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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung eines intransparenten Messobjekts mit einer Messvorrichtung, die eine Kamera, eine Lichtquelle, eine Halterung für das Messobjekt und einen Bildschirm aufweist, wobei das in der Halterung gehaltene Messobjekt zwischen der Kamera und der Lichtquelle angeordnet wird, und bei dem Verfahren ein Gegenlichtbild des Messobjektes aufgenommen wird, aus dem geometrische Messdaten der Kontur des Messobjektes ermittelt werden.
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Bei der Vermessung von Werkstücken und Werkzeugen in dem Maschinenbau bedient man sich verschiedener bildverarbeitender Verfahren. Entsprechende elektronische Systeme bestehen typischerweise aus einer Kamera, einer Lichtquelle, einem Bildschirm und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, die mit den vorgenannten Bauteilen zum Austausch von Steuer- und Messsignalen verbunden ist. Bei einem Teil dieser Systeme kommen zur Auswertung von Objektkonturen und -geometrien sowohl ein Auflichtverfahren als auch ein Gegenlichtverfahren zur Anwendung.
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Bei dem Gegenlichtverfahren wird das Messobjekt in dem Gegenlicht einer rückseitigen Lichtquelle mit einer Kamera aufgenommen und die Kontur des Schattenbildes wird mit Bildverarbeitungsalgorithmen ausgewertet, um z.B. Radien, Linienlängen und Winkel der Kontur (Wirkkontur eines Werkzeuges oder Kontur eines Werkstückes) zu bestimmen. Das Schattenbild des Messobjektes wird während der Messung auf dem Bildschirm meist als Falschfarbenbild live dargestellt und die Ergebnisse werden darin in Form von Linien und Kreisen mit Angaben der Messergebnisse eingezeichnet.
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Der Vorteil des Gegenlichtverfahrens liegt in der hohen Wiederholgenauigkeit der Messungen. Allerdings muss zur vollständigen Auswertung der Objektkonturen und -geometrie eigentlich auch die Oberfläche des Messobjektes untersucht und analysiert werden, und dies geschieht anhand eines Auflichtbildes, das nach dem Auflichtverfahren erhalten wird.
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Bei dem Auflichtverfahren wird das entweder durch das Umgebungslicht oder durch eine zusätzliche Lichtquelle beleuchtete Messobjekt mit einer Kamera aufgenommen und die interessierenden Merkmale des Objekts (z.B. Struktur der Oberfläche, innenliegende Merkmale, Beschädigungen der Oberfläche, Qualität der Kante, etc.) können visualisiert und optisch beurteilt werden. Mit Bildverarbeitungsfunktionen bzw. -werkzeugen, die manuell ausgewählt werden können, lassen sich so Radien und Linienlängen auf der Oberfläche des Messobjektes vermessen.
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Für das Vermessen eines Messobjektes mit Bildverarbeitung werden üblicherweise Kameras mit telezentrischen Objektiven eingesetzt, bei denen die Strahlen vor dem Objektiv parallel zur optischen Achse verlaufen. Dadurch bleibt der Abbildungsmaßstab über den gesamten Schärfentiefebereich gleich und Messfehler werden aufgrund des Einfallswinkels des Lichts vermieden.
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Der Vorteil des Auflichtverfahrens liegt in der hohen Detailwiedergabe der Oberfläche des Messobjektes. Das Auflichtverfahren ist jedoch nicht dazu geeignet, die außenliegenden Konturen des Messobjektes mit der erforderlichen Wiederholgenauigkeit zu vermessen.
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Um die Vorteile von beiden Verfahren realisieren zu können, wird bei herkömmlichen Messverfahren teilweise mehrfach zwischen dem Auflichtverfahren und dem Gegenlichtverfahren umgeschaltet. Dies geschieht in der Regel manuell und je nach Bedarf unterschiedlich oft, wobei bei jedem Wechsel das erforderliche Auflicht bzw. Gegenlicht eingeschaltet werden muss und die Kameraempfindlichkeit an die jeweiligen Lichtverhältnisse angepasst werden muss, was relativ umständlich und auch mit einem gewissen Zeitaufwand verbunden ist.
