DE10242493B4

DE10242493B4 - Method and device for determining information about a tool / workpiece

Info

Publication number: DE10242493B4
Application number: DE2002142493
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Weilbach; Ralf MÜLLER; Felix Thiel
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: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: DE10242493A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Informationen über ein Werkzeug oder Werkstück (10), insbesondere zum Vermessen eines Maschinenwerkzeugs (10) in einem Einstell- und Messgerät, bei dem vom Werkzeug oder Werkstück (10) in wenigstens einer Aufnahmestellung mit zumindest einer Kamera (12) wenigstens ein Bild aufgenommen wird,
dadurch gekennzeichnet,
– dass ein zumindest zweidimensionales Datenmodell (14) in Form einer Datenmatrix (16) erzeugt wird, indem in jedem der aufgenommenen Bilder Außenkonturpunkte des Werkzeugs oder Werkstücks (10) ermittelt werden und diejenigen Datenmatrixelemente, welche in ihrer Zeilen-/Spalten-Lage der Bildlage von wenigstens in einem Bild ermittelten Außenkonturpunkten entsprechen, auf einen ersten Wert gesetzt werden, während Datenmatrixelemente, denen in keinem der aufgenommenen Bilder ein Außenkonturpunkt entspricht, einen anderen Wert behalten,
– die Randlinie (22) eines Statusmodells (18), die einer Grobkontur des Werkzeugs oder Werkstücks entspricht, erzeugt oder abgerufen und in die Datenmatrix (16) eingebracht wird, und
– zu den Punkten der Randlinie (22) des Statusmodells...Method for determining information about a tool or workpiece (10), in particular for measuring a machine tool (10) in a setting and measuring device, wherein the tool or workpiece (10) in at least one receiving position with at least one camera (12) at least a picture is taken,
characterized,
- That an at least two-dimensional data model (14) in the form of a data matrix (16) is generated by in each of the recorded images outer contour points of the tool or workpiece (10) are determined and those data matrix elements which in their row / column position of the image position of outer contour points determined in at least one image, are set to a first value, while data matrix elements to which an outer contour point does not correspond in any of the recorded images retain a different value,
The marginal line (22) of a status model (18), which corresponds to a rough contour of the tool or workpiece, is generated or retrieved and introduced into the data matrix (16), and
- to the points of the marginal line (22) of the status model ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Informationen eines Werkzeugs/Werkstücks.The The invention relates to a method and a device for detection information of a tool / workpiece.

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 ermit telt wird, die die wirkliche Arbeitskontur des Werkzeugs im Werkstück repräsentiert.From the DE 44 31 059 C2 For example, a generic method and a generic device are known. The apparatus has a tool receptacle rotatable about an axis, a video camera via which tool contours are detectable from a tool portion in different rotational positions during rotation of the tool about the axis of the tool receptacle to produce images for the tool positions, a computer for determining and outputting dimension values with a memory for storing the geometry data determined from the images and a device for comparing contour sections detected in different rotational positions with the result of an extreme value determination among the compared geometry data in a comparison of the geometry data of images over the entire contour section. The device is designed in such a way that, as a result of the determination of the extreme value, an envelope is determined which represents the actual working contour of the tool in the workpiece.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung mit reduziertem Rechenaufwand bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Of the Invention is in particular the object of a generic method and a generic device to provide with reduced computational effort. It is according to the invention by the characteristics of the independent claims solved. Further embodiments emerge from the subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Erfindung geht insbesondere aus von einem Verfahren zur Erfassung von Informationen eines Werkzeugs/Werkstücks, insbesondere zum Vermessen eines Maschinenwerkzeugs in einem Einstell- und Messgerät, bei dem vom Werkzeug/Werkstück in wenigstens einer Aufnahmestellung mit zumindest einer Kamera wenigstens ein Bild aufgenommen wird.The In particular, the invention is based on a method for detection information of a tool / workpiece, in particular for measuring of a machine tool in a setting and measuring device, in which from the tool / workpiece in at least one receiving position with at least one camera at least one picture is taken.

Es wird vorgeschlagen, dass zur Erzeugung eines Datenmodells aus dem aufgenommenen Bild Konturpunkte ermittelt und in einer Datenmatrix als Konturpunkt gekennzeichnet eingetragen werden, und ausgehend von einem im Wesentlichen außerhalb des Datenmodells liegenden Rand eines Statusmodells die nächstliegenden Punkte des Datenmodells bestimmt werden. Ein Vergleich von Geometriedaten, d.h. von ermittelten Konturlinien, untereinander kann vorteilhaft vermieden und der Rechenaufwand kann erheblich reduziert und die Messgeschwindigkeit kann erhöht werden. Ferner kann durch eine Extraktion von Abmessungswerten, basierend auf dem Rand des Statusmodells, ei ne vorteilhafte Sortierung und Orientierung erreicht und damit der Rechenaufwand weiter reduziert und die Messgeschwindigkeit weiter erhöht werden.It It is proposed that to generate a data model from the captured image contour points and in a data matrix entered as a contour point, and starting from a substantially outside of the data model, the edge of a status model is the closest Points of the data model are determined. A comparison of geometry data, i.e. determined contours, with each other can be advantageous avoided and the computational effort can be significantly reduced and the Measuring speed can be increased become. Further, by extracting dimension values, based on the edge of the status model, a favorable sorting and orientation and thus further reduces the computational effort and the measuring speed can be further increased.

