunkts des den Messstrahl auf das Werkstück abbildenden Linsenvorsystems oder der wellenlängenabhängige bildseitige Brennpunkt des Linsenvorsystems in Abbildungsrichtung der Lage des Faserendes für die Wellenlänge (Farbe) des jeweils vom Messobjekt bzw. Werkstück am stärksten reflektierten Anteils des Messstrahls nachgeführt wird, wobei der optische Abstandsensor vorzugsweise im Scanningbetrieb betrieben wird.In particular, the invention is characterized in that during the measurement with the formed as a chromatic distance sensor optical distance sensor, the measuring beam reflected from the workpiece receiving fiber end in the imaging direction of the optics of the position of the wavelength-dependent image-side focal point of the measuring beam on the workpiece imaging lens precursor or the wavelength-dependent Image-side focal point of the lens leading system in the imaging direction of the position of the fiber end for the wavelength (color) of each of the measurement object or workpiece most reflected portion of the measuring beam is tracked, wherein the optical distance sensor is preferably operated in the scanning mode.

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung von Konturen, insbesondere Konturpunkten bzw. Messpunkten, an einem Messobjekt, insbesondere Werkstück, mittels Bildverarbeitung, insbesondere 2D-Bildverarbeitung.The subject matter of an independent invention is a method for determining contours, in particular contour points or measuring points, on a measuring object, in particular a workpiece, by means of image processing, in particular 2D image processing.

Die US 4 710 876 beschreibt die als Marching Cube bekannte Methode, bei der aus dreidimensionalen Voxeldaten, stammend aus einer das Objekt durchstrahlenden Computertomographie, subvoxelgenau Konturpunkte bestimmt werden. Der Algorithmus durchsucht mit einem einheitlichen und damit leicht zu programmierenden und effizienten Algorithmus das gesamte Voxelvolumen mittels eines einzigen Schwellwertes. Nachteilig ist jedoch, dass lokale Abbildungsfehler zu Abweichungen führen.The US 4,710,876 describes the method known as the marching cube, in which three-dimensional voxel data, originating from a computed tomography radiographing the subject, are used to determine subvoxel-precise contour points. The algorithm searches the entire voxel volume with a single, easy-to-program and efficient algorithm using a single threshold. The disadvantage, however, is that local aberrations lead to deviations.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Ermittlung der Lage von Konturpunkten mit hoher Auflösung sind für dreidimensionale Voxeldaten, stammend aus einer das Objekt durchstrahlenden Computertomographie in der EP 1 861 822 A1 beschrieben. Hierin wird zunächst mittels eines vom Bediener vorgegebenen Schwellwertes eine Segmentierung in Objekt- und Hintergrundbereich vorgenommen, zum Beispiel mittels der „Marching Cube“ Methode, und dann die Lage der Konturpunkte subvoxelgenau durch Interpolation entlang mehrerer Suchstrahlen durch die Übergangsbereiche zwischen Objekt und Hintergrund berechnet, um lokale Abbildungsfehler zu berücksichtigen. Die Auswertung einer Vielzahl von Suchstrahlen ist aufwändig und führt zu inhomogenen Ergebnissen, insbesondere einem unregelmäßigen Konturpunkteabstand bzw. -muster und fehlenden Nachbarschaftszuordnungen zwischen den Konturpunkten. Hierdurch ist es beispielsweise nicht mehr möglich, geschlossene, vernetzte Oberflächendarstellungen zu erzeugen.Another known method for determining the position of contour points with high resolution are for three-dimensional voxel data, originating from a computed tomography radiographing the object in the EP 1 861 822 A1 described. Here, a segmentation in the object and background area is first performed by means of a threshold value specified by the operator, for example by means of the "marching cube" method, and then the position of the contour points is calculated subvoxel accurately by interpolation along several search beams through the transition areas between object and background to consider local aberrations. The evaluation of a multiplicity of search beams is laborious and leads to inhomogeneous results, in particular an irregular contour point spacing or pattern and a lack of neighborhood assignments between the contour points. As a result, it is no longer possible, for example, to create closed, networked surface representations.

Die DE102013109632.8 der Anmelderin beschreibt ein dreidimensionale Voxelvolumen, stammend aus einer das Objekt durchstrahlenden Computertomographie, untersuchendes Verfahren, bei dem die beiden zuvor genannten Methoden kombiniert werden, um global subvoxelgenau, einfach und schnell mit der „Marching Cube“ Methode vernetzte Oberflächendarstellungen zu erzeugen und dennoch lokale Abbildungsfehler berücksichtigend aus dreidimensionalen Voxeldaten Konturpunkte bestimmen zu können. Auf den Inhalt wird hier vollumfänglich Bezug genommen.The DE102013109632.8 The applicant describes a three-dimensional voxel volume, originating from a computed tomography radiographing the object, in which the two aforementioned methods are combined in order to generate globally subvoxel-accurate, simple and fast cross-linked surface displays using the marching cube method and yet local aberrations to be able to determine contour points from three-dimensional voxel data. The content is referred to in full.

Nachteilig ist jedoch, dass entsprechende Algorithmen nicht für zweidimensionale Bilddaten vorliegen, eine Anwendung für die klassische 2D-Bildverarbeitung also nicht möglich ist. Insbesondere lokale Beleuchtungsvariationen können damit nicht kompensiert werden.The disadvantage, however, is that corresponding algorithms are not available for two-dimensional image data, an application for the classical 2D Image processing is not possible. In particular, local lighting variations can not be compensated.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, besonders genau und dennoch schnell mit Bildverarbeitung Konturpunkte bzw. Messpunkte an einem Werkstück zu messen und dabei lokale Abbildungsfehler zu berücksichtigen. Insbesondere sollen geschlossene Konturen (Konturzüge aus Konturpunkten) mit eindeutiger Nachbarschaftszuordnung erzeugt werden.A further object of the present invention is therefore to measure contour points or measuring points on a workpiece particularly accurately and nevertheless quickly with image processing and thereby to take account of local aberrations. In particular, closed contours (contour curves from contour points) with a unique neighborhood assignment should be generated.

Zur Lösung sieht die Erfindung im Wesentlichen folgende erfinderischen Schritte vor. Zunächst wird ein der dreidimensional arbeitenden „Marching Cube“ Methode vergleichbarer globaler Algorithmus bzw. Operator (auch bekannt als „Marching Square“) zur subpixelgenauen Bestimmung von Konturpunkten an 2D-Bildern vorgeschlagen. Dieser arbeitet mit einem einzigen, globalen Schwellwert und durchsucht die Grauwertamplituden der Pixel des zu untersuchende 2D-Bildes, anstatt 3D-Voxelvolumendaten, wird also um eine Dimension eingeschränkt. Hierdurch lassen sich erste Konturpunkte erzeugen, die jedoch noch keine lokalen Abbildungsfehler bzw. im Falle der Bildverarbeitung insbesondere lokale Beleuchtungsvariationen berücksichtigen, also noch ungenau in ihrer Lage sein können. Im nächsten Schritt werden in der lokalen Umgebung dieser Konturpunkte die Grauwertamplituden der Pixel des Bildes entsprechend der lokal vorliegenden Verhältnisse angepasst und dann mittels einer erneuten Anwendung eines globalen Operators wie „Marching Square“ zweite, verbesserte Konturpunkte berechnet. Der letzte Schritt ermöglicht die Erzeugung einer geschlossenen Kontur (Konturzug). Die lokale Anpassung der Grauwertamplituden berücksichtigt einerseits die lokal unterschiedlichen Abbildungsfehler und lokal variierenden Beleuchtungsverhältnisse und ermöglicht andererseits die nachfolgende Anwendung eines globalen Operators mit nur einem einzigen Schwellwert, wodurch eine einfache Berechnung möglich ist. Im Ergebnis der erneuten Anwendung des globalen Operators entstehen dann die gleichen Oberflächenpunkte, wie bei der lokalen Untersuchung der Grauwertamplituden mit Suchstrahlen entstanden wären. Dies ist nicht nur mathematisch einfacher umsetzbar, sondern erübrigt auch die Definition von Profillinien (Suchstrahlen), ohne das der Vorteil der lokalen subpixelgenauen Bestimmung von Oberflächenpunkten verloren geht. Zudem bleibt bei der erfinderischen Idee die Möglichkeit erhalten, die örtliche Auflösung der Konturpunkte und damit die Anzahl der Konturpunkte bzw. Dichte der von den Konturpunkten definierten Kantenbeschreibung, über das nach der Anwendung des ersten globalen Operators vorgegebene Maß hinaus zu erhöhen.To solve the invention essentially provides the following inventive steps. First of all, a comparable global algorithm or operator (also known as "marching square") for subpixel-accurate determination of contour points on 2D images is proposed for the three-dimensional "marching cube" method. This works with a single, global threshold and searches the gray-scale amplitudes of the pixels of the 2D image to be examined, instead of 3D voxel volume data, so it is limited by one dimension. As a result, it is possible to generate first contour points which, however, do not yet take into account local aberrations or, in the case of image processing, in particular local illumination variations, that is, they may still be inaccurate in their position. In the next step, the gray scale amplitudes of the pixels of the image are adjusted in the local environment of these contour points in accordance with the local conditions, and then second, improved contour points are calculated by means of a renewed application of a global operator such as "Marching Square". The last step enables the generation of a closed contour (contour definition). The local adaptation of the gray value amplitudes takes into account, on the one hand, the locally different aberrations and locally varying illumination conditions and, on the other hand, allows the subsequent application of a global operator with only a single threshold value, whereby a simple calculation is possible. As a result of the reapplication of the global operator, the same surface points are created as would have been the result of local examination of the gray scale amplitudes using search beams. This is not only mathematically easier to implement, but also eliminates the definition of profile lines (search beams), without losing the advantage of local subpixel accurate determination of surface points. In addition, in the inventive idea, the possibility remains of increasing the local resolution of the contour points and thus the number of contour points or density of the edge description defined by the contour points, beyond the amount predefined after the application of the first global operator.

Ein weiterer erfinderischer Schritt beschreibt eine Möglichkeit zur Erhöhung der örtlichen Auflösung der ersten Konturpunkte, wiederum basierend auf der Anwendung eines globalen Operators, durch anschließende Erhöhung der Auflösung der Pixel des Bildes, insbesondere durch Interpolation von örtlichen Zwischenpunkten zur Verringerung des Abstandes der Pixelmittenabstände. Zur Reduktion der Datenmenge und Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit ist jedoch auch eine Verringerung der Auflösung möglich. Die Erhöhte Auflösung bleibt dabei auf die Umgebung der ersten Konturpunkte beschränkt, um Speicher- und Rechenzeit einzusparen. Diese Begrenzung ist zulässig, da der Bereich der Objektkanten durch die ersten Konturpunkte bereits komplett erfasst ist und in der weiteren Vorgehensweise nur noch dieser ausgewählte Bereich der Bildpixel untersucht werden muss. Mit der veränderten Auflösung können nun die bekannten Schritte der Anwendung des globalen Operators zur Erzeugung der verbesserten Konturpunkte und einer geschlossenen Kontur, oder der lokalen Untersuchung mittels lokalen Operators zur Erzeugung von verbesserten Konturpunkten, die die lokalen Abbildungsfehler und Beleuchtungsvariationen berücksichtigen, erfolgen. Sollen alle diese Vorteile gleichzeitig erzielt werden, wird das zumindest teilweise in der Auflösung veränderte Bild für die lokale Anpassung der Grauwertamplituden der Pixel entsprechend des vorherigen erfinderischen Schrittes verwendet, die beiden erfinderischen Schritte also kombiniert.Another inventive step describes a way to increase the spatial resolution of the first contour points, again based on the application of a global operator, by subsequently increasing the resolution of the pixels of the image, in particular by interpolating local intermediate points to reduce the pitch of the pixel center distances. To reduce the amount of data and increase the processing speed, however, a reduction of the resolution is possible. The increased resolution remains limited to the environment of the first contour points in order to save storage and computing time. This limitation is permissible since the area of the object edges is already completely covered by the first contour points and in the further procedure only this selected area of the image pixels must be examined. With the modified resolution, the known steps of applying the global operator to generate the improved contour points and a closed contour, or the local investigation by local operator to generate improved contour points that take into account the local aberrations and illumination variations, can now take place. If all these advantages are to be achieved simultaneously, the image, which is at least partially changed in resolution, is used for the local adaptation of the gray-scale amplitudes of the pixels corresponding to the previous inventive step, thus combining the two inventive steps.

Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Ermittlung von Konturen, insbesondere Konturpunkten, an einem Messobjekt, insbesondere Werkstück durch Bildverarbeitung insbesondere 2D-Bildverarbeitung, vor, wobei aus den Grauwerten der Pixel des jeweiligen Bildes (Grauwertamplituden) die Konturen bzw. Konturpunkte mit höherer Auflösung der Konturpunktepositionen als durch die Pixelmittenabstände des Bildes bestimmt und/oder unter Berücksichtigung der Grauwerte in der Umgebung des jeweiligen Konturpunktes, ermittelt werden, indem zunächst die Positionen erster Konturpunkte bestimmt werden, indem auf die Grauwerte aller oder eines Teils der Pixel des Bildes zumindest ein erster globaler Operator, vorzugsweise globaler Schwellwertoperator oder globaler differentieller Operator, angewendet wird und der verwendete globale Schwellwert bzw. die globale Schwellwertamplitude zur Verfügung gestellt wird, dass sich dadurch auszeichnet, dass im Anschluss daran auf den Bereich des Bildes in den lokalen Umgebungen der ersten Konturpunkte folgende Schritte angewendet werden:

  • - Bestimmung jeweils zumindest einer lokalen Referenzgrauwertamplitude aus den Grauwertamplituden der Pixel in der Umgebung der ersten Konturpunkte und vorzugsweise zumindest einer globalen Referenzgrauwertamplitude aus den Grauwertamplituden der Pixel des Bildes,
  • - Anpassung der Grauwerte der Pixel, wobei die Grauwerte der Pixel in jeweils der lokalen Umgebung der ersten Konturpunkte unter Verwendung zumindest der lokalen Referenzgrauwertamplituden normiert werden, vorzugsweise so, dass mit einem globalen Operator, wie globaler Schwellwertoperator oder globaler differentieller Operator, die gleichen zweiten Konturpunkte berechenbar sind, wie durch Anwendung der jeweils lokalen Referenzgrauwertamplituden als Schwellwert für einen lokalen Operator, wie lokaler Schwellwertoperator oder lokaler differentieller Operator
  • - Anwendung zumindest eines zweiten globalen Operators, vorzugsweise globalen Schwellwertoperators oder globalen differentiellen Operators, auf die angepassten Grauwerte aller oder eines Teils der Pixel des Bildes zur Bestimmung zweiter Konturpunkte
  • - Verwendung der ermittelten zweiten Konturpunkte als Konturen bzw. Konturpunkte.
The invention provides for the solution a method for determining contours, in particular contour points, on a measurement object, in particular a workpiece by image processing, in particular 2D image processing, wherein the contours or contour points of higher resolution are obtained from the gray values of the pixels of the respective image (gray value amplitudes) the contour point positions are determined as determined by the pixel center distances of the image and / or taking into account the gray values in the environment of the respective contour point by first determining the positions of first contour points by applying to the gray values of all or part of the pixels of the image at least a first global operator, preferably global threshold operator or global differential operator, is applied and the global threshold value or the global threshold amplitude used is provided, which is characterized in that subsequently to the area of the image i The following steps are applied to the local environments of the first contour points:
  • Determining in each case at least one local reference gray-scale amplitude from the gray scale amplitudes of the pixels in the vicinity of the first contour points, and preferably at least a global reference gray value amplitude from the gray scale amplitudes of the pixels of the image,
  • Adjusting the gray values of the pixels, the gray values of the pixels in each of the local surroundings of the first contour points being normalized using at least the local reference gray value amplitudes, preferably such that with a global operator, such as global threshold operator or global differential operator, the same second contour points are calculable, such as by applying the respective local reference gray value amplitudes as a threshold for a local operator, such as local threshold operator or local differential operator
  • Apply at least one second global operator, preferably global threshold operator or global differential operator, to the adjusted gray values of all or part of the pixels of the image for determining second contour points
  • Use of the determined second contour points as contours or contour points.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die lokalen Referenzgrauwertamplituden durch Anwendung zumindest eines lokalen Operators bestimmt werden, der zumindest die minimale und/oder maximale Grauwertamplitude und/oder den Verlauf der Grauwertamplituden und/oder eine daraus berechnete Grauwertamplitude, aus den Grauwertamplituden in der Umgebung des jeweiligen ersten Konturpunktes ermittelt, vorzugsweise nach Anwendung einer Bildkorrektur und/oder Filterung, vorzugsweise Tiefpaßfilterung, der Grauwertamplituden.In particular, the invention is characterized in that the local reference gray value amplitudes are determined by applying at least one local operator, the at least the minimum and / or maximum gray scale amplitude and / or the course of the gray scale amplitudes and / or a gray value amplitude calculated therefrom, from the gray scale amplitudes in the Determined environment of the respective first contour point, preferably after applying an image correction and / or filtering, preferably low-pass filtering, the gray scale amplitudes.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Größe des lokalen Operators so eingestellt wird, dass zumindest der komplette Kantenübergang im Bereich des jeweiligen ersten Konturpunktes, lokal definiert durch den Abstand der hellsten bis zur dunkelsten Grauwertamplitude, erfasst wird.Preferably, it is provided that the size of the local operator is set such that at least the complete edge transition in the region of the respective first contour point, locally defined by the distance of the brightest to the darkest gray scale amplitude, is detected.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass eine lokale Referenzgrauwertamplitude festgelegt wird, durch:

  • - die gemittelte Grauwertamplitude oder
  • - die Hälfte der Summer der maximalen und minimalen Grauwertamplitude oder
  • - die Hälfte der Differenz aus maximaler und minimaler Grauwertamplitude
  • - und vorzugsweise zusätzliche Berücksichtigung eines Skalierungsfaktors und/oder eines konstanten Offsets, vorzugsweise der minimalen Grauwertamplitude
oder
  • - die Grauwertamplitude am Ort des größten Grauwertamplitudengradienten oder größter zweiter oder dritter Ableitung oder
  • - die Grauwertamplitude am steilsten Bereich, insbesondere Wendepunkt oder Maximum des lokalen Grauwertgradienten, oder am Bereich der größten zweiten oder dritten Ableitung, entlang einer durch die lokale Umgebung des jeweiligen Konturpunktes verlaufenden Profillinie oder
  • - die Grauwertamplitude am Ort der größten Korrelation, vorzugsweise größten Kreuzkorrelation, mit einer angenommenen Kantenfunktion und/oder
  • - die Grauwertamplitude an der durch ein CAD-Modell definierten Kante bzw. Kantenpunkt
im jeweils vom lokalen Operator überdeckten lokalen Bereich des Bildes.In particular, the invention is characterized in that a local reference gray value amplitude is determined by:
  • - the averaged gray value amplitude or
  • - half of the maximum and minimum gray scale amplitude or
  • - Half the difference between maximum and minimum gray value amplitude
  • - and preferably additional consideration of a scaling factor and / or a constant offset, preferably the minimum gray scale amplitude
or
  • the gray value amplitude at the location of the largest gray value amplitude gradient or the largest second or third derivative or
  • - The gray scale amplitude at the steepest area, in particular turning point or maximum of the local gray scale gradient, or at the area of the largest second or third derivative, along a running through the local environment of the respective contour point profile line or
  • the gray value amplitude at the location of the greatest correlation, preferably the largest cross correlation, with an assumed edge function and / or
  • the gray value amplitude at the edge or edge point defined by a CAD model
in each case covered by the local operator local area of the image.

Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass jeweils ein lokaler Kennwert berechnet wird, wobei als Kennwert eine der lokalen Referenzgrauwertamplituden oder ein funktioneller Zusammenhang zwischen mehreren lokalen Referenzgrauwertamplituden verwendet wird.Preferably, the invention provides that in each case a local characteristic value is calculated, wherein one of the local reference gray value amplitudes or a functional relationship between a plurality of local reference gray value amplitudes is used as the characteristic value.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass zur Normierung, die Grauwertamplituden der Pixel in der jeweiligen Umgebung um die ersten Konturpunkte, so erhöht oder verringert werden, dass sich die gleichen Positionen für die zweiten Konturpunkte durch Anwendung des globalen Operators, vorzugsweise Marching Square Operators unter Verwendung der globalen Schwellwertamplitude, ergeben, wie durch Anwendung des jeweiligen lokalen Operators.It should also be emphasized that in order to normalize, the grayscale amplitudes of the pixels in the respective surroundings around the first contour points are increased or decreased in such a way that the same positions for the second contour points are obtained by using the global operator, preferably marching square operator using the global threshold amplitude, as by applying the respective local operator.

Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass zur Normierung aus dem globalen und dem jeweils lokalen Kennwert, durch Quotientenbildung oder Differenzbildung, jeweils ein Skalierungsfaktor bzw. Offset berechnet wird, mit dem die Grauwertamplituden der Pixel in der jeweiligen Umgebung um die ersten Konturpunkte multipliziert werden bzw. der Offset addiert wird, wobei vorzugsweise die Skalierungsfaktoren bzw. Offsets, welche für benachbarte Pixel ermittelt wurden, gemittelt oder mit ihrem Abstand zum jeweiligen Pixel skaliert, zusätzlich anteilig angewendet werden.The invention is also distinguished by the fact that for normalization from the global and the respective local characteristic value, by quotient formation or subtraction, in each case a scaling factor or offset is calculated, with which the gray-scale amplitudes of the pixels in the respective surroundings around the first contour points are multiplied or the offset is added, wherein preferably the scaling factors or offsets, which were determined for adjacent pixels, averaged or scaled with their distance to the respective pixel, are additionally applied proportionally.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Verfahren in einem Koordinatenmessgerät eingesetzt wird, in dem ein Bildverarbeitungssensor integriert ist, wobei zur Aufnahme des auszuwertenden Bildes das Werkstück mittels Durchlicht, Hellfeldauflicht und/oder Dunkelfeldauflicht beleuchtet wird, vorzugsweise blitzförmig.In particular, the invention is characterized in that the method is used in a coordinate measuring machine, in which an image processing sensor is integrated, wherein for receiving the image to be evaluated, the workpiece is illuminated by transmitted light, bright field incident light and / or dark field reflected light, preferably in a flash.

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Anpassung einer Oberflächenbeschreibung eines Werkstücks oder Werkzeugs, bevorzugt CAD-Modell, besonders bevorzugt im Nurbs-Format, an eine Punktewolke, sowie Computerprogramm dazu. The subject matter of an independent invention is a method for adapting a surface description of a workpiece or tool, preferably a CAD model, particularly preferably in Nurbs format, to a point cloud, as well as a computer program for this purpose.

Nurbs (Non-uniform rational B-Splines, deutsch: nicht-uniforme rationale B-Splines) sind mathematisch definierte Kurven oder Flächen, die zur Modellierung beliebiger Formen verwendet werden. Ein Nurbs kann jeden beliebigen nicht-verzweigenden stetigen Linienzug darstellen. Sogenannte Kontrollpunkte sind stets entweder direkt mit der Kurve oder Fläche verbunden oder wirken, als ob sie mit einem Gummiband verbunden sind. Oberflächenbeschreibungen wie CAD-Modelle werden beispielsweise durch Nurbs modelliert. Verallgemeinert ist eine Beschreibung durch Bezier-Flächen (Bezier-Flächen und B-Spline-Flächen) möglich, die im Vergleich zu NURBS denselben Raum mit einer anderen Basis beschreiben. NURBS stellen also eine Untermenge der B-Spline-Flächen dar).Nurbs (Non-uniform rational B-splines) are mathematically defined curves or surfaces that are used to model arbitrary shapes. A nurbs can represent any non-branching continuous line. So-called control points are always either directly connected to the curve or surface or act as if they are connected to a rubber band. Surface descriptions such as CAD models are modeled by Nurbs, for example. In general, a description is possible through Bezier surfaces (Bezier surfaces and B-spline surfaces) that describe the same space with a different basis compared to NURBS. NURBS thus represent a subset of the B-spline surfaces).

Bekannten Verfahren zur Anpassung von CAD-Modellen zur Werkzeugkorrektur werden in der DE102015121582.9 der Anmelderin beschrieben, auf deren Inhalt hier vollumfänglich Bezug genommen wird. Darin wird unter anderem beschrieben, dass die Abweichungen zwischen den Solldaten eines Werkstücks, insbesondere einem gegebenen Oberflächenmodell wie CAD-Modell im beispielsweise Nurbs-Format oder auch daraus abgeleitete, STL-Format, welches also den Sollzustand eines herzustellenden Werkstücks darstellt, zu einer gemessenen Punktewolke am Werkstück bestimmt werden und diese Abweichungen für die Korrektur des Oberflächenmodells des Werkstücks verwendet werden oder für die Korrektur der Solldaten des Werkzeugs wie Oberflächenmodells des Werkzeugs, welches wiederum aus dem Oberflächenmodell des Werkstücks abgeleitet wird, verwenden werden. Hierzu müssen die Abweichungen gegebenenfalls invertiert, also an den ursprünglichen Solldaten gespiegelt werden. Wird beispielhaft ein Werkstück an einer bestimmten Stelle zu klein gefertigt, war das Werkzeug an der betreffenden Stelle offensichtlich zu groß. Wurde beispielhaft bei der Erzeugung des Werkzeugmodells das sozusagen invertierte Werkstückmodell zugrunde gelegt, war das Werkstückmodell an der betreffenden Stelle also zu klein und muss zur Korrektur an dieser Stelle vergrößert werden, damit ein entsprechend an dieser Stelle kleineres Werkzeug erstellt wird, beispielsweise durch Nachschleifen. Ein zu klein gefertigtes Werkstück führt hier also zu einer Vergrößerung der Solldaten. Zu klein gefertigt bedeutet, dass die Abweichungen zu den Solldaten ins Werkstückinnere zeigen. Vergrößerung der Solldaten bedeutet, dass die Korrekturen vom Werkstückinneren weg zeigen, also in entgegengesetzter, invertierter Richtung anzubringen, also an den Solldaten zu spiegeln sind. Wird direkt das Werkzeug korrigiert, entfällt diese Invertierung. Wird in einem Zwischenschritt ein Negativabbild des Werkzeugs (hier als Zwischenwerkzeug bezeichnet) erstellt, z. B. eine Elektrode zur Erodierung des Werkzeugs, invertieren sich zuvor genannte Überlegungen nochmals. Im weiteren wird zwischen der Korrektur der Werkzeug-Solldaten und der Zwischenwerkzeug-Solldaten nicht mehr unterschieden und für beide Fälle von den Werkzeug-Solldaten gesprochen.Known methods for adapting CAD models for tool correction are described in US Pat DE102015121582.9 described in the applicant, whose contents are fully incorporated herein by reference. It describes, inter alia, that the deviations between the desired data of a workpiece, in particular a given surface model such as CAD model in Nurbs format, for example, or also derived therefrom, STL format, which thus represents the desired state of a workpiece to be produced, to a measured point cloud be determined on the workpiece and these deviations are used for the correction of the surface model of the workpiece or for the correction of the target data of the tool as surface model of the tool, which in turn is derived from the surface model of the workpiece will use. If necessary, the deviations must be inverted, ie mirrored to the original setpoint data. If, for example, a workpiece is made too small at a certain point, the tool was obviously too large at the point concerned. If, for example, the so-called inverted workpiece model was used as the basis for the generation of the tool model, the workpiece model at the relevant point was too small and must be enlarged for correction at this point so that a smaller tool is created at this point, for example by regrinding. Too small a finished workpiece thus leads here to an increase in the target data. Too small means that the deviations from the target data point into the interior of the workpiece. Enlarging the setpoint data means that the corrections point away from the inside of the workpiece, ie in opposite, inverted direction, ie they have to be mirrored in the setpoint data. If the tool is corrected directly, this inversion is omitted. If a negative image of the tool (referred to here as an intermediate tool) is created in an intermediate step, for. As an electrode for eroding the tool, previously mentioned considerations invert again. Furthermore, no distinction is made between the correction of the tool setpoint data and the intermediate tool setpoint data, and the setpoint tool setpoint data is spoken for both cases.

Als Werkzeugkorrektur bezeichnet wird die Korrektur eines zur Herstellung eines Werkstücks verwendeten Werkzeugs wie beispielsweise Nachschleifen des Werkzeugs bzw. hier auch nur die Schritte zur Bestimmung der durchzuführenden Korrektur. Für die Herstellung des Werkzeugs selbst werden dabei im ersten Schritt die Werkzeug-Solldaten verwendet, die aus den Solldaten des herzustellenden Werkstücks abgeleitet werden.Tool correction is the correction of a tool used for the production of a workpiece, such as regrinding of the tool or here only the steps for determining the correction to be performed. For the production of the tool itself, the tool setpoint data, which are derived from the setpoint data of the workpiece to be produced, are used in the first step.

In den folgenden Korrekturschleifen werden dann die korrigierten Solldaten des Werkstücks zur Ermittlung korrigierter Werkzeug-Solldaten verwendet oder korrigierte Werkzeug-Solldaten direkt aus den gemessenen Abweichungen des Werkstücks erzeugt. Korrigiert wird also das Oberflächenmodell des Werkstücks und/oder des Werkzeugs.In the following correction loops, the corrected target data of the workpiece are then used to determine corrected tool setpoint data, or corrected tool setpoint data are generated directly from the measured deviations of the workpiece. Thus, the surface model of the workpiece and / or the tool is corrected.

Verfahren zur Werkzeugkorrektur sind beispielhaft auch in der EP2313867 für die Erzeugung der Punkte mit einem Computertomografen beschrieben.Methods for tool correction are also exemplary in the EP2313867 for generating the points with a computer tomograph.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Bestimmung der Oberflächenpunkte bevorzugt mit einem Koordinatenmessgerät mit taktiler und/oder optischer und/oder taktiloptischer und/oder computertomografischer Sensorik vorgesehen. Multisensor-Koordinatenmessgeräte mit mehreren dieser Sensoren werden dabei bevorzugt eingesetzt.In the context of the present invention, the determination of the surface points is preferably provided with a coordinate measuring machine with tactile and / or optical and / or tactile-optical and / or computer-tomographic sensors. Multi-sensor coordinate measuring machines with several of these sensors are preferably used.

Die beschriebenen Lösungen existieren jedoch nicht in einer einheitlichen Software, also als durchgängig bedienbare und somit komplett einlernbare Lösung. Ein automatischer CNC-Ablauf ist dadurch nicht möglich. Bei den bekannten Verfahren wird das CAD-Modell des Werkstücks zunächst durch ein separates CAD/CAM-Programmiersystem wie beispielsweise der Tebis Technische Informationssysteme AG mit Sitz in Martinsried bei München oder Delcam in ein Werkzeugmaschinenlesbares Format umgesetzt. Als Zwischenformat kann auch eine Oberflächenbeschreibung des Werkstücks bzw. Werkzeugs im STL-Format vorliegen. Insbesondere werden aus den Solldaten des Werkstücks die Solldaten des Werkzeugs erzeugt.However, the solutions described do not exist in a single software, ie as a consistently operable and thus completely teachable solution. An automatic CNC process is not possible. In the known methods, the CAD model of the workpiece is first implemented by a separate CAD / CAM programming system such as Tebis Technical Information Systems AG, based in Martinsried near Munich or Delcam in a machine-readable format. An intermediate format may also be a surface description of the workpiece or tool in STL format. In particular, the desired data of the tool are generated from the desired data of the workpiece.

Tebis ist eine CAD/CAM-Softwarelösung für z. B. Werkzeug-, Formen- oder Modellbau. Hauptsächlich werden mit der Software Werkzeugwege für die spanende Fertigung wie Bohren, Fräsen und Drehen, aber auch zum Draht- und Senkerodieren erzeugt. Die Werkzeugwege steuern mehrachsige CNC-Maschinen. Weitere Einsatzbereiche liegen in der Arbeitsvorbereitung, Konstruktion, Flächenrückführung, Qualitätskontrolle, CNC-Maschine und Bankmontage. Die Software verfügt über Schnittstellen für neutrale Datenformate ebenso wie für Dateiformate anderer Hersteller (STEP 203/214, VDA-FS, IGES, DXF, STL, Parasolid, CATIA V4/V5, Creo, SolidWorks, NX, JT, Nastran, Autoform) (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Tebis, Aufruf am 18.05.2017, 10:45 Uhr). Tebis is a CAD / CAM software solution for z. B. tool, mold or model. The software mainly produces toolpaths for cutting production such as drilling, milling and turning, as well as wire and sink EDM. The toolpaths control multi-axis CNC machines. Further areas of application are work preparation, design, reverse engineering, quality control, CNC machine and bank assembly. The software has interfaces for neutral data formats as well as for file formats from other manufacturers (STEP 203/214, VDA-FS, IGES, DXF, STL, Parasolid, CATIA V4 / V5, Creo, SolidWorks, NX, JT, Nastran, Autoform) ( Source: https://de.wikipedia.org/wiki/Tebis, call on 18.05.2017, 10:45 clock).

In einem integrierten oder weiteren separaten Schritt wird mittels eines Postprozessors von beispielsweise Siemens oder Fanuc im Ergebnis ein G-Code zur Steuerung der Werkzeugmaschine wie Fräsmaschine oder ähnliches erstellt, mit dem dann entweder direkt ein Werkzeug oder ein zur Herstellung des Werkzeug verwendetes Zwischenwerkzeug wie Elektrode für die Erodierung eines Werkzeugs hergestellt wird.In an integrated or further separate step, a G-code for controlling the machine tool such as milling machine or the like is created by means of a post-processor of, for example, Siemens or Fanuc, with which either directly a tool or an intermediate tool used to produce the tool such as electrode for the erosion of a tool is made.

Ein erstes Musterwerkstück (Meisterteil) oder ein Serienteil wird dann mittels eines Messgerätes, bevorzugt Koordinatenmessgerätes dimensionell untersucht, also gemessen. Hierzu wird eine wiederum separate Software eingesetzt, die beispielsweise vom Hersteller des Koordinatenmessgerätes stammt. Der Vergleich der Messergebnisse, wie Punktewolke mit dem ursprünglichen CAD-Modell erfolgt in der Regel mit der Koordinatenmessgerätesoftware. Separate Softwarelösungen hierzu existieren ebenfalls.A first sample workpiece (master part) or a series part is then dimensionally examined by means of a measuring device, preferably a coordinate measuring machine, ie measured. For this purpose, a separate software is again used, for example, comes from the manufacturer of the coordinate measuring machine. The comparison of the measurement results, such as point cloud with the original CAD model is usually done with the coordinate measuring machine software. Separate software solutions for this exist as well.

