DE102019206977A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren (110) zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts (112) mit mindestens einem Bildsensor (114) vorgeschlagen. Das Verfahren (110) weist die folgenden Schritte auf:
a) (116) Erfassen mindestens eines Messbildes des Messobjekts (112) mit dem Bildsensor (114);
b) (120) Bestimmen einer Sollorientierung des Bildsensors (114), welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts (112) entspricht;
c) (122) Bestimmen eines korrigierten Bildes des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors (114), wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes die folgenden Schritte umfasst:
c1) Bereitstellen eines Korrekturvolumens (124), wobei das Korrekturvolumen (124) jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen (126) innerhalb des Korrekturvolumens (124) aufweist;
c2) Bestimmen einer Ebene (128) in dem Korrekturvolumen (124) entsprechend der Sollorientierung und Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene (128);
c3) Beaufschlagen des Messbildes mit den Korrekturwerten.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Koordinatenmesstechnik, beispielsweise zur Vermessung von Messobjekten, wie beispielsweise Bauteilen.
• Stand der Technik
• In Multisensor-Messgeräten werden optische bzw. Kamera-Basierte Sensoren typischerweise in einer starren Einbaulage verwendet. Dieses ist insbesondere technischen Randbedingungen wie Verkabelung und Gewicht solcher Sensoreinheiten geschuldet.
• Bekannt sind Verfahren zur Korrektur von Abbildungsfehlern der Sensorik. Beispielsweise wird in DE 10 2004 058655 B4 ein Verfahren beschrieben, in welchem Teilbilder aufgenommen werden und zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden. Insbesondere werden Korrekturen von Abbildungsfehlern der Sensorik wie Verzeichnungen oder fehlerhafte Justage des Abbildungssystems hierbei berücksichtigt.
• Weiter ist es bekannt laterale Verschiebungen zwischen Sensor und Messobjekt zu korrigieren. So beschreibt DE 10 2015 110289 A1 ein Verfahren zur Bestimmung von Messpunkten auf der Oberfläche eines Werkstücks mit einem optischen Sensor und insbesondere eine Korrektur eine laterale Verschiebung bei flächiger konfokaler Oberflächenbestimmung.
• Ein optisches Vermessen schräg zu dieser Einbaulage verlaufender Flächen oder Elementen gestaltet sich jedoch mit bekannten Sensoren als schwierig, beziehungsweise es bedarf häufig der genauen Ausrichtung des Bauteils unter Zuhilfenahme einer entsprechenden Dreh-Schwenk-Einheit.
• Aufgabe der Erfindung
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine Bestimmung mit geringerer Komplexität und kostengünstig erfolgen.
• Offenbarung der Erfindung
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
• Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B“ auf, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht) als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
• Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann. Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nichtoptionale Merkmale, unangetastet bleiben.
• In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts mit mindestens einem Bildsensor vorgeschlagen.
• Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
• a) Erfassen mindestens eines Messbildes des Messobjekts mit dem Bildsensor;
• b) Bestimmen einer Sollorientierung des Bildsensors, welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts entspricht;
• c) Bestimmen eines korrigierten Bildes des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors, wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes die folgenden Schritte umfasst:
  • c1) Bereitstellen eines Korrekturvolumens, wobei das Korrekturvolumen jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen innerhalb des Korrekturvolumens aufweist;
  • c2) Bestimmen einer Ebene in dem Korrekturvolumen entsprechend der Sollorientierung und Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene;
  • c3) Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte.
• Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.
• Unter einem „Messobjekt“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beliebig geformtes zu vermessendes Objekt verstanden werden. Beispielsweise kann das Messobjekt ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Prüfling, einem Werkstück und einem zu vermessenden Bauteil. Beispielsweise kann es sich bei dem Messobjekt um ein flächiges Messobjekt handeln, beispielsweise mit einer ausgedehnten Oberfläche. Beispielsweise kann das Messobjekt eine Kante eines zu vermessenden Bauteils sein. Unter „schräg im Raum stehendes Messobjekt“ kann verstanden werden, dass eine Blickrichtung des Bildsensors und eine Oberflächennormale des Messobjekts einen Winkel aufweisen. Insbesondere sind die Blickrichtung des Bildsensors und die Oberflächennormale des Messobjekts nicht parallel zu einander angeordnet.
• Unter einem „Bildsensor“ kann ein beliebiger optischer Sensor verstanden werden, welcher eingerichtet ist eine Abbildung des Messobjekts zu erzeugen. Beispielsweise kann der Bildsensor ein zweidimensionaler Bildsensor sein, insbesondere ein 2-D-Bildsensor ViScan® von ZEISS. Der Bildsensor kann mindestens einen Kamerasensor aufweisen, insbesondere einen pixelierten Kamerasensor. Der Bildsensor kann eingerichtet sein das Messobjekt aus einer festen Blickrichtung aufzunehmen. Unter einem „Messbild“ kann eine mit dem Bildsensor erfasste Abbildung des Messobjekts verstanden werden. Unter einem „Erfassen eines Messbildes“ kann ein Aufnehmen eines Bildes Messobjekts verstanden werden.
• Unter einer „Orientierung“ kann eine Lage im Raum, insbesondere eine Winkelposition, verstanden werden. Die Orientierung kann durch mindestens drei Winkel angegeben werden, beispielsweise Eulerwinkel oder Neigungswinkel, Rollwinkel und Gierwinkel. Unter einer „Sollorientierung“ kann eine beliebige andere Blickrichtung verstanden werden. Unter „beliebige“ Blickrichtung kann eine innerhalb vorgegebener Grenzen frei wählbare Blickrichtung verstanden werden. Ein Maximalwinkel kann etwa 30° bis 45° betragen. Darüber hinaus kann ein Verlust der Bildinformation zu groß werden. Abhängig von der Auflösung des Systems und der damit zusammenhängenden Schärfentiefe kann bei größeren Kippwinkeln das auszuwertende Bildfeld eingeschränkt werden. Die Sollorientierung entspricht einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts. Die Sollorientierung kann insbesondere einer Lage einer Ebene des Messobjekts entsprechen. Insbesondere kann die Sollorientierung eine Blickrichtung des Bildsensors sein, in welcher die Blickrichtung des Bildsensors und die Oberflächennormale des Messobjekts im Wesentlichen parallel sind. Unter „im Wesentlichen parallel“ kann eine parallele Ausrichtung verstanden werden, wobei Abweichungen von ≤ 5 %, bevorzugt von ≤ 1 % möglich sind. Die Sollorientierung kann durch eine taktile Messung und/oder durch eine Erfassung über Autofokuspunkte und/oder durch eine Übernahme der Sollorientierung aus einem rechnerunterstützten Modell (CAD) bestimmt werden.