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Aus der
DE 35 14 459 A1 ist eine Anordnung zur Vermessung spiegelnder Strukturen auf transparentem Untergrund bekannt, die für Messaufgaben in der Fotolithografie und Feinmesstechnik eingesetzt werden kann. Die Aufgabe, eine Anordnung bereitzustellen, mit der bei der geometrischen Vermessung zweidimensionaler spiegelnder Objekte auf transparentem Untergrund eine verbesserte Kantenantastung mit optischen Mitteln erreicht werden kann und eine zum wirklichen Kantenort weitgehend symmetrische Intensitätsverteilung eintritt, wird gelöst, indem eine gleichzeitige Kombination von Auflicht- und Durchlichtbeleuchtung benutzt wird. Der Energieabgleich wird beispielsweise mit Flüssigkeitsfiltern erreicht.
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Aus der
DE 2 001 7739 U1 ist eine Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Objektes mit einem Koordinatenmessgerät mit Kamera, insbesondere eine Videokamera, und Beleuchtungsquelle zur Ausleuchtung im Auflicht oder im Durchlicht eines im Strahlengang der Beleuchtungsquelle und im Blickfeld der Kamera angeordneten Objektes bekannt, wobei sich in Richtung der optischen Achse von Kamera zum Objekt gegenüber der ersten Kamera nach dem Objekt eine zweite Kamera mit einer zweiten Beleuchtungsquelle befindet, wobei die beiden Kameras sich gegenüberstehend ausgerichtet sind und die zweite Beleuchtungsquelle das Objekt gleichermaßen im Auflicht zu beleuchten im Stande ist, und das Auflicht der ersten Beleuchtungsquelle gleichfalls als Durchlicht durch das Objekt in das Blickfeld der zweiten Kamera geleitet wird.
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Aus der
DE 20 2009 011 701 U1 ist eine Vorrichtung zum optischen Abtasten von Proben mit einer Scan-Vorrichtung, die die Probe in einem Raster punktförmig oder zeilenförmig beleuchtet, eine Zoomoptik, die zwischen der Scanvorrichtung und einem Objektiv angeordnet ist und die Größe des beleuchteten Abschnitts auf der Probe einstellbar festlegt, bekannt, wobei ein Durchlicht-Detektor vorgesehen ist, dem von der Probe transmittiertes Licht zugeführt ist, und wobei im Durchlicht-Strahlengang vor dem Durchlicht-Detektor eine Streuscheibe angeordnet ist, die das von der Probe transmittierte Licht streut.
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Aus der
DE 20 2012 102 352 U1 ist eine Vorrichtung zur Abbildung und Überprüfung eines Fräsprofils bekannt, welche aufweist: Eine Probenaufnahme, eine Kamera, angeschlossen an einem Bild- und Datenverarbeitungssystem und eine Beleuchtungseinrichtung, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine von der Probenaufnahme aus betrachtet auf Seiten der Kamera angeordnete Auflichtquelle und eine von der Probenaufnahme aus betrachtet der Kamera gegenüberliegende Gegenlichtquelle umfasst.
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Aus der US 2010 / 0 225 666 A1 ist ein digitaler optischer Komparator bekannt mit einer Halterung für ein zu untersuchendes Teil. Eine Lichtquelle beleuchtet das Teil und wirft ein Bild des Teils auf eine Kamera, die mit einem Objektiv versehen ist. Das von der Kamera aufgenommene Bild wird von einem Bildschirm angezeigt und eine Zeichnung des Teils wird mit dem Bild des Teils überlagert. Auf diese Weise können Fehler in der Fertigung einfach und schnell erkannt werden. Darüber hinaus kann auch visuell festgestellt werden, ob das Teil innerhalb der Toleranzen gefertigt wurde.
