DE102017215334A1 - Verfahren, Computerprogrammprodukt und Messsystem zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines zu vermessenden Werkstücks - Google Patents

Verfahren, Computerprogrammprodukt und Messsystem zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines zu vermessenden Werkstücks Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren 40, ein Computerprogrammprodukt und ein Messsystem 18 zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners 1 zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners zu vermessenden Werkstücks 7, wobei der mindestens eine Triangulations-Laserscanner 1 einen CMOS Sensorchip 11, eine Abbildungsoptik 9 und einer Laserlinien-Lichtquelle 3 zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück 7 unter einer Scheimpflug-Bedingung aufweist, wobei die auf dem CMOS Sensorchip 11 bei einer Bildaufnahme erzeugten Daten auf eine Datenmenge reduziert werden, welche lediglich die Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der Laserlinie umfasst, wobei das Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip ist und wobei die reduzierte Datenmenge bezüglich des Qualitätskriteriums mittels mindestens einer Auswerteeinheit 30 hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder Textur-Information 15 analysiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein Messsystem zum Betrieb eines Triangulations-Laserscanners zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines zu vermessenden Werkstücks, wobei der Triangulations-Laserscanner mindestens einen CMOS Sensorchip aufweist.
  • Triangulations-Laserscanner zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eines zu vermessenden Werkstücks sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Bei den neueren Triangulations-Laserscannern wird hierbei ein CMOS Sensorchip eingesetzt, welcher die Erfassung von Bilddateien in sogenannten HDR Formaten ermöglicht. Bei den Triangulations-Laserscannern wird zur Auswertung der Oberflächenkoordinaten eines zu vermessenden Werkstücks die laterale Abweichung der Bild-Lage einer Laserlinie gegenüber Ihrer Nominalposition auf dem Sensorchip zum Abstand des Triangulations-Laserscanners zur Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks mittels klassischer Triangulation in Beziehung gesetzt. Bei Triangulations-Laserscannern ist somit lediglich die laterale X- und Y- Position eines hellen Bildpunktes auf dem Sensorchip von Bedeutung. Insbesondere bei Triangulations-Laserscannern mit einer Scheimpflug-Anordnung der Laserlichtebene, der Objektiv-Ebene des Abbildungssystems und der Empfängerebene des CMOS Sensorchips zueinander, werden auch nur diejenigen Oberflächenpunkte des zu vermessenden Werkstücks auf den CMOS Sensor scharf abgebildet, die sich in der Laserlichtebene befinden. Alle anderen Oberflächenpunkte des zu vermessenden Werkstücks werden überhaupt nicht abgebildet. Somit lassen sich mit Triangulations-Laserscannern mit einer Scheimpflug-Anordnung lediglich diejenigen X- und Y-Positionen als zweidimensionale Daten auf dem Sensorchip erfassen, die einem Schnittpunkt der Laserlichtebene mit einem Oberflächenpunkt des Werkstücks entsprechen.
  • Neben solchen Triangulations-Laserscannern sind alle möglichen Formen von Barcode-Lesegeräten, angefangen vom Barcodelesestift bis hin zu Kamera- bzw. Handy-Scanner aus dem Stand der Technik bekannt. Ferner ist aus US 6,260,001 B1 bekannt, einen Barcode-Scanner zur Volumenmessung einzusetzen. Die einfachen Barcode-Lesegeräte können lediglich eindimensionale Barcodes, Kamera- bzw. Handy-Scanner hingegen sogar zweidimensionale Barcodes lesen. Dazu werden erhaltene Pixelinformationen bzw. Bilddateien der Lesegeräte mittels bekannter Auswerteverfahren zur Barcodeerkennung bzw. mittels bekannter Verfahren der Bildverarbeitung ausgewertet. Neben der lateralen X- und Y-Position eines hellen Bildpunktes ist somit auch die Helligkeit des Bildpunktes auf dem Sensorchip eines Barcode-Lesegerätes für die Auswertung des Barcodes von Bedeutung. Von daher sind die Barcode-Auswertung des Standes der Technik in der Regel auf vollständige Bilddateien des Sensorchips, bei denen alle Pixel der Sensorfläche des Sensorchips ausgelesen werden, angewiesen und können nicht die typischen Daten eines Triangulations-Laserscanners verwenden, wie dies nachfolgend noch erläutert wird.
  • Neben Triangulations-Laserscannern und Barcode-Lesegeräten sind auch Kameras, insbesondere Farbkameras, zur Texturerfassung von Oberflächen bei der 3D Koordinatenmesstechnik bekannt, siehe US 8,284,240 B2 . In der Regel werden die zweidimensionalen Daten solcher Farbkameras dazu genutzt, die erhaltenen 3D Daten bei der Visualisierung gegenüber dem Nutzer entsprechend der dazugehörigen Oberflächentextur zu gestalten. Die Oberflächentextur kann hierbei lediglich durch die Farbe der Oberfläche gegeben sein. Es können aber auch andere Eigenschaften der Oberflächen wie zum Beispiel die Rauheit als Oberflächentextur erkannt werden. Hierzu können zum Beispiel glatte Glasoberflächen des zu vermessenden Werkstücks bei der Visualisierung gegenüber dem Nutzer dadurch berücksichtigt werden, indem die zugehörigen 3D Daten der Glasoberfläche in der Farbe Blau dargestellt werden. Solche Kameras zur Texturerfassung von Oberflächen sind ebenso wie Barcode-Lesegeräte zur Erkennung von zweidimensionalen Barcodes darauf angewiesen, dass der zweidimensionale Sensorchip einen vollständigen zweidimensionalen Datensatz der Sensorfläche aufnimmt, der entsprechend seinem Helligkeits- bzw. Farb-Informationsgehalt hin auf das Vorhandensein von Barcode-Information und/oder auf das Vorhandensein von Textur-Information untersucht werden kann.