• Das Messbild kann ein aus einer festen Blickrichtung des Bildsensors aufgenommenes telezentrisches Messbild sein. Steht das Messobjekt jedoch schräg zur Einbaulage des Bildsensors kann eine Vermessung des Messobjekts anhand des Messbildes aufgrund von Bildfehlern wie Telezentriefehler, Komafehler und Verzeichnungsfehler nicht unmittelbar erfolgen. Typischerweise werden in bekannten Verfahren deshalb Bildsensor und Messobjekts derart relativ zueinander ausgerichtet, dass das Messobjekt, insbesondere eine zu vermessene Ebene des Messobjekts, senkrecht zu der Blickrichtung des Bildsensors steht. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine zeitintensive und damit auch kostenintensive Ausrichtung zu vermeiden. Insbesondere kann ein hardwareseitiger Dreh-Kipp-Tisch eingespart werden. Unter einem „korrigierten Bild“ kann ein Bild des Messobjekts aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors verstanden werden. Unter einem „Bestimmen eines korrigierten Bild des Messbildes“ kann ein Umrechnen und/oder Interpolieren des Messbilds zu dem korrigierten Bild und/oder ein Simulieren des korrigierten Bildes verstanden werden.
• Das Bestimmen des korrigierten Bildes umfasst das Bereitstellen des Korrekturvolumens. Unter einem „Korrekturvolumen“ kann ein beliebiges Volumen verstanden werden, welches jeweils mindestens einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen innerhalb des Korrekturvolumens aufweist. Beispielsweise kann für jede Koordinate des Korrekturvolumens je ein Wert für eine Verzeichnung in x, y und/oder z hinterlegt sein. Diese Werte können zum Beispiel für unterschiedliche Wellenlängen des für die Abbildung genutzten Lichtes gelten. Eine Grundfläche des Korrekturvolumens kann einem Bildfeld des Bildsensors entsprechen. Eine Höhe des Korrekturvolumens kann einem Verfahrbereich des Bildsensors entsprechen, insbesondere entlang einer longitudinalen Achse. Die Höhe kann einem Schärfentiefebereich des optischen Sensors entsprechen oder einem Vielfachen, insbesondere einem geringen Vielfachen, davon. Das Bereitstellen des Korrekturvolumens kann ein Erfassen einer bekannten Struktur mit dem Bildsensor in einer Mehrzahl von Ebenen und/oder Positionen umfassen. Die bekannte Struktur kann beispielsweise ein regelmäßiges Punkteraster sein. Der Bildsensor, insbesondere der Kamerasensor, kann eingerichtet sein, um die bekannte Struktur aufzunehmen. Dem Fachmann sind Verfahren zur Bestimmung von Verzeichnungsfehlern mittels einer bekannten Struktur in einer bekannten Ebene grundsätzlich bekannt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen eine Erfassung von Verzeichnungsfehlern in mehreren Ebenen oder Positionen, welche einen bestimmten Bereich der Schärfentiefe abdecken, beispielsweise ±5 × λ/NA², durchzuführen. Der Bildsensor kann eingerichtet sein eine Mehrzahl von Korrekturaufnahmen der bekannten Struktur in mehreren Ebenen oder Positionen des Bildsensors aufzunehmen. Insbesondere kann der Bildsensor eingerichtet sein eine Mehrzahl von Korrekturaufnahmen in verschiedenen Blickrichtungen aufzunehmen. Das Verfahren kann weiter eine Auswertung der Korrekturaufnahmen umfassen. Die Auswertung kann ein Bestimmen von Abweichungen einer Ist-Position der erfassten Struktur von einer Soll-Positionen der erfassten Struktur innerhalb des Korrekturvolumens umfassen. Telezentriefehler, Komafehler und Verzeichnungsfehler unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Abhängigkeit, Telezentrie linear, Koma quadratisch und Verzeichnung konstant oder unabhängig, von einer jeweiligen Schärfentiefeposition, also der Position in dem Korrekturvolumen. Der Korrekturwert kann einen Gesamtverzeichnungsfehler aufweisen. Der Gesamtverzeichnungsfehler kann ein Wert, insbesondere ein Funktionswert abhängig von mindestens einem der Telezentriefehler, Komafehler und Verzeichnungsfehler, sein oder eine Korrekturfunktion abhängig von mindestens einem der Telezentriefehler, Komafehler und Verzeichnungsfehler. Der Gesamtverzeichnungsfehler kann als Gesamtwert erfasst werden durch die Messungen. Die Auswertung der Korrekturaufnahmen kann beispielweise mit einer Auswerte- und Steuereinheit einer weiter unten beschriebenen Vorrichtung zur Vermessung des schräg im Raum stehenden Messobjekts erfolgen. Nach der Auswertung der Korrekturaufnahmen kann ein Volumen, das Korrekturvolumen, aufgezogen werden, in welchem sämtliche Korrekturwerte aufgetragen werden. Das Bestimmen des Korrekturvolumens kann alternativ oder zusätzlich in einem Kalibrierschritt, beispielsweise vor der Durchführung der Verfahrensschritte a) bis c), erfolgen. Das Korrekturvolumen kann Herstellerseitig und/oder Benutzerseitig bestimmt werden und kann beispielsweise in einer Datenspeichervorrichtung des Bildsensors oder der weiter unten beschriebenen Vorrichtung zur Vermessung des schräg im Raum stehenden Messobjekts hinterlegt sein.
• Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Ebene in dem Korrekturvolumen entsprechend der Sollorientierung. Unter „Bestimmen einer Ebene entsprechend der Sollorientierung“ kann ein Einbringen, insbesondere ein rechnerischen Einbringen, einer schräg verlaufende Ebene, die der Schrägstellung des Messobjekts entspricht, in das Korrekturvolumen verstanden werden. Das Bestimmen der Ebene kann beispielweise mit der Auswerte- und Steuereinheit der weiter unten beschriebenen Vorrichtung zur Vermessung des schräg im Raum stehenden Messobjekts erfolgen. Das Verfahren umfasst weiter ein Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene. Unter einem „Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes“ kann ein Ermitteln und/oder ein Ablesen und/oder ein Auslesen des Korrekturwerts an einer Position in dem Korrekturvolumens verstanden werden. Beispielsweise kann wie oben ausgeführt, das Korrekturvolumen in der Datenspeichervorrichtung hinterlegt sein, beispielsweise in Form einer Tabelle oder einer Lookup Table, in welchen jeder Position in dem Korrekturvolumen ein Korrekturwert zugeordnet ist. Auch kann der jeweilige Korrekturwert auf Basis der aufgenommenen Korrekturwerte interpoliert werden.
• Das Verfahren umfasst ein Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte. Beispielsweise kann das korrigierte Bild durch Beaufschlagen des Messbildes mit den erfassten Korrekturwerten bestimmt werden. Unter „Beaufschlagen des Messbildes“ kann ein Anwenden der erfassten Korrekturwerte auf das Messbild verstanden werden, insbesondere eine Interpolation und/oder Berechnung des korrigierten Bildes unter Berücksichtigung der Korrekturwerte. Beispielsweise kann zu jeder Koordinate eines Pixels des Messbildes ausgehend von bestimmten Korrekturwerten eine neue Koordinate berechnet werden. Die so bestimmte neue Koordinate kann als Korrektur übergeben werden. Das Messbild kann ein pixeliertes Bild sein. Das korrigierte Bild kann durch ein pixelweises Beaufschlagen der Pixel P_i,Messbild des Messbildes mit den Korrekturwerten f(x,y,z) erfolgen, wobei x, y, z Koordinaten in dem Korrekturvolumen sind, beispielsweise als $${\text{P}}_{\text{i}\text{,kor}}=\text{f}\left(\text{x}\text{, y}\text{, z}{\text{, P}}_{\text{i}=\text{1}\mathrm{..}\text{n},\text{Messbild}}\right),$$

