DE10328523A1

DE10328523A1 - Method and measuring device for non-contact measurement of a contour of a surface and method for the automatic equalization of coordinates of pixels

Info

Publication number: DE10328523A1
Application number: DE2003128523
Authority: DE
Inventors: Viktor Lutz
Original assignee: Schreck Mieves GmbH
Current assignee: Rs Gleisbau De GmbH
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: DE10328523B4; WO2004113831A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßvorrichtung (7) zur berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche (4), vorzugsweise zur Vermessung von Schienenprofilen, wobei zumindest eine von einer Laserstrahlebene (2) auf die Oberfläche (4) projizierte Laserlinie (3) mit einer Aufnahmeeinrichtung (5) zumindest bereichsweise aufgenommen wird. Um ein Verfahren und eine Meßvorrichtung jeweils der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der die berührungslose Vermessung einer Kontur einer Oberfläche (4) in einfacher Weise und kostengünstig durchführbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Mehrzahl von Kalibrierbereichen vorgesehen wird, wobei die Kalibrierbereiche in wenigstens einer gemeinsamen Kalibrierebene angeordnet sind und wobei die Kalibrierebene die zu vermessende Oberfläche (4) unter einem Winkel schneidet, daß Referenzkoordinaten der Kalibrierbereiche in der Kalibrierebene bestimmt werden, daß die Kalibrierbereiche und die Laserlinie (3) in wenigstens einer Aufnahme gemeinsam aufgenommen werden, daß die Koordinaten der Kalibrierbereiche und die Koordinaten der Laserlinie (3') in der Aufnahme ermittelt werden, daß aus den Referenzkoordinaten und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme eine Transformationsmatrix berechnet wird und daß mit der Transformationsmatrix die Koordinaten der Laserlinie (3') in der Aufnahme entzerrt werden.The invention relates to a method and a measuring device (7) for contactless measurement of a contour of a surface (4), preferably for measuring rail profiles, wherein at least one of a laser beam plane (2) on the surface (4) projected laser line (3) with a Recording device (5) is at least partially recorded. In order to provide a method and a measuring device of the type mentioned above, with which or with which the contactless measurement of a contour of a surface (4) in a simple manner and inexpensively feasible, the invention provides that a plurality of Kalibrierbereichen provided is arranged, wherein the calibration ranges are arranged in at least one common calibration plane and wherein the calibration plane intersects the surface to be measured (4) at an angle that reference coordinates of the calibration are determined in the calibration plane, that the calibration ranges and the laser line (3) in at least one Recording are taken together that the coordinates of the calibration and the coordinates of the laser line (3 ') are determined in the recording, that from the reference coordinates and the coordinates of the calibration in the recording a transformation matrix is calculated and that with the Transformati onsmatrix the coordinates of the laser line (3 ') in the recording are equalized.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßvorrichtung zur berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche, vorzugsweise zur Vermessung von Schienenprofilen, wobei zumindest eine von einer Laserstrahlebene auf die Oberfläche projizierte Laserlinie mit einer Aufnahmeeinrichtung zumindest bereichsweise aufgenommen wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur automatischen Entzerrung von Koordinaten von Bildpunkten in einer digitalen Aufnahme, insbesondere zur Entzerrung von Laserlinienpunkten bei der berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche.The The invention relates to a method and a measuring device for non-contact Measuring a contour of a surface, preferably for surveying rail profiles, wherein at least one of a laser beam plane projected onto the surface Laser line with a recording device at least partially is recorded. About that In addition, the present invention relates to a method for automatic Equalization of coordinates of pixels in a digital image, in particular for the equalization of laser line points in the non-contact Measuring a contour of a surface.

