DE102019135727A1

DE102019135727A1 - METHOD FOR DETERMINING MEASURING POINTS FOR DETERMINING AREA IN COORDINATE MEASURING DEVICES AND DEVICE THEREFOR

Info

Publication number: DE102019135727A1
Application number: DE102019135727.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Kolanek
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2020-03-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Messpunkten an einer Fläche eines zu vermessenden Werkstücks zur Bestimmung der Position und Ausrichtung der Fläche durch die Bestimmung der Position der durch das Verfahren vorbestimmten Messpunkte, wobei bei dem Verfahren eine Anzahl von Gitterpunkten definiert wird, die gleichmäßig gemäß einer zweidimensionalen Gitterstruktur über der Fläche verteilt werden, wobei lediglich Gitterpunkte verwendet werden, die in einen Mindestabstand vom Rand der Fläche und / oder einer Aussparung in der Fläche beabstandet sind, und wobei die Gitterpunkte zeilen - oder reihenweise gemäß der Gitterstruktur durchnummeriert werden und wobei lediglich ein Teil der Gitterpunkte als Messpunkte verwendet werden, indem lediglich der nach der Nummerierung erste und letzte Gitterpunkt und / oder mindestens ein, vorzugsweise mehrere Gitterpunkte zwischen dem ersten und letzten Gitterpunkt ausgewählt werden, die gemäß der Nummerierung möglichst gleichmäßig verteilt zueinander und / oder zu den ersten und letzten Gitterpunkten liegen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, welches einen maschinenlesbaren Code aufweist, der bei Ausführung durch eine geeignete Maschine dazu führt, dass die Maschine ein entsprechendes Verfahren ausführt, sowie ein Koordinatenmessgerät, insbesondere Multisensor - Koordinatenmessgerät, welches so hergerichtet ist, dass es ein entsprechendes Verfahren ausführen kann.

The present invention relates to a method for determining measuring points on a surface of a workpiece to be measured for determining the position and orientation of the surface by determining the position of the measuring points predetermined by the method, the method defining a number of grid points that are uniform are distributed over the surface according to a two-dimensional lattice structure, using only lattice points that are spaced a minimum distance from the edge of the surface and / or a recess in the surface, and wherein the lattice points are numbered in rows or rows according to the lattice structure, and wherein only a part of the grid points are used as measuring points, in that only the first and last grid point after the numbering and / or at least one, preferably a plurality of grid points between the first and last grid point are selected, which according to the numbering tion as evenly distributed as possible to one another and / or to the first and last grid points. In addition, the invention relates to a computer program product which has a machine-readable code which, when executed by a suitable machine, leads to the machine executing a corresponding method, and to a coordinate measuring device, in particular a multisensor coordinate measuring device, which is prepared in such a way that it is a corresponding method can perform.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Messpunkten an einer Fläche eines zu vermessenden Werkstücks zur Bestimmung der Position und Ausrichtung der Fläche sowie eine Computerprogrammprodukt zur Ausführung eines entsprechenden Verfahrens und ein Koordinatenmessgerät, das ein entsprechendes Verfahren verwendet.The present invention relates to a method for determining measuring points on a surface of a workpiece to be measured for determining the position and orientation of the surface, as well as a computer program product for executing a corresponding method and a coordinate measuring machine that uses a corresponding method.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Koordinatenmessgeräte zur Vermessung von Werkstücken sind im Stand der Technik bekannt. Insbesondere gibt es auch Multisensoren - Koordinatenmessgeräte, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren zur Vermessung eines Werkstücks verwenden, wie beispielsweise taktile Sensoren, Abstandssensoren, bildgebende Sensoren und/oder Autofokus - Sensoren.Coordinate measuring devices for measuring workpieces are known in the prior art. In particular, there are also multisensor coordinate measuring machines that use a large number of different sensors for measuring a workpiece, such as, for example, tactile sensors, distance sensors, imaging sensors and / or auto focus sensors.

Bei Autofokus - Sensoren wird der Abstand zu einem Messpunkt dadurch bestimmt, dass die Fokuslage des Messpunkts durch ein Verändern des Abstands der Messoptik von dem Messpunkt entlang der optischen Achse ermittelt wird. Hierzu kann ein bildgebender Sensor mit einer entsprechenden Optik eingesetzt werden, der nur bei einer Position des Messpunkts in der Fokuslage des bildgebenden Sensors ein scharfes Bild erzeugt. Ist der bildgebende Sensor defokussiert, entsteht ein unscharfes Bild. Die Schärfe der Abbildung kann über den Kontrast bestimmt werden, wobei über den Verfahrweg des Sensors entlang der optischen Achse ein Kontrastverlauf bestimmbar ist, der in Fokuslage maximalen Kontrast aufweist. Da dies unter Umständen pro Messung eine nicht unerhebliche Zeitspanne erfordert, besteht das Bestreben, die Messdauer beispielsweise zur Ermittlung der Position und / oder Ausrichtung einer ebenen Fläche zu verringern.With autofocus sensors, the distance to a measuring point is determined by determining the focus position of the measuring point by changing the distance of the measuring optics from the measuring point along the optical axis. For this purpose, an imaging sensor with appropriate optics can be used, which only produces a sharp image when the measuring point is in the focal position of the imaging sensor. If the imaging sensor is out of focus, a blurred image is created. The sharpness of the image can be determined via the contrast, with a contrast curve that has maximum contrast in the focal position being determinable via the travel path of the sensor along the optical axis. Since this may require a not inconsiderable amount of time per measurement, the aim is to reduce the measurement time, for example to determine the position and / or orientation of a flat surface.