  

  wobei P_i,kor Pixel des korrigierten Bilds sind. Der korrigierte Pixel kann allgemein eine Funktion der Koordinaten im Korrekturvolumen sein. Der korrigierte Pixel kann mehreren Pixeln im Messbild entsprechen. Beispielsweise bei einer Interpolation kann für einen korrigierten Pixel eine Information mehrerer umliegender Pixel verwendet werden. Ein unkorrigiert aufgenommenes Bild von einem schräg im Raum stehenden Messobjekts kann somit effizient mit den bestimmten Korrekturwerten, insbesondere der Verzeichnungskorrektur, beaufschlagt werden, so dass anschließend in dem korrigierten Bild das Messobjekt richtig vermessen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte ein Vorgeben eines regelmäßigen Pixelrasters in der Sollorientierung umfassen und die Pixelinformation des korrigierten Bildes unter Zuhilfenahme der Korrekturwerte aus der Pixelinformation des Messbildes berechnet und/oder interpoliert werden.
• Das Verfahren kann einen Auswerteschritt umfassen. In dem Auswerteschritt kann mindestens eine Koordinate des Messobjekts aus dem korrigierten Bild bestimmt werden.
• Das Bestimmen des korrigierten Bildes kann ein Berücksichtigen der Schärfentiefe umfassen. Insbesondere bei optischen Abbildungssystem mit einer Apertur von 0,05 oder größer, wie sie typischerweise in Multisensormessgeräten verwendet werden, kann die Schärfentiefe stark eingeschränkt sein, beispielsweise auf 100 µm. Bei Verwendung eines Messbildes aufgenommen in einer Höhe des Bildsensors und unter einer Annahme von einem System mit einer Bildfeld-Diagonale von beispielsweise 10 mm ergäbe sich so ein maximaler, korrigierbarer Kippwinkel von nur 5°. Unter einer „Höhe des Bildsensors“ kann ein Abstand des Bildsensors von einem Messtisch in eine laterale Richtung verstanden werden. Das Verfahren kann ein Erfassen jeweils eines Messbild in einer Mehrzahl von unterschiedlichen Höhen des Bildsensors und/oder unter Verwendung einer Innenfokussierung des Bildsensors aufweisen. Die Innenfokussierung kann beispielsweise, wie in JP 10293255 A2 oder CN 103487927 beschrieben, ausgestaltet sein. Zu jedem der Messbilder kann ein korrigiertes Bild bestimmt werden. Das Verfahren kann ein Bestimmen eines Gesamtbildes aus den korrigierten Bildern umfassen. Die Messbilder können dabei derart erfasst werden, dass es einen Übergangsbereich gibt, in dem das Gesamtbild als eine gewichtete Überlagerung aus zwei Einzelbildern berechnet wird. So können Sprünge zwischen den Einzelbildern vermieden werden. Alternativ zu einem Zusammensetzen eines Gesamtbildes kann das Bild auf einen scharf abgebildeten Bereich begrenzt oder eingeschränkt werden.
• Das Verfahren kann einen weiteren Korrekturschritt umfassen. In dem weiteren Korrekturschritt kann das korrigierte Bild bezüglich einer geometrischen Verzerrung korrigiert werden. Das korrigierte Bild kann um einen Faktor, beispielsweise 1/cos(α) oder eine Näherung von 1/cos(α), senkrecht zu einer Kippachse gestreckt werden, wobei α ein Kippwinkel des korrigierten Bildes ist. Eine derartige Korrektur der geometrischen Verzerrung kann es erlauben, dass das korrigierte Bild in einer üblichen Auswertesoftware wie das Bild eines physikalisch gedrehten Bildsensors behandelt werden kann.
• In einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts vorgeschlagen. Die Vorrichtung kann beispielsweise ein Koordinatenmessgerät sein oder umfassen. Die Vorrichtung weist mindestens einen Bildsensor auf, welcher eingerichtet ist mindestens ein Messbild des Messobjekts zu erfassen. Die Vorrichtung weist mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit auf, welche eingerichtet ist, um eine Sollorientierung des Bildsensors zu bestimmen, welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts entspricht. Die Auswerte- und Steuereinheit ist eingerichtet ein korrigiertes Bild des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors zu bestimmen. Das Bestimmen des korrigierten Bildes umfasst die folgenden Schritte:
• - Bereitstellen eines Korrekturvolumens, wobei das Korrekturvolumen jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen innerhalb des Korrekturvolumens aufweist,
• - Bestimmen einer Ebene in dem Korrekturvolumen entsprechend der Sollorientierung und Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene,
• - Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte.
• Die Vorrichtung kann eingerichtet sein das erfindungsgemäße Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen durchzuführen. Für Einzelheiten und Ausführungsformen in Bezug auf die Vorrichtung wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
• Das Koordinatenmessgerät kann ein Portalmessgerät oder ein Brückenmessgerät sein. Das Koordinatenmessgerät kann einen Messtisch zur Auflage mindestens eines zu vermessenden Objekts aufweisen. Das Koordinatenmessgerät kann mindestens ein Portal aufweisen, welches mindestens eine erste vertikale Säule, mindestens eine zweite vertikale Säule und eine die erste vertikale Säule und die zweite vertikale Säule verbindende Traverse aufweist. Mindestens eine vertikale Säule ausgewählt aus der ersten und zweiten vertikalen Säule kann auf dem Messtisch beweglich gelagert sein. Die horizontale Richtung kann eine Richtung entlang einer y-Achse sein. Das Koordinatenmessgerät kann ein Koordinatensystem, beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem oder ein Kugelkoordinatensystem, aufweisen. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann beispielsweise durch einen Sensor des Koordinatenmessgeräts, insbesondere den Bildsensor, gegeben sein. Eine x-Achse kann senkrecht zur y-Achse, in einer Ebene der Auflagefläche des Messtischs verlaufen. Senkrecht zu der Ebene der Auflagefläche, in eine vertikale Richtung, kann sich eine z-Achse, auch longitudinale Achse genannt, erstrecken. Die vertikalen Säulen können sich entlang der z-Achse erstrecken. Die Traverse kann sich entlang der x-Achse erstrecken. Das Koordinatenmessgerät kann mindestens einen Messschlitten aufweisen, welcher entlang der Traverse beweglich gelagert ist. Unter einem Messschlitten kann allgemein ein Schlitten verstanden werden, welcher eingerichtet ist, direkt oder mittels weiterer Bauteile mindestens einer Sensorvorrichtung aufzunehmen. In dem Messschlitten kann eine in eine vertikale Richtung, beispielsweise entlang der z-Achse, bewegliche Pinole gelagert ist. An einem unteren Ende, insbesondere einem in Richtung Auflagefläche zeigenden Ende, der Pinole kann beispielsweise ein taktiler Sensor oder der Bildsensor angeordnet sein. Die Sensoren können austauschbar mit der Vorrichtung verbunden sein.
• Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nichtflüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um den Sensor anzusteuern. Die Auswerte- und Steuereinheit kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Beispielsweise können eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem Bildsensor und der Auswerte- und Steuereinheit vorgesehen sein. Die Auswerte- und Steuereinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar.
• Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt, insbesondere die Verfahrensschritte a) bis c).
• Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.
• Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.
• Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
• Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.
• Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.
• Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:
• Ausführungsform 1: Verfahren zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts mit mindestens einem Bildsensor, wobei das Verfahren die die folgenden Schritte aufweist:
  1. a) Erfassen mindestens eines Messbildes des Messobjekts mit dem Bildsensor;
  2. b) Bestimmen einer Sollorientierung des Bildsensors, welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts entspricht;
  3. c) Bestimmen eines korrigierten Bildes des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors, wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes die folgenden Schritte umfasst:
     • c1) Bereitstellen eines Korrekturvolumens, wobei das Korrekturvolumen jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen innerhalb des Korrekturvolumens aufweist;
     • c2) Bestimmen einer Ebene in dem Korrekturvolumen entsprechend der Sollorientierung und Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene;
     • c3) Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte.
• Ausführungsform 2: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Verfahren einen Auswerteschritt umfasst, wobei in dem Auswerteschritt mindestens eine Koordinate des Messobjekts aus dem korrigierten Bild bestimmt wird.
• Ausführungsform 3: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei eine Grundfläche des Korrekturvolumens einem Bildfeld des Bildsensors entspricht, wobei eine Höhe des Korrekturvolumens einem Verfahrbereich des Bildsensors entspricht.
• Ausführungsform 4: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Bereitstellen des Korrekturvolumens ein Erfassen einer bekannten Struktur mit dem Bildsensor in einer Mehrzahl von Ebenen und/oder Positionen und ein Bestimmen von Abweichungen einer Ist-Position der erfassten Struktur von einer Soll-Positionen der erfassten Struktur umfasst.
• Ausführungsform 5: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes ein Berücksichtigen der Schärfentiefe umfasst, wobei jeweils ein Messbild in einer Mehrzahl von unterschiedlichen Höhen des Bildsensors und/oder unter Verwendung einer Innenfokussierung des Bildsensors erfasst wird, wobei zu jedem der Messbilder ein korrigiertes Bild bestimmt wird, wobei das Verfahren ein Bestimmen eines Gesamtbildes aus den korrigierten Bildern umfasst.
• Ausführungsform 6: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Messbilder derart erfasst werden, dass es einen Übergangsbereich gibt, in dem das Gesamtbild als eine gewichtete Überlagerung aus zwei Einzelbildern berechnet wird.
• Ausführungsform 7: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren einen weiteren Korrekturschritt umfasst, wobei in dem weiteren Korrekturschritt das korrigierte Bild bezüglich einer geometrischen Verzerrung korrigiert wird, wobei das korrigierte Bild um einen Faktor, beispielsweise 1/cos(α) oder eine Näherung von 1/cos(α), wobei α ein Kippwinkel des korrigierten Bildes ist, senkrecht zu einer Kippachse gestreckt wird.
• Ausführungsform 8: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Sollorientierung durch eine taktile Messung und/oder eine Erfassung über Autofokuspunkte und/oder durch eine Übernahme der Sollorientierung aus einem rechnerunterstützten Modell (CAD) bestimmt wird.
• Ausführungsform 9: Verfahren nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Bildsensor ein zweidimensionaler Bildsensor ist.
