DE10203018A1

DE10203018A1 - Method and device for acquiring information from a tool

Info

Publication number: DE10203018A1
Application number: DE2002103018
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Eckstein
Original assignee: E Zoller GmbH and Co KG; E Zoller GmbH and Co KG Einstell und Messgeraete
Current assignee: E Zoller GmbH and Co KG; E Zoller GmbH and Co KG Einstell und Messgeraete
Priority date: 2002-01-26
Filing date: 2002-01-26
Publication date: 2003-11-13
Also published as: WO2003062745A1; EP1412696A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erfassung von Informationen über ein Werkzeug (10), insbesondere zum Vermessen eines Maschinenwerkzeugs in einem Einstellgerät (11), bei dem vom Werkzeug (10) in verschiedenen Aufnahmestellungen mit zumindest einer Kamera (12) Bilder (13 bis 17) aufgenommen werden. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß die Bilder (13 bis 17) entsprechend ihrer Aufnahmestellung in eine Datenstruktur (18) für einen dreidimensionalen Raum einsortiert werden.The invention relates to a method for acquiring information about a tool (10), in particular for measuring a machine tool in an adjusting device (11), in which images (13) of the tool (10) in different recording positions with at least one camera (12) to 17) are included. DOLLAR A It is proposed that the images (13 to 17) are sorted into a data structure (18) for a three-dimensional space according to their recording position.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Informationen eines Werkzeugs. The invention relates to a method and an apparatus for Acquisition of information from a tool.

Aus der DE 44 31 059 C2 ist ein gattungsbildendes Verfahren und eine gattungsbildende Vorrichtung bekannt. Die Vorrichtung besitzt eine um eine Achse drehbare Werkzeugaufnahme, eine Videokamera, über die Werkzeugkonturen von einem Werkzeugabschnitt in verschiedenen Drehpositionen während einer Drehung des Werkzeugs um die Achse der Werkzeugaufnahme unter Erzeugung von Bildern für die Werkzeugpositionen detektierbar sind, einen Rechner zur Bestimmung und Ausgabe von Abmessungswerten mit einem Speicher zur Speicherung der aus den Bildern ermittelten Geometriedaten und eine Einrichtung zum Vergleich von in verschiedenen Drehpositionen detektierten Konturabschnitten mit dem Ergebnis einer Extremwertfeststellung unter den verglichenen Geometriedaten bei einem Vergleich der Geometriedaten von Bildern über den gesamten Konturabschnitt. Die Einrichtung ist derart ausgebildet, daß als Ergebnis der Extremwertfeststellung eine Hüllkurve ermittelt wird, die die wirkliche Arbeitskontur des Werkzeugs im Werkstück repräsentiert. DE 44 31 059 C2 is a generic method and a generic device is known. The The device has a tool holder that can be rotated about an axis, a video camera, over the tool contours of one Tool section in different rotary positions during one Rotation of the tool around the axis of the tool holder below Generation of images for the tool positions detectable are a computer for determining and outputting Dimension values with a memory for storing the from the Geometry data determined images and a device for Comparison of detected in different rotational positions Contour sections with the result of a Extreme value determination among the compared geometry data for one Comparison of the geometry data of images across the entire Contour section. The device is designed such that The result of the extreme value determination is an envelope which is the real working contour of the tool in the Workpiece represented.

Mit der vorgeschlagenen Erfindung werden dreidimensionale Daten hinsichtlich der Vermessung eines Werkzeugs ausgewertet. Ein Überblick zu Verfahren der Auswertung dreidimensionaler Daten findet sich in Carsten Steger: Unbiased Extraction of Curvilinear Structures from 2D and 3D Images; Dissertation, Fakultät für Informatik, Technische Universität München, 1998; Herbert Utz Verlag, München, ISBN 3-89675-346-0 With the proposed invention three-dimensional Data regarding the measurement of a tool evaluated. An overview of three-dimensional evaluation methods Data can be found in Carsten Steger: Unbiased Extraction of Curvilinear Structures from 2D and 3D Images; Dissertation, Faculty of Computer Science, Technical University of Munich, 1998; Herbert Utz Verlag, Munich, ISBN 3-89675-346-0

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung mit gesteigerter Meßgenauigkeit und der Möglichkeit der Visualisierung eines Werkzeugs bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The invention is based in particular on the object Generic method and a generic device with increased measuring accuracy and the possibility of Provide visualization of a tool. It is according to the invention by the features of independent Claims resolved. Further configurations result from the Dependent claims.

Advantages of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erfassung von Informationen eines Werkzeugs, insbesondere zur Visualisierung und zum Vermessen eines Maschinenwerkzeugs in einem Einstellgerät, bei dem vom Werkzeug in verschiedenen Aufnahmestellungen mit zumindest einer Kamera Bilder aufgenommen werden. The invention is based on a method for detecting Information of a tool, in particular for Visualization and for measuring a machine tool in one Setting device, in which the tool in different Shooting positions with at least one camera captured images become.