Unter dem Rand des Statusmodells soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Linie verstanden werden, die einer geringfügig vergrößerten Grobkontur des Werkzeugs/Werkstücks entspricht. Der Rand des Statusmodells kann bereits vorab von einem entsprechenden Werkzeug ermittelt worden sein, so dass bei einer Vermessung eines bestimmten Werkzeugs/Werkstücks dieser bereits gespeichert vorliegt und automatisch durch automatische Erkennung des Werkzeugs/Werkstücks, teilautomatisiert oder manuell durch Eingabe eines Kenndatums des Werkzeugs/Werkstücks abgerufen werden kann. Der Rand kann jedoch auch von dem aktuell zu vermessenden Werkzeug/Werkstück ermittelt werden.Under The edge of the status model should be related to the present Invention be understood a line that a slightly enlarged coarse contour of the tool / workpiece corresponds. The edge of the status model can already be preceded by a corresponding Tool have been determined so that in a survey of a certain tool / workpiece this is already stored and automatically by automatic Recognition of the tool / workpiece, semi-automatic or manual by entering a code of the Tool / workpiece can be retrieved. However, the edge can also be from the current one tool / workpiece to be measured be determined.

Der Rand kann durch verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Verfahren bestimmt werden. Vorteilhaft einfach kann dies jedoch erreicht werden, indem zur Erzeugung des Statusmodells aus dem aufgenommenen Bild Pixel ermittelt werden, in welchen ein Teil des Werkzeugs/Werkstücks dargestellt ist, und in einer Statusmatrix als Materialpunkt gekennzeichnet eingetragen werden, das Statusmodell ausgedehnt wird und der Rand des Statusmodells in die Datenmatrix übertragen wird.Of the Rand can by various, the expert appears reasonable Procedure to be determined. Advantageously, however, this can be achieved be used to generate the status model from the Image pixels are determined, in which a part of the tool / workpiece is shown is, and marked as a material point in a status matrix be entered, the status model is extended and the margin of the status model is transferred to the data matrix.

Um eine gewünschte Genauigkeit zu erreichen, kann eine entsprechend hochauflösende Kamera verwendet werden oder es können vorteilhaft die Konturpunkte mit einer Subpixelapproximation ermittelt werden, wodurch insbesondere kostengünstige Kameras eingesetzt und dennoch hochgenaue Messergebnisse erzielt werden können.Around a desired one Accuracy can be achieved by using a high-resolution camera can be used or it can advantageously determines the contour points with a Subpixelapproximation be used, which in particular cost-effective cameras and nevertheless highly accurate measurement results can be achieved.

Vorteilhaft wird dabei eine gegenüber dem aufgenommenen Bild vergrößerte Datenmatrix genutzt, wodurch die Position der errechneten Konturpunkte datentechnisch einfach mit der gewünschten Genauigkeit festgehalten werden kann.Advantageous is doing one opposite the captured image enlarged data matrix used, whereby the position of the calculated contour points in terms of data technology easy with the desired accuracy can be held.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass bei zumindest einzelnen Konturpunkten wenigstens ein Qualitätskriterium, und zwar insbesondere ein Response-Kriterium, berücksichtigt wird, bevor diese in die Datenmatrix eingetragen werden. Die Erfindung geht hierbei von folgender Erkenntnis aus. Ein Schattenwurf einer Werkzeugkante, der von einer Lichtquelle auf einen CCD-Sensor einer Kamera projiziert wird, besteht immer aus einem Grauwerteübergang von hell nach dunkel, der sich über mehrere Kamerapixel hinwegzieht. Die Breite eines entstehenden Grauwerteübergangs ist von geometrischen Gegebenheiten des Messaufbaus und der Wellenlänge des verwendeten Lichts abhängig. Der Grauwerteübergang stellt sich nur dann optimal ein (möglichst klein und gleichbleibend), wenn sich die Werkzeugkante in einem durch eine Optik vorgegebenen optimalen Abstand zur Kamera befindet (Schärfeebene). Nur bei diesem Abstand kann die optimale Messgenauigkeit des Systems erzielt werden. Wird das Werkzeug/Werkstück nun während der Messung gedreht, beispielsweise um eine Wirkabmessung zu bestimmen, wandern Teile, insbesondere eine oder mehrere Schneiden des Werkzeugs, im Stirnbereich, bei gleichem Höhenniveau, permanent aus dieser optimalen Schärfeebene hinein und hinaus und führt so zu einer Verfälschung des Messergebnisses.In a further embodiment of the invention, it is proposed that at least one quality criterion, and in particular a response criterion, be taken into account in at least individual contour points before they are entered in the data matrix. The invention is based on the following finding. A shadow of a tool edge, which is projected from a light source on a CCD sensor of a camera, consists in mer from a gray-scale transition from light to dark, which extends over several camera pixels. The width of a resulting gray value transition depends on the geometric conditions of the measurement setup and the wavelength of the light used. The gray value transition only optimally sets in (as small and constant as possible) if the edge of the tool is in an optimal distance to the camera predetermined by an optical system (focal plane). Only at this distance can the optimum measurement accuracy of the system be achieved. If the tool / workpiece is now rotated during the measurement, for example to determine an effective dimension, parts, in particular one or more cutting edges of the tool, permanently move out of this optimum focus plane and out in the forehead area, at the same height level, and thus lead to a falsification the result of the measurement.

