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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einem optischen Sensor, der dazu eingerichtet ist, ein Messobjekt optisch zu messen, und einer Beleuchtungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Messobjekt während einer Messung zu beleuchten.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Koordinatenmessgerätes sowie ein Computerprogrammprodukt mit einem Code, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführung auf einem Computer das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, um ein erfindungsgemäßes Koordinatenmessgerät zu steuern.
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Koordinatenmessgeräte dienen dazu, beispielsweise im Rahmen einer Qualitätssicherung, Werkstücke zu überprüfen oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sog. „Reverse-Engineering“ zu ermitteln. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein sog. optisches Koordinatenmessgerät, bei dem ein optischer Sensor dazu eingesetzt wird, die Koordinaten eines Messobjektes, z.B. eines Werkstücks, berührungslos zu erfassen. Ein Beispiel eines solchen optischen Sensors ist der unter der Produktbezeichnung „ViScan“ von der Anmelderin vertriebene optische Sensor. Ein derartiger optischer Sensor kann in verschiedenen Arten von Messaufbauten oder Koordinatenmessgeräten verwendet werden. Beispiele für solche Koordinatenmessgeräte sind die von der Anmelderin vertriebenen Produkte „O-SELECT“ und „O-INSPECT“.
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Manche Beispiele von Koordinatenmessgeräten, wie auch das zuvor genannte „O-INSPECT“, verwenden sowohl einen optischen Sensor als auch einen taktilen Sensor, beispielsweise um verschiedene Prüfaufgaben an einer Maschine und idealerweise mit einer einzigen Aufspannung eines zu messenden Messobjekts durchführen zu können. Derartige Koordinatenmessgeräte werden als Multisensor-Koordinatenmessgeräte bezeichnet.
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Es sei an dieser Stelle explizit darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät nicht auf eine spezielle Bauform beschränkt ist. Typische Bauformen solcher Koordinatenmessgeräte sind Ausleger-, Brücken-, Portal- oder Ständerbauweise. Das erfindungsgemäße Koordinatenmessgerät kann jedoch auch in unkonventioneller Bauweise realisiert sein, so dass der Begriff „Koordinatenmessgerät“ vorliegend breit aufzufassen ist als jede Art von Vorrichtung, die dazu geeignet ist, Koordinaten eines Messobjektes messtechnisch zu erfassen.
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Für eine exakte Messung ist bei optischen Koordinatenmessgeräten eine entsprechende Beleuchtung des Messobjekts zwingend notwendig. Neben einer sog. Auflichtbeleuchtung, bei der sich die Lichtquelle und der optische Sensor auf der gleichen Seite des Messobjektes befinden, um das Messobjekt beispielsweise von seiner Oberseite oder seiner Unterseite aus zu beleuchten, wird in vielen optischen Koordinatenmessgeräten eine sog. Durchlichtbeleuchtung verwendet, bei der sich die Lichtquelle relativ zum optischen Sensor hinter dem Messobjekt befindet. Lichtquelle und optischer Sensor sind bei der Durchlichtbeleuchtung also auf gegenüberliegenden Seiten des Messobjektes angeordnet.
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Eine exakt auf das Messobjekt abgestimmte Beleuchtung ist insbesondere deshalb von immenser Wichtigkeit, da hierdurch der für die optische Erkennung des Messobjekts notwendige Kontrast von Hell nach Dunkel, vor Allem bei der Vermessung von Konturen und Kanten, verbessert werden kann. Die Beleuchtung muss daher individuell an die Form- und Geometrieeigenschaften des Werkstücks durch den Anwender des Koordinatenmessgeräts angepasst werden. Eine derartige Anpassung der Lichteinstellungen der Beleuchtungseinrichtung kann mitunter zeitlich relativ aufwendig sein. Grundsätzlich sollte auch gewährleistet sein, dass gleiche Messobjekte jeweils auch unter den gleichen Lichtverhältnissen gemessen werden.