Meßsysteme, die nach dem Lichtschnittverfahren arbeiten, werden zur berührungslosen Profilvermessung von Bauteilen eingesetzt. Dabei werden eine oder mehrere von einer Lasereinrichtung erzeugte Laserstrahlebenen auf die zu vermessende Oberfläche projiziert und die sich auf dem Profil darstellende Laserlinie von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen. Eine Rechnereinrichtung wertet die aufgenommene Laserlinie aus und berechnet dabei einen kalibrierten 2D-Profilschnitt der vermessenen Oberfläche. In der Regel wird jede Messung protokolliert und steht zum Beispiel für Maßnahmen der Qualitätssicherung zur Verfügung. Vorhandene Meßsysteme, die nach dem Lichtschnittverfahren arbeiten, weisen eine starre Anordnung der Lasereinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung mit genau definierten Abmessungen auf. Dadurch ist eine geometrische Zuordnung und somit die anschließende Entzerrung der aufgenommenen Laserlinie anhand der Aufnahme möglich. Die Parameter der Aufnahmeeinrichtung müssen allerdings vor der Messung exakt festgelegt und kalibriert werden. Wird die Anordnung der Aufnahmeeinrichtung verändert oder eine andere Aufnahmeeinrichtung eingesetzt, muß sowohl die Aufnahmeeinrichtung als auch der zur Entzerrung der aufgenommenen Laserlinie vorgesehene Auswertungsalgorithmus neu kalibriert werden. Das ist aufwendig und führt zu hohen Kosten bei der berührungslosen Profilvermessung. Darüber hinaus zeichnen sich die bekannten Meßvorrichtungen durch einen hohen apparativen Aufwand und somit hohe Investitions- und Betriebskosten aus. Schließlich weisen die bekannten Meßvorrichtungen ein großes Bauvolumen auf.measurement systems, which work according to the light-section method become non-contact Profile measurement of components used. Here are one or a plurality of laser beam planes generated by a laser device the surface to be measured projected and the profile of the laser line of a recording device recorded. Evaluates a computer device the recorded laser line and calculates a calibrated 2D profile section of the measured surface. In general, each one will Measurement logs and stands, for example, for quality assurance measures to disposal. Existing measuring systems, which work according to the light-section method, have a rigid Arrangement of the laser device and the recording device with exactly defined dimensions. This is a geometric assignment and thus the subsequent Equalization of the recorded laser line based on the recording possible. The Parameters of the recording device, however, must be before the measurement be precisely set and calibrated. Will the arrangement of the receiving device changed or any other recording device must both the recording device as well as the equalization of the recorded Laser line provided evaluation algorithm recalibrated. This is complicated and leads at high cost in the non-contact Profile measurement. About that In addition, the known measuring devices are characterized by a high equipment costs and thus high investment and operating costs out. After all have the known measuring devices a large volume of construction on.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Meßvorrichtung jeweils der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der die berührungslose Vermessung einer Kontur einer Oberfläche in einfacher Weise und kostengünstig durchführbar ist.task The present invention is a method and a measuring device each of the type mentioned above to provide, with or with the non-contact Measuring a contour of a surface in a simple manner and inexpensively feasible.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgesehen, daß eine Mehrzahl von Kalibrierbereichen vorgesehen wird, wobei die Kalibrierbereiche in wenigstens einer gemeinsamen Kalibrierebene angeordnet sind und wobei die Kalibrierebene die zu vermessende Oberfläche unter einem Winkel schneidet, daß Referenzkoordinaten der Kalibrierbereiche in der Kalibrierebene bestimmt werden, daß die Kalibrierbereiche und die Laserlinie in wenigstens einer Aufnahme gemeinsam aufgenommen werden, daß die Koordinaten der Kalibrierbereiche und die Koordinaten der Laserlinie in der Aufnahme ermittelt werden, daß aus den Referenzkoordinaten und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme eine Transformationsmatrix bzw. -berechnungsvorschrift berechnet wird und daß mit der Transformationsmatrix die Koordinaten der Laserlinie in der Aufnahme entzerrt werden. Bei einer Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 ist dementsprechend vorgesehen, daß wenigstens eine Kalibriereinrichtung mit einem Träger für eine Mehrzahl von Kalibriermitteln vorgesehen ist, daß jedes Kalibriermittel einen Kalibrierbereich aufweist und daß die Kalibriermittel derart auf dem Träger angeordnet sind, daß die Kalibrierbereiche in einer Kalibrierebene angeordnet sind und die Kalibrierebene im Meßzustand der Meßvorrichtung die Oberfläche unter einem Winkel schneidet, so daß die Kalibrierbereiche gemeinsam mit der Laserlinie in einer Aufnahme aufnehmbar sind.to solution The above object is in a method according to the preamble of claim 1 provided that a plurality of calibration ranges is provided, wherein the calibration ranges in at least one are arranged common calibration plane and wherein the calibration plane the surface to be measured at an angle intersects that reference coordinates of the calibration ranges be determined in the calibration level that the calibration ranges and the laser line are recorded together in at least one shot, that the Coordinates of the calibration ranges and the coordinates of the laser line be determined in the recording that from the reference coordinates and the coordinates of the calibration areas in the recording a transformation matrix or -berechnungsvorschrift is calculated and that with the transformation matrix the coordinates of the laser line in the recording are equalized. In a measuring device according to the generic term of claim 8 is accordingly provided that at least a calibration device with a carrier for a plurality of calibration means is provided that each Calibration means has a calibration range and that the calibration so on the carrier are arranged that the Calibration areas are arranged in a calibration plane and the Calibration level in the measuring state the measuring device the surface cuts at an angle so that the calibration ranges are common with the laser line are receivable in a recording.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann die berührungslose Vermessung einer Kontur einer Oberfläche wesentlich kostengünstiger und mit geringerem Aufwand durchgeführt werden, als dies mit den aus dem Stand der Technik bekannten Meßverfahren und Meßvorrichtungen der Fall ist. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ein geringeres Bauvolumen auf. Erfindungswesentlich ist, daß zusammen mit der von einer Lasereinrichtung auf die zu vermessende Oberfläche projizierten Laserlinie eine Mehrzahl von Kalibrierbereichen gemeinsam mit der Laserlinie in einer Aufnahme aufgenommen werden. Um einen Maßstabsbezug zu erhalten und eine Transformation der in der Aufnahme "gezerrt" dargestellten Koordinaten der die Oberflächenkontur abbildenden Laserlinie in solche Koordinaten der Laserlinie zu ermöglichen, die der realen bzw. der nicht-gezerrten Oberflächenkontur entsprechen, werden in der gleichen Aufnahme die Laserlinie und die Kalibrierbereiche gemeinsam aufgenommen. Die Kalibrierbereiche werden in wenigstens einer gemeinsamen Kalibrierebene angeordnet, welche die zu vermessende Oberfläche unter einem Winkel schneidet. Dadurch ist es möglich, auf eine starre Anordnung der Aufnahmeeinrichtung relativ zu der Lasereinrichtung zu verzichten.The inventive method and the measuring device according to the invention, the contactless measurement of a contour of a surface can be carried out much cheaper and with less effort than is the case with the known from the prior art measuring methods and measuring devices. In addition, the measuring device according to the invention has a smaller construction volume. It is essential to the invention that, together with the laser line projected by a laser device onto the surface to be measured, a plurality of calibration regions are recorded together with the laser line in a recording. In order to obtain a scale reference and to enable a transformation of the coordinates of the surface contour imaging laser line into those coordinates of the laser line corresponding to the real and the non-distorted surface contour, the laser line and the calibration ranges recorded together. The calibration ranges are arranged in at least one common calibration plane, which intersects the surface to be measured at an angle. This makes it possible to a rigid arrangement of the receiving device relative to to dispense with the laser device.

Die Laserlinie kann zusammen mit den Kalibrierbereichen unter einem beliebigen Winkel zur Oberfläche von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden. Die Aufnahmeeinrichtung kann von einem Bediener beispielsweise in der Hand gehalten werden, um eine Aufnahme zu machen, wobei der Bediener von jedem beliebigen Blickwinkel aus die Laserlinie zusammen mit den Kalibrierbereichen aufnehmen kann. Die Anordnung der Aufnahmeeinrichtung ist also beliebig, so daß nur eine Aufnahmeeinrichtung erforderlich ist, um die gesamte Kontur der zu vermessenden Oberfläche von mehreren Seiten aufzunehmen. Grundsätzlich kann die Aufnahmeeinrichtung allerdings auch ortsfest angeordnet sein. Ein Wechsel der Aufnahmeeinrichtung ist ebenso unproblematisch durchführbar, da weder die geometrische Lage der Aufnahmeeinrichtung relativ zu der Lasereinrichtung noch die spezifischen Orts- bzw. Lageparameter der Aufnahmeeinrichtung vor der Durchführung der Messung erfaßt werden müssen.The Laser line can be combined with the calibration ranges under one any angle to the surface be absorbed by the receiving device. The recording device can be held in the hand of an operator, for example, to take a picture, with the operator of any Viewing angle from the laser line together with the calibration ranges can record. The arrangement of the receiving device is therefore arbitrary, so that only A receiving device is required to cover the entire contour the surface to be measured from multiple pages. In principle, the receiving device However, also be arranged stationary. A change of the recording device is just as unproblematic feasible, since neither the geometric position the receiving device relative to the laser device nor the specific location or Position parameter of the receiving device before performing the Measurement detected Need to become.

Die Kalibrierung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Auswertung der zusammen mit der Laserlinie aufgenommenen Kalibrierbereiche. Die Kalibrierbereiche sind in wenigstens einer gemeinsamen Kalibrierebene angeordnet, wobei die Kalibrierebene die zu vermessende Oberfläche unter einem Winkel schneidet. Die Anordnung der Kalibrierbereiche in einer gemeinsamen Ebene und der festgelegte Schnittwinkel der Kalibrierebene mit der zu vermessenden Oberfläche vereinfacht die spätere Entzerrung der Koordinaten der aufgenommenen Laserlinie, worauf nachfolgend noch im einzelnen eingegangen wird.The Calibration takes place in the method according to the invention by the evaluation the calibration ranges recorded with the laser line. The calibration ranges are in at least one common calibration plane arranged, wherein the calibration plane under the surface to be measured cuts an angle. The arrangement of the calibration ranges in one common plane and the specified cutting angle of the calibration plane with the surface to be measured simplifies the later Equalization of the coordinates of the recorded laser line, whereupon will be discussed in detail below.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die Kalibrierbereiche in einer Mehrzahl von Kalibrierebenen angeordnet werden, wobei die Kalibrierebenen die zu vermessende Oberfläche auch unter verschiedenen Winkeln schneiden können. Voraussetzung dabei ist jedoch, daß die Ortkoordinaten der Kalibrierbereiche und/oder die Abstände der Kalibrierebenen und/oder die Schnittwinkel der Kalibrierebenen mit der zu vermessenden Oberfläche bekannt sein müssen, um eine anschließende Entzerrung der gezerrten Koordinaten der Laserlinie in der Aufnahme durchführen zu können.Basically However, it is also possible that the calibration ranges are arranged in a plurality of calibration planes, wherein the Calibrate the surface to be measured even under different Can cut angles. The prerequisite is, however, that the location coordinates of the calibration and / or the distances the calibration planes and / or the intersection angles of the calibration planes with the surface to be measured must be known to a subsequent Equalization of the distorted coordinates of the laser line in the recording carry out to be able to.

Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kalibrierbereiche von der Oberfläche des Bauteils beabstandet angeordnet werden, also nicht auf der Oberfläche aufliegen bzw. sich auf dieser befinden, so daß die Aufnahme der Kalibrierbereiche zusammen mit der Laserlinie auch bei wechselnden Aufnahmewinkeln der Aufnahmeeinrichtung relativ zu der Laserlinie in einem großen Winkelbereich möglich ist. Darüber hinaus wird die Entzerrung vereinfacht.Basically it is provided according to the invention that the Calibration ranges from the surface of the Component be arranged spaced, so do not rest on the surface or are on this, so that the recording of the calibration together with the laser line even with changing angles the receiving device relative to the laser line in a wide range of angles possible is. About that In addition, the equalization is simplified.

Die Entzerrung der Koordinaten der aufgenommenen Laserlinie läuft nun wie folgt ab. Zunächst ist es erforderlich, Referenzkoordinaten der Kalibrierbereiche in der Kalibrierebene zu bestimmen, wobei es sich im einfachsten Fall bei den zu bestimmenden Koordinaten um Abstandsmaße zwischen den Kalibrierbereichen handeln kann. Um die Ermittlung der Referenzkoordinaten zu erleichtern, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Kalibrierbereiche in regelmäßigen Abständen angeordnet vorgesehen werden. Eine weitere Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß punktförmige Kalibrierbereiche vorgesehen werden, deren Koordinaten mit einer hohen Präzision ermittelbar sind. Dies trägt auch dazu bei, daß die Auswertegenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr hoch ist.The Equalization of the coordinates of the recorded laser line is now running as follows. First is it is necessary to use reference coordinates of the calibration ranges in the Calibration level to determine, which is in the simplest case at the coordinates to be determined by distance measurements between the calibration ranges can act. To facilitate the determination of reference coordinates, can be provided according to the invention be that the Calibration areas arranged at regular intervals be provided. A further simplification of the method according to the invention is to be seen in that punctiform calibration be provided whose coordinates can be determined with high precision are. This carries also to the fact that the Evaluation accuracy of the method according to the invention is very high.

Nach der gemeinsamen Aufnahme der Kalibrierbereiche und der Laserlinie in wenigstens einer digitalen Bild- und/oder Videoaufnahme werden die Koordinaten der Kalibrierbereiche und die Koordinaten der Laserlinie in der Aufnahme ermittelt, so daß bei Kenntnis der Referenzkoordinaten und der Koor dinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme eine Transformationsmatrix zur Entzerrung der gezerrten Koordinaten der aufgenommenen Laserlinie berechenbar ist.To the common recording of the calibration areas and the laser line in at least one digital image and / or video recording the coordinates of the calibration areas and the coordinates of the laser line determined in the recording, so that with knowledge of the reference coordinates and coordinating the calibration ranges in the recording a transformation matrix for equalizing the distorted coordinates of the recorded laser line is calculable.

Die Entzerrung kann gemäß den aus der Fotogrametrie an sich bekannten Verfahren erfolgen. Die Entzerrung dient dazu, die in der Aufnahme – aufgrund der Abhängigkeit der Koordinaten der Laserlinie in der Aufnahme von dem Winkel der Aufnahmeeinrichtung relativ zur Laserlinie – nicht-realen bzw. gezerrten Koordinaten umzurechnen in eine Profildarstellung der vermessenen Oberfläche, die die realen Größenverhältnisse bzw. die entzerrte Kontur wiedergibt.The Equalization can be made according to the the photogrammetry method known per se. The equalization serves the purpose of recording - due to dependence the coordinates of the laser line in the recording of the angle of the Recording device relative to the laser line - not real or distorted Convert coordinates into a profile representation of the measured Surface, the the real proportions or the equalized contour reproduces.

Grundsätzlich kann es sich bei der Aufnahmeeinrichtung um eine Fotokamera und/oder um eine Videokamera handeln, die zur digitalen Bild- und/oder Videoaufnahme geeignet ist. Vorzugsweise ist jede beliebige digitale Fotokamera bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar, was zur Einfachheit und zu den geringen Kosten des erfindungsgemäßen Verfahrens beiträgt.Basically it is at the receiving device to a camera and / or to act a video camera for digital image and / or video recording suitable is. Preferably, any digital still camera is in the method according to the invention used, resulting in simplicity and at low cost of the process of the invention contributes.

Eine besonders einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Kalibrierebene in die Laserstrahlebene gelegt wird bzw. daß die Kalibrierbereiche in der Laserstrahlebene angeordnet werden. Dadurch sinkt der Aufwand zur Berechnung der Transformationsmatrix, da lediglich die Koordinaten der Kalibrierbereiche und der Laserlinie in X/Y-Richtung bekannt sein müssen. Es ist grundsätzlich jedoch auch möglich, daß die Kalibrierebene nicht in der Laserstrahlebene liegt, wobei der Schnittwinkel und/oder der Abstand zwischen der Laserstrahlebene und der Kalibrierebene ermittelt werden muß.A particularly simple embodiment of the method according to the invention provides that the calibration plane is placed in the laser beam plane or that the calibration ranges are arranged in the laser beam plane. This reduces the effort for calculating the transformation matrix, since only the coordinates of the calibration areas and the laser line in the X / Y direction must be known. However, it is basically also possible that the calibration plane is not in the laser beam plane, wherein the intersection angle and / or the distance between the laser beam plane and the calibration plane must be determined.

Um eine Transformationsmatrix aus den Referenzkoordinaten der Kalibrierbereiche und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme ermitteln zu können, ist es bei den üblicherweise zur Entzerrung eingesetzten mathematischen Verfahren notwendig, daß wenigstens vier Kalibrierbereiche in der Kalibrierebene vorgesehen werden, wobei, vorzugsweise, höchstens zwei Kalibrierbereiche auf einer gemeinsamen Geraden liegend angeordnet werden. Im einfachsten Fall kann es jedoch bereits ausreichend sein, zwei oder drei Kalibrierbereiche vorzusehen, um die Entzerrung der aufgenommenen Laser linie durchführen zu können. Die Anzahl der benötigten Kalibrierbereiche und deren Anordnung steht in Abhängigkeit zu dem zur Berechnung der Transformationsmatrix eingesetzten Algorithmus und die tolerierbare Rechenleistung und -dauer. Im übrigen können bedarfsweise die aus der projektiven Geometrie an sich bekannten Algorithmen zur Berechnung der Transformationsmatrix bzw. zur Entzerrung der Koordinaten der Bildpunkte der aufgenommenen Laserlinie eingesetzt werden.Around a transformation matrix from the reference coordinates of the calibration ranges and determine the coordinates of the calibration ranges in the image to be able to it is the usual necessary for equalization mathematical procedures necessary that at least four calibration ranges are provided in the calibration plane, where, preferably, at most two calibration ranges arranged on a common line lying become. In the simplest case, however, it may already be sufficient two or three calibration ranges to provide the equalization of the Perform recorded laser line to be able to. The number of needed Calibration areas and their arrangement is dependent to the algorithm used to calculate the transformation matrix and the tolerable computing power and duration. Moreover, if necessary the algorithms known per se from the projective geometry for the calculation of the transformation matrix or for the equalization of the Coordinates of the pixels of the recorded laser line used become.