  • Die Sensorchips von Triangulations-Laserscannern werden im Gegensatz zu Kameras zur Texturerkennung und im Gegensatz zu Barcode-Lesegeräten zur Erfassung von 3D Koordinaten von Oberflächen mit hohen Taktfrequenzen ausgelesen, damit auch ein schnelles Abscannen der Oberflächen ermöglicht wird. Hierzu ist eine Reduktion der Datenmenge unausweichlich. In der Regel werden zur Reduktion der Datenmenge lediglich die Daten bezüglich der lateralen X-, Y-Position der hellen Bildpunkte sowie ein Qualitätskriterium für jeden der hellen Bildpunkt übertragen. Somit werden nur die Koordinaten des „hellen“ Bruchteil des zweidimensionalen Datensatzes der gesamten Sensorfläche genutzt. Das Qualitätskriterium dient dabei dazu, einen Messwert bzw. einen Messpunkt für eine Auswertung als gültig bzw. ungültig zu markieren. Wie eingangs bereits erwähnt, können insbesondere bei der Nutzung von Triangulations-Laserscannern mit Scheimpflug-Anordnung auch nur solche reduzierte Daten erfasst werden, da nur die Punkte innerhalb der Laserlichtebene scharf abgebildet werden. Diese reduzierte Datenmenge ist weit weniger umfangreich als der vollständige zweidimensionale Datensatz eines Sensorbildes, wodurch dieser reduzierte Datensatz auch mit hohen Taktraten übertragen werden kann. Allerdings können die bisher übertragenen Daten von Triangulations-Laserscannern des Standes der Technik nicht mittels Barcode-Auswertungen und/oder Textur-Auswertungen des Standes der Technik im Hinblick auf das Vorhandensein von Barcode-Information und/oder auf das Vorhandensein von Textur-Information ausgewertet werden, da die lateralen X-, Y-Positionsdaten der erfassten Laserlinien keine entsprechenden Informationen enthalten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein Messsystem zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners anzugeben, wobei gleichzeitig zum Betrieb des Triangulations-Laserscanners zur Erfassung von Oberflächenkoordinaten eine Identifizierung der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks anhand eines Barcodes und/oder anhand einer Textur möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners zu vermessenden Werkstücks umfassend folgende Schritte:
    • • Bereitstellen mindestens eines Triangulations-Laserscanners mit einem CMOS Sensorchip, einer Abbildungsoptik und einer Laserlinien-Lichtquelle zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück, wobei der CMOS Sensorchip und die Laserlinien-Lichtquelle in Relation zur Abbildungsoptik unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind;
    • • Bereitstellen eines Werkstücks, dessen zu vermessende Oberfläche mindestens zwei verschiedene Bereiche mit zueinander unterschiedlicher Textur und/oder mindestens einen Barcode-Bereich aufweist;
    • • Erfassen der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners durch Relativbewegung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners zu dem zu vermessenden Werkstück oder umgekehrt, wodurch wenigstens ein Teil der Oberfläche des Werkstücks mit der Laserlinie überstrichen und hierbei die laterale Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip erfasst wird;
    • • Beschränken der auf dem CMOS Sensorchip bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge, welche lediglich die Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie umfasst, wobei das Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip ist;
    • • Übertragen der reduzierten Datenmenge an mindestens eine Auswerteeinheit mit einer Taktrate, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips;
    • • Erzeugen von Oberflächenkoordinaten des zu vermessenden Werkstücks anhand der auf dem CMOS Sensorchip erfassten Bildpunkte der Laserlinie mittels der mindestens einen Auswerteeinheit, wobei die Oberflächenkoordinaten anhand der lateralen Ablage der erfassten Ist-Position der Bildpunkte gegenüber der Nominal-Position der Bildpunkte der Laserlinie berechnet werden;
    • • Analysieren der reduzierten Datenmenge bezüglich des Qualitätskriteriums mittels der mindestens einen Auswerteeinheit hinsichtlich dem Vorhandensein von Barcode-und/oder Textur-Information.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das in den reduzierten Datenmengen eines Triangulations-Laserscanners enthaltene Qualitätskriterium bei der Nutzung eines CMOS-Sensorchips ausreichend ist, eine Analyse hinsichtlich dem Vorhandensein von Barcode- und/oder Textur-Information sicherzustellen. Der hohe Dynamikbereich eines Laserscanners mit CMOS Sensorchip (z.B. durch integrierte HDR Methoden wie abwechselnde Aufnahme mit mind. 2 unterschiedlichen Belichtungszeiten, nichtlinearer Kennlinie oder spaltenweiser unterschiedlicher Belichtungszeit der Kamera) führt dazu, dass selbst bei einem Barcode-Aufkleber mit glänzenden Oberflächen und/oder selbst bei glatten Textur-Eigenschaften der Oberfläche wie zum Beispiel bei lackierten Karosserieteilen marginale Unterschiede im Reflexionsverhalten der Oberfläche in den Helligkeitswerten des aufgenommenen Sensorbildes erhalten bleiben bzw. sogar durch die Nichtlinearität hervorgehoben werden. Erfindungsgemäß wurde darüber hinaus noch erkannt, dass die durch das nichtlineare Ansprechverhalten des CMOS Sensorchips hervorgehobenen Helligkeitsunterschiede auch im Nachhinein bei der für das Scannen von Oberflächen notwendigen Datenreduktion im jeweils angewendeten Qualitätskriterium erhalten bleibt. Der Begriff Barcode-Information ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht auf eindimensionale Barcode-Information eingeschränkt sondern umfasst insbesondere auch zweidimensionale Barcode-Information wie zum Beispiel einen 2D QR Code.
  • In einer Ausführungsform wird hierzu erfindungsgemäß als das mindestens eine Qualitätskriterium ein Kriterium aus der Gruppe: laterale Peakhöhe, laterale Peakbreite, Verhältnis der lateralen Peakhöhe zu der lateralen Peakbreite, FWHM lateral, maximaler lateraler Gradient, Zahl der lateralen Pixel über einem Schwellwert, Zahl der lateralen Pixel in Sättigung, integraler Peakwert in lateraler Richtung sowie eine Faltung der Intensitätsverteilung der erfassten lateralen Pixel der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip genutzt. Unter „lateral“ wird hierbei die Richtung quer bzw. senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der abgebildeten Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip verstanden. Bei einem Triangulations-Laserscanner mit Scheimpflug-Anordnung wird lediglich die Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück scharf abgebildet, so dass von dieser „scharfen“ Abbildung lediglich einige wenige Pixel in lateraler bzw. senkrechter Richtung zur Ausdehnungsrichtung des Bildes der Laserlinie auf dem CMOS Sensor betroffen sind. Die laterale Peakhöhe ist daher durch die maximale Intensität entlang dieser wenigen lateralen Pixel definiert. Laterale Peakbreite definiert die Gesamtanzahl der wenigen lateralen Pixeln mit Intensität (eventuell über einem Rausch-Schwellwert). Das Verhältnis der lateralen Peakhöhe zu der lateralen Peakbreite ist dementsprechend selbsterklärend. FWHM lateral bedeutet eine entsprechende statistische Bestimmung des FWHM entlang der wenigen lateralen Pixel. Maximaler lateraler Gradient definiert den maximalen Gradienten der lateralen Intensitätsverteilung entlang den wenigen lateralen Pixeln. Die Zahl der lateralen Pixel in Sättigung bzw. über einem Schwellwert ist wiederum selbsterklärend. Der integrale Peakwert in lateraler Richtung bedeutet hierbei das Integral über die Intensitätsverteilung entlang der wenigen lateralen Pixel. Ferner definiert die Faltung der Intensitätsverteilung der erfassten lateralen Pixel der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip auch, dass ein Faltungsintegral der Intensitätsverteilung entlang der wenigen lateralen Pixeln ebenfalls als ein Maß für die Intensitätsverteilung in Frage kommt.