Die Subpixelapproximation ist dafür zuständig, aus dem mehrere Pixel breiten Grauwerteübergang die genaue Position der Konturkante zu errechnen. So kann mit der Subpixelapproximation für einen Übergangsbereich beispielsweise in einer Spalte von einem Pixel 5 (hell) bis zu einem Pixel 8 (dunkel) eine Subpixelposition (Kantenposition) von 6,214 errechnet werden. Als Nebenprodukt entsteht insbesondere bei bestimmten Subpixelapproximationen eine Maßzahl für die Qualität der ermittelten Kante. Die Maßzahl wird als „Response" bezeichnet. Je höher ein Response-Wert ist, desto genauer ist die errechnete Subpixelposition zu bewerten.The Subpixel approximation is for that responsible, from the multi-pixel wide gray scale transition the exact position to calculate the contour edge. So can with the subpixel approximation for a transition area for example, in a column from one pixel 5 (light) to one Pixel 8 (dark) has a subpixel position (edge position) of 6.214 be calculated. As a by-product arises in particular in certain Subpixel approximations a measure for the quality the determined edge. The measure is called a "response." The higher a Response value is, the more accurate is the calculated subpixel position to rate.

Das Neue an dem vorgeschlagenen Verfahren ist, dass die Response-Werte der einzelnen errechneten X/Z-Konturwertepaare dafür herangezogen werden, um unmittelbar über deren Qualität zu entscheiden. Welches der vermessenen X/Z-Konturwertepaare einer aktuellen Einzelwirkabmessung als gültiger Punkt in die Datenmatrix zur Erzeugung des Datenmodells übertragen wird, kann so vorab entschieden werden. Es können die Messung verfälschende Konturpunkte eliminiert und die Messgenauigkeit kann erheblich gesteigert werden, insbesondere können auch durch leichte Verunreinigungen verursachte Messfehler vermieden werden. Dabei gilt, je größer der Durchmesser eines zu vermessenden und bei der Vermessung gedrehten Werkzeugs/Werkstücks ist, desto stärker wirkt sich diese Korrektur auf das Messergebnis aus. Grundsätzlich profitiert jedoch jede Werkzeugvermessung davon. Ferner ist auch denkbar, dass die Berücksichtigung des Response-Kriteriums bei anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Messverfahren zur Erhöhung der Messgenauigkeit eingesetzt wird. Die Berücksichtigung des Response-Kriteriums bietet sich besonders vorteilhaft in Zusammenhang mit einer Subpixelapproximation an, durch die, wie ausgeführt, eine Maßzahl für die Qualität automatisch anfällt. Grundsätzlich ist jedoch eine Berücksichtigung eines Qualitätskriteriums auch ohne eine angewandte Subpixelapproximation denkbar, beispielsweise indem eine Maßzahl durch ein gezieltes Ermitteln einer Steigung eines Grauwerteübergangs ermittelt wird.The New to the proposed procedure is that the response values the individual calculated X / Z contour value pairs used for this purpose be about to over their quality to decide. Which of the measured X / Z contour value pairs of a current single-acting dimension as a valid point in the data matrix to generate the data model can be decided in advance. It can falsify the measurement Contour points eliminated and the measurement accuracy can be significantly increased in particular, can also caused by slight contamination measurement errors avoided become. The larger the Diameter of one to be measured and rotated during the measurement Tool / workpiece is, the stronger this correction affects the measurement result. Basically benefits however, every tool measurement of it. Furthermore, it is also conceivable that the consideration of the Response criterion in others, the expert appears useful Measuring method to increase the measuring accuracy is used. The consideration of the response criterion is particularly advantageous in connection with a subpixel approximation by which, as stated, a measure for the quality automatically incurred. in principle is however a consideration of one quality criterion even without an applied Subpixelapproximation conceivable, for example by a measure by a targeted determination of a slope of a gray value transition is determined.