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In optischen Koordinatenmessgeräten werden typischerweise telezentrische Objektive als Messobjektive eingesetzt. Idealerweise müsste für messtechnische Zwecke auch die Beleuchtung mit einem telezentrischen Objektiv ausgestaltet sein. Dies würde jedoch zu einer relativ großen Baugröße der Beleuchtungseinrichtung führen. Wenn man bedenkt, dass die Baugröße des optischen Sensors schon vergleichsweise groß ist, würde dies also zu zwei relativ großen Modulen (Sensormodul und Beleuchtungsmodul) führen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Messobjektes angeordnet sind. Für vielerlei Anwendungen ist ein derart voluminöses Koordinatenmessgerät kaum praktikabel.
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Da in traditioneller Bauweise bei einer Messung mit Durchlichtbeleuchtung das Messobjekt auf einem Objektträger liegt, die Beleuchtung von unten erfolgt und das Messobjektiv von oben auf das Messobjekt gerichtet ist, ist die Wahl der messbaren Messobjekte auf prismatische, meist flache Bauteile beschränkt. Sollen andere Bauteile bzw. deren Kanten, wie z.B. Turbinenschaufeln, optisch vermessen werden, so kann der optische Sensor (beispielsweise eine Messkamera) an einem Fünf-Achs-Koordinatenmessgerät betrieben werden. Der optische Sensor kann somit nicht nur parallel im Raum entlang dreier orthogonal zueinander ausgerichteter Achsen verschoben, sondern auch um zwei orthogonal zueinander ausgerichtete Achsen rotiert werden.
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Nachteil oder Einschränkung des zuletzt genannten Messaufbaus ist jedoch, dass der Einsatz eines Durchlichts nur noch beschränkt auf gewisse Orientierungen des Messsensors bzw. der Messkamera möglich ist, bei denen der Messsensor sowohl das Messobjekt als auch das Durchlicht „sieht“. Wird ein Modul zur quasi telezentrischen Beleuchtung zur Minimierung von Messabweichungen eingesetzt, so ist bei einem Einsatz von ortsfesten Durchlichttischen die Orientierung der Messkamera auf Winkelbereiche von ca. +/- 3° eingeschränkt. Dies macht den Messaufbau wenig flexibel.
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Eine grundsätzlich denkbare Möglichkeit der Abhilfe besteht darin, das Messobjekt relativ zu dem Messsensor und der Beleuchtungseinrichtung zu drehen, um das Messobjekt auch bei einem solchen Messaufbau möglichst allseitig vermessen zu können. Dieser Ansatz bedingt jedoch eine sehr exakte Halterung des Messobjekts, welche gleichzeitig auch dessen Bewegung/Drehung ermöglicht, wobei die jeweilige Bewegung/Drehung des Messobjektes eindeutig nachvollziehbar sein muss, um stets die Referenzierung zu ermöglichen. Die Bewegungsfreiheit solcher Halterungen kann jedoch ebenfalls eingeschränkt sein. Am Beispiel oben genannter Turbinenschaufeln ergibt sich folgender weiterer Nachteil: Diese meist langen und schlanken Bauteile werden aufgrund ihrer Umorientierung im Gravitationsfeld verbogen, was zu Messfehlern führen kann. Zudem gestaltet sich ein Verschwenken eines solch großen Werkstücks dahingehend als unattraktiv, da dafür ein sehr großes Koordinatenmessgerät vonnöten wäre.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmessgerät sowie ein Verfahren und Computerprogrammprodukt zur Steuerung dessen bereitzustellen, welche die oben genannten Probleme lösen. Dabei soll es insbesondere möglich sein, ein Messobjekt optisch in einem Durchlichtbeleuchtungsszenario möglichst exakt und allseitig vermessen zu können, ohne den Bauraum eines Koordinatenmessgerätes allzu sehr zu vergrößern.
