DE102019216231A1 - Device and method for the dimensional measurement of sharp edges - Google Patents

Device and method for the dimensional measurement of sharp edges Download PDF

Info

Publication number
DE102019216231A1
DE102019216231A1 DE102019216231.2A DE102019216231A DE102019216231A1 DE 102019216231 A1 DE102019216231 A1 DE 102019216231A1 DE 102019216231 A DE102019216231 A DE 102019216231A DE 102019216231 A1 DE102019216231 A1 DE 102019216231A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
test
lighting
test object
pattern
evaluation unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019216231.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Nils Haverkamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH filed Critical Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority to DE102019216231.2A priority Critical patent/DE102019216231A1/en
Publication of DE102019216231A1 publication Critical patent/DE102019216231A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/245Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (110) zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings (112) vorgeschlagen. Die Vorrichtung (110) weist eine Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen (116) auf, welche eingerichtet sind, jeweils mindestens ein Beleuchtungsmuster zu erzeugen und eine Oberfläche des Prüflings (112) strukturiert mit dem Beleuchtungsmuster zu beleuchten. Die Beleuchtungsvorrichtungen (116) sind derart relativ zueinander angeordnet, dass der Prüfling (112) aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird. Die Beleuchtungsmuster sind der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung (116) eindeutig zuordbar. Die Vorrichtung (110) weist eine Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen (118) auf. Die Bildaufnahmevorrichtungen (118) sind eingerichtet, um jeweils mindestens ein Bild von, in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster von der Oberfläche des Prüflings (112) erzeugten, Prüfmustern aufzunehmen. Die aufgenommenen Prüfmuster weisen jeweils eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen auf. Die Vorrichtung (110) weist mindestens eine Auswerteeinheit (120) auf. Die Auswerteeinheit (120) ist eingerichtet, um die Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung (116) zuzuordnen. Die Auswerteeinheit (120) ist eingerichtet, um eine Information über die Oberfläche des Prüflings (112) durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale zu bestimmen.A device (110) for the dimensional measurement of a test object (112) is proposed. The device (110) has a plurality of lighting devices (116) which are set up to each generate at least one lighting pattern and to illuminate a surface of the test object (112) in a structured manner with the lighting pattern. The lighting devices (116) are arranged relative to one another in such a way that the test specimen (112) is illuminated from at least two spatial directions. The lighting patterns can be clearly assigned to the respective generating lighting device (116). The device (110) has a plurality of image recording devices (118). The image recording devices (118) are set up in each case to record at least one image of test patterns generated in response to the illumination of the illumination pattern from the surface of the test object (112). The recorded test samples each have a plurality of test features. The device (110) has at least one evaluation unit (120). The evaluation unit (120) is set up to assign the test features to the respective lighting device (116). The evaluation unit (120) is set up to determine information about the surface of the test object (112) by evaluating the assigned test features.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Gebiet der Koordinatenmesstechnik, beispielsweise zur Vermessung von Prüflingen, wie beispielsweise Bauteilen.The invention relates to a device and a method for the dimensional measurement of a test object. The present invention relates in particular to the field of coordinate measuring technology, for example for measuring test objects such as components.

Stand der TechnikState of the art

In der industriellen Messtechnik gewinnt zunehmend die dimensionelle Vermessung von scharfen Kanten, wie beispielsweise Messerschneiden oder Abrisskanten an Turbinenschaufeln an Bedeutung. Zur Vermessung von Prüflingen mit scharfen Kanten bekannte Verfahren sind nur sehr eingeschränkt einsetzbar und weder genau noch hochauflösend. Insbesondere sind diese bekannten Verfahren nicht zu einer flächenhaften Digitalisierung von der Kante bzw. ihrer Umgebung einsetzbar.In industrial metrology, the dimensional measurement of sharp edges, such as knife edges or tear-off edges on turbine blades, is becoming increasingly important. Methods known for measuring test objects with sharp edges can only be used to a very limited extent and are neither accurate nor high-resolution. In particular, these known methods cannot be used for extensive digitization of the edge or its surroundings.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur dimensionellen Vermessung mindestens eines Prüflings bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine hochgenaue und schnelle Bestimmung erfolgen.It is therefore the object of the present invention to provide a device and a method for the dimensional measurement of at least one test object which at least largely avoid the disadvantages of known devices and methods. In particular, a high-precision and rapid determination should take place.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

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.This object is achieved by a device and a method having the features of the independent patent claims. Preferred configurations, which can be implemented individually or in combination, are presented in the dependent claims.

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.In the following, the terms “have”, “have”, “comprise” or “include” or any grammatical deviations therefrom are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can relate both to situations in which, besides the feature introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present. For example, the expression “A has B”, “A has B”, “A includes B” or “A includes B” can refer to the situation in which, apart from B, there is no other element in A (ie to a situation in which A consists exclusively of B) as well as to the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example element C, elements C and D or even further elements.

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.Furthermore, it should be noted that the terms “at least one” and “one or more” as well as grammatical modifications of these terms or similar terms, if these are used in connection with one or more elements or features and are intended to express that the element or feature simply or can be provided several times, usually only used once, for example when the feature or element is introduced for the first time. If the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term “at least one” or “one or more” is generally no longer used, without restricting the possibility that the feature or element can be provided once or several times. Furthermore, the terms “preferably”, “in particular”, “for example” or similar terms are used below in connection with optional features, without this limiting alternative embodiments. Features introduced by these terms are optional features, and it is not intended to use these features to restrict the scope of protection of the claims and in particular of the independent claims. Thus, as the person skilled in the art will recognize, the invention can also be carried out using other configurations. In a similar way, features which are introduced by “in an embodiment of the invention” or by “in an exemplary embodiment of the invention” are understood as optional features, without this being intended to limit alternative configurations or the scope of protection of the independent claims. Furthermore, by means of these introductory expressions, all possibilities of combining the features introduced in this way with other features, be it optional or non-optional features, remain untouched.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings vorgeschlagen.In a first aspect of the present invention, a device for the dimensional measurement of a test object is proposed.

Der Begriff „Prüfling“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein beliebig geformtes zu vermessendes Objekt beziehen. Beispielsweise kann der Prüfling ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Werkstück und einem zu vermessenden Bauteil. Beispielsweise kann es sich bei dem Prüfling um eine Messerschneide oder eine Abrisskante einer Turbinenschaufel handeln.The term “test specimen” as it is used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to an object to be measured of any shape. For example, the test item can be selected from the group consisting of a workpiece and a component to be measured. For example, it can be with the test item be a knife edge or a spoiler edge of a turbine blade.

Der Begriff „dimensionelle Vermessung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Bestimmen mindestens einer Raumkoordinate des Prüflings beziehen, beispielsweise mindestens eines Punktes auf einer Oberfläche des Prüflings. Die dimensionelle Vermessung kann ein Bestimmen mindestens einer geometrischen Eigenschaft und/oder einer Oberflächenbeschaffenheit des Prüflings umfassen. Die dimensionelle Vermessung kann ein Bestimmen von Abmessungen des Prüflings, wie beispielsweise eine Oberflächenkrümmungsänderung und/oder ein Radius einer Kante und/oder eine Form einer Kante und/oder eine Lage einer Kante und/oder eine Rauheit einer Kante, umfassen. Die dimensionelle Vermessung kann ein zwei-dimensionales, bevorzugt ein drei-dimensionales, Vermessen des Prüflings umfassen, insbesondere ein flächiges Vermessen des Prüflings. Die dimensionelle Vermessung kann ein Bestimmen von einer Vielzahl von Oberflächen-Raumkoordinaten umfassen. Die bestimmten Oberflächen-Raumkoordinaten können zu einer hochgenauen Digitalisierung des Prüflings verwendet werden. Die Vorrichtung kann beispielsweise ein Koordinatenmessgerät sein oder umfassen. Die dimensionelle 3D-Messung eines Prüflings kann eine Feststellung einer Abweichung seiner ihn begrenzenden Oberfläche gegen eine vorgegebene Soll-Oberfläche, wie sie aus der Sollgeometrie des Prüflings hervorgeht, und einer Angabe diese Abweichung in kalibrierten, insbesondere rückgeführten metrischen, Einheiten, umfassen. Die tolerierbaren Abweichungen und/oder Unterschiede zwischen Ist- und Soll-Oberflächen können ortswellenlängenabhängig sein. Im industriellen Umfeld übliche Grob-Kategorisierungen für diese Ortswellenlängenabhängigkeit ist die Aufteilung in sog. Lagetoleranzen, auch als langwellig bezeichnet, Formtoleranzen, auch als mittelwellig bezeichnet, und Oberflächen- und/oder Rauheitstoleranzen, auch als kurzwellig bezeichnet.The term “dimensional measurement” as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to determining at least one spatial coordinate of the test object, for example at least one point on a surface of the test object. The dimensional measurement can include determining at least one geometric property and / or a surface quality of the test object. The dimensional measurement can include determining dimensions of the test object, such as a change in surface curvature and / or a radius of an edge and / or a shape of an edge and / or a position of an edge and / or a roughness of an edge. The dimensional measurement can include a two-dimensional, preferably a three-dimensional, measurement of the test piece, in particular a planar measurement of the test piece. The dimensional measurement can include determining a plurality of surface space coordinates. The determined surface spatial coordinates can be used for a highly precise digitization of the test object. The device can, for example, be or comprise a coordinate measuring machine. The dimensional 3D measurement of a test piece can include a determination of a deviation of its delimiting surface from a specified target surface, as is evident from the target geometry of the test piece, and an indication of this deviation in calibrated, in particular traced back, metric units. The tolerable deviations and / or differences between actual and target surfaces can be dependent on the location wavelength. In the industrial environment, the rough categorizations for this spatial wavelength dependency are divided into so-called position tolerances, also referred to as long-wave, shape tolerances, also referred to as medium-wave, and surface and / or roughness tolerances, also referred to as short-wave.

Die Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen auf, welche eingerichtet sind, jeweils mindestens ein Beleuchtungsmuster zu erzeugen und eine Oberfläche des Prüflings strukturiert mit dem Beleuchtungsmuster zu beleuchten. Die Beleuchtungsvorrichtungen sind derart relativ zueinander angeordnet, dass der Prüfling aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird. Die Beleuchtungsmuster sind der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung eindeutig zuordbar. Die Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen auf. Die Bildaufnahmevorrichtungen sind eingerichtet, um jeweils mindestens ein Bild von, in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster von der Oberfläche des Prüflings erzeugten, Prüfmustern aufzunehmen. Die aufgenommenen Prüfmuster weisen jeweils eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen auf. Die Vorrichtung weist mindestens eine Auswerteeinheit auf. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, um die Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung zuzuordnen. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, um eine Information über die Oberfläche des Prüflings durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale zu bestimmen.The device has a plurality of lighting devices which are set up to generate at least one lighting pattern in each case and to illuminate a surface of the test object in a structured manner with the lighting pattern. The lighting devices are arranged relative to one another in such a way that the test specimen is illuminated from at least two spatial directions. The lighting patterns can be clearly assigned to the respective generating lighting device. The device has a plurality of image recording devices. The image recording devices are set up to record at least one image of test patterns generated in response to the illumination of the illumination pattern from the surface of the test object. The recorded test samples each have a plurality of test features. The device has at least one evaluation unit. The evaluation unit is set up to assign the test features to the respective lighting device. The evaluation unit is set up to determine information about the surface of the test piece by evaluating the assigned test features.

Der Begriff „Beleuchtungsvorrichtungen“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, einen Lichtstrahl zu erzeugen. Unter „Licht“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung elektromagnetische Strahlung in mindestens einem Spektralbereich ausgewählt aus dem sichtbaren Spektralbereich, dem ultravioletten Spektralbereich und dem Infraroten Spektralbereich verstanden werden. Der Begriff sichtbarer Spektralbereich umfasst grundsätzlich Wellenlängen von 380 nm bis 780 nm. Der Begriff Infraroter (IR) Spektralbereich umfasst grundsätzlich Wellenlängen von 780 nm bis 1000 µm, wobei der Bereich von 780 nm bis 1.4 µm als nahes Infrarot (NIR), und der Bereich von 15 µm bis 1000 µm als fernes Infrarot (FIR) bezeichnet wird. Der Begriff ultraviolett umfasst grundsätzlich Wellenlängen von 100 nm bis 380 nm. Bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung IR-Licht, also Licht aus dem Infraroten Spektralbereich, verwendet. Unter dem Begriff „Lichtstrahl“ kann grundsätzlich eine Lichtmenge verstanden werden, welche in eine bestimmte Richtung emittiert wird.The term “lighting devices” as used here is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or customized meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a device which is set up to generate a light beam. In the context of the present invention, “light” can be understood to mean electromagnetic radiation in at least one spectral range selected from the visible spectral range, the ultraviolet spectral range and the infrared spectral range. The term visible spectral range basically comprises wavelengths from 380 nm to 780 nm. The term infrared (IR) spectral range basically comprises wavelengths from 780 nm to 1000 µm, with the range from 780 nm to 1.4 µm as near infrared (NIR), and the range from 15 µm to 1000 µm is called far infrared (FIR). The term ultraviolet basically comprises wavelengths from 100 nm to 380 nm. In the context of the present invention, preference is given to using IR light, that is to say light from the infrared spectral range. The term “light beam” can basically be understood to mean an amount of light that is emitted in a specific direction.

Der Begriff „Beleuchtungsmuster“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine vorbestimmte und/oder vordefinierte Strahlverteilung, auch Muster genannt, von von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugten Lichtstrahlen beziehen. Das Beleuchtungsmuster kann durch eine Abstrahlcharakteristik eines von der Beleuchtungsvorrichtung ausgehenden Strahlenbündels bestimmt sein. Die Beleuchtungsmuster können jeweils eine Mehrzahl von Beleuchtungsmerkmalen aufweisen. Der Begriff „Beleuchtungsmerkmal“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Element des Beleuchtungsmusters beziehen, beispielsweise einen Punkt oder eine Linie. Die Beleuchtungsmuster können jeweils mindestens eine regelmäßige Anordnung der Beleuchtungsmerkmale oder mindestens eine nicht-regelmäßige Anordnung, insbesondere eine zufällige Anordnung, der Beleuchtungsmerkmale aufweisen. Die Beleuchtungsmuster können beispielsweise jeweils ein Punktmuster und/oder ein Linienmuster und/oder ein Gitter aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtungen können eingerichtet sein, eine Punktwolke zu erzeugen und/oder zu projizieren. Die Beleuchtungsmuster können abhängig von der Messaufgabe gewählt werden.The term “lighting pattern” as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a predetermined and / or predefined beam distribution, also called a pattern, of light beams generated by the lighting device. The lighting pattern can be determined by an emission characteristic of a beam emanating from the lighting device. The lighting patterns can each have a plurality of lighting features. The term “lighting feature” as used here is a broad term to which its customary and common meaning is to be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to an element of the lighting pattern, for example a point or a line. The lighting patterns can each have at least one regular arrangement of the lighting features or at least one non-regular arrangement, in particular a random arrangement, of the lighting features. The lighting patterns can each have a point pattern and / or a line pattern and / or a grid, for example. The lighting devices can be set up to generate and / or project a point cloud. The lighting patterns can be selected depending on the measurement task.

Die Beleuchtungsvorrichtungen können jeweils mindestens eine Lichtquelle aufweisen, beispielsweise mindestens eine Light-Emitting-Diode (LED) und/oder mindestens eine Laserquelle. Die Beleuchtungsvorrichtungen können eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweisen, beispielsweise Lichtquellen von unterschiedlicher Farbe. Die Beleuchtungsvorrichtungen können jeweils mindestens eine Schablone oder Maske zur Erzeugung des Beleuchtungsmusters aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtungen können jeweils mindestens eine Abbildungsoptik und/oder Beugungsoptik aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtungen können jeweils mindestens eine optische Faser aufweisen. Die optische Faser kann mindestens einen Faserausgang mit einer brechenden und/oder beugenden Optik aufweisen. Die Verwendung von optischen Fasern kann eine größtmögliche Kompaktheit ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich können die Beleuchtungsvorrichtungen jeweils mindestens einen Laserprojektor aufweisen. Der Laserprojektor kann eingerichtet sein, ein Randompattem zu erzeugen. Der Begriff „strukturiert Beleuchten“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Beleuchten der Oberfläche des Prüflings mit einem vordefinierten Beleuchtungsmuster beziehen.The lighting devices can each have at least one light source, for example at least one light-emitting diode (LED) and / or at least one laser source. The lighting devices can have a plurality of light sources, for example light sources of different colors. The lighting devices can each have at least one stencil or mask for generating the lighting pattern. The lighting devices can each have at least one imaging optics and / or diffraction optics. The lighting devices can each have at least one optical fiber. The optical fiber can have at least one fiber outlet with refractive and / or diffractive optics. The use of optical fibers can enable the greatest possible compactness. As an alternative or in addition, the lighting devices can each have at least one laser projector. The laser projector can be set up to generate a random pattern. The term “structured lighting”, as it is used here, is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to illuminating the surface of the test object with a predefined illumination pattern.