Insbesondere für die Anpassung der ursprünglichen Solldaten auf Basis der mit dem Koordinatenmessgerät bestimmten Abweichungen zwischen Messergebnis (Istdaten) und ursprünglichen Solldaten (z. B. CAD-Modell des Werkstücks) existieren keine einheitlichen Softwarelösungen. Es wird hier also ebenfalls eine separate Software wie beispielsweise Flächenrückführungs-Software benötigt, die Schnittstellen für die Messergebnisse des Koordinatenmessgerätes und die ursprünglichen Solldaten, sowie korrigierte Solldaten aufweisen muss. Somit sind in der Regel mindestens drei verschiedene Softwareprogramme und meist auch separate Hardware notwendig, um eine Werkzeugkorrektur durchzuführen. Ein automatischer CNC-Ablauf ist damit nicht möglich.In particular for the adaptation of the original target data based on the deviations between the measurement result (actual data) and the original target data (eg CAD model of the workpiece) determined with the coordinate measuring machine, there are no uniform software solutions. It is therefore also here a separate software such as reverse engineering software required, the interfaces for the measurement results of the coordinate measuring machine and the original target data, as well as corrected target data must have. Thus, at least three different software programs and usually separate hardware are usually required to perform a tool correction. An automatic CNC process is therefore not possible.

Ein weiteres Problem besteht bei der Werkzeugkorrektur grundlegend darin, dass kostenaufwändig ein neues Werkzeug gefertigt werden muss, falls das Vorzeichen der Abweichungen zwischen den ursprünglichen Solldaten des Werkstücks und gefertigtem Werkstück derart vorliegt, dass dem Werkzeug zur Korrektur Material hinzugefügt werden müsste.Another fundamental problem with tooling correction is that a costly new tool must be made if the sign of the discrepancies between the original workpiece and workpiece data is such that material needs to be added to the tool for correction.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine einheitliche Softwarelösung (Computerprogrammprodukt) zur Werkzeugkorrektur zur Verfügung zu stellen. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeugkorrektur zur Verfügung zu stellen, bei der das im vorherigen Schritt gefertigte Werkzeug weiter verwendet werden kann.Another object of the present invention is therefore to provide a uniform software solution (computer program product) for tool correction. It is also an object of the invention to provide a tool correction, in which the tool manufactured in the previous step can be used further.

Auch ist es Aufgabe der Erfindung eine Lösung anzugeben, so dass in der ersten Korrekturschleife stets ein Abtragen des Werkzeugs erfolgt.It is also an object of the invention to provide a solution, so that in the first correction loop always takes a removal of the tool.

Zur Lösung sieht die Erfindung zum einen vor, dass möglichst viele der für die Werkzeugkorrektur durchzuführenden Schritte innerhalb einer einheitlichen Softwarelösung integriert sind. Die Werkzeugherstellung und die Werkstückherstellung selbst sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zwingend Bestandteil der Werkzeugkorrektur. Die Umwandlung der Solldaten des Werkzeugs in die Werkzeugmaschinenlesbaren Steuerbefehle (G-Code) und die Herstellung des Werkzeugs und Werkstück werden also entweder separat durch die jeweilige Maschine bzw. der dieser zugeordneten Software durchgeführt, kann aber auch gemeinsam mit der für die Werkzeugkorrektur vorgesehenen Software erfolgen.To solve the invention, on the one hand, that as many as possible of the steps to be performed for the tool correction are integrated within a uniform software solution. The tool production and the workpiece production itself are not necessarily part of the tool correction in the context of the present invention. The conversion of the setpoint data of the tool into the machine-tool-readable control commands (G-code) and the production of the tool and workpiece are thus performed either separately by the respective machine or the associated software, but can also be done together with the software provided for the tool offset ,

Die Werkzeugkorrektur selbst umfasst erfindungsgemäß zumindest Messung des mit dem Werkzeug hergestellten Werkstücks (Werkstück-Istdaten wie beispielsweise Punktewolke mit Messpunkten bzw. Oberflächenmesspunkten), die Berechnung der Abweichungen zwischen den Werkstück-Istdaten des hergestellten Werkstücks und den Solldaten des Werkstücks (Werkstück-Solldaten) und daraus entweder Anpassung der Solldaten des Werkstücks und daraus Berechnung der angepassten Solldaten des Werkzeugs oder direkte Anpassung der Solldaten des Werkzeugs in einer oder mehreren Korrekturschleifen. Zusätzlich ist auch vorgesehen, dass die Umwandlung der Solldaten wie CAD-Modell des Werkstücks in die Solldaten des Werkzeugs (in Form der CAD-Daten wie Nurbs oder in Form der daraus abgeleiteten STL-Daten) Bestandteil der Werkzeugkorrektur ist.According to the invention, the tool offset itself comprises at least measurement of the workpiece produced with the tool (workpiece actual data such as point cloud with measuring points or surface measuring points), the calculation of the deviations between the workpiece actual data of the produced workpiece and the target data of the workpiece (workpiece target data) and from this either adaptation of the setpoint data of the workpiece and from this calculation of the adjusted setpoint data of the tool or direct adaptation of the setpoint data of the tool in one or more correction loops. In addition, it is also provided that the conversion of the setpoint data such as the CAD model of the workpiece into the desired data of the tool (in the form of CAD data such as nurbs or in the form of the STL data derived therefrom) is part of the tool offset.

Zum anderen sieht die Erfindung zur Lösung ein unabhängig oder in Kombination mit zuvor genannter Lösung durchführbares Verfahren zur Werkzeugkorrektur vor, bei dem bei zumindest der ersten Herstellung des Werkzeugs ein Aufmaß einberechnet wird, sodass eine abtragende Bearbeitung des Werkzeugs zumindest in der ersten Korrekturschleife sichergestellt ist. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem das Aufmaß an den Solldaten für das Werkzeug lokal variabel oder global angebracht wird. Das in der ersten Schleife hergestellte Werkstück ist dann zu klein, wodurch sich eine negative Korrektur, also ein Abtragen für das zu große Werkzeug in der ersten Korrekturschleife ergibt.On the other hand, the invention provides for a method for tool correction which can be carried out independently or in combination with the previously mentioned solution, in which an allowance is taken into account in at least the first production of the tool so that an abrasive machining of the tool is ensured at least in the first correction loop. This can for example be done by the allowance of the target data for the Tool is locally variable or installed globally. The workpiece produced in the first loop is then too small, resulting in a negative correction, ie an ablation for the tool too large in the first correction loop.

Um auch in den folgenden Korrekturschleifen sicher ein Abtragen zu gewährleisten sieht die Erfindung als unabhängige oder kombinierbare Lösung auch vor, dass die Abweichungen oder die Korrekturvektoren, insbesondere die gespiegelten Abweichungen, skaliert werden. Der Skalierungsfaktor kann lokal unterschiedlich, beispielsweise abhängig von der Funktion der entsprechenden Stelle am Werkstück, oder global fix sein. Beispielsweise können die Korrekturvektoren mit einem Faktor kleiner als 1 multipliziert werden, bevor die korrigierten Solldaten erstellt werden. Hierdurch entsteht wiederum ein Aufmaß am Werkzeug.In order to ensure reliable removal even in the following correction loops, the invention also provides, as an independent or combinable solution, that the deviations or the correction vectors, in particular the mirrored deviations, are scaled. The scaling factor can be locally different, for example, depending on the function of the corresponding point on the workpiece, or global fix. For example, the correction vectors may be multiplied by a factor less than 1 before the corrected target data is created. This in turn creates an oversize on the tool.

Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Bestimmung und Anwendung einer Korrektur eines Werkzeugs (Werkzeugkorrektur), vor, wobei das Werkzeug zur Herstellung eines Werkstücks verwendbar ist, und wobei Messpunkte (Punktewolke) durch dimensionelle Messung des Werkstücks (Werkstück-Istdaten) oder des zur Herstellung des Werkstücks vorgesehenen Werkzeugs (Werkzeug-Istdaten) ermittelt werden, vorzugsweise durch Messung mit einem Koordinatenmessgerät, besonders bevorzugt mit einem mehrere Sensoren (Multisensorkoordinatenmessgerät) und/oder einen Computertomografiesensor umfassenden Koordinatenmessgerätes, und wobei die Istdaten (Werkstück-Istdaten bzw. Werkzeug-Istdaten) mit den zugeordneten Solldaten (Werkstück-Solldaten bzw. Werkzeug-Solldaten) verglichen und Abweichungen (Abweichungsvektoren) ermittelt werden, dass sich dadurch auszeichnet, dass aus den Abweichungen Korrekturen (Korrekturvektoren) berechnet werden, wobei vorzugsweise die Abweichungen an den jeweiligen Solldaten invertiert, also gespiegelt werden, und die Korrekturen direkt oder indirekt zur Ermittlung korrigierten Werkzeug-Solldaten verwendet werden, indem:

  • - bei Messung des Werkstücks die Korrekturen zur Ermittlung korrigierter Werkstück-Solldaten verwendet werden und aus den korrigierten Werkstück-Solldaten die korrigierten Werkzeug-Solldaten ermittelt werden, oder
  • - bei Messung des Werkzeugs die Korrekturen zur Ermittlung der korrigierter Werkzeug-Solldaten verwendet werden, wobei die korrigierten Werkzeug-Solldaten für die Nachbearbeitung des Werkzeugs, beispielsweise Nachschleifen, oder die Herstellung eines korrigierten Werkzeugs zur Verfügung gestellt werden, wobei die Schritte:
  • - Erzeugen der Messpunkte (Istdaten) durch dimensionelle Messung, insbesondere Steuerung eines Koordinatenmessgerätes
  • - Einlesen der Solldaten, insbesondere Einlesen der Werkstück-Solldaten,
  • - Vergleich der Istdaten mit den Solldaten des Werkstücks oder Werkzeugs und Ermittlung der Abweichungen (Abweichungsvektoren),
  • - Berechnung der Korrekturen (Korrekturvektoren), vorzugsweise durch Invertierung bzw. Spiegelung der Abweichungen an den jeweiligen Solldaten,
  • - Berechnung der korrigierten Werkstück-Solldaten und/oder Berechnung der korrigierten Werkzeug-Solldaten, vorzugsweiser Berechnung der korrigierten Werkzeug-Solldaten aus den korrigierten Werkstück-Solldaten, durch ein einheitliches Computerprogrammprodukt gesteuert werden, wobei vorzugsweise auch der Schritt der Erzeugung der Werkzeug-Solldaten aus den Werkstück-Solldaten umfasst ist.
The invention provides for solving a method for determining and applying a correction of a tool (tool offset), wherein the tool for producing a workpiece is usable, and wherein measuring points (point cloud) by dimensional measurement of the workpiece (workpiece actual data) or the Production of the workpiece provided tool (actual tool data) are determined, preferably by measuring with a coordinate measuring machine, more preferably with a plurality of sensors (multi-sensor coordinate measuring device) and / or a computer tomography sensor comprehensive coordinate measuring machine, and wherein the actual data (actual workpiece data or tool actual data ) and deviations (deviation vectors) are determined, which is characterized in that from the deviations corrections (correction vectors) are calculated, preferably the deviations to the respective S Inverted, ie mirrored, and the corrections are used directly or indirectly to determine corrected tool target data by:
  • - When measuring the workpiece, the corrections are used to determine corrected workpiece target data and determined from the corrected workpiece target data, the corrected tool setpoint data, or
  • when the tool is measured, the corrections are used to determine the corrected tool target data, the corrected tool target data being made available for reworking the tool, for example re-sharpening, or producing a corrected tool, the steps being:
  • - Generating the measuring points (actual data) by dimensional measurement, in particular control of a coordinate measuring machine
  • Reading the setpoint data, in particular reading in the workpiece setpoint data,
  • Comparison of the actual data with the desired data of the workpiece or tool and determination of the deviations (deviation vectors),
  • Calculation of the corrections (correction vectors), preferably by inverting or mirroring the deviations at the respective target data,
  • - Calculating the corrected workpiece target data and / or calculation of the corrected tool target data, preferably calculation of the corrected tool target data from the corrected workpiece target data, controlled by a single computer program product, preferably also the step of generating the tool target data from The workpiece target data is included.

Bei der Spiegelung der Abweichungen an den jeweiligen Solldaten ist eigenerfinderisch vorgesehen, dass zusätzlich eine Patchselektion integriert ist, um eine korrekte Patchzuordnung der Ist-Punkte zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass automatisch aus den gemessenen Istdaten die Messpunkte selektiert werden, die dem jeweiligen Flächenelement (Patch) zugeordnet sind, wobei die Patches vorzugsweise den Solldaten entnommen werden. Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die ermittelten Abweichungen (Abweichungsvektoren), insbesondere Abweichungen zwischen den Werkstück-Istdaten und den Werkstück-Solldaten bzw. korrigierten Werkstück-Solldaten, als Abweichungselement im STL-Format oder CAD-Format im Computerprogrammprodukt zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden, insbesondere zur Korrektur der Werkstück-Solldaten.When mirroring the deviations in the respective target data, it is inventively provided that a patch selection is additionally integrated in order to ensure a correct patch assignment of the actual points. This means that the measuring points which are assigned to the respective area element (patch) are automatically selected from the measured actual data, the patches preferably being taken from the nominal data. In particular, the invention is characterized in that the deviations determined (deviation vectors), in particular deviations between the workpiece actual data and the workpiece target data or corrected workpiece target data, as a deviation element in STL format or CAD format in the computer program product for further processing be made available, in particular for the correction of the workpiece target data.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass iterativ mehrere Korrekturschleifen ausgeführt werden, wobei jeweils ermittelte Abweichungen zur Korrektur der in der jeweils zuvor ausgeführter Schleife korrigierten Solldaten verwendet wird.Preferably, it is provided that a plurality of correction loops are performed iteratively, with respectively determined deviations being used for the correction of the setpoint data corrected in the respective previously executed loop.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass das Computerprogrammprodukt die Werkzeug-Solldaten und/oder die korrigierten Werkzeug-Solldaten in werkzeugmaschinenlesbaren Steuercode wie G-Code umwandelt.In particular, the invention is characterized in that the computer program product converts the tool setpoint data and / or the corrected tool setpoint data into machine-readable control codes such as G-code.

Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass das Computerprogrammprodukt den erzeugten G-Code zur Steuerung der zur Herstellung des Werkzeugs eingesetzten Werkzeugmaschine verwendet, insbesondere Werkzeugmaschine steuert.Preferably, the invention provides that the computer program product the generated G-code for controlling the for the production of Tool used machine tool used, in particular machine tool controls.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass bei der Berechnung der für die Herstellung eines Werkzeugs verwendbaren Werkzeug-Solldaten, vorzugsweise berechnet aus den Werkstück-Solldaten des Werkstücks, das mit dem Werkzeug hergestellt werden soll, ein lokal variabeles oder global fixes Aufmaß einberechnet wird, welches vorzugsweise an den Werkzeug-Solldaten angebracht wird, so dass sich aus den korrigierten Werkzeug-Solldaten, welche berechnet werden aus den Abweichungen der Werkstück-Solldaten oder im vorherigen Korrekturschritt ermittelten korrigierten Werkstück-Solldaten zu den Werkstück-Istdaten, zumindest in der ersten Korrekturschleife einer Werkzeugkorrektur ein Abtragen des Werkzeugs ergibt.It should also be emphasized that a locally variable or globally fixed oversize, which is preferably calculated from the desired workpiece data of the workpiece which is to be produced with the tool, is calculated when calculating the tool target data that can be used for the production of a tool is attached to the tool target data, so that from the corrected tool target data, which are calculated from the deviations of the workpiece target data or determined in the previous correction step corrected workpiece target data to the workpiece actual data, at least in the first correction loop of a tool offset a removal of the tool results.

Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass bei der Berechnung der für die Herstellung eines Werkzeugs verwendbaren Werkzeug-Solldaten, vorzugsweise berechnet aus den Werkstück-Solldaten des Werkstücks, das mit dem Werkzeug hergestellt werden soll, ein Aufmaß einberechnet wird, welches vorzugsweise an den Werkzeug-Solldaten angebracht wird, so dass sich aus den korrigierten Werkzeug-Solldaten, welche berechnet werden aus den Abweichungen der Werkstück-Solldaten oder im vorherigen Korrekturschritt ermittelten korrigierten Werkstück-Solldaten zu den Werkstück-Istdaten, für die erste oder weitere Korrekturschleifen einer Werkzeugkorrektur ein Abtragen des Werkzeugs ergibt, indem die gemessenen Abweichungen und/oder die daraus bestimmten Korrekturvektoren lokal variabel oder global fix skaliert werden, vorzugsweise mit einem Faktor kleiner als 1.The invention is also characterized in that in the calculation of the usable for the production of a tool setpoint data, preferably calculated from the workpiece target data of the workpiece to be produced with the tool, an allowance is calculated, which preferably at the Tool setpoint data is attached, so that from the corrected tool setpoint data, which are calculated from the deviations of the workpiece setpoint data or corrected workpiece setpoint data determined in the previous correction step to the workpiece actual data, for the first or further correction loops of a tool offset Removal of the tool results by locally scaling the measured deviations and / or the correction vectors determined therefrom variably or globally, preferably with a factor smaller than 1.

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung von Oberflächenmesspunkten nach dem Autofokus- oder Fokusvariationsverfahren.The subject matter of an independent invention is a method for the determination of surface measurement points according to the autofocus or focus variation method.