Hierzu kann ein Autofokus - Sensor verwendet werden, der mehrere Messsensoren aufweist, die mit unterschiedlichem Abstand zum Messpunkt angeordnet sind, sodass ohne ein Verfahren des Autofokus - Sensors an mehreren Stellen der Kontrast gleichzeitig bestimmt werden kann. Aus diesen Messwerten lässt sich der Kontrastverlauf extrapolieren und so die Fokuslage mit dem maximalen Kontrast bestimmen. Durch die Extrapolation weist ein derartiger Autofokus - Sensor jedoch eine geringere Messgenauigkeit auf.An autofocus sensor can be used for this purpose, which has a plurality of measurement sensors which are arranged at different distances from the measurement point, so that the contrast can be determined at several points at the same time without moving the autofocus sensor. The contrast curve can be extrapolated from these measured values and the focus position with the maximum contrast can thus be determined. However, due to the extrapolation, such an autofocus sensor has a lower measuring accuracy.

Soll über eine Autofokus - Messung die Position und / oder Orientierung einer Fläche eines Messobjekts bestimmt werden, so kann für eine ebene Fläche durch die Position von drei Messpunkten im dreidimensionalen Raum eine Ebene bestimmt werden, die zumindest für die drei Messpunkte an die zu vermessende ebene Fläche angepasst ist und dies für die weitere Messung oder Eigenschaftsbestimmung des Werkstücks herangezogen werden kann, wie beispielsweise eine Ebenheitsberechnung. Allerdings ist bei mehreren Messpunkten in der Fläche und einer möglichst genauen Messung durch Bewegung des Autofokus - Sensors ein erheblicher Zeitbedarf gegeben, da für jeden Messpunkt in der Fläche die Autofokus - Lage durch Verfahren des Autofokus - Sensors ermittelt werden muss. Entsprechend ist es wichtig die Zahl der Messpunkte möglichst klein zu halten, wobei jedoch für eine möglichst genaue Anpassung einer zu bestimmenden Ebene an eine zu vermessende Fläche eine hohe Zahl an Messpunkten vorteilhaft ist. Entsprechend ist es schwierig manuell geeignete Messpunkte auszuwählen, die eine möglichst exakte Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung einer ebenen Fläche eines Messstücks ermöglicht, wobei unter Position die Lage von entsprechenden Punkten einer Ebene im Raum und unter Ausrichtung die Orientierung von einem Normalenvektor auf der Ebene im Raum verstanden werden kann.If the position and / or orientation of a surface of a measurement object is to be determined via an autofocus measurement, a plane can be determined for a flat surface by the position of three measurement points in three-dimensional space, which is at least for the three measurement points on the plane to be measured Surface is adapted and this can be used for the further measurement or property determination of the workpiece, such as a flatness calculation. However, if there are several measuring points in the area and the most accurate measurement possible by moving the autofocus sensor, there is a considerable amount of time since the autofocus position for each measuring point in the area must be determined by moving the autofocus sensor. Accordingly, it is important to keep the number of measuring points as small as possible, but a large number of measuring points is advantageous for the most exact possible adaptation of a plane to be determined to an area to be measured. Accordingly, it is difficult to manually select suitable measuring points that enable the position and / or orientation of a flat surface of a measuring piece to be determined as precisely as possible, the position of corresponding points of a plane in space under position and the orientation of a normal vector on the plane under alignment can be understood in space.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein automatisiertes Verfahren bereitzustellen, mit welchen eine möglichst geringe Anzahl von Messpunkten an einer zu vermessenden ebenen Fläche ausgewählt werden kann, wobei die Messpunkte dazu dienen, die Position und / oder Ausrichtung der zu vermessenden ebenen Fläche durch Bestimmung der Position der Messpunkte im dreidimensionalen Raum zu bestimmen. Das entsprechende Verfahren soll automatisiert und effektiv durchführbar sein.It is therefore an object of the present invention to provide an automated method with which the smallest possible number of measurement points on a flat surface to be measured can be selected, the measurement points serving to determine the position and / or orientation of the flat surface to be measured by determining the Determine the position of the measuring points in three-dimensional space. The corresponding procedure should be automated and can be carried out effectively.