• Ausführungsform 10: Vorrichtung zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts, wobei die Vorrichtung mindestens einen Bildsensor aufweist, welcher eingerichtet ist mindestens ein Messbild des Messobjekts zu erfassen, wobei die Vorrichtung mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit aufweist, welche eingerichtet ist, um eine Sollorientierung des Bildsensors zu bestimmen, welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts entspricht, wobei die Auswerte- und Steuereinheit eingerichtet, ist ein korrigiertes Bild des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors zu bestimmen, wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes die folgenden Schritte umfasst:
  • Bereitstellen eines Korrekturvolumens, wobei das Korrekturvolumen jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen innerhalb des Korrekturvolumens aufweist,
  • Bestimmen einer Ebene in dem Korrekturvolumen entsprechend der Sollorientierung und Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene,
  • Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte.
• Ausführungsform 11: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist ein Verfahren nach einer der vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden Ausführungsformen durchzuführen.
• Figurenliste
• Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
• Im Einzelnen zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
• 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts;
• 3 eine Darstellung einer Erfassung einer bekannten Struktur zur Bestimmung eines Korrekturvolumens;
• 4 eine Darstellung des Korrekturvolumens; und
• 5 eine Darstellung einer schrägen Ebene im Korrekturvolumen.
• Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens 110 zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts 112 mit mindestens einem Bildsensor 114.
• Beispielsweise kann das Messobjekt 112 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Prüfling, einem Werkstück und einem zu vermessenden Bauteil. Beispielsweise kann es sich bei dem Messobjekt 112 um ein flächiges Messobjekt handeln, beispielsweise mit einer ausgedehnten Oberfläche. Beispielsweise kann das Messobjekt 112 eine Kante eines zu vermessenden Bauteils sein.
• Beispielsweise kann der Bildsensor 114 ein zweidimensionaler Bildsensor sein, insbesondere ein 2-D-Bildsensor ViScan® von ZEISS. Der Bildsensor 114 kann mindestens einen Kamerasensor aufweisen, insbesondere einen pixelierten Kamerasensor. Der Bildsensor 114 kann eingerichtet sein das Messobjekt 112 aus einer festen Blickrichtung aufzunehmen.
• Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
1. a) (Bezeichnet mit Bezugsziffer 116) Erfassen mindestens eines Messbildes des Messobjekts 112 mit dem Bildsensor 114;
2. b) (Bezeichnet mit Bezugsziffer 120) Bestimmen einer Sollorientierung des Bildsensors 114, welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts entspricht, insbesondere einer Lage einer Ebene 118 des Messobjekts 112;
3. c) (Bezeichnet mit Bezugsziffer 122) Bestimmen eines korrigierten Bildes des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors 114, wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes die folgenden Schritte umfasst:
   • c1) Bereitstellen eines Korrekturvolumens 124, wobei das Korrekturvolumen 124 jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen 126 innerhalb des Korrekturvolumens 124 aufweist;
   • c2) Bestimmen einer Ebene 128 in dem Korrekturvolumen 124 entsprechend der Sollorientierung und Erfassen der Korrekturwerte für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene 128;
   • c3) Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte.
• Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.
• Wie in 2 gezeigt, kann das Messobjekt 112 eine zu vermessende Kante eines Objekts sein. Eine Blickrichtung 130 des Bildsensors 114 und eine Oberflächennormale 132 des Messobjekts 112 können einen Winkel aufweisen. Insbesondere sind die Blickrichtung 130 des Bildsensors 114 und die Oberflächennormale 132 des Messobjekts 112 nicht parallel zu einander angeordnet.
• 2 zeigt weiter eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 134 zur Vermessung des schräg im Raum stehenden Messobjekts 112. Das Messbild kann ein aus einer festen Blickrichtung 130 des Bildsensors 114 aufgenommenes telezentrisches Messbild sein. Steht das Messobjekt 112 jedoch schräg zur Einbaulage des Bildsensors 114 kann eine Vermessung des Messobjekts 112 anhand des Messbildes aufgrund von Bildfehlern wie Telezentriefehler, Komafehler und Verzeichnungsfehler nicht unmittelbar erfolgen. Typischerweise werden in bekannten Verfahren deshalb Bildsensor 114 und Messobjekts 112 derart relativ zueinander ausgerichtet, dass das Messobjekt 112, insbesondere eine zu vermessene Ebene des Messobjekts 112, senkrecht zu der Blickrichtung 130 des Bildsensors 114 steht. Das erfindungsgemäße Verfahren 110 erlaubt eine zeitintensive und damit auch kostenintensive Ausrichtung zu vermeiden. Insbesondere kann ein hardwareseitiger Dreh-Kipp-Tisch eingespart werden.
• Die Sollorientierung des Bildsensors 114 kann eine beliebige andere Blickrichtung, insbesondere eine innerhalb vorgegebener Grenzen frei wählbare Blickrichtung, sein. Die Sollorientierung kann einer Lage einer Ebene des Messobjekts 112 mit der Oberflächennormale 132 entsprechen. Insbesondere kann die Sollorientierung eine Blickrichtung des Bildsensors 114 sein, in welcher die Blickrichtung des Bildsensors 114 und die Oberflächennormale 132 des Messobjekts 112 im Wesentlichen parallel sind. Die Sollorientierung kann durch eine taktile Messung und/oder durch eine Erfassung über Autofokuspunkte und/oder durch eine Übernahme der Sollorientierung aus einem rechnerunterstützten Modell (CAD) bestimmt werden.
• Das korrigierte Bild kann ein Bild des Messobjekts 112 aus der Blickrichtung 130 der Sollorientierung des Bildsensors 114 sein. Das Bestimmen des korrigierten Bildes kann ein Umrechnen und/oder Interpolieren des Messbilds zu dem korrigierten Bild und/oder ein Simulieren des korrigierten Bildes umfassen.