Die Beleuchtungsmuster sind der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung eindeutig zuordbar. Die Beleuchtungsmuster können jeweils mindestens eine Identifizierungsinformation aufweisen. Der Begriff „Identifizierungsinformation“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Information beziehen, mittels welcher ein erzeugtes Beleuchtungsmuster eindeutig einer Beleuchtungsvorrichtung zugeordnet werden kann. Die Identifizierungsinformation kann eine bekannte lokale Gruppe und/oder ein ID kodierendes Subpattern und/oder eine Wellenlänge der von der Beleuchtungsvorrichtung erzeugten Lichtstrahlen und/oder ein Einschaltzeitpunkt oder Einschaltzeitintervall sein. Eine lokale Gruppe kann beispielsweise ein bekanntes Randompattern sein. Die Bildaufnahmevorrichtungen können eingerichtet sein, um die Identifizierungsinformation zu bestimmen. Die Bildaufnahmevorrichtungen, auf welche das jeweilige Prüfmuster abgebildet wird, können derart, beispielsweise hinsichtlich Auflösungsvermögen und/oder Farbkanälen, ausgestaltet sein, dass eine Erfassung der Identifizierungsinformation möglich ist.The lighting patterns can be clearly assigned to the respective generating lighting device. The lighting patterns can each have at least one piece of identification information. The term “identification information” as used here is a broad term to which its customary and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to information by means of which a generated lighting pattern can be clearly assigned to a lighting device. The identification information can be a known local group and / or an ID-coding subpattern and / or a wavelength of the light beams generated by the lighting device and / or a switch-on time or switch-on time interval. For example, a local group can be a well-known random pattern. The image recording devices can be set up to determine the identification information. The image recording devices on which the respective test pattern is imaged can be designed, for example with regard to resolution and / or color channels, in such a way that the identification information can be recorded.

Die Identifizierungsinformation kann alternativ oder zusätzlich auch über zeitliche Zuordnung von bestimmten Einschaltdauern der Beleuchtung zu bestimmten Verschlusszeitdauern der verwendeten Kameras erfolgen.The identification information can alternatively or additionally also take place via the temporal assignment of certain switch-on times of the lighting to certain shutter times of the cameras used.

Die Beleuchtungsvorrichtungen können kohärente Lichtquellen aufweisen. So können „Speckle-Interferometry“-Ansätze integriert werden, bei welcher die Topographie eines rauen Prüflings bei Bestrahlung mit kohärentem Licht bei Betrachtung im Fernfeld. zu einem körnigen Bild führt, was auf teilweise destruktive Interferenzen von Oberflächenbereichen mit unterschiedlichen Höhen zurückzuführen ist.The lighting devices can have coherent light sources. In this way, “speckle interferometry” approaches can be integrated, in which the topography of a rough test object when irradiated with coherent light when viewed in the far field. leads to a grainy image, which is due to partially destructive interference from surface areas with different heights.

Die Beleuchtungsvorrichtungen können die Oberfläche des Prüflings gleichzeitig oder sequentiell beleuchten. Beispielsweise können einige der Beleuchtungsvorrichtungen gleichzeitig betrieben werden und andere zu diesen sequentiell. Insbesondere bei einer Verwendung von mehr als drei Beleuchtungsvorrichtungen, beispielweise vier, fünf, sechs, zehn und mehr Beleuchtungsvorrichtungen kann ein sequentielles Schalten erfolgen. Sonst könnte eine Kodierungstiefe zu groß sein.The lighting devices can illuminate the surface of the test piece simultaneously or sequentially. For example, some of the lighting devices can be operated simultaneously and others sequentially to them. In particular when using more than three lighting devices, for example four, five, six, ten and more lighting devices, sequential switching can take place. Otherwise a coding depth could be too great.

Die Beleuchtungsvorrichtungen können derart relativ zueinander angeordnet sein, dass der Prüfling aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird. Die dimensionelle Vermessung kann in einem Koordinatensystem erfolgen, beispielsweise einem kartesischen Koordinatensystem oder einem Kugelkoordinatensystem. Auch andere Koordinatensysteme sind denkbar. Ein Ursprung oder Nullpunkt des Koordinatensystems kann in einem Punkt der Vorrichtung sein. Der Begriff „Raumrichtung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine räumliche Ausrichtung der Strahlverteilung des jeweiligen Beleuchtungsmusters beziehen. Insbesondere kann die Raumrichtung durch einen zentralen Strahl der Strahlverteilung definiert sein. Beispielsweise können drei Beleuchtungsvorrichtungen vorgesehen sein, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen derart zueinander angeordnet sind, dass sich die zentralen Strahlen der Strahlverteilungen senkrecht zueinander ausbreiten.The lighting devices can be arranged relative to one another in such a way that the test specimen is illuminated from at least two spatial directions. The dimensional measurement can take place in a coordinate system, for example a Cartesian coordinate system or a spherical coordinate system. Other coordinate systems are also conceivable. An origin or zero point of the coordinate system can be at a point on the device. The term “spatial direction”, as used here, is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a spatial alignment of the beam distribution of the refer to the respective lighting pattern. In particular, the spatial direction can be defined by a central beam of the beam distribution. For example, three lighting devices can be provided, the lighting devices being arranged with respect to one another in such a way that the central rays of the beam distributions propagate perpendicular to one another.

Der Begriff „Bildaufnahmevorrichtung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, um mindestens ein Bild aufzunehmen. Unter einer „Aufnahme eines Bildes“ kann ein Erfassen und/oder Aufzeichnen eines Bildes verstanden werden. Die Bildaufnahmevorrichtung können mindestens eine Kamera aufweisen, beispielsweise mindestens einen Kamera-Chip. Die Kamera kann beispielsweise mindestens eine CMOS-Kamera und/oder mindestens eine CCD-Kamera aufweisen. Die Bildaufnahmevorrichtungen können verschiedene Blickrichtungen aufweisen.As used herein, the term “image pickup device” is a broad term to which its customary and common meaning should be given, as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a device which is set up to record at least one image. A “recording of an image” can be understood to mean capturing and / or recording an image. The image recording device can have at least one camera, for example at least one camera chip. The camera can for example have at least one CMOS camera and / or at least one CCD camera. The image recording devices can have different viewing directions.

Der Begriff „Prüfmuster“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein von der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster erzeugtes Reflektionsmuster oder Streumuster beziehen. Das Prüfmuster kann durch Reflektion des strukturierten Lichts an der Oberfläche des Prüflings erzeugt werden. Das Prüfmuster kann durch Streuung des strukturierten Lichts an der Oberfläche des Prüflings erzeugt werden. Die aufgenommenen Prüfmuster weisen jeweils eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen auf. Der Begriff „Prüfmerkmal“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Element des Prüfmusters beziehen, welches von der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf ein Beleuchtungsmerkmal erzeugt wurde.The term “test sample” as it is used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a reflection pattern or scattering pattern generated by the surface of the test piece in response to the illumination of the illumination pattern. The test pattern can be generated by reflecting the structured light on the surface of the test object. The test pattern can be generated by scattering the structured light on the surface of the test object. The recorded test samples each have a plurality of test features. The term “test feature” as used here is a broad term to which its customary and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to an element of the test pattern which was generated from the surface of the test piece in response to an illumination feature.

Unter einer „Auswerteeinheit“ kann dabei allgemein eine elektronische Vorrichtung verstanden sein, welche eingerichtet ist, um von den Bildaufnahmevorrichtungen aufgenommene Bilder auszuwerten. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen den Bildaufnahmevorrichtungen und der Auswerteeinheit vorgesehen sein. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um die Bildaufnahmevorrichtungen anzusteuern. Die Auswerteeinheit 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. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Auswerteeinheit kann mindestens einen A/D-Wandler aufweisen.An “evaluation unit” can generally be understood to mean an electronic device which is set up to evaluate images recorded by the image recording devices. For example, one or more electronic connections between the image recording devices and the evaluation unit can be provided for this purpose. The evaluation unit can for example comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The data processing device can have one or more volatile and / or non-volatile data memories, it being possible for the data processing device to be set up in terms of programming, for example, to control the image recording devices. The evaluation unit can furthermore comprise at least one interface, for example an electronic interface and / or a man-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard. The evaluation unit can, for example, have a central or decentralized structure. Other configurations are also conceivable. The evaluation unit can have at least one A / D converter.

Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, um die Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung zuzuordnen. Wie oben ausgeführt, können die Beleuchtungsmuster jeweils mindestens eine Identifizierungsinformation aufweisen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um die Identifizierungsinformationen in den Bildern der Prüfmuster zu bestimmen und anhand der Identifizierungsinformationen die Prüfmerkmale der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung zuzuordnen. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, um eine Information über die Oberfläche des Prüflings durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale zu bestimmen. Der Begriff „Information über die Oberfläche“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Information über eine Oberflächen-Raumkoordinate beziehen. Die Information über die Oberfläche kann sich weiter auf eine geometrische Eigenschaft der Oberfläche und/oder über Oberflächenbeschaffenheit beziehen, beispielsweise eine Information über eine Oberflächenkrümmungsänderung und/oder einen Radius einer Kante und/oder über eine Form einer Kante und/oder über eine Lage einer Kante und/oder eine Rauheit einer Kante. Die Information über die Oberfläche kann eine Abweichung der Oberfläche gegen eine vorgegebene Soll-Oberfläche, wie sie aus der Sollgeometrie des Prüflings hervorgeht, und/oder eine Angabe diese Abweichung in kalibrierten, insbesondere rückgeführten metrischen, Einheiten, umfassen. Das einer Beleuchtungsvorrichtung zugeordnete Prüfmuster kann gegenüber dem erzeugenden Beleuchtungsmuster verändert sein, insbesondere kann das Prüfmuster gegenüber dem erzeugenden Beleuchtungsmuster Abweichungen und/oder Verzerrungen aufweisen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um diese Abweichungen und/oder Verzerrungen zu bestimmen und aus diesen die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen.The evaluation unit is set up to assign the test features to the respective lighting device. As stated above, the lighting patterns can each have at least one piece of identification information. The evaluation unit can be set up to determine the identification information in the images of the test pattern and to assign the test features to the respective generating lighting device on the basis of the identification information. The evaluation unit is set up to determine information about the surface of the test piece by evaluating the assigned test features. The term “information about the surface”, as used here, is a broad term to which its customary and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to information about a surface spatial coordinate. The information about the surface can further relate to a geometric property of the surface and / or about the surface properties, for example information about a change in surface curvature and / or a radius of an edge and / or about a shape of an edge and / or about a position of an edge and / or a roughness of an edge. The information about the surface can include a deviation of the surface from a predetermined target surface, as it emerges from the target geometry of the test object, and / or an indication of this deviation in calibrated, in particular traced back, metric units. The test pattern assigned to a lighting device can be changed in relation to the generating lighting pattern; in particular, the test pattern can have deviations and / or distortions compared to the generating lighting pattern. The evaluation unit can be set up to this To determine deviations and / or distortions and to determine the information about the surface of the test object from these.

Die Vorrichtung kann mindestens eine Messzelle aufweisen, beispielsweise eine mehrwandige Messzelle. Der Begriff „Messzelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Volumen, in welchem eine dimensionelle Vermessung des Prüflings erfolgen kann, beziehen. Die Messzelle kann eine Öffnung aufweisen, über welche der Prüfling in die Messzelle eingebracht werden kann. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine dreiwandige Messzelle aufweisen. Insbesondere kann die Messzelle mindestens drei Begrenzungsflächen aufweisen. Die Messzelle kann mehr als drei Begrenzungsflächen aufweisen. Beispielsweise kann die Messzelle als eine Matrix und/oder Kulisse ausgestaltet sein, welche den Prüfling vollständig oder teilweise umgibt. Beispielsweise kann die Matrix und/oder Kulisse variabel sein, insbesondere an den Prüfling anpassbar. Die Begrenzungsflächen können als teiltransparente Scheiben oder als Lambert-Streuer ausgestaltet sein. Beispielsweise können die Begrenzungsflächen als Mattscheiben ausgestaltet sein. Beispielsweise können die Begrenzungsflächen eine Oberfläche aufweisen, für welche das Lambertsche Gesetz für jedes Oberflächenelement der Begrenzungsfläche gilt, insbesondere einer dem Prüfling zugewandten Seite der Begrenzungsfläche.The device can have at least one measuring cell, for example a multi-walled measuring cell. The term “measuring cell” as it is used here is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a volume in which a dimensional measurement of the test object can take place. The measuring cell can have an opening through which the test item can be introduced into the measuring cell. For example, the device can have a three-walled measuring cell. In particular, the measuring cell can have at least three boundary surfaces. The measuring cell can have more than three boundary surfaces. For example, the measuring cell can be designed as a matrix and / or backdrop that completely or partially surrounds the test item. For example, the matrix and / or backdrop can be variable, in particular adaptable to the test object. The boundary surfaces can be designed as partially transparent panes or as Lambert scatterers. For example, the boundary surfaces can be designed as focusing screens. For example, the boundary surfaces can have a surface for which Lambert's law applies to each surface element of the boundary surface, in particular a side of the boundary surface facing the test object.

Die Bilder der Prüfmuster können deflektometrisch und/oder photogrammetrisch sein. Der Begriff „deflektometrisch“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere darauf beziehen, dass das Bild ein an der Oberfläche des Prüflings durch Reflektion erzeugtes Prüfmuster aufweist. Der Begriff „photogrammetrisch“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere darauf beziehen, dass das Bild ein an der Oberfläche des Prüflings durch Streuung erzeugtes Prüfmuster aufweist. Die Prüfmuster können jeweils Streifenprojektionen und/oder Linienprojektionen und/oder Musterprojektionen aufweisen. Der Begriff „photogrammetrisch“ kann weiter Stereo-Bilder umfassen, welche zur Stereo Rekonstruktion des Prüflings verwendet werden können. Insbesondere kann die Vorrichtung eingerichtet sein ein sogenanntes „refractive stereo“- Verfahren durchzuführen, wie weiter unten noch weiter beschrieben wird. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein eine Geometrie eines lichtbrechenden transparenten Gegenstandes, also des Prüflings, durch Aufnahme der Richtungsänderungen von gerichteten Strahlen zurückzurechnen. Diese kann für Fertigung und/oder Qualifizierung von Teilen mit additiven Methoden verwendet werden, bei welchen typischerweise die zu vermessenden Strukturen aus keiner Perspektive abschattungsfrei betrachtet werden können.The images of the test samples can be deflectometric and / or photogrammetric. The term “deflectometric”, as used here, is a broad term to which its customary and common meaning is to be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to the fact that the image has a test pattern generated by reflection on the surface of the test object. The term “photogrammetric”, as used here, is a broad term to which its customary and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to the fact that the image has a test pattern generated on the surface of the test object by scattering. The test patterns can each have stripe projections and / or line projections and / or pattern projections. The term “photogrammetric” can also include stereo images, which can be used for stereo reconstruction of the test item. In particular, the device can be set up to carry out a so-called “refractive stereo” method, as will be described further below. The device can be set up to recalculate the geometry of a light-refracting transparent object, that is to say of the test object, by recording the changes in direction of directed rays. This can be used for the production and / or qualification of parts with additive methods, in which typically the structures to be measured cannot be viewed from any perspective without shadowing.