TECHNISCHE LÖSUNGTECHNICAL SOLUTION

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und einem Koordinatenmessgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a computer program product having the features of claim 9 and a coordinate measuring machine having the features of claim 10. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung schlägt vor, über der zu vermessenden Fläche eine zweidimensionale Gitterstruktur zu definieren, die eine Mehrzahl an Gitterpunkten aufweist, die aufgrund der Gitterstruktur gleichmäßig über der zu vermessenden Fläche verteilt sind. Diese Mehrzahl an Gitterpunkten, die jeweils für sich einen potentiellen Messpunkt darstellen, werden jedoch um diejenigen Gitterpunkte verringert, die einen Mindestabstand zum Rand der Fläche unterschreiten oder zu nahe an einer Aussparung in der Fläche liegen, wobei unter Aussparung Vertiefungen oder Erhöhungen, wie beispielsweise Bohrlöcher oder Vorsprünge oder ganz allgemein Abweichungen in einer Richtung quer zur ebenen Fläche verstanden werden. Die verbleibenden Gitterpunkte werden gemäß der Gitterstruktur entlang der Zeilen und / oder Reihen, also beispielsweise von links nach rechts und von oben nach unten oder von oben nach unten und von links nach rechts durchnummeriert, sodass sie einen entsprechenden Index als Nummer aufweisen. Die nummerierten Gitterpunkte werden dann gemäß der Erfindung noch weiter reduziert, indem lediglich ein Teil dieser Gitterpunkte als Messpunkte verwendet wird, beispielsweise der erste und letzte Gitterpunkt und / oder ein oder mehrere Gitterpunkte zwischen dem ersten und letzten Gitterpunkt, die gemäß der Nummerierung möglichst gleichmäßig verteilt zueinander und / oder zu den ersten und letzten Gitterpunkten liegen. Die Auswahl der als Messpunkte verwendeten Gitterpunkte erfolgt hierbei aufgrund der Nummerierung der Gitterpunkte anhand der Gitterstruktur, sodass auf andere aufwändige Maßnahmen, die eine gleichmäßige Verteilung der Messpunkte über der zu vermessenden Fläche sicherstellen sollen, verzichtet werden kann. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren aus der ursprünglich durch die Gitterstruktur vorgegebenen Anzahl der Gitterpunkte eine Teilmenge ausgewählt, die als Messpunkte verwendet werden, sodass umgekehrt die entsprechend ausgewählten Messpunkte auch Gitterpunkte darstellen.The invention proposes to define a two-dimensional lattice structure over the surface to be measured, which has a plurality of lattice points that are distributed evenly over the surface to be measured due to the lattice structure. However, this plurality of grid points, which each represent a potential measurement point in themselves, become those grid points reduced, which fall below a minimum distance to the edge of the surface or are too close to a recess in the surface, recess being understood as depressions or elevations, such as boreholes or projections, or in general deviations in a direction transverse to the flat surface. The remaining grid points are numbered according to the grid structure along the rows and / or rows, for example from left to right and from top to bottom or from top to bottom and from left to right, so that they have a corresponding index as a number. The numbered grid points are then further reduced according to the invention by using only a part of these grid points as measurement points, for example the first and last grid point and / or one or more grid points between the first and last grid point, which according to the numbering are distributed as evenly as possible to each other and / or to the first and last grid points. The selection of the grid points used as measuring points is based on the numbering of the grid points on the basis of the grid structure, so that other complex measures which are to ensure a uniform distribution of the measuring points over the area to be measured can be dispensed with. The method according to the invention thus selects a subset from the number of grid points originally specified by the grid structure, which are used as measurement points, so that, conversely, the correspondingly selected measurement points also represent grid points.

Zur eindeutigen Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung der zu vermessenden, ebenen Fläche können mindestens drei, vorzugsweise vier oder mehr Messpunkte ausgewählt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich eine obere Grenze der Anzahl an Messpunkten zu definieren, sodass beispielsweise pro Fläche maximal fünf oder mehr Messpunkte bestimmt werden. Damit können Aufwand und Zeitbedarf entsprechend beschränkt werden.At least three, preferably four or more measuring points can be selected to uniquely determine the position and / or orientation of the flat surface to be measured. In addition, it is also possible to define an upper limit on the number of measuring points, so that, for example, a maximum of five or more measuring points are determined per area. This means that time and effort can be limited accordingly.

Um sicherzustellen, dass mit den Messpunkten eine eindeutige Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung der ebenen Fläche möglich ist, kann weiterhin definiert werden, dass mindestens drei Messpunkte ausgewählt werden, die nicht alle in der gleichen Reihe oder der gleichen Zeile der Gitterstruktur liegen.In order to ensure that the position and / or orientation of the flat surface can be clearly determined with the measurement points, it can further be defined that at least three measurement points are selected, which are not all in the same row or the same line of the lattice structure.