  • Bei Anwendung der genannten Qualitätskriterien bleibt der Dank der Nichtlinearität des CMOS-Sensorchips vergrößerte Unterschied in den Helligkeitswerten benachbarter Scanpunkte der Werkstückoberfläche erhalten. Dies gilt auch für diejenigen Kriterien, bei denen eine Gewichtung, Summation oder Integration erfolgt, da diese genannten Operationen lediglich in Scanrichtung bzw. entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip erfolgen.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand des Qualitätskriteriums der reduzierten Datenmenge Daten hinsichtlich der Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information und/oder der Textur-Information der erfassten Oberfläche erstellt, welche dem Informationsgehalt der in den Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information enthaltenen Informationen und/oder der Textur-Information der erfassten Oberfläche entsprechen. Durch diese entsprechenden Daten können das zu vermessende Bauteil und/oder dessen Oberflächenbereiche anhand der festgestellten Information identifiziert werden.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erstellten Daten zusammen mit einer Darstellung der Oberflächenkoordinaten der erfassten Oberfläche gegenüber einem Nutzer visualisiert. Hierdurch wird dem Nutzer gegenüber eine dreidimensionale Darstellung der zu vermessenden Oberfläche zum Beispiel auf einem Monitor oder Display geboten, welche auch der visuellen Wahrnehmung der Oberfläche durch den Nutzer entspricht.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Feststellung des Vorhandenseins eines Bar- und/oder Erkennungscodes ein dem Code entsprechender Prüfplan des Werkstücks ausgewählt. Dies hat den Vorteil, dass der Nutzer von der richtigen Auswahl eines zu dem zu vermessenden Bauteil passenden Prüfplans entbunden wird. Der richtige Prüfplan wird nach Feststellung des Vorhandenseins eines Prüfplans automatisch in die mindestens eine Auswerteeinheit bzw. semi-automatisch nach Bestätigung des vorgeschlagenen Prüfplans durch den Nutzer eingelesen. Anhand des Prüfplans kann dann eine Qualitätskontrolle des zu vermessenden Werkstücks durch die Auswerteeinheit bzw. durch die Auswerteeinheit und den Nutzer erfolgen. Somit können auch in der Qualitätssicherung unerfahrenere Personen das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermessung von Bauteilen nutzen.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Übertragung der reduzierten Datenmenge zur Auswerteeinheit drahtlos. Hierdurch ist es möglich, auch ein weit von der Auswerteeinheit entferntes Werkstück zu vermessen.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die mindestens eine Auswerteeinheit reduzierte Datenmengen von mehreren Triangulations-Laserscannern parallel verarbeiten. Hierdurch ist es möglich, in einer Fertigungsstraße mit mehreren Triangulations-Laserscannern gleichzeitig ein größeres Bauteil wie zum Beispiel die Karosserie eines LKW oder eines Flugzeugs mit nur einer Auswerteeinheit zu vermessen und dort die Oberflächendaten zusammenzutragen.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens ein äußeres Messsystem zur Referenzierung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners relativ zum Werkstück vorhanden und die mindestens eine Auswerteeinheit fügt die reduzierten Datenmengen des mindestens einen Triangulations-Laserscanners und/oder von mehreren Triangulations-Laserscannern anhand der Referenzierungsinformation des äußeren Messsystems lagerichtig zusammen, so dass bezüglich des Qualitätskriteriums die zusammengefügten reduzierten Datenmengen hinsichtlich dem Vorhandensein von Barcode- und/oder Textur-Information analysiert werden können. Durch mindestens ein äußeres Messsystem zur Referenzierung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners wird sichergestellt, dass die Daten des mindesten einen Triangulations-Laserscanners lagerichtig im globalen Koordinatensystem der mindestens einen Auswerteeinheit analysiert werden können.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird ferner gelöst durch ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren nach einer der vorgenannten Ausführungsformen im Zusammenhang mit einem zu vermessenden Werkstück und mit einem Triangulations-Laserscanner aufweisend einen CMOS Sensorchip, eine Abbildungsoptik und eine Laserlinien-Lichtquelle zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück, wobei der CMOS Sensorchip und die Laserlinien-Lichtquelle in Relation zur Abbildungsoptik unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind, wobei das Computerprogrammprodukt auf mindestens einer Steuereinheit und mindestens einer Auswerteeinheit ausgeführt wird, wobei durch die Steuereinheit die auf dem CMOS Sensorchip bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge beschränkt wird und diese reduzierte Datenmenge an die mindestens eine Auswerteeinheit durch die Steuereinheit weiterleitet wird, wobei die reduzierten Datenmenge lediglich diejenigen Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie des Triangulations-Laserscanners beinhaltet, wobei die reduzierte Datenmenge an die Auswerteeinheit mit einer Taktrate übertragen wird, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips des Triangulations-Laserscanners und wobei die Auswerteeinheit die reduzierte Datenmenge des Triangulations-Laserscanner bezüglich des Qualitätskriteriums hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information und/oder Textur-Information untersucht.
  • Darüber hinaus wird die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Messsystem umfassend ein vorgenanntes Computerprogrammprodukt, mindestens einen Triangulations-Laserscanner aufweisend einen CMOS Sensorchip, eine Abbildungsoptik und eine Laserlinien-Lichtquelle zur Erzeugung einer Laserlinie auf einem zu vermessenden Werkstück, wobei der CMOS Sensorchip und die Laserlinien-Lichtquelle in Relation zur Abbildungsoptik unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind, wobei das Messsystem mindestens eine Steuereinheit und mindestens eine Auswerteeinheit aufweist, wobei im Betrieb des Messsystems die Steuereinheit die auf dem CMOS Sensorchip bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge beschränkt und diese reduzierte Datenmenge an die mindestens eine Auswerteeinheit durch die Steuereinheit weiterleitet wird, wobei die reduzierte Datenmenge lediglich diejenigen Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie des Triangulations-Laserscanners beinhaltet, wobei die reduzierte Datenmenge an die Auswerteeinheit mit einer Taktrate übertragen wird, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips der Triangulations-Laserscanners und wobei die Auswerteeinheit die reduzierte Datenmenge des Triangulations-Laserscanner bezüglich des Qualitätskriteriums hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information und/oder Textur-Information untersucht.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung eines Triangulations-Laserscanner des Standes der Technik;
  • 2 eine Darstellung der Pixel des CMOS Sensorchips eines Triangulations-Laserscanners des Standes der Technik mit Scheimpflug-Anordnung bei der Aufnahme einer von einer Kugeloberfläche reflektierten Laserlinie;
  • 3 eine Darstellung des Arbeitsbereichs eines Triangulations-Laserscanners des Standes der Technik als Trapez-Fläche der Laserlinien-Ebene auf dem CMOS Sensorchip sowie eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahren aufgenommene Messlinie eines flachen zu vermessenden Werkstücks;
  • 4 eine Darstellung einer zweidimensionalen Projektion der erhaltenen dreidimensionalen Oberflächenkoordinaten eines zu vermessenden Werkstücks versehen mit Grauwerten, welche aus der erfindungsgemäßen Analyse des Qualitätskriteriums resultieren;
  • 5 eine Darstellung eines zweidimensionalen Ausschnitts betreffend den Barcode-Bereich der 4;
  • 6 eine Darstellung einer Messung verschiedener Materialien mit zueinander unterschiedlicher Textur mittels eines Triangulations-Laserscanners des Standes der Technik mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 7 eine schematische Darstellung der Datenaufnahme mittels eines erfindungsgemäßen Messsystems; und
  • 8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Triangulations-Laserscanners 1 des Standes der Technik. Ein solcher Laserscanner weist eine Laserlichtquelle 3 auf, deren Laserlicht in der Regel durch eine Beleuchtungsoptik in eine Laser-Ebene aufgefächert wird. Diese Laser-Ebene erstreckt sich in 1 senkrecht zu der Papierebene, so dass in 1 lediglich eine vertikale Linie 5 dieser aufgefächerten Laser-Ebene eingezeichnet ist. Diese eingezeichnete Linie 5 darf nicht mit der lateralen Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück 7 verwechselt werden, welche sich lateral innerhalb der Laser-Ebene und damit senkrecht zu der Papierebene erstreckt. Der Messbereich eines solchen Triangulations-Laserscanners 1 erstreckt sich nun in horizontaler Richtung bezüglich 1 entlang des zentralen Bereichs der aufgefächerten Laser-Ebene der Laser-Lichtquelle 3 und in vertikaler Richtung bezüglich der 1 zwischen dem Minimal-Abstand und dem Maximal-Abstand eines zu vermessenden Werkstücks 7 gegenüber der Laser-Lichtquelle 3, bei denen noch eine Abstandsmessung sinnvollerweise möglich ist.