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Ferner ist aus der
US 2012/0249820 A1 ein System zum visuellen Vergleich eines Teils mit einer Zeichnung des im Teils im Computerspeicher oder auf einem Bildschirm bekannt. Das System umfasst eine Kamera zum Erfassen entweder eines Einzelbildes oder eines Bildstroms des Teils, ein Rechenmodul zum Empfangen des Bildes oder des Bildstroms oder zum Erhalten, Skalieren, Positionieren und Anzeigen der Zeichnung des Teils auf einer Anzeigeeinheit und zum Überlagern der Zeichnung auf dem Bild oder dem Bildstrom. Das System ermittelt in mindestens einem Kontrollabschnitt, ob das Teil innerhalb vordefinierter Toleranzen gefertigt ist. Bei der Verwendung definiert ein Benutzer mindestens einen Kontrollabschnitt und das System führt eine CAD-Raum-zu-Bild-Raum-Transformation jedes Kontrollabschnitts durch. Für jeden Kontrollabschnitt wird eine Abweichung zwischen der CAD-Zeichnung und dem Teil berechnet, die dem Benutzer angezeigt wird. Die Abweichung wird mit einer vorbestimmten Toleranz verglichen, um festzustellen, ob das Teil an jeder Kontrollsektion innerhalb der vorbestimmten Toleranz liegt; und eine Geprüft/Durchgefallen-Anzeige wird basierend auf dem Vergleich ausgegeben. Bei komplexeren Formen kann ein Benutzer eine gesamte geometrische Form auswählen, und das System bestimmt automatisch eine Vielzahl von Kontrollabschnitten innerhalb der geometrischen Form, um dem Benutzer eine Geprüft/Durchgefallen-Anzeige der Form zu liefern.
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Um die Objektkontur und -geometrie eines intransparenten Messobjekts schneller und besser auswerten zu können, wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, das mit einer Messvorrichtung ausgeführt wird, die eine erste Kamera, eine erste Lichtquelle, eine Halterung für das Messobjekt und einen Bildschirm aufweist, wobei das in der Halterung gehaltene Messobjekt zwischen der ersten Kamera und der ersten Lichtquelle angeordnet wird, und wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst, bei denen
- a) ein durch die erste Lichtquelle erzeugtes Gegenlichtbild des Messobjektes von der ersten Kamera aufgenommen wird,
- b) aus der in dem Gegenlichtbild abgebildeten Kontur des Messobjektes geometrische Messdaten ermittelt werden, und
- c) von der ersten Kamera oder von einer zweiten Kamera ein Auflichtbild des Messobjektes aufgenommen wird,
wobei die in dem Verfahrensschritt b) ermittelten geometrischen Messdaten auf dem Bildschirm in dem in Verfahrensschritt c) aufgenommenen Auflichtbild angezeigt werden.
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Durch das mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Verfahren kann der Anwender das Auflichtbild des Messobjektes zusammen mit den darin angezeigten Daten, die aus dem Gegenlichtbild ermittelt wurden, betrachten. Die Auswertung der Objektkontur, die technisch bedingt mit der erforderlichen Wiederholgenauigkeit nur in dem Gegenlicht erfolgen kann, geschieht für den Anwender nicht wahrnehmbar in dem Hintergrund. Dies hat den Vorteil, dass der Anwender stets das reale Auflichtbild des Messobjektes betrachten kann, was einen erheblichen Vorteil bei der Orientierung darstellt.
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Bei den bisher bekannten Verfahren wird in dem Gegenlichtverfahren das Messobjekt auf dem Bildschirm lediglich als Schattenwurf in dem Falschfarbenbild angezeigt und daher nicht so, wie der Anwender, der die Messung durchführt, das Messobjekt selbst vor Augen hat und sieht. Die herkömmlichen Verfahren sind somit nicht dazu geeignet, dem Anwender den plastischen Eindruck des Messobjektes zu vermitteln, wie dies nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren möglich ist.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jederzeit, d.h. ohne jegliches manuelles Umschalten zwischen Gegenlichtverfahren und Auflichtverfahren, alle Messaufgaben sowohl an der Objektkontur als auch auf der Oberfläche des Messobjektes durchgeführt werden können.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Messung einer Kante des Messobjektes mit der Wiederholgenauigkeit des Gegenlichtverfahrens durchgeführt wird und gleichzeitig eine visuelle Überprüfung durch den Anwender erfolgen kann, ob die Kante an der jeweiligen Messstelle beschädigt ist. Mögliche Messfehler in dem Gegenlichtverfahren, die durch Beschädigungen der äußeren Kontur des Messobjektes hervorgerufen werden können, können durch den Anwender so früher erkannt werden.