• Das Bestimmen 122 des korrigierten Bildes umfasst das Bereitstellen des Korrekturvolumens 124. Das Bereitstellen des Korrekturvolumens 124 kann ein Erfassen einer bekannten Struktur 136 mit dem Bildsensor 114 in einer Mehrzahl von Ebenen und/oder Positionen, schematisch dargestellt als Striche 138, umfassen. Die bekannte Struktur 136 kann beispielsweise ein regelmäßiges Punkteraster sein. Der Bildsensor 114, insbesondere der Kamerasensor, kann eingerichtet sein, um die bekannte Struktur 136 aufzunehmen. Dem Fachmann sind Verfahren zur Bestimmung von Verzeichnungsfehlern mittels einer bekannten Struktur in einer bekannten Ebene grundsätzlich bekannt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen eine Erfassung von Verzeichnungsfehlern in mehreren Ebenen oder Positionen 138, welche einen bestimmten Bereich der Schärfentiefe abdecken, beispielsweise ±5 × λ/N_A ², durchzuführen. Der Bildsensor 114 kann eingerichtet sein eine Mehrzahl von Korrekturaufnahmen der bekannten Struktur 136 in mehreren Ebenen oder Positionen 138 des Bildsensors 114 aufzunehmen. Dazu kann eine Höhe 140 des Bildsensors 114 variiert werden. Insbesondere kann der Bildsensor 114 eingerichtet sein eine Mehrzahl von Korrekturaufnahmen in verschiedenen Blickrichtungen 130 aufzunehmen. Das Verfahren 110 kann weiter eine Auswertung der Korrekturaufnahmen umfassen. Die Auswertung kann ein Bestimmen von Abweichungen einer Ist-Position der erfassten Struktur von einer Soll-Positionen der erfassten Struktur innerhalb des Korrekturvolumens 124 umfassen. Telezentriefehler, Komafehler und Verzeichnungsfehler unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Abhängigkeit, Telezentrie linear, Koma quadratisch und Verzeichnung konstant oder unabhängig, von einer jeweiligen Schärfentiefeposition, also der Position in dem Korrekturvolumen 124. Der Korrekturwert kann einen Gesamtverzeichnungsfehler aufweisen. Der Gesamtverzeichnungsfehler kann ein Wert, insbesondere ein Funktionswert abhängig von mindestens einem der Telezentriefehler, Komafehler und Verzeichnungsfehler, sein oder eine Korrekturfunktion abhängig von mindestens einem der Telezentriefehler, Komafehler und Verzeichnungsfehler. Der Gesamtverzeichnungsfehler kann als Gesamtwert erfasst werden durch die Messungen. Die Auswertung der Korrekturaufnahmen kann beispielweise mit einer Auswerte- und Steuereinheit 142 der Vorrichtung 134 erfolgen. Nach der Auswertung der Korrekturaufnahmen kann ein Volumen, das Korrekturvolumen 124, aufgezogen werden, in welchem sämtliche Korrekturwerte aufgetragen werden. Das Bestimmen des Korrekturvolumens 124 kann alternativ oder zusätzlich in einem Kalibrierschritt 144, beispielsweise vor der Durchführung der Verfahrensschritte a) bis c), erfolgen. Das Korrekturvolumen 124 kann Herstellerseitig und/oder Benutzerseitig bestimmt werden und kann beispielsweise in einer Datenspeichervorrichtung des Bildsensors 114 oder der Vorrichtung 134, insbesondere der Auswerte- und Steuereinheit 142, hinterlegt sein.
• 4 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform des Korrekturvolumens 124. Das Korrekturvolumen 124 weist jeweils mindestens einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen 126 innerhalb des Korrekturvolumens 124 auf. Eine Grundfläche des Korrekturvolumens 124 kann einem Bildfeld des Bildsensors 114 entsprechen. Eine Höhe des Korrekturvolumens 124 kann einem Verfahrbereich des Bildsensors 114 entsprechen, insbesondere entlang der longitudinalen Achse. Die Höhe kann einem Schärfentiefebereich des optischen Sensors entsprechen oder einem Vielfachen, insbesondere einem geringen Vielfachen, davon.
• Das Verfahren 110 umfasst das Bestimmen einer Ebene 128 in dem Korrekturvolumen 124 entsprechend der Sollorientierung. 5 zeigt eine Darstellung der Ebene 128 im Korrekturvolumen 124. Das Bestimmen der Ebene 128 kann ein Einbringen, insbesondere ein rechnerischen Einbringen, einer schräg verlaufende Ebene, die der Schrägstellung des Messobjekts entspricht, in das Korrekturvolumen 124 umfassen.
• Das Bestimmen der Ebene 128 kann beispielweise mit der Auswerte- und Steuereinheit 142 erfolgen. Das Verfahren 110 umfasst weiter ein Erfassen der Korrekturwerte für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene 128. Beispielsweise kann das Korrekturvolumen 124 in der Datenspeichervorrichtung hinterlegt sein, beispielsweise in Form einer Tabelle oder einer Lookup Table, in welchen jeder Position in dem Korrekturvolumen ein Korrekturwert zugeordnet ist. Das Erfassen der Korrekturwerte kann ein Auslesen der Korrekturwerte aus der Tabelle oder Lookup Table umfassen.
• Das Verfahren umfasst ein Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte. Beispielsweise kann das korrigierte Bild kann durch Beaufschlagen des Messbildes mit den erfassten Korrekturwerten bestimmt werden. Beispielsweise kann zu jeder Koordinate eines Pixels des Messbildes ausgehend von bestimmten Korrekturwerten eine neue Koordinate berechnet werden. Die so bestimmte neue Koordinate kann als Korrektur übergeben werden. Das Messbild kann ein pixeliertes Bild sein. Das korrigierte Bild kann durch ein pixelweises Beaufschlagen der Pixel P_i,Messbild des Messbildes mit den Korrekturwerten f(x,y,z) erfolgen, wobei x, y, z Koordinaten in dem Korrekturvolumen sind, beispielsweise als $${\text{P}}_{\text{i}\text{,kor}}=\text{f}\left(\text{x},\text{y},\text{z},{\text{ P}}_{\text{i}=\mathrm{1...}\text{n},\text{Messbild}}\right),$$