Es wird vorgeschlagen, daß die Bilder entsprechend ihrer Aufnahmestellung in eine Datenstruktur für einen dreidimensionalen Raum einsortiert werden. Es können insbesondere durch Interpolationen im dreidimensionalen Raum weitere verwertbare Informationen gewonnen werden, wodurch bei kurzen Meßzeiten bzw. mit wenigen Bildern eine hohe Meß- und Abbildungsgenauigkeit erreichbar ist. Ferner kann das Werkzeug visualisiert werden, und zwar insbesondere indem aus der Datenstruktur ein dreidimensionales Oberflächenmodell berechnet wird, das zumindest einen Teil des Werkzeugs darstellt. Anstatt einem dreidimensionalen Oberflächenmodell könnten auch einzelne, das Werkzeug umspannende Linien berechnet werden. It is suggested that the images correspond to their Position in a data structure for one three-dimensional space. In particular, it can Interpolations in three-dimensional space further usable Information can be obtained, resulting in short measuring times or with a few pictures a high measurement and Imaging accuracy is achievable. The tool can also be visualized in particular by entering from the data structure three-dimensional surface model is calculated that represents at least part of the tool. Instead of one three-dimensional surface model could also be single, lines spanning the tool are calculated.

Zur Aufnahme der Bilder kann die Kamera und/oder vorteilhaft das Werkzeug bewegt werden. Ferner kann eine Kamera zur Aufnahme einer oder mehrerer Sichtkanten oder es können mehrere Kameras verwendet werden, wodurch wiederum Meßzeit eingespart werden kann, beispielsweise indem mit zwei Kameras zwei um 180° versetzte Sichtkanten des Werkzeugs aufgenommen werden und nach einer Umdrehung von 180° des Werkzeugs dieses vollständig erfaßt ist. The camera and / or advantageously can be used to take the pictures the tool can be moved. Furthermore, a camera for Recording one or more visible edges or multiple Cameras are used, which in turn saves measurement time can be, for example, by using two cameras around two 180 ° offset edges of the tool can be recorded and after a rotation of 180 ° of the tool this is completely covered.

Mit geringem Rechenaufwand kann das dreidimensionale Oberflächenmodell erstellt werden, indem Querschnittsflächen durch den durch die Datenstruktur abgebildeten dreidimensionalen Raum ausgewertet werden. Die gewählten Querschnittsflächen können dabei verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Winkel zur Längs- und/oder Rotationsachse des Werkzeugs einschließen, vorteilhaft steht jedoch die Längs- und/oder Rotationsachse senkrecht auf den gewählten Querschnittsflächen. With little computing effort, the three-dimensional Surface model can be created by using cross-sectional areas the three-dimensional represented by the data structure Space can be evaluated. The selected cross-sectional areas can be different, useful to the expert appearing angles to the longitudinal and / or rotational axis of the tool include, but the longitudinal and / or is advantageous Rotation axis perpendicular to the selected one Cross-sectional areas.

Werden zumindest in Teilbereichen zur Bestimmung des Oberflächenmodells Voxel-Informationen unter Einbeziehung dreidimensionaler Nachbarschaften bzw. unter Einbeziehung von benachbarten Voxel-Informationen verwendet, können gegenüber der Bestimmung des Oberflächenmodells mit Querschnittsflächen mehr verwertbare Informationen gewonnen und dadurch genauere Werte ermittelt bzw. berechnet werden, und zwar indem eine Interpolation in mehrere Raumrichtungen ermöglicht wird. Are at least in some areas for determining the Including surface model of voxel information three-dimensional neighborhoods or with the inclusion of neighboring voxel information can be used against the Determination of the surface model with cross-sectional areas gained more usable information and thereby more precise Values are determined or calculated, namely by a Interpolation in several spatial directions is made possible.

Ferner kann insbesondere die Meßgenauigkeit erhöht werden, indem Informationen über die Relativbewegung des Werkzeugs zur Kamera genutzt werden, beispielsweise indem die Bewegung des Werkzeugs zur Kamera durch eine Funktion beschrieben, insbesondere approximiert wird, und eine maximale Auslenkung durch die Berechnung eines Extremwerts der Funktion bestimmt wird, wobei die Funktion bei einem drehend angetriebenen Werkzeug beispielsweise von einem Polynom angenähert wird. Die Informationen können nach der Bestimmung des dreidimensionalen Oberflächenmodells oder während der Bestimmung des Oberflächenmodells, insbesondere zur Bestimmung des Oberflächenmodells, genutzt werden, wobei im letzteren Fall wiederum genauere Meßwerte erzielt werden können, und zwar insbesondere indem Informationen über die Bildschärfe für die Gewichtung der Anpassung einfach genutzt werden können. Furthermore, the measuring accuracy can be increased in particular, by providing information about the relative movement of the tool be used to the camera, for example by moving the tool to the camera is described by a function, is approximated in particular, and a maximum deflection determined by calculating an extreme value of the function is, the function of a rotating driven Tool, for example, is approximated by a polynomial. The information can be determined after the three-dimensional surface model or while determining the Surface model, especially for determining the Surface model, are used, in the latter case again more accurate measurements can be achieved especially by providing information about image sharpness for the Weighting the adjustment can be used easily.