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Im Übrigen ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren durch den automatischen Wechsel zwischen Gegenlicht- und Auflichtverfahren mit einer erheblichen Zeitersparnis verbunden, da die bisher zwei aufeinanderfolgenden Vorgänge nun quasi zeitgleich erfolgen können (optische Überprüfung in dem Auflichtverfahren und Messung in dem Gegenlichtverfahren).
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Bei manchen Ausführungsformen der Erfindung werden die in dem Gegenlichtbild ermittelten geometrischen Messdaten in Form von Linien in dem auf dem Bildschirm angezeigten Auflichtbild dargestellt. Bei manchen Ausführungsformen werden die geometrischen Messdaten in Form von Kreisen dargestellt und bei weiteren Ausführungsformen in Form von Zahlenwerten. Vorzugsweise werden in dem auf dem Bildschirm angezeigten Auflichtbild die geometrischen Messdaten in Form einer Kombination von Linien, Kreisen und/oder Zahlenwerten dargestellt.
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Bei den Ausführungsformen, bei denen die geometrischen Messdaten in Form von Zahlenwerten angezeigt werden, handelt es sich bei manchen Ausführungsformen um die Zahlenwerte von Radien, Linienlängen, Schnittpunkten, Minimalwerten, Maximalwerten und/oder Winkeln der Kontur des Messobjektes.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist die erste Kamera ein telezentrisches Objektiv auf, bei dem die Strahlen vor dem Objektiv parallel zur optischen Achse verlaufen, um den Abbildungsmaßstab über den gesamten Schärfentiefebereich gleich zu halten und so ein möglichst hohe Messgenauigkeit zu erreichen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich der optionale Verfahrensschritt ausgeführt, bei dem auf dem Bildschirm vorübergehend das von der ersten Kamera aufgenommene Gegenlichtbild des Messobjekts angezeigt wird. Dieser optionale Verfahrensschritt kann bei diesen Ausführungsformen vom Anwender individuell ausgeführt werden, wenn beispielsweise ein Abgleich der auf dem Bildschirm angezeigten geometrischen Messdaten mit dem Gegenlichtbild des Messobjekts gewünscht ist. Dieser optionale Verfahrensschritt ist also nicht zwingend notwendig, sondern stellt insbesondere eine zusätzliche Option dar, die vom Anwender nur bei Bedarf gewählt werden kann.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist die zusätzliche Anzeige des in dem Verfahrensschritt a) aufgenommenen Gegenlichtbildes des Messobjektes auf den Bildschirm parallel zu der Darstellung des Auflichtbildes möglich. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist also den zusätzlichen optionalen Verfahrensschritt auf, bei dem auf dem Bildschirm in einem ersten Fenster die in dem Verfahrensschritt b) ermittelten geometrischen Messdaten in dem in dem Verfahrensschritt c) aufgenommenen Auflichtbild angezeigt werden und in einem zweiten Fenster das in dem Verfahrensschritt a) aufgenommene Gegenlichtbild des Messobjekts angezeigt wird. Dies ermöglicht es dem Anwender gleichzeitig, d.h. ohne Umzuschalten, sowohl das Auflichtbild mit den darin angezeigten geometrischen Messdaten aus der Vermessung des Gegenlichtbildes zu betrachten als auch das reine Gegenlichtbild zum Abgleich.
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Bei den Ausführungsformen, bei denen das Gegenlichtbild des Messobjektes auf dem Bildschirm entweder vorübergehend oder dauerhaft in einem separaten Fenster angezeigt wird, erfolgt die Darstellung entweder mit natürlichen Farben oder als Falschfarbenbild.
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Wie bereits zuvor erwähnt, erfolgt der Wechsel zwischen den Verfahrensschritten a) und c) in dem Wesentlichen für den Anwender unsichtbar in dem Hintergrund. Dieser automatische Wechsel zwischen Auflichtverfahren und Gegenlichtverfahren erfolgt vorzugsweise mit einer Frequenz von >1 Hz. Noch bevorzugter beträgt die Frequenz des Wechsels zwischen den beiden Verfahren über 10 Hz oder gar über 20 Hz. Dieser schnelle Wechsel tritt in dem auf dem Bildschirm dargestellten Auflichtbild mit darin angezeigten Messdaten aus dem Gegenlichtbild nicht in Erscheinung. Stattdessen wird auf dem Bildschirm dauerhaft das Auflichtbild mit den darin angezeigten Messdaten dargestellt.