  • Bei der Abstandmessung mittels eines solchen Triangulations-Laserscanners 1 des Standes der Technik wird das auf ein zu vermessendes Werkstück 7 auftreffende Laserlicht der Laser-Ebene mittels einer Abbildungsoptik 9 und eines CCD- oder CMOS-Sensorchips 11 aufgenommen. Das auftreffende Laserlicht erstreckt sich entlang einer Laser-Linie innerhalb der Laser-Ebene entsprechend dem Oberflächenprofil des zu vermessenden Werkstücks 7.
  • Die Aufnahme dieser Laserlinie mittels des Sensorchips 11 erfolgt nun unter einem fest vorgegebenen Winkel zwischen der Laser-Lichtquelle 3 und dem Sensorchip 11, so dass mittels Triangulation der Abstand des zu vermessenden Werkstücks 7 von der Laserlichtquelle 3 anhand der Ablage dx der Ist-Position der aufgenommenen Laserlinie auf dem Sensorchip 11 gegenüber der Nominalposition auf dem Sensorchip 11 ermittelt werden kann. Mit anderen Worten wird der Höhenunterschied DZ der Laserlinie zwischen zwei Orten der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks 7 mittels Triangulation auf die Ablage dx zwischen den zwei Aufnahmeorten der Laserlinie auf dem Sensorchip 11 abgebildet. Anhand dieser Ablagedaten der Laserlinie lässt sich nun ein Höhenprofil für die Schnittlinie der Laser-Ebene mit dem zu vermessenden Werkstück ermitteln.
  • Durch das Aneinanderfügen mehrerer solcher benachbarter Profile, zum Beispiel durch das Abscannen des Werkstücks 7 mittels des Triangulations-Laserscanners 1, lässt sich anschließend ein 3D Model der Oberfläche des Werkstücks 7 in Form einer Punktewolke erhalten. Hierzu kann der Triangulations-Laserscanner 1 per Hand, mittels eines Koordinatenmessgeräts bzw. Roboters oder anderweitig relativ zu dem zu vermessenden Werkstück 7 bewegt werden, oder umgekehrt.
  • Triangulations-Laserscanner des Standes der Technik sind in der Regel unter Beachtung der Scheimpflug-Bedingung aufgebaut. Die Scheimpflug-Bedingung besagt, dass sich die Bildebene, die Objektebene und die Objektiv-Ebene alle in ein und derselben Gerade schneiden. Die Objektebene ist bei einem Triangulations-Laserscanner durch die Laser-Ebene der Laser-Lichtquelle und die Bildebene durch die Ebene des Sensorchips gegeben. Als Objektiv-Ebene gilt die Hauptebene des Objektivs. Die meisten Objektive haben allerdings zwei Hauptebenen, eine objektseitige und eine bildseitige. Die Scheimpflugsche Regel lautet daher präziser, dass sich die Schärfeebene mit der objektseitigen Hauptebene in der gleichen Entfernung von der Achse des Objektivs schneidet wie die Bildebene mit der bildseitigen Hauptebene, und dass beide Schnittgeraden zueinander parallel sind. Beide Schnittgeraden befinden sich hierbei auf derselben Seite der optischen Achse.
  • Triangulations-Laserscanner mit Scheimpflug-Anordnung bieten den Vorteil, dass die gesamte Laser-Ebene des Messbereichs durch die Abbildungsoptik gleichermaßen scharf auf den Sensorchip abgebildet wird und das hierdurch innerhalb des gesamten Messbereichs hinsichtlich der Abbildung identische Bedingungen vorliegen. Alternativ zu einer Scheimpflug-Anordnung können unter Verwendung von Freiformoptiken auch mehrere Abstände einer Ebene scharf auf einen Sensorchip abgebildet werden.
  • Die Scheimplug-Anordnung führt nun naturgemäß auch dazu, dass Punkte einer zu vermessenden Oberfläche, die sich außerhalb der Laser-Ebene des Triangulations-Laserscanners befinden, durch die Abbildungsoptik nicht mehr scharf auf den Sensorchip abgebildet werden. Somit können mittels eines Triangulations-Laserscanners mit Scheimpflug-Anordnung lediglich die Punkte innerhalb der Laser-Ebene erfasst werden. Hierzu wird auch auf die 3 und die 4 sowie die dazugehörige Beschreibung der US 2011/267431 verwiesen.
  • Die 2 zeigt nun hierzu eine Darstellung einer Einzelaufnahme einer Laserlinie bei einer Messung einer Kugeloberfläche mittels eines Triangulations-Laserscanners des Standes der Technik mit Scheimpflug-Anordnung. Es ist anhand der 2 zu erkennen, dass lediglich die Schnittpunkte der Laser-Ebene mit der Kugeloberfläche auf den Sensorchip bei dieser Einzelaufnahme abgebildet wurden. Alle anderen Punkte der Kugeloberfläche können nicht auf den Sensorchip scharf abgebildet werden, von daher sind diese auch nicht in der Einzelaufnahme sichtbar. Das Bild der Laserlinie in der 2 umfasst in Ausdehnungsrichtung bzw. Erstreckungsrichtung der Laserlinie mehrere Tausend Pixel oder sogar mehr. Senkrecht bzw. quer zu dieser Ausdehnungsrichtung ist das Bild der Laserlinie hingegen auf wenige laterale Pixel beschränkt. Das Original der Einzelaufnahme zu 2 zeigt ein schwarzes Bild, in dem lediglich die aufgenommene Laserlinie als helle Kurve zu sehen ist. Zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Veröffentlichung der 2 wurden die ursprünglichen Helligkeitswerte der Originalaufnahme für die Darstellung der 2 invertiert.