Sind Informationen über die Oberflächenform des Werkzeugs bekannt und können diese verwertet werden, kann der erforderliche Rechenaufwand reduziert, die Meßgenauigkeit erhöht und/oder die Meßzeit verkürzt werden. Die Informationen über die Oberflächenform des Werkzeugs können manuell eingegeben oder vorteilhaft teil- oder vollautomatisiert erfaßt werden, beispielsweise über einen am Werkzeug angebrachten Code und eine Ausleseeinheit. Is information about the surface shape of the tool known and can these be used, the required computing effort reduced, the measurement accuracy increased and / or the measuring time can be shortened. The information about the surface shape of the tool can be entered manually or advantageously be recorded partially or fully automatically, for example via a code attached to the tool and a readout unit.

Ist das Oberflächenmodell bestimmt, kann aus diesem durch zumindest eine Extremwertbestimmung einfach eine Wirkkontur des Werkzeugs bestimmt werden, die eine relevante Kenngröße des Werkzeugs darstellt. Once the surface model has been determined, you can use this at least one extreme value determination simply an active contour of the Tool that are a relevant parameter of the Represents tool.

Ferner können aussagekräftige Informationen über das Werkzeug gewonnen werden, indem lokale Extremwerte des Oberflächenmodells zu einer Abbildung einer Werkzeugschneide zusammengefaßt werden und/oder der Freiwinkel einer Werkzeugschneide des Werkzeugs mittels der Orientierung einer Fläche entgegen der Schneidrichtung hinter der Werkzeugschneide bestimmt wird. Wurden die lokalen Extremwerte des Oberflächenmodells zu einer Abbildung einer Werkzeugschneide zusammengefaßt, kann zudem vorteilhaft durch die geometrische Beziehung der lokalen Extremwerte die Steigung der Werkzeugschneide einfach bestimmt werden. It can also provide meaningful information about the tool are obtained by local extreme values of the Surface model for an image of a tool cutting edge be summarized and / or the clearance angle of a cutting edge the tool by means of the orientation of a surface the cutting direction behind the tool cutting edge becomes. Were the local extreme values of the surface model combined into an image of a cutting edge, can also be advantageous due to the geometric relationship of the local extreme values the slope of the tool cutting edge simply be determined.

Die Berechnung des Oberflächenmodells kann nach der Aufnahme der Bilder oder vorteilhaft noch während der Aufnahme der Bilder erfolgen, wodurch insgesamt Meßzeit eingespart werden kann. The surface model can be calculated after the recording of the pictures or advantageously while recording the Images are taken, which saves a total of measurement time can.

Ferner kann Meßzeit eingespart und/oder es können in relevanten Bereichen des Werkzeugs genauere Werte ermittelt werden, indem das Oberflächenmodell nur in zu erwartenden Extremwertbereichen erstellt wird. Die zu erwartenden Extremwertbereiche können sich durch bei den Aufnahmen ermittelte Rechenwerte ergeben und/oder können auf bekannten Informationen über das Werkzeug basieren. Furthermore, measurement time can be saved and / or in relevant areas of the tool more precise values are determined, by only expecting the surface model in expected Extreme value ranges is created. The expected ones Extreme value ranges can be determined from those determined during the recordings Calculated values result and / or can be based on known information based the tool.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß in zu erwartenden Extremwertbereichen mehr Bilder aufgenommen werden als in anderen Bereichen, und zwar insbesondere durch eine geringere Relativbewegung zwischen der Kamera und dem Werkzeug und/oder durch eine erhöhte Aufnahmefrequenz, wodurch wiederum die Meßgenauigkeit und Abbildungsgenauigkeit in relevanten Bereichen erhöht und/oder Meßzeit eingespart werden kann. In a further embodiment of the invention suggested that more in expected extreme value ranges Images are taken than in other areas, namely in particular due to a lower relative movement between the camera and the tool and / or by an increased Recording frequency, which in turn increases the measuring accuracy and Mapping accuracy in relevant areas increased and / or Measurement time can be saved.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages result from the following Drawing description. In the drawing, an embodiment of the Invention shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also use the features individually consider and to meaningful further combinations sum up.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Kamera und einer Bildverarbeitungseinrichtung, Fig. 1 shows an inventive device with a camera and an image processing means,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Kamerabildes von einem Werkzeugabschnitt, Fig. 2 is a schematic representation of a first camera image of a tool portion,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Kamerabildes nach einer Drehung des Werkzeugs, Fig. 3 is a schematic representation of a second camera image after a rotation of the tool,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines 3D-Raums mit einsortierten Kamerabildern und einzelnen Schnittebenen, Fig. 4 is a schematic representation of a 3D space with specific genre camera images and individual section planes,

Fig. 5 die einzelnen Schnittebenen aus Fig. 4, Fig. 5, the individual cutting planes of Fig. 4,

Fig. 6 eine Extremwertermittlung in einer Schnittebene und Fig. 6 is an extreme value determination in a cutting plane, and

Fig. 7 ein aus den Kamerabildern generiertes dreidimensionales Oberflächenmodell. Fig. 7 a generated from the camera images a three-dimensional surface model.