Für die Auswahl der gleichmäßig zwischen den ersten und letzten Gitterpunkten der Gitterstruktur liegenden Gitterpunkte bzw. der Gitterpunkte, die über die Gesamtzahl der in der zu untersuchenden Fläche liegenden Gitterpunkte gleichmäßig verteilt sind, können verschiedene Regeln angewandt werden. Beispielsweise ist es möglich jeden Nten Gitterpunkt auszuwählen, wobei N eine ganze Zahl größer 1 ist, die vorzugsweise kleiner oder gleich der Hälfte der auf der Fläche angeordneten Gitterpunkte ist, da ansonsten nur ein Gitterpunkt ausgewählt werden könnte. Bei einer Gesamtzahl der auf der zu untersuchenden Fläche angeordneten Gitterpunkte von 24 könnten beispielsweise die Gitterpunkte mit der Nummerierung 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 und 22 sowie gegebenenfalls 24, falls der letzte Gitterpunkt nicht schon ausgewählt ist, ausgewählt werden, wenn jeder zweite Gitterpunkten gewählt wird, oder es könnten die Gitterpunkte mit der Nummerierung 3, 6, 9, 12, 15, 18 und 21 sowie gegebenenfalls 24, falls der letzte Gitterpunkt nicht schon ausgewählt ist, ausgewählt werden, wenn beispielsweise jeder dritte Gitterpunkten gewählt wird.Different rules can be applied for the selection of the grid points lying evenly between the first and last grid points of the grid structure or of the grid points which are evenly distributed over the total number of grid points lying in the area to be examined. For example, it is possible to select every Nth grid point, where N is an integer greater than 1, which is preferably less than or equal to half the grid points arranged on the surface, since otherwise only one grid point could be selected. With a total number of grid points of 24 arranged on the area to be examined, grid points with the numbering 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 and 22 and possibly 24 if the last grid point is not is already selected, can be selected if every second grid point is selected, or the grid points with the numbering 3, 6, 9, 12, 15, 18 and 21 and possibly 24 if the last grid point has not already been selected could be selected , for example if every third grid point is selected.

Alternativ ist es möglich diejenigen Gitterpunkte auszuwählen, deren Nummer ein ganzzahliges Vielfaches eines ganzzahligen Bruchteils der Gesamtzahl der Gitterpunkte ist. Beispielsweise lassen sich die Gitterpunkte auswählen, deren Nummerierung 1/N, 2/N, 3/N usw. der Gesamtzahl der Gitterpunkte entspricht, wobei N eine ganze Zahl ist und die Gesamtzahl der Gitterpunkte an der zu untersuchenden Fläche ein Vielfaches von N ist. Beispielsweise kann somit bei einer Gesamtzahl der Gitterpunkte von 24 N gleich 4 sein, sodass sich eine Reihe von 1/4, 2/4, 3/4 und 4/4 ergibt, wobei sich mit der Gesamtzahl der Gitterpunkte von 24 als ausgewählte Werte für die Nummer der als Messpunkte zu verwendenden Gitterpunkte die Werte 6, 12, 18 und 24 entsprechend einem Viertel von 24, der Hälfte von 24 und drei Vierteln von 24 ergibt sowie 24 selbst, wenn der letzte Gitterpunkt nicht schon ausgewählt ist. Bei N gleich 3 ergibt sich eine Reihe von 1/3, 2/3, und 3/3, wobei sich als ausgewählte Werte bei der Gesamtzahl der Gitterpunkte von 24 die Werte 8, 16 und 24 ergeben.Alternatively, it is possible to select those grid points whose number is an integer multiple of an integer fraction of the total number of grid points. For example, the grid points can be selected whose numbering 1 / N, 2 / N, 3 / N etc. corresponds to the total number of grid points, where N is an integer and the total number of grid points on the area to be examined is a multiple of N. For example, with a total number of grid points of 24 N, 4 can be equal to a series of 1/4, 2/4, 3/4 and 4/4, with the total number of grid points being 24 as selected values for the number of grid points to be used as measurement points gives the values 6, 12, 18 and 24 corresponding to a quarter of 24, half of 24 and three quarters of 24 and 24 even if the last grid point has not already been selected. If N is 3, a series of 1/3, 2/3, and 3/3 results, the values 8, 16 and 24 being the selected values for the total number of grid points of 24.

Weiterhin kann die Auswahl der gemäß der Nummerierung gleichmäßig verteilten Gitterpunkte als Messpunkte dadurch erfolgen, dass ein Vielfaches eines Bruchteils der Gesamtzahl der Gitterpunkte bestimmt wird und jeweils der gemäß der Nummerierung nächstgelegene Gitterpunkt gewählt wird. Beispielsweise kann bei einer Gesamtzahl der Gitterpunkte von 24 als Bruchteil ein Fünftel gewählt werden und als Vielfaches davon das 1,5 - fache, das 3 - fache und das 4,5 - fache. Entsprechend würden sich als Werte die Werte 7,2, 14,4 und 21,6 ergeben, die bei einer entsprechenden Auf - oder Abrundung zu den Gitterpunkten 7, 14 und 22 führen würden, die dann als Messpunkte verwendet werden können.Furthermore, the selection of the grid points evenly distributed according to the numbering can be carried out by determining a multiple of a fraction of the total number of grid points and selecting the closest grid point according to the numbering. For example, with a total number of grid points of 24, a fifth can be selected as a fraction and as a multiple thereof 1.5 times, 3 times and 4.5 times. Correspondingly, the values would be the values 7.2, 14.4 and 21.6 which, if rounded up or down, would lead to the grid points 7, 14 and 22, which can then be used as measuring points.