  • Die Kugeloberfläche des zu vermessenden Werkstücks 7 befand sich bei der Einzelaufnahme gemäß 2 entsprechend 1 unterhalb des Triangulations-Laserscanners 1. Dementsprechend ist der Scheitelpunkt der Laserlinie auf der Kugeloberfläche um den Betrag DZ bei der Einzelaufnahme der 2 näher an dem Triangulations-Laserscanner 1 als die Randpunkte der Laserlinie. Von daher ist die Ist-Position des Scheitelpunkts der Laserlinie bei der Einzelaufnahme der 2 um den Betrag dx gegenüber den Randpunkten der Laserlinie erniedrigt, siehe hierzu auch die Erläuterungen zu 1.
  • Die 3 zeigt entsprechend 2 eine Einzelaufnahme einer Laserlinie bei der Messung eines flachen Blechteils 12 als zu vermessendes Werkstück 7, wobei das Blechteil 12 einen Barcode-Aufkleber 13 aufweist, der bei der Einzelaufnahme von der Laserlinie für die Darstellung der 3 absichtlich getroffen wurde. Der trapezförmige Messbereich des Triangulations-Laserscanners 1 ist ebenfalls in der 3 eingezeichnet. Dieser trapezförmige Messbereich erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene der 1 entlang der Laserlinie 5. Bei der 3 wurden die Intensitätsverhältnisse gegenüber der Originalaufnahme zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Veröffentlichung der 3 ebenfalls entsprechend 2 invertiert. Die Originalaufnahme der 3 zeigt ein schwarzes Trapez mit hellen Pixeln der Laserlinie.
  • In der 3 wurde erfindungsgemäß ein Qualitätskriterium zur Darstellung der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip 11 anhand von Grauwerten innerhalb des Messbereichs angewendet. Dieses Qualitätskriterium kann hierbei ein Kriterium aus der Gruppe: laterale Peakhöhe, laterale Peakbreite, Verhältnis der lateralen Peakhöhe zu der lateralen Peakbreite, FWHM lateral, maximaler lateraler Gradient, Zahl der lateralen Pixel über einem Schwellwert, Zahl der lateralen Pixel in Sättigung, integraler Peakwert in lateraler Richtung sowie eine Faltung der Intensitätsverteilung der erfassten lateralen Pixel der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip sein. Das in 3 konkret angewendete Kriterium der „lateralen Peakhöhe“ ist hierbei in Form der maximalen lateralen Intensität im unteren Teil der 3 entlang der Laserlinie aufgetragen. Anhand des hierbei in der 3 auftretenden Musters kann schon auf das Vorhandensein eines Barcodes im Gegensatz zu dem Vorhandensein einer homogenen Textur einer gleichförmigen Oberfläche geschlossen werden.
  • Hierbei ist zu beachten, dass bei Triangulations-Laserscanner des Standes der Technik bisher lediglich die Positionsdaten der Laserlinie auf dem Sensorchip an eine Auswerteeinheit übertragen wurden, siehe hierzu auch die 3 und die 4 sowie die dazugehörige Beschreibung der US 2011/267431 . Ein Qualitätskriterium in Form eines Maßes der Intensitätsverteilung diente bisher lediglich dazu, eine Messung bzw. ein Messpunkt als gültig oder ungültig zu erachten. Eine Inhaltliche Auswertung eines Qualitätskriteriums erfolgte daher nicht.
  • Die 4 zeigt eine zweidimensionale Darstellung eines Blechteils 12 als ein zu vermessendes Werkstück 7, wobei das Blechteil 12 in einem flachen Abschnitt einen Barcode-Bereich 13 aufweist. Der übrige Bereich 14 des Bleichteils 12 ist durch die blanke Oberfläche des Blechteils 12 gegeben. Der Barcode-Bereich 13 der 4 wurde durch einen Barcode-Aufkleber auf dem zu vermessenden Blechteil 12 realisiert, welcher zu den Versuchszwecken extra auf dem Blechteil 12 angebracht wurde. Zu diesem flachen Abschnitt mit Barcode-Bereich 13 zeigt die oben diskutierte 3 nun eine Einzelaufnahme einer Laserlinien-Messung mittels eines Triangulations-Laserscanners mit Scheimpflug-Anordnung.
  • Im Rahmen der 4 wurden viele Einzelaufnahmen des Bleichteils 12 entsprechend 3 lagerichtig zusammengesetzt, so dass aus den X- und Y-Positionen der Bildpunkte Höheninformationen für die Laserlinienschnitte entlang der Oberfläche des Bleichteils gewonnen wurden. Diese einzelnen Höheninformationen der Einzelaufnahmen wurden mithilfe einer äußeren Referenzierung des Triangulations-Laserscanners in ein globales Koordinatensystem einer Auswerteeinheit übertragen. Zur äußeren Referenzierung des Tringulations-Laserscanners kann hierbei ein Koordinatenmessgerät dienen, wobei der Triangulations-Laserscanner an einem sogenannten Dreh-Schwenkgelenk zur beliebigen Ausrichtung im Raum befestigt sein kann. Mit Hilfe eines solchen Koordinatenmessgeräts kann somit die Position sowie die Pose des Triangulations-Laserscanners bei jeder Einzelaufnahme festgestellt und zur Auswerteeinheit für die lagerichtige Zusammensetzung der Einzelaufnahmen übermittelt werden. Ebenso sind Robotersysteme für diese Aufgabenstellung denkbar. Ferner können auch äußere Referenzierungssysteme gemäß der 1 der US 20110267431 für handgehaltene Triangulations-Laserscanner hierfür zum Einsatz kommen.
  • Somit werden durch die mindestens eine Auswerteeinheit lagerichtig zusammengefügte dreidimensionale Punktewolken der Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks erzeugt. Jedem Punkt dieser Punktewolken kann hierbei ein Grauwert entsprechend dem Qualitätskriterium zugeordnet werden. Hiervon können dann zweidimensionale Darstellungen der Oberfläche entsprechend 4 wiedergegeben werden, wobei die wiedergegebenen Grauwerte der zweidimensionalen Darstellung den ermittelten Grauwerten aus dem Qualitätskriterium entsprechen.
  • Die 5 zeigt nun einen zweidimensionalen Ausschnitt der Darstellung gemäß 4 betreffend dem Barcode-Bereich 13 des zu vermessenden Blechteils. Aus den Daten für die Erzeugung der 4 können entsprechende zweidimensionale Ausschnitte erzeugt werden, die als Barcode-Bereiche identifiziert wurden. Die Daten dieser Ausschnitte entsprechend 5 können anschließend mittels Standard-Software aus bekannten Bibliotheken hinsichtlich dem ein- bzw. zweidimensionalen Barcode-Inhalt untersucht werden. Ergänzend oder alternativ können die Daten dieser Bereiche mittels Spracherkennungssoftware zum Beispiel OCR auf das Vorhandensein von Sprachinformation untersucht werden.