In einer Ausführungsform können die Bilder der Prüfmuster deflektometrisch sein. Der Prüfling kann eine spiegelnde Oberfläche aufweisen. An jeder der Begrenzungsflächen der Messzelle kann eine Beleuchtungsvorrichtung angeordnet sein, welche eingerichtet ist, um den Prüfling strukturiert zu beleuchten. Von den Beleuchtungsvorrichtungen erzeugte Lichtstrahlen können auf die Oberfläche des Prüflings treffen und von dieser spekular reflektiert werden. Zumindest einige der reflektierten Lichtstrahlen können auf eine der Begrenzungsflächen treffen.In one embodiment, the images of the test patterns can be deflectometric. The test item can have a reflective surface. A lighting device which is set up to illuminate the test object in a structured manner can be arranged on each of the boundary surfaces of the measuring cell. Light beams generated by the lighting devices can strike the surface of the test object and be specularly reflected by it. At least some of the reflected light rays can strike one of the boundary surfaces.

Beispielsweise können die Bildaufnahmevorrichtungen eingerichtet sein, um von der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf die Beleuchtungsmuster reflektierte und/oder gestreute Prüfmuster aufzunehmen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um durch Vergleich der reflektierten und/oder gestreuten Prüfmuster mit den erzeugenden Beleuchtungsmustern die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen.For example, the image recording devices can be set up to record test patterns reflected and / or scattered from the surface of the test object in response to the illumination pattern. The evaluation unit can be set up to determine the information about the surface of the test object by comparing the reflected and / or scattered test patterns with the generating lighting patterns.

Die Begrenzungsflächen können als teiltransparente Scheiben ausgestaltet sein. Der Begriff „teiltransparent“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Lichtdurchlässigkeit der Scheiben beziehen. Die Scheiben können beispielsweise aus transparentem Kunststoff hergestellt sein. Die Scheiben können einfallende Lichtstrahlen zumindest teilweise durchlassen. Die Scheiben können eingerichtet sein, eine Intensität eines einfallenden Lichtstrahls zu schwächen, insbesondere durch Streuung. Die Scheiben können als Mattscheibe ausgestaltet sein. Die Scheiben können eingerichtet sein, um ein Bild der reflektierten Prüfmuster aufzufangen. Jeweils eine oder mehrere Bildaufnahmevorrichtungen können in einer Ausbreitungsrichtung der reflektierten Lichtstrahlen hinter den Scheiben angeordnet sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung drei Bildaufnahmevorrichtungen aufweisen, wobei jeweils eine Bildaufnahmevorrichtung hinter einer Scheibe angeordnet ist. Die Scheiben können jeweils eine mattierte Seite aufweisen, welche der Bildaufnahmevorrichtung abgewandt ist. Die reflektierten Prüfmuster können Lichtflecken auf der mattierten Seite erzeugen. Die Bildaufnahmevorrichtungen können eingerichtet sein, um die jeweils vor ihnen angeordnete Mattscheibe zu fotografieren. Die Bildaufnahmevorrichtungen können eingerichtet sein, um die auf den Scheiben aufgefangenen Prüfmuster aufzunehmen.The boundary surfaces can be designed as partially transparent panes. The term “partially transparent”, as it is used here, is a broad term to which its usual and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to the transparency of the panes. The discs can be made of transparent plastic, for example. The panes can at least partially transmit incident light rays. The panes can be set up to weaken an intensity of an incident light beam, in particular by scattering. The panes can be designed as a ground glass. The disks can be configured to capture an image of the reflected test patterns. In each case one or more image recording devices can be arranged behind the panes in a direction of propagation of the reflected light beams. For example, the device can have three image recording devices, one image recording device each being arranged behind a pane. The panes can each have a frosted side, which is facing away from the image pickup device. The reflected test samples can generate light spots on the matted side. The image recording devices can be set up to photograph the focusing screen arranged in front of them. The image recording devices can be set up to record the test patterns recorded on the panes.

Auf den Scheiben können jeweils Referenzmarken angebracht sein. Die Referenzmarken können derart ausgestaltet und/oder angeordnet sein, dass sie möglichst wenig Fläche der Scheiben verdunkeln. Die Referenzmarken können klein gegen einen Durchmesser der Lichtflecken der reflektierten Strahlen sein, die auf die Mattscheiben fallen. Die Beleuchtungsvorrichtungen können in den Referenzmarken angeordnet sein. Die Referenzmarken können für eine Kalibrierung der Bildaufnahmevorrichtungen verwendet werden.Reference marks can be attached to each of the disks. The reference marks can be designed and / or arranged in such a way that they obscure as little area of the panes as possible. The reference marks can be small compared to a diameter of the light spots of the reflected rays that fall on the focusing screen. The lighting devices can be arranged in the reference marks. The reference marks can be used to calibrate the image recording devices.

Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die Lichtflecken in den Bildern der Bildaufnahmevorrichtungen zu identifizieren. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, mindestens einen Bildverarbeitungsalgorithmus durchzuführen, insbesondere einen Algorithmus zur Erkennung von Merkmalen. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann ein Filtern und/oder eine Untergrundreduzierung und/oder eine Transformation umfassen. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann ein Auswählen eines interessierenden Bereichs (Region-of-Interest, ROI) umfassen.The evaluation unit can be set up to identify the light spots in the images of the image recording devices. For example, the evaluation unit can be set up to carry out at least one image processing algorithm, in particular an algorithm for recognizing features. The image processing algorithm can include filtering and / or background reduction and / or transformation. The image processing algorithm can include selecting a region of interest (ROI).

Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um eine Abstrahlcharakteristik der von der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf die Beleuchtungsmuster reflektierten und auf die Begrenzungsflächen treffenden Lichtstrahlen zu bestimmen und durch Vergleich der bestimmten Abstrahlcharakteristik mit einer vorbekannten Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen. Die Auswerteeinheit kann, bei bekannter Abstrahlcharakteristik der Beleuchtungsvorrichtungen, eingerichtet sein, um aus den Bildern zu rekonstruieren, welche der Strahlen von der Oberfläche des Prüflings reflektiert wurden und welche an dem Prüfling vorbeigelaufen sind. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um aus den Bildern zu rekonstruieren, von welcher Beleuchtungsvorrichtung ein aufgenommenes Prüfmerkmal erzeugt wurde. Aus den Verzerrungen der Lichtstrahlverteilungen, insbesondere einer gegenüber der bekannten Abstrahlcharakteristik geänderten Raumrichtungsverteilung der Strahlen, kann auf die Information über die Oberfläche des Prüflings geschlossen werden.The evaluation unit can be set up to determine an emission characteristic of the light beams reflected from the surface of the test piece in response to the lighting pattern and hit the boundary surfaces and to provide the information about the surface of the test piece by comparing the determined emission characteristic with a previously known emission characteristic of the respective lighting device determine. If the radiation characteristics of the lighting devices are known, the evaluation unit can be set up to reconstruct from the images which of the rays were reflected from the surface of the test object and which passed the test object. The evaluation unit can be set up to reconstruct from the images which lighting device generated a recorded test feature. The information about the surface of the test object can be inferred from the distortion of the light beam distributions, in particular a spatial directional distribution of the beams that has changed compared to the known emission characteristics.

Von den Beleuchtungsvorrichtungen erzeugte Lichtstrahlen können an dem Prüfling vorbeilaufen und von einer der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung gegenüberliegenden Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen werden. Beispielsweise können, für eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einer mehrwandigen Messzelle, an dem Prüfling vorbeilaufende Lichtstrahlen auf eine gegenüberliegende Begrenzungsfläche treffen. Eine hinter der Begrenzungsfläche angeordnete Bildaufnahmevorrichtung kann, wie oben beschrieben, ein Bild der auftreffenden Lichtstrahlen aufnehmen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um aus dem aufgenommenen Bild Bereiche des Beleuchtungsmusters, insbesondere Abstrahlintervalle, zu identifizieren, welche von dem Prüfling nicht abgeschattet wurden, und aus diesen Bereichen die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, um die Information über die Oberfläche des Prüflings nach einer Schattenwurfmethode zu bestimmen.Light beams generated by the lighting devices can run past the test specimen and can be recorded by an image recording device opposite the respective lighting device. For example, for an embodiment of the device with a multi-walled measuring cell, light rays passing the test object can strike an opposing boundary surface. An image recording device arranged behind the boundary surface can, as described above, record an image of the incident light beams. The evaluation unit can be set up to identify, from the recorded image, areas of the lighting pattern, in particular emission intervals, which were not shaded by the test specimen, and to determine the information about the surface of the test specimen from these areas. For example, the evaluation unit can be set up to determine the information about the surface of the test object using a shadow casting method.

Alternativ oder zusätzlich, können die Bilder der Prüfmuster Stereo-Bilder umfassen, welche zur Stereo Rekonstruktion des Prüflings verwendet werden können. Insbesondere kann die Vorrichtung eingerichtet sein ein sogenanntes „refractive stereo“- Verfahren durchzuführen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein eine Geometrie eines lichtbrechenden transparenten Gegenstandes, also des Prüflings, durch Aufnahme der Richtungsänderungen von gerichteten Strahlen zurückzurechnen. Beispielsweise kann der Prüfling ein Lichtdurchlässiges Material aufweisen. Insbesondere kann der Prüfling einen von Luft verschiedenen Brechungsindex aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung kann eingerichtet sein mindestens einen gerichteten Lichtstrahl, insbesondere eine Vielzahl von gerichteten Lichtstrahlen, zu erzeugen. Fällt einer der Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Prüflings wird ein Anteil an der Oberfläche des Prüflings reflektiert und/oder gestreut und kann durch deflektometrisch ausgewertet werden. Dieser Anteil kann gering sein. Beispielsweise kann der Prüfling eine entspiegelte Oberfläche aufweisen. Der durch das Material des Prüflings durchgelassene Anteil kann von mindestens einer der Bildaufnahmevorrichtung erfasst werden. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein eine Richtungsänderung der Lichtstrahlen zu bestimmen und daraus die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen. In einer Ausführungsform können zwei der Beleuchtungsvorrichtungen aus der Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen an räumlich verschiedenen Orten angeordnet sein, beispielsweise axial beabstandet sein, und den Prüfling aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchten. Unter „axial beabstandet“ kann verstanden werden, dass sich die Koordinaten der zwei Beleuchtungsvorrichtungen in einer Richtung unterscheiden. Beispielsweise kann eine erste Beleuchtungsvorrichtung die Koordinaten x, y und z1 aufweisen und die zweite Beleuchtungsvorrichtung die Koordinaten x, y und z2. Die Beleuchtungsvorrichtungen können insbesondere in einer Ebene liegen. Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens zwei Beleuchtungsvorrichtungen pro Begrenzungsfläche aufweisen, welche auf den Begrenzungsflächen verteilt angeordnet sind, beispielsweise gleichmäßig verteilt. Die Vorrichtung kann mindestens zwei Bildaufnahmevorrichtungen aufweisen, welche eingerichtet sind, um die durchgelassenen Lichtstrahlen an mindestens zwei räumlich verschiedenen Positionen aufzunehmen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um aus den aufgenommenen Bildern Richtungsänderungen der Lichtstrahlen, zu bestimmen und daraus die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen. Insbesondere können Schachbrettmuster oder andere regelmäßigen Muster verwendet werden. Derartige Muster können vorteilhaft sein, da aus der bestimmen Änderung des aufgenommenen Musters einfach die Information über die Oberfläche des Prüflings bestimmt werden kann. Die durch die Vielzahl der Beleuchtungsvorrichtungen vorhandenen mannigfaltigen richtungsstrukturierten Bündel können so zu einer Ermittlung der Information über die Oberfläche des Prüflings herangezogen werden.As an alternative or in addition, the images of the test patterns can include stereo images which can be used for stereo reconstruction of the test specimen. In particular, the device can be set up to carry out a so-called “refractive stereo” method. The device can be set up to recalculate the geometry of a light-refracting transparent object, that is to say of the test object, by recording the changes in direction of directed rays. For example, the test specimen can have a light-permeable material. In particular, the test specimen can have a refractive index different from air. The lighting device can be set up to generate at least one directed light beam, in particular a multiplicity of directed light beams. If one of the light rays falls on the surface of the test piece, a portion of the surface of the test piece is reflected and / or scattered and can be evaluated by deflectometry. This proportion can be small. For example, the test item can have an anti-reflective surface. The portion that has passed through the material of the test object can be recorded by at least one of the image recording devices. The evaluation unit can be set up to determine a change in direction of the light beams and from this to determine the information about the surface of the test object. In one embodiment, two of the lighting devices from the plurality of lighting devices can be arranged at spatially different locations, for example axially spaced apart, and illuminate the test object from at least two spatial directions. “Axially spaced” can be understood to mean that the coordinates of the two lighting devices differ in one direction. For example, a first lighting device can have the coordinates x, y and z1 and the second lighting device the coordinates x, y and z2. The Lighting devices can in particular lie in one plane. For example, the device can have at least two lighting devices per delimitation area, which are arranged distributed over the delimitation areas, for example evenly distributed. The device can have at least two image recording devices which are set up to record the transmitted light beams at at least two spatially different positions. The evaluation unit can be set up to determine changes in direction of the light beams from the recorded images and to determine the information about the surface of the test object therefrom. In particular, checkerboard patterns or other regular patterns can be used. Such patterns can be advantageous because the information about the surface of the test piece can be determined simply from the specific change in the recorded pattern. The manifold directionally structured bundles present due to the large number of lighting devices can thus be used to determine the information about the surface of the test object.

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um den Prüfling entlang mindestens einer Achse zu bewegen, insbesondere relativ zu den BegrenzungsflächenThe device can be set up to move the test specimen along at least one axis, in particular relative to the boundary surfaces

Alternativ oder zusätzlich, insbesondere bei einer Vermessung von einer nicht-spiegelnden Oberfläche des Prüflings, können die Bilder gestreute Prüfmuster aufweisen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um die Bilder der Prüfmuster durch mindestens ein Triangulationsverfahren auszuwerten. Die Bildaufnahmevorrichtungen können eingerichtet sein, um an der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf die Beleuchtungsmuster gestreute Prüfmuster aus mindestens zwei Triangulationsperspektiven aufzunehmen. Der Begriff „gestreutes Prüfmuster“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Prüfmuster beziehen, welches durch Streuung der Lichtstrahlen des Beleuchtungsmusters an der Oberfläche des Prüflings erzeugt wurde. Beispielsweise kann die Vorrichtung vier Bildaufnahmevorrichtungen aufweisen. Die Messzelle kann vier Ecken aufweisen. Jeweils eine Bildaufnahmevorrichtung kann an einer Ecke der Messzelle angeordnet sein. So kann eine Bildaufnahme aus vier Triangulationsperspektiven möglich sein. Die Bildaufnahmevorrichtungen können Kameras mit arbeitsabstandsunabhängiger Verzeichnung aufweisen. Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, um das aufgenommene Prüfmuster photogrammetrisch auszuwerten und die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen. Aus den Bildern kann mit bekannten photogrammetrischen Verfahren auf Raumkoordinaten der Oberfläche des Prüflings geschlossen werden, an welchen die identifizierbaren Lichtstrahlen, beispielswiese Musterausschnitte, gestreut wurden. In dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung bevorzugt mehr als drei Beleuchtungsvorrichtungen aufweisen. Für den Fall, dass eine Kodierungstiefe der Identifizierungsinformationen für eine Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtungen zu groß wird, kann auf sequentielles Schalten der Beleuchtungsvorrichtungen ausgewichen werden.Alternatively or additionally, in particular when measuring a non-reflective surface of the test object, the images can have scattered test patterns. The evaluation unit can be set up to evaluate the images of the test pattern using at least one triangulation method. The image recording devices can be set up to record test patterns scattered on the surface of the test object in response to the illumination pattern from at least two triangulation perspectives. The term “scattered test sample”, as used here, is a broad term to which its customary and common meaning should be assigned, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term can, without limitation, relate in particular to a test pattern which was generated by scattering the light rays of the illumination pattern on the surface of the test piece. For example, the device can have four image recording devices. The measuring cell can have four corners. In each case one image recording device can be arranged at one corner of the measuring cell. An image recording from four triangulation perspectives can thus be possible. The image recording devices can have cameras with distortion independent of the working distance. The evaluation unit can be set up to evaluate the recorded test pattern photogrammetrically and to determine the information about the surface of the test object. From the images, known photogrammetric methods can be used to deduce spatial coordinates of the surface of the test object on which the identifiable light rays, for example pattern sections, were scattered. In this embodiment, the device can preferably have more than three lighting devices. In the event that a coding depth of the identification information for a large number of lighting devices becomes too great, it is possible to switch to sequential switching of the lighting devices.