Wie bereits oben erwähnt, werden für die Auswahl der Messpunkte die Gitterpunkte der Gitterstruktur um diejenigen Gitterpunkte verringert, die einen Mindestabstand zum Rand der Fläche unterschreiten oder zu nahe an einer Aussparung in der Fläche liegen. Der entsprechende Mindestabstand kann beliebig in bestimmten Bereichen definiert werden, wobei das Verfahren automatisch mit einem größeren oder kleineren Mindestabstand wiederholt werden kann, wenn nach einer ersten Durchführung des Verfahrens festgestellt wird, dass die ermittelten Messpunkte zu viele oder zu wenig sind. Insbesondere kann vorgegeben werden, dass mindestens drei, vorzugsweise vier bis sechs Messpunkte bestimmt werden sollen, sodass nach einer ersten Durchführung des Verfahrens und eine Überprüfung, ob die Anzahl der Messpunkte im gewählten Bereich liegt, das Verfahren bei Bedarf mit einem variierten Mindestabstand der Gitterpunkte zum Rand der Fläche und / oder einer Aussparung wiederholt werden kann.As already mentioned above, for the selection of the measurement points, the grid points of the grid structure are reduced by those grid points which are less than a minimum distance from the edge of the surface or too close to a recess in the surface. The corresponding minimum distance can be defined as desired in certain areas, whereby the method can be repeated automatically with a larger or smaller minimum distance if it is determined after a first execution of the method that the measurement points determined are too many or too few. In particular, it can be specified that at least three, preferably four to six measuring points are to be determined, so that after a first implementation of the method and a check as to whether the number of measuring points lies in the selected range, the method can be used with a varied minimum distance between the grid points Edge of the surface and / or a recess can be repeated.

Darüber hinaus ist es auch möglich, dass das Verfahren mit anderen Parametern für die Auswahl der gleichmäßig gemäß der Nummerierung verteilten Gitterpunkte wiederholt wird, wenn die Gesamtzahl der ermittelten Messpunkte nicht im gewünschten Bereich liegt. Allgemein kann das Verfahren als ein iteratives Verfahren mit Wiederholung von einem oder mehreren Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens bei unterschiedlichen Parametern, wie unterschiedliche Gitterkonstanten der Gitterstruktur, Mindestabstände der Messpunkte vom Rand der Fläche usw., durchgeführt werden, um gewünschte Ergebnisse, die vorgegeben werden können, wie eine bestimmte Anzahl von Messpunkten, zu erreichen.In addition, it is also possible for the method to be repeated with other parameters for the selection of the grid points evenly distributed according to the numbering, if the total number of measured points determined is not in the desired range. In general, the method can be carried out as an iterative method with repetition of one or more method steps of the method according to the invention with different parameters, such as different lattice constants of the lattice structure, minimum distances of the measuring points from the edge of the surface, etc., in order to obtain desired results that can be specified. how to reach a certain number of measuring points.

Zur Bestimmung der Messpunkte kann ein Modell des zu vermessenden Werkstücks bzw. der zu vermessenden Fläche und insbesondere ein CAD (computer - aided design) - Modell des zu untersuchenden Werkstücks bzw. der zu untersuchenden Fläche verwendet werden, da üblicherweise Koordinatenmessgeräte, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann, ebenfalls entsprechende Modelle und insbesondere CAD - Modelle als Ausgangspunkt für die Vermessung verwenden.A model of the workpiece to be measured or the area to be measured and in particular a CAD (computer-aided design) model of the workpiece to be examined or the area to be examined can be used to determine the measuring points, since usually coordinate measuring machines, in which the invention Methods can be used, also use corresponding models and in particular CAD models as a starting point for the measurement.

Nachdem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Messpunkte für eine Messung zur Bestimmung der Position der Messpunkte im dreidimensionalen Raum bestimmt worden sind, kann eine entsprechende Messung durchgeführt werden, wobei für die Messung Bilderkennungsverfahren und / oder Autofokus - Verfahren eingesetzt werden können.After the measurement points for a measurement for determining the position of the measurement points in three-dimensional space have been determined with the method according to the invention, a corresponding measurement can be carried out, image recognition methods and / or auto focus methods being used for the measurement.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitgehend oder vollständig automatisiert durchgeführt werden, wobei hierzu insbesondere eine geeignete Datenverarbeitungsanlage eingesetzt werden kann. Entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, welches einen maschinenlesbaren Code aufweist, der bei Ausführung durch eine geeignete Maschine und insbesondere eine geeignete Datenverarbeitungsanlage dazu führt, dass die Maschine bzw. Datenverarbeitungsanlage zumindest als Teil der Maschine ein entsprechendes Verfahren ausführt. Insbesondere kann es sich bei der Maschine um ein Koordinatenmessgerät und insbesondere ein Multisensor - Koordinatenmessgerät handeln, welches entsprechende Sensoren aufweist, mit denen ein Bild für eine Bilderkennung und / oder eine Abstandsmessung durch Autofokus - Verfahren durchgeführt werden kann.The method according to the invention can be carried out largely or completely automatically, with a suitable data processing system in particular being able to be used for this purpose. Accordingly, the present invention also relates to a computer program product which has a machine-readable code which, when executed by a suitable machine and in particular a suitable data processing system, leads to the machine or data processing system executing a corresponding method, at least as part of the machine. In particular, the machine can be a coordinate measuring machine and in particular a multisensor coordinate measuring machine which has corresponding sensors with which an image for image recognition and / or distance measurement can be carried out by means of an autofocus method.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels und den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous configurations result from the description of the exemplary embodiment and the dependent claims.