Ferner wird vorgeschlagen, dass ausgehend vom Rand des Statusmodells mittels einem Konturfilter die nächstliegenden Punkte des Datenmodells ermittelt werden. Mit einem Konturfilter können mit geringem Rechenaufwand exakte Abmessungswerte des Werkzeugs/Werkstücks ermittelt werden, und zwar besonders vorteilhaft mit einem kreisförmigen Konturfilter.Further It is proposed that starting from the edge of the status model by means of a contour filter the nearest one Points of the data model are determined. With a contour filter can Calculates exact dimensions of the tool / workpiece with little computation be particularly advantageous with a circular contour filter.

Das vorgeschlagene Verfahren und die entsprechend vorgeschlagene Vorrichtung eignen sich zur Vermessung eines einzelnen Abschnitts eines Werkzeugs/Werkstücks und besonders vorteilhaft zur Ermittlung von Wirkabmessungen bzw. von einer Hüllkurve eines Werkzeugs, die die wirkliche Arbeitskontur des Werkzeugs im Werkstück repräsentiert, wobei vom Werkzeug/Werkstück in verschiedenen Aufnahmestellungen, insbesondere in verschiedenen Drehstellungen, mit der Kamera Bilder aufgenommen werden. Dabei kann sich die Kamera relativ zum Werkzeug/Werkstück und/oder vorteilhaft das Werkzeug/Werkstück kann sich relativ zur Kamera bewegen. Die grundsätzlich rechenintensive Bestimmung der Wirkabmessungen bzw. einer Hüllkurve eines Werkzeugs/Werkstücks kann beschleunigt und insbesondere können durch die Berücksichtigung von Response-Kriterien Messfehler vermieden und die Messergebnisse verbessert werden. Das Verfahren eignet sich dabei für sämtliche, dem Fachmann als geeignet erscheinende Werk zeuge/Werkstücke, jedoch besonders vorteilhaft für spiralverzahnte Werkzeuge.The proposed methods and the corresponding proposed device are suitable for measuring a single section of a tool / workpiece and particularly advantageous for determining effective dimensions or of an envelope a tool that represents the actual working contour of the tool in the workpiece represents, where from the tool / workpiece in different receptions, especially in different Rotary positions with which the camera takes pictures. there The camera may be relative to the tool / workpiece and / or advantageously the tool / workpiece move relative to the camera. The basically calculation-intensive determination the effective dimensions or an envelope a tool / workpiece can be accelerated and, in particular, by taking into account Response criteria Measurement errors avoided and the measurement results improved become. The method is suitable for all, the expert as suitable Apparent tools / workpieces, however especially advantageous for helical tools.

Das vorgeschlagene Verfahren erfordert keine konstante Bewegung des Werkzeugs/Werkstücks oder der Kamera und keine Information über eine aktuelle Stellung, insbesondere Drehstellung, wodurch Sensoren, insbesondere Drehsensoren, eingespart werden können und das Verfahren sowie die Vorrichtung vorteilhaft auch für einen manuellen Betrieb eingesetzt werden können.The proposed method does not require constant movement of the Tool / workpiece or the camera and no information about a current position, in particular rotational position, whereby sensors, in particular rotational sensors, can be saved and the method and the device advantageously also for a Manual operation can be used.

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 are shown in the following description of the drawing. In the drawing is an embodiment represented the invention. The drawing, the description and the Claims included numerous features in combination. The skilled person will become the characteristics appropriately also individually consider and summarize to meaningful further combinations.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Einstell- und Messgerät, 1 an adjustment and measuring device,

2a – 2f eine grafische Darstellung eines Aufbaus eines Datenmodells stark verkleinert, 2a - 2f greatly reduced a graphical representation of a structure of a data model,

3 einen vergrößerten Ausschnitt III aus 2f, 3 an enlarged section III 2f .