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Vor diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß ein Koordinatenmessgerät vorgeschlagen, welches folgende Bauteile aufweist:
- - einen optischen Sensor, der dazu eingerichtet ist, ein Messobjekt optisch zu messen;
- - eine Beleuchtungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Messobjekt während einer Messung zu beleuchten;
- - ein kinematisches System, das dazu eingerichtet ist, den optischen Sensor und die Beleuchtungseinrichtung relativ zu dem Messobjekt zu bewegen; und
- - eine Steuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den optischen Sensor und die Beleuchtungseinrichtung zur Messung mithilfe des kinematischen Systems in eine Vielzahl unterschiedlicher Messposen relativ zu dem Messobjekt zu bringen und den optischen Sensor und die Beleuchtungseinrichtung dabei in jeder der Messposen jeweils so zu positionieren, dass diese zur Herstellung eines Durchlichtbeleuchtungsszenarios auf gegenüberliegenden Seiten des Messobjektes angeordnet und einander zugewandt sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmessgerätes vorgeschlagen, das einen optischen Sensor aufweist, der dazu eingerichtet ist, ein Messobjekt optisch zu messen, das eine Beleuchtungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, das Messobjekt während einer Messung zu beleuchten, und das ein kinematisches System aufweist, das dazu eingerichtet ist, den optischen Sensor und die Beleuchtungseinrichtung relativ zu dem Messobjekt zu bewegen, wobei das Verfahren umfasst:
- - Bewegen des optischen Sensors und der Beleuchtungseinrichtung mithilfe des kinematischen Systems in eine Vielzahl unterschiedlicher Messposen relativ zu dem Messobjekt, wobei der optische Sensor und die Beleuchtungseinrichtung in jeder der Messposen jeweils so positioniert werden, dass diese zur Herstellung eines Durchlichtbeleuchtungsszenarios auf gegenüberliegenden Seiten des Messobjektes angeordnet und einander zugewandt sind; und
- - Messen des Messobjektes in der Vielzahl unterschiedlicher Messposen mithilfe des optischen Sensors.
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Ferner wird ein Computerprogrammprodukt mit einem Code vorgeschlagen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführung auf einem Computer das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, um ein erfindungsgemäßes Koordinatenmessgerät zu steuern.
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Erfindungsgemäß wird also ein kinematisches System bereitgestellt, das den optischen Sensor und die Beleuchtungseinrichtung relativ zu dem Messobjekt bewegt. Die Steuerung dieses kinematischen Systems erfolgt dabei derart, dass der optische Sensor und die Beleuchtungseinrichtung in den unterschiedlichen Messposen, die zur Messung des Messobjekts notwendig sind, jeweils so positioniert werden, dass der optische Sensor und die Beleuchtungseinrichtung auf gegenüberliegenden Seiten des Messobjektes angeordnet und einander zugewandt sind. Anders als bei klassischen Aufbauten sind damit sowohl der optische Sensor als auch die Beleuchtungseinrichtung beweglich ausgestaltet, wobei deren Bewegung derart aufeinander abgestimmt ist, dass in jeder Messpose ein optimales Durchlichtbeleuchtungsszenario erzeugt wird, bei dem die Beleuchtungseinrichtung dem optischen Sensor gegenüberliegt und in dessen Blickfeld ist.
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Die Steuerungseinrichtung sorgt also dafür, dass die Position und Orientierung (Pose) der Beleuchtungseinrichtung entsprechend auf die Pose des optischen Sensors bzw. dessen Abbildungsoptik eingestellt ist. Die Beleuchtung wird also mit anderen Worten entsprechend der Pose der Abbildungsoptik des optischen Sensors nachgeführt.
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Die oben genannte Aufgabe ist somit vollständig gelöst.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, den optischen Sensor und die Beleuchtungseinrichtung in jeder der Vielzahl von Messposen so zu positionieren, dass eine Pose einer Beleuchtungsoptik der Beleuchtungseinrichtung relativ zu einer Abbildungsoptik des optischen Sensors in jeder der Vielzahl von Messposen gleich ist.
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Dies sorgt dafür, dass das Beleuchtungsszenario unabhängig von der Ausrichtung und Stellung der Abbildungsoptik des optischen Sensors konstant ist. Dadurch wird es möglich, das Messobjekt allseitig sehr exakt zu vermessen, wobei die einzelnen Messungen in den unterschiedlichen Messposen jeweils mit der gleichen Messgenauigkeit aufgenommen werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, den optischen Sensor und die Beleuchtungseinrichtung in jeder der Vielzahl von Messposen so zu positionieren, dass ein von der Beleuchtungseinrichtung erzeugter Leuchtkegel im Blickfeld einer Abbildungsoptik des optischen Sensors ist und ein Intensitätsmaximum des von der Beleuchtungseinrichtung erzeugten Leuchtkegels im Wesentlichen parallel zu einer optischen Achse der Abbildungsoptik ausgerichtet ist.
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Auf diese Weise lässt sich die Mess- und Wiederholgenauigkeit weiter steigern.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, den optischen Sensor und die Beleuchtungseinrichtung in jeder der Vielzahl von Messposen so zu positionieren, dass eine Fokalebene einer Beleuchtungsoptik der Beleuchtungseinrichtung jeweils deckungsgleich mit einer Fokalebene einer Abbildungsoptik des optischen Sensors ist.
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Insgesamt ist es also bevorzugt, die Pose der Beleuchtungsoptik der Beleuchtungseinrichtung auf die Pose der Abbildungsoptik des optischen Sensors nicht nur derart anzupassen, dass die Beleuchtung im Blickfeld der Abbildungsoptik ist, sondern auch, dass der Abstand und die Orientierung der Beleuchtungsoptik relativ zu der Abbildungsoptik in allen Messposen stets gleich ist und ein optimales Beleuchtungsszenario erzeugt.
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Es versteht sich, dass zur Erzielung dieses Effekts sowohl der gesamte optische Sensor und die gesamte Beleuchtungseinrichtung als jeweilige Baueinheiten in obiger Art und Weise relativ zueinander bewegt werden können oder nur Teile der Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise deren Beleuchtungsoptik, und Teile des optischen Sensors, beispielsweise dessen Abbildungsoptik, relativ zueinander bewegt werden. Letzteres ist insbesondere der Fall, wenn Abbildungsoptik und Auswerteelektronik des optischen Sensors nicht in ein und demselben Gehäuse untergebracht sind. Wird vorliegend also von einer Bewegung des optischen Sensors und der Beleuchtungseinrichtung relativ zu dem Messobjekt gesprochen, so kann damit sowohl eine Bewegung des gesamten optischen Sensors und der gesamten Beleuchtungseinrichtung als auch Teile derer relativ zueinander gemeint sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Beleuchtungseinrichtung dazu eingerichtet, kollimiertes Licht zu erzeugen. Die Beleuchtungseinrichtung erzeugt also vorzugsweise nicht im Halbraum abstrahlendes Licht, sondern eine (quasi-)telezentrische Beleuchtung, bei der alle Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander im Raum ausgerichtet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst das kinematische System eine erste Kinematikeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den optischen Sensor zu bewegen, und eine zweite Kinematikeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Beleuchtungseinrichtung zu bewegen.
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Bei der zweiten Kinematikeinrichtung, die für die Bewegung der Beleuchtungseinrichtung eingesetzt wird, kann es sich beispielsweise um einen Knickarmroboter handeln. Die erste Kinematikeinrichtung zur Bewegung des optischen Sensors kann hingegen eine herkömmliche Kinematikeinrichtung eines Koordinatenmessgerätes in Ausleger-, Brücken-, Portal- oder Ständerbauweise sein. Dies ermöglicht eine maximale Flexibilität der Bewegung des optischen Sensors und der Beleuchtungseinrichtung relativ zueinander.
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In einer solchen Anordnung ist es insbesondere von Vorteil, wenn sowohl die erste als auch die zweite Kinematikeinrichtung Mehr-Achs-Kinematikeinrichtungen mit drei oder mehr Freiheitsgraden sind. Beispielsweise kann die erste Kinematikeinrichtung eine Kinematikeinrichtung eines Fünf-Achs-Koordinatenmessgerätes sein, die dazu in der Lage ist, die Position und Orientierung (Pose) des optischen Sensors bzw. dessen Abbildungsoptik in fünf Freiheitsgraden zu verstellen. In diesem Fall wäre es bevorzugt, dass der als zweite Kinematikeinrichtung verwendete Knickarmroboter ebenfalls zumindest fünf Freiheitsgrade aufweist.
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Die erforderliche Genauigkeit, mit der die Beleuchtungseinrichtung positioniert werden muss, liegt typischerweise im Bereich von ca. 0,5 mm Positionsabweichung und ca. 0,5° Orientierungsabweichung. Eine solche Genauigkeit ist bereits mit günstigen Knickarmrobotern zu erreichen, so dass sich die Kosten für das Gesamtsystem in Grenzen halten. Die Kombination von einer erfindungsgemäßen quasi-telezentrischen Durchlichtbeleuchtung mit einer solchen Kinematik ist somit auch aus wirtschaftlicher Sicht vorteilhaft.
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Bei einer Ausgestaltung der zweiten Kinematikeinrichtung als Knickarmroboter ist es bevorzugt, dass die Beleuchtungseinrichtung an einem Endeffektor des Knickarmroboters angeordnet ist. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, dass eine optische Achse der Beleuchtungsoptik der Beleuchtungseinrichtung quer zu einer Drehachse des Endeffektors ausgerichtet ist. Bei einer Ausrichtung der optischen Achse der Beleuchtungsoptik parallel zur Drehachse des Endeffektors würde ansonsten nämlich eine Drehung um die Drehachse des Endeffektors keine Positions- und/oder Orientierungsänderung der Beleuchtungsoptik bewirken. Mit der „Drehachse des Endeffektors“ ist das dem Endeffektor nächstgelegene Dreh-Gelenk des Knickarmroboters gemeint.
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Anstelle zweier separater Kinematikeinrichtungen für die Bewegung des optischen Sensors und die Bewegung der Beleuchtungseinrichtung können der optische Sensor und die Beleuchtungseinrichtung gemäß einer alternativen Ausgestaltung über eine Halterung miteinander verbunden sein, die die Pose der Beleuchtungsoptik der Beleuchtungseinrichtung relativ zu der Abbildungsoptik des optischen Sensors fixiert, wobei das kinematische System eine Kinematikeinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Halterung relativ zu dem Messobjekt zu bewegen.
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Auf diese Weise wird nur eine einzige Kinematikeinrichtung benötigt, um den oben genannten Effekt der Posen-unabhängigen, konstant gehaltenen Durchlichtbeleuchtung erzeugen zu können. Für die konstant zu haltende relative Positionierung und Orientierung des optischen Sensors und der Beleuchtungseinrichtung sorgt in diesem Fall die genannte Halterung. Je nach Größe und Form der Halterung kann die Flexibilität und Bewegungsfreiheit gegenüber den oben genannten Ausgestaltungen mit zwei separaten Kinematikeinrichtungen allerdings etwas eingeschränkt sein.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Zudem versteht es sich, dass die in den abhängigen Ansprüchen zu dem Koordinatenmessgerät definierten Merkmale in gleicher oder äquivalenter Art und Weise auch als Verfahrensmerkmale für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbar sind, ohne dass diese hier nochmals separat als Verfahrensmerkmale aufgelistet sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Koordinatenmessgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2a-2c mehrere Prinzipskizzen zur Veranschaulichung eines Messprinzips des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes;
- 3 eine schematische Darstellung eines optischen Sensors, einer Beleuchtungseinrichtung und einer Halterung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 4 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerätes. Das Koordinatenmessgerät ist darin in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet.
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Das Koordinatenmessgerät 10 weist eine Basis 12 auf. Auf der Basis 12 ist ein Portal 14 in Längsrichtung 16 verschiebbar angeordnet. Bei der Basis 12 handelt es sich vorzugsweise um eine stabile Platte, welche beispielsweise aus Granit gefertigt ist. Das Portal 14 dient als bewegliche Trägerstruktur. Es weist zwei parallel zueinander angeordnete, von der Basis 12 nach oben abragende Säulen 18 auf, von denen in der Seitenansicht in 1 jedoch nur eine sichtbar ist. Diese beiden Säulen 18 sind über einen Querträger (in 1 nicht sichtbar) miteinander verbunden, so dass das Portal 14 gesamthaft typischerweise eine in etwa umgekehrte U-Form hat.
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An dem Querträger des Portals 14 ist ein Schlitten 20 angeordnet, der in Querrichtung 22 verfahrbar ist. Der Schlitten 20 trägt eine Pinole 24, die in vertikaler Richtung 26 verfahrbar ist.
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Die drei Verfahrrichtungen 16, 22, 26 sind orthogonal zueinander ausgerichtet und werden typischerweise als x-, y- und z-Achsen bezeichnet.
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Am unteren freien Ende der Pinole 24 ist ein optischer Sensor 28 angeordnet, der als Messsensor des Koordinatenmessgerätes 10 dient. Der optische Sensor weist beispielsweise eine oder mehrere Kameras auf. Bei einer solchen Messkamera kann es sich beispielsweise um eine Monokamera, eine Stereokamera, einen optischen Triangulationsliniensensor oder einen konfokalen Weißlichtsensor handeln. Selbstverständlich können diverse weitere Arten solcher optischer Sensoren zum Einsatz kommen, die dazu geeignet sind, ein Messobjekt mit Hilfe von bildgebenden Verfahren optisch zu vermessen.
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Die von dem optischen Sensor 28 aufgenommenen Messdaten, welche typischerweise in Form von Bilddaten vorliegen, werden in einer Auswerte- und Steuereinheit 30 des Koordinatenmessgerätes 10 ausgewertet. Die Auswertung dieser Daten innerhalb der Auswerte- und Steuereinheit 30 kann in bekannter Art und Weise mit Hilfe gängiger Bildauswertungsalgorithmen erfolgen, die auf dem Prinzip der Stereoskopie, der Triangulation, der Streifenlichtprojektion etc. basieren.
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Die zur Berechnung der Koordinaten des Messobjektes 32 ebenfalls notwendige Poseninformation des optischen Sensors 28, also die Information über die Position und Orientierung des optischen Sensors 28, wird typischerweise anhand mehrerer Sensoren erfasst, die die aktuelle Position des Portals 14 relativ zu der Basis 12, die Position des Schlittens 20 relativ zu dem Portal 14, die Position der Pinole 24 relativ zu dem Schlitten 20 sowie die Orientierung des optischen Sensors 28 relativ zu der Pinole 24 bestimmen. Auf diese Weise lassen sich sehr exakt die Koordinaten des Messobjektes 32 berührungslos bestimmen.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Portal 14, der Schlitten 20 und die Pinole 24 Teil einer ersten Kinematikeinrichtung 34, die der Bewegung des optischen Sensors 28 dient. Eine zweite Kinematikeinrichtung 36 umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Knickarmroboter 38.
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Bei dem Knickarmroboter 38 handelt es sich beispielsweise um einen Knickarmroboter mit sechs Rotationsachsen 44, 46, 48, 50, 52, 54. An dem Endeffektor 40 des Knickarmroboters 38 ist eine Beleuchtungseinrichtung 42 angeordnet, die dazu eingerichtet ist, kollimiertes Licht zu erzeugen.
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Gesteuert wird der Knickarmroboter 38 über eine Steuerungseinrichtung 30'. In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Steuerungseinrichtung 30 der ersten Kinematikeinrichtung 34 als separate Einheit von der Steuerungseinrichtung 30' der zweiten Kinematikeinrichtung 36 dargestellt. Die beiden Steuereinheiten 30, 30' sind entsprechend über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung 56 miteinander verbunden, um untereinander Daten austauschen zu können. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die beiden zu dem Koordinatenmessgerät 10 gehörenden Steuereinheiten 30, 30' als eine einzige Steuereinheit ausgebildet sind, die sowohl die erste Kinematikeinrichtung 34 als auch die zweite Kinematikeinrichtung 36 steuert und ebenso die Auswertung der Daten des optischen Sensors 28 zur Ermittlung der Koordinaten des Messobjektes 32 ausführt. Bei der Steuereinrichtung 30 handelt es sich beispielsweise um einen Computer, auf dem eine entsprechende Steuerungssoftware sowie messtechnische Software installiert ist.
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Die Steuerungseinrichtung(en) 30, 30' ist (sind) dazu eingerichtet, den optischen Sensor 28 und die Beleuchtungseinrichtung 42 zur Messung mit Hilfe des kinematischen Systems 58, welches in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die beiden Kinematikeinrichtungen 34, 36 umfasst, in eine Vielzahl unterschiedlicher Messposen relativ zu dem Messobjekt 32 zu bringen. Drei dieser unterschiedlichen Messposen, also Positionen und Orientierungen des optischen Sensors 28 und der Beleuchtungseinrichtung 42, sind beispielhaft in 2a-2c gezeigt.
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Die Steuerungseinrichtung(en) 30, 30' ist insbesondere dazu eingerichtet, den optischen Sensor 28 und die Beleuchtungseinrichtung 42 in jeder dieser verschiedenen Messposen jeweils so zu positionieren, dass der optische Sensor 28 und die Beleuchtungseinrichtung 42 zur Herstellung eines Durchlichtbeleuchtungsszenarios auf gegenüberliegenden Seiten des Messobjektes angeordnet und einander zugewandt sind. Die Steuerungseinrichtung(en) 30, 30' steuert also die erste Kinematikeinrichtung 34 und die zweite Kinematikeinrichtung 36 derart, dass in jeder Position und Orientierung des optischen Sensors 28 die Beleuchtungseinrichtung 42 eine entsprechende Gegenposition und -orientierung einnimmt, so dass das Beleuchtungsszenario unabhängig von der Position und Orientierung des optischen Sensors 42 relativ zu dem Messobjekt 32 immer möglichst konstant/gleich ist. Die Beleuchtung wird also entsprechend der Position und Orientierung des optischen Sensors 42 nachgeführt. Diese Nachführung kann, muss jedoch nicht synchron ablaufen. Sie kann auch schrittweise für jede einzelne Messpose nachgeführt werden. Im Falle eines Scannings ist es jedoch vorteilhaft, das Nachführen der Beleuchtungseinrichtung 42 synchron mit der Posenänderung des optischen Sensors 28 auszuführen.
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Die Pose der Beleuchtungseinrichtung 42 wird dabei jeweils derart eingestellt, dass die Beleuchtung im Blickfeld der Abbildungsoptik 60 des optischen Sensors 28 ist. Vorzugsweise ist die Orientierung der Beleuchtungseinrichtung 42 so eingestellt, dass das Maximum des Leuchtkegels der Beleuchtungseinrichtung 42 in jeder Messpose parallel zur optischen Achse der Abbildungsoptik ausgerichtet ist und der Abstand zwischen der Beleuchtungsoptik 62 der Beleuchtungseinrichtung 42 und der Abbildungsoptik 60 des optischen Sensors 28 stets konstant ist. Besonders bevorzugt ist die Fokalebene der Beleuchtungsoptik 62 der Beleuchtungseinrichtung 42 in jeder Messpose jeweils deckungsgleich mit der Fokalebene der Abbildungsoptik 60 des optischen Sensors 28. Messabweichungen aufgrund unerwünschter Reflexionen am Messobjekt 32, welche insbesondere bei gekrümmten Oberflächen am Messobjekt 32 auftreten, können somit auf ein Minimum reduziert werden.
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Der optische Sensor 28 und die Beleuchtungseinrichtung 42 bzw. deren Kinematiken 34, 36 werden im Vorfeld einer Messung eingemessen bzw. kalibriert. Bei der Einmessung des optischen Sensors 28 wird typischerweise der Tool-Vektor der in dem optischen Sensor 28 verwendeten Kamera inklusive deren Orientierung bestimmt. Dies ist jedoch grundsätzlich bei optischen Koordinatenmessgeräten vonnöten, weshalb darauf im Vorliegenden nicht weiter eingegangen wird.
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Die Einmessung der zweiten Kinematikeinrichtung 36 und der Beleuchtungseinrichtung 42 kann beispielsweise mit einem taktilen Koordinatenmessgerät erfolgen, dessen Tastkopf mit dem Endeffektor 40 des Knickarmroboters 38 verbunden ist, um die Position und Orientierung des Endeffektors 40 für jeden Punkt im Raum exakt zu kalibrieren.
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Sind beide Kinematiken 34, 36 entsprechend eingemessen, so kann für jede anzufahrende Messpose des optischen Sensors 28 die Beleuchtungseinrichtung 42 so positioniert werden, dass diese optimal im Blickfeld angeordnet ist und der Schwerstrahl der von der Beleuchtungseinrichtung 42 erzeugten Beleuchtungskeule parallel zu der optischen Achse der Abbildungsoptik 60 ausgerichtet ist. Das Messobjekt 32 befindet sich dabei in jeder Messpose immer zwischen der Beleuchtungseinrichtung 42 und dem optischen Sensor 28.
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3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels, in dem das kinematische System 58 zur Bewegung des optischen Sensors 28 und der Beleuchtungseinrichtung 42 lediglich eine (einzige) Kinematikeinrichtung 34' aufweist, die sowohl den optischen Sensor 28 als auch die Beleuchtungseinrichtung 42 bewegt. Die Kinematikeinrichtung 34' kann beispielsweise durch das Portal 14, den Schlitten 20 und die Pinole 24 gebildet sein, also die gleiche Form und Bauteile aufweisen wie die bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels genannte erste Kinematikeinrichtung 34.
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Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch keine zweite Kinematikeinrichtung 36, also kein Knickarmroboter 38, benötigt. Stattdessen sind der optische Sensor 28 und die Beleuchtungseinrichtung 42 in diesem zweiten Ausführungsbeispiel über eine Halterung 64 miteinander verbunden, die dazu eingerichtet ist, die Pose der Beleuchtungsoptik 62 relativ zu der Abbildungsoptik 60 konstant zu halten bzw. zu fixieren. Die Halterung 64 ist ihrerseits über die Kinematikeinrichtung 34' bewegbar, beispielsweise entlang dreier translatorischer Achsen verfahrbar und um eine, zwei oder drei Achsen rotierbar, wie dies schematisch in 3 anhand der Pfeile 66 dargestellt ist. Das Prinzip der Herstellung eines für jede Messpose stets gleichbleibenden Durchlichtbeleuchtungsszenarios bleibt damit gleich, wenngleich die Bewegungsfreiheit des optischen Sensors 28 und der Beleuchtungseinrichtung 42 im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, in dem deren Posen separat voneinander steuerbar sind, etwas geringer.
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4 stellt in schematischer Art und Weise nochmals den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
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Es versteht sich, dass die beiden vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiele lediglich der schematischen Veranschaulichung des Prinzips und der Ausführungsweise der vorliegenden Erfindung dienen. Diverse Abwandlungen funktionaler und struktureller Art sind möglich, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