Description of the embodiment

Fig. 1 zeigt ein Einstellgerät 11 mit einem verfahrbaren Optikträger 33. Der Optikträger 33 ist entlang wenigstens zwei Achsen verfahrbar und trägt eine CCD-Kamera 12 sowie eine Beleuchtungseinheit 33. Die CCD-Kamera 12 nimmt vom Werkzeug 10, das in einer Werkzeugaufnahme 31 eingespannt und um seine Längsachse 32 drehbar ist, Bilder 13, 14, 15, 16, 17 in verschiedenen Aufnahmestellungen auf, und zwar in verschiedenen Drehstellungen des Werkzeugs 10. Denkbar ist auch, daß eine weitere CCD-Kamera 12 zur Aufnahme von Bildern versetzt zur ersten CCD-Kamera 12 angeordnet ist, um zusätzlich Bilder aus einem anderen Winkel aufnehmen zu können, wie in Fig. 1 angedeutet. Fig. 1 shows a setting device 11 with a movable carrier 33 optics. The optics carrier 33 can be moved along at least two axes and carries a CCD camera 12 and an illumination unit 33 . The CCD camera 12 takes pictures 13, 14, 15, 16, 17 of the tool 10 , which is clamped in a tool holder 31 and rotatable about its longitudinal axis 32 , in different holding positions, specifically in different rotational positions of the tool 10 . It is also conceivable that a further CCD camera 12 for recording images is arranged offset from the first CCD camera 12 in order to be able to additionally record images from a different angle, as indicated in FIG. 1.

Die Vermessung und Visualisierung des Werkzeugs 10 beginnt mit dem Einschalten des Einstellgeräts 11. Ein Benutzer positioniert die am Optikträger 30 montierte CCD-Kamera 12 manuell oder diese wird automatisch derart positioniert, daß das Werkzeug 10 im Blickfeld der CCD-Kamera 12 erscheint. Das Werkzeug 10 wird über die Werkzeugaufnahme 31 um seine Längsachse 32 gedreht, wobei die Werkzeugaufnahme 31 über einen Motor automatisch oder manuell gedreht werden kann, und zwar schrittweise oder vorteilhaft kontinuierlich. Während der Drehung werden in verschiedenen Drehstellungen mit der CCD- Kamera 12 Bilder 13, 14, 15, 16, 17 der Kontur 40 des Werkzeugs 10 aufgenommen sowie die zu jedem Bild 13, 14, 15, 16, 17 gehörende Winkelposition gespeichert (Fig. 2 und Fig. 3). The measurement and visualization of the tool 10 begins when the setting device 11 is switched on . A user positions the CCD camera 12 mounted on the optics carrier 30 manually or it is automatically positioned such that the tool 10 appears in the field of view of the CCD camera 12 . The tool 10 is rotated about its longitudinal axis 32 via the tool holder 31 , the tool holder 31 being able to be rotated automatically or manually via a motor, step by step or advantageously continuously. During the rotation, images 13, 14, 15, 16, 17 of the contour 40 of the tool 10 are recorded in various rotary positions with the CCD camera 12 and the angular position associated with each image 13, 14, 15, 16, 17 is stored ( FIG. 2 and Fig. 3).

Abhängig von der Drehstellung des Werkzeugs 10 ist ein anderer Konturverlauf im Blickfeld der CCD-Kamera 12 sichtbar. Um das Werkzeug 10 vorteilhaft vollständig zu erfassen, wird dieses während dem Meßablauf zumindest einmal um 360° gedreht. Möglich ist jedoch auch, daß das Werkzeug 10 nur in einem Teilbereich oder in einzelnen Teilbereichen erfaßt bzw. entsprechend vermessen wird, beispielsweise, daß bei Werkzeugen mit mehreren Werkzeugschneiden die Werkzeugschneiden einzeln vermessen werden und hierbei das Werkzeug nur um einen Bruchteil von 360° gedreht werden muß. Depending on the rotational position of the tool 10 , a different contour profile is visible in the field of view of the CCD camera 12 . In order to advantageously completely grasp the tool 10 , it is rotated through 360 ° at least once during the measurement process. However, it is also possible for the tool 10 to be detected or measured accordingly only in a partial area or in individual partial areas, for example that in the case of tools with a plurality of tool cutting edges, the tool cutting edges are measured individually and the tool is only rotated by a fraction of 360 ° got to.