4 einen Ausschnitt einer Datenmatrix des Datenmodells, 4 a section of a data matrix of the data model,

5 einen Ausschnitt einer Statusmatrix eines Statusmodells, 5 a section of a status matrix of a status model,

6 eine grafische Darstellung eines Rands des Statusmodells, 6 a graphical representation of an edge of the status model,

7 den vergrößerten Ausschnitt III aus 3 nach einer Transformation des Rands aus 6 in die Datenmatrix, 7 the enlarged section III 3 after a transformation of the edge 6 into the data matrix,

8 den Ausschnitt aus 7 bei einer Antastung über einen Kreisringfilter, 8th the cutout 7 when probing via a circular ring filter,

9 einen schematisch dargestellten Ausschnitt des Einstell- und Messgeräts beim Messvorgang, 9 a schematically illustrated section of the setting and measuring device during the measuring process,

10 ein Diagramm mit verschiedenen Response-Verläufen abhängig von verschiedenen Drehstellungen eines Werkzeugs, 10 a diagram with different response curves depending on different rotational positions of a tool,

11 ein Diagramm bezüglich auftretender Messfehler in Abhängigkeit der verschiedenen Drehstellungen des Werkzeugs und 11 a diagram with respect to occurring measurement errors depending on the different rotational positions of the tool and

12a – 12e schematisch dargestellte Ringfiltermasken eines Kreisfilters. 12a - 12e schematically illustrated ring filter masks a circular filter.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

1 zeigt ein Einstell- und Messgerät mit einer Bildverarbeitungseinrichtung 26, die eine Recheneinheit 28 und eine Speichereinheit 30 umfasst. Zudem weist das Einstell- und Messgerät einen Bildschirm 32 sowie einen verfahrbaren Optik träger 34 auf. Der Optikträger 34 ist entlang zwei Achsen X, Z verfahrbar und trägt eine CCD-Kamera 12 sowie eine Beleuchtungseinheit 36 auf der der Kamera 12 gegenüberliegenden Seite (1 und 9). Der Optikträger 34 kann angetrieben von einer Antriebseinheit und auch manuell mit einem Bedienelement 38 verfahren werden. Ferner umfasst das Einstell- und Messgerät einen rotierend antreibbaren Werkzeughalter 40, in dem ein Werkzeug 10 mit einem Spannfutter 42 gehalten ist. 1 shows a setting and measuring device with an image processing device 26 that is a computing unit 28 and a storage unit 30 includes. In addition, the setting and measuring device has a screen 32 and a movable optics carrier 34 on. The optics carrier 34 is movable along two axes X, Z and carries a CCD camera 12 as well as a lighting unit 36 on the camera 12 opposite side ( 1 and 9 ). The optics carrier 34 can be driven by a drive unit and also manually with a control element 38 be moved. Furthermore, the setting and measuring device comprises a rotationally drivable tool holder 40 in which a tool 10 with a chuck 42 is held.

Mit dem Einstell- und Messgerät kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von Wirkabmessungen des Werkzeugs 10 durchgeführt werden.With the setting and measuring device, a method according to the invention for determining effective dimensions of the tool 10 be performed.

Bei dem Verfahren wird, während das Werkzeug 10 rotierend angetrieben wird, ein Datenmodell 14 erzeugt. Zur Erzeugung des zweidimensionalen Datenmodells 14 werden aus während der Drehung des Werkzeugs 10 aufgenommenen Bildern jeweils Konturpunkte ermittelt, und zwar mit einer Subpixelapproximation. Erfüllen die ermittelten Konturpunkte ein bestimmtes Qualitätskriterium, beispielsweise ein bestimmtes Response-Kriterium, werden diese in eine gegenüber dem jeweils aufgenommenen Bild vergrößerte Datenmatrix 16 als Konturpunkt gekennzeichnet eingetragen (2a – 2f, 3 und 4).In the process, while the tool 10 is driven in rotation, a data model 14 generated. To create the two-dimensional data model 14 become off during the rotation of the tool 10 taken contour images determined each contour points, with a subpixel approximation. If the ascertained contour points meet a specific quality criterion, for example a specific response criterion, these become a data matrix which has been enlarged relative to the respectively recorded image 16 marked as a contour point ( 2a - 2f . 3 and 4 ).

In 10 sind schematisch drei verschiedene Response-Verläufe R1, R2, R3 bezüglich einem Bildpixel P dargestellt, und zwar der Verlauf R1 für eine Werkzeugschneide 44 in einer Drehstellung S1 vor einer Schärfeebene 46, der Verlauf R2 für die Werkzeugschneide 44 in einer Drehstellung S2 in der Schärfeebene 46 und der Verlauf R3 für die Werkzeugschneide 44 in einer Drehstellung S3 nach der Schärfeebene 46 (9). In 11 ist über den Weg der Werkzeugschneide 44 von der Drehstellung S1 bis zur Drehstellung S3 eine Messfehlergröße F aufgetragen. In der Drehstellung S2 in der Schärfeebene 46 tritt der kleinste Messfehler F auf (11), während der Response-Wert R am größten ist (10).In 10 schematically three different response courses R1, R2, R3 are shown with respect to an image pixel P, namely the course R1 for a cutting tool 44 in a rotational position S1 in front of a focal plane 46 , the gradient R2 for the tool cutting edge 44 in a rotational position S2 in the focal plane 46 and the course R3 for the tool cutting edge 44 in a rotational position S3 after the focal plane 46 ( 9 ). In 11 is about the way the tool edge 44 from the rotational position S1 to the rotational position S3, a measurement error variable F is plotted. In the rotational position S2 in the focal plane 46 the smallest measurement error F occurs ( 11 ), while the response value R is greatest ( 10 ).