Für eine photogrammetrische Bestimmung der Information über die Oberfläche des Prüflings können die Begrenzungsflächen der Messzelle bevorzugt als Lambert-streuend ausgelegt sein. Beispielsweise können die Begrenzungsflächen aus Spectralon™ hergestellt sein. Alternativ oder zusätzlich, können die Triangulationsperspektiven jeweils mit einem derart großen Feldwinkel ausgestaltet sein, so dass jeweils die gesamte gegenüberliegende Begrenzungsfläche erfasst werden kann. Alternativ oder zusätzlich, können die Bildaufnahmevorrichtungen mit Multi-Apertursystemen für unterschiedliche Arbeitsabstände ausgestaltet sein. Auch in dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung bevorzugt mehr als drei Beleuchtungsvorrichtungen aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtungen können, insbesondere zu einem Erhalt der Nutzfläche, in faserendoskopischer Technologie ausgestaltet sein. Wie oben ausgeführt kann mindestens eine Referenzmarke auf jeder der Begrenzungsflächen vorgesehen sein. Bevorzugt sind die Beleuchtungsvorrichtungen in den Referenzmarken angeordnet, so dass sie effektiv keine Nutzfläche verbrauchen. Mit einer großen Anzahl von Beleuchtungsvorrichtungen und Bildaufnahmevorrichtungen kann auch mit Systemen mit kleinen Feldwinkeln gearbeitet werden. Die Anzahl der Bildaufnahmevorrichtungen kann in Abhängigkeit von ihren Parametern Arbeitsabständen Fokustiefen und Feldwinkeln gewählt werden, da diese bestimmen welche Volumenabschnitte innerhalb der Messzelle von der jeweiligen Kamera scharf, insbesondere hinreichend scharf, abgebildet werden können. Zusätzlich kann die Anzahl der benötigten Kameras sowie deren Anordnung davon abhängen, wie viele hinreichend scharf abbildende Kameraperspektiven für die wie viele und/oder welche Messzellenvolumensegmente gefordert werden.For a photogrammetric determination of the information about the surface of the test object, the boundary surfaces of the measuring cell can preferably be designed as Lambert-scattering. For example, the boundary surfaces can be made of Spectralon ™. As an alternative or in addition, the triangulation perspectives can each be designed with such a large field angle that the entire opposing boundary surface can be captured in each case. Alternatively or additionally, the image recording devices can be designed with multi-aperture systems for different working distances. In this embodiment too, the device can preferably have more than three lighting devices. The lighting devices can be designed using fiber endoscopic technology, in particular to preserve the usable area. As stated above, at least one reference mark can be provided on each of the boundary surfaces. The lighting devices are preferably arranged in the reference marks so that they effectively do not take up any usable area. With a large number of lighting devices and image recording devices, it is also possible to work with systems with small field angles. The number of image recording devices can be selected depending on their parameters, working distances, depths of focus and field angles, since these determine which volume sections within the measuring cell can be imaged sharply, in particular sufficiently sharply, by the respective camera. In addition, the number of cameras required and their arrangement can depend on how many sufficiently sharp camera perspectives are required for how many and / or which measuring cell volume segments.

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um eine Rauheitsmessung an der Oberfläche des Prüflings durchzuführen. Insbesondere bei Verbau von sehr vielen strukturierten Beleuchtungsvorrichtungen, welche vorzugsweise richtungsverteilte, aber näherungsweise kollimierte, und insbesondere hinsichtlich Strahlparametern und -richtung bekannte Strahlbündel erzeugen, kann zusätzlich auch eine Rauheitsmesstechnik implementiert werden. Die große Anzahl von Beleuchtungsvorrichtungen erlaubt verschiedenste Lichtrichtungs-, Lichtwellenlängen-, Strahlquerschnitts-Kombinationsmöglichkeiten für die Beleuchtung von Oberflächensegmenten des Prüflings. Aus einer Kombination der deflektometrischen Bilder, welche durch Reflektion des strukturierten Lichtes an der Oberfläche des Prüflings auf der bekannten als Lambert-streuend ausgestalteten Begrenzungsfläche entstehen, und den photogrammetrischen Bildern, welche durch Streuung ähnlicher und ebenfalls bekannter Strahlen direkt an der Oberfläche des Prüflings entstehen, kann eine Vermessung der bidirektionalen Reflektanzverteilungsfunktion (BRDF) von Segmenten der Oberfläche des Prüflings möglich sein. Die BRDF ist ein Maß für die Oberflächenrauigkeit des Oberflächensegmentes. Anzahl und Verteilung der gerichteten Beleuchtungsvorrichtungen können zum einen davon abhängen, welche relativen Orientierungen zwischen Strahlachse der jeweiligen Lichtquelle und Oberfläche des Prüflings vorkommen und/oder vorkommen können. Darüber hinaus können Strahldivergenz und gewünschtes Ortswellenlängenintervall, innerhalb dessen die Oberflächenrauheit gemessen werden soll, ebenfalls Anzahl und Verteilung von sowohl Beleuchtungsvorrichtungen und/oder Bildaufnahmevorrichtungen bestimmen.The device can be set up to carry out a roughness measurement on the surface of the test object. In particular, when a large number of structured lighting devices are installed, which preferably generate beam bundles that are preferably directionally distributed but approximately collimated and, in particular with regard to beam parameters and direction, are known a roughness measurement technique can be implemented. The large number of lighting devices allows a wide variety of possible combinations of light directions, light wavelengths and beam cross-sections for illuminating surface segments of the test object. From a combination of the deflectometric images, which are created by reflecting the structured light on the surface of the test piece on the known Lambert-scattering boundary surface, and the photogrammetric images, which are created by scattering similar and also known rays directly on the surface of the test piece, a measurement of the bidirectional reflectance distribution function (BRDF) of segments of the surface of the test object may be possible. The BRDF is a measure of the surface roughness of the surface segment. The number and distribution of the directional lighting devices can depend on the one hand on which relative orientations occur and / or can occur between the beam axis of the respective light source and the surface of the test object. In addition, the beam divergence and the desired spatial wavelength interval within which the surface roughness is to be measured can likewise determine the number and distribution of both lighting devices and / or image recording devices.

Wie oben ausgeführt kann die Messzelle als eine Matrix und/oder Kulisse ausgestaltet sein, welche den Prüfling vollständig oder teilweise umgibt. Beispielsweise kann die Matrix und/oder Kulisse den Prüfling in einer x,y-Ebene vollständig und in einer z-Richtung teilweise abdecken. Die Matrix und/oder Kulisse kann variabel sein, insbesondere an den Prüfling anpassbar. Die Matrix und/oder Kulisse kann eine Mehrzahl von Lambert-streuenden Begrenzungsflächen aufweisen, welche die Beleuchtungsvorrichtungen, die Bildaufnahmevorrichtungen und die Referenzmarken aufweisen. Die Begrenzungsflächen können aktuierbar ausgestaltet sein, wobei ein Abstand und/oder Orientierung der Begrenzungsflächen zu dem Prüfling durch Aktuatoren einstellbar sein kann. Beispielsweise kann jeweils zwischen einer Begrenzungsfläche und einem Aktuator eine Verbindung mit einer Länge li vorgesehen sein. Durch Verändern der Länge li kann ein Abstand und/oder Orientierung der Begrenzungsflächen zu dem Prüfling einstellbar sein. Da die Aktuatoren räumlich feste und bekannte Positionen Pi aufweisen, kann über die Länge li eine eindeutige Aussage für die Lage und Richtung der Triangulationsperspektiven erzeugt werden. So kann eine so genannte extrinsische Kalibrierung des Kamerasystems durchgeführt werden. Dies kann unter Zuhilfenahme der intrinsischen Kalibrierungen und Bezugnahme auf die Referenzmarken stabilisiert werden. Eine Anpassung und/oder Variation der Längen li kann auch während des Betriebs erfolgen, beispielsweise um einer Kontur des Prüflings zu folgen und/oder um optische Verhältnisse für die unterschiedlichen Messprinzipien zu optimieren. Durch Bewegung der Matrix und/oder der Kulisse, und damit der Lage der Referenzmarken im Raum, kann eine Gültigkeit der intrinsischen Kalibrierungen der verbauten Optiken überprüft werden.As stated above, the measuring cell can be designed as a matrix and / or backdrop which completely or partially surrounds the test item. For example, the matrix and / or backdrop can cover the test object completely in an x, y plane and partially in a z direction. The matrix and / or backdrop can be variable, in particular adaptable to the test item. The matrix and / or backdrop can have a plurality of Lambert-scattering boundary surfaces which the lighting devices, the image recording devices and the reference marks have. The boundary surfaces can be designed to be actuatable, it being possible for a distance and / or orientation of the boundary surfaces to the test object to be adjustable by means of actuators. For example, a connection with a length li can be provided between a delimitation surface and an actuator. By changing the length li, a distance and / or orientation of the boundary surfaces to the test object can be set. Since the actuators have spatially fixed and known positions Pi, a clear statement about the position and direction of the triangulation perspectives can be generated via the length l i. A so-called extrinsic calibration of the camera system can thus be carried out. This can be stabilized with the aid of the intrinsic calibrations and reference to the reference marks. The lengths li can also be adapted and / or varied during operation, for example in order to follow a contour of the test object and / or in order to optimize optical conditions for the different measuring principles. By moving the matrix and / or the backdrop, and thus the position of the reference marks in space, the validity of the intrinsic calibrations of the installed optics can be checked.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings vorgeschlagen. In dem Verfahren wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

  1. a) Erzeugen jeweils mindestens eines Beleuchtungsmusters mit einer Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen und strukturiertes Beleuchten einer Oberfläche des Prüflings mit den Beleuchtungsmustern und/oder Durchstrahlen des Prüflings mit gerichteter strukturierter Beleuchtung, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der Prüfling aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsmuster der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung eindeutig zuordbar sind;
  2. b) Aufnehmen jeweils mindestens eines Bildes von, in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster von der Oberfläche des Prüflings erzeugten, Prüfmustern mit einer Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen, wobei die aufgenommenen Prüfmuster eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen aufweisen;
  3. c) Zuordnen der Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung mit einer Auswerteeinheit und Bestimmen einer Information über die Oberfläche des Prüflings durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale.
In a further aspect of the present invention, a method for the dimensional measurement of a test object is proposed. A device according to the invention is used in the method. The procedure consists of the following steps:
  1. a) Generating at least one lighting pattern in each case with a plurality of lighting devices and structured lighting of a surface of the test specimen with the lighting patterns and / or irradiation of the test specimen with directed structured lighting, the lighting devices being arranged relative to one another in such a way that the test specimen illuminates from at least two spatial directions is, wherein the lighting pattern of the respective generating lighting device can be clearly assigned;
  2. b) recording in each case at least one image of test patterns generated in response to the illumination of the lighting pattern from the surface of the test specimen with a plurality of image recording devices, the recorded test patterns having a plurality of test features;
  3. c) Assigning the test features of the respective lighting device with an evaluation unit and determining information about the surface of the test object by evaluating the assigned test features.

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.The method steps can be carried out in the specified order, with one or more of the steps also being able to be carried out at least partially simultaneously and with one or more of the steps being able to be repeated several times. In addition, further steps can additionally be carried out regardless of whether they are mentioned in the present application or not.

Für Einzelheiten und Ausführungsformen in Bezug auf das Verfahren wird auf die Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.For details and embodiments in relation to the method, reference is made to the description of the device according to the invention.

Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk, beispielsweise einer Cloud, das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt, insbesondere die Verfahrensschritte b) und c).Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program is proposed which, when running on a computer or computer network, for example a cloud, executes the method according to the invention in one of its configurations, in particular method steps b) and 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.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations when the program is executed on a computer or computer network. In particular, the program code means can be stored on a computer-readable data carrier.

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.In addition, within the scope of the present invention, a data carrier is proposed on which a data structure is stored which, after being loaded into a working and / or main memory of a computer or computer network, can execute the method according to the invention in one of its configurations.

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.In the context of the present invention, a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier is also proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its configurations when the program is executed on a computer or computer network.

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. Beispielsweise kann die Auswertung des entstehenden und/oder entstandenen Bildmaterials als Web-Service verfügbar sein, beispielsweise über eine gesicherter Verbindung zu Herstellerseitigen-Servern. Dieses kann vorteilhaft sein, wenn vor Ort keine ausreichenden Rechner-Ressourcen vorgehalten werden können.A computer program product is understood to mean the program as a tradable product. It can basically be in any form, for example on paper or a computer-readable data carrier, and can in particular be distributed via a data transmission network. For example, the evaluation of the resulting and / or resulting image material can be available as a web service, for example via a secure connection to the manufacturer's servers. This can be advantageous if there are insufficient computer resources available on site.

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.Finally, within the scope of the present invention, a modulated data signal is proposed which contains instructions that can be executed by a computer system or computer network for executing a method according to one of the described embodiments.

Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:

  • Ausführungsform 1: Vorrichtung zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings, wobei die Vorrichtung eine Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen aufweist, welche eingerichtet sind, jeweils mindestens ein Beleuchtungsmuster zu erzeugen und eine Oberfläche des Prüflings strukturiert mit dem Beleuchtungsmuster zu beleuchten, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der Prüfling aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsmuster der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung eindeutig zuordbar sind, wobei die Vorrichtung eine Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen aufweist, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen eingerichtet sind, um jeweils mindestens ein Bild von, in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster von der Oberfläche des Prüflings erzeugten, Prüfmustern aufzunehmen, wobei die aufgenommenen Prüfmuster jeweils eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen aufweisen, wobei die Vorrichtung mindestens eine Auswerteeinheit aufweist, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um die Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung zuzuordnen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um eine Information über die Oberfläche des Prüflings durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale zu bestimmen.
In summary, the following embodiments are particularly preferred in the context of the present invention:
  • Embodiment 1: Device for dimensional measurement of a test specimen, the device having a plurality of lighting devices which are each set up to generate at least one lighting pattern and to illuminate a surface of the test specimen in a structured manner with the lighting pattern, the lighting devices being arranged relative to one another in such a way that that the test specimen is illuminated from at least two spatial directions, the lighting patterns being clearly assignable to the respective generating lighting device, the device having a plurality of image recording devices, the image recording devices being set up to each take at least one image of, in response to the illumination of the lighting pattern to record test samples generated by the surface of the test piece, the recorded test samples each having a plurality of test features, the device at least one evaluation unit, wherein the evaluation unit is set up to assign the test features of the respective lighting device, wherein the evaluation unit is set up to determine information about the surface of the test object by evaluating the assigned test features.

Ausführungsform 2: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Bilder der Prüfmuster deflektometrisch und/oder photogrammetrisch sind.Embodiment 2: Device according to the preceding embodiment, the images of the test samples being deflectometric and / or photogrammetric.

Ausführungsform 3: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Beleuchtungsmuster jeweils mindestens eine Identifizierungsinformation aufweisen.Embodiment 3: Device according to one of the preceding embodiments, the lighting patterns each having at least one piece of identification information.

Ausführungsform 4: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Identifizierungsinformation eine bekannte lokale Gruppe und/oder ein ID kodierendes Subpattern und/oder eine Wellenlänge und/oder ein Einschaltzeitpunkt oder Einschaltzeitintervall ist, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen eingerichtet sind, um die Identifizierungsinformation zu bestimmen.Embodiment 4: Device according to the preceding embodiment, the identification information being a known local group and / or an ID-encoding subpattern and / or a wavelength and / or a switch-on time or switch-on time interval, the image recording devices being set up to determine the identification information.

Ausführungsform 5: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Beleuchtungsmuster jeweils eine Mehrzahl von Beleuchtungsmerkmalen aufweisen, wobei die Beleuchtungsmuster jeweils mindestens eine regelmäßige Anordnung der Beleuchtungsmerkmale oder mindestens eine nicht-regelmäßige Anordnung der Beleuchtungsmerkmale aufweisen.Embodiment 5: Device according to one of the preceding embodiments, the lighting patterns each having a plurality of lighting features, the lighting patterns each having at least one regular arrangement of the lighting features or at least one non-regular arrangement of the lighting features.