  • Die 6 zeigt eine Darstellung einer senkrechten Messung von verschiedenen Platten aus verschiedenen Materialien zur Demonstration der Funktionstüchtigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich der Erfassung von unterschiedlichen Texturinformationen. Die Platten aus Aluminium, Stahl (X8), zweifach Kupfer mit unterschiedlichen Glanzgraden, schwarzem Gummi (Dichtungsmaterial), beigem Kunststoff und dunkelgrünem Kunststoff wurden für die Messung auf dem Werkstücktisch eines Koordinatenmessgeräts 20 abgelegt, wobei das Koordinatenmessgerät 20 mit einem Triangulations-Laserscanner 1 des Standes der Technik mit Scheimpflug-Anordnung ausgestattet war. Die Oberflächen der Platten wurden nun mittels des Triangulations-Laserscanners 1 des Standes der Technik mit Scheimpflug-Anordnung abgescannt und es wurde erfindungsgemäß ein zugehöriges Qualitätskriterium der erfassten Laserlinien auf dem CMOS Sensorchip ausgewertet. Das hierbei genutzte Qualitätskriterium war „Anzahl der lateralen Pixel in Sättigung zuzüglich des doppelten der lateralen Peakhöhe und zuzüglich der lateralen Peakbreite“. Die hierdurch erhaltenen Grauwerte der zweidimensionalen Darstellung wurden zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Veröffentlichung der vorliegenden Patentanmeldung wie auch die 2 bis 5, die allesamt ebenso wie die 6 auf real durchgeführten Messungen anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens basieren, durch ein Zeichenbüro überarbeitet. Die 6 repräsentiert somit dieses überarbeitete Bild der zweidimensionalen Darstellung der Grauwerte entsprechend dem genannten Qualitätskriterium für die Messung der verschiedenen Platten.
  • Anhand der 6 ist zu erkennen, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens einerseits Oberflächenbereiche eines Bauteils aus unterschiedlichen Materialien wie Aluminium, Stahl und Gummi voneinander unterschieden werden können. Darüber hinaus können aber auch andererseits mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei ein und demselben Material wie zum Beispiel Kupfer unterschiedliche Glanzgrade oder bei ein und demselben Material wie zum Beispiel Kunststoff unterschiedliche Farben der Oberflächenbereichen unterschieden werden.
  • Die 7 zeigt eine schematische Darstellung der Datenaufnahme mittels des erfindungsgemäßen Messsystems 18. Dieses erfindungsgemäße Messsystem 18 umfasst in dem Beispiel der 7 ein Koordinatenmessgerät 20 mit einer Steuerungseinheit 22 zur Steuerung des Koordinatenmessgeräts 20 und mit einer weiteren Steuerungseinheit 24 zur Steuerung eines Triangulations-Laserscanners 1. Diese Steuerungseinheiten 22, 24 können aber auch in einer Einheit verwirklicht sein. Der Triangulations-Laserscanner 1 erzeugt zur Vermessung eines Werkstücks 7 eine Laserlicht-Ebene von der in 7 lediglich eine Linie 5 eingezeichnet ist, siehe hierzu auch die Figurenbeschreibung der 1. Das Koordinatenmessgerät 20 dient mit seiner Steuereinheit 22 dazu, den Triangulations-Laserscanner 1 lagerichtig gegenüber dem zu vermessenden Werkstück 7 zu positionieren und auszurichten. Die Steuerungseinheit 22 leitet dabei Maschinendaten 26 an eine Auswerteeinheit 30 weiter. Diese Maschinendaten 26 beinhalten die Positions- und Ausrichtungsdaten des Triangulations-Laserscanners 1 innerhalb des Koordinatensystems des Koordinatenmessgeräts 20. Die weitere Steuerungseinheit 24 des Koordinatenmessgeräts 20 sorgt einerseits für eine Steuerung des Triangulations-Laserscanners 1 an sich und andererseits für eine Reduktion der am Sensorchip 11 des Triangulations-Laserscanners 1 anfallenden Daten auf lediglich diejenigen Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie. Diese reduzierte Datenmenge 28 wird seitens der weiteren Steuerungseinheit 24 ebenfalls an die mindestens eine Auswerteeinheit 30 weitergeleitet. Die Auswerteeinheit 30 erzeugt die Oberflächenkoordinaten des zu vermessenden Werkstücks anhand der auf dem CMOS Sensorchip 11 erfassten Bildpunkte der Laserlinie, wobei die Oberflächenkoordinaten anhand der lateralen Ablage der erfassten Ist-Position der Bildpunkte gegenüber der Nominal-Position der Bildpunkte der Laserlinie berechnet werden. Hierbei werden die Daten des Triangulations-Laserscanners 1 aufgrund der Maschinendaten 26 des Koordinatenmessgeräts 20 positions- und lagerichtig aneinandergefügt.
  • Der Triangulations-Laserscanner 1 der 7 des Koordinatenmessgeräts 20 diente zur Aufnahme der in den 2 bis 6 dargestellten Daten und weist einen CMOS Sensorchip 11, eine Abbildungsoptik 9 und eine Laserlinien-Lichtquelle 3 zur Erzeugung einer Laserlinie auf einem zu vermessenden Werkstück 7 auf, wobei der CMOS Sensorchip 11 und die Laserlinien-Lichtquelle 3 in Relation zur Abbildungsoptik 9 unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind.
  • Die 8 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren 40 zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners 1 zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners 1 zu vermessenden Werkstücks 7 umfassend folgende Schritte:
    • • Bereitstellen mindestens eines Triangulations-Laserscanners 1 mit einem CMOS Sensorchip 11, einer Abbildungsoptik 9 und einer Laserlinien-Lichtquelle 3 zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück 7, wobei der CMOS Sensorchip 11 und die Laserlinien-Lichtquelle 3 in Relation zur Abbildungsoptik 9 unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind;
    • • Bereitstellen eines Werkstücks 7, dessen zu vermessende Oberfläche mindestens zwei verschiedene Bereiche 13, 14; 15 mit zueinander unterschiedlicher Textur 15 und/oder mindestens einen Bar- und/oder Erkennungs-Code-Bereich 13 aufweist;
    • • Erfassen der Oberfläche 42 des zu vermessenden Werkstücks 7 mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners 1 durch Relativbewegung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners 1 zu dem zu vermessenden Werkstück 7, wodurch wenigstens ein Teil der Oberfläche des Werkstücks 7 mit der Laserlinie überstrichen und hierbei die laterale Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip 11 erfasst wird;
    • • Beschränken 44; 46 der auf dem CMOS Sensorchip 11 bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge 28, welche lediglich die Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie (Beschränkungsschritt 44 des Verfahrens) und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums (Beschränkungsschritt 46 des Verfahrens) für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie umfasst, wobei das Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip 11 ist;
    • • Übertragen 48 der reduzierten Datenmenge 28 an eine Auswerteeinheit 30 mit einer Taktrate, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips 11;
    • • Erzeugen von Oberflächenkoordinaten 50 des zu vermessenden Werkstücks 7 anhand der auf dem CMOS Sensorchip 11 erfassten Bildpunkte der Laserlinie mittels der Auswerteeinheit 30, wobei die Oberflächenkoordinaten anhand der lateralen Ablage der erfassten Ist-Position der Bildpunkte gegenüber der Nominal-Position der Bildpunkte der Laserlinie berechnet werden;
    • • Analysieren 52 der reduzierten Datenmenge 28 bezüglich des Qualitätskriteriums mittels der Auswerteeinheit 30 hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder Textur-Information 15.