Als Qualitätskriterium wird im Wesentlichen als Maßzahl eine Steigung einer einen Grauwertverlauf darstellenden Kurve genutzt. Je größer die Änderung der Steigung, umso exakter können Konturwertpaare berechnet werden. Liegt bei einem ermittelten Konturpunkt bzw. einem ermittelten Konturwertepaar zumindest eine mittlere Steigung vor, wird der Konturpunkt in die Datenmatrix 16 eingetragen.As a quality criterion, a slope of a curve representing a gray value curve is used essentially as a measure. The greater the change in the slope, the more accurately contour value pairs can be calculated. If there is at least one mean gradient for a determined contour point or a determined contour value pair, the contour point becomes the data matrix 16 entered.

Die Datenmatrix 16 besitzt 14mal so viele Matrixelemente wie die jeweils aufgenommenen Bilder Bildpixel, die den Wert 0 und 1 annehmen können (4). Die Größe der Datenmatrix 16 ergibt sich aus der möglichen Messgenauigkeit der Subpixelapproximation. Beispielsweise führt ein Genauigkeitsanspruch von einer Dezimalen zu einer zehnfachen Vergrößerung der Datenmatrix 16 gegenüber dem Originalbild.The data matrix 16 has 14 times as many matrix elements as the pictures taken in each case image pixels that can assume the value 0 and 1 ( 4 ). The size of the data matrix 16 results from the possible measurement accuracy of the subpixel approximation. For example, an accuracy requirement of one decimal leads to a tenfold increase in the data matrix 16 opposite the original picture.

Wird ein gültiger Konturpunkt ermittelt, wird dieser als Konturpunkt mit dem Wert 1 gekennzeichnet in die Datenmatrix 16 eingetragen (4). Die fertiggestellte Datenmatrix 16 beinhaltet somit jeden gültigen Außenkonturpunkt, die aus den Einzelmessungen hervorgegangen sind.If a valid contour point is determined, this is marked as a contour point with the value 1 in the data matrix 16 registered ( 4 ). The finished data matrix 16 thus contains every valid outer contour point, which emerged from the individual measurements.

In den 2a – 2e ist die Datenmatrix 16 beim Übertragen der Konturpunkte stark verkleinert grafisch dargestellt. Die 2a – 2d zeigen jeweils eine einzelne Wirkabmessung, wo bei in 2e und 2f das fertiggestellte Datenmodell 14 dargestellt ist. Die "1" sind als dunkle Punkte dargestellt. In 3 ist ein Ausschnitt III aus 2f vergrößert dargestellt. Eine sich zeigende Punktewolke entspricht allen gesetzten Koordinaten aus den einzelnen Wirkabmessungen.In the 2a - 2e is the data matrix 16 when transferring the contour points greatly reduced displayed graphically. The 2a - 2d each show a single effective dimension, where at 2e and 2f the finished data model 14 is shown. The "1" are shown as dark dots. In 3 is a section III off 2f shown enlarged. A pointing cloud of points corresponds to all set coordinates from the individual effective dimensions.

Ferner wird während der Drehung des Werkzeugs 10 ein zweidimensionales Statusmodell 18 erzeugt (5). Dabei werden die Grauwerte der Pixel der aufgenommenen Bilder jeweils mit einem Schwellenwert verglichen, wobei die Grauwerte der Pixel in der Regel einen Wert zwischen 0 und 255 einnehmen können. Übersteigt der Grauwert eines Pixels einen vorgegebenen Schwellenwert, und zwar ca. 130, wird dieser als Materialpunkt gekennzeichnet in einer Statusmatrix 20 eingetragen, die der Größe eines aufgenommenen Bildes entspricht. Die Statusmatrix 20 umfasst Matrixelemente, die die Werte 0 und 1 annehmen können. Die Statusmatrix 20 wird vor der Messung mit dem Wert 1 initialisiert. Ein Materialpunkt wird in die Statusmatrix 20 mit dem Wert 0 gekennzeichnet. In der fertiggestellten Statusmatrix 20 bedeutet der Wert 0 demzufolge, dass zumindest eines der aufgenommenen Bilder an einer entsprechenden Stelle einen Pixel besaß, der einen vorgegebenen Grauwert überschritten hat.Further, during the rotation of the tool 10 a two-dimensional status model 18 generated ( 5 ). In this case, the gray values of the pixels of the recorded images are each compared with a threshold value, wherein the gray values of the pixels can generally assume a value between 0 and 255. If the gray value of a pixel exceeds a predetermined threshold, namely approximately 130, this is marked as a material point in a status matrix 20 registered, which corresponds to the size of a recorded image. The status matrix 20 includes matrix elements that can take the values 0 and 1. The status matrix 20 is initialized with the value 1 before the measurement. A material point is added to the status matrix 20 marked with the value 0. In the completed status matrix 20 Consequently, the value 0 means that at least one of the captured images has a pixel at a corresponding location that has exceeded a predetermined gray value.