Ausführungsform 6: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen die Oberfläche des Prüflings gleichzeitig oder sequentiell beleuchten.Embodiment 6: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the lighting devices illuminate the surface of the test object simultaneously or sequentially.

Ausführungsform 7: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen jeweils mindestens eine optische Faser aufweisen, wobei die optische Faser mindestens einen Faserausgang mit einer brechenden und/oder beugenden Optik aufweist.Embodiment 7: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the lighting devices each have at least one optical fiber, the optical fiber has at least one fiber output with refractive and / or diffractive optics.

Ausführungsform 8: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen jeweils mindestens einen Laserprojektor aufweisen.Embodiment 8: Device according to one of the preceding embodiments, the lighting devices each having at least one laser projector.

Ausführungsform 9: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen eine oder mehrere kohärente Lichtquellen aufweisen.Embodiment 9: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the lighting devices have one or more coherent light sources.

Ausführungsform 10: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung mindestens eine mehrwandige Messzelle aufweist, wobei die Messzelle mindestens drei Begrenzungsflächen aufweist, wobei die Begrenzungsflächen als teiltransparente Scheiben oder als Lambert-Streuer ausgestaltet sind.Embodiment 10: Device according to one of the preceding embodiments, the device having at least one multi-walled measuring cell, the measuring cell having at least three boundary surfaces, the boundary surfaces being designed as partially transparent panes or as Lambert scatterers.

Ausführungsform 11: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei jede der Begrenzungsflächen mindestens eine Referenzmarke aufweist.Embodiment 11: Device according to the preceding embodiment, each of the boundary surfaces having at least one reference mark.

Ausführungsform 12: Vorrichtung nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messzelle den Prüfling vollständig umgibt.Embodiment 12: Device according to one of the two preceding claims, wherein the measuring cell completely surrounds the test object.

Ausführungsform 13: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen eingerichtet sind, um von der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf die Beleuchtungsmuster reflektierte und/oder gestreute Prüfmuster aufzunehmen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um durch Vergleich der reflektierten und/oder gestreuten Prüfmuster mit den erzeugenden Beleuchtungsmustern die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen.Embodiment 13: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the image recording devices are set up to record test patterns reflected and / or scattered from the surface of the test object in response to the illumination pattern, the evaluation unit being set up to compare the reflected and / or scattered Test pattern to determine the information about the surface of the test object with the generating lighting patterns.

Ausführungsform 14: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um aus dem aufgenommenen Bild Bereiche des Beleuchtungsmusters zu identifizieren, welche von dem Prüfling nicht abgeschattet wurden, und aus diesen Bereichen die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen.Embodiment 14: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the evaluation unit is set up to identify areas of the illumination pattern from the recorded image which were not shaded by the test specimen and to determine the information about the surface of the test specimen from these areas.

Ausführungsform 15: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um aus den aufgenommenen Bildern mit einem refractive stereo- Verfahren die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen.Embodiment 15: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the evaluation unit is set up to determine the information about the surface of the test object from the recorded images using a refractive stereo method.

Ausführungsform 16: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, den Prüfling entlang mindestens einer Achse zu bewegen.Embodiment 16: Device according to the preceding embodiment, wherein the device is set up to move the test specimen along at least one axis.

Ausführungsform 16: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen eingerichtet sind, um an der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf die Beleuchtungsmuster gestreute Prüfmuster aus mindestens zwei Triangulationsperspektiven aufzunehmen, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um das aufgenommene Prüfmuster photogrammetrisch auszuwerten und die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen.Embodiment 16: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the image recording devices are set up to record scattered test patterns from at least two triangulation perspectives on the surface of the test specimen in response to the illumination pattern, the evaluation unit being set up to photogrammetrically evaluate the recorded test pattern and the information to be determined via the surface of the test object.

Ausführungsform 17: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um eine Rauheitsmessung an der Oberfläche des Prüflings durchzuführen.Embodiment 17: Device according to one of the preceding embodiments, wherein the device is set up to carry out a roughness measurement on the surface of the test specimen.

Ausführungsform 18: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung die mindestens eine mehrwandige Messzelle aufweist, wobei die Messzelle mindestens drei Begrenzungsflächen aufweist, wobei die Begrenzungsflächen als teiltransparente Scheiben ausgestaltet sind, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen eingerichtet sind, von der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf die Beleuchtungsmuster reflektierte und/oder gestreute und auf die Begrenzungsflächen treffende Lichtstrahlen aufzunehmen.Embodiment 18: Device according to one of the preceding embodiments, the device having the at least one multi-walled measuring cell, the measuring cell having at least three boundary surfaces, the boundary surfaces being designed as partially transparent panes, the image recording devices being set up in response to the surface of the test object to record light rays reflected and / or scattered on the lighting pattern and striking the boundary surfaces.

Ausführungsform 19: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um eine Abstrahlcharakteristik der von der Oberfläche des Prüflings in Antwort auf die Beleuchtungsmuster reflektierten und auf die die Begrenzungsflächen treffenden Lichtstrahlen zu bestimmen und durch Vergleich der bestimmten Abstrahlcharakteristik mit einer vorbekannten Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung die Information über die Oberfläche des Prüflings zu bestimmen.Embodiment 19: Device according to the previous embodiment, the evaluation unit being set up to determine an emission characteristic of the light beams reflected from the surface of the test object in response to the lighting pattern and striking the boundary surfaces and by comparing the determined emission characteristic with a previously known emission characteristic of the respective lighting device to determine the information about the surface of the test piece.

Ausführungsform 20: Verfahren zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings, wobei in dem Verfahren eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  1. a) Erzeugen jeweils mindestens eines Beleuchtungsmusters mit einer Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen und strukturiertes Beleuchten einer Oberfläche des Prüflings mit den Beleuchtungsmustern und/oder Durchstrahlen des Prüflings mit gerichteter strukturierter Beleuchtung, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der Prüfling aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsmuster der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung eindeutig zuordbar sind;
  2. b) Aufnehmen jeweils mindestens eines Bildes von, in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster von der Oberfläche des Prüflings erzeugten, Prüfmustern mit einer Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen, wobei die aufgenommenen Prüfmuster eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen aufweisen;
  3. c) Zuordnen der Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung mit einer Auswerteeinheit und Bestimmen einer Information über die Oberfläche des Prüflings durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale.
Embodiment 20: A method for the dimensional measurement of a test object, a device according to one of the preceding embodiments being used in the method, the method having the following steps:
  1. a) Generating at least one lighting pattern in each case with a plurality of lighting devices and structured lighting of a surface of the test specimen with the lighting patterns and / or irradiation of the test specimen with directed structured lighting, the lighting devices being arranged relative to one another in such a way that the test specimen illuminates from at least two spatial directions is, wherein the lighting pattern of the respective generating lighting device can be clearly assigned;
  2. b) recording in each case at least one image of test patterns generated in response to the illumination of the lighting pattern from the surface of the test specimen with a plurality of image recording devices, the recorded test patterns having a plurality of test features;
  3. c) Assigning the test features of the respective lighting device with an evaluation unit and determining information about the surface of the test object by evaluating the assigned test features.

FigurenlisteFigure list

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.Further details and features of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments, in particular in conjunction with the subclaims. The respective features can be implemented individually or in combination with one another. The invention is not restricted to the exemplary embodiments. The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numerals in the individual figures denote elements that are the same or functionally the same or correspond to one another in terms of their functions.

Im Einzelnen zeigen:

  • 1A und 1B eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines beispielhaften resultierenden Prüfmusters;
  • 2A und 2B ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines beispielhaften resultierenden Prüfmusters;
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Show in detail:
  • 1A and 1B a schematic representation of a device according to the invention and an exemplary resulting test sample;
  • 2A and 2 B a further embodiment of a device according to the invention and an exemplary resulting test pattern;
  • 3 another embodiment of a device according to the invention; and
  • 4th another embodiment of a device according to the invention.

AusführungsbeispieleEmbodiments

1A zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings 112. Die Oberfläche des Prüflings ist hier im Wesentlichen spiegelnd. Beispielsweise kann der Prüfling 112 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Werkstück und einem zu vermessenden Bauteil. Beispielsweise kann es sich bei dem Prüfling 112 um eine Messerschneide oder eine Abrisskante einer Turbinenschaufel handeln. Die dimensionelle Vermessung kann ein Bestimmen mindestens einer Raumkoordinate des Prüflings 112 umfassen, beispielsweise mindestens eines Punktes auf einer Oberfläche des Prüflings 112. Die bestimmten Oberflächen-Raumkoordinaten können zu einer hochgenauen Digitalisierung des Prüflings 112 verwendet werden. Die Vorrichtung 110 kann beispielsweise ein Koordinatenmessgerät sein oder umfassen. 1A shows a schematic representation of a device according to the invention 110 for dimensional measurement of a test item 112 . The surface of the test piece is essentially reflective here. For example, the test item 112 be selected from the group consisting of a workpiece and a component to be measured. For example, it can be with the test item 112 be a knife edge or a spoiler edge of a turbine blade. The dimensional measurement can include determining at least one spatial coordinate of the test object 112 include, for example, at least one point on a surface of the test object 112 . The determined surface spatial coordinates can lead to a highly precise digitization of the test object 112 be used. The device 110 can for example be or comprise a coordinate measuring machine.

Die Vorrichtung 110 weist eine Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen 116 auf, welche eingerichtet sind, jeweils mindestens ein Beleuchtungsmuster zu erzeugen und eine Oberfläche des Prüflings 112 strukturiert mit dem Beleuchtungsmuster zu beleuchten. In 1A sind drei Beleuchtungsvorrichtungen 116 gezeigt, welche jeweils ein Beleuchtungsmuster erzeugen. In 1A sind jeweils von den Beleuchtungsvorrichtungen 116 ausgesendete Strahlenbündel gezeigt. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 sind derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der Prüfling 112 aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird. Beispielsweise können drei Beleuchtungsvorrichtungen 116 vorgesehen sein, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen 116 derart zueinander angeordnet sind, dass sich die zentralen Strahlen der Strahlverteilungen senkrecht zueinander ausbreiten. Das Beleuchtungsmuster kann durch eine Abstrahlcharakteristik eines von der Beleuchtungsvorrichtung 116 ausgehenden Strahlenbündels bestimmt sein. Die Beleuchtungsmuster können jeweils eine Mehrzahl von Beleuchtungsmerkmalen aufweisen. Die Beleuchtungsmuster können jeweils mindestens eine regelmäßige Anordnung der Beleuchtungsmerkmale oder mindestens eine nicht-regelmäßige Anordnung, insbesondere eine zufällige Anordnung, der Beleuchtungsmerkmale aufweisen. Die Beleuchtungsmuster können beispielsweise jeweils ein Punktmuster und/oder ein Linienmuster und/oder ein Gitter aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können eingerichtet sein, eine Punktwolke zu erzeugen und/oder zu projizieren. Die Beleuchtungsmuster können abhängig von der Messaufgabe gewählt werden.The device 110 has a plurality of lighting devices 116 which are set up to generate at least one illumination pattern and a surface of the test object 112 structured to illuminate with the lighting pattern. In 1A are three lighting devices 116 shown, which each generate a lighting pattern. In 1A are each from the lighting fixtures 116 emitted radiation beam shown. The lighting fixtures 116 are arranged relative to one another in such a way that the test object 112 is illuminated from at least two spatial directions. For example, three lighting devices 116 be provided, the lighting devices 116 are arranged to one another in such a way that the central rays of the beam distributions propagate perpendicular to one another. The lighting pattern can be one of the lighting device by an emission characteristic 116 outgoing ray bundle be determined. The lighting patterns can each have a plurality of lighting features. The lighting patterns can each have at least one regular arrangement of the lighting features or at least one non-regular arrangement, in particular a random arrangement, of the lighting features. The lighting patterns can each have a point pattern and / or a line pattern and / or a grid, for example. The lighting fixtures 116 can be set up to generate and / or project a point cloud. The lighting patterns can be selected depending on the measurement task.

Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können jeweils mindestens eine Lichtquelle 114 aufweisen, beispielsweise mindestens eine Light-Emitting-Diode (LED) und/oder mindestens eine Laserquelle. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können eine Mehrzahl von Lichtquellen aufweisen, beispielsweise Lichtquellen von unterschiedlicher Farbe. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können jeweils mindestens eine Schablone oder Maske zur Erzeugung des Beleuchtungsmusters aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können jeweils mindestens eine Abbildungsoptik und/oder Beugungsoptik aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können jeweils mindestens eine optische Faser aufweisen. Die optische Faser kann mindestens einen Faserausgang mit einer Abbildungs- und/oder Beugungsoptik aufweisen. Die Verwendung von optischen Fasern kann eine größtmögliche Kompaktheit ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich können die Beleuchtungsvorrichtungen jeweils mindestens einen Laserprojektor aufweisen. Der Laserprojektor kann eingerichtet sein, ein Randompattem zu erzeugen.The lighting fixtures 116 can each have at least one light source 114 have, for example at least one light-emitting diode (LED) and / or at least one laser source. The lighting fixtures 116 may have a plurality of light sources, for example light sources of different colors. The lighting fixtures 116 can each have at least one stencil or mask for generating the illumination pattern. The lighting fixtures 116 can each have at least one imaging optics and / or diffraction optics. The lighting fixtures 116 can each have at least one optical fiber. The optical fiber can have at least one fiber output with imaging and / or diffraction optics. The use of optical fibers can enable the greatest possible compactness. Alternatively or additionally, the Lighting devices each have at least one laser projector. The laser projector can be set up to generate a random pattern.

Die Beleuchtungsmuster sind der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung 116 eindeutig zuordbar. Die Beleuchtungsmuster können jeweils mindestens eine Identifizierungsinformation aufweisen. Die Identifizierungsinformation kann eine bekannte lokale Gruppe und/oder ein ID kodierendes Subpattern und/oder eine Wellenlänge der von der Beleuchtungsvorrichtung 116 erzeugten Lichtstrahlen und/oder ein Einschaltzeitpunkt oder Einschaltzeitintervall sein. Eine lokale Gruppe kann beispielsweise ein bekanntes Randompattern sein. Die Bildaufnahmevorrichtungen 118 können eingerichtet sein, um die Identifizierungsinformation zu bestimmen. Die Bildaufnahmevorrichtungen 118, auf welche das jeweilige Prüfmuster abgebildet wird, können derart, beispielsweise hinsichtlich Auflösungsvermögen und/oder Farbkanälen, ausgestaltet sein, dass eine Erfassung der Identifizierungsinformation möglich ist.The lighting patterns are of the respective generating lighting device 116 clearly assignable. The lighting patterns can each have at least one piece of identification information. The identification information can be a known local group and / or an ID-encoding subpattern and / or a wavelength of the lighting device 116 generated light beams and / or a switch-on time or switch-on time interval. For example, a local group can be a well-known random pattern. The imaging devices 118 can be set up to determine the identification information. The imaging devices 118 , on which the respective test pattern is mapped, can be designed in such a way, for example with regard to resolution and / or color channels, that the identification information can be recorded.

Die Identifizierungsinformation kann alternativ oder ergänzend auch über zeitliche Zuordnung von bestimmten Einschaltdauern der Beleuchtung zu bestimmten Verschlusszeitdauern der verwendeten Kameras erfolgen.As an alternative or in addition, the identification information can also be provided via the temporal assignment of certain switch-on times of the lighting to certain shutter times of the cameras used.

Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können eine oder mehrere kohärente Lichtquellen aufweisen. So können „Speckle-Interferometry“-Ansätze integriert werden bei welcher die Topographie eines rauen Prüflings bei Bestrahlung mit kohärentem Licht bei Betrachtung im Fernfeld zu einem körnigen Bild führt, was auf teilweise destruktive Interferenzen von Oberflächenbereichen mit unterschiedlichen Höhen zurück-zuführen ist.The lighting fixtures 116 can have one or more coherent light sources. "Speckle interferometry" approaches can be integrated in which the topography of a rough test object when irradiated with coherent light leads to a grainy image when viewed in the far field, which can be attributed to partially destructive interferences of surface areas with different heights.

Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können die Oberfläche des Prüflings 112 gleichzeitig oder sequentiell beleuchten. Beispielsweise können einige der Beleuchtungsvorrichtungen 116 gleichzeitig betrieben werden und andere zu diesen sequentiell. Insbesondere bei einer Verwendung von mehr als drei Beleuchtungsvorrichtungen 116, beispielweise vier, fünf, sechs, zehn und mehr Beleuchtungsvorrichtungen 116, kann ein sequentielles Schalten erfolgen. Sonst könnte eine Kodierungstiefe zu groß sein.The lighting fixtures 116 can the surface of the test object 112 illuminate simultaneously or sequentially. For example, some of the lighting devices 116 operated simultaneously and others sequentially to these. In particular when using more than three lighting devices 116 , for example four, five, six, ten and more lighting devices 116 , sequential switching can take place. Otherwise a coding depth could be too great.

Die Vorrichtung 110 weist eine Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen 118 auf. Die Bildaufnahmevorrichtungen sind eingerichtet, um jeweils mindestens ein Bild von, in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster von der Oberfläche des Prüflings erzeugten, Prüfmustern aufzunehmen. Die Bildaufnahmevorrichtungen 118 können jeweils mindestens eine Kamera aufweisen, beispielsweise mindestens einen Kamera-Chip. Die Kamera kann beispielsweise mindestens eine CMOS-Kamera und/oder mindestens eine CCD-Kamera aufweisen. Die Bildaufnahmevorrichtungen 118 können verschiedene Blickrichtungen aufweisen.The device 110 has a plurality of image pickup devices 118 on. The image recording devices are set up to record at least one image of test patterns generated in response to the illumination of the illumination pattern from the surface of the test object. The imaging devices 118 can each have at least one camera, for example at least one camera chip. The camera can for example have at least one CMOS camera and / or at least one CCD camera. The imaging devices 118 can have different viewing directions.

Die aufgenommenen Prüfmuster weisen jeweils eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen auf. Das Prüfmuster kann durch Reflektion des strukturierten Lichts an der Oberfläche des Prüflings 112 erzeugt werden. Das Prüfmuster kann durch Streuung des strukturierten Lichts an der Oberfläche des Prüflings 112 erzeugt werden.The recorded test samples each have a plurality of test features. The test pattern can be created by reflecting the structured light on the surface of the test object 112 be generated. The test pattern can be created by scattering the structured light on the surface of the test object 112 be generated.

Die Vorrichtung 110 weist mindestens eine Auswerteeinheit 120 auf. Die Auswerteeinheit 120 kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um die Bildaufnahmevorrichtungen anzusteuern. Die Auswerteeinheit 120 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. Die Auswerteeinheit 120 kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Auswerteeinheit 120 kann mindestens einen A/D-Wandler aufweisen.The device 110 has at least one evaluation unit 120 on. The evaluation unit 120 can for example comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The data processing device can have one or more volatile and / or non-volatile data memories, it being possible for the data processing device to be set up in terms of programming, for example, to control the image recording devices. The evaluation unit 120 can furthermore comprise at least one interface, for example an electronic interface and / or a man-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard. The evaluation unit 120 can for example be set up centrally or decentrally. Other configurations are also conceivable. The evaluation unit 120 can have at least one A / D converter.

Die Auswerteeinheit 120 ist eingerichtet, um die Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung 116 zuzuordnen. Die Auswerteeinheit 120 ist eingerichtet, um eine Information über die Oberfläche des Prüflings 110 durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale zu bestimmen. Wie oben ausgeführt, können die Beleuchtungsmuster jeweils mindestens eine Identifizierungsinformation aufweisen. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um die Identifizierungsinformationen in den Bildern der Prüfmuster zu bestimmen und anhand der Identifizierungsinformationen die Prüfmerkmale der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung 116 zuzuordnen. Die Information über die Oberfläche kann eine geometrische Eigenschaft der Oberfläche und/oder über Oberflächenbeschaffenheit umfassen, beispielsweise eine Information über eine Oberflächenkrümmungsänderung und/oder einen Radius einer Kante und/oder über eine Form einer Kante und/oder über eine Lage einer Kante und/oder eine Rauheit einer Kante. Die Information über die Oberfläche kann eine Abweichung der Oberfläche gegen eine vorgegebene Soll-Oberfläche, wie sie aus der Sollgeometrie des Prüflings hervorgeht, und/oder eine Angabe diese Abweichung in kalibrierten, insbesondere rückgeführten metrischen, Einheiten, umfassen. Das einer Beleuchtungsvorrichtung 116 zugeordnete Prüfmuster kann gegenüber dem erzeugenden Beleuchtungsmuster verändert sein, insbesondere kann das Prüfmuster gegenüber dem erzeugenden Beleuchtungsmuster Abweichungen und/oder Verzerrungen aufweisen. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um diese Abweichungen und/oder Verzerrungen zu bestimmen und aus diesen die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 zu bestimmen.The evaluation unit 120 is set up to check the characteristics of the respective lighting device 116 assign. The evaluation unit 120 is set up to provide information about the surface of the test object 110 to be determined by evaluating the assigned test characteristics. As stated above, the lighting patterns can each have at least one piece of identification information. The evaluation unit 120 can be set up to determine the identification information in the images of the test pattern and, on the basis of the identification information, the test features of the respective generating lighting device 116 assign. The information about the surface can include a geometric property of the surface and / or about surface properties, for example information about a change in surface curvature and / or a radius of an edge and / or about a shape of an edge and / or about a position of an edge and / or a roughness of an edge. The information about the surface can include a deviation of the surface from a predetermined target surface, as it emerges from the target geometry of the test object, and / or an indication of this deviation in calibrated, in particular traced back, metric units. The a lighting device 116 assigned test pattern can be changed in relation to the generating lighting pattern, in particular the test pattern can have deviations and / or distortions compared to the generating lighting pattern. The evaluation unit 120 can be set up to determine these deviations and / or distortions and from these the information about the surface of the test object 112 to determine.

Wie in 1A gezeigt, kann die Vorrichtung 110 mindestens eine Messzelle 122 aufweisen, beispielsweise eine mehrwandige Messzelle. Die Messzelle 122 kann eine Öffnung aufweisen, über welche der Prüfling 112 in die Messzelle 122 eingebracht werden kann. Beispielsweise kann, wie in 1A gezeigt, die Vorrichtung 110 eine dreiwandige Messzelle 122 aufweisen. Insbesondere kann die Messzelle 122 mindestens drei Begrenzungsflächen 124 aufweisen.As in 1A shown, the device 110 at least one measuring cell 122 have, for example a multi-walled measuring cell. The measuring cell 122 may have an opening through which the test object 112 into the measuring cell 122 can be introduced. For example, as in 1A shown the device 110 a three-walled measuring cell 122 exhibit. In particular, the measuring cell 122 at least three boundary surfaces 124 exhibit.

1A zeigt eine Ausführungsform einer deflektometrischen Bestimmung der Information über die Oberfläche des Prüflings 112. Der Prüfling 112 kann eine spiegelnde Oberfläche aufwiesen. An jeder der Begrenzungsflächen 124 kann eine Beleuchtungsvorrichtung 116 angeordnet sein, welche eingerichtet ist, um den Prüfling 112 strukturiert zu beleuchten. Von den Beleuchtungsvorrichtungen 116 erzeugte Lichtstrahlen können auf die Oberfläche des Prüflings 112 treffen und von dieser spekular reflektiert werden. Zumindest einige der reflektierten Lichtstrahlen können auf eine der Begrenzungsflächen 124 treffen. Beispielsweise können die Bildaufnahmevorrichtungen 118 eingerichtet sein, um von der Oberfläche des Prüflings 112 in Antwort auf die Beleuchtungsmuster reflektierte und/oder gestreute Prüfmuster aufzunehmen. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um durch Vergleich der reflektierten und/oder gestreuten Prüfmuster mit den erzeugenden Beleuchtungsmustern die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 zu bestimmen. 1A shows an embodiment of a deflectometric determination of the information about the surface of the test object 112 . The examinee 112 can have a reflective surface. At each of the boundary surfaces 124 can be a lighting device 116 be arranged, which is set up to the test object 112 structured to illuminate. From the lighting fixtures 116 generated light rays can hit the surface of the test object 112 meet and be specularly reflected by this. At least some of the reflected light rays can hit one of the boundary surfaces 124 to meet. For example, the image recording devices 118 be set up from the surface of the specimen 112 record reflected and / or scattered test patterns in response to the illumination pattern. The evaluation unit 120 can be set up to obtain the information about the surface of the test object by comparing the reflected and / or scattered test patterns with the generating lighting patterns 112 to determine.

Die Begrenzungsflächen 124 können als teiltransparente Scheiben ausgestaltet sein. Die Scheiben können beispielsweise aus transparentem Kunststoff hergestellt sein. Die Scheiben können einfallende Lichtstrahlen zumindest teilweise durchlassen. Die Scheiben können eingerichtet sein, eine Intensität eines einfallenden Lichtstrahls zu schwächen, insbesondere durch Streuung. Die Scheiben können als Mattscheibe ausgestaltet sein. Die Scheiben können eingerichtet sein, um ein Bild der reflektierten Prüfmuster aufzufangen. Jeweils eine oder mehrere Bildaufnahmevorrichtungen 118 können in einer Ausbreitungsrichtung der reflektierten Lichtstrahlen hinter den Scheiben angeordnet sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 drei Bildaufnahmevorrichtungen 118 aufweisen, wobei jeweils eine Bildaufnahmevorrichtung 118 hinter einer Scheibe angeordnet ist. Die Scheiben können jeweils eine mattierte Seite aufweisen, welche der Bildaufnahmevorrichtung 118 abgewandt ist. Die reflektierten Prüfmuster können Lichtflecken auf der mattierten Seite erzeugen. Die Bildaufnahmevorrichtungen 118 können eingerichtet sein, um die jeweils vor ihnen angeordnete Mattscheibe zu fotografieren. Die Bildaufnahmevorrichtungen 118 können eingerichtet sein, um die auf den Scheiben aufgefangenen Prüfmuster aufzunehmen. Auf den Scheiben können jeweils Referenzmarken 126 angebracht sein. Die Referenzmarken 126 können derart ausgestaltet und/oder angeordnet sein, dass sie möglichst wenig Fläche der Scheiben verdunkeln. Die Referenzmarken 126 können klein gegen einen Durchmesser der Lichtflecken der reflektierten Strahlen sein, die auf die Mattscheiben fallen. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können in den Referenzmarken 126 angeordnet sein. Die Referenzmarken 126 können für eine Kalibrierung der Bildaufnahmevorrichtungen 118 verwendet werden. Die Referenzmarken 126 können als Referenz zur Identifizierung von Prüfmerkmalen verwendet werden.The boundary surfaces 124 can be designed as partially transparent panes. The discs can be made of transparent plastic, for example. The panes can at least partially transmit incident light rays. The panes can be set up to weaken an intensity of an incident light beam, in particular by scattering. The panes can be designed as a ground glass. The disks can be configured to capture an image of the reflected test patterns. One or more image recording devices in each case 118 can be arranged behind the panes in a direction of propagation of the reflected light rays. For example, the device 110 three imaging devices 118 each having an image pickup device 118 is arranged behind a disc. The panes can each have a matted side, which is the image recording device 118 is turned away. The reflected test samples can generate light spots on the matted side. The imaging devices 118 can be set up to photograph the ground glass in front of them. The imaging devices 118 can be set up to record the test patterns captured on the wafers. Reference marks can be placed on each of the disks 126 to be appropriate. The reference marks 126 can be designed and / or arranged in such a way that they obscure as little surface area of the panes as possible. The reference marks 126 can be small compared to a diameter of the light spots of the reflected rays that fall on the focusing screens. The lighting fixtures 116 can in the reference marks 126 be arranged. The reference marks 126 can for a calibration of the image recording devices 118 be used. The reference marks 126 can be used as a reference for identifying inspection features.

1B zeigt von den Bildaufnahmevorrichtungen 118 von 1A resultierende aufgenommene Prüfmuster. Die Begrenzungsflächen in 1A sind mit a, b, c bezeichnet. Das aufgenommene Bild auf den Begrenzungsflächen a bis c ist jeweils in 1B gezeigt. Die aufgenommenen Referenzmarken 126 sind mit Bezugszeichen 128 bezeichnet. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, die Lichtflecken in den Bildern der Bildaufnahmevorrichtungen 118 zu identifizieren. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 120 eingerichtet sein, mindestens einen Bildverarbeitungsalgorithmus durchzuführen, insbesondere einen Algorithmus zur Erkennung von Merkmalen. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann ein Filtern und/oder eine Untergrundreduzierung und/oder eine Transformation umfassen. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann ein Auswählen eines interessierenden Bereichs (Region-of-Interest, ROI) umfassen. 1B shows of the image pickup devices 118 of 1A resulting recorded test samples. The boundary surfaces in 1A are denoted by a, b, c. The recorded image on the boundary surfaces a to c is in each case in 1B shown. The recorded reference marks 126 are with reference symbols 128 designated. The evaluation unit 120 can be set up, the light spots in the images of the image recording devices 118 to identify. For example, the evaluation unit 120 be set up to carry out at least one image processing algorithm, in particular an algorithm for recognizing features. The image processing algorithm can include filtering and / or background reduction and / or transformation. The image processing algorithm can include selecting a region of interest (ROI).

Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um eine Abstrahlcharakteristik der von der Oberfläche des Prüflings 112 in Antwort auf die Beleuchtungsmuster reflektierten und auf die Begrenzungsflächen treffenden Lichtstrahlen zu bestimmen und durch Vergleich der bestimmten Abstrahlcharakteristik mit einer vorbekannten Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung 116 die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 zu bestimmen. Die Auswerteeinheit 120 kann, bei bekannter Abstrahlcharakteristik der Beleuchtungsvorrichtungen 116, eingerichtet sein, um aus den Bildern zu rekonstruieren, welche der Strahlen von der Oberfläche des Prüflings 112 reflektiert wurden und welche an dem Prüfling vorbeigelaufen sind. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um aus den Bildern zu rekonstruieren, von welcher Beleuchtungsvorrichtung 116 ein aufgenommenes Prüfmerkmal erzeugt wurde. Aus den Verzerrungen der Lichtstrahlverteilungen, insbesondere einer gegenüber der bekannten Abstrahlcharakteristik geänderten Raumrichtungsverteilung der Strahlen, kann auf die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 geschlossen werden.The evaluation unit 120 can be set up to emit a radiation characteristic of the surface of the test object 112 to determine light beams reflected in response to the lighting pattern and striking the boundary surfaces and by comparing the determined emission characteristic with a previously known emission characteristic of the respective lighting device 116 the information about the surface of the test object 112 to determine. The evaluation unit 120 can, if the radiation characteristics of the lighting devices are known 116 , be set up to reconstruct from the images which of the rays from the surface of the test object 112 were reflected and which passed the test item. The evaluation unit 120 can be set up to reconstruct from the images which one Lighting device 116 a recorded inspection characteristic was generated. From the distortions of the light beam distributions, in particular a spatial directional distribution of the beams that has changed compared to the known emission characteristics, the information about the surface of the test object can be accessed 112 getting closed.

Von den Beleuchtungsvorrichtungen 116 erzeugte Lichtstrahlen können an dem Prüfling 112 vorbeilaufen und von einer der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung 116 gegenüberliegenden Bildaufnahmevorrichtung 118 aufgenommen werden. Beispielsweise können an dem Prüfling 112 vorbeilaufende Lichtstrahlen auf eine gegenüberliegende Begrenzungsfläche 124 treffen. Eine hinter der Begrenzungsfläche 124 angeordnete Bildaufnahmevorrichtung 118 kann, wie oben beschrieben, ein Bild der auftreffenden Lichtstrahlen aufnehmen. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um aus dem aufgenommenen Bild Bereiche des Beleuchtungsmusters, insbesondere Abstrahlintervalle, zu identifizieren, welche von dem Prüfling 112 nicht abgeschattet wurden, und aus diesen Bereichen die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 zu bestimmen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 120 eingerichtet sein, um die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 nach einer Schattenwurfmethode zu bestimmen.From the lighting fixtures 116 generated light rays can on the test object 112 walk past and from one of the respective lighting fixtures 116 opposite imaging device 118 be included. For example, on the test item 112 passing light rays on an opposite boundary surface 124 to meet. One behind the boundary 124 arranged image pickup device 118 can, as described above, take an image of the incident light rays. The evaluation unit 120 can be set up to identify areas of the illumination pattern, in particular emission intervals, from the recorded image, which areas are from the test object 112 were not shaded, and from these areas the information about the surface of the test object 112 to determine. For example, the evaluation unit 120 be set up to keep the information about the surface of the test specimen 112 to be determined by a shadow casting method.