  

  wobei P_i,kor Pixel des korrigierten Bilds sind. Der korrigierte Pixel kann allgemein eine Funktion der Koordinaten im Korrekturvolumen sein. Der korrigierte Pixel kann mehreren Pixeln im Messbild entsprechen. Beispielsweise bei einer Interpolation kann für einen korrigierten Pixel eine Information mehrerer umliegender Pixel verwendet werden. Ein unkorrigiert aufgenommenes Bild von einem schräg im Raum stehenden Messobjekts 112 kann somit effizient mit den bestimmten Korrekturwerten, insbesondere der Verzeichnungskorrektur, beaufschlagt werden, so dass anschließend in dem korrigierten Bild das Messobjekt richtig vermessen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann das Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte ein Vorgeben eines regelmäßigen Pixelrasters in der Sollorientierung umfassen und die Pixelinformation des korrigierten Bildes unter Zuhilfenahme der Korrekturwerte aus der Pixelinformation des Messbildes berechnet und/oder interpoliert werden.
• Das Verfahren 110 kann einen Auswerteschritt umfassen. In dem Auswerteschritt kann mindestens eine Koordinate des Messobjekts 112 aus dem korrigierten Bild bestimmt werden. Beispielsweise kann die Auswerte- und Steuereinheit 142 eingerichtet sein, um das korrigierte Bild auszuwerten. Die Auswerte- und Steuereinheit 142 kann dazu mindestens eine Auswertesoftware aufweisen.
• Das Bestimmen des korrigierten Bildes kann ein Berücksichtigen der Schärfentiefe umfassen. Insbesondere bei optischen Abbildungssystem mit einer Apertur von 0,05 oder größer, wie sie typischerweise in Multisensormessgeräten verwendet werden, kann die Schärfentiefe stark eingeschränkt sein, beispielsweise auf 100 µm. Bei Verwendung eines Messbildes aufgenommen in einer Höhe des Bildsensors 114 und unter einer Annahme von einem System mit einer Bildfeld-Diagonale von beispielsweise 10 mm ergäbe sich so ein maximaler, korrigierbarer Kippwinkel von nur 5°. Das Verfahren 110 kann ein Erfassen jeweils eines Messbild in einer Mehrzahl von unterschiedlichen Höhen des Bildsensors 114 und/oder unter Verwendung einer Innenfokussierung des Bildsensors 114 aufweisen. Die Innenfokussierung kann beispielsweise, wie in JP 10293255 A2 oder CN 103487927 beschrieben, ausgestaltet sein. Zu jedem der Messbilder kann ein korrigiertes Bild bestimmt werden. Das Verfahren 110 kann ein Bestimmen eines Gesamtbildes aus den korrigierten Bildern umfassen. Die Messbilder können dabei derart erfasst werden, dass es einen Übergangsbereich gibt, in dem das Gesamtbild als eine gewichtete Überlagerung aus zwei Einzelbildern berechnet wird. So können Sprünge zwischen den Einzelbildern vermieden werden. Die Auswerte- und Steuereinheit 142 kann eingerichtet sein die Einzelbilder zu einem Gesamtbild zusammenzusetzen. Alternativ zu einem Zusammensetzen eines Gesamtbildes kann das Bild auf einen scharf abgebildeten Bereich begrenzt oder eingeschränkt werden.
• Das Verfahren 110 kann einen weiteren Korrekturschritt umfassen. In dem weiteren Korrekturschritt kann das korrigierte Bild bezüglich einer geometrischen Verzerrung korrigiert werden. Das korrigierte Bild kann um einen Faktor, beispielsweise 1/cos(α) oder eine Näherung von 1/cos(α), wobei α ein Kippwinkel des korrigierten Bildes ist, senkrecht zu einer Kippachse gestreckt werden. Eine derartige Korrektur der geometrischen Verzerrung kann es erlauben, dass das korrigierte Bild in einer üblichen Auswertesoftware wie das Bild eines physikalisch gedrehten Bildsensors 114 behandelt werden kann.
• Wie oben ausgeführt zeigt 2 eine Ausführungsform der Vorrichtung 134. Die Vorrichtung 134 kann beispielsweise ein Koordinatenmessgerät sein oder umfassen. Die Vorrichtung 134 weist den mindestens einen Bildsensor 114 auf, welcher eingerichtet ist mindestens ein Messbild des Messobjekts 112 zu erfassen. Die Vorrichtung 134 weist die mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit 142 auf, welche eingerichtet ist, um eine Sollorientierung des Bildsensors 114 zu bestimmen, welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts 112 entspricht. Die Auswerte- und Steuereinheit 142 ist eingerichtet ein korrigiertes Bild des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors 114 zu bestimmen. Das Bestimmen des korrigierten Bildes umfasst die folgenden Schritte:
• - Bereitstellen des Korrekturvolumens 124, wobei das Korrekturvolumen 124 jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen 126 innerhalb des Korrekturvolumens 124 aufweist,
• - Bestimmen der Ebene 128 in dem Korrekturvolumen 124 entsprechend der Sollorientierung und Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene 128,
• - Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte.
• Bezugszeichenliste