FigurenlisteFigure list

Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

1 eine Darstellung einer zu vermessenden Fläche mit verschiedenen Aussparungen und der Darstellung eines darüber gelegten Gitters zur Bestimmung von Gitterpunkten auf der Fläche,
2 eine Darstellung der Fläche aus 1 mit aussortierten Gitterpunkten, die zu nahe am Rand der Fläche oder einer Aussparung bzw. im Bereich einer Aussparung angeordnet sind,
3 eine Darstellung der zu vermessenden Fläche aus den 1 und 2 mit einer Darstellung der ausgewählten Gitterpunkte G1 bis G9 und in
4 eine Darstellung der zu vermessenden Fläche aus den 1 bis 3 mit den erfindungsgemäß ausgewählten Messpunkten M1 bis M4.

The accompanying drawings show in a purely schematic manner in

1 a representation of a surface to be measured with various cutouts and the representation of a grid placed over it for determining grid points on the surface,
2nd a representation of the area 1 with sorted out grid points that are arranged too close to the edge of the surface or a recess or in the region of a recess,
3rd a representation of the area to be measured from the 1 and 2nd with a representation of the selected grid points G1 to G9 and in
4th a representation of the area to be measured from the 1 to 3rd with the measuring points selected according to the invention M1 to M4 .

AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEXAMPLES

Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiele beschränkt.Further advantages, characteristics and features of the present invention will become apparent from the following detailed description of an exemplary embodiment. However, the invention is not restricted to these exemplary embodiments.