Alternativ oder zusätzlich, können die Bilder der Prüfmuster Stereo-Bilder umfassen, welche zur Stereo Rekonstruktion des Prüflings 112 verwendet werden können. Insbesondere kann die Vorrichtung 110 eingerichtet sein ein sogenanntes „refractive stereo“- Verfahren durchzuführen. Ein Messaufbau für ein solches Verfahren ist in 4 gezeigt. Die Vorrichtung 110 kann eingerichtet sein eine Geometrie eines lichtbrechenden transparenten Gegenstandes, also des Prüflings 112, durch Aufnahme der Richtungsänderungen von gerichteten Strahlen zurückzurechnen. Beispielsweise kann der Prüfling 112 ein Lichtdurchlässiges Material aufweisen. Insbesondere kann der Prüfling 112 einen von Luft verschiedenen Brechungsindex aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtung 116 kann eingerichtet sein mindestens einen gerichteten Lichtstrahl, insbesondere eine Vielzahl von gerichteten Lichtstrahlen, zu erzeugen. Fällt einer der Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Prüflings 112 wird ein Anteil an der Oberfläche des Prüflings 112 reflektiert und/oder gestreut und kann durch deflektometrisch ausgewertet werden. Dieser Anteil kann gering sein. Beispielsweise kann der Prüfling 112 eine entspiegelte Oberfläche aufweisen. Der durch das Material des Prüflings 112 durchgelassene Anteil kann von mindestens einer der Bildaufnahmevorrichtung 118 erfasst werden. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein eine Richtungsänderung der Lichtstrahlen zu bestimmen und daraus die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 zu bestimmen. In der hier gezeigten Ausführungsform können zwei der Beleuchtungsvorrichtungen 116 aus der Mehrzahl, insbesondere mehr als drei, von Beleuchtungsvorrichtungen 116 an räumlich verschiedenen Orten angeordnet sein, beispielsweise axial beabstandet sein, und den Prüfling 112 aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchten. Beispielsweise kann eine erste Beleuchtungsvorrichtung 116 die Koordinaten x, y und z1 aufweisen und die zweite Beleuchtungsvorrichtung 116 die Koordinaten x, y und z2. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können insbesondere in einer Ebene liegen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 mindestens zwei Beleuchtungsvorrichtungen 116 pro Begrenzungsfläche 124 aufweisen, welche auf den Begrenzungsflächen 124 verteilt angeordnet sind, beispielsweise gleichmäßig verteilt. Die Vorrichtung 110 kann mindestens zwei Bildaufnahmevorrichtungen 118 aufweisen, welche eingerichtet sind, um die durchgelassenen Lichtstrahlen an mindestens zwei räumlich verschiedenen Positionen aufzunehmen. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um aus den aufgenommenen Bildern Richtungsänderungen der Lichtstrahlen, zu bestimmen und daraus die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 zu bestimmen. Insbesondere können Schachbrettmuster oder andere regelmäßigen Muster verwendet werden. Derartige Muster können vorteilhaft sein, da aus der bestimmen Änderung des aufgenommenen Musters einfach die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 bestimmt werden kann. Die durch die Vielzahl der Beleuchtungsvorrichtungen 116 vorhandenen mannigfaltigen richtungsstrukturierten Bündel können so zu einer Ermittlung der Information über die Oberfläche des Prüflings 112 herangezogen werden.As an alternative or in addition, the images of the test patterns can include stereo images, which are used for stereo reconstruction of the test object 112 can be used. In particular, the device 110 be set up to carry out a so-called “refractive stereo” process. A measurement setup for such a procedure is in 4th shown. The device 110 can be set up a geometry of a light-refracting transparent object, that is to say of the test object 112 to calculate back by recording the changes in direction of directed rays. For example, the test item 112 comprise a translucent material. In particular, the test object 112 have a refractive index different from air. The lighting device 116 can be set up to generate at least one directed light beam, in particular a multiplicity of directed light beams. If one of the light rays falls on the surface of the test object 112 becomes part of the surface of the test object 112 reflected and / or scattered and can be evaluated by deflectometry. This proportion can be small. For example, the test item 112 have an anti-reflective surface. The through the material of the test object 112 The transmitted portion can be from at least one of the image recording devices 118 are recorded. The evaluation unit 120 can be set up to determine a change in direction of the light beams and from this the information about the surface of the test object 112 to determine. In the embodiment shown here, two of the lighting devices 116 from the majority, in particular more than three, of lighting devices 116 be arranged at spatially different locations, for example axially spaced, and the test object 112 Illuminate from at least two spatial directions. For example, a first lighting device 116 have the coordinates x, y and z1 and the second lighting device 116 the coordinates x, y and z2. The lighting fixtures 116 can in particular lie in one plane. For example, the device 110 at least two lighting devices 116 per boundary surface 124 have which on the boundary surfaces 124 are arranged distributed, for example evenly distributed. The device 110 can have at least two image capture devices 118 which are designed to receive the transmitted light beams at at least two spatially different positions. The evaluation unit 120 can be set up to determine changes in direction of the light beams from the recorded images and, from this, to determine the information about the surface of the test object 112 to determine. In particular, checkerboard patterns or other regular patterns can be used. Such patterns can be advantageous because the specific change in the recorded pattern simply provides information about the surface of the test object 112 can be determined. The result of the multitude of lighting devices 116 existing manifold directionally structured bundles can thus be used to determine the information about the surface of the test object 112 can be used.

Die Vorrichtung 110 kann eingerichtet sein, um den Prüfling 112 entlang mindestens einer Achse zu bewegen, insbesondere relativ zu den Begrenzungsflächen.The device 110 can be set up to the test specimen 112 to move along at least one axis, in particular relative to the boundary surfaces.

2A zeigt eine Ausführungsform, in welcher die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 photogrammetrisch bestimmt wird. Diese Methode eignet sich insbesondere für eine Vermessung von einer nicht-spiegelnden Oberfläche des Prüflings 112. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um die Bilder der Prüfmuster durch mindestens ein Triangulationsverfahren auszuwerten. Die Bildaufnahmevorrichtungen 118 können eingerichtet sein, um an der Oberfläche des Prüflings 112 in Antwort auf die Beleuchtungsmuster gestreute Prüfmuster aus mindestens drei Triangulationsperspektiven. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 vier Bildaufnahmevorrichtungen 118 aufweisen. Die Messzelle 122 kann vier Ecken aufweisen. Jeweils eine Bildaufnahmevorrichtung 118 kann an einer Ecke der Messzelle 122 angeordnet sein. So kann eine Bildaufnahme aus vier Triangulationsperspektiven TP1, TP2, TP3 und TP4 möglich sein. Die Bildaufnahmevorrichtungen 118 können Kameras mit arbeitsabstandsunabhängiger Verzeichnung aufweisen. 2A shows an embodiment in which the information about the surface of the test piece 112 is determined photogrammetrically. This method is particularly suitable for measuring a non-reflective surface of the test object 112 . The evaluation unit 120 can be set up to evaluate the images of the test patterns by at least one triangulation method. The imaging devices 118 can be set up to stick to the surface of the test specimen 112 test patterns scattered in response to the illumination pattern from at least three triangulation perspectives. For example, the device 110 four imaging devices 118 exhibit. The measuring cell 122 can have four corners. One image recording device each 118 can at one corner of the measuring cell 122 be arranged. An image recording from four triangulation perspectives TP1, TP2, TP3 and TP4 can thus be possible. The Imaging devices 118 can have cameras with working distance-independent distortion.

2B zeigt von den Bildaufnahmevorrichtungen 118 von 1A resultierende aufgenommene Prüfmuster, jeweils für die Triangulationsperspektiven TP1, TP2, TP3 und TP4. Die Auswerteeinheit 120 kann eingerichtet sein, um das aufgenommene Prüfmuster photogrammetrisch auszuwerten und die Information über die Oberfläche des Prüflings 112 zu bestimmen. Aus den Bildern kann mit bekannten photogrammetrischen Verfahren auf Raumkoordinaten der Oberfläche des Prüflings 112 geschlossen werden, an welchen die identifizierbaren Lichtstrahlen, beispielswiese Musterausschnitte, gestreut wurden. In dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung 110 bevorzugt mehr als drei Beleuchtungsvorrichtungen 116 aufweisen. Für den Fall, dass eine Kodierungstiefe der Identifizierungsinformationen für eine Vielzahl von Beleuchtungsvorrichtungen 116 zu groß wird, kann auf sequentielles Schalten der Beleuchtungsvorrichtungen 116 ausgewichen werden. 2 B shows of the image pickup devices 118 of 1A resulting recorded test samples, each for the triangulation perspectives TP1, TP2, TP3 and TP4. The evaluation unit 120 can be set up to photogrammetrically evaluate the recorded test pattern and the information about the surface of the test object 112 to determine. The images can be used to determine spatial coordinates of the surface of the test object using known photogrammetric methods 112 are closed at which the identifiable light rays, for example pattern sections, were scattered. In this embodiment, the device 110 preferably more than three lighting devices 116 exhibit. In the event that a coding depth of the identification information for a large number of lighting devices 116 becomes too large, the lighting devices can be switched on sequentially 116 be evaded.

Für eine photogrammetrische Bestimmung der Information über die Oberfläche des Prüflings können die Begrenzungsflächen 124 der Messzelle 122 bevorzugt als Lambert-Streuer ausgelegt sein. Beispielsweise können die Begrenzungsflächen 124 aus Spectralon™ hergestellt sein. Alternativ oder zusätzlich, können die Triangulationsperspektiven jeweils mit einem derart großen Feldwinkel ausgestaltet sein, dass jeweils die gesamte gegenüberliegende Begrenzungsfläche 124 erfasst werden kann. Alternativ oder zusätzlich, können die Bildaufnahmevorrichtungen 118 mit Multi-Apertursystemen für unterschiedliche Arbeitsabstände ausgestaltet sein. Auch in dieser Ausführungsform kann die Vorrichtung 110 bevorzugt mehr als drei Beleuchtungsvorrichtungen 116 aufweisen. Die Beleuchtungsvorrichtungen 116 können, insbesondere zu einem Erhalt der Nutzfläche, in faserendoskopischer Technologie ausgestaltet sein. Wie oben ausgeführt kann mindestens eine Referenzmarke 126 auf jeder der Begrenzungsflächen 124 vorgesehen sein. Bevorzugt sind die Beleuchtungsvorrichtungen 116 in den Referenzmarken 126 angeordnet, so dass sie effektiv keine Nutzfläche verbrauchen. Mit einer großen Anzahl von Beleuchtungsvorrichtungen 116 und Bildaufnahmevorrichtungen 118 kann auch mit Systemen mit kleinen Feldwinkeln gearbeitet werden. Die Anzahl der der Bildaufnahmevorrichtungen 118 kann in Abhängigkeit von ihren Parametern Arbeitsabständen Fokustiefen und Feldwinkeln gewählt werden, da diese bestimmen welche Volumenabschnitte innerhalb der Messzelle von der jeweiligen Kamera scharf, insbesondere hinreichend scharf, abgebildet werden können. Zusätzlich kann die Anzahl der benötigten Kameras sowie deren Anordnung davon abhängen, wie viele hinreichend scharf abbildende Kameraperspektiven für die wie viele und/oder welche Messzellenvolumensegmente gefordert werden.For a photogrammetric determination of the information about the surface of the test object, the boundary surfaces 124 the measuring cell 122 be preferably designed as a Lambert spreader. For example, the boundary surfaces 124 be made of Spectralon ™. Alternatively or additionally, the triangulation perspectives can each be designed with such a large field angle that in each case the entire opposing boundary surface 124 can be captured. Alternatively or additionally, the image recording devices 118 be designed with multi-aperture systems for different working distances. In this embodiment, too, the device 110 preferably more than three lighting devices 116 exhibit. The lighting fixtures 116 can be designed using fiber endoscopic technology, in particular to preserve the usable area. As stated above, at least one reference mark 126 on each of the boundary surfaces 124 be provided. The lighting devices are preferred 116 in the reference marks 126 arranged so that they effectively do not take up any floor space. With a large number of lighting devices 116 and imaging devices 118 can also be used with systems with small field angles. The number of the image capture devices 118 depth of focus and field angles can be selected as a function of its parameters, working distances, since these determine which volume sections within the measuring cell can be imaged sharply, in particular sufficiently sharply, by the respective camera. In addition, the number of cameras required and their arrangement can depend on how many sufficiently sharp camera perspectives are required for how many and / or which measuring cell volume segments.

Die Vorrichtung 110 kann eingerichtet sein, um eine Rauheitsmessung an der Oberfläche des Prüflings 112 durchzuführen. Insbesondere bei Verbau von sehr vielen strukturierten Beleuchtungsvorrichtungen 116, welche vorzugsweise richtungsverteilte, aber näherungsweise kollimierte, und insbesondere hinsichtlich Strahlparametern und -richtung bekannte Strahlbündel erzeugen, kann zusätzlich auch eine Rauheitsmesstechnik implementiert werden. Die große Anzahl von Beleuchtungsvorrichtungen 116 erlaubt verschiedenste Lichtrichtungs-, Lichtwellenlängen-, Strahlquerschnitts-Kombinationsmöglichkeiten für die Beleuchtung von Oberflächensegmenten des Prüflings 112. Aus einer Kombination der deflektometrischen Bilder, welche durch Reflektion des strukturierten Lichtes an der Oberfläche des Prüflings 112 auf der bekannten als Lambert-Streuer ausgestalteten Begrenzungsfläche entstehen, und den photogrammetrischen Bildern, welche durch Streuung ähnlicher und ebenfalls bekannter Strahlen direkt an der Oberfläche des Prüflings 112 entstehen, kann eine Vermessung der bidirektionalen Reflektanzverteilungsfunktion (BRDF) von Segmenten der Oberfläche des Prüflings 112 möglich sein.The device 110 can be set up to measure the roughness on the surface of the test specimen 112 perform. Especially when installing a large number of structured lighting devices 116 which preferably generate beam bundles that are preferably directionally distributed but approximately collimated and, in particular, with respect to beam parameters and direction known, a roughness measurement technique can also be implemented. The large number of lighting devices 116 allows a wide variety of light direction, light wavelength and beam cross-section combinations for illuminating surface segments of the test object 112 . From a combination of deflectometric images obtained by reflecting the structured light on the surface of the test object 112 arise on the known boundary surface designed as a Lambert scatterer, and the photogrammetric images, which by scattering similar and also known rays directly on the surface of the test object 112 a measurement of the bidirectional reflectance distribution function (BRDF) of segments of the surface of the test object can arise 112 to be possible.