110

Verfahren

112

Messobjekt

114

Bildsensor

116

Erfassen des Messbildes

118

Ebene des Messobjektes

120

Bestimmen Sollorientierung

122

Bestimmen korrigierten Bildes

124

Korrekturvolumen

126

Position im Korrekturvolumen

128

Ebene im Korrekturvolumen

130

Blickrichtung

132

Oberflächennormale

134

Vorrichtung

136

Bekannte Struktur

138

Ebene/Positionen

140

Höhe

142

Auswerte- und Steuereinheit

144

Kalibrierschnitt

• 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
• DE 102004058655 B4 [0003]
• DE 102015110289 A1 [0004]
• JP 10293255 A2 [0021, 0051]
• CN 103487927 [0021, 0051]

Claims (10)

1. Verfahren (110) zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts (112) mit mindestens einem Bildsensor (114), wobei das Verfahren (110) die die folgenden Schritte aufweist: a) (116) Erfassen mindestens eines Messbildes des Messobjekts (112) mit dem Bildsensor (114); b) (120) Bestimmen einer Sollorientierung des Bildsensors (114), welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts (112) entspricht; c) (122) Bestimmen eines korrigierten Bildes des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors (114), wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes die folgenden Schritte umfasst: c1) Bereitstellen eines Korrekturvolumens (124), wobei das Korrekturvolumen (124) jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen (126) innerhalb des Korrekturvolumens (124) aufweist; c2) Bestimmen einer Ebene (128) in dem Korrekturvolumen (124) entsprechend der Sollorientierung und Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene (128); c3) Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte.
2. Verfahren (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren einen Auswerteschritt umfasst, wobei in dem Auswerteschritt mindestens eine Koordinate des Messobjekts (112) aus dem korrigierten Bild bestimmt wird.
3. Verfahren (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Korrekturvolumens (124) ein Erfassen einer bekannten Struktur (136) mit dem Bildsensor (114) in einer Mehrzahl von Ebenen und/oder Positionen (138) und ein Bestimmen von Abweichungen einer Ist-Position der erfassten Struktur von einer Soll-Positionen der erfassten Struktur umfasst.
4. Verfahren (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes ein Berücksichtigen der Schärfentiefe umfasst, wobei jeweils ein Messbild in einer Mehrzahl von unterschiedlichen Höhen des Bildsensors (114) und/oder unter Verwendung einer Innenfokussierung des Bildsensors (114) erfasst wird, wobei zu jedem der Messbilder ein korrigiertes Bild bestimmt wird, wobei das Verfahren (110) ein Bestimmen eines Gesamtbildes aus den korrigierten Bildern umfasst.
5. Verfahren (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Messbilder derart erfasst werden, dass es einen Übergangsbereich gibt, in dem das Gesamtbild als eine gewichtete Überlagerung aus zwei Einzelbildern berechnet wird.
6. Verfahren (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (110) einen weiteren Korrekturschritt umfasst, wobei in dem weiteren Korrekturschritt das korrigierte Bild bezüglich einer geometrischen Verzerrung korrigiert wird, wobei das korrigierte Bild um einen Faktor, beispielsweise 1/cos(α) oder eine Näherung von 1/cos(α), wobei α ein Kippwinkel des korrigierten Bildes ist, senkrecht zu einer Kippachse gestreckt wird.
7. Verfahren (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sollorientierung durch eine taktile Messung und/oder eine Erfassung über Autofokuspunkte und/oder durch eine Übernahme der Sollorientierung aus einem rechnerunterstützten Modell (CAD) bestimmt wird.
8. Verfahren (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bildsensor (114) ein zweidimensionaler Bildsensor ist.
9. Vorrichtung (134) zur Vermessung mindestens eines schräg im Raum stehenden Messobjekts (112), wobei die Vorrichtung (134) mindestens einen Bildsensor (114) aufweist, welcher eingerichtet ist mindestens ein Messbild des Messobjekts (112) zu erfassen, wobei die Vorrichtung (134) mindestens eine Auswerte- und Steuereinheit (142) aufweist, welche eingerichtet ist, um eine Sollorientierung des Bildsensors (114) zu bestimmen, welche einer Lage eines zu vermessenden Elementes des Messobjekts (112) entspricht, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (142) eingerichtet ist, ein korrigiertes Bild des Messbildes aus der Blickrichtung der Sollorientierung des Bildsensors (114) zu bestimmen, wobei das Bestimmen des korrigierten Bildes die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen eines Korrekturvolumens (124), wobei das Korrekturvolumen (124) jeweils einen Korrekturwert für eine Mehrzahl von Positionen innerhalb des Korrekturvolumens (124) aufweist, - Bestimmen einer Ebene (128) in dem Korrekturvolumen entsprechend der Sollorientierung und Erfassen des jeweiligen Korrekturwertes für eine Mehrzahl von Punkten der Ebene (128), - Bestimmen des korrigierten Bildes basierend auf dem Messbild und der Korrekturwerte.
10. Vorrichtung (134) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung (134) eingerichtet ist ein Verfahren (110) nach einem der vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden Ansprüche durchzuführen.

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