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Um möglichst alle relevanten Daten in einer Bildschirmanzeige zusammenfassen zu können, ist bei manchen Ausführungsformen optional noch ein zusätzlicher Verfahrensschritt vorgesehen, bei dem in dem auf dem Bildschirm dargestellten Auflichtbild zusätzlich zu den aus dem Gegenlichtbild ermittelten Messdaten auch die geometrischen Messdaten angezeigt werden, die aus der in dem Auflichtbild abgebildeten Oberfläche des Messobjektes ermittelt wurden.
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Wird das Auflichtbild von der ersten Kamera aufgenommen, die auch das Gegenlichtbild aufnimmt, reicht bei entsprechend schneller Anpassung der Empfindlichkeit der ersten Kamera das Umgebungslicht zur Ausleuchtung der Oberfläche des Messobjektes. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist daher die Lichtempfindlichkeit der ersten Kamera in dem Moment der Ausführung des Verfahrensschrittes c) höher als die Lichtempfindlichkeit der ersten Kamera in dem Moment der Ausführung des Verfahrensschrittes a).
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Wird das Auflichtbild von einer zweiten Kamera aufgenommen, die nur das Auflichtbild aufnimmt, reicht auch in diesem Fall bei entsprechender Einstellung der Empfindlichkeit dieser zweiten Kamera das Umgebungslicht zur Ausleuchtung der Oberfläche des Messobjektes. Bei einer spezifischen Ausführungsform ist die Lichtempfindlichkeit der zweiten Kamera höher als die Lichtempfindlichkeit der ersten Kamera.
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Bei Ausführungsformen, bei denen das Auflicht oder das Umgebungslicht im Moment des Verfahrensschrittes c) sehr hell ist, kann die Lichtempfindlichkeit der ersten oder der zweiten Kamera in dem Moment der Ausführung des Verfahrensschrittes c) auch geringer als die Lichtempfindlichkeit der ersten Kamera in dem Moment der Ausführung des Verfahrensschrittes a).
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Die optionale zweite Kamera für die Aufnahme des Auflichtbildes ist so angeordnet, dass sie aus derselben Richtung wie die erste Kamera auf das Messobjekt schaut. Alternativ kann das Auflichtbild über einen Strahlteiler, der zwischen Messobjekt und der ersten Kamera angeordnet ist, in Richtung der zweiten Kamera gelenkt werden.
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Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung ist zur optimalen Ausleuchtung der Oberfläche des Messobjektes an oder neben der ersten Kamera eine zweite Lichtquelle angeordnet, die auf das Messobjekt ausgerichtet ist. Bei einer Variante dieser Ausführungsform ist die zusätzliche zweite Lichtquelle, die auch das Auflicht erzeugt, automatisch ausgeschaltet, wenn die erste Lichtquelle, die das Gegenlicht erzeugt, angeschaltet ist.
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Bestimmte Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren das in der Halterung gehaltene Messobjekt während der Ausführung des Verfahrens in verschiedene Richtungen gedreht, gewendet und geschoben wird. Die jeweiligen Bewegungen werden entweder manuell oder über eine Steuereinrichtung, die mit der Halterung verbunden ist, gesteuert.
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Über eine Steuereinrichtung werden vorzugsweise auch die Taktung der ersten und optional zweiten Lichtquelle sowie die Bildaufnahmefrequenzen und ggf. auch die Lichtempfindlichkeiten der ersten und optional zweiten Kamera gesteuert. Dabei ist in dem Moment der Aufnahme des Gegenlichtbildes durch die erste Kamera (Verfahrensschritt a) die erste Lichtquelle eingeschaltet und in dem Moment der Aufnahme des Auflichtbildes durch die erste Kamera oder durch die zweite Kamera (Verfahrensschritt c) die erste Lichtquelle entweder eingeschaltet oder ausgeschaltet und optional eine zweite Lichtquelle eingeschaltet. Ist eine zweite Lichtquelle vorgesehen, ist diese vorzugsweise automatisch ausgeschaltet, wenn die erste Lichtquelle, die in dem Verfahrensschritt a) das Gegenlicht erzeugt, angeschaltet ist.
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Das hier beschriebene Verfahren ist für eine Reihe verschiedener Messobjekte geeignet, die in einer Halterung zwischen der ersten Kamera und der ersten Lichtquelle angeordnet werden können, um sowohl ein Gegenlichtbild als auch ein Auflichtbild aufnehmen zu können. Speziell entwickelt wurde das Verfahren zur Vermessung der Kontur- und Oberflächeneigenschaften einer Welle oder eines Werkzeugs. Bei speziellen Ausführungsformen der Erfindung wird das Verfahren insbesondere zur Vermessung von Bohr-, Dreh- oder Fräswerkzeugen verwendet.
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Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch eine Messvorrichtung zur Vermessung eines intransparenten Messobjektes mit folgenden Einrichtungen,
- - einer ersten Kamera,
- - optional einer zweiten Kamera,
- - einer ersten Lichtquelle,
- - einer zwischen der ersten Kamera und der ersten Lichtquelle angeordneten Halterung für das Messobjekt,
- - optional eine an oder neben der ersten Kamera angeordnete zweite Lichtquelle, die auf das Messobjekt ausgerichtet ist,
- - einem Bildschirm und
- - einer Steuer- und Auswerteeinrichtung, die mit den vorgenannten Einrichtungen verbunden ist,
wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung so eingerichtet ist, dass in einer ersten Einstellung der Steuer- und Auswerteeinrichtung von der Messvorrichtung die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden, bei denen
- a) ein durch die erste Lichtquelle erzeugtes Gegenlichtbild des Messobjektes von der ersten Kamera aufgenommen wird,
- b) aus der in dem Gegenlichtbild abgebildeten Kontur des Messobjektes geometrische Messdaten ermittelt werden, und
- c) von der ersten Kamera oder von einer zweiten Kamera ein Auflichtbild des Messobjektes aufgenommen wird,
wobei die Steuer- und Auswerteeinrichtung die mit der Maßnahme b) ermittelten geometrischen Messdaten auf dem Bildschirm in dem mit der Maßnahme c) aufgenommenen Auflichtbild anzeigt.
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Die hier beschriebene Messvorrichtung ist zur Ausführung des weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermessung eines intransparenten Messobjektes geeignet. Hierfür weist die Messvorrichtung eine Steuer- und Auswerteeinrichtung auf, mit der aus der in dem Gegenlichtbild abgebildeten Kontur des Messobjektes geometrische Messdaten ermittelt und diese Daten dann auf dem Bildschirm in dem Auflichtbild angezeigt werden können.
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Über die Steuer- und Auswerteeinrichtung erfolgen vorzugsweise auch die Taktung der ersten und optional zweiten Lichtquelle sowie die Bildaufnahmefrequenzen und ggf. auch die Lichtempfindlichkeiten der ersten und optional zweiten Kamera (siehe oben).
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Bestimmte Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verfahren das in der Halterung gehaltene Messobjekt während der Ausführung des Verfahrens in verschiedene Richtungen gedreht, gewendet und geschoben wird. Die jeweiligen Bewegungen werden entweder manuell oder über die Steuer- und Auswerteeinrichtung, die u.a. auch mit der Halterung verbunden ist, gesteuert (siehe oben).
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Bei bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Anzeige der geometrischen Messdaten in Form von Linien, Kreisen und/oder Zahlenwerten, wie z.B. in Form von Zahlenwerten der ermittelten Radien, Linienlängen, Schnittpunkten, Minimalwerten, Maximalwerten und Winkeln der Kontur (siehe oben).
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist die Messvorrichtung so eingerichtet, dass optional vorübergehend das von der ersten Kamera aufgenommene Gegenlichtbild des Messobjektes auf dem Bildschirm angezeigt werden kann oder auf dem Bildschirm in einem ersten Fenster die in dem Gegenlichtbild ermittelten geometrischen Messdaten in dem Auflichtbild angezeigt werden und in einem zweiten Fenster das Gegenlichtbild des Messobjektes selbst angezeigt wird. Die Anzeige des Gegenlichtbildes erfolgt dabei entweder mit natürlichen Farben oder als Falschfarbenbild (siehe oben).