Wie in 3 gezeigt, kann die Messzelle 122 mehr als drei Begrenzungsflächen aufweisen. Beispielsweise kann die Messzelle 122 als eine Matrix und/oder Kulisse ausgestaltet sein, welche den Prüfling 112 vollständig oder teilweise umgibt. Beispielsweise kann die Matrix und/oder Kulisse den Prüfling 112 in einer x,y-Ebene vollständig und in einer z-Richtung teilweise abdecken. Beispielsweise kann die Matrix und/oder Kulisse variabel sein, insbesondere an den Prüfling 112 anpassbar. Die Matrix und/oder Kulisse kann eine Mehrzahl von Lambert-streuenden Begrenzungsflächen 124 aufweisen, welche die Beleuchtungsvorrichtungen 116, die Bildaufnahmevorrichtungen 118 und die Referenzmarken 126 aufweisen. Die Begrenzungsflächen 124 können aktuierbar ausgestaltet sein, wobei ein Abstand und/oder Orientierung der Begrenzungsflächen 124 zu dem Prüfling 112 durch Aktuatoren einstellbar sein kann. Beispielsweise kann jeweils zwischen einer Begrenzungsfläche und einem Aktuator eine Verbindung mit einer Länge li vorgesehen sein, wobei i die Anzahl der Aktuatoren angibt. In 3 sind exemplarisch zwei Längen li und l2 für zwei Aktuator-Positionen P1 und P2 gezeigt. Durch Verändern der Länge li kann ein Abstand und/oder Orientierung der Begrenzungsflächen zu dem Prüfling 112 einstellbar sein. Da die Aktuatoren räumlich feste und bekannte Positionen Pi aufweisen, kann über die Länge li eine eindeutige Aussage für die Lage und Richtung der Triangulationsperspektiven erzeugt werden. So kann eine so genannte extrinsische Kalibrierung des Kamerasystems durchgeführt werden. Dies kann unter Zuhilfenahme der intrinsischen Kalibrierungen und Bezugnahme auf die Referenzmarken 126 stabilisiert werden. Eine Anpassung und/oder Variation der Längen li kann auch während des Betriebs erfolgen, beispielsweise um einer Kontur des Prüflings 112 zu folgen und/oder um optische Verhältnisse für die unterschiedlichen Messprinzipien zu optimieren. Durch Bewegung der Matrix und/oder der Kulisse, und damit der Lage der Referenzmarken 126 im Raum, kann eine Gültigkeit der intrinsischen Kalibrierungen der verbauten Optiken überprüft werden.As in 3 shown, the measuring cell can 122 have more than three boundary surfaces. For example, the measuring cell 122 be designed as a matrix and / or backdrop, which the test object 112 completely or partially surrounds. For example, the matrix and / or backdrop can represent the test item 112 Cover completely in an x, y-plane and partially in a z-direction. For example, the matrix and / or backdrop can be variable, in particular on the test object 112 customizable. The matrix and / or backdrop can have a plurality of Lambert-scattering boundary surfaces 124 have which the lighting devices 116 who have favourited Imaging Devices 118 and the reference marks 126 exhibit. The boundary surfaces 124 can be configured to be actuatable, with a spacing and / or orientation of the boundary surfaces 124 to the test item 112 can be adjustable by actuators. For example, a connection with a length l i can be provided between a delimiting surface and an actuator, i indicating the number of actuators. In 3 two lengths l i and l 2 for two actuator positions P 1 and P 2 are shown by way of example. By changing the length l i , a distance and / or orientation of the boundary surfaces to the test object can be achieved 112 be adjustable. Since the actuators have spatially fixed and known positions Pi, a clear statement about the position and direction of the triangulation perspectives can be generated via the length l i. A so-called extrinsic calibration of the camera system can thus be carried out. This can be done with the aid of the intrinsic calibrations and reference to the reference marks 126 be stabilized. The lengths li can also be adapted and / or varied during operation, for example around a contour of the test object 112 to follow and / or to optimize optical conditions for the different measuring principles. By moving the matrix and / or the backdrop, and thus the position of the reference marks 126 in the room, the validity of the intrinsic calibrations of the installed optics can be checked.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

110110
Vorrichtungcontraption
112112
PrüflingTest item
114114
LichtquelleLight source
116116
BeleuchtungsvorrichtungLighting device
118118
BildaufnahmevorrichtungImage capture device
120120
AuswerteeinheitEvaluation unit
122122
MesszelleMeasuring cell
124124
BegrenzungsflächeBoundary surface
126126
ReferenzmarkeReference mark
128128
aufgenommene Referenzmarkerecorded reference mark

Claims (10)

Vorrichtung (110) zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings (112), wobei die Vorrichtung (110) eine Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen (116) aufweist, welche eingerichtet sind, jeweils mindestens ein Beleuchtungsmuster zu erzeugen und eine Oberfläche des Prüflings (112) strukturiert mit dem Beleuchtungsmuster zu beleuchten, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen (116) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der Prüfling (112) aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsmuster der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung (116) eindeutig zuordbar sind, wobei die Vorrichtung (110) eine Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen (118) aufweist, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen (118) eingerichtet sind, um jeweils mindestens ein Bild von, in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster von der Oberfläche des Prüflings (112) erzeugten, Prüfmustern aufzunehmen, wobei die aufgenommenen Prüfmuster jeweils eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen aufweisen, wobei die Vorrichtung (110) mindestens eine Auswerteeinheit (120) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (120) eingerichtet ist, um die Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung (116) zuzuordnen, wobei die Auswerteeinheit (120) eingerichtet ist, um eine Information über die Oberfläche des Prüflings (112) durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale zu bestimmen.Device (110) for the dimensional measurement of a test object (112), wherein the device (110) has a plurality of lighting devices (116) which are each set up to generate at least one lighting pattern and a surface of the test object (112) structured with the lighting pattern to illuminate, wherein the lighting devices (116) are arranged relative to one another in such a way that the test object (112) is illuminated from at least two spatial directions, the lighting patterns of the respective generating lighting device (116) being clearly assignable, the device (110) having a plurality of image recording devices (118), the image recording devices (118) being set up to each record at least one image of test patterns generated in response to the illumination of the illumination pattern from the surface of the test object (112), the recorded test patterns each having a plurality of inspection characteristics onwe The device (110) has at least one evaluation unit (120), the evaluation unit (120) being set up to assign the test features to the respective lighting device (116), the evaluation unit (120) being set up to provide information about the Determine the surface of the test specimen (112) by evaluating the assigned test features. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bilder der Prüfmuster deflektometrisch und/oder photogrammetrisch und/oder Streifenprojektionen und/oder Linienprojektionen und/oder Musterprojektionen sind.Device (110) according to the preceding claim, wherein the images of the test patterns are deflectometric and / or photogrammetric and / or strip projections and / or line projections and / or pattern projections. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsmuster jeweils mindestens eine Identifizierungsinformation aufweisen, wobei die Identifizierungsinformation eine bekannte lokale Gruppe und/oder ein ID kodierendes Subpattern und/oder eine Wellenlänge und/oder ein Einschaltzeitpunkt oder Einschaltzeitintervall ist.Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the lighting patterns each have at least one piece of identification information, the identification information being a known local group and / or an ID-encoding subpattern and / or a wavelength and / or a switch-on time or switch-on time interval. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen (116) jeweils mindestens eine optische Faser aufweisen, wobei die optische Faser mindestens einen Faserausgang mit einer brechenden und/oder beugenden Optik aufweist.Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the lighting devices (116) each have at least one optical fiber, the optical fiber having at least one fiber output with refractive and / or diffractive optics. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (110) mindestens eine mehrwandige Messzelle (122) aufweist, wobei die Messzelle (122) mindestens drei Begrenzungsflächen (124) aufweist, wobei die Begrenzungsflächen (124) als teiltransparente Scheiben oder als Lambert-Streuer ausgestaltet sind.Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the device (110) has at least one multi-walled measuring cell (122), wherein the measuring cell (122) has at least three boundary surfaces (124), the boundary surfaces (124) as partially transparent panes or as Lambert spreaders are designed. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen (118) eingerichtet sind, um von der Oberfläche des Prüflings (112) in Antwort auf die Beleuchtungsmuster reflektierte und/oder gestreute Prüfmuster aufzunehmen, wobei die Auswerteeinheit (120) eingerichtet ist, um durch Vergleich der reflektierten und/oder gestreuten Prüfmuster mit den erzeugenden Beleuchtungsmustern die Information über die Oberfläche des Prüflings (112) zu bestimmen.Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the image recording devices (118) are set up to record test patterns reflected and / or scattered from the surface of the test object (112) in response to the illumination pattern, the evaluation unit (120) being set up in order to determine the information about the surface of the test specimen (112) by comparing the reflected and / or scattered test patterns with the generating lighting patterns. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (120) eingerichtet ist, um aus dem aufgenommenen Bild Bereiche des Beleuchtungsmusters zu identifizieren, welche von dem Prüfling (112) nicht abgeschattet wurden, und aus diesen Bereichen die Information über die Oberfläche des Prüflings (112) zu bestimmen.Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (120) is set up to identify areas of the illumination pattern from the recorded image which were not shaded by the test object (112), and from these areas the information about the surface of the test item (112) to be determined. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (120) eingerichtet ist, um aus den aufgenommenen Bildern mit einem refractive stereo-Verfahren die Information über die Oberfläche des Prüflings (112) zu bestimmen.Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (120) is set up to determine the information about the surface of the test object (112) from the recorded images using a refractive stereo method. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildaufnahmevorrichtungen (118) eingerichtet sind, um an der Oberfläche des Prüflings (112) in Antwort auf die Beleuchtungsmuster gestreute Prüfmuster aus mindestens zwei Triangulationsperspektiven aufzunehmen, wobei die Auswerteeinheit (120) eingerichtet ist, um das aufgenommene Prüfmuster photogrammetrisch auszuwerten und die Information über die Oberfläche des Prüflings (112) zu bestimmen.Device (110) according to one of the preceding claims, wherein the image recording devices (118) are set up to generate test patterns from at least two scattered on the surface of the test object (112) in response to the illumination pattern Record triangulation perspectives, the evaluation unit (120) being set up to photogrammetrically evaluate the recorded test pattern and to determine the information about the surface of the test object (112). Verfahren zur dimensionellen Vermessung eines Prüflings (112), wobei in dem Verfahren eine Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Erzeugen jeweils mindestens eines Beleuchtungsmusters mit einer Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen (116) und strukturiertes Beleuchten einer Oberfläche des Prüflings (112) mit den Beleuchtungsmustern und/oder Durchstrahlen des Prüflings mit gerichteter strukturierter Beleuchtung, wobei die Beleuchtungsvorrichtungen (116) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass der Prüfling (112) aus mindestens zwei Raumrichtungen beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsmuster der jeweiligen erzeugenden Beleuchtungsvorrichtung (116) eindeutig zuordbar sind; b) Aufnehmen jeweils mindestens eines Bildes von, in Antwort auf die Beleuchtung der Beleuchtungsmuster von der Oberfläche des Prüflings (112) erzeugten, Prüfmustern mit einer Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen (118), wobei die aufgenommenen Prüfmuster eine Mehrzahl von Prüfmerkmalen aufweisen; c) Zuordnen der Prüfmerkmale der jeweiligen Beleuchtungsvorrichtung (116) mit einer Auswerteeinheit (120) und Bestimmen einer Information über die Oberfläche des Prüflings (112) durch Auswerten der zugeordneten Prüfmerkmale.A method for the dimensional measurement of a test object (112), wherein a device (110) according to one of the preceding claims is used in the method, the method comprising the following steps: a) Generating at least one lighting pattern with a plurality of lighting devices (116) and structured lighting of a surface of the test specimen (112) with the lighting patterns and / or irradiating the test specimen with directed structured lighting, the lighting devices (116) being arranged in this way relative to one another that the test specimen (112) is illuminated from at least two spatial directions, the lighting pattern being clearly assignable to the respective generating lighting device (116); b) recording in each case at least one image of test patterns generated in response to the illumination of the illumination pattern from the surface of the test object (112) with a plurality of image recording devices (118), the recorded test patterns having a plurality of test features; c) Assigning the test features of the respective lighting device (116) with an evaluation unit (120) and determining information about the surface of the test object (112) by evaluating the assigned test features.
DE102019216231.2A 2019-10-22 2019-10-22 Device and method for the dimensional measurement of sharp edges Pending DE102019216231A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019216231.2A DE102019216231A1 (en) 2019-10-22 2019-10-22 Device and method for the dimensional measurement of sharp edges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019216231.2A DE102019216231A1 (en) 2019-10-22 2019-10-22 Device and method for the dimensional measurement of sharp edges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019216231A1 true DE102019216231A1 (en) 2021-04-22

Family

ID=75269094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019216231.2A Pending DE102019216231A1 (en) 2019-10-22 2019-10-22 Device and method for the dimensional measurement of sharp edges

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019216231A1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998048242A1 (en) * 1997-04-18 1998-10-29 Optronic Consult Ab Method and device for measuring three-dimensional shapes
DE102004025948B3 (en) * 2004-05-27 2006-03-16 Krieg, Gunther, Prof. Dr.-Ing. Method and device for examining translucent objects
US20110149068A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for three-dimensionally measuring object shape
WO2015148604A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Massachusetts Institute Of Technology Space-time modulated active 3d imager
US20160300383A1 (en) * 2014-09-10 2016-10-13 Shenzhen University Human body three-dimensional imaging method and system
DE102016002398A1 (en) * 2016-02-26 2017-08-31 Gerd Häusler Optical 3D sensor for fast and dense shape detection
DE102017109854A1 (en) * 2017-05-08 2018-11-08 Wobben Properties Gmbh Method for referencing a plurality of sensor units and associated measuring device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998048242A1 (en) * 1997-04-18 1998-10-29 Optronic Consult Ab Method and device for measuring three-dimensional shapes
DE102004025948B3 (en) * 2004-05-27 2006-03-16 Krieg, Gunther, Prof. Dr.-Ing. Method and device for examining translucent objects
US20110149068A1 (en) * 2009-12-21 2011-06-23 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for three-dimensionally measuring object shape
WO2015148604A1 (en) * 2014-03-25 2015-10-01 Massachusetts Institute Of Technology Space-time modulated active 3d imager
US20160300383A1 (en) * 2014-09-10 2016-10-13 Shenzhen University Human body three-dimensional imaging method and system
DE102016002398A1 (en) * 2016-02-26 2017-08-31 Gerd Häusler Optical 3D sensor for fast and dense shape detection
DE102017109854A1 (en) * 2017-05-08 2018-11-08 Wobben Properties Gmbh Method for referencing a plurality of sensor units and associated measuring device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sorensen, Scott et. al.: „Refractive Stereo ray tracing for reconstructing underwater structures", Conference Paper IEEE international Conference on Image Processing (ICIP) 2015, S. 1712-1716, DOI: 10.1109/ICIP.2015.7351093. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2947417B1 (en) Device and method for detecting a 3D structure of an object
DE102008048963B4 (en) 3D geometry detection method and apparatus
DE102017118767B4 (en) Method and device for determining dimensional and / or geometric properties of a measurement object
DE3642051A1 (en) METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL INFORMATION PROCESSING AND DEVICE FOR RECEIVING THREE-DIMENSIONAL INFORMATION ABOUT AN OBJECT
DE102008040947A1 (en) 3D dental camera for detecting surface structures of a test object by means of triangulation
DE102013209770B4 (en) Method for determining adjustable parameters of a plurality of coordinate measuring machines, and method and apparatus for generating at least one virtual image of a measuring object
DE102017116758B4 (en) Method and device for scanning surfaces with a stereo camera
EP3581881A1 (en) Surface measurement by means of excited fluorescence
DE102018201211B4 (en) Chromatic confocal multi-spot sensor for determining the coordinates of a measurement object
DE102019201272B4 (en) Device, measuring system and method for detecting an at least partially reflective surface using two reflection patterns
DE112018001600T5 (en) SYSTEM AND METHOD FOR 3D PROFILE DETERMINATION USING A MODEL-BASED PEAK SELECTION
EP3910314B1 (en) Method and device for analysing the interaction between a surface of a sample and a liquid
DE102018211913A1 (en) Device and method for detecting an object surface using electromagnetic radiation
DE102005025291B4 (en) Method and device for determining surface properties
DE102019216231A1 (en) Device and method for the dimensional measurement of sharp edges
DE102019208114B4 (en) Device and method for 3D measurement of object coordinates
DE102014108789A1 (en) Multi-stage process for the examination of surfaces and corresponding device
DE102017221649A1 (en) Test method for detecting surface defects on matt and shiny surfaces and associated device and test arrangement between the device and component
DE102020201476A1 (en) INSPECTION DEVICE
DE102016219632A1 (en) Chromatic confocal sensor for determining coordinates of at least one measurement object
DE10006663A1 (en) Surface structure recognition involves irradiating infrared pattern to test item, and analyzing reflection of infrared pattern received from test item by infrared camera
DE102007021964B4 (en) Method and device for the three-dimensional detection of object surfaces
DE102015203396A1 (en) Method and device for determining the topography of a surface
DE102018105794A1 (en) Illustration of an object by means of a shadow
EP3899423B1 (en) Device, measurement system and method for capturing an at least partly reflective surface using two reflection patterns

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication