DE10232912A1

DE10232912A1 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Vermessung von Objekten

Info

Publication number: DE10232912A1
Application number: DE2002132912
Authority: DE
Inventors: Frank Nicklisch
Original assignee: Indspect - Industrielle Prueftechnik GmbH; INDSPECT IND PRUEFTECHNIK GmbH
Current assignee: Indspect - Industrielle Prueftechnik GmbH; INDSPECT IND PRUEFTECHNIK GmbH
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-01-29

Abstract

Bei bekannten Rotationslaserscannern wird ein Laserstrahl über einen rotierenden Spiegel gelenkt, um so durch die rotierende Bewegung über einen breiten Messbereich zu streichen. Konstruktionsbedingt verteilen sich diese Strahlen fächerförmig über einen Kreisausschnitt. Hierdurch treten, speziell in Bereichen außerhalb der optischen Achse, starke Parallaxeprobleme auf. DOLLAR A Die bei der optischen Vermessung mittels Rotationslaserscanner (1) fächerförmig austretenden Messstrahlen (3) werden mit einem optischen Linsensystem (2) in einem breiten Messbereich parallelisiert (4). Die unterschiedlichen Längen der Messwege durch das Linsensystem werden über ein Kennfeld ausgeglichen und normiert. DOLLAR A Durch die Anordnung wird erreicht, dass dicht nebeneinander liegende Objekte (5, 6), mit großen Abstandsdifferenzen vom Messsystem, auch in weitem Abstand von der optischen Achse parallaxefrei gemessen werden können.

Description

Es ist bekannt, Laserstrahlen zur optischen Abstandsmessung einzusetzen, speziell die Messung über einen rotierenden Spiegel, um so in einem Kreisausschnitt fächerförmig Abstände zu messen ( DE 100 02 090 A1 ). Es ist ebenfalls bekannt, aus den Messergebnissen einer solchen Anordnung eine Kontur zu ermitteln ( DE 44 11 448 A1 ).

Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass diese Verfahren durch die, vom Rotationspunkt ausgehenden, fächerförmig austretenden Messstrahlen, eine geringe Messgenauigkeit für große Abstandsdifferenzen außerhalb der optischen Mittelachse aufweisen. Kleine Messobjekte im Außenbereich werden von großen Objekten in Zentrumsnähe verdeckt.

Dieses Problem wird durch das im Patentanspruch 1 aufgeführte optische Linsensystem gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die aus dem Rotationslaser austretenden divergierenden Messstrahlen mit Hilfe eines Linsensystems über einen breiten Messbereich parallelisiert werden, und so große Abstandsdifferenzen vom optischen Linsensystem bei benachbarten Messpunkten aufgelöst werden können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es, die unterschiedlichen Messwege zu einer zum Linsensystem parallelen Ebene mit Hilfe eines Kennfeldes auszugleichen und zu normieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht es, die aus mehreren aufeinanderfolgenden Messzyklen, gekennzeichnet durch jeweils ein Überstreichen des Messbereichs, ermittelten Konturen, bei einem quer zur Messebene bewegten Objekt, dergestalt aneinander zu setzen, dass sich ein dreidimensionales Abbild des Objekts ergibt. Das hierdurch erreichte Abstandsprofil eines dreidimensionalen Objekts kann in nachfolgenden Messverfahren ausgewertet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 4 ermöglicht es, ein Objekt in einer nach Patentanspruch 3 erfassten dreidimensionalen Abbildung rechnerisch an der Messebene auszurichten, und so nach Form und Lage zu normieren. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, auch Objekte in unterschiedlichen Drehlagen zu verarbeiten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 5 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 ermöglicht es, den Zeitpunkt der Anwesenheit eines quer zur Messebene bewegten Objekts dadurch zu erfassen, indem man in einem definierten Messbereich eine signifikante Messwertänderung erfasst. Dadurch entfällt eine externe Anwesenheitsprüfung, wie zum Beispiel durch eine Lichtschranke oder einen sonstigen Sensor.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es, anstelle eines Linsensystems einen Hohlspiegel zu verwenden, um so einen parallelen Strahlengang in einem breiten Messbereich zu erreichen.

Anhand der Zeichnung wird der Erfindungsgegenstand erläutert. Es zeigen:
1 schematisch den Schnitt entlang der Rotationsebene des Lasers. Hierbei ist (1) der Rotationslaser, (3) die austretenden, fächerförmigen Messstrahlen, (2) das Linsensystem, (4) die parallelisierten Messstrahlen.
Die Ebene (7) ist die zum Linsensystem parallele Ebene, deren Messwerte mittels Patentanspruch 2 über ein Kennfeld korrigiert wurde. Ohne Korrektur ergeben sich durch die unterschiedlichen Wegstrecken an den verschiedenen Positionen des Messsystems Verzeichnungen, die die Ebene (7) gewölbt erscheinen lassen.
Die beiden Messobjekte (5, 6) zeigen die Vorteile der Erfindung. Durch die parallelen Messstrahlen ist eine Messung von dicht nebeneinanderliegenden Objekten mit großer Messdifferenz auch in den weit von der optischen Achse entfernten Bereichen möglich, da hier keine Verdeckung durch Nachbarobjekte stattfindet.
2 schematisch ein bewegtes Objekt, dass sich quer zur Messebene bewegt. Durch den schnell rotierenden Laser wird bei jedem Messzyklus ein Schnitt des Objekts vermessen. Werden diese Schnitte aneinandergesetzt, so ergibt sich ein dreidimensionales Abstandsprofil aus der Messposition in der Rotation, der fortlaufenden Nummer der Rotation und des Messwertes.
3 das Ergebnisraster einer Messung aus 2. Betrachtet man die Messpositionen in der Rotation als Zeilen und die fortlaufende Nummer der Rotation als Spalten (1), so ergibt sich das dargestellte Raster mit dem gemessenen Objekt (2). Wie in der Zeichnung dargestellt wird auch in der Praxis häufig der Fall auftreten, dass ein Messobjekt nicht vollständig an einer Vorzugsachse ausgerichtet ist. Nach Patentanspruch 4 können nun die Positionen und zugehörigen Messergebnisse durch Drehung aller Punkte im Koordinatensystem (3) um einen Bezugspunkt, und Verschiebung entlang der Achsen nach einer Vorzugsachse (4) ausgerichtet werden.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur optischen Vermessung von Objekten mittels Rotationslaserscanner, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationslaserscanner zusammen mit einem geeigneten optischen Linsensystem zu einer optischen Einheit verbunden ist, welches die divergierenden Messstrahlen parallelisiert.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Längen der Messwege vom Rotationslaser durch das Linsensystem, speziell bei asphärischen Linsen, durch ein Kennfeld ausgeglichen und normiert werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei quer zur Rotationsebene bewegten Objekten Messungen aus aufeinanderfolgenden Rotationen zu einem dreidimensionalen Feld zusammengesetzt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des Objekts zur Rotationsebene über eine Vielzahl von Einzelmessungen erfasst und rechnerisch an einer Vorzugsachse ausgerichtet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt der Anwesenheit eines quer zur Rotationsebene bewegten Objekts im Messbereich des Rotationslasers erkannt wird durch eine signifikante Messwertänderung in einem vordefinierten Bereich.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle eines Linsensystems ein Hohlspiegel zur Anwendung kommt.