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Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ist so eingerichtet, dass die Aufnahme des Gegenlichtbildes und die Aufnahme des Auflichtbildes in dem automatischen Wechsel erfolgt. Vorzugsweise werden die verschiedenen Aufnahmeverfahren mit einer Frequenz von > 1 Hz abgewechselt. Bei spezifischen Ausführungsformen erfolgt der Wechsel zwischen den verschiedenen Aufnahmeverfahren mit einer Frequenz von > 10 Hz oder gar > 20 Hz.
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Wie für das erfindungsgemäßen Verfahren oben beschrieben, können bei bestimmten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in dem auf dem Bildschirm angezeigten Auflichtbild neben denen aus dem Gegenlichtbild ermittelten geometrischen Messdaten zusätzlich auch aus dem Auflichtbild ermittelte Messdaten dargestellt werden.
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Bei den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, bei denen das Umgebungslicht nicht zur hinreichenden Beleuchtung des Messobjektes bei der Aufnahme des Auflichtbildes genügt, ist vorzugsweise an oder neben der ersten Kamera eine zweite Lichtquelle angeordnet, die auf das Messobjekt ausgerichtet ist.
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Vorzugsweise ist die Halterung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung so gestaltet, dass das in der Halterung gehaltene Messobjekt während der Ausführung des Verfahrens in verschiedene Richtungen gedreht, gewendet und geschoben werden kann. Die Steuerung der verschiedenen Bewegungen der Halterung erfolgt entweder manuell oder über die Steuer- und Auswerteeinrichtung, die mit der Halterung verbunden ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung können grundsätzlich alle Messobjekte vermessen werden, die in der Halterung gehalten werden können. Bei bestimmten Ausführungsformen wird die Messvorrichtung zur Vermessung einer Welle oder eines Werkzeuges verwendet. Beispielsweise kann die Messvorrichtung verwendet werden, um ein Bohr- oder Fräswerkzeug zu vermessen.
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Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur in dem Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. Insbesondere sind die Merkmale, die hier nur für das erfindungsgemäße Verfahren explizit erwähnt werden auch in dem Hinblick auf die hier beschriebene Messvorrichtung offenbart und anders herum.
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Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass es für den Fachmann selbstverständlich ist, dass die Figuren sowie die dazugehörige Figurenbeschreibung lediglich dazu dienen, mögliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft anzugeben. Der Fachmann wird daher ohne Weiteres verstehen, dass darüber hinaus auch alle anderen Ausführungsformen, die die in den Ansprüchen genannten erfindungsgemäßen Merkmale oder Merkmalskombinationen aufweisen, innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Ausführungsformen, die innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung der verschiedenen Bauteile einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bildschirms einer Messvorrichtung, wobei auf dem Bildschirm die aus dem Stand der Technik bekannte Darstellung eines in dem Gegenlicht aufgenommenen Schattenbildes angezeigt wird.
- 3 zeigt einen Bildschirm, auf dem gemäß der vorliegenden Erfindung das Auflichtbild des Messobjektes zusammen mit Messdaten, die aus dem Gegenlichtbild ermittelt wurden, angezeigt wird.
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In 1 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 dargestellt. Zwischen der Kamera 1, bei der es sich um die sogenannte erste Kamera handelt (siehe oben), und der ersten Lichtquelle 2 befindet sich das von der Halterung 7 gehaltene Messobjekt 5. Die erste Lichtquelle 2 ist so ausgerichtet, dass deren Lichtstrahlen (hier durch Pfeile dargestellt) auf das Messobjekt 5 treffen und so ein Schattenbild erzeugen, das von der Kamera 1 aufgenommen werden kann. Ist die erste Lichtquelle 2 eingeschaltet, kann so von der Kamera 1 ein Gegenlichtbild aufgenommen werden.
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In 1 werden gleichzeitig zwei alternative Varianten für eine Ausführungsform mit einer zweiten Lichtquelle 3, 3' dargestellt. In den meisten Fällen wird nur eine der beiden Varianten realisiert sein, also entweder eine ringförmig um die Linse der Kamera 1 angeordnete Lichtquelle 3, die auf das Messobjekt 5 ausgerichtet ist, oder eine neben der Kamera 1 angeordnete Lichtquelle 3', die auf das Messobjekt 5 ausgerichtet ist. In sehr besonderen Fällen mag es zweckmäßig sein, sowohl die Lichtquelle 3 gemäß Variante 1 als auch die Lichtquelle 3' gemäß Variante 2 zu realisieren, um das Messobjekt 5 besonders gut ausleuchten zu können.