Die Erfindung läßt es vorzugsweise zu, daß die Laserlinie aus mehreren Blickwinkeln bzw. Perspektiven und Stellungen der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen wird. Ebenso gut ist es möglich, daß die Laserlinie – vor allem bei größeren Oberflächen – abschnittsweise aufgenommen wird oder daß eine Mehrzahl von Laserlinien aufgenommen wird. Die aufgenommenen Laserlinien können nach der Entzerrung zumindest bereichsweise überlagert werden, um die Kontur der vermessenen Oberfläche möglichst vollständig zu beschreiben. Der Begriff Oberfläche kann sich auf die Oberfläche eines Bauteils, eines Lebewesens oder auf jede denkbare Oberfläche beziehen, deren Kontur bzw. Höhenprofil vermessen werden soll.The Invention allows it preferably to that the Laser line from several angles or perspectives and positions the recording device is received. As well it is possible that the laser line - especially for larger surfaces - in sections is recorded or that a plurality is recorded by laser lines. The recorded laser lines can after the equalization are at least partially superimposed to the contour the measured surface preferably Completely to describe. The term surface can affect the surface of a Component, of a living being or refer to any conceivable surface, their contour or height profile to be measured.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist bei dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 vorgesehen, daß Bildpunkte gemeinsam mit Kalibrierbereichen mit bekannten Referenzkoordinaten aufgenommen werden, wobei die Koordinaten der Kalibrierbereiche und der Bildpunkte in der Aufnahme vorzugsweise automatisch bestimmt werden, wobei eine Transformationsmatrix aus den Referenzkoordinaten und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme vorzugsweise automatisch berechnet wird und wobei die Entzerrung der Koordinaten der Bildpunkte in der Aufnahme automatisch auf Grundlage der Transformationsmatrix erfolgt. Dabei ist vorgesehen, daß eine Aufnahme einer Laserlinie einer zu vermessenden Oberfläche zunächst ausgewählt und auf einem Bildschirm der Rechnereinrichtung für einen Benutzer sichtbar dargestellt wird. Die Ermittlung der Kalibrierbereiche im Bild erfolgt vorzugsweise automatisch, wobei es die Erfindung auch zuläßt, daß der Benutzer den Auswertebereich kennzeichnet, in dem die Kalibrierbereiche und/oder die Laserlinie in der Aufnahme abgebildet sind. Der Benutzer kann auch manuell einzelne Bildpunkte bzw. Kalibrierbereiche auswählen. Die Position der Kalibrierbereiche kann darüber hinaus in einem Me nü hinterlegt werden, wobei diese Daten in einer Eingabemaske abgefragt und auf einer Speichereinrichtung der Rechnereinrichtung gespeichert werden können.to solution The object mentioned above is in the method according to the preamble of claim 4 provided that pixels together with Calibration areas recorded with known reference coordinates with the coordinates of the calibration areas and the pixels in the recording are preferably determined automatically, with a Transformation matrix of the reference coordinates and the coordinates of the Calibration areas in the recording preferably calculated automatically and wherein the equalization of the coordinates of the pixels in recording automatically based on the transformation matrix he follows. It is provided that a recording of a laser line a surface to be measured initially selected and displayed on a screen of the computing device visible to a user becomes. The determination of the calibration ranges in the image is preferably carried out automatically, wherein the invention also allows the user to the evaluation area in which the calibration ranges and / or the laser line are shown in the picture. The user can also manually select individual pixels or calibration ranges. The position of the calibration areas can over it deposited in a menu be queried and this data in an input mask a memory device of the computer device are stored can.

Die Kalibrierbereiche in der Aufnahme können ebenso wie die Bildpunkte der Laserlinie in der Aufnahme anhand von Kontrastwerten und/oder Helligkeitswerten automatisch erkannt und/oder markiert und/oder dem Benutzer angezeigt werden. Dies trägt zur einfachen Auswertung der Messung bzw. Entzerrung der aufgenommenen Laserlinie bei und erhöht den Benutzerkomfort bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Ergebnis werden die gezerrten Koordinaten der Kalibrierbereiche und der Bildpunkte der Laserlinie in der Aufnahme vorzugsweise automatisch detektiert.The Calibration areas in the shot can as well as the pixels the laser line in the recording on the basis of contrast values and / or Brightness values are automatically detected and / or marked and / or be displayed to the user. This contributes to easy evaluation the measurement or equalization of the recorded laser line at and increases the User comfort during execution the method according to the invention. The result is the distorted coordinates of the calibration areas and the pixels of the laser line in the recording preferably automatically detected.

Von Vorteil ist weiterhin, daß ein Schwellenwert für den Kontrast und/oder die Helligkeit, bei dessen Über- oder Unterschreiten ein Kalibrierbereich und/oder ein Bildpunkt in der Aufnahme erkannt und/oder markiert und/oder angezeigt wird, automatisch in Abhängigkeit von Kontrastwerten oder Helligkeitswerten der Aufnahme, also der Bildqualität der Aufnahme, verändert wird. Es ist jedoch auch möglich, daß Kontraste, Helligkeit und Ansprechschwellen für das Erkennen, das Markieren oder die Anzeige der Kalibrierbereiche und/oder der Bildpunkte der Laserlinie in der Aufnahme benutzergesteuert eingestellt werden, um bei wechselnden Verhältnissen im Bild die Kalibrierbereiche und/oder die Bildpunkte der Laserlinie mit hoher Genauigkeit und hoher Sicherheit erkennen zu können.From Another advantage is that a Threshold for the contrast and / or the brightness at the over- or Below a calibration range and / or a pixel in the Recording is detected and / or marked and / or displayed automatically dependent on of contrast values or brightness values of the recording, that is the picture quality the recording, changed becomes. However, it is also possible that contrasts, Brightness and thresholds for recognizing, marking or the display of the calibration ranges and / or the pixels of the laser line in the recording user-controlled to be set to changing conditions in the picture the calibration areas and / or the pixels of the laser line to recognize with high accuracy and high security.

Um die Einfachheit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu erhöhen, ist es erfindungsgemäß möglich, daß aus den Referenzkoordinaten der Kalibrierbereiche und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme automatisch von der Rechnereinrichtung die Transformationsmatrix ermittelt wird. Nach Berechnung der Kalibrationsmatrix wird die Laserlinie vorzugsweise punktweise abgetastet, wobei die Bildpunkte der Laserlinie automatisch entzerrt werden. Dabei werden die gezerrten Koordinaten der Bildpunkte in der Aufnahme mittels der Transformationsmatrix in entzerrte Koordinaten umgerechnet, die die wahren Längen-, Größen- und Abstandsmaße der messenen Oberflächenkontur wiedergeben. Die automatische Abtastung der Laserlinie erfolgt der Kontur der Bildpunkte in der Aufnahme folgend, wobei der Aus wertebereich in der Aufnahme, in dem die Kalibrierbereiche und/oder die Bildpunkte der Laserlinie erkannt und/oder markiert und/oder angezeigt werden, automatisch durch die Rechnereinrichtung oder auch bedarfsweise benutzergesteuert festgelegt werden kann. Liegen beispielsweise die Helligkeitswerte und/oder die Kontrastwerte der Laserlinie in der Aufnahme und die Helligkeitswerte und/oder Kontrastwerte anderer Bildpunkte in der Aufnahme sehr nahe beieinander, ist es erfindungsgemäß von Vorteil, eine benutzergesteuerte Eingrenzung der Auswertebereiche in der Aufnahme vorzusehen. Somit kann in jedem Fall sichergestellt werden, daß die gewünschte Laserlinie und die Kalibrierbereiche entzerrt werden.In order to further increase the simplicity of the method according to the invention, it is possible according to the invention that the transformation matrix is automatically determined by the computer device from the reference coordinates of the calibration regions and the coordinates of the calibration regions in the recording. After calculating the calibration matrix, the laser line is preferably scanned point by point, whereby the pixels of the laser line are automatically equalized. The distorted coordinates of the pixels in the image are converted by means of the transformation matrix into equalized coordinates, which represent the true length, size and distance dimensions of the measured surface contour. The automatic scanning of the laser line is the contour of the pixels in the recording following, the evaluation range in the recording in which the calibration areas and / or the pixels the laser line can be detected and / or marked and / or displayed, automatically determined by the computer device or, if necessary, user-controlled. If, for example, the brightness values and / or the contrast values of the laser line in the image and the brightness values and / or contrast values of other pixels in the image are very close to one another, it is advantageous according to the invention to provide a user-controlled delimitation of the evaluation regions in the image. Thus, it can be ensured in each case that the desired laser line and the calibration ranges are equalized.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß eine automatische und/oder benutzergesteuerte Korrektur von falsch erkannten Bildpunkten und/oder Kalibrierflächen der Aufnahme vorgesehen wird. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit und Sicherheit bei der Auswertung der Messung erreicht. Beispielsweise können die Helligkeitswerte und/oder die Kontrastwerte der Bildpunkte der Laserlinie und/oder der Kalibrierbereiche in der Aufnahme mit Sollwerten oder Grenzwerten verglichen werden, wobei bei Abweichung der Helligkeits- und/oder Kontrastwerte der Bildpunkte und/oder der Kalibrierflächen von vorgegebenen Sollwerten oder Grenzwerten derjenige Bildpunkt bzw. diejenige Kalibrierfläche nicht in die Auswertung der Aufnahme einbezogen wird. Auch eine visuelle Kontrolle des Benutzers ist möglich und vorteilhaft.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that an automatic and / or user-controlled correction of misrecognized pixels and / or calibration surfaces the recording is provided. This will be a high accuracy and achieved safety in the evaluation of the measurement. For example, the Brightness values and / or the contrast values of the pixels of the laser line and / or the calibration ranges in the recording with setpoints or limits be compared, with deviation of the brightness and / or Contrast values of the pixels and / or the calibration surfaces of predetermined setpoint values or limit values of that pixel or the calibration surface not included in the evaluation of the recording. Also one Visual control of the user is possible and advantageous.

Im übrigen ist es nicht erforderlich, das eine eine Laserlinie zeigende Aufnahme unmittelbar nach der Messung ausgewertet wird. Es ist ebenso gut möglich, daß die Auswertung nur bedarfsweise erfolgt, wobei zu einem späteren Zeitpunkt darüber entschieden werden kann, welche Aufnahme ausgewertet werden soll und welche nicht. Das trägt dazu bei, den Aufwand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermessung einer Oberflächenkontur möglichst gering zu halten. Die Aufnahmen können in einfacher Weise archiviert und bedarfsweise ausgewertet werden. Dabei darf darauf hingewiesen werden, daß unter dem Begriff "auswerten" nicht nur die Entzerrung der aufgenommenen Laserlinie anhand der Transformationsmatrix verstanden werden kann, sondern auch alle der Entzerrung folgenden, üblicherweise bei der berührungslosen Vermessung von Oberflächenkonturen vorgesehenen Aus wertungsabläufe, beispielsweise die visuelle Darstellung der Meßergebnisse und/oder deren Weiternutzung. Um auch zu einem späteren Zeitpunkt die Aufnahmen auswerten zu können, ist es erfindungsgemäß weiter von Vorteil, daß die Aufnahme als solche und/oder die Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme und/oder die Koordinaten der Bildpunkte in der Aufnahme und/oder die Referenzkoordinaten und/oder die Transformationsmatrix vorzugsweise gemeinsam gespeichert bzw. auf einem Speicher der Rechnereinrichtung hinterlegt werden. Es ist auch möglich, daß die Transformationsmatrix auf einem Speicher der Rechnereinrichtung hinterlegt wird, und die Ermittlung der Koordinaten der Kalibrierbereiche und der Bildpunkte in der Aufnahme erst zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt.Otherwise it is it does not require the recording showing a laser line is evaluated immediately after the measurement. It is equally possible that the evaluation only as required, with a decision being taken at a later date can be, which recording should be evaluated and which Not. That carries to the effort in the inventive method for surveying a surface contour as low as possible to keep. The shots can archived in a simple manner and evaluated as needed. It should be noted that the term "evaluate" is not just the equalization of the recorded laser line based on the transformation matrix understood but also all the equalization following, usually at the non-contact Measurement of surface contours intended evaluation procedures, for example the visual representation of the measurement results and / or their further use. Also at a later date to evaluate the recordings, it is further according to the invention advantageous that the Recording as such and / or the coordinates of the calibration ranges in the recording and / or the coordinates of the pixels in the recording and / or the reference coordinates and / or the transformation matrix preferably stored together or on a memory of the computer device be deposited. It is also possible, that the Transformation matrix on a memory of the computer device and the determination of the coordinates of the calibration ranges and the pixels in the recording at a later date he follows.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 im einzelnen beschrieben, ohne daß dadurch die Erfindung auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt wird. Es zeigenThe invention will be described below with reference to 1 to 3 described in detail, without thereby limiting the invention to the described embodiments. Show it

1 das Grundprinzip der berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche nach dem Lichtschnittverfahren, 1 the basic principle of non-contact measurement of a contour of a surface according to the light-section method,

2 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche unter Verwendung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vermessung der Oberflächenkontur nach dem Lichtschnittverfahren und 2 a schematic diagram of the inventive method for non-contact measurement of a contour of a surface using an embodiment of a device according to the invention for measuring the surface contour according to the light section method and

3 eine Seitenansicht der in 2 dargestellten Meßvorrichtung zur Vermessung einer Oberflächenkontur. 3 a side view of in 2 illustrated measuring device for measuring a surface contour.

In 1 ist das Grundprinzip der berührungslosen Oberflächenvermessung nach dem Lichtschnitt-Verfahren dargestellt. Gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform wird von einer Lasereinrichtung 1 eine Laserstrahlebene 2 erzeugt, die eine Laserlinie 3 auf eine profilierte Oberfläche 4 projiziert. Die Laserlinie 3 wird von einer Aufnahmeeinrichtung 5, bei der es sich beispielsweise um eine digitale Foto- und/oder Videokamera handeln kann, aufgenommen. Mit der Aufnahmeeinrichtung 5 ist eine Anzeigeeinrichtung 6 verbunden, die eine Aufnahme der Laserlinie 3 abbildet. Die in der Aufnahme abgebildete Laserlinie 3' unterscheidet sich von der auf die Oberfläche 4 projizierten Laserlinie 3 dadurch, daß die Laserlinie 3' eine perspektivisch gezerrte Abbildung der realen Kontur der vermessenen Oberfläche 4 darstellt. Dabei wird die durch die Laserlinie 3' dargestellte Oberflächenkontur des Meßobjektes in "gezerrten" Koordinaten angezeigt. Um aus der angezeigten Laserlinie 3' Rückschlüsse auf die Oberflächenkontur der Oberfläche 4 ziehen zu können, ist es notwendig, die Laserlinie 3' zu entzerren, wobei bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur berührungslosen Vermessung einer Oberflächenkontur nach dem Lichtschnittverfahren eine starre Anordnung der Lasereinrichtung 1 relativ zu der Aufnahmeeinrichtung 5 vorgesehen sein muß.In 1 is the basic principle of non-contact surface measurement according to the light-section method shown. According to the in 1 illustrated embodiment is of a laser device 1 a laser beam plane 2 generates a laser line 3 on a profiled surface 4 projected. The laser line 3 is from a recording device 5 , which may be, for example, a digital photo and / or video camera, taken. With the recording device 5 is a display device 6 connected, which is a recording of the laser line 3 maps. The laser line shown in the picture 3 ' is different from the one on the surface 4 projected laser line 3 in that the laser line 3 ' a perspective distorted image of the real contour of the measured surface 4 represents. It will be through the laser line 3 ' shown surface contour of the measurement object in "dragged" coordinates displayed. To get out of the displayed laser line 3 ' Conclusions about the surface contour of the surface 4 It is necessary to draw the laser line 3 ' to equalize, wherein in the known from the prior art method for non-contact measurement of a surface contour according to the light section method, a rigid arrangement of the laser device 1 relative to the receiving device 5 must be provided.

Die bei den bekannten Verfahren vorgesehene bzw. festgelegte geometrische Zuordnung der Aufnahmeeinrichtung 5 zur Lasereinrichtung 1 und deren Anordnung relativ zu der zu vermessenden Oberfläche 4 ermöglicht die Kalibrierung des Meßverfahrens. Durch die Kalibrierung und einen auf der Kalibrierung beruhenden Auswertungsalgorithmus ist es möglich, die beim Aufnehmen der Laserlinie 3 auftretenden perspektivischen Verzerrungen zu entzerren bzw. die gezerrten Koordinaten in der Aufnahme in vorzugsweise zweidimensionale entzerrte X/Y-Koordinaten zu transformieren, wobei die entzerrten Koordinaten der Bildpunke der Laserlinie 3' den wahren Größen-, Längen- und Abstandsverhältnissen der vermessenen Oberflächenkontur entsprechen.The provided or specified in the known methods geometric assignment of recording device 5 to the laser device 1 and their arrangement relative to the surface to be measured 4 allows the calibration of the measuring method. The calibration and calibration-based evaluation algorithm make it possible to capture the laser line 3 to distort the perspective distortions occurring or to transform the distorted coordinates in the image into preferably two-dimensional, equalized X / Y coordinates, the equalized coordinates of the image points of the laser line 3 ' correspond to the true size, length and distance ratios of the measured surface contour.

In 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 zur berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche 4, im vorliegenden Fall zur Profilvermessung einer Schiene 8 dargestellt. Die Meßeinrichtung 7 weist gemäß der 2 zwei Lasereinrichtungen 1 auf, die jeweils eine Laserstrahlebene 2 erzeugen. Die Lasereinrichtungen 1 sind derart angeordnet, daß in dem in den 2 und 3 dargestellten Meßzustand der Meßvorrichtung 7 jeweils eine Laserlinie 3 auf die zu vermessende Oberfläche der Schiene 8 projiziert wird.In 2 is an embodiment of a measuring device according to the invention 7 for contactless measurement of a contour of a surface 4, in the present case for profile measurement of a rail 8th shown. The measuring device 7 according to the 2 two laser devices 1 on, each one a laser beam plane 2 produce. The laser devices 1 are arranged such that in which in the 2 and 3 shown measuring state of the measuring device 7 one laser line each 3 on the surface of the rail to be measured 8th is projected.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung 7 weist weiterhin eine Kalibriereinrichtung 9 mit einem Träger 10 für eine Mehrzahl von Kalibriermitteln 11 auf. Die Kalibriermittel 11 weisen jeweils einen Kalibrierbereich auf. Die Kalibriermittel 11 sind derart auf dem Träger 10 angeordnet, daß die zur Kalibra tion vorgesehenen Kalibrierbereiche in einer gemeinsamen Kalibrierebene angeordnet sind und die Kalibrierebene im Meßzustand der Meßvorrichtung 7 die Oberfläche der Schiene 8 unter einem Winkel schneidet. Gemäß den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 ist die Meßvorrichtung 7 derart angeordnet, daß die Laserstrahlebene 2 und die die Kalibrierbereiche aufweisende Kalibrierebene senkrecht zur Oberfläche der Schiene 8 angeordnet sind. Grundsätzlich wäre aber auch jede andere winklige Anordnung möglich.The measuring device according to the invention 7 also has a calibration device 9 with a carrier 10 for a plurality of calibrants 11 on. The calibrants 11 each have a calibration range. The calibrants 11 are so on the carrier 10 arranged that the calibra tion provided for calibration ranges are arranged in a common calibration plane and the calibration plane in the measuring state of the measuring device 7 the surface of the rail 8th cuts at an angle. According to the in the 2 and 3 illustrated embodiments of the measuring device according to the invention 7 is the measuring device 7 arranged such that the laser beam plane 2 and the calibration plane having the calibration areas perpendicular to the surface of the rail 8th are arranged. In principle, however, any other angular arrangement would be possible.

Wesentlich ist, daß die Kalibrierbereiche 11 zusammen mit der Laserlinie 3 in einer Aufnahme mit der Aufnahmeeinrichtung 5 aufnehmbar sind bzw. aufgenommen werden. Dies ist in 3 dargestellt, wobei darauf hingewiesen wird, daß es mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 nicht notwendig ist, die Aufnahmeeinrichtung 5 mit der Meßvorrichtung 7 zu verbinden. Die Aufnahmeeinrichtung 5 kann dadurch frei in beliebigen Winkeln relativ zu der Laserlinie 3 angeordnet werden, so daß Aufnahmen der Laserlinie 3 aus jeder gewünschten Perspektive möglich sind. Dies gilt solange, als daß zusammen mit der Laserlinie 3 die Kalibrierbereiche aufnehmbar sind. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die Aufnahmeeinrichtung 5 mit der Meßvorrichtung 7 fest verbunden ist.It is essential that the calibration ranges 11 together with the laser line 3 in a receptacle with the receiving device 5 are recorded or recorded. This is in 3 shown, it being noted that it is with the measuring device according to the invention 7 is not necessary, the receiving device 5 with the measuring device 7 connect to. The recording device 5 This makes it free at any angle relative to the laser line 3 be arranged so that recordings of the laser line 3 from any desired perspective are possible. This applies as long as that together with the laser line 3 the calibration ranges are receivable. In principle, however, it is also possible that the receiving device 5 with the measuring device 7 is firmly connected.

Gemäß der in der 3 dargestellten Ausführungsform ist der Träger 10 parallel zur Laserstrahlebene 2 angeordnet, wobei die Lasereinrichtung 1 fest mit dem Träger 10 verbunden ist. Die feste Anordnung der Lasereinrichtung 1 relativ zum Träger 10 erleichtert die Berechnung einer Transformationsmatrix zum Entzerren der Koordinaten der aufgenommenen Laserlinie 3' in der Aufnahme.According to the in the 3 illustrated embodiment is the carrier 10 parallel to the laser beam plane 2 arranged, wherein the laser device 1 firmly with the carrier 10 connected is. The fixed arrangement of the laser device 1 relative to the carrier 10 facilitates the calculation of a transformation matrix for equalizing the coordinates of the recorded laser line 3 ' in the recording.

Wie aus 3 weiter hervorgeht, fallen die Kalibrierebene und die Laserstrahlebene 2 zusammen, die Kalibrierebene liegt also in der Laserstrahlebene 2. Es ist jedoch auch möglich, daß die Kalibrierebene und die Laserstrahlebene 2 durch einen Abstand voneinander beabstandet sind. Zur Entzerrung der Koordinaten der Laserlinie 3' in der Aufnahme ist es dann jedoch erforderlich, den Abstand zwischen der Kalibrierebene und der Laserstrahlebene 2 bei der Berechnung der Transformationsmatrix zu ermitteln.How out 3 further, the calibration plane and the laser beam plane fall 2 together, the calibration plane is therefore in the laser beam plane 2 , However, it is also possible that the calibration plane and the laser beam plane 2 are spaced apart by a distance. For equalization of the coordinates of the laser line 3 ' in the recording, however, it is then necessary, the distance between the calibration plane and the laser beam plane 2 to be determined in the calculation of the transformation matrix.

Um eine Kalibrierung in einfacher Weise zu ermöglichen, weist der Träger 10 Kalibriermittel 11 auf, die vorzugsweise als Kalibrierstifte ausgebildet und senkrecht zur Laserstrahlebene 2 angeordnet sind. Die Kalibrierstifte sind an dem der Laserstrahlebene 2 zugewandten freien Ende 12 kugelförmig ausgebildet. Dadurch wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 sichergestellt, daß beim Eintauchen des freien Endes 12 der Kalibrierstifte in die Laserstrahlebene 2 ein Teil der Laserstrahlen von dem kugelförmigen freien Ende 12 der Kalibrierstifte reflektiert wird. Dadurch wird in einfacher Art und Weise an jedem freien Ende 12 eines Kalibriermittels 11 ein Kalibrierbereich in der Art einer punktförmigen Lichtquelle geschaffen, wobei die von dem freien Ende 12 reflektierten Strahlen der Laserebene 2 zusammen mit der Laserlinie 3 aufgenommen werden und in der Aufnahme anschließend als leicht erkennbare punktförmige Kalibrierflächen oder -bereiche erkennbar sind. Die Kalibrierbereiche und die projizierte Laserlinie 3 liegen bei dieser Ausführungsform der Erfindung in der gleichen geometrischen Ebene. Die Laserlinie 3' und die von den reflektierten Laserstrahlen erzeugten punktförmigen Kalibrierflächen in der Aufnahme weisen in etwa dieselben Helligkeitswerte und/oder Kontrastwerte auf, so daß eine Erkennung leicht möglich ist.To facilitate calibration in a simple manner, the carrier assigns 10 calibration 11 preferably formed as calibration pins and perpendicular to the laser beam plane 2 are arranged. The calibration pins are at the laser beam level 2 facing free end 12 spherically formed. As a result, in a particularly preferred embodiment of the measuring device according to the invention 7 Ensure that when dipping the free end 12 the calibration pins in the laser beam plane 2 a part of the laser beams from the spherical free end 12 the calibration pins is reflected. This will in a simple way at each free end 12 a calibration agent 11 a calibration region in the manner of a punctiform light source is provided, wherein the from the free end 12 reflected rays of the laser plane 2 together with the laser line 3 be recorded and then recognizable in the recording as easily recognizable punctiform calibration areas or areas. The calibration ranges and the projected laser line 3 lie in this embodiment of the invention in the same geometric plane. The laser line 3 ' and the dot-shaped calibration areas produced by the reflected laser beams in the recording have approximately the same brightness values and / or contrast values, so that detection is easily possible.

Die senkrechte Anordnung der Kalibrierstifte auf dem Träger 10 stellt dabei sicher, daß alle freien Enden 12 gleichzeitig in die Laserstrahlebene 2 eintauchen können. Dabei tangieren die freien Enden 12 gerade die Laserstrahlebene 2, wobei es bei entsprechender Ausbildung der Kalibriermittel 11 auch möglich ist, daß die Kalibriermittel 11 die Laserstrahlebene 2 zumindest bereichsweise schneiden. Wie bereits zuvor erläutert, sind die Kalibriermittel 11 derart angeordnet, daß zumindest vier freie Enden in die Laserstrahlebene 2 eintauchen, wobei höchstens zwei freie Enden 12 auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Aus der 3 ist weiter zu ersehen, daß die Kalibriermitel 11 in regelmäßigen Abständen auf dem Träger 10 angeordnet sind, was die Ermittlung der Referenzkoordinaten der freien Enden 12 der Kalibriermittel 11 bzw. der Kalibrierbereiche erleichtert.The vertical arrangement of the calibration pins on the carrier 10 Make sure that all free ends 12 at the same time in the laser beam plane 2 can dive. The free ends are touching 12 just the laser beam plane 2 , wherein it with appropriate training of the calibration 11 It is also possible that the calibration 11 the laser beam plane 2 at least partially intersect. As be previously explained, the calibration means 11 arranged such that at least four free ends in the laser beam plane 2 immerse, with at most two free ends 12 lie on a common line. From the 3 can be seen further that the Kalibriermitel 11 at regular intervals on the carrier 10 are arranged, resulting in the determination of the reference coordinates of the free ends 12 the calibrant 11 or the calibration ranges easier.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung eine Klemmeinrichtung 13 auf, mit der die Meßvorrichtung 7 an eine nicht im einzelnen dargestellte Winkelmeßeinrichtung, wie beispielsweise eine Wasserwaage, ange klemmt werden kann, wobei durch die Winkelmeßeinrichtung die vorzugsweise rechtwinklige Anordnung der Meßvorrichtung 7 auf der Oberfläche 4 der Schiene 8 eingestellt werden kann bzw. vorgegeben ist. Der Einfachheit halber handelt es sich bei der Winkelmeßeinrichtung um ein Spurweiten-Meßgerät, mit dem die Meßvorrichtung 7 über die Klemmeinrichtung 13 verbunden wird.In addition, the measuring device according to the invention has a clamping device 13 on, with the measuring device 7 to an angle measuring device, not shown in detail, such as a spirit level, can be clamped, wherein by the angle measuring the preferably rectangular arrangement of the measuring device 7 on the surface 4 the rail 8th can be set or is specified. For the sake of simplicity, the angle measuring device is a gage measuring device with which the measuring device 7 over the clamping device 13 is connected.