Ist das Statusmodell 18 fertiggestellt, wird dieses pro Zeile um wenige Matrixelemente, vorzugsweise jeweils um ein Matrixelement, expandiert. Dieser Vorgang kann jedoch auch bereits während der Drehung stattfinden. Anschließend wird ein Rand 22 des Statusmodells 18, d.h. ein Grenzverlauf entlang einem 0/1-Übergang, ermittelt (6). Hierfür wird ein Extraktionsalgorithmus verwendet, der sich entlang der 0/1-Grenze o rientiert und durch den ein richtig sortierter bzw. zusammenhängender Rand 22 ermittelt werden kann, entlang dem stets die Orientierung gegeben ist, auf welcher Seite die Werte 0 und auf welcher Seite die Werte 1 vorlagen.Is the status model 18 finished, this is per line by a few matrix elements, preferably each expanded by a matrix element. However, this process can already take place during the rotation. Subsequently, a border 22 of the status model 18 , ie a boundary along a 0/1 transition, determined ( 6 ). For this purpose, an extraction algorithm is used which is oriented along the 0/1 boundary o and through which a correctly sorted or contiguous boundary 22 along which the orientation is always given, on which side the values 0 and on which side the values 1 were present.

Anschließend wird der Rand 22 des Statusmodells 18 in die Datenmatrix 16 transformiert (7). Die Expansion des Statusmodells 18 stellt dabei sicher, dass alle als Konturpunkte gekennzeichneten Matrixelemente des Datenmodells 14 innerhalb dem Rand 22 des Statusmodells 18 zum Liegen kommen.Subsequently, the edge 22 of the status model 18 into the data matrix 16 transformed ( 7 ). The expansion of the status model 18 ensures that all matrix elements of the data model marked as contour points 14 within the edge 22 of the status model 18 to lie down.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird ausgehend vom transformierten Rand 22 die Wirkabmessung des Werkzeugs 10 mit Hilfe eines kreisförmig aufgebauten Konturfilters bestimmt. Der kreisförmige Konturfilter umfasst eine Liste von Filterkreisringen 24 mit jeweils einer Stärke von einem Matrixelement der Datenmatrix 16 und einem Durchmesser zwischen einem Matrixelement der Datenmatrix 16 und einem maximal möglichen Durchmesser in der Datenmatrix 16 (8 und 12a – 12e). Jeder einzelne Punkt eines Filterkreisrings 24 enthält eine Relativadresse bezogen auf sein Kreiszentrum. Die Relativadressen können vorteilhaft einmal zu Programmstart bestimmt werden, wodurch Rechenzeit bei nachfolgenden Messabläufen eingespart werden kann.In a further method step, starting from the transformed edge 22 the effective dimension of the tool 10 determined by means of a circular contour filter. The circular contour filter includes a list of filter circular rings 24 each with a strength of one matrix element of the data matrix 16 and a diameter between a matrix element of the data matrix 16 and a maximum possible diameter in the data matrix 16 ( 8th and 12a - 12e ). Every single point of a filter ring 24 contains a relative address relative to its district center. The relative addresses can advantageously be determined once at the start of the program, as a result of which computing time can be saved in subsequent measuring sequences.

Auf dem Rand 22 kann in beliebigen Schrittweiten, d.h. sequentiell von Punkt zu Punkt oder unter Auslassung einzelner Punkte, je Punkt jeweils ein Kreisring mit einem Durchmesser von einem Matrixelement angesetzt und anschließend so lange expandiert werden, bis auf seiner Kreisbahn das erste Mal ein gesetztes Matrixelement der Datenmatrix 16 zum Liegen kommt.On the edge 22 can be set at any step sizes, ie sequentially from point to point or omission of individual points, each point a circular ring with a diameter of one matrix element and then expanded so long, to its orbit for the first time a set matrix element of the data matrix 16 comes to rest.

Dieses jeweils zuerst gefundene Matrixelement entspricht einem Punkt auf der gesuchten resultierenden Wirkabmessung des Werkzeugs 10. Die resultierende Wirkabmessung bzw. die Hüllkurve kann dabei sehr schnell durch eine Antastung von außen ohne rechenintensiven Geometriedatenvergleich oder Grauwertevergleich ermittelt werden.This first found matrix element corresponds to a point on the sought resulting effective dimension of the tool 10 , The resulting effective dimension or the envelope can be determined very quickly by a probing from the outside without computationally intensive geometry data comparison or gray scale comparison.