  • Als das mindestens eine Qualitätskriterium kann hierbei ein Kriterium aus der Gruppe: laterale Peakhöhe, laterale Peakbreite, Verhältnis der lateralen Peakhöhe zu der lateralen Peakbreite, FWHM lateral, maximaler lateraler Gradient, Zahl der lateralen Pixel über einem Schwellwert, Zahl der lateralen Pixel in Sättigung, integraler Peakwert in lateraler Richtung sowie eine Faltung der Intensitätsverteilung der erfassten lateralen Pixel der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip gewählt werden. Wichtig ist hierbei, dass mit dem Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zu lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip gebildet wird, welches die aufgrund der nicht-linearen Helligkeitssensitivität des CMOS Sensorchips vorliegenden Helligkeitsunterschiede in den Intensitätswerten bei der Bildung des Qualitätskriteriums erhält.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 40 können anhand des Qualitätskriteriums der reduzierten Datenmenge Daten hinsichtlich der Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder der Textur-Information 15 der erfassten Oberfläche erstellt werden, welche dem Informationsgehalt der in den Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information 13 enthaltenen Informationen und/oder der Textur-Information 15 der erfassten Oberfläche entsprechen. Diese entsprechenden Daten können dazu verwendet werden, das zu vermessende Bauteil und/oder dessen Oberflächenbereiche anhand der festgestellten Information zu identifizieren. Die 5 und 6 repräsentieren entsprechende Daten hinsichtlich von Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder der Textur-Information 15 der erfassten Oberfläche.
  • Bei einem weiteren Schritt 54 des erfindungsgemäßen Verfahrens 40 können die erstellten Daten zusammen mit einer Darstellung der Oberflächenkoordinaten der erfassten Oberfläche gegenüber einem Nutzer visualisiert werden. Hierzu müssen zunächst die erstellten Daten positions- und lagerichtig mit den Daten der erfassten Oberflächenkoordinaten verknüpft werden. Anschließend können diese Daten dann zum Beispiel an einem Monitor zusammen mit den Oberflächenkoordinaten ausgegeben werden. Hierzu wird auf 4 verwiesen, dort sind sowohl Oberflächenkoordinaten als auch Bar- und/oder Erkennungs-Code-Informationen 13 in einer Darstellung wiedergegeben.
  • Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens 40 kann nach Feststellung des Vorhandenseins einer Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information 13 im Schritt 52 des Verfahrens ein dem Code entsprechender Prüfplan des Werkstücks 7 ausgewählt werden. Hierdurch ist es zum Beispiel möglich, Prüfmerkmale des zu vermessenden Werkstücks gleichzeitig mit den Daten des Schritts 54 gegenüber dem Nutzer zu visualisieren.
  • Die Übertragung der reduzierten Datenmenge im Schritt 48 des erfindungsgemäßen Verfahrens 40 zu der mindestens einen Auswerteeinheit 30 kann drahtlos erfolgen. Darüber hinaus kann die mindestens eine Auswerteeinheit 30 reduzierte Datenmengen von mehreren Triangulations-Laserscannern 1 parallel verarbeiten.
  • Ferner kann mindestens ein äußeres Messsystem, zum Beispiel das Koordinatenmessgerät 20 der 7, zur Referenzierung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners 1 relativ zum Werkstück vorgesehen sein, wobei die mindestens eine Auswerteeinheit 30 die reduzierten Datenmengen des mindestens einen Triangulations-Laserscanners 1 und/oder von mehreren Triangulations-Laserscannern 1 anhand der Referenzierungsinformation des äußeren Messsystems lagerichtig zusammenfügt, so dass bezüglich des Qualitätskriteriums die zusammengefügten reduzierten Datenmengen hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder Textur-Information 15 analysiert werden können. Mit Hilfe eines solchen Koordinatenmessgeräts 20 der 7 als äußerem Messsystem konnten zum Beispiel die zusammengefügten reduzierten Datenmengen der 4 bzw. 5 gewonnen werden. Darüber hinaus kann es allerdings bei der Erfassung von Oberflächenkoordinaten ausgedehnter Werkstücke wie zum Beispiel Flugzeugrümpfen oder -tragflächen in Schritt 42 des erfindungsgemäßen Verfahrens 40 mittels mehrere voneinander unabhängiger Triangulations-Laserscannern 1 auch vorkommen, dass nur ein Teilbereich einer Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder Textur-Information 15 von einem Triangulations-Laserscanner 1 erfasst wird und das weitere Teilbereiche oder der restliche Teilbereich durch einen anderen Triangulations-Laserscanner 1 erfasst werden. Hierbei ist es dann notwendig, dass mindestens ein äußeres Messsystem im Zusammenspiel mit mindestens einer Auswerteeinheit 30 für die Zusammenführung der erfassten Daten in einem gemeinsamen Koordinatensystem sorgt und dass die mindestens eine Auswerteeinheit 30 die zusammengefügten Daten bezüglich des Qualitätskriteriums hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information 13 und/oder Textur-Information 15 im Schritt 52 des erfindungsgemäßen Verfahrens 40 untersucht.
  • Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 40 gemäß 8 auf mindestens einer Steuer- bzw. Auswerteeinheit 30 im Zusammenhang mit einem Triangulations-Laserscanner 1 gemäß 7 aufweisend einen CMOS Sensorchip 11, eine Abbildungsoptik 9 und eine Laserlinien-Lichtquelle 3 zur Erzeugung einer Laserlinie auf einem zu vermessenden Werkstück 7, wobei der CMOS Sensorchip 11 und die Laserlinien-Lichtquelle 3 in Relation zur Abbildungsoptik 9 unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6260001 B1 [0003]
    • US 8284240 B2 [0004]
    • US 2011/267431 [0035, 0040]
    • US 20110267431 [0042]

Claims (10)

  1. Verfahren (40) zum Betrieb mindestens eines Triangulations-Laserscanners (1) zur Identifizierung von Oberflächeneigenschaften eines mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners (1) zu vermessenden Werkstücks (7) umfassend folgende Schritte: • Bereitstellen mindestens eines Triangulations-Laserscanners (1) mit einem CMOS Sensorchip (11), einer Abbildungsoptik (9) und einer Laserlinien-Lichtquelle (3) zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück (7), wobei der CMOS Sensorchip (11) und die Laserlinien-Lichtquelle (3) in Relation zur Abbildungsoptik (9) unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind; • Bereitstellen eines Werkstücks (7), dessen zu vermessende Oberfläche mindestens zwei verschiedene Bereiche (13, 14; 15) mit zueinander unterschiedlicher Textur (15) und/oder mindestens einen Bar- und/oder Erkennungs-Code-Bereich (13) aufweist; • Erfassen der Oberfläche (42) des zu vermessenden Werkstücks (7) mittels des mindestens einen Triangulations-Laserscanners (1) durch Relativbewegung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners (1) zu dem zu vermessenden Werkstück (7), wodurch wenigstens ein Teil der Oberfläche des Werkstücks (7) mit der Laserlinie überstrichen und hierbei die laterale Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip (11) erfasst wird; • Beschränken (44; 46) der auf dem CMOS Sensorchip (11) bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge (28), welche lediglich die Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie umfasst, wobei das Qualitätskriterium ein Maß für die Intensitätsverteilung entlang einer Richtung quer zur lokalen Erstreckungsrichtung der Bildpunkte der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip (11) ist; • Übertragen (48) der reduzierten Datenmenge (28) an mindestens eine Auswerteeinheit (30) mit einer Taktrate, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips (11); • Erzeugen von Oberflächenkoordinaten (50) des zu vermessenden Werkstücks (7) anhand der auf dem CMOS Sensorchip (11) erfassten Bildpunkte der Laserlinie mittels der mindestens einen Auswerteeinheit (30), wobei die Oberflächenkoordinaten anhand der lateralen Ablage der erfassten Ist-Position der Bildpunkte gegenüber der Nominal-Position der Bildpunkte der Laserlinie berechnet werden; • Analysieren (52) der reduzierten Datenmenge (28) bezüglich des Qualitätskriteriums mittels der mindestens einen Auswerteeinheit (30) hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information (13) und/oder Textur-Information (15).