Ausgangspunkt für die Generierung einer 3D-Oberfläche bzw. eines dreidimensionalen Oberflächenmodells 19 ist der Ansatz, daß sich jeder Punkt auf der Oberfläche 34 des Werkzeugs 10 bei der Drehung der Werkzeugaufnahme 31 auf einer Kreisbahn bewegt (Fig. 4 bis 7). Der Radius der Kreisbahn ist dabei durch den Abstand zur Längsachse 32 bzw. zur Drehachse bestimmt, insbesondere laufen Punkte auf einer Werkzeugschneide 28 mit einem größeren Radius um als Punkte abseits der Werkzeugschneide 28. Zur Ermittlung des dreidimensionalen Oberflächenmodells 19 werden die während der Drehung des Werkzeugs 10 aufgenommenen Bilder 13, 14, 15, 16, 17 nicht direkt hinsichtlich ihrer Grauwerte ausgewertet, sondern entsprechend ihrer Aufnahmestellung in eine Datenstruktur 18 für einen dreidimensionalen Raum mit einer gemeinsamen Z-Achse einsortiert (Fig. 4). Die Bilder 13, 14, 15, 16, 17 bilden hierbei einen Zylinder 35, der die Z-Achse als Mittelachse aufweist. Die Mittelachse des Zylinders 35 entspricht der Längsachse 32 bzw. der Drehachse der Werkzeugaufnahme 31. Der Drehwinkel ist mit (Θ) bezeichnet, während die Achse senkrecht zur Längsachse 32 mit (R) bezeichnet ist. The starting point for the generation of a 3D surface or a three-dimensional surface model 19 is the approach that every point on the surface 34 of the tool 10 moves on a circular path when the tool holder 31 rotates ( FIGS. 4 to 7). The radius of the circular path is determined by the distance from the longitudinal axis 32 or the axis of rotation, in particular points on a tool cutting edge 28 run around with a larger radius than points away from the tool cutting edge 28 . To determine the three-dimensional surface model 19 , the images 13, 14, 15, 16, 17 recorded during the rotation of the tool 10 are not evaluated directly with regard to their gray values, but rather according to their recording position in a data structure 18 for a three-dimensional space with a common Z axis sorted ( Fig. 4). The images 13, 14, 15, 16, 17 here form a cylinder 35 which has the Z axis as the central axis. The central axis of the cylinder 35 corresponds to the longitudinal axis 32 or the axis of rotation of the tool holder 31 . The angle of rotation is denoted by (Θ), while the axis perpendicular to the longitudinal axis 32 is denoted by (R).

Aus der Datenstruktur 18 wird ein dreidimensionales, das Werkzeug 10 darstellendes Oberflächenmodell 19 berechnet (Fig. 7). Zur Bestimmung des Oberflächenmodells 19 werden Querschnittsflächen 20, 21, 22, 23, 24 durch den durch die Datenstruktur 18 abgebildeten dreidimensionalen Raum ausgewertet (Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 7). Es sind aus einer großen Anzahl von Bildern bei einer Drehung um 360° des Werkzeugs 10 sowie aus einer großen Anzahl von Querschnittsflächen beispielhaft nur wenige Bilder 13, 14, 15, 16, 17 und Querschnittsflächen 20, 21, 22, 23, 24 dargestellt. A three-dimensional surface model 19 representing the tool 10 is calculated from the data structure 18 ( FIG. 7). To determine the surface model 19 are cross-sectional areas 20, 21, 22, 23, evaluated by the mapped by the data structure 18 three-dimensional space 24 (Fig. 4, Fig. 5 and Fig. 7). Only a few images 13, 14, 15, 16, 17 and cross-sectional areas 20 , 21 , 22 , 23 , 24 are shown by way of example from a large number of images when the tool 10 is rotated through 360 ° and from a large number of cross-sectional areas.

Eine einzelne Querschnittsfläche, die einen Schnitt entlang der R-Achse bei einem festen Z-Wert darstellt und auch als (R, Θ)-Schnittbild bezeichnet werden kann, läßt sich auch ohne die Konstruktion eines dreidimensionalen Oberflächenmodells konstruieren, und zwar indem z. B. von allen Aufnahmen einer Bildserie die Grauwertinformationen einer bestimmten Zeile aneinandergefügt werden. Damit läßt sich aus der Kombination mehrerer (R, Θ)-Schnitte bzw. mehrerer Querschnittsflächen, die wie vorhergehend beschrieben aus den Grauwertinformationen einzelner Zeilen der Bilder erzeugt wurden, ein 3D-Datensatz eines Werkzeugs erzeugen. A single cross-sectional area that is a cut along the R axis at a fixed Z value and also as (R, Θ) sectional image can also be called without the construction of a three-dimensional Construct surface model, by z. B. of all recordings the gray scale information of a certain one of a series of images Line can be joined together. So that from the Combination of several (R, Θ) cuts or several Cross-sectional areas, which as described above from the Gray value information of individual lines of the images were generated Generate a 3D data record of a tool.