Die 12a – 12e zeigen jeweils Ringfiltermasken für einen bestimmten Durchmesser. In 12e sind alle Ringfiltermasken zusammengefasst dargestellt. Dabei ist wichtig, dass bei einer Antastung sämtliche Stellen innerhalb der größten Ringfiltermaske abgetastet wurden.The 12a - 12e each show ring filter masks for a given diameter. In 12e all ring filter masks are summarized. It is important that all points within the largest ring filter mask were scanned in a probing.

1010: WerkzeugTool
1212: Kameracamera
1414: Datenmodelldata model
1616: Datenmatrixdata matrix
1818: Statusmodellstatus model
2020: Statusmatrixstatus matrix
2222: Randedge
2424: FilterkreisringFilter annulus
2626: BildverarbeitungseinBildverarbeitungsein
: richtungdirection
2828: Recheneinheitcomputer unit
3030: Speichereinheitstorage unit
3232: Bildschirmscreen
3434: Optikträgeroptics carrier
3636: Beleuchtungseinheitlighting unit
3838: Bedienelementoperating element
4040: Werkzeughaltertoolholder
4242: Spannfutterchuck
4444: Werkzeugschneidecutting edge
4646: SchärfeebeneAccuracy level

Claims

Method for determining information about a tool or workpiece ( 10 ), in particular for measuring a machine tool ( 10 ) in a setting and measuring device where the tool or workpiece ( 10 ) in at least one receiving position with at least one camera ( 12 ) at least one image is recorded, characterized in that - an at least two-dimensional data model ( 14 ) in the form of a data matrix ( 16 ) is generated by in each of the recorded images outer contour points of the tool or workpiece ( 10 ) and those data matrix elements which correspond in their row / column position to the image position of outer contour points determined in at least one image are set to a first value, while data matrix elements to which an outer contour point does not correspond in any of the recorded images has a different value keep, - the marginal line ( 22 ) of a status model ( 18 ), which corresponds to a rough contour of the tool or workpiece, is generated or retrieved and stored in the data matrix ( 16 ), and - to the points of the edge line ( 22 ) of the status model ( 18 ) the nearest point of the data model ( 14 ) is determined.

A method according to claim 1, characterized in that for generating the status model ( 18 ) are determined from the captured image pixels in which a part of the tool or workpiece ( 10 ) and in a status matrix ( 20 ) are marked as material point, the status model ( 18 ) and the boundary line ( 22 ) of the status model ( 18 ) into the data matrix ( 16 ) is transmitted.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the outer contour points be determined with a subpixel approximation.

Method according to claim 3, characterized in that an enlarged data matrix (FIG. 16 ) is being used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least individual outer contour points at least one quality criterion is taken into account before these in the data matrix ( 16 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that starting from the edge line ( 22 ) of the status model ( 18 ) using a contour filter the nearest points of the data model ( 14 ) be determined.

Method according to claim 6, characterized in that the nearest points of the data model ( 14 ) are determined by means of a circular contour filter.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that with the camera ( 12 ) from the tool or workpiece ( 10 ) images are taken in different shooting positions.

Method according to claim 8, characterized in that the tool or workpiece ( 10 ) and effective dimensions of the tool or workpiece ( 10 ).

Device for determining information of a tool or workpiece ( 10 ), in particular for measuring a machine tool ( 10 ), with at least one camera ( 12 ) for receiving the tool or workpiece ( 10 ), characterized by an image processing device ( 26 ), which - an at least two-dimensional data model ( 14 ) in the form of a data matrix ( 16 ) by the image processing device ( 26 ) to each of the recorded images outer contour points of the tool or workpiece ( 10 ) and those data matrix elements which in their row / column position correspond to the image position of outer contour points determined in at least one image, are set to a first value, while data matrix elements to which an outer contour point does not correspond in any of the recorded images retain a different value, - the boundary line ( 22 ) of a status model ( 18 ), which corresponds to a rough contour of the tool or workpiece ( 10 ), generate or retrieve, and insert into the data matrix ( 16 ), and - on the points of the marginal line ( 22 ) of the status model ( 18 ) each the nearest point of the data model ( 14 ).

Apparatus according to claim 10, characterized in that for generating the status model ( 18 ) can be determined from the recorded image pixels in which a part of the tool or workpiece ( 10 ) and in a status matrix ( 20 ) are marked as material point, the status model ( 18 ) is extensible and the boundary line ( 22 ) of the status model ( 18 ) into the data matrix ( 16 ) is transferable.

Device according to claim 10 or 11, characterized that the outer contour points with a Subpixelapproximation can be determined.

Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the data matrix ( 16 ) is larger than the recorded image.

Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that prior to entry of the outer contour points in the data matrix ( 16 ) At least at individual outer contour points at least one quality criterion is considered.