Bei den bekannten Verfahren zur Bestimmung von Oberflächenmesspunkten nach dem Autofokus oder Fokusvariationsverfahren erfolgt die Bildaufnahme mit einer fest eingestellten Vergrößerung (bzw. Abbildungsmaßstab) und einer fest eingestellten Bewegungsgeschwindigkeit. Für genaue Messungen der Koordinate eines Oberflächenmesspunktes in Abbildungsrichtung der Optik muss eine Optik mit geringer Schärfentiefe gewählt werden, also eine Optik mit hohem Abbildungsmaßstab, und es muss eine geringe Bewegungsgeschwindigkeit während der Bildaufnahme eingestellt werden, um eine hohe Auflösung in Messrichtung (Abbildungsrichtung) und eine geringe Bewegungsunschärfe in den Bildern zu erzielen. Eine entsprechende Optik liefert für die Ermittlung von Fokuskurven und den daraus gebildeten Koordinaten der Oberflächenmesspunkte notwendige auswertbare Kontrast- oder Helligkeitsunterschiede nur in einem sehr geringen Bereich in Abbildungsrichtung (also Richtung der optischen Achse der eingesetzten Optik).In the known methods for the determination of surface measurement points after the autofocus or focus variation method, the image acquisition takes place with a fixed magnification (or imaging scale) and a fixed movement speed. For accurate measurements of the coordinate of a surface measuring point in the imaging direction of the optics must be selected with a low depth of field optics, so a high magnification, and it must be set a low movement speed during image acquisition to a high resolution in the measuring direction (imaging direction) and a to achieve low motion blur in the pictures. Corresponding optics provide for the determination of focus curves and the coordinates of the surface measuring points formed therefrom necessary evaluable contrast or brightness differences only in a very small range in the imaging direction (ie direction of the optical axis of the optical system used).

Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass unbekannte Oberflächen nur sehr zeitaufwändig genau gemessen werden können, denn um die Oberfläche sicher zu finden, muss ein großer Abstand für den Start der Bildaufnahme gewählt werden.This results in the disadvantage that unknown surfaces can be measured accurately only very time consuming, because to find the surface safely, a large distance must be selected for the start of image acquisition.

Selbst wenn Zoomoptiken mit veränderbarer Zoomstufe, also Vergrößerung bzw. Abbildungsmaßstab eingesetzt werden, sind bisher nur Verfahren bekannt, bei denen in einer ersten Messung mit geringem Abbildungsmaßstab die Lage der Oberfläche grob gefunden („gefangen“) wird und in einer zweiten Messung mit entsprechend veränderter Startposition in Abbildungsrichtung und größerem Abbildungsmaßstab die genaue Erfassung der Oberfläche erfolgt. Durch die Notwendigkeit von zwei Messungen bleibt der Nachteil des hohen Zeitbedarfs bestehen.Even if zoom optics are used with variable zoom level, ie magnification or magnification, so far only methods are known in which in a first measurement with a small magnification, the position of the surface roughly found ("caught") and in a second measurement with changed accordingly Starting position in the imaging direction and larger magnification, the exact detection of the surface takes place. Due to the necessity of two measurements, the disadvantage of the high time requirement remains.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Nachteile des Standes der Technik zu umgehen und eine genaue Messung nach dem Autofokus- oder Fokusvariationsverfahren mit verringertem Zeitbedarf zu ermöglichen. Dabei ist es insbesondere auch Aufgabe der Erfindung, unbekannte Oberflächen, also in ihrer Lage in Abbildungsrichtung nicht genau bekannter Oberflächen, sicher zu erfassen.It is therefore another object of the present invention to obviate the drawbacks of the prior art and to allow accurate measurement by the autofocus or focus variation method with reduced time requirements. In particular, it is also an object of the invention to reliably detect unknown surfaces, that is, surfaces that are not precisely known in the imaging direction.

Zur Lösung sieht die Erfindung ein zwei- oder mehrstufiges Verfahren vor, bei dem der Abbildungsmaßstab während des auf die Oberfläche zu bewegens vergrößert wird, wobei eine grobe Abschätzung der Lage der Oberfläche in Abbildungsrichtung aus der Extrapolation erster aufgenommener Bilder mit geringem Abbildungsmaßstab erfolgt und vorzugsweise die Bewegungsgeschwindigkeit in Abbildungsrichtung stufenweise verringert wird.To solve the problem, the invention provides a two-stage or multi-stage process in which the magnification is increased during the movement on the surface, wherein a rough estimate of the position of the surface in the imaging direction from the extrapolation of first recorded images with a low magnification and preferably Movement speed is gradually reduced in the imaging direction.

Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile:

  • - Lange Suchwege: Der Start der Bildaufnahme kann weit oberhalb oder unterhalb der erwarteten Oberfläche starten, um diese sicher zu erfassen.
  • - Hohe Genauigkeit durch hohe Zoomstufe (großer Abbildungsmaßstab) und ggf. geringe Bewegungsgeschwindigkeit nahe und am Fokusort, wodurch eine hohe Auflösung in und senkrecht zur Abbildungsrichtung erreicht wird.
  • - Die genaue Messung ist in einem Messzyklus, also einer Bewegung möglich. Es ist nicht notwendig, die Lage der Oberfläche in Abbildungsrichtung erst grob zu detektieren („fangen“) und dann noch einmal mit vergrößertem Abbildungsmaßstab und geringerer Bewegungsgeschwindigkeit in Abbildungsrichtung genau zu messen. Dadurch ergibt sich eine enorme Zeitersparnis ohne Genauigkeitsverlust.
This results in the following advantages:
  • - Long search paths: The start of the image acquisition can start far above or below the expected surface in order to capture them safely.
  • - High accuracy due to high zoom level (large magnification) and possibly low movement speed near and at the focus location, whereby a high resolution in and perpendicular to the imaging direction is achieved.
  • - The exact measurement is possible in a measuring cycle, ie a movement. It is not necessary to roughly detect the position of the surface in the imaging direction ("catch") and then again with enlarged Precisely measure magnification and slower movement speed in the imaging direction. This results in an enormous time savings without loss of accuracy.

Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Bestimmung von Oberflächenmesspunkten nach dem Autofokus- oder Fokusvariationsverfahren, vorzugsweise mit einem in einem Koordinatenmessgerät angeordnetem optischen Sensor besonders bevorzugt Bildverarbeitungssensor, mit folgenden Schritten vor:

  • - Aufnahme von mehreren Bildern mit einer Kamera und dieser zugeordneter Optik in unterschiedlichen Abständen in Abbildungsrichtung der Optik zwischen Werkstückoberfläche und Scharfebene der Optik, wobei die Bildaufnahme während der Änderung des Abstandes erfolgt,
  • - Aufzeichnung der jeweils eingestellten Abstände zum Zeitpunkt der Bildaufnahme,
  • - Untersuchung der Helligkeit und/oder des Kontrastes, oder daraus abgeleiteter Größen wie Änderung derselben, der Bilder oder korrespondierender Abschnitte der Bilder, vorzugsweise Pixel, entlang des Abstandes, wobei zusammen mit den aufgezeichneten Abständen eine zumindest erste Fokuskurve bzw. erste Fokuskurven gebildet werden,
  • - Ermittlung der Lage des dem Bild oder dem jeweiligen Bildabschnitt zugeordnet Oberflächenpunktes in Abbildungsrichtung der Optik (Fokusort bzw. Fokusorte) aus der jeweiligen Fokuskurve, vorzugsweise anhand des Maximums der Fokuskurve bzw. jeweiligen Fokuskurve,
dass sich dadurch auszeichnet, dass die Optik als Zoomoptik mit veränderbarem Abbildungsmaßstab ausgebildet ist und folgende Schritte ausgeführt werden:
  • - Aufnahme erster Bilder mit erstem Abbildungsmaßstab β1 und erster Abstandsänderungsgeschwindigkeit v1 und daraus Extrapolation einer ersten Fokuskurve oder jeweils erster Fokuskurven und Bestimmung ersten Fokusorts oder erster Fokusorte für die Abschnitte,
  • - Aufnahme zweiter Bilder in im Vergleich zu den ersten Bildern geringerer Entfernung zum ersten Fokusort oder einem der ersten Fokusorte, und mit zweitem Abbildungsmaßstab β2, wobei β2 > β1 ist, wobei vorzugsweise zweite Bilder während zweiter Abstandsänderungsgeschwindigkeit v2 aufgenommen werden, wobei v2 < v1 ist,
  • - Bestimmung des zweiten Fokusortes bzw. der zweiten Fokusorte aus der bzw. den aus den zweiten Bildern ermittelten Fokuskurven,
  • - vorzugsweise iterative Verwendung der zweiten oder weiteren Fokusorte um dritte oder weitere Bilder mit jeweils noch größerem Abbildungsmaßstab β und vorzugsweise jeweils noch geringerer Geschwindigkeit v aufzunehmen, und um aus den dritten oder weiteren Bildern dritte oder weitere Fokuskurven und daraus dritte oder weitere Fokusorte zu ermitteln,
  • - Verwendung der zweiten oder gegebenenfalls vorhandenen dritten oder weiteren Fokusorte als in Abbildungsrichtung liegende Lage bzw. Koordinate des jeweiligen Oberflächenmesspunktes.
The invention provides for the solution a method for the determination of surface measuring points according to the autofocus or focus variation method, preferably with an optical sensor arranged in a coordinate measuring machine, particularly preferably an image processing sensor, with the following steps:
  • - Recording of multiple images with a camera and this associated optics at different distances in the imaging direction of the optics between the workpiece surface and focal plane of the optics, wherein the image is recorded during the change of the distance,
  • - recording of the respectively set distances at the time of image acquisition,
  • Examination of the brightness and / or the contrast, or variables derived therefrom, such as changes in the images, or corresponding sections of the images, preferably pixels, along the distance, forming an at least first focus curve or first focus curves together with the recorded distances,
  • Determination of the position of the surface point associated with the image or the respective image section in the imaging direction of the optical system (focus location or focal locations) from the respective focus curve, preferably based on the maximum of the focus curve or respective focus curve,
that is characterized in that the optics is designed as zoom optics with a variable magnification and the following steps are carried out:
  • Recording first images with first image scale β1 and first distance change velocity v1 and, therefrom, extrapolation of a first focus curve or respective first focus curves and determination of first focal location or first focal locations for the sections,
  • - Recording second images in comparison to the first images closer distance to the first focus location or one of the first focus locations, and with second magnification β2, where β2> β1, preferably second images are taken during second distance change rate v2, where v2 <v1 .
  • Determination of the second focus location or of the second focus location from the focus curve (s) determined from the second images,
  • preferably iterative use of the second or further focus locations to record third or further images, each with a still greater magnification β and preferably even lower velocity v, and to determine third or further focus curves from the third or further images and third or further focal locations therefrom,
  • Use of the second or possibly existing third or further focus locations as a position or coordinate of the respective surface measurement point lying in the imaging direction.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass erste und zweite Bilder nacheinander in einer Bewegungsrichtung aufgenommen werden, wobei das Umschalten des Vergrößerungsmaßstabs in der Bewegung oder während eines zwischenzeitlichen Stopps der Bewegung erfolgt.In particular, the invention is characterized in that first and second images are successively taken in a direction of movement, wherein the switching of the magnification scale in the movement or during an intermediate stop of the movement takes place.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Anzahl der ersten Bilder mindestens drei bis vorzugsweise maximal 10 ist.Preferably, it is provided that the number of first images is at least three, preferably at most 10.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Aufnahme der ersten Bilder in sicherem Abstand zu erwartetem Fokusort startet und mit höherer Geschwindigkeit v1 als für die zur Aufnahme der Bilder für die Ermittlung der Oberflächenmesspunkte vorgesehenen Geschwindigkeit v2 oder v erfolgt.In particular, the invention is characterized in that the recording of the first images starts at a safe distance from the expected focus location and takes place at a higher speed v1 than for the speed v2 or v intended for recording the images for determining the surface measurement points.

Bevorzugterweise sieht die Erfindung vor, dass die Zoomoptik mindestens eine, bevorzugt mindestens zwei verschiebbare Linsen oder Linsengruppen, vorzugsweise zur Einstellung von Arbeitsabstand, also Lage der Scharfebene relativ zur Optik, und Abbildungsmaßstab, besonders bevorzugt zur unabhängigen Einstellung von Arbeitsabstand und Abbildungsmaßstab, aufweist.Preferably, the invention provides that the zoom optics at least one, preferably at least two movable lenses or lens groups, preferably for adjusting working distance, ie position of the focal plane relative to the optics, and magnification, particularly preferably for independent adjustment of working distance and magnification.

Hervorzuheben ist des Weiteren, dass die unterschiedlichen Abstände eingestellt werden durch:

  • - Bewegung der Einheit aus Kamera und Optik, und des Werkstücks relativ zueinander oder
  • - Bewegung der Kamera relativ zur Optik oder
  • - Bewegung der Optik oder zumindest einer Linse der Optik relativ zur Kamera und dem Werkstück oder
  • - Änderung der Brennweite zumindest einer Linse der Optik, wobei die Linse als Linse mit einstellbarer Brennweite ausgebildet ist, vorzugsweise Flüssiglinse oder Linse mit akustisch modulierbarer Brennweite.
It should also be emphasized that the different distances are set by:
  • - Movement of the unit of camera and optics, and the workpiece relative to each other or
  • - Movement of the camera relative to the optics or
  • Movement of the optics or at least one lens of the optic relative to the camera and the workpiece or
  • - Changing the focal length of at least one lens of the optics, wherein the lens is designed as a lens with adjustable focal length, preferably liquid lens or lens with acoustically modulated focal length.

Als Linse mit einstellbarer Brennweite sind Flüssiglinsen oder ähnliches, beispielsweise eine Linse mit akustisch modulierbarer Brennweite („tunable acoustic gradient index of refraction lens“) vorgesehen.As the lens with adjustable focal length are liquid lenses or the like, for example, a lens with acoustically modulated focal length ("Tunable acoustic gradient index of refraction lens") provided.

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur optisch-chromatischen Abstandsmessung einer Werkstückoberfläche mit mehreren auf zumindest einer Linie verteilten Messstrahlen.The subject matter of an independent invention is an apparatus and a method for optical-chromatic distance measurement of a workpiece surface with a plurality of measuring beams distributed on at least one line.

Optisch-chromatische Abstandssensoren mit mehreren entlang einer Linie verteilten Messstrahlen sind beispielsweise aus der DE 10 2016 123 403.6 der Anmelderin bekannt. Zur Erhöhung der Auflösung in Linienrichtung (laterale Auflösung), also quer zur bevorzugten Scanrichtung, wird vorgeschlagen, die Messlinie leicht verdreht um die Messrichtung zu bewegen. Auch wird vorgeschlagen, die Messkanäle auf mehreren Linien matrixförmig anzuordnen.Optical-chromatic distance sensors with a plurality of measuring beams distributed along a line are known, for example, from US Pat DE 10 2016 123 403.6 the applicant known. To increase the resolution in the line direction (lateral resolution), ie transversely to the preferred scanning direction, it is proposed to move the measuring line slightly rotated around the measuring direction. It is also proposed to arrange the measuring channels on several lines in a matrix.

Durch zuvor genanntes Verdrehen der Bewegungsrichtung in Bezug auf die bevorzugte Scanrichtung (die senkrecht zur Linienrichtung verläuft) ergibt sich der Nachteil, dass eine starke Erhöhung der lateralen Auflösung nur bei sehr großem Verdrehwinkel erreicht werden kann. Zudem besteht eine Richtungsabhängigkeit der lateralen Auflösung, die abhängig vom Einbauwinkel des Sensors um die Messrichtung ist. Insbesondere für Koordinatenmessgeräte mit um eine Drehachse drehbaren Drehtischen zur Werkstückaufnahme, beispielsweise zur Werkzeugmessung, müssen die Bewegungs- und Scanrichtung aber flexibel sein, um beispielsweise links- und rechtsgedrallte Werkzeuge vorteilhaft mit hoher Auflösung messen zu können. Bei der bevorzugten Scanrichtung handelt es sich nicht zwangsläufig um die Bewegungsrichtung während der Messung. Die Bewegungsrichtung kann auch einen Winkel in Bezug auf die Scanrichtung aufweisen, der in der Regel kleiner als 45° ist, aber auch größer sein kann. Die Bewegungsrichtung wird durch die Lage der Merkmale des zu messenden Werkstücks bzw. Werkzeugs bestimmt, z. B. durch die Lage einer Schneide eines Werkzeugs. Die laterale Auflösung wird aber in Bezug auf die Senkrechte zur Scanrichtung (im Fall einer Linie ist dies die Senkrechte zur Linienrichtung) betrachtet, die senkrecht zur Messrichtung verläuft. Die Auflösung in Scanrichtung ist durch die Bewegungsgeschwindigkeit praktisch frei einstellbar. Quer dazu ergibt sich die laterale Auflösung aber durch den Abstand der Messstrahlen zueinander und die Bewegungsrichtung. Da die Bewegungsrichtung aber durch die Lage der Merkmale unterschiedlich vorgegeben sein kann, lässt sich eine hohe laterale Auflösung unter Umständen nicht erzielen.By previously mentioned twisting the direction of movement with respect to the preferred scanning direction (which is perpendicular to the line direction), there is the disadvantage that a large increase in the lateral resolution can be achieved only with a very large angle of rotation. In addition, there is a directional dependence of the lateral resolution, which is dependent on the mounting angle of the sensor to the measuring direction. In particular, for coordinate measuring machines with rotatable about a rotation axis turntables for workpiece holder, for example, for tool measurement, but the movement and scanning direction must be flexible, for example, to be able to measure with high resolution advantageously advantageous left and right tools. The preferred scanning direction is not necessarily the direction of movement during the measurement. The direction of movement may also have an angle with respect to the scanning direction, which is usually less than 45 °, but may be larger. The direction of movement is determined by the position of the characteristics of the workpiece or tool to be measured, for. B. by the location of a cutting edge of a tool. However, the lateral resolution is considered in relation to the perpendicular to the scanning direction (in the case of a line this is the perpendicular to the line direction), which is perpendicular to the measuring direction. The resolution in the scanning direction is practically freely adjustable due to the movement speed. Transversely, the lateral resolution results from the distance between the measuring beams and the direction of movement. However, since the direction of movement can be predetermined differently by the position of the features, a high lateral resolution may not be achieved.