Bei der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 sind zwei Lasereinrichtungen 1 dargestellt, bei denen es sich beispielsweise um Linienlaserprojektoren handeln kann. Grundsätzlich können auch mehr als zwei Lasereinrichtungen vorgesehen sein. Die Lasereinrichtungen 1 sind derart zueinander angeordnet, daß im Meßzustand der Meßvorrichtung 7 die von den Lasereinrichtungen 1 erzeugten Laserstrahlebenen 2 in derselben geometrischen Ebene liegen und sich bereichsweise schneiden. Werden mehrere Lasereinrichtung 1 eingesetzt, ist es möglich, daß jeder Laserstrahlebene 2 eine Mehrzahl von Kalibriermitteln 11 zugeordnet ist und/oder das ein Kalibriermittel 11 mehrere Laserstrahlebenen 2 schneidend oder tangierend angeordnet ist.In the in the 2 and 3 illustrated embodiment of the measuring device according to the invention 7 are two laser devices 1 represented, which may be, for example, line laser projectors. In principle, more than two laser devices can be provided. The laser devices 1 are arranged to each other such that in the measuring state of the measuring device 7 those of the laser devices 1 generated laser beam planes 2 lie in the same geometric plane and intersect in some areas. Be multiple laser device 1 used, it is possible that every laser beam plane 2 a plurality of calibrants 11 is assigned and / or a calibration 11 several laser beam levels 2 is arranged cutting or tangent.

Nicht im einzelnen dargestellt ist, daß die Meßvorrichtung 7 mit einer Rechnereinrichtung verbunden sein kann, die zur Auswertung der Aufnahmen vorgesehen wird. Dabei wird die aufgenommene Laserlinie 3', die die Oberflächenkontur bzw. das Höhenprofil der Schiene 8 quer zur Längsachse der Schiene 8 in gezerrten Koordinaten abbildet, in einem Koordinatensystem punktweise erfaßt und mit einer aus den Referenzkoordinaten der Kalibrierbereiche und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme ermittelten Transformationsmatrix bzw. -berechnungsvorschrift entzerrt. Die Entzerrung kann nach den Gesetzmäßigkeiten der projektiven Geometrie stattfinden.It is not shown in detail that the measuring device 7 can be connected to a computer device which is provided for the evaluation of recordings. The recorded laser line becomes 3 ' , the surface contour or the height profile of the rail 8th transverse to the longitudinal axis of the rail 8th in distorted coordinates, detected point by point in a coordinate system and equalized with a transformation matrix or calculation rule determined from the reference coordinates of the calibration regions and the coordinates of the calibration regions in the image. The equalization can take place according to the laws of projective geometry.

Für den Fall, daß in einer Aufnahme nicht die gesamte Kontur der Oberfläche 4 sichtbar ist, können von der Oberfläche 4 mehrere Aufnahmen aus unterschiedlichen Perspektiven gemacht werden. Die entzerrten Koordinaten der Konturenlinien können dann überlagert werden.In the event that in a recording not the entire contour of the surface 4 is visible from the surface 4 several shots are taken from different perspectives. The equalized coordinates of the contour lines can then be superimposed.

Claims

Method for contactless measurement of a contour of a surface, preferably for measuring rail profiles, wherein at least one of a laser beam plane ( 2 ) on the surface ( 4 ) projected laser line ( 3 ) with a receiving device ( 5 ) is received at least in regions, characterized in that - a plurality of calibration ranges is provided, wherein the calibration ranges are arranged in at least one common calibration plane and wherein the calibration plane the surface to be measured ( 4 ) intersects at an angle, - that reference coordinates of the calibration ranges are determined in the calibration plane, - that the calibration ranges and the laser line ( 3 ) are recorded together in at least one image, that the coordinates of the calibration regions and the coordinates of the laser line ( 3 ' ) in the image, - that a transformation matrix is calculated from the reference coordinates and the coordinates of the calibration regions in the image, and that the coordinates of the laser line ( 3 ' ) are equalized in the recording.

A method according to claim 1, characterized in that the calibration plane in the laser beam plane ( 2 ) or that the cutting angle and / or the distance between the laser beam plane ( 2 ) and the calibration level is determined.

Method according to claim 1 or 2, characterized that at least four calibration ranges are provided, wherein, preferably, at most two calibration ranges arranged on a common line lying become.

Method for the automatic equalization of coordinates of picture elements in a digital recording, in particular for the equalization of laser line points in the contactless measurement of a contour of a surface ( 4 ), preferably in the non-contact measurement according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein the pixels are recorded together with calibration areas with known reference coordinates, wherein the coordinates of the calibration and the pixels in the recording are preferably determined automatically, wherein a transformation matrix of the reference coordinates and the coordinates of the calibration areas in the image are preferably automatically calculated, and wherein the equalization of the coordinates of the pixels in the image takes place automatically on the basis of the transformation matrix.

Method according to claim 4, characterized in that that the Calibration areas and / or the pixels in the recording automatically, preferably based on contrast values and / or brightness values, recognized and / or marked and / or displayed.

Method according to one of claims 4 or 5, characterized the existence Threshold for the Contrast and / or the brightness, when it exceeds or falls below a Calibration area and / or a pixel in the recording is detected, is automatically changed, preferably in dependence of contrast and / or brightness values of the picture.

Method according to one of claims 4 to 6, characterized that the Recording and / or the coordinates of the calibration areas in the recording and / or the coordinates of the pixels in the recording and / or the reference coordinates and / or the transformation matrix together be stored and that, Preferably, the equalization of pixels in the recording takes place as needed.

Measuring device ( 7 ) for non-contact measurement of a contour of a surface ( 4 ), preferably for measuring rail profiles, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, with at least one laser beam plane ( 2 ) generating laser device ( 1 ), wherein the laser device ( 1 ) is arranged such that in the measuring state of the measuring device ( 7 ) a laser line ( 3 ) on the surface to be measured ( 4 ) is projectable, characterized in that at least one calibration device ( 9 ) with a carrier ( 10 ) for a plurality of calibration means ( 11 ) it is provided that each calibration agent ( 11 ) has a calibration range and that the calibration means ( 11 ) on the support ( 10 ) are arranged such that the calibration ranges are arranged in a calibration plane and the calibration plane in the measuring state of the measuring device ( 7 ) the surface ( 4 ) cuts at an angle so that the calibration ranges coincide with the laser line (FIG. 3 ) are receivable in a receptacle.

Measuring device ( 7 ) according to claim 8, characterized in that the carrier ( 10 ) parallel to the laser beam plane ( 2 ) and that, preferably, the laser device ( 1 ) fixed to the carrier ( 10 ) connected is.

Measuring device ( 7 ) according to one of claims 8 or 9, characterized in that the carrier ( 10 ) has calibration pins as the calibration means and that, preferably, the calibration pins perpendicular to the laser beam plane ( 2 ) are arranged.

Measuring device ( 7 ) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the calibration pins on the laser beam plane ( 2 ) facing free end ( 12 ) are formed spherical and / or reflective, wherein the Kalibrierstifte with its free end ( 12 ) the laser beam plane ( 2 ) cutting and / or the laser beam plane ( 2 ) are arranged tangentially.

System for non-contact measurement of a contour of a surface ( 4 ), preferably for measuring rail profiles, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims 1 to 7, with at least one measuring device ( 7 ) according to one of the preceding claims 8 to 11, with a receiving device ( 5 ), preferably a camera and / or a video camera, and with a computer device.