Die 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatisierten Bestimmung von Messpunkten für die Bestimmung der Position und / oder Orientierung einer ebenen Fläche 1. Die Fläche 1 kann hierbei eine beliebige äußere Randform aufweisen und in der Fläche können entsprechende Aussparungen 2 bis 4 angeordnet sein bzw. die Fläche 1 kann die Aussparungen 2 bis 4 umgeben. Bei den Aussparungen 2 bis 4 kann es sich um Vertiefungen oder Erhebungen handeln, beispielsweise um Bohrungen oder Vorsprünge oder dergleichen.The 1 to 4th show an embodiment of the method according to the invention for the automated determination of measuring points for determining the position and / or orientation of a flat surface 1 . The area 1 can have any outer edge shape and corresponding recesses can be made in the surface 2nd to 4th be arranged or the surface 1 can the recesses 2nd to 4th surround. With the recesses 2nd to 4th it can be depressions or elevations, for example bores or projections or the like.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, eine bestimmte Anzahl von Messpunkten auszuwählen, die es ermöglichen, die Position und / oder Orientierung der Fläche im dreidimensionalen Raum mit geringem Aufwand möglichst exakt zu bestimmen, wozu die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Messpunkte verwendet werden. Hierzu können unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung der Position und / oder Orientierung der Fläche 1 eingesetzt werden, die die durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmten Messpunkte verwenden, wie beispielsweise ein Autofocus - Verfahren, bei welchem die Position der Messpunkte im dreidimensionalen Raum dadurch bestimmt wird, dass eine Optik ihren Abstand zu dem Messpunkt variiert und die Position bestimmt, an denen der Messpunkt scharf abgebildet ist, sich also im Fokus sich befindet. Alternativ kann zur Bewegung der Optik eine Optik verwendet werden, die es erlaubt eine Abbildung in unterschiedlichen Abständen von dem Messpunkt zu ermitteln, beispielsweise durch Anordnung von drei Bildsensoren in unterschiedlichen Abständen. Durch das Autofocus - Verfahren kann die Position eines Messpunkts in einer Raumrichtung bestimmt werden, während die Position in den anderen unabhängigen Raumrichtungen beispielsweise durch ein Bilderkennungsverfahren bestimmt werden kann. Insbesondere kann das vorliegende Verfahren zur Auswahl von Messpunkten bei sogenannten Multisensoren - Koordinatenmessgeräten eingesetzt werden, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren zur Vermessung eines Werkstücks aufweisen, beispielsweise optische Sensoren, Abstandssensoren, taktile Sensoren und dergleichen. Durch die geeignete Auswahl einer geringen Zahl an Messpunkten kann schnell eine Bestimmung der Position und / oder Orientierung einer ebenen Fläche mit hoher Präzision erreicht werden. The method according to the invention serves to select a certain number of measuring points which make it possible to determine the position and / or orientation of the surface in three-dimensional space as precisely as possible with little effort, for which purpose the measuring points determined according to the method according to the invention are used. Different methods for determining the position and / or orientation of the surface can be used for this purpose 1 are used which use the measuring points determined by the method according to the invention, such as an autofocus method in which the position of the measuring points in three-dimensional space is determined by the fact that optics vary their distance from the measuring point and determine the position at which the Measuring point is in focus, i.e. is in focus. Alternatively, an optical system can be used to move the optical system, which allows an image to be determined at different distances from the measuring point, for example by arranging three image sensors at different distances. The position of a measuring point in one spatial direction can be determined by the autofocus method, while the position in the other independent spatial directions can be determined, for example, by an image recognition method. In particular, the present method can be used to select measuring points in so-called multi-sensor coordinate measuring machines which have a large number of different sensors for measuring a workpiece, for example optical sensors, distance sensors, tactile sensors and the like. The position and / or orientation of a flat surface can be determined quickly and with high precision by appropriately selecting a small number of measurement points.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auswahl von einigen wenigen Messpunkten zur exakten Bestimmung der Position und / oder Ausrichtung einer ebenen Fläche 1 wird nun so durchgeführt, dass zunächst über die zu vermessenden Fläche 1 ein fiktives Gitter gelegt wird, welches eine bestimmte Gitterkonstante aufweist, also bestimmte Abstände der Gitterpunkte zueinander. In der 1 ist das Gitter durch die horizontalen und vertikalen, gestrichelten Linien dargestellt, die auch als Zeilen und Reihen bezeichnet werden können. An den Schnittpunkten liegen die Gitterpunkte 5 vor, die in gleichmäßigen Abständen reihenweise und zeilenweise über der zu vermessenden Fläche 1 angeordnet sind. Als Basis für die zu vermessenden Fläche 1 kann beispielsweise ein CAD - Modell der zu vermessenden Fläche verwendet werden, welches auch als Basis für die Vermessung des Werkstücks in einem Koordinatenmessgerät eingesetzt werden kann. Die Gitterkonstante ist variierbar und kann an die zu vermessende Fläche angepasst werden. Insbesondere ist durch ein iteratives Verfahren mit Wiederholung von einem oder mehreren Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens eine optimale Anpassung der Gitterkonstante an die zu untersuchende Fläche 1 möglich, sodass eine optimale Anzahl und Verteilung von Gitter - und / oder Messpunkten über der Fläche gegeben ist.The method according to the invention for the selection of a few measuring points for the exact determination of the position and / or orientation of a flat surface 1 is now carried out so that first over the area to be measured 1 a fictitious lattice is placed, which has a certain lattice constant, i.e. certain distances between the lattice points. In the 1 the grid is represented by the horizontal and vertical dashed lines, which can also be called rows and rows. The grid points lie at the intersection points 5 in front of each other at regular intervals in rows and rows over the area to be measured 1 are arranged. As the basis for the area to be measured 1 For example, a CAD model of the surface to be measured can be used, which can also be used as the basis for measuring the workpiece in a coordinate measuring machine. The lattice constant is variable and can be adapted to the area to be measured. In particular, an iterative method with repetition of one or more method steps of the method according to the invention enables the lattice constant to be optimally adapted to the area to be examined 1 possible, so that there is an optimal number and distribution of grid and / or measuring points over the surface.

Die zu vermessende Fläche 1 weist mehrere Aussparungen 2 bis 4 in unterschiedlicher Form auf. Wie in 1 zu erkennen ist, liegen einige der Gitterpunkte 5 im Bereich der Aussparungen 2 und 4. Diese Gitterpunkte kommen nicht als Messpunkte infrage und müssen entsprechend aussortiert werden. Darüber hinaus kommen auch diejenigen Gitterpunkte 5 nicht infrage, die zu nahe an einer Aussparung 2 bis 4 und / oder dem Rand der Fläche 1 liegen, da dadurch die entsprechende Messung am realen Werkstück beeinträchtigt werden könnte. Entsprechend ist in der 2 die zu vermessenden Fläche 1 aus der 1 mit dem darüber gelegten Gitter mit den Gitterpunkten 5 dargestellt, wobei diejenigen Gitterpunkte, die aussortiert worden sind, mit einem entsprechenden Kreis 6 markiert sind. Entsprechend ergibt sich, dass über der Fläche 1 neun Gitterpunkte G1 bis G9 angeordnet werden können, die zeilen - und reihenweise von links nach rechts und von oben nach unten mit 1 bis 9 durchnummeriert sind.The area to be measured 1 has several recesses 2nd to 4th in different forms. As in 1 you can see some of the grid points 5 in the area of the recesses 2nd and 4th . These grid points are not suitable as measuring points and must be sorted out accordingly. In addition, those grid points also come 5 out of the question too close to a recess 2nd to 4th and / or the edge of the surface 1 because the corresponding measurement on the real workpiece could be impaired. Accordingly, in the 2nd the area to be measured 1 from the 1 with the grid above it with the grid points 5 shown, those grid points that have been sorted out with a corresponding circle 6 are marked. Accordingly it follows that over the area 1 nine grid points G1 to G9 can be arranged, which are numbered in rows and rows from left to right and from top to bottom with 1 to 9.