Bei der matrixförmigen Anordnung bleibt die Auflösung ohne Verdrehen der Bewegungsrichtung konstant, so dass sich die voran genannten Nachteile ebenso ergeben.In the case of the matrix-type arrangement, the resolution remains constant without twisting the direction of movement, so that the aforementioned disadvantages also result.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher auch darin, die laterale Auflösung entlang der ursprünglichen Linienrichtung bzw. senkrecht zu einer Scanrichtung zu erhöhen, wobei vorzugsweise eine erhöhte laterale Auflösung in mehreren Scanrichtungen, besonders bevorzugt in möglichst vielen Scanrichtungen vorliegen soll.It is therefore an object of the present invention to increase the lateral resolution along the original line direction or perpendicular to a scanning direction, preferably with an increased lateral resolution in a plurality of scanning directions, particularly preferably in as many scanning directions as possible.

Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass mehrere parallel zueinander verlaufende Linien senkrecht zur Linienrichtung versetzt und zusätzlich in Linienrichtung versetzt um einen Bruchteil des Abstandes der Messstrahlen in Richtung der Linien angeordnet werden. Der Versatz senkrecht zur Linienrichtung kann beispielsweise dem Abstand der Messstrahlen in Linienrichtung entsprechen. Der Versatz in Linienrichtung kann beispielsweise 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/7 oder 1/8 usw. des Abstandes der Messstrahlen in Linienrichtung betragen.To solve the invention provides that a plurality of mutually parallel lines offset perpendicular to the line direction and additionally offset in the line direction by a fraction of the distance of the measuring beams are arranged in the direction of the lines. The offset perpendicular to the line direction, for example, correspond to the distance of the measuring beams in the line direction. The offset in the line direction can be, for example, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/7 or 1/8 etc. of the distance of the measurement beams in the line direction.

Eine weitere Lösung besteht darin, mehrere Messlinien verdreht um die Messrichtung, z. B. kreuzförmig anzuordnen, also zwei Messlinien senkrecht zueinander anzuordnen. In Bezug auf die bevorzugte Scanrichtung bilden beide Linien in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung jeweils einen Winkel von 45° zur Scanrichtung. Besonders bevorzugt werden zusätzlich die zueinander verdrehten Messlinien derart jeweils in Linienrichtung verschoben angeordnet und/oder der Einbauwinkel des Sensors um die Messrichtung so gewählt, dass in Bezug auf eine vorgegebene senkrecht zur Messrichtung verlaufende Scanrichtung eine durch sämtliche Messstrahlen erzeugte laterale Auflösung erzielt wird, die größer ist als die durch den Abstand der Messstrahlen auf jeweils einer Linie bedingte laterale Auflösung.Another solution is to twist several measuring lines around the measuring direction, z. B. to arrange crosswise, so to arrange two measuring lines perpendicular to each other. With regard to the preferred scanning direction, in a particularly preferred embodiment, both lines each form an angle of 45 ° to the scanning direction. In addition, the measuring lines that are twisted relative to one another are in each case arranged displaced in the line direction and / or the mounting angle of the sensor around the measuring direction is selected such that a lateral resolution generated by all the measuring beams is obtained with respect to a predetermined scanning direction perpendicular to the measuring direction is the lateral resolution due to the distance of the measuring beams on one line.

Für den Einsatz des Sensors in einem Koordinatenmessgerät mit einem Werkstück wie Werkzeug aufnehmendem um eine Drehachse drehbaren Drehtisch sieht die Erfindung zur Lösung auch vor, dass die Messrichtung genau oder etwa genau senkrecht zur Richtung der Drehachse verläuft und die laterale Auflösung senkrecht zur Messrichtung und senkrecht zur Scanrichtung (in der Regel etwa die Richtung der Drehachse), also in der Richtung senkrecht zur Richtung der Drehachse erhöht wird, indem entweder die mehreren parallelen Linien in Richtung der Drehachse versetzt angeordnet sind und zudem den Versatz zueinander in Linienrichtung aufweisen, der geringer als der Abstandes der Messstrahlen in Linienrichtung ist, oder indem zumindest zwei Messlinien zueinander um die Messrichtung verdreht sind, bevorzugt um 90° zueinander und jeweils 45° zur Richtung der Drehachse, die besonders bevorzugt, wie zuvor erläutert, auch in Linienrichtung verschoben sind. Abhängig von der Lage bzw. dem Verlauf der Merkmale (z. B. links- oder rechtsgedrallte Schneide) verläuft die Bewegungsrichtung verdreht zur Richtung der Drehachse. Als die bevorzugte Scanrichtung kann die Richtung der Drehachse angesehen werden.For the use of the sensor in a coordinate measuring machine with a workpiece such as tool receiving rotating about a rotary axis turntable, the invention provides for the solution also that the measuring direction is exactly or approximately exactly perpendicular to the direction of the axis of rotation and the lateral resolution perpendicular to the measuring direction and perpendicular to Scanning direction (usually about the direction of the axis of rotation), that is increased in the direction perpendicular to the direction of the axis of rotation by either the plurality of parallel lines are arranged offset in the direction of the axis of rotation and also have the offset to each other in the line direction, which is less than that Distance of the measuring beams in the line direction, or by at least two measuring lines are rotated to each other around the measuring direction, preferably at 90 ° to each other and each 45 ° to the direction of the axis of rotation, which are particularly preferably, as explained above, also shifted in the line direction. Depending on the position or the course of the features (eg left or right-hand edged cutting edge), the direction of movement is twisted in the direction of the axis of rotation. As the preferred scanning direction the direction of the axis of rotation can be considered.

Zur Lösung sieht die Erfindung also eine Vorrichtung einen optischen Abstandssensor, insbesondere nach dem chromatischen bzw. chromatisch-konfokalen Prinzip mit mehreren versetzt zueinander eine Werkstückoberfläche erfassenden Messstrahlen umfassend vor, wobei jeder Messstrahl für die Ermittlung eines Abstandswertes zwischen dem Sensor und einem zu messenden Werkstück einem separaten Messkanal zugeordnet ist, wobei jedem Messkanal eine optische Faser zugeordnet ist, und jede Faser einem Teil einer Auswerteeinheit, insbesondere jeweils Zeile einer matrixförmigen Kamera, zugeordnet ist, wobei zumindest einige der Messstrahlen auf einer ersten Linie senkrecht zur Messrichtung der Messstrahlen zueinander versetzt angeordnet sind, der sich dadurch auszeichnet, dass mehrere parallele Linien von Messstrahlen so angeordnet sind, dass die Linien zueinander jeweils in der Richtung senkrecht zur Linienrichtung zueinander versetzt sind, und zusätzlich einen Versatz in Linienrichtung zueinander aufweisen, der geringer als der Abstand der Messstrahlen in Linienrichtung ist.To solve the invention thus provides a device an optical distance sensor, in particular according to the chromatic or chromatic-confocal principle with a plurality of mutually offset a workpiece surface detecting measuring beams comprising before, each measuring beam for determining a distance value between the sensor and a workpiece to be measured is associated with each measuring channel, an optical fiber, and each fiber is assigned to a part of an evaluation, in particular each row of a matrix-shaped camera, wherein at least some of the measuring beams are arranged offset to each other on a first line perpendicular to the measuring direction of the measuring beams characterized in that a plurality of parallel lines of measuring beams are arranged so that the lines are mutually offset from each other in the direction perpendicular to the line direction, and in addition, an offset in line direction zueinan which is less than the distance of the measuring beams in the line direction.

Als eine weitere unabhängige Lösung sieht die Erfindung eine Vorrichtung einen optischen Abstandssensor, insbesondere nach dem chromatischen bzw. chromatisch-konfokalen Prinzip mit mehreren versetzt zueinander eine Werkstückoberfläche erfassenden Messstrahlen umfassend vor, wobei jeder Messstrahl für die Ermittlung eines Abstandswertes zwischen dem Sensor und einem zu messenden Werkstück einem separaten Messkanal zugeordnet ist, wobei jedem Messkanal eine optische Faser zugeordnet ist, und jede Faser einem Teil einer Auswerteeinheit, insbesondere jeweils Zeile einer matrixförmigen Kamera, zugeordnet ist, wobei zumindest einige der Messstrahlen auf einer ersten Linie senkrecht zur Messrichtung der Messstrahlen zueinander versetzt angeordnet sind, der sich dadurch auszeichnet, dass zumindest eine zweite Linie um die Messrichtung verdreht, insbesondere um 90° verdreht, zur ersten Linie angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zueinander verdrehten Messlinien derart jeweils in Linienrichtung verschoben angeordnet werden und/oder der Einbauwinkel des Sensors um die Messrichtung so gewählt wird, dass in Bezug auf eine vorgegebene senkrecht zur Messrichtung verlaufende bevorzugte Scanrichtung oder Bewegungsrichtung eine durch sämtliche Messstrahlen erzeugte laterale Auflösung erzielt wird, die größer ist als die durch den Abstand der Messstrahlen auf jeweils einer Linie bedingte laterale Auflösung.As a further independent solution, the invention provides a device comprising an optical distance sensor, in particular according to the chromatic or chromatic-confocal principle with a plurality of mutually offset to a workpiece surface detecting measuring beams, each measuring beam for the determination of a distance value between the sensor and a to be measured Workpiece is assigned to a separate measuring channel, each measuring channel is associated with an optical fiber, and each fiber is assigned to a part of an evaluation, in particular each line of a matrix-shaped camera, wherein at least some of the measuring beams offset on a first line perpendicular to the measuring direction of the measuring beams to each other are distinguished, which is characterized in that at least one second line rotated about the measuring direction, in particular rotated by 90 °, is arranged to the first line, wherein preferably the mutually rotated measuring lines in each case in lines arranged direction and / or the mounting angle of the sensor is selected to the measuring direction so that with respect to a predetermined perpendicular to the measuring direction extending preferred scanning direction or direction of a generated by all the measuring beam lateral resolution is achieved, which is greater than that by the distance the measurement beams on each line conditional lateral resolution.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Sensor in einem Koordinatenmessgerät mit einem ein Werkzeug aufnehmenden um eine Drehachse drehbaren Drehtisch so angeordnet ist, dass die Messrichtung genau oder etwa genau senkrecht zur Richtung der Drehachse verläuft, und:

  • - mehrere parallele Linien in Richtung der Drehachse versetzt angeordnet sind, die zusätzlich jeweils einen Versatz zueinander in Linienrichtung aufweisen, der geringer als der Abstandes der Messstrahlen in Linienrichtung ist, oder
  • - zumindest zwei Messlinien zueinander um die Messrichtung verdreht sind, bevorzugt 90° zueinander und jeweils 45° zur Richtung der Drehachse, wobei vorzugsweise die bevorzugte Scanrichtung parallel zur Richtung der Drehachse verläuft.
Preferably, it is provided that the sensor is arranged in a coordinate measuring machine with a turntable which accommodates a tool and which is rotatable about an axis of rotation such that the measuring direction runs exactly or approximately exactly perpendicular to the direction of the axis of rotation, and
  • - A plurality of parallel lines are arranged offset in the direction of the axis of rotation, each additionally having an offset to one another in the line direction, which is less than the distance of the measuring beams in the line direction, or
  • - At least two measuring lines are rotated to each other around the measuring direction, preferably 90 ° to each other and each 45 ° to the direction of the axis of rotation, preferably the preferred scanning direction is parallel to the direction of the axis of rotation.

Zur Lösung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben der zuvor genannten Vorrichtungen vor, dass sich dadurch auszeichnet, dass zur Erhöhung der Auflösung in lateraler Richtung, also der Richtung senkrecht zur Messrichtung und senkrecht zu einer vorgegebenen bevorzugte Scanrichtung, die Messstrahlen der auf den mehreren versetzt und/oder verdreht zueinander angeordneten Linien für eine gemeinsame Auswertung verwendet werden.To solve the invention also provides a method for operating the aforementioned devices, which is characterized in that to increase the resolution in the lateral direction, ie the direction perpendicular to the measuring direction and perpendicular to a predetermined preferred scanning direction, the measuring beams of the plurality of offset and / or twisted lines arranged to be used for a common evaluation.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Sensor in einem Koordinatenmessgerät mit Drehtisch zur Aufnahme eines Werkzeugs betrieben wird, wobei die Messrichtung senkrecht zur Drehachse des Drehtischs ausgerichtet wird und vorzugsweise die bevorzugte Scanrichtung parallel zur Richtung der Drehachse verläuft.Preferably, it is provided that the sensor is operated in a coordinate measuring machine with a turntable for receiving a tool, wherein the measuring direction is aligned perpendicular to the axis of rotation of the turntable and preferably the preferred scanning direction is parallel to the direction of the axis of rotation.

Gegenstand einer selbstständigen Erfindung ist ein Verfahren zur Aufnahme, Darstellung und Auswertung eines Bildes, insbesondere ein Bildverarbeitungsverfahren für ein Koordinatenmessgerät.The subject matter of an independent invention is a method for recording, displaying and evaluating an image, in particular an image processing method for a coordinate measuring machine.

Aus der Fotografie sind sogenannte HDR-Verfahren (High Dynamic Range - Verfahren) bekannt, bei denen Bilder mit unterschiedlicher Belichtungszeit (bzw. Integrationszeit der verwendeten Kamera) zu einem kontrastreicherem Gesamtbild überlagert werden. Ziel ist es hierbei, ein als subjektiv schöner empfundenes Bild einer Szene zu erzeugen, indem zu dunkle und zu helle Bereiche kontrastreicher dargestellt werden.From the photography so-called HDR methods (High Dynamic Range - method) are known in which images with different exposure time (or integration time of the camera used) are superimposed to a fuller contrast overall picture. The aim here is to create a perceived as subjective subjective image of a scene by too dark and too bright areas are represented in more contrast.

In der dimensionellen Messtechnik, insbesondere Koordinatenmesstechnik, sind optische Messverfahren, insbesondere Bildverarbeitungsverfahren bekannt, bei denen in mit einer Kamera aufgenommene Bildern vorliegende Kanten ausgewertet werden können, um Messpunkte am aufgenommenen Werkstück festzulegen und die Messpunkte zur dimensionellen Bestimmung von Maßen zu verknüpfen. Ungelöst hierbei ist jedoch, dass bei schlechten Lichtverhältnissen, insbesondere dunklen Teilen oder schwer erkennbaren Kanten, eine zuverlässige Messung nicht gewährleistet werden kann. Hierbei ist insbesondere zu beachten, dass der Bereich, in dem nach einer Kante gesucht werden soll, zumeist durch Setzen eines Fensters durch den Bediener in dem aufgenommenen Bild, welches auf einer Anzeigeeinheit wie Bildschirms dargestellt wird, zunächst ausgewählt werden muss. In zu dunklen oder zu hellen (überstrahlten) Bereichen sind die Kanten durch den Bediener schwer oder gar nicht zu erkennen.In dimensional metrology, in particular coordinate metrology, optical measuring methods, in particular image processing methods are known in which present in an camera recorded images edges can be evaluated to set measuring points on the recorded workpiece and to link the measuring points for the dimensional determination of dimensions. Unsolved here, however, is that in low light conditions, especially dark parts or hard to detect edges, a reliable Measurement can not be guaranteed. In this case, it should be noted in particular that the area in which an edge is to be searched usually has to be selected first by setting a window by the operator in the recorded image, which is displayed on a display unit such as a screen. In too dark or too bright (overexposed) areas, the edges are difficult or impossible to see by the operator.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, dem Bediener eine kontrastverbesserte Darstellung des Bildes eines zu messenden Werkstücks zur Verfügung zu stellen. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, an dem kontrastverbessertem Bild eine verbesserte Kantenerkennung durchzuführen.A further object of the present invention is therefore to provide the operator with a contrast-enhanced representation of the image of a workpiece to be measured. It is also an object of the invention to perform on the contrast enhanced image improved edge detection.

Zur Lösung sieht die Erfindung vor, dass als das darzustellende und ggf. für die Generierung von Messpunkten an Kantenübergängen zu verwendende Bild ein HDR-Bild aufgenommen und verwendet wird.To solve this, the invention provides that an HDR image is taken and used as the image to be displayed and possibly to be used for the generation of measuring points at edge transitions.

In dem HDR-Bild werden dunkle Bereiche aufgehellt und ggf. überstrahlte Bereiche vermieden, also abgedunkelt, indem die entsprechenden Teilbereiche des Bildes entweder aus einem Bild mit hoher oder geringer bei der Aufnahme vorliegenden Lichtmenge entnommen werden. Hierdurch ergibt sich eine bessere Erkennbarkeit der Bereiche, in denen Kanten vorliegen und der Bediener kann die zur Generierung von Messpunkten vorgesehenen Bereiche leichter selektieren und geeignete Messfenster setzen.In the HDR image, dark areas are lightened and any areas that are outshone are avoided, ie darkened, by removing the corresponding partial areas of the image either from an image with a high or low amount of light present on the image. This results in a better recognizability of the areas in which edges are present and the operator can more easily select the areas provided for the generation of measuring points and set suitable measuring windows.