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Das Auflichtbild kann von der Kamera 1 dann aufgenommen werden, wenn entweder die zweite Lichtquelle 3 oder die zweite Lichtquelle 3' oder gar beide zweiten Lichtquellen 3, 3' (je nach Ausführungsform) eingeschaltet ist, sodass sie die in Richtung der Kamera 1 weisende Oberfläche des Messobjektes 5 beleuchtet. Wie oben erwähnt wurde, gibt es jedoch auch Ausführungsformen, bei denen auf eine zweite Lichtquelle verzichtet wird. Die Beleuchtung des Messobjekts 5 erfolgt in diesen Fällen durch das Umgebungslicht.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist in den Bildschirm 6 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung integriert und der Bildschirm 6 und die darin integrierte Steuer- und Auswerteeinrichtung sind sowohl mit der Kamera 1 als auch mit der ersten Lichtquelle 2 und der zweiten Lichtquelle 3 bzw. 3' zwecks Signalaustausch elektronisch verbunden. Auf diese Weise können Bilddaten von der Kamera 1 an die Steuer- und Auswerteeinrichtung bzw. den Bildschirm 6 übermittelt werden. Gleichzeitig kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung über entsprechende Signale die Lichtempfindlichkeit der Kamera 1 und die Bildfrequenz von Kamera 1 steuern.
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Über die Verbindung mit der ersten Lichtquelle 2 und der zweiten Lichtquelle 3 bzw. 3' kann die jeweilige Lichtquelle von der Steuer- und Auswerteeinrichtung ein- bzw. ausgeschaltet werden. Außerdem können hierüber auch die Lichtintensität und -qualität gesteuert werden.
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In 2 ist die herkömmliche Anzeige von Messdaten, die anhand eines Gegenlichtbildes des Messobjektes 5 ermittelt wurden, dargestellt. Diese Anzeigeart entspricht somit dem bisherigen Stand der Technik.
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Auf dem Bildschirm 6 ist ein Fenster 8 zu erkennen, in dem das Gegenlichtbild des Messobjektes 5 angezeigt wird. In der Gegenlichtdarstellung gut und scharf zu erkennen ist die Kontur 11 des Messobjektes 5, und anhand dieser Kontur kann die Steuer- und Auswerteeinrichtung geometrische Messdaten 4, 4', 4" ermitteln und auf dem Bildschirm 6 in dem Fenster 8 anzeigen. Darüber hinaus können in den Anzeigenfeldern 9, 9' auch zu den geometrischen Messdaten gehörige Zahlenwerte angezeigt werden, wie z.B. Positionen von Schnittpunkten. Ferner können die zu den geometrischen Messdaten gehörigen Zahlenwerte, wie z.B. Winkel und Radius, auch in dem Fenster 8 angezeigt werden.
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Im Vergleich zu 2 wird in 3 die Anzeigeart gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. in dem Fenster 8 des Bildschirms 6 ist hier das Auflichtbild des Messobjektes 5 dargestellt, sodass hier nicht nur die Kontur 11 zu erkennen ist, sondern auch Oberflächeneigenschaften 12 (hier die gefaste Kante des Messobjektes 5).
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Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Anzeigeart (vgl. 2) werden hier die geometrischen Messdaten 4, 4', 4", die anhand der Gegenlichtaufnahme des Messobjektes 5 ermittelt wurden, nicht in der Darstellung der Gegenlichtaufnahme angezeigt, sondern in der Darstellung des Auflichtbildes, was mit den oben erwähnten Vorteilen verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Kamera
- 2
- erste Lichtquelle
- 3, 3'
- zweite Lichtquelle
- 4, 4', 4"
- geometrische Messdaten
- 5
- Messobjekt
- 6
- Bildschirm
- 7
- Halterung
- 8
- Fenster
- 9, 9`
- Anzeigenfeld
- 10
- Messvorrichtung
- 11
- Kontur
- 12
- Oberflächeneigenschaft