  2. Verfahren (40) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Qualitätskriterium ein Kriterium ist aus der Gruppe: laterale Peakhöhe, laterale Peakbreite, Verhältnis der lateralen Peakhöhe zu der lateralen Peakbreite, FWHM lateral, maximaler lateraler Gradient, Zahl der lateralen Pixel über einem Schwellwert, Zahl der lateralen Pixel in Sättigung, integraler Peakwert in lateraler Richtung sowie eine Faltung der Intensitätsverteilung der erfassten lateralen Pixel der Laserlinie auf dem CMOS Sensorchip (11).
  3. Verfahren (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei anhand des Qualitätskriteriums der reduzierten Datenmenge (28) Daten hinsichtlich der Bar- und/ oder Erkennungs-Code-Information (13) und/oder der Textur-Information (15) der erfassten Oberfläche erstellt werden, welche dem Informationsgehalt der in den Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information (13) enthaltenen Informationen und/oder der Textur-Information (15) der erfassten Oberfläche entsprechen.
  4. Verfahren (40) nach Anspruch 3, wobei in einem weiteren Schritt (54) die erstellten Daten zusammen mit einer Darstellung der Oberflächenkoordinaten der erfassten Oberfläche gegenüber einem Nutzer visualisiert werden.
  5. Verfahren (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach Feststellung des Vorhandenseins einer Bar- und/oder Erkennungs-Code-information (13) ein dem Code entsprechender Prüfplan des Werkstücks (7) ausgewählt wird.
  6. Verfahren (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragung (48) der reduzierten Datenmenge (28) zu der mindestens einen Auswerteeinheit (30) drahtlos erfolgt.
  7. Verfahren (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Auswerteeinheit (30) reduzierte Datenmengen (28) von mehreren Triangulations-Laserscannern (1) parallel verarbeiten kann.
  8. Verfahren (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei mindestens ein äußeres Messsystem (20) zur Referenzierung des mindestens einen Triangulations-Laserscanners relativ zum Werkstück (7) vorhanden ist und die mindestens eine Auswerteeinheit (30) die reduzierten Datenmengen (28) des mindestens einen Triangulations-Laserscanners (1) anhand der Referenzierungsinformation lagerichtig zusammenfügen kann, so dass bezüglich des Qualitätskriteriums die zusammengefügten reduzierten Datenmengen hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information (13) und/oder Textur-Information (15) analysiert werden können.
  9. Computerprogrammprodukt zur Ausführung eines der Verfahren (40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Zusammenhang mit einem zu vermessenden Werkstück (7) und mit einem Triangulations-Laserscanner (1) aufweisend einen CMOS Sensorchip (11), eine Abbildungsoptik (9) und eine Laserlinien-Lichtquelle (3) zur Erzeugung einer Laserlinie auf dem zu vermessenden Werkstück (7), wobei der CMOS Sensorchip (11) und die Laserlinien-Lichtquelle (3) in Relation zur Abbildungsoptik (9) unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind, wobei das Computerprogrammprodukt auf mindestens einer Steuereinheit (22; 24) und mindestens einer Auswerteeinheit (30) ausgeführt wird, wobei durch die Steuereinheit (22; 24) die auf dem CMOS Sensorchip (11) bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge (28) beschränkt wird und diese reduzierte Datenmenge (28) an die mindestens eine Auswerteeinheit (30) durch die Steuereinheit (22; 24) weiterleitet wird, wobei die reduzierten Datenmenge (28) lediglich diejenigen Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie des Triangulations-Laserscanners (1) beinhaltet, wobei die reduzierte Datenmenge (28) an die Auswerteeinheit (30) mit einer Taktrate übertragen wird, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips (11) des Triangulations-Laserscanners (1) und wobei die Auswerteeinheit (30) die reduzierte Datenmenge (28) des Triangulations-Laserscanner (1) bezüglich des Qualitätskriteriums hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information (13) und/oder Textur-Information (15) untersucht.
  10. Messsystem (18) umfassend ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9, mindestens einen Triangulations-Laserscanner (1) aufweisend einen CMOS Sensorchip (11), eine Abbildungsoptik (9) und eine Laserlinien-Lichtquelle (3) zur Erzeugung einer Laserlinie auf einem zu vermessenden Werkstück (7), wobei der CMOS Sensorchip (11) und die Laserlinien-Lichtquelle (3) in Relation zur Abbildungsoptik (9) unter einer Scheimpflug-Bedingung angeordnet sind, wobei das Messsystem (18) mindestens eine Steuereinheit (22; 24) und mindestens eine Auswerteeinheit (30) aufweist, wobei im Betrieb des Messsystems (18) die Steuereinheit (22; 24) die auf dem CMOS Sensorchip (11) bei einer Bildaufnahme erzeugten Datenmenge auf eine reduzierte Datenmenge (28) beschränkt und diese reduzierte Datenmenge (28) an die mindestens eine Auswerteeinheit (30) durch die Steuereinheit (22; 24) weiterleitet wird, wobei die reduzierte Datenmenge (28) lediglich diejenigen Daten der lateralen Ist-Position der Bildpunkte der Laserlinie und die Daten mindestens eines Qualitätskriteriums für jeden der Bildpunkte der erfassten Laserlinie des Triangulations-Laserscanners (1) beinhaltet, wobei die reduzierte Datenmenge (28) an die Auswerteeinheit (30) mit einer Taktrate übertragen wird, welche größer ist als die maximal mögliche Taktrate zur Auslesung aller Pixeldaten des gesamten CMOS Sensorchips (11) des Triangulations-Laserscanners (1) und wobei die Auswerteeinheit (30) die reduzierte Datenmenge (28) des Triangulations-Laserscanner (1) bezüglich des Qualitätskriteriums hinsichtlich dem Vorhandensein von Bar- und/oder Erkennungs-Code-Information (13) und/oder Textur-Information (15) untersucht.
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