Um jedoch die Zahl der Messpunkte weiter zu reduzieren, um die reale Messung effektiv zu gestalten, werden gemäß der Erfindung die mit 1 bis 9 durchnummerierten Gitterpunkte G1 bis G9 dadurch weiter reduziert, dass lediglich der erste und letzte Gitterpunkt G1 und G9 als Messpunkte M1 und M4 ausgewählt werden und dass weiterhin dazwischen zwei weitere Messpunkte M2 und M3 ausgewählt werden, bei denen die Nummerierung der Gitterpunkte einem Drittel der Gesamtzahl der Gitterpunkte, also im vorliegenden Fall dem Gitterpunkt G3, und zwei Drittel der Gesamtzahl der Gitterpunkte, also dem Gitterpunkte G6, entspricht. Dadurch sind vier Gitterpunkte als Messpunkte M1 bis M4 ausgewählt, an denen die Position des jeweiligen Messpunkts durch eine reale Vermessung des Werkstücks bestimmt wird, beispielsweise durch ein Autofocus - Verfahren, sodass auf Basis der Position der Messpunkte M1 bis M4 die Position und / oder Ausrichtung der Fläche 1, die als ebene Fläche ausgebildet ist, bestimmt werden kann. Dies kann dann weiter zur Ebenheitsberechnung für die Fläche verwendet werden.However, in order to further reduce the number of measuring points in order to effectively design the real measurement, the grid points numbered 1 to 9 are used according to the invention G1 to G9 further reduced by only the first and last grid point G1 and G9 as measuring points M1 and M4 be selected and that in between there are two more measuring points M2 and M3 are selected in which the numbering of the grid points is one third of the total number of grid points, in this case the grid point G3 , and two thirds of the total number of grid points, i.e. the grid points G6 , corresponds. This makes four grid points as measuring points M1 to M4 selected at which the position of the respective measuring point is determined by a real measurement of the workpiece, for example by an autofocus method, so that based on the position of the measuring points M1 to M4 the position and / or orientation of the surface 1 , which is designed as a flat surface, can be determined. This can then be used for the flatness calculation for the surface.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.Although the present invention has been described in detail with reference to the exemplary embodiments, it is obvious to the person skilled in the art that the invention is not restricted to these exemplary embodiments, but rather that modifications are possible in such a way that individual features can be omitted or other types of combinations of features can be implemented without departing from the scope of the appended claims. In particular, the present disclosure includes all combinations of the individual features shown in the various exemplary embodiments, so that individual features that are only described in connection with one exemplary embodiment can also be used in other exemplary embodiments or combinations of individual features that are not explicitly illustrated.

BezugszeichenlisteReference list

11: zu vermessende Flächearea to be measured
22nd: AussparungRecess
33rd: AussparungRecess
44th: AussparungRecess
55: GitterpunktGrid point
66: aussortierter Gitterpunktsorted grid point
G1 bis G9G1 to G9: mögliche Messpunktepossible measuring points
M1 bis M4M1 to M4: ausgewählte Messpunkteselected measuring points

Claims

Method for determining measuring points on a surface of a workpiece to be measured for determining the position and orientation of the surface, in particular by determining the position of the measuring points predetermined by the method, the method defining a number of grid points that are uniform according to a two-dimensional grid structure are distributed over the surface, using only grid points that are spaced a minimum distance from the edge of the surface and / or a recess in the surface, and wherein the grid points are numbered in rows and / or rows in accordance with the grid structure and only one Part of the grid points are used as measuring points by selecting only the first and last grid point after the numbering and / or at least one, preferably a plurality of grid points between the first and last grid point, which are as similar as possible according to the numbering are distributed to each other and / or to the first and last grid points.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that at least 3, preferably 4 or more measuring points are selected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least 3 measuring points are selected, which are not all in the same row or line of the lattice structure.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the grid points distributed uniformly according to the numbering are selected such that every Nth grid point is selected, N being an integer greater than 1 and less than or equal to half the grid points arranged on the surface, or that grid points are selected whose number is an integer multiple of an integer fraction of the total number of grid points according to the series 1 / N, 2 / N, 3 / N ..., where N is an integer and the total number of grid points at the Area is a multiple of N.

Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the grid points evenly distributed according to the numbering are selected so that their numbers are closest to a fraction of the total number of grid points and a multiple thereof.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the grid spacing of the grid points and the minimum distance of the grid points from the edge of the surface and / or a recess in the surface is varied, so that at least 3, preferably 4 to 6 measuring points can be determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a model, in particular a CAD model of the surface, is used to determine the measuring points.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the measuring points is determined by image recognition methods and / or autofocus methods.

Computer program product which has a machine-readable code which, when executed by a suitable machine, leads to the machine executing a method according to one of the preceding claims.

Coordinate measuring device, in particular a multisensor coordinate measuring device, which is prepared such that it is a method according to one of the Claims 1 to 8th can perform.

Coordinate measuring device after Claim 10 , characterized in that the coordinate measuring machine has sensors by means of which an image for image recognition and / or a distance measurement can be acquired by the autofocus method.