DE19504126A1 - Contactless measurement of three=dimensional objects using optical triangulation - Google Patents

Contactless measurement of three=dimensional objects using optical triangulation

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DE19504126A1 DE1995104126 DE19504126A DE19504126A1 DE 19504126 A1 DE19504126 A1 DE 19504126A1 DE 1995104126 DE1995104126 DE 1995104126 DE 19504126 A DE19504126 A DE 19504126A DE 19504126 A1 DE19504126 A1 DE 19504126A1
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Abstract

The surface of the object reflects a focussed beam from a light source and the remission is detected by light detectors. The light source and detectors are arranged in a sensing head which can be moved linearly and pivoted. The position of the reflected light is determined on a CCD row used as a detector to determine the distance of the detected point on the object surface. The object is rotated to enable peripheral, annular, horizontal scanning in the z direction. The resulting data are stored and used for three-dimensional reconstruction of the object with a data processing unit. The annular scan is repeated with a predefined z-scan step using different angular positions of the sensing head, e.g. for detecting undercuts, covered points or x-parallel planes or surfaces.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Objekte auf der Basis optischer Triangulation gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 9.The invention relates to an apparatus and a method for non-contact measurement of three-dimensional objects on the Basis of optical triangulation according to the generic term of Claims 1 and 9 respectively.

Verfahren zum berührungslosen Vermessen der Außenkonturen von dreidimensionalen Objekten mittels elektromagnetischer Strah­ lung auf der Basis optischer Triangulation sind bekannt. Hierbei befindet sich das Objekt auf einem Drehteller und wird mittels einer Abtasteinheit, die relativ zum Drehteller in x- und z-Richtung bewegbar ist und eine Strahlungsquelle sowie Strahlungsdetektoren enthält, abgetastet. Bei derarti­ gen Vorrichtungen wir der von der Abtasteinrichtung ausge­ hende und am Objekt remittierte Meßstrahl hinsichtlich des Auftreffpunktes auf einen in der Abtasteinrichtung angeordne­ ten Sensor untersucht, wobei das Sensorausgangssignal mit einer Auswerteeinheit rechnergestützt weiterverarbeitet wird, um entsprechende Informationen über die Objektoberflächenent­ fernung, x-, y- und z-Lage der Abtasteinheit und der Drehlage des Drehtellers zu erfassen, um daraus wiederum dreidimensionale, digitale Daten zur Verfügung zu stellen.Method for the contactless measurement of the outer contours of three-dimensional objects by means of electromagnetic radiation tion based on optical triangulation are known. The object is located on a turntable and is by means of a scanning unit that is relative to the turntable  is movable in the x and z directions and a radiation source and contains radiation detectors. At suchi devices from the scanner The measuring beam reflected and remitted on the object with regard to the Point of impact on one arranged in the scanning device th sensor examined, the sensor output signal with an evaluation unit is processed with computer support, to provide appropriate information about the object surfaces distance, x, y and z position of the scanning unit and the Detect the rotational position of the turntable in order to turn it to provide three-dimensional, digital data.

Derartige Daten werden dann abgespeichert, um in 3D-Bildbear­ beitungssystemen, z. B. zur Steuerung einer numerischen Werkzeugmaschine zur Verfügung zu stehen.Such data are then stored in order to 3D image processing systems, e.g. B. to control a numeric Machine tool to be available.

Die Vermessung dreidimensionaler Objekte mittels optoelektro­ nischer Sensorik und auf der Basis der Triangulation ermög­ licht eine genaue Datenerfassung, welche schneller möglich ist, als dies mit mechanischen Abtastvorrichtungen realisiert werden kann.The measurement of three-dimensional objects using optoelectro sensors and based on triangulation Accurate data acquisition, which is possible faster than when this was realized with mechanical scanning devices can be.

Bei der aus der DE 39 10 855 C2 vorbekannten Vorrichtung zum Vermessen dreidimensionaler Objekte soll der konstruktive Aufwand, insbesondere zur Bewegung der Abtasteinheit in X- und Z-Richtung vereinfacht werden. Gemäß der dortigen Lösung wird ein handelsüblicher EDV-Plotter als X- und Z-Schlitten für die Abtasteinheit verwendet, welcher auf einem L-förmigen Grundgestell montiert ist. Der waagerechte Schenkel des L-förmigen Grundgestells dient der Befestigung des Drehtellers, wobei der vorerwähnte EDV-Plotter auf dem senkrechten Schen­ kel des Grundgestells angeordnet ist.In the device known from DE 39 10 855 C2 for The constructive should measure three-dimensional objects Effort, especially for moving the scanning unit in X and Z direction can be simplified. According to the solution there becomes a commercial EDP plotter as an X and Z slide used for the scanning unit, which is on an L-shaped Base frame is mounted. The horizontal leg of the L-shaped Base frame is used to fasten the turntable, the aforementioned EDP plotter on the vertical bar kel of the base frame is arranged.

Ein Problem ergibt sich dann, wenn mit der dort gezeigten Vorrichtung Objekte vermessen werden sollen, die Hinter­ schneidungen oder verdeckte Stellen aufweisen. In diesem Falle muß nämlich die Meßeinheit zusätzlich in Y-Richtung verfahrbar sein. Eine derartige, in zwei Ebenen senkrecht zu­ einanderstehende Verfahrbarkeit erhöht jedoch zum einen den mechanisch konstruktiven Aufwand und führt zum anderen zu einer Instabilität und mechanischen Schwingungen der gesamten Meßeinheit. Darüberhinaus ist es außerordentlich schwierig, in zwei Ebenen möglichst schnell mit hoher Dynamik Lageverän­ derungen vorzunehmen, wobei zu bedenken ist, daß Ungenauig­ keiten in der Positionierung der Abtasteinheit mit den Senso­ ren bzw. der Strahlungsquelle eine erhebliche Verschlechte­ rung der Meßgenauigkeit nach sich ziehen.A problem arises when using the one shown there Device objects to be measured, the rear have cuts or hidden areas. In this  The measuring unit must also trap in the Y direction be movable. Such, in two planes perpendicular to mutually displaceable, on the one hand, increases the mechanically constructive effort and leads to the other an instability and mechanical vibrations of the whole Unit of measurement. Furthermore, it is extremely difficult Position change on two levels as quickly as possible with high dynamics changes, it should be borne in mind that inaccurate positioning of the scanning unit with the Senso Ren or the radiation source a significant deterioration measurement accuracy.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Ob­ jekte auf der Basis optischer Triangulation anzugeben, welche es gestatten, ein Objekt mit hoher Präzision auch dann zu vermessen, wenn dieses Objekt Hinterschneidungen, verdeckte Stellen, Sacklöcher oder ähnliches aufweist.It is therefore an object of the invention, a device and a Method for non-contact measurement of three-dimensional objects objects based on optical triangulation to indicate which allow an object with high precision even then measured if this object covered undercuts Places, blind holes or the like.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand nach den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 9, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved with a counter stood according to the features of claims 1 and 9, wherein the subclaims at least useful configurations and Training includes.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen Abtast­ kopf auszubilden, welcher in vertikaler, d. h. in z-Richtung linear bewegbar ist und der weiterhin eine Antriebseinheit aufweist, welche ein vorgegebenes Verschwenken, Kippen und/oder Drehen des Abtastkopfes an einer jeweils vorgegebe­ nen z-Position, d. h. an einem Fixpunkt ermöglicht.The basic idea of the invention is to make a scan form head, which in vertical, d. H. in the z direction is linearly movable and also a drive unit has a predetermined pivoting, tilting and / or rotating the scanning head on a given one a z position, i.e. H. at a fixed point.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung erfolgt die Bewe­ gung des Drehtisches, welcher der Aufnahme des zu vermessen­ den Objektes dient, quasi-kontinuierlich, wodurch uner­ wünschte Schwingungen des Objektes oder der gesamten Vorrich­ tung mit dem Nachteil geringer Meßgenauigkeit, wie dies bei schrittweisem Drehantrieb gegeben ist, vermieden werden.According to a further idea of the invention, the movement takes place of the turntable, which is to measure the inclusion of the serves the object, quasi-continuously, which means un desired vibrations of the object or the entire device  device with the disadvantage of low measurement accuracy, as is the case with stepwise rotary drive is avoided.

Das dreidimensionale Vermessen erfolgt dann dadurch, daß das auf dem Drehteller bzw. Drehtisch befindliche Objekt auf einer ringähnlichen Umfangslinie, in nicht unbedingt fort­ schreitender Reihenfolge, punktweise abgetastet wird. Nach jeder Umdrehung des Drehtisches wird der Abtastkopf in z-Richtung um einen vorgegebenen Schritt weitertransportiert. Anschließend erfolgt das Abtasten eines nächsten Ringes und die entsprechende Datenübertragung. Die vorstehende Verfah­ rensweise wird so lange wiederholt, bis das gesamte Objekt umfangsmäßig abgetastet ist. Die an eine nachgeordnete Daten­ verarbeitungseinrichtung übertragenen Informationen beschrei­ ben demnach Punkte auf der Oberfläche des Objekts als X-, Y-, Z-Koordinaten.The three-dimensional measurement then takes place in that the object located on the turntable or turntable a ring-like circumference, not necessarily gone sequential order, is sampled point by point. To Every turn of the turntable the scanning head moves in the z direction transported by a predetermined step. Then the next ring and is scanned the corresponding data transmission. The above procedure Repeatedly is repeated until the entire object is scanned circumferentially. The to a subordinate data Describe information transmitted to the processing device accordingly points on the surface of the object as X-, Y-, Z coordinates.

Die vorstehend beschriebene Abtastung wird mindestens in einer vorgegebenen Winkelstellung des Abtastkopfes durchge­ führt. Es hat sich herausgestellt, daß bei sehr ungleichmäßi­ gen Objekten eine Mehrfachabtastung, quasi zur Bildung einer Abtastpunktwolke, in unterschiedlichen Winkelstellungen zweckmäßig ist. Mit Hilfe dieser Mehrfachabtastung wird ein spezielles Abtastfenster gebildet, wobei die in diesem Fen­ ster erhaltene Vielzahl von Informationen in der Datenverar­ beitungseinheit zu einer eindeutigen Aussage über die Konfi­ guration bzw. Oberflächengestaltung des Objektes eben an die­ ser Stelle zusammengefügt wird.The scan described above is at least in a predetermined angular position of the scanning head leads. It has been found that very uneven objects a multiple scan, quasi to form a Scanning point cloud, in different angular positions is appropriate. With the help of this multiple scanning a special scanning window formed, the in this Fen most received variety of information in the data processing processing unit for a clear statement about the confi guration or surface design of the object to the this point is assembled.

Durch die Möglichkeit des Schwenkens der Blickrichtung des Abtastkopfes um die Vertikalachse um einen bestimmten vor­ wählbaren Winkel können unterschiedliche Blickrichtungen auf das Objekt eingestellt werden. Hierdurch können in vorteil­ hafter Weise verdeckte Oberflächenteile durch Messungen mit Hintergriff erkannt werden. Damit können ansonsten nicht ein­ sehbare Flächenstücke des Objektes, besonders bei mehrfach zusammenhängenden Oberflächen, also z. B. Oberflächen mit Durchgangslöchern, ausreichend genau abgescannt werden. Durch eine Einstellung der Blickrichtung des Abtastkopfes durch Kippen desselben um im wesentlichen 90° um die Rollachse der Beobachtungsrichtung und Schwenken der Meßkopfblickrichtung in der Neigungsachse um einen vorwählbaren Winkel können schlecht vermeßbare Oberflächenstücke des Objektes, wie z. B. achsennahe oder weitgehend horizontale bzw. waagerechte Ober­ flächenbereiche erfaßt werden.Due to the possibility of swiveling the viewing direction of the Readhead around the vertical axis by a certain amount Selectable angles can have different viewing directions the object can be set. This can be advantageous hidden parts of the surface by measurements with Attacks are recognized. Otherwise you can't do that visible areas of the object, especially in the case of multiple  contiguous surfaces, e.g. B. surfaces with Through holes, be scanned with sufficient accuracy. By an adjustment of the viewing direction of the scanning head Tilt the same by essentially 90 ° around the roll axis of the Direction of observation and swiveling the measuring head gaze direction in the inclination axis by a preselectable angle badly avoidable surface pieces of the object, such as. B. Axis close to the axis or largely horizontal or horizontal surface areas are recorded.

Durch mehrfach vorhandene Empfängerbaugruppen, d. h. Strah­ lungsdetektoren und entsprechende Optiken, kann eine höhere Signalwahrheit erreicht werden. Dies dient damit der Verbes­ serung der Signalsicherheit bei Remissionsproblemen durch entsprechende logische Prüfalgorithmen. Letztendlich wird hierdurch die horizontale Ortsgenauigkeit durch geometrisches Ausschalten des Symmetriefehlers verbessert sowie der Abso­ lutfehler verringert.By multiple existing receiver modules, d. H. Beam tion detectors and corresponding optics can be higher Signal truth can be achieved. This serves the verb improvement of signal security in the case of remission problems corresponding logical test algorithms. Ultimately it will hereby the horizontal position accuracy by geometrical Switching off the symmetry error improved and the Abso bleeding errors reduced.

Ein weiterer, wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine dynamische Regelung der Lichtleistung der verwen­ deten Strahlungsquelle, z. B. einer Laserdiode, vorzunehmen, wodurch die Deutungswahrscheinlichkeit des remittierten Lichtsignals auf den Strahlungsdetektoren und damit die Meß­ genauigkeit erhöht werden kann. Durch eine einfache, steuer­ bare Verlängerung der Integrationszeit der als Strahlungsde­ tektoren verwendeten CCD-Zeilen oder Erhöhung der Laser­ lichtintensität können auch weit entfernte, winkelmäßig sehr ungünstige und/oder schwach reflektierende Objekte sicher vermessen werden.Another essential basic idea of the invention exists in using a dynamic control of light output Detected radiation source, e.g. B. a laser diode, whereby the probability of interpretation of the remitted Light signal on the radiation detectors and thus the measurement accuracy can be increased. Through a simple, tax bare extension of the integration time as the radiation end Detectors used CCD lines or increased lasers light intensity can also be very distant, very angular unfavorable and / or weakly reflecting objects safely be measured.

Die Gewinnung der Tiefeninformation aus dem erhaltenen Ge­ samtsignal des CCD-Zeilensignals erfolgt einmal durch Messen beider Signalpeakflanken und arithmetischer Mittelung oder andererseits mit einer Entfaltung bzw. Teilentfaltung, z. B. durch entsprechende analoge Signalverarbeitung, bei welcher zunächst hohe Frequenzen ausgefiltert werden, differenziert, geglättet, nochmals differenziert und dann von der geglätte­ ten Ursprungsfunktion die gewichtete zweite Ableitung subtra­ hiert wird. Alternativ kann eine digitale Entfaltung oder De­ fuzzyfizierung erfolgen.Obtaining depth information from the Ge obtained The total signal of the CCD line signal occurs once by measuring both signal peak edges and arithmetic averaging or on the other hand with an unfolding or partial unfolding, e.g. B. through appropriate analog signal processing, in which  first high frequencies are filtered out, differentiated, smoothed, differentiated again and then from the smoothed subtracted the weighted second derivative is hated. Alternatively, digital unfolding or De fuzzyfication done.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung sollen nunmehr anhand eines Ausführungsbeispieles und von Figuren näher erläutert werden.The method according to the invention and the associated device are now based on an embodiment and Figures are explained in more detail.

Hierbei zeigen:Here show:

Fig. 1a, b prinzipielle Darstellungen des optischen Triangula­ tionsverfahrens mit dem Ziel der Verdeutlichung des Wirkungsprinzips des Abtastkopfes und Fig. 1a, b basic representations of the optical triangulation tion process with the aim of clarifying the principle of action of the scanning head and

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit den angedeuteten Möglichkeiten des Verschwenkens und Kippens des Abtastkopfes. Fig. 2 shows the basic structure of the device with the indicated possibilities of pivoting and tilting the scanning head.

Mit den Fig. 1a, b sollen zunächst die Meßgeometrie des Abtastkopfes und die damit realisierte optische Triangulation kurz erläutert werden.With FIGS. 1a, b first the measuring geometry of the scanning head and the resulting unrealized optical triangulation will be briefly explained.

Zwei CCD-Zeilen 1 sind in vorgegebener Winkelposition im we­ sentlichen symmetrisch zum Strahlengang eines als Strahlungs­ quelle dienenden Lasers 2 angeordnet. Jeder CCD-Zeile 1 ist ein entsprechendes Objektiv 3 zugeordnet. a ist ein Meßpunkt des zu vermessenden Objektes und die Zeilenpixelnummer na stellt die Maßverkörperung der Meßentfernung a, die mittels der CCD-Zeilen 1 gewonnen wird, dar.Two CCD lines 1 are arranged in a predetermined angular position, essentially symmetrical to the beam path of a laser 2 serving as a radiation source. A corresponding lens 3 is assigned to each CCD line 1 . a is a measuring point of the object to be measured and the line pixel number na represents the measuring standard of the measuring distance a, which is obtained by means of the CCD lines 1 .

Das vom Laser 2 ausgesandte gebündelte Licht wird von der Oberfläche des abzutastenden Objektes reflektiert. Der Remis­ sionsanteil wird innerhalb des Meßbereiches durch die Optik 3 erfaßt und als Meßgröße na von den jeweiligen CCD-Zeilen 1 ausgewertet. Diese auf der jeweiligen CCD-Zeile 1 ermittelte Position wird als Maß für die Bestimmung der Entfernung des abgetasteten Punktes auf der Oberfläche des dreidimensionalen Körpers benutzt.The bundled light emitted by laser 2 is reflected by the surface of the object to be scanned. The remission portion is detected within the measuring range by the optics 3 and is evaluated as a measured variable na from the respective CCD lines 1 . This position determined on the respective CCD line 1 is used as a measure for determining the distance of the scanned point on the surface of the three-dimensional body.

Da das Empfängerobjektivbildfeld noch eine Restwölbung hat, wird der Fokus nur an 2 Punkten auf der ebenen CCD-Zeile ideal scharf abgebildet. In der Triangulationsrechnung werden die Objektivhauptebenenabstände, die Strahlversätze durch die CCD-Zeilenfenster und die Bandfilter sowie die gemessenen CCD-Zeilenmittelwerte und/oder Daten in Form einer scannob­ jektbezogenen Targeteichung berücksichtigt.Since the receiver lens image field still has a residual curvature, the focus will only be at 2 points on the flat CCD line ideally sharp. In the triangulation calculation the main lens plane distances, the beam offsets by the CCD line window and the band filter as well as the measured CCD line averages and / or data in the form of a scannob project-related target calibration taken into account.

Die Objekttastort-Datentripelerrechnung erfolgt unter Berück­ sichtigung des Meßkopf-/Objektdrehachsenabstands, der Objek­ tivdrehwinkellage, der Meßentfernung, des Meßkopfschwenkwin­ kels, des Meßkopfkippwinkels und der Überhöhung des Meß­ strahls über die Drehtellerebene am Meßkopfort.The object location data triplet calculation is done under Berück view of the measuring head / object axis of rotation distance, the obj tiv rotation angle position, the measuring distance, the measuring head swivel kels, the measuring head tilt angle and the increase of the measurement over the turntable level at the measuring head.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die CCD-Zeilen 1 und/oder die Objektive 3 bewegbar. Die Strahlung des Lasers 2 wird mit einer nicht gezeigten, später erläuterten, automati­ schen Fokussierung dynamisch fokussiert, um bei Objekten mit unterschiedlichem Durchmesser die Meßgenauigkeit zu erhöhen.In one embodiment of the invention, the CCD lines 1 and / or the objectives 3 are movable. The radiation of the laser 2 is dynamically focused with an automatic focusing, not shown, to be explained later, in order to increase the measuring accuracy in objects with different diameters.

Durch die mehrfach vorhandenen Empfängerbaugruppen bzw. CCD-Zeile 1 mit den zugehörenden Objektiven 3 wird die Fehler­ wahrscheinlichkeit durch das Ausschalten meßprinzipbedingter Fehler verringert und Probleme bei unterschiedlich remittie­ renden Oberflächen oder Oberflächenteilen des Objektes ausge­ schaltet.Due to the multiple existing receiver modules or CCD line 1 with the associated lenses 3 , the error probability is reduced by switching off errors caused by the measuring principle and problems with different remitting surfaces or surface parts of the object are switched off.