Um einen Oberflächenverlauf des Werkzeugs 10 zu ermitteln, kann dieser im einfachsten Fall direkt aus dem 3D-Volumen entnommen werden, ohne daß Informationen über eine Relativbewegung des Werkzeugs 10 zur CCD-Kamera 12 oder Informationen der Oberflächenform des Werkzeugs 10 genutzt werden. Verfeinerte Verfahren passen entsprechende Funktionen, die die Bewegung des Werkzeugs 10 und/oder bekannte Oberflächenformen des Werkzeugs 10 beschreiben, an die Volumendaten an, wie u. a. durch eine lokale Approximation mit Ebenen, Parabeln oder Hyperboloiden. In order to determine a surface course of the tool 10 , in the simplest case it can be taken directly from the 3D volume without using information about a relative movement of the tool 10 to the CCD camera 12 or information about the surface shape of the tool 10 . Refined methods adapt corresponding functions, which describe the movement of the tool 10 and / or known surface shapes of the tool 10 , to the volume data, such as, for example, by a local approximation with planes, parabolas or hyperboloids.

Für die Ermittlung einer Wirkabmessung wird der 3D-Datensatz hinsichtlich maximaler Auslenkungen des Werkzeugs 10 ausgewertet. Beispielhaft wird dies an einer Querschnittsfläche 20 gezeigt (Fig. 6). Das Verfahren ist analog auf mehrere Querschnittsflächen 21, 22, 23, 24 und damit auf den gesamten 3D- Datensatz anwendbar. Mit den lokalen Extremwerten 27 aus den einzelnen Querschnittsflächen 21, 22, 23, 24 wird der relevante Teil des 3D-Modells des Werkzeugs gebildet. Mit dem dreidimensionalen Oberflächenmodells 19 können einzelne Werkzeugschneiden 28 erfaßt werden. Durch die geometrischen Beziehungen der lokalen Extremwerte 27 ist eine Steigung der Werkzeugschneide 28 bestimmbar. To determine an effective dimension, the 3D data set is evaluated with regard to maximum deflections of the tool 10 . This is shown as an example on a cross-sectional area 20 ( FIG. 6). The method can be applied analogously to several cross-sectional areas 21 , 22 , 23 , 24 and thus to the entire 3D data set. The relevant part of the 3D model of the tool is formed with the local extreme values 27 from the individual cross-sectional areas 21 , 22 , 23 , 24 . With the three-dimensional surface model 19 , individual tool cutting edges 28 can be detected. A gradient of the tool cutting edge 28 can be determined by the geometric relationships of the local extreme values 27 .

Ferner ist ein Freiwinkel der Werkzeugschneide 28 mittels der Orientierung einer Fläche entgegen der Schneidrichtung hinter der Werkzeugschneide 28 bestimmbar, wobei ein Normalenvektor 37 auf der entsprechenden Fläche in einem erweiterten 3D- Modell in der Umgebung der Werkzeugschneide bestimmt werden kann (Fig. 7). Further, a relief angle of the cutting edge 28 is determined by means of the orientation of a surface opposite to the direction of cutting behind the cutting edge 28 with a normal vector 37 can be determined on the corresponding surface in an enlarged 3D model in the vicinity of the cutting edge (Fig. 7).

Die Beschränkung zunächst nur auf eine Querschnittsfläche 20 bedeutet nichts anderes, als daß man die Wirkabmessung an einem einzigen Z-Wert bestimmt. Die Wirkabmessungen werden durch die Bewegung der Werkzeugschneide 28 bestimmt. Diese Bewegung verläuft bei der Drehung um die Z-Achse entlang einer Kreisbahn und kann damit durch eine Kreisgleichung f(Θ) der Form

f(Θ) = R.cos(Θ)

beschrieben werden, wobei mit (R) der Radius des Werkzeugs 10 und mit (Θ) der Drehwinkel bezeichnet wird. In der Querschnittsfläche 20 ist eine Werkzeugschneide 28 im Durchlaufen eines Maximums zu erkennen, d. h. wenn die Kreisbahn seine maximale Ausdehnung in (R) erreicht. Bei mehrschneidigen Werkzeugen werden entsprechend der Anzahl der Werkzeugschneiden mehrere Maxima durchlaufen. The limitation initially to only one cross-sectional area 20 means nothing other than that the effective dimension is determined using a single Z value. The effective dimensions are determined by the movement of the tool cutting edge 28 . This movement runs along a circular path when rotating around the Z axis and can therefore be determined by a circular equation f (Θ) of the shape

f (Θ) = R.cos (Θ)

are described, with (R) the radius of the tool 10 and with (Θ) the angle of rotation. A tool cutting edge 28 can be seen in the cross-sectional area 20 as it passes through a maximum, ie when the circular path reaches its maximum extent in (R). With multi-bladed tools, several maxima are run through according to the number of cutting edges.

Zur exakten Ermittlung der Wirkabmessungen wird an die Maxima der Werkzeugschneide 28 in der Querschnittsflächen 20 ein Kreis 36 angepaßt (Fig. 6). Dies wird bildverarbeitungstechnisch so realisiert, daß zunächst in den Querschnittsflächen 20, 21, 22, 23, 24 der Verlauf des Hell/Dunkel-Übergangs ermittelt wird. Dies erfolgt mit Bildverarbeitungsverfahren zur Kantenextraktion und kann entweder pixelgenau oder, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, subpixelgenau durchgeführt werden. An eine in dieser Weise ermittelte Kante 38 wird dann die Kreisfunktion angepaßt. Die Kreisfunktion liefert als Ergebnis den maximalen Radius der Werkzeugschneide 28, also die Punkte des 3D-Modells und die Wirkabmessung. For exact determination of the effective dimensions, a circle 36 is adapted to the maxima of the tool cutting edge 28 in the cross-sectional areas 20 ( FIG. 6). This is implemented in image processing technology in such a way that the course of the light / dark transition is first determined in the cross-sectional areas 20 , 21 , 22 , 23 , 24 . This is done with image processing methods for edge extraction and can either be performed with pixel accuracy or, in order to achieve higher accuracy, with sub-pixel accuracy. The circular function is then adapted to an edge 38 determined in this way. As a result, the circular function supplies the maximum radius of the tool cutting edge 28 , that is to say the points of the 3D model and the effective dimension.

Aus numerischen Gründen und ohne merklichen Verlust an Genauigkeit kann die cos-Funktion als Polynom entwickelt werden und liefert eine modifizierte Funktion f' zur Anpassung an die Kante 38 in der Form

f'(Θ) = R.(1 - Θ²/2 + O(Θ⁴)).
For numerical reasons and without a noticeable loss of accuracy, the cos function can be developed as a polynomial and provides a modified function f 'for adaptation to the edge 38 in the form

f '(Θ) = R (1 - Θ ^2/2 + O (Θ ^4)).

Das Ergebnis der Anpassung ist eine Funktion, die den Verlauf der Werkzeugschneide 28 bei der Drehung beschreibt. Die maximale Auslenkung bzw. die Wirkabmessung ist der Scheitelpunkt der Parabel, also der Radius des Werkzeugs 10 (Fig. 6). The result of the adaptation is a function that describes the course of the tool cutting edge 28 during rotation. The maximum deflection or the effective dimension is the vertex of the parabola, that is the radius of the tool 10 ( FIG. 6).

Die ermittelte Wirkkontur 26 besteht aus subpixelgenauen Werten, und zwar infolge der Berücksichtigung von Winkelbereichen zwischen einzelnen Aufnahmen. Für die Wirkkontur 26 des gesamten Werkzeugs 10 werden im einfachsten Fall die Ergebnisse von verschiedenen Querschnittsflächen 20, 21, 22, 23, 24 miteinander kombiniert. The determined active contour 26 consists of sub-pixel-precise values, specifically as a result of taking angular ranges between individual images into account. In the simplest case, the results of different cross-sectional areas 20 , 21 , 22 , 23 , 24 are combined with one another for the active contour 26 of the entire tool 10 .

Verbesserte Verfahren werten nicht Querschnittsflächen 20, 21, 22, 23, 24 einzeln aus, sondern verwenden Funktionen, die die Oberfläche in der Umgebung der maximalen Auslenkung im Raum beschreiben. Eine vorteilhaft einfache Vorgehensweise könnte darin bestehen, eine Ebene lokal an die Oberflächendaten anzupassen. Die Realität genauer beschreibend sind Funktionen, die senkrecht zur Drehachse die Kreisbewegung der Werkzeugschneide 28 beinhalten und parallel zur Drehachse der Oberfläche folgen. In Frage kommen dafür etwa Funktionen, die eine Spindel beschreiben oder einfache, gekrümmte Flächen, etwa Hyperboloide. Improved methods do not evaluate cross-sectional areas 20 , 21 , 22 , 23 , 24 individually, but use functions that describe the surface in the vicinity of the maximum deflection in space. An advantageously simple procedure could consist of adapting a level locally to the surface data. Functions that describe the reality in more detail include the circular movement of the tool cutting edge 28 perpendicular to the axis of rotation and follow the surface parallel to the axis of rotation. Functions that describe a spindle or simple, curved surfaces, such as hyperboloids, can be used.

Die verbesserten Verfahren zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß bei der Auswertung zur Bestimmung des Oberflächenmodells 19 Voxel-Informationen unter Einbeziehung dreidimensionaler Nachbarschaften verwendet werden, wobei in Fig. 5 und Fig. 7 Voxel 25 vergrößert dargestellt sind. Damit arbeitet man nicht mehr in zweidimensionalen Pixeldaten, sondern in dreidimensionalen Voxel-Informationen. Über die dreidimensionalen Voxel-Informationen, können Informationen benachbarter Querschnittsflächen 20, 21, 22, 23, 24 berücksichtigt werden. The improved methods are particularly distinguished from that used in the evaluation for determining the surface model 19 voxel information including three-dimensional neighborhoods, said enlarged in FIG. 5 and FIG. 7 voxels 25 are shown. It no longer works in two-dimensional pixel data, but in three-dimensional voxel information. Information about neighboring cross-sectional areas 20 , 21 , 22 , 23 , 24 can be taken into account via the three-dimensional voxel information.

Bei der erfindungsgemäßen Durchführung zur Ermittlung der Wirkkontur 26 liegt es nahe, bereits während der Aufnahme der einzelnen Bilder, d. h. online, mit der Berechnung des Oberflächenmodells 19 und der Auswertung der Volumendaten zu beginnen, wobei auch eine Berechnung nach Aufnahme sämtlicher Bilder offline möglich ist. Insbesondere kann bereits während der Drehung mittels Extrapolation ermittelt werden, in welchen Winkelbereichen mit einer maximalen Auslenkung der Werkzeugschneide 28 zu rechnen ist. Das Oberflächenmodell 19 kann anschließend nur in den zu erwartenden Extremwertbereichen erstellt und Rechenzeit kann eingespart werden, oder in den zu erwartenden Extremwertbereichen können mehr Bilder 13, 14, 15, 16, 17 aufgenommen werden als in anderen Bereichen, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Werkzeugs 10 in der Umgebung des Extremums reduziert und/oder die Aufnahmefrequenz erhöht wird. Bezugszeichen 10 Werkzeug
11 Einstellgerät
12 Kamera
13 Bild
14 Bild
15 Bild
16 Bild
17 Bild
18 Datenstruktur
19 Oberflächenmodell
20 Querschnittsfläche
21 Querschnittsfläche
22 Querschnittsfläche
23 Querschnittsfläche
24 Querschnittsfläche
25 Voxel
26 Wirkkontur
27 Extremwert
28 Werkzeugschneide
29 Bildverarbeitungseinrichtung
30 Optikträger
31 Werkzeugaufnahme
32 Längsachse
33 Beleuchtungseinheit
34 Oberfläche
35 zylinder
36 Kreis
37 Normalenvektor
38 Kante
39 Kontur
In the implementation according to the invention for determining the active contour 26 , it makes sense to start calculating the surface model 19 and evaluating the volume data as soon as the individual images are taken, that is to say online, it also being possible to calculate offline after taking all the images. In particular, during the rotation, extrapolation can be used to determine the angular ranges in which a maximum deflection of the tool cutting edge 28 can be expected. The surface model 19 can then only be created in the extreme value areas to be expected and computing time can be saved, or more images 13, 14, 15, 16, 17 can be recorded in the extreme value areas to be expected than in other areas by the rotational speed of the tool 10 in the environment of the extremum is reduced and / or the recording frequency is increased. Reference number 10 tool
11 setting device
12 camera
13 picture
14 picture
15 picture
16 picture
17 picture
18 Data structure
19 surface model
20 cross-sectional area
21 cross-sectional area
22 cross-sectional area
23 cross-sectional area
24 cross-sectional area
25 voxels
26 active contour
27 Extreme value
28 tool cutting edge
29 Image processing device
30 optics carriers
31 tool holder
32 longitudinal axis
33 lighting unit
34 surface
35 cylinders
36 circle
37 normal vector
38 edge
39 contour

Claims

1. A method for acquiring information from a tool ( 10 ), in particular for measuring a machine tool in a setting device ( 11 ), in which images (13 to 17) are recorded by the tool ( 10 ) in different recording positions with at least one camera ( 12 ) , characterized in that the images (13 to 17) are sorted into a data structure ( 18 ) for a three-dimensional space according to their recording position.

2. The method according to claim 1, characterized in that a three-dimensional surface model ( 19 ) is calculated from the data structure ( 18 ), which represents at least part of the tool ( 10 ).

3. The method according to claim 2, characterized in that for determining the surface model ( 19 ) cross-sectional areas ( 20 to 24 ) are evaluated by the three-dimensional space imaged by the data structure ( 18 ).

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that at least in partial areas for determining the surface model ( 19 ) voxel information including three-dimensional neighborhoods are used.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that information about the relative movement of the tool ( 10 ) to the camera ( 12 ) are used.

6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that information on the surface shape of the tool ( 10 ) is used.

7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that an active contour ( 26 ) of the tool ( 10 ) is determined from the surface model ( 19 ) by at least one extreme value determination.

8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that local extreme values ( 27 ) of the surface model ( 19 ) are combined to form an image of a tool cutting edge ( 28 ).

9. The method according to claim 8, characterized in that the gradient of the tool cutting edge ( 28 ) is determined by the geometric relationship of the local extreme values ( 27 ).

10. The method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the clearance angle of a cutting edge ( 28 ) of the tool ( 10 ) is determined by means of the orientation of a surface against the cutting direction behind the cutting edge ( 28 ).

11. The method according to any one of claims 2 to 10, characterized in that the calculation of the surface model ( 19 ) is carried out while the images (13 to 17) are being taken.

12. The method according to any one of claims 2 to 11, characterized in that the surface model ( 19 ) is created only in expected extreme value ranges.

13. The method according to any one of claims 2 to 11, characterized, that in the expected extreme value ranges more pictures be taken than in other areas.

14. Device for acquiring information from a tool, in particular for visualizing and measuring a machine tool ( 10 ) in a setting device ( 11 ), with at least one camera ( 12 ) for taking the tool ( 10 ) in different recording positions, and with an image processing device ( 29 ) characterized in that the images (13 to 17) can be sorted into a three-dimensional space with the image processing device ( 29 ) in accordance with their recording positions.

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that with the image processing device ( 29 ) a three-dimensional surface model ( 19 ) can be calculated.