Aber auch für die dimensionelle Auswertung, also die Generierung der Messpunkte durch Kantenfindung, ergeben sich Vorteile durch die Verwendung des HDR-Bildes. Hierbei muss jedoch beachtet werden, dass das Zusammensetzen der Bildinformationen aus den mit unterschiedlicher Lichtmenge je Bild aufgenommenen Bildern in entsprechend skalierter Form erfolgt, so dass die Intensitätsverhältnisse zwischen den einzelnen Pixeln erhalten bleiben. Dies ist in der Regel aufgrund der höheren Dynamik in den HDR-Bildern gegeben. Ein HDR-Bild hat dazu eine entsprechend höhere Auflösung (Bit-Tiefe).But also for the dimensional evaluation, ie the generation of the measuring points by edge finding, advantages result from the use of the HDR image. It should be noted, however, that the composition of the image information from the images taken with different amount of light per image takes place in a correspondingly scaled form, so that the intensity ratios between the individual pixels are maintained. This is usually given due to the higher dynamics in the HDR images. An HDR image has a correspondingly higher resolution (bit depth).

Bei der anschließenden Kantenfindung gehen im Vergleich zu einem mit einer einzigen Lichtmenge aufgenommenen Bild, insbesondere dunkle Pixel mit geringerem Rauschen ein. Hierdurch lässt sich der Kantenort und damit die Lage des Messpunktes genauer bestimmen.In the subsequent edge finding, in particular, dark pixels with less noise are used in comparison to a picture taken with a single amount of light. In this way, the edge location and thus the position of the measuring point can be determined more accurately.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Verfahren insbesondere in optischen Koordinatenmessgeräten einzusetzen. Diese verwenden beispielsweise Bildverarbeitungssensoren. Nach einer besonders hervorzuhebenden Ausprägung ist der Einsatz in einem als Messmikroskop ausgebildeten Koordinatenmessgerät vorgesehen. Bei diesem wird das zu untersuchende Werkstück auf einem Messtisch aufgelegt, über oder unter dem sich eine zumeist vergrößernde oder aber verkleinernde Optik mit danach angeordneter Kamera befindet. Das Verfahren kann jedoch auch in Koordinatenmessgeräten eingesetzt werden, bei denen der Messtisch mit dem Werkstück und die Einheit aus Optik und Kamera relativ zueinander in ein, zwei oder drei Richtungen bewegt werden.According to the invention, the method is used in particular in optical coordinate measuring machines. These use, for example, image processing sensors. After a particularly noteworthy expression, the insert is provided in a coordinate measuring machine designed as a measuring microscope. In this, the workpiece to be examined is placed on a measuring table, above or below which there is a mostly magnifying or reducing optics with a camera arranged thereafter. However, the method can also be used in coordinate measuring machines, in which the measuring table with the workpiece and the unit of optics and camera are moved relative to each other in one, two or three directions.

Die Erfindung sieht zur Lösung ein Verfahren zur Aufnahme, Darstellung und Auswertung eines Bildes aus, vorzugsweise eingesetzt in einem Messmikroskop oder optischen Koordinatenmessgerät mit Bildverarbeitungssensor, wobei zumindest ein Bild mit einer Kamera aufgenommen wird, ein Bild auf einem Ausgabemittel, wie Bildschirm, für den Bediener dargestellt wird und der Bediener anhand der Darstellung die Bereiche auswählt, an denen Messpunkte bestimmt werden sollen, und wobei die Auswertung zumindest die Bestimmung eines oder mehrerer Messpunkte an einer oder mehreren durch zumindest ein Bild erfassten Kanten eines Werkstücks mittels eines Kantendetektionsverfahrens umfasst, wobei die Auswertung bevorzugt die dimensionelle Verknüpfung mehrerer Messpunkte zu Maßen umfasst, dass sich dadurch auszeichnet, dass aus mehreren mit der Kamera aufgenommenen Bildern ein High-Dynamic-Range-Bild (HDR-Bild) erzeugt wird, welches für die Darstellung auf dem Anzeigemittel verwendet wird und/oder welches für die Bestimmung der Messpunkte verwendet wird.The invention provides for the solution a method for recording, display and evaluation of an image, preferably used in a measuring microscope or optical coordinate measuring machine with image processing sensor, wherein at least one image is taken with a camera, an image on an output means, such as screen, for the operator and the operator selects on the basis of the representation the areas where measurement points are to be determined, and wherein the evaluation at least the determination of one or more measurement points on one or more detected by at least one image edges of a workpiece by means of an edge detection method, wherein the evaluation Preferably, the dimensional linking of several measuring points to dimensions comprises that it is characterized in that a high-dynamic-range image (HDR image) is generated from a plurality of images recorded with the camera, which is used for the display on the display means and / or which is used for the determination of the measuring points.

Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass zur Erzeugung des HDR-Bildes mit der Kamera mehrere Bilder mit unterschiedlicher Lichtmenge je Bild aufgenommen und zusammengesetzt werden, wobei die Bilder unterschiedlicher Lichtmenge erzeugt werden, indem unterschiedliche Lichtstärken einer oder mehrerer für die Beleuchtung des Werkstücks vorgesehenen Lichtquellen, insbesondere Hellfeldauflicht-Belichtungsquelle und/oder Dunkelfeld-Auflichtbelichtungsquelle und/oder Durchlicht-Belichtungsquelle, eingestellt werden und/oder indem unterschiedliche Beleuchtungsrichtungen, insbesondere einer Dunkelfeld-Auflichtbelichtungsquelle mit mehreren zumindest teilweise ringförmig verteilten Segmenten, eingestellt werden und/oder indem unterschiedliche Integrationszeiten der Kamera eingestellt werden und/oder indem unterschiedlich viele aufgenommene Bilder, vorzugsweise aufeinanderfolgend aufgenommene Bilder, in ihren Grauwerten addiert werden.In particular, the invention is characterized in that for the generation of the HDR image with the camera a plurality of images with different amount of light per image are recorded and assembled, the images of different amounts of light are generated by different light levels of one or more provided for the illumination of the workpiece Light sources, in particular bright field incident light exposure source and / or dark field Auflichtbelichtungsquelle and / or transmitted light exposure source are set and / or by different illumination directions, in particular a dark field Auflichtbelichtungsquelle with a plurality of at least partially annular distributed segments, set and / or by different integration times of Camera are adjusted and / or by different numbers of recorded images, preferably sequentially recorded images are added in their gray values.

Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass das Zusammensetzen der Bildinformationen (Grauwerte der Pixel des Bildes) zum HDR-Bild aus den mehreren Bildern erfolgt, indem jedem Bild jeweils nur die Bildbereiche (Pixel) entnommen werden, die weder überstrahlt noch zu dunkel sind und/oder die einen Mindestkontrast überschreiten, wobei beim Zusammensetzen die Grauwerte der Bildbereiche entsprechend der dem jeweiligen Bild zugeordneten Lichtmenge zueinander skaliert werden.Preferably, it is provided that the composition of the image information (gray values of the pixels of the image) to the HDR image from the several images are taken by each image only the image areas (pixels) are removed, which are neither overexposed nor too dark and / or exceed a minimum contrast, wherein when composing the gray values of the image areas are scaled to each other according to the amount of light associated with each image.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmale - für sich und/oder in Kombination - sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken from them - alone and / or in combination - but also from the following description of the figures.

Es zeigen:

  • 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einer Zoomoptik mit einem optischen Abstandsensor in einer ersten Ausgestaltung,
  • 2 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einer Zoomoptik mit einem optischen Abstandsensor in einer zweiten Ausgestaltung,
  • 3 eine Prinzipdarstellung in einer ersten Ausgestaltung der auf mehreren Linien verteilten Messstrahlen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines optischen Abstandsensors und
  • 4 eine Prinzipdarstellung in einer zweiten Ausgestaltung der auf mehreren Linien verteilten Messstrahlen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines optischen Abstandsensors.
Show it:
  • 1 1 is a schematic representation of the device according to the invention, a zoom lens with an optical distance sensor in a first embodiment,
  • 2 a schematic diagram of the device according to the invention, a zoom lens with an optical distance sensor in a second embodiment,
  • 3 a schematic diagram in a first embodiment of the distributed on several lines measuring beams of an apparatus according to the invention of an optical distance sensor and
  • 4 a schematic diagram in a second embodiment of the distributed on several lines measuring beams of an inventive device of an optical distance sensor.

Anhand der 1 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft verdeutlicht. Der optische Sensorkopf 1 enthält die Optik 2, welche wiederum aufweist ein objektseitiges Linsenvorsystem 3, hier bestehend aus zwei Linsen, ein Zoomlinsensystem 4 mit den hier beispielhaft zwei in Abbildungsrichtung 9 parallel zu den Pfeilen 4a' bzw. 4b' verschiebbaren Zoomlinsen 4a und 4b, und weitere Abbildungslinsen 14. Im Sensorkopf zumindest teilweise integriert ist auch der optische Abstandsensor 5, dessen den Messstrahl 6 führende Faser 7 der zentralen Öffnung 8 der ersten Zoomlinse 4a zugeführt ist. In der dargestellten Ausführungsform verläuft die Faser 7 durch den Zwischenraum 10 in die Öffnung 8 und endet etwa am objektseitigen Ende der Zoomlinse 4a, so dass der Messstrahl am Faserende 7a in Richtung des zu messenden Werkstücks 13 die Faser 7 verlässt und nach der Reflexion am Werkstück in diese zumindest teilweise wieder eintreten kann. Das Faserende 7a ist mit der Zoomlinse 4a fest verbunden, also in der Öffnung 8 fixiert, z. B. eingeklebt, und gemeinsam mit dieser in Abbildungsrichtung 9 verschiebbar. Die hierzu benötigten Antriebe sind beispielsweise mit der Zoomlinse 4a verbunden, hier jedoch nicht dargestellt.Based on 1 the device according to the invention is exemplified. The optical sensor head 1 contains the optics 2 which in turn comprises an object-side lens presystem 3 , here consisting of two lenses, a zoom lens system 4 with the example here two in the imaging direction 9 parallel to the arrows 4a ' respectively. 4b ' sliding zoom lenses 4a and 4b , and more picture lenses 14 , The optical distance sensor is at least partially integrated in the sensor head 5 whose the measuring beam 6 leading fiber 7 the central opening 8th the first zoom lens 4a is supplied. In the illustrated embodiment, the fiber runs 7 through the gap 10 in the opening 8th and ends approximately at the object-side end of the zoom lens 4a , so that the measuring beam at the fiber end 7a in the direction of the workpiece to be measured 13 the fiber 7 leaves and after the reflection on the workpiece can at least partially reenter. The fiber end 7a is with the zoom lens 4a firmly connected, so in the opening 8th fixed, z. B. glued, and together with this in the imaging direction 9 displaceable. The drives required for this purpose are, for example, with the zoom lens 4a connected, but not shown here.

Bevorzugt ist der optische Abstandsensor 5 als chromatisch konfokaler Einzelpunktsensor ausgelegt. Zumindest eine der Linsen des Linsenvorsystems 3 weist dazu einen gezielten Farbfehler (chromatische Aberration) auf, so dass die unterschiedlichen Wellenlängen des Messstrahls 9 in unterschiedliche Entfernungen in Richtung auf das Werkstück 13 zu fokussiert werden. Da auch die vom Werkstück reflektierte Messstrahlung 9 nicht für alle scharf abgebildeten Wellenlängen genau wieder auf das Faserende 7a fokussiert werden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Faserende 7a, insbesondere zusammen mit der Zoomlinse 4a in Abbildungsrichtung 9 entsprechend nachzuführen, beispielsweise auch beim Einsatz des optischen Abstandsensors 5 im Scanningbetrieb. Alternativ ist auch vorgesehen, das Faserende 7a fest angeordnet zu lassen und die Lage der bildseitigen Fokusebene des Linsenvorsystems 3 auf das Faserende 7a einzustellen. Hierzu wird die Brennweite zumindest einer der Linsen des Linsenvorsystems 3 angepasst, indem diese beispielsweise als Flüssigkeitslinse ausgeführt ist. Damit ist eine sehr schnelle Nachführung möglich, wie sie im zuvor genannten Scanningbetrieb benötigt wird.The optical distance sensor is preferred 5 designed as a chromatic confocal single-point sensor. At least one of the lenses of the lens presystem 3 has a targeted chromatic aberration (chromatic aberration), so that the different wavelengths of the measuring beam 9 at different distances in the direction of the workpiece 13 to be focused. As well as the measuring radiation reflected by the workpiece 9 not exactly back to the fiber end for all sharp-focused wavelengths 7a be focused, the invention provides the fiber end 7a , in particular together with the zoom lens 4a in the imaging direction 9 nachzuführen accordingly, for example, when using the optical distance sensor 5 in scanning mode. Alternatively, it is also provided, the fiber end 7a to leave fixed and the position of the image-side focal plane of the lens presystem 3 on the fiber end 7a adjust. For this purpose, the focal length of at least one of the lenses of the lens presystem 3 adapted by this example, designed as a liquid lens. For a very fast tracking is possible, as required in the aforementioned scanning operation.

Die Bewegung der Zoomlinse 4a in Abbildungsrichtung 9 wird aber zudem benötigt, um den Abbildungsmaßstab und den Arbeitsabstand eines die identische Optik 2 nutzenden Bildverarbeitungssensors 11 einzustellen. Dieser weist dazu des weiteren weitere Abbildungslinsen 14 auf, die vom Werkstück stammendes Licht auf die Bilderfassungseinheit 12 wie CCD- oder CMOS-Kamera des Bildverarbeitungssensors 11 abzubilden. Wird der optische Sensorkopf 1 als Bildverarbeitungssensor 11 betrieben, so muss insbesondere die Zoomlinse 4a in eine andere Stellung entlang der Abbildungsrichtung 9 verschoben werden, als beim in der 1 dargestellten Betrieb des optischen Abstandsensors 5. Beim Betrieb des optischen Sensorkopfs 1 als Bildverarbeitungssensor 11 ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, eine auf das Werkstück 13 gerichtete Beleuchtung wie beispielsweise Hellfeldbeleuchtung in die Optik 2 einzuspiegeln. Dies kann beispielsweise vor oder nach dem Linsenvorsystem 3 erfolgen. Dabei kann auch eine Markenprojektion erfolgen. Die Einspiegelung des Strahlengangs eines weiteren optischen Abstandsensors wie foucaultschen Sensor ist ebenso vorgesehen, beispielsweise zwischen Zoomlinsensystem 4 und Abbildungslinsen 14.The movement of the zoom lens 4a in imaging direction 9 but is also needed to the magnification and the working distance of the identical optics 2 using the image processing sensor 11 adjust. This has to further further imaging lenses 14 on, the light originating from the workpiece on the image acquisition unit 12 like CCD or CMOS camera of the image processing sensor 11 map. Will the optical sensor head 1 as an image processing sensor 11 operated, so must in particular the zoom lens 4a be moved to a different position along the imaging direction 9, as when in the 1 illustrated operation of the optical distance sensor 5 , When operating the optical sensor head 1 as an image processing sensor 11 is also provided according to the invention, one on the workpiece 13 Directional lighting such as bright field lighting in the optics 2 einzuspiegeln. This can, for example, before or after the lens presystem 3 respectively. It can also be a brand projection. The reflection of the beam path of a further optical distance sensor such as Foucault sensor is also provided, for example between zoom lens system 4 and picture lenses 14 ,

In der 2 wird eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielhaft verdeutlicht. Im Vergleich zur 1 erfolgt die Einspiegelung des als chromatischen Sensor 5b ausgelegten optischen Abstandsensors durch einen Strahlteiler 15. Von dem Faserende 7b wird dazu die Messstrahlung 6b in Richtung des Strahlteilers 15 abgegebene und von diesem auf das Werkstück 13 umgelenkt, an diesem reflektiert und über den Strahlteiler 15 zurück zum Faserende 7b gelenkt. Eine der beiden Linsen 16, 17 des Linsenvorsystems 3, bevorzugt die Linse 16 ist gezielt mit einem Farbfehler (chromatische Aberration) ausgelegt, und besonders bevorzugt eine Asphäre, um die Funktion des chromatischen Sensors zu erzielen. Für die wellenlängenabhängig einstellbare Rückfokussierung des Messstrahls 6b in das Faserende 7b ist eine der beiden Linsen 16, 17 des Linsenvorsystems 3, bevorzugt die Linse 17 als in ihrer Brennweite einstellbar ausgelegt. Alternativ oder zusätzlich sieht die Erfindung auch vor, die Linse 17 in Abbildungsrichtung 9 verschiebbar oder das Faserende 7b verschiebbar auszuführen, um die Rückfokussierung zu optimieren.In the 2 a further embodiment of the device according to the invention is exemplified. In comparison to 1 the reflection of the chromatic sensor takes place 5b designed optical distance sensor by a beam splitter 15 , From the fiber end 7b becomes the measuring radiation 6b in the direction of the beam splitter 15 delivered and from this on the workpiece 13 deflected, reflected at this and the beam splitter 15 back to the fiber end 7b directed. One of the two lenses 16 . 17 of the lens presystem 3 , prefers the lens 16 is intentionally designed with a chromatic aberration, and more preferably an asphere, to achieve the function of the chromatic sensor. For the wavelength-dependent adjustable re-focusing of the measuring beam 6b in the fiber end 7b is one of the two lenses 16 . 17 of the lens presystem 3 , prefers the lens 17 designed as adjustable in their focal length. Alternatively or additionally, the invention also provides, the lens 17 displaceable in the imaging direction 9 or the fiber end 7b slidable to optimize the re-focusing.

Anhand der 3 und 4 werden zwei bevorzugte Ausgestaltungen der auf mehreren Linien verteilten Messstrahlen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines optischen Abstandsensors dargestellt.Based on 3 and 4 Two preferred embodiments of the measuring beams distributed over several lines of an apparatus according to the invention for an optical distance sensor are shown.

In 3 werden die mehreren Linien 10, 11, 12, 13 parallel zueinander, also senkrecht zur Linienrichtung in der Richtung der Linie 15 versetzt angeordnet und weisen zudem einen Versatz in Linienrichtung bzw. ursprünglicher Linienrichtung 14 auf, wobei der Versatz geringer ist, als die Abstände der Messstrahlen 10a zu 10b bzw. 10b zu 10c usw. in Linienrichtung 14 der beispielsweise ursprünglichen ersten Linie 10. Beispielhaft wurde hier ein Versatz in Linienrichtung von etwa 1/4 des Abstandes der Messstrahlen auf einer Linie gewählt, wodurch sich für die Scanrichtung 13 eine 4fache laterale Auflösung in Linienrichtung 14 ergibt. Für die Bewegungsrichtung 16, die leicht von der ursprünglich vorgesehenen Scanrichtung 13 (bei einer Linie) abweicht, verbleibt trotzdem die erhöhte laterale Auflösung in der Richtung 14, und auch eine immernoch erhöhte laterale Auflösung in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung 16. Hierdurch wird erreicht, dass auch für eine beliebige Lage zu messender Merkmale und damit festgelegter Bewegungsrichtungen eine erhöhte laterale Auflösung erzielt werden kann.In 3 become the multiple lines 10 . 11 . 12 . 13 parallel to each other, ie perpendicular to the line direction in the direction of the line 15 arranged offset and also have an offset in the line direction or original line direction 14 on, wherein the offset is smaller than the distances of the measuring beams 10a to 10b respectively. 10b to 10c etc. in line direction 14 for example, the original first line 10 , By way of example, an offset in the line direction of about 1/4 of the distance of the measuring beams was selected on a line, whereby the direction of scanning is determined 13 a 4-fold lateral resolution in the line direction 14 results. For the direction of movement 16 slightly different from the originally intended scanning direction 13 (deviates with a line), nevertheless the increased lateral resolution remains in the direction 14 , and also still increased lateral resolution in the direction perpendicular to the direction of movement 16 , This ensures that even for any position to be measured features and thus determined directions of movement increased lateral resolution can be achieved.

In der 4 sind die zwei Linien 10 und 11 um die Messrichtung (senkrechte zur Zeichenebene) in einem Winkel von 90° zueinander verdreht angeordnet. Zudem ist eine der Linien 10 bzw. 11 in Linienrichtung um einen Betrag verschoben, der geringer ist als der Abstand der Messstrahlen 10a zu 10b bzw. 10b zu 10c usw. in Linienrichtung der beispielsweise ursprünglichen ersten Linie 10. Für die Scanrichtung 13 ergibt sich damit eine erhöhte laterale Auflösung senkrecht zur Scanrichtung bzw. für die Bewegungsrichtung 16 senkrecht zu dieser.In the 4 are the two lines 10 and 11 arranged at an angle of 90 ° to each other around the measuring direction (perpendicular to the plane of the drawing). In addition, one of the lines 10 respectively. 11 shifted in the line direction by an amount that is less than the distance of the measuring beams 10a to 10b respectively. 10b to 10c etc. in the line direction of, for example, the original first line 10 , For the scanning direction 13 This results in an increased lateral resolution perpendicular to the scanning direction or for the direction of movement 16 perpendicular to this.

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Claims (14)

Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oder mehrerer Bereiche an einer oder mehreren Schneiden oder Zähnen oder Fase oder anderen am Umfang eines Werkzeugs verteilten Merkmalen, vorzugsweise am äußeren Umfang verteilten Merkmalen an einem Werkzeug, wobei die Schneide bzw. Merkmale abhängig von der axialen Position entlang der Achse des Werkzeugs in teilweise unterschiedlichen Drehlagen vorliegen, das Werkzeug also insbesondere gedrallte Schneiden bzw. Merkmale aufweist, wobei die Bestimmung mittels Bildverarbeitungssensor, insbesondere in einem Koordinatenmessgerät integrierten Bildverarbeitungssensor erfolgt, wobei vorzugsweise Beleuchtung im Durchlicht und/oder Hellfeldauflicht und/oder Dunkelfeldauflicht erfolgt, wobei Bilder in mehreren Drehlagen des Werkzeugs um dessen Werkzeugachse und in mehreren Relativpositionen zwischen Werkzeug und Bildverarbeitungssensor in Richtung der Werkzeugachse aufgenommen werden, und durch Auswertung der aufgenommenen Bilder die Bereiche im Bild oder in resultierenden Bildern, welche durch Überlagerung und/oder Aneinandersetzen der Einzelbilder erzeugt werden, ermittelt und untersucht werden, in denen die Schneide bzw. Merkmale scharf abgebildet sind, insbesondere durch Auswertung des senkrechten Abstands zur Lage der Werkzeugachse und/oder durch Auswertung des Bildkontrastes, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung und die axiale Bewegung, also in Richtung der Werkzeugachse, derart zueinander gesteuert werden, dass der Schneide bzw. dem Merkmal in seiner vorzugsweise gedrallten bzw. helixförmigen Ausprägung gefolgt wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit in axialer Richtung so geregelt wird, dass der jeweilige scharf abgebildete Bereich der Schneide bzw. des Merkmals bei Veränderung, vorzugsweise kontinuierlicher Veränderung, der Drehstellung stets innerhalb des vom Bildverarbeitungssensor erfassten Bereichs verbleibt, vorzugsweise mittig verbleibt, besonders bevorzugt in einem um die Bildmitte definierten zulässigen Bereich verbleibt. Method for determining the position of one or more regions on one or more cutting edges or teeth or other features distributed on the circumference of a tool, preferably on peripherally distributed features on a tool, the cutting edge depending on the axial position along the The tool axis in some different rotational positions, the tool thus has in particular twisted cutting edges or features, wherein the determination by image processing sensor, in particular in a coordinate measuring machine integrated image processing sensor, preferably with illumination in transmitted light and / or bright field incident light and / or dark field reflected light, wherein Images are recorded in several rotational positions of the tool around its tool axis and in several relative positions between the tool and image processing sensor in the direction of the tool axis, and by evaluating the recorded images, the areas in the image d or in the resulting images, which are generated by superimposing and / or juxtaposing the individual images, are determined and investigated, in which the cutting edge or features are sharply imaged, in particular by evaluating the perpendicular distance to the position of the tool axis and / or by evaluating the Image contrast, characterized in that the rotational movement and the axial movement, ie in the direction of the tool axis, are controlled in such a way that the cutting edge or the feature is followed in its preferably twisted or helical expression, the movement speed in the axial direction so regulated is that the respective sharply imaged region of the cutting edge or the feature in case of change, preferably continuous change, the rotational position always remains within the area detected by the image processing sensor, preferably remains centered, particularly preferably in a zul defined by the image center lar portion remains. Optischer Sensorkopf (1) aufweisend eine Optik (2) die zumindest umfasst ein objektseitiges Linsenvorsystem (3) und ein Zoomlinsensystem (4) mit einer oder mehreren in Abbildungsrichtung verschiebbaren Zoomlinsen (4a, 4b), wobei der optische Sensorkopf (1) weiterhin umfasst einen optischen Abstandsensor (5), der einen den Messstrahl (6) des optischen Abstandsensors (5) zuführende optische Faser (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zoomlinse (4a) eine zentrale Öffnung (8) aufweist, der die optische Faser (7) zugeführt ist und dass das objektseitige Ende (7a) der Faser (7), vorzugsweise gemeinsam mit der ersten Zoomlinse (4a), in Abbildungsrichtung (9) verschiebbar ausgebildet ist.An optical sensor head (1) comprising an optical system (2) which comprises at least one object-side lens system (3) and a zoom lens system (4) with one or more zoom lenses (4a, 4b) displaceable in the imaging direction, wherein the optical sensor head (1) further comprises a optical distance sensor (5) comprising an optical fiber (7) which feeds the measuring beam (6) of the optical distance sensor (5), characterized in that a first zoom lens (4a) has a central opening (8) forming the optical fiber (5). 7) and that the object-side end (7a) of the fiber (7), preferably together with the first zoom lens (4a), is designed to be displaceable in the imaging direction (9). Optischer Sensorkopf (1) aufweisend eine Optik (2) und einen als chromatischen Abstandsensor ausgeführten optischen Abstandsensor (5b), vorzugsweise chromatisch konfokalen Abstandsensor, dessen Messstrahl (6b), ausgehend von einem Faserende (7b) in die Optik (2) eingespiegelt ist, vorzugsweise mittels eines Strahlteilers (15), und wobei objektseitig der Einspiegelung (15) eine Linse (16, 17) eines Linsenvorsystems (3) mit einem Farbfehler (chromatische Aberration) angeordnet ist, und vorzugsweise bildseitig der Einspiegelung (15) ein Zoomlinsensystem (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorlinsensystem (3) eine Linse (17, 16) aufweist, die in Abbildungsrichtung (9) verschiebbar oder als in ihrer Brennweite einstellbare Linse wie Flüssiglinse und zur Fokussierung des vom Werkstück (13) am stärksten reflektierten Anteils des Messstrahls (6b) in das objektseitige Faserende (7b) ausgebildet ist.Optical sensor head (1) comprising an optical system (2) and an optical distance sensor (5b), preferably a chromatically confocal distance sensor designed as a chromatic distance sensor, whose measuring beam (6b) is reflected into the optical system (2) starting from a fiber end (7b), Preferably, by means of a beam splitter (15), and wherein on the object side of the reflection (15) a lens (16, 17) of a lens system (3) with a chromatic aberration is arranged, and preferably on the image side of the reflection (15) a zoom lens system (4 ), characterized in that the pre-lens system (3) has a lens (17, 16) displaceable in the imaging direction (9) or as in its focal length adjustable lens such as liquid lens and for focusing of the workpiece (13) most reflected Part of the measuring beam (6b) in the object-side fiber end (7b) is formed. Verfahren zur Bestimmung von geometrischen Merkmalen an einem Werkstück, insbesondere Bestimmung von Messpunkten, mit der Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise entweder objektseitiges Ende der Faser, vorzugsweise gemeinsam mit der ersten Zoomlinse, in Abbildungsrichtung in eine erste Stellung verschoben wird, in der das objektseitige Ende der Faser im bildseitigen Brennpunkt des Linsenvorsystems angeordnet ist, um Messpunkte mit dem optischen Abstandsensor aufzunehmen, oder die eine oder mehreren Zoomlinsen in Abbildungsrichtung in Stellungen verschoben werden, um Arbeitsabstand und/oder Abbildungsmaßstab für den Bildverarbeitungssensor einzustellen und mit dem Bildverarbeitungssensor Konturen des Werkstücks erfasst und daraus Messpunkte bestimmt werden oder mit dem Bildverarbeitungssensor mittels Fokusvariationsverfahren Bilder des Werkstücks in unterschiedlichen Entfernungen zwischen Werkstück und objektseitigem Brennpunkt der Optik erfasst und durch Kontrast- oder Helligkeitsauswertung Messpunkte bestimmt werden.Method for determining geometric features on a workpiece, in particular determination of measuring points, with the device according to at least one of the preceding Claims 2 or 3 , characterized in that selectively either object-side end of the fiber, preferably together with the first zoom lens is moved in the imaging direction in a first position in which the object-side end of the fiber is arranged in the image-side focal point of the lens presystem to record measuring points with the optical distance sensor , or the one or more zoom lenses are moved in the imaging direction in positions to adjust working distance and / or magnification for the image processing sensor and detected with the image processing sensor contours of the workpiece and measuring points are determined or with the image processing sensor by means of focus variation method images of the workpiece at different distances between Workpiece and object-side focal point of the optics are detected and determined by contrast or brightness evaluation measurement points. Verfahren nach vorzugsweise Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung mit dem als chromatischen Sensor ausgebildeten optischem Abstandsensor, das den vom Werkstück reflektierten Messstrahl aufnehmende Faserende in Abbildungsrichtung der Optik der Lage des wellenlängenabhängigen bildseitigen Brennpunkts des den Messstrahl auf des Werkstück abbildenden Linsenvorsystems oder der wellenlängenabhängige bildseitige Brennpunkt des Linsenvorsystems in Abbildungsrichtung der Lage des Faserendes für die Wellenlänge (Farbe) des jeweils vom Messobjekt bzw. Werkstück am stärksten reflektierten Anteils des Messstrahls nachgeführt wird, wobei der optische Abstandsensor vorzugsweise im Scanningbetrieb betrieben wird.Method according to preferably Claim 4 Characterized in that during the measurement with the designed as a chromatic sensor optical distance sensor, the light reflected by the workpiece measuring beam receiving end of the fiber in the imaging direction of the optics of the position of the wavelength-dependent image-side focal point of the measuring beam imaging on the workpiece Linsenvorsystems or the wavelength-dependent image-side focal point of the Linsenvorsystems in the imaging direction of the position of the fiber end for the wavelength (color) of each of the measuring object or workpiece most reflected portion of the measuring beam is tracked, wherein the optical distance sensor is preferably operated in the scanning mode. Verfahren zur Ermittlung von Konturen, insbesondere Konturpunkten, an einem Messobjekt, insbesondere Werkstück durch Bildverarbeitung insbesondere 2D-Bildverarbeitung, wobei aus den Grauwerten der Pixel des jeweiligen Bildes (Grauwertamplituden) die Konturen bzw. Konturpunkte mit höherer Auflösung der Konturpunktepositionen als durch die Pixelmittenabstände des Bildes bestimmt und/oder unter Berücksichtigung der Grauwerte in der Umgebung des jeweiligen Konturpunktes, ermittelt werden, indem zunächst die Positionen erster Konturpunkte bestimmt werden, indem auf die Grauwerte aller oder eines Teils der Pixel des Bildes zumindest ein erster globaler Operator, vorzugsweise globaler Schwellwertoperator oder globaler differentieller Operator, angewendet wird und der verwendete globale Schwellwert bzw. die globale Schwellwertamplitude zur Verfügung gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss daran auf den Bereich des Bildes in den lokalen Umgebungen der ersten Konturpunkte folgende Schritte angewendet werden: - Bestimmung jeweils zumindest einer lokalen Referenzgrauwertamplitude aus den Grauwertamplituden der Pixel in der Umgebung der ersten Konturpunkte und vorzugsweise zumindest einer globalen Referenzgrauwertamplitude aus den Grauwertamplituden der Pixel des Bildes, - Anpassung der Grauwerte der Pixel, wobei die Grauwerte der Pixel in jeweils der lokalen Umgebung der ersten Konturpunkte unter Verwendung zumindest der lokalen Referenzgrauwertamplituden normiert werden, vorzugsweise so, dass mit einem globalen Operator, wie globaler Schwellwertoperator oder globaler differentieller Operator, die gleichen zweiten Konturpunkte berechenbar sind, wie durch Anwendung der jeweils lokalen Referenzgrauwertamplituden als Schwellwert für einen lokalen Operator, wie lokaler Schwellwertoperator oder lokaler differentieller Operator - Anwendung zumindest eines zweiten globalen Operators, vorzugsweise globalen Schwellwertoperators oder globalen differentiellen Operators, auf die angepassten Grauwerte aller oder eines Teils der Pixel des Bildes zur Bestimmung zweiter Konturpunkte - Verwendung der ermittelten zweiten Konturpunkte als Konturen bzw. Konturpunkte. Method for determining contours, in particular contour points, on a measurement object, in particular workpiece by image processing, in particular 2D image processing, wherein the contours or contour points with higher resolution of the contour point positions from the gray values of the pixels of the respective image (gray value amplitudes) than through the pixel center distances of the image determined and / or taking into account the gray values in the vicinity of the respective contour point, are determined by first the positions of first contour points are determined by the gray values of all or part of the pixels of the image at least a first global operator, preferably global threshold operator or global Differential operator is applied and the global threshold used or the global threshold amplitude is provided, characterized in that subsequent to the area of the image in the local environments of the first contour point the following steps are used: determination of at least one local reference gray-scale amplitude from the gray-scale amplitudes of the pixels in the vicinity of the first contour points and preferably at least one global reference gray-scale amplitude from the gray-scale amplitudes of the pixels of the image, adaptation of the gray values of the pixels, the gray values of the pixels in each of the local environment of the first contour points are normalized using at least the local reference gray value amplitudes, preferably such that with a global operator, such as global threshold operator or global differential operator, the same second contour points can be calculated as by applying the respective local reference gray value amplitudes as a threshold for a local operator, such as local threshold operator or local differential operator, application of at least one second global operator, preferably global threshold operator or global differential op to the adjusted gray values of all or part of the pixels of the image for determining second contour points - use of the determined second contour points as contours or contour points. Verfahren zur Bestimmung und Anwendung einer Korrektur eines Werkzeugs (Werkzeugkorrektur), wobei das Werkzeug zur Herstellung eines Werkstücks verwendbar ist, und wobei Messpunkte (Punktewolke) durch dimensionelle Messung des Werkstücks (Werkstück-Istdaten) oder des zur Herstellung des Werkstücks vorgesehenen Werkzeugs (Werkzeug-Istdaten) ermittelt werden, vorzugsweise durch Messung mit einem Koordinatenmessgerät, besonders bevorzugt mit einem mehrere Sensoren (Multisensorkoordinatenmessgerät) und/oder einen Computertomografiesensor umfassenden Koordinatenmessgerätes, und wobei die Istdaten (Werkstück-Istdaten bzw. Werkzeug-Istdaten) mit den zugeordneten Solldaten (Werkstück-Solldaten bzw. Werkzeug-Solldaten) verglichen und Abweichungen (Abweichungsvektoren) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Abweichungen Korrekturen (Korrekturvektoren) berechnet werden, wobei vorzugsweise die Abweichungen an den jeweiligen Solldaten invertiert, also gespiegelt werden, und die Korrekturen direkt oder indirekt zur Ermittlung korrigierten Werkzeug-Solldaten verwendet werden, indem: - bei Messung des Werkstücks die Korrekturen zur Ermittlung korrigierter Werkstück-Solldaten verwendet werden und aus den korrigierten Werkstück-Solldaten die korrigierten Werkzeug-Solldaten ermittelt werden, oder - bei Messung des Werkzeugs die Korrekturen zur Ermittlung der korrigierter Werkzeug-Solldaten verwendet werden, wobei die korrigierten Werkzeug-Solldaten für die Nachbearbeitung des Werkzeugs, beispielsweise Nachschleifen, oder die Herstellung eines korrigierten Werkzeugs zur Verfügung gestellt werden, wobei die Schritte: - Erzeugen der Messpunkte (Istdaten) durch dimensionelle Messung, insbesondere Steuerung eines Koordinatenmessgerätes - Einlesen der Solldaten, insbesondere Einlesen der Werkstück-Solldaten, - Vergleich der Istdaten mit den Solldaten des Werkstücks oder Werkzeugs und Ermittlung der Abweichungen (Abweichungsvektoren), - Berechnung der Korrekturen (Korrekturvektoren), vorzugsweise durch Invertierung bzw. Spiegelung der Abweichungen an den jeweiligen Solldaten, - Berechnung der korrigierten Werkstück-Solldaten und/oder Berechnung der korrigierten Werkzeug-Solldaten, vorzugsweiser Berechnung der korrigierten Werkzeug-Solldaten aus den korrigierten Werkstück-Solldaten, durch ein einheitliches Computerprogrammprodukt gesteuert werden, wobei vorzugsweise auch der Schritt der Erzeugung der Werkzeug-Solldaten aus den Werkstück-Solldaten umfasst ist.Method for determining and applying a correction of a tool (tool offset), the tool being usable for the production of a workpiece, and measuring points (point cloud) by dimensional measurement of the workpiece (workpiece actual data) or of the tool provided for the production of the workpiece (tool Actual data) can be determined, preferably by measuring with a coordinate measuring machine, particularly preferably with a multi-sensor coordinate measuring machine and / or a computer tomography sensor comprehensive coordinate measuring machine, and wherein the actual data (actual workpiece data or tool actual data) with the associated target data (workpiece Desired data or desired tool data) and deviations (deviation vectors) are determined, characterized in that from the deviations corrections (correction vectors) are calculated, wherein preferably the deviations are inverted to the respective target data, that is mirrored, un the corrections are used directly or indirectly for determining corrected tool setpoint data by: - using the corrections for determining corrected workpiece setpoint data when measuring the workpiece, and determining the corrected tool setpoint data from the corrected workpiece setpoint data, or - at Measurement of the tool, the corrections are used to determine the corrected tool target data, wherein the corrected tool target data for post-processing of the tool, such as regrinding, or the production of a corrected tool are provided, the steps: - generating the measuring points ( Actual data) by dimensional measurement, in particular control of a coordinate measuring machine - reading the target data, in particular reading the workpiece target data, - Comparison of the actual data with the desired data of the workpiece or tool and determination of the deviations (deviation vectors), - Calculation of the correction (Correction vectors), preferably by inverting or mirroring the deviations of the respective target data, - Calculation of the corrected workpiece target data and / or calculation of the corrected tool setpoint data, preferably calculation of the corrected tool setpoint data from the corrected workpiece target data, by a uniform computer program product to be controlled, wherein preferably also the step of generating the desired tool data from the workpiece target data is included. Verfahren nach vorzugsweise Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der für die Herstellung eines Werkzeugs verwendbaren Werkzeug-Solldaten, vorzugsweise berechnet aus den Werkstück-Solldaten des Werkstücks, das mit dem Werkzeug hergestellt werden soll, ein lokal variabeles oder global fixes Aufmaß einberechnet wird, welches vorzugsweise an den Werkzeug-Solldaten angebracht wird, so dass sich aus den korrigierten Werkzeug-Solldaten, welche berechnet werden aus den Abweichungen der Werkstück-Solldaten oder im vorherigen Korrekturschritt ermittelten korrigierten Werkstück-Solldaten zu den Werkstück-Istdaten, zumindest in der ersten Korrekturschleife einer Werkzeugkorrektur ein Abtragen des Werkzeugs ergibt.Method according to preferably Claim 7 , characterized in that in the calculation of the usable for the production of a tool tool set data, preferably calculated from the workpiece target data of the workpiece to be manufactured with the tool, a locally variable or globally fixed oversize is calculated, which preferably at the tool target data is applied, so that from the corrected tool target data, which are calculated from the deviations of the workpiece target data or corrected in the previous correction step corrected workpiece target data to the workpiece actual data, at least in the first correction loop of a tool offset Removal of the tool results. Verfahren nach vorzugsweise Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der für die Herstellung eines Werkzeugs verwendbaren Werkzeug-Solldaten, vorzugsweise berechnet aus den Werkstück-Solldaten des Werkstücks, das mit dem Werkzeug hergestellt werden soll, ein Aufmaß einberechnet wird, welches vorzugsweise an den Werkzeug-Solldaten angebracht wird, so dass sich aus den korrigierten Werkzeug-Solldaten, welche berechnet werden aus den Abweichungen der Werkstück-Solldaten oder im vorherigen Korrekturschritt ermittelten korrigierten Werkstück-Solldaten zu den Werkstück-Istdaten, für die erste oder weitere Korrekturschleifen einer Werkzeugkorrektur ein Abtragen des Werkzeugs ergibt, indem die gemessenen Abweichungen und/oder die daraus bestimmten Korrekturvektoren lokal variabel oder global fix skaliert werden, vorzugsweise mit einem Faktor kleiner als 1. Method according to preferably Claim 7 or 8th , characterized in that in the calculation of usable for the production of a tool desired tool data, preferably calculated from the workpiece target data of the workpiece to be manufactured with the tool, an allowance is calculated, which is preferably attached to the tool target data is, so that from the corrected tool target data, which are calculated from the deviations of the workpiece target data or determined in the previous correction step corrected workpiece target data to the workpiece actual data for the first or further correction loops of a tool offset results in a removal of the tool in that the measured deviations and / or the correction vectors determined therefrom are locally variably or globally fixed scaled, preferably with a factor smaller than 1. Verfahren zur Bestimmung von Oberflächenmesspunkten nach dem Autofokus- oder Fokusvariationsverfahren, vorzugsweise mit einem in einem Koordinatenmessgerät angeordnetem optischen Sensor besonders bevorzugt Bildverarbeitungssensor, mit folgenden Schritten: - Aufnahme von mehreren Bildern mit einer Kamera und dieser zugeordneter Optik in unterschiedlichen Abständen in Abbildungsrichtung der Optik zwischen Werkstückoberfläche und Scharfebene der Optik, wobei die Bildaufnahme während der Änderung des Abstandes erfolgt, - Aufzeichnung der jeweils eingestellten Abstände zum Zeitpunkt der Bildaufnahme, - Untersuchung der Helligkeit und/oder des Kontrastes, oder daraus abgeleiteter Größen wie Änderung derselben, der Bilder oder korrespondierender Abschnitte der Bilder, vorzugsweise Pixel, entlang des Abstandes, wobei zusammen mit den aufgezeichneten Abständen eine zumindest erste Fokuskurve bzw. erste Fokuskurven gebildet werden, - Ermittlung der Lage des dem Bild oder dem jeweiligen Bildabschnitt zugeordnet Oberflächenpunktes in Abbildungsrichtung der Optik (Fokusort bzw. Fokusorte) aus der jeweiligen Fokuskurve, vorzugsweise anhand des Maximums der Fokuskurve bzw. jeweiligen Fokuskurve, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik als Zoomoptik mit veränderbarem Abbildungsmaßstab ausgebildet ist und folgende Schritte ausgeführt werden: - Aufnahme erster Bilder mit erstem Abbildungsmaßstab β1 und erster Abstandsänderungsgeschwindigkeit v1 und daraus Extrapolation einer ersten Fokuskurve oder jeweils erster Fokuskurven und Bestimmung ersten Fokusorts oder erster Fokusorte für die Abschnitte, - Aufnahme zweiter Bilder in im Vergleich zu den ersten Bildern geringerer Entfernung zum ersten Fokusort oder einem der ersten Fokusorte, und mit zweitem Abbildungsmaßstab β2, wobei β2 > β1 ist, wobei vorzugsweise zweite Bilder während zweiter Abstandsänderungsgeschwindigkeit v2 aufgenommen werden, wobei v2 < v1 ist, - Bestimmung des zweiten Fokusortes bzw. der zweiten Fokusorte aus der bzw. den aus den zweiten Bildern ermittelten Fokuskurven, - vorzugsweise iterative Verwendung der zweiten oder weiteren Fokusorte um dritte oder weitere Bilder mit jeweils noch größerem Abbildungsmaßstab β und vorzugsweise jeweils noch geringerer Geschwindigkeit v aufzunehmen, und um aus den dritten oder weiteren Bildern dritte oder weitere Fokuskurven und daraus dritte oder weitere Fokusorte zu ermitteln, - Verwendung der zweiten oder gegebenenfalls vorhandenen dritten oder weiteren Fokusorte als in Abbildungsrichtung liegende Lage bzw. Koordinate des jeweiligen Oberflächenmesspunktes.Method for determining surface measuring points according to the autofocus or focus variation method, preferably with an optical sensor, particularly preferably an image sensor, arranged in a coordinate measuring machine, comprising the following steps: recording a plurality of images with a camera and associated optics at different distances in the imaging direction of the optical system between the workpiece surface and focal plane of the optics, wherein the image acquisition takes place during the change of the distance, - recording of the respectively set distances at the time of image acquisition, - examination of the brightness and / or the contrast, or derived variables such as change of the same, the images or corresponding sections of the Images, preferably pixels, along the distance, wherein together with the recorded distances, an at least first focus curve or first focus curves are formed, - Determining the position of the image or the respective en image section associated surface point in the imaging direction of the optics (focus or focus locations) from the respective focus curve, preferably based on the maximum of the focus curve or respective focus curve, characterized in that the optics is designed as a zoom lens with variable magnification and the following steps are performed: - Recording first images with first magnification β1 and first distance change velocity v1 and therefrom extrapolation of a first focus curve or respectively first focus curves and determination of first focus location or first focal locations for the sections, recording second images in relation to the first images closer to the first focus location or one the first focal point, and with second magnification β2, where β2> β1, preferably taking second images during the second distance change rate v2, where v2 <v1, - determining the second focus location or the second focus locations from the or the second images determined focus curves, - preferably iterative use of the second or further focus locations to third or more images with even greater magnification β and preferably each still lower speed v record, and from the third or further Determine third or further focus curves and third or further focus locations therefrom, use of the second or possibly existing third or further focus locations as the position or coordinate of the respective surface measurement point lying in the imaging direction. Vorrichtung einen optischen Abstandssensor, insbesondere nach dem chromatischen bzw. chromatisch-konfokalen Prinzip, mit mehreren versetzt zueinander eine Werkstückoberfläche erfassenden Messstrahlen umfassend, wobei jeder Messstrahl für die Ermittlung eines Abstandswertes zwischen dem Sensor und einem zu messenden Werkstück einem separaten Messkanal zugeordnet ist, wobei jedem Messkanal eine optische Faser zugeordnet ist, und jede Faser einem Teil einer Auswerteeinheit, insbesondere jeweils Zeile einer matrixförmigen Kamera, zugeordnet ist, wobei zumindest einige der Messstrahlen auf einer ersten Linie senkrecht zur Messrichtung der Messstrahlen zueinander versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallele Linien von Messstrahlen so angeordnet sind, dass die Linien zueinander jeweils in der Richtung senkrecht zur Linienrichtung zueinander versetzt sind, und zusätzlich einen Versatz in Linienrichtung zueinander aufweisen, der geringer als der Abstand der Messstrahlen in Linienrichtung ist.Device comprising an optical distance sensor, in particular according to the chromatic or chromatic-confocal principle, comprising a plurality of mutually offset a workpiece surface detecting measuring beams, each measuring beam is assigned to determine a distance value between the sensor and a workpiece to be measured a separate measuring channel, each Measuring channel is associated with an optical fiber, and each fiber is assigned to a part of an evaluation, in particular each line of a matrix-shaped camera, wherein at least some of the measuring beams are arranged offset to each other on a first line perpendicular to the measuring direction of the measuring beams to each other, characterized in that a plurality of parallel Lines of measuring beams are arranged so that the lines are offset from each other in the direction perpendicular to the line direction to each other, and in addition have an offset in the line direction to each other, which is less than the distance of Me is in the line direction. Vorrichtung einen optischen Abstandssensor, insbesondere nach dem chromatischen bzw. chromatisch-konfokalen Prinzip, mit mehreren versetzt zueinander eine Werkstückoberfläche erfassenden Messstrahlen umfassend, wobei jeder Messstrahl für die Ermittlung eines Abstandswertes zwischen dem Sensor und einem zu messenden Werkstück einem separaten Messkanal zugeordnet ist, wobei jedem Messkanal eine optische Faser zugeordnet ist, und jede Faser einem Teil einer Auswerteeinheit, insbesondere jeweils Zeile einer matrixförmigen Kamera, zugeordnet ist, wobei zumindest einige der Messstrahlen auf einer ersten Linie senkrecht zur Messrichtung der Messstrahlen zueinander versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zweite Linie um die Messrichtung verdreht, insbesondere um 90° verdreht, zur ersten Linie angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zueinander verdrehten Messlinien derart jeweils in Linienrichtung verschoben angeordnet werden und/oder der Einbauwinkel des Sensors um die Messrichtung so gewählt wird, dass in Bezug auf eine vorgegebene senkrecht zur Messrichtung verlaufende bevorzugte Scanrichtung oder Bewegungsrichtung eine durch sämtliche Messstrahlen erzeugte laterale Auflösung erzielt wird, die größer ist als die durch den Abstand der Messstrahlen auf jeweils einer Linie bedingte laterale Auflösung.Device comprising an optical distance sensor, in particular according to the chromatic or chromatic-confocal principle, comprising a plurality of mutually offset a workpiece surface detecting measuring beams, each measuring beam is assigned to determine a distance value between the sensor and a workpiece to be measured a separate measuring channel, each An optical fiber is assigned to the measuring channel, and each fiber is assigned to a part of an evaluation unit, in particular each row of a matrix-shaped camera, wherein at least some of the measuring beams are offset on a first line perpendicular to the measuring direction of the measuring beams, characterized in that at least one twisted second line to the measuring direction, in particular rotated by 90 °, is arranged to the first line, wherein preferably the mutually rotated measuring lines are arranged in each case shifted in the line direction and / or the Installation angle of the sensor is selected to the measuring direction so that with respect to a predetermined perpendicular to the measuring direction extending preferred scanning direction or direction of a generated by all the measuring beam lateral resolution is achieved, which is greater than the caused by the distance of the measuring beams on each line lateral Resolution. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Auflösung in lateraler Richtung, also der Richtung senkrecht zur Messrichtung und senkrecht zu einer vorgegebenen bevorzugte Scanrichtung, die Messstrahlen der auf den mehreren versetzt und/oder verdreht zueinander angeordneten Linien für eine gemeinsame Auswertung verwendet werden.Method for operating the device according to Claim 11 or 12 , characterized in that to increase the resolution in the lateral direction, ie the direction perpendicular to the measuring direction and perpendicular to a predetermined preferred scanning direction, the measuring beams of the offset and / or twisted lines arranged on the several lines are used for a common evaluation. Verfahren zur Aufnahme, Darstellung und Auswertung eines Bildes, vorzugsweise eingesetzt in einem Messmikroskop oder optischen Koordinatenmessgerät mit Bildverarbeitungssensor, wobei zumindest ein Bild mit einer Kamera aufgenommen wird, ein Bild auf einem Ausgabemittel, wie Bildschirm, für den Bediener dargestellt wird und der Bediener anhand der Darstellung die Bereiche auswählt, an denen Messpunkte bestimmt werden sollen, und wobei die Auswertung zumindest die Bestimmung eines oder mehrerer Messpunkte an einer oder mehreren durch zumindest ein Bild erfassten Kanten eines Werkstücks mittels eines Kantendetektionsverfahrens umfasst, wobei die Auswertung bevorzugt die dimensionelle Verknüpfung mehrerer Messpunkte zu Maßen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren mit der Kamera aufgenommenen Bildern ein High-Dynamic-Range-Bild (HDR-Bild) erzeugt wird, welches für die Darstellung auf dem Anzeigemittel verwendet wird und/oder welches für die Bestimmung der Messpunkte verwendet wird.A method for recording, display and evaluation of an image, preferably used in a measuring microscope or optical coordinate measuring machine with image processing sensor, wherein at least one image is taken with a camera, an image on an output means, such as screen, is displayed to the operator and the operator on the basis of Representation selects the areas where measurement points are to be determined, and wherein the evaluation comprises at least the determination of one or more measurement points on one or more detected by at least one image edges of a workpiece by means of an edge detection method, the evaluation preferably the dimensional linkage of multiple measurement points Includes measures, characterized in that from a plurality of images recorded with the camera, a high dynamic range image (HDR image) is generated, which is used for the display on the display means and / or ver for the determination of the measuring points ver is used.
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