Mittels spezieller Schritte werden die anfallenden Daten auf Relevanz geprüft.Using special steps, the data is opened Relevance checked.

Im Idealfall wird der Meßwert aus beiden Kanälen gemittelt. Ideally, the measured value is averaged from both channels.  

Fällt ein Meßkanal wegen fehlendem Signal aus, wird nur der andere Kanal zur Meßwertgewinnung herangezogen. Das gilt u. a. auch für zu geringe Meßsignalamplituden, für Meßsignale au­ ßerhalb des Meßbereiches und für Doppelsignale.If a measuring channel fails due to a missing signal, only the other channel used for the acquisition of measured values. That applies u. a. also for measuring signal amplitudes that are too low, for measuring signals au outside the measuring range and for double signals.

Die erkannten Fehlerursachen werden ebenfalls dem Aus­ werterechner gemeldet.The identified causes of the error will also be eliminated value calculator reported.

Je nach Objektoberflächeneigenschaften kann die Zeilen­ empfindlichkeit vorgewählt werden.Depending on the object surface properties, the lines sensitivity can be selected.

Zur Erhöhung des Auflösungsvermögens wird die physikalische Photoelementezahl (Pixelanzahl) der CCD-Zeilen auf elektri­ schem Wege faktisch verdoppelt.To increase the resolving power, the physical Number of photo elements (number of pixels) of the CCD lines on electri factually doubled.

Pro Objektumdrehung anfallende Datensätze werden zwischenge­ speichert. Durch Wechsel der Speicher nach jeder vollen Ob­ jektdrehung und wechselweises Weitersenden ist eine naht­ freie, also 36° umfassende Aufnahme der Objektoberfläche auch bei der höchsten Abtastrate möglich.Data records generated per object revolution are interposed saves. By changing the memory after every full ob Project rotation and alternate transmission is a seamless process free, i.e. 36 ° comprehensive image of the object surface also possible at the highest sampling rate.

Die CCD-Zeilenpixelnummerndaten werden in Objektoberflächen­ pixeldaten umgerechnet und können durch ihren geordneten An­ fall in einem speziellen extrem speicherplatzsparenden Daten­ format abgelegt werden.The CCD line pixel number data is in object surfaces converted pixel data and can by their ordered An case in a special extremely space-saving data format.

Es liegt im Sinne der Erfindung, die Meßgenauigkeit durch Meßwertakkumulation und Mittelwertbildung zu erhöhen und die Auswirkungen von Rauschen zu minimieren.It is within the meaning of the invention to measure accuracy Increase measured value accumulation and averaging and the To minimize the effects of noise.

Die Kinematiken von Scanngerät und Justiervorrichtungen sind so gewählt, daß 180°- Schwenks und/oder Ortsaustausch letzte­ rer eine justiergünstige Subtraktion der Fehler bei Meßent­ fernung, Drehachsenquer- und Längsabweichung sowie Strahlnei­ gung und Rechtwinklichkeitsfehler ermöglichen.The kinematics of scanner and adjustment devices are chosen so that 180 ° panning and / or location exchange last rer a favorable subtraction of the errors in Meßent distance, axis of rotation transverse and longitudinal deviation as well as beam egg enable and perpendicularity errors.

Verbleibende aber vermessene Restfehler der Scannkinematik und der Führungsbahngeradheiten und -ebenheiten bzw. Führungs­ bahnschieflagen können als Addition bzw. Subtraktion von ke­ gelstumpfförmigen Korrekturkörpern bei der Objekttastort- Da­ tentripelerrechnung berücksichtigt werden.Remaining but measured residual errors in the scanning kinematics and the guideway straightness and flatness or leadership  misalignments can be added or subtracted from ke gel frustum-shaped correction bodies at the object location triplet calculation are taken into account.

Für quasidynamische bzw. zeitaufgelöste Messungen durch fort­ laufende Wiederholungsmessungen mit außerordentlich schnellem Meßwert- bzw. Datenfluß können auch einzelne Punkte, Ringe, Spiralbahnen oder vertikale Linien als Quasiortsraum-Meßwert­ fenster für die Analyse des Zeitverhaltens, z. B. für das Ei­ genschwingverhalten, vorgewählt werden. Die CCD-Zeilen 1 sind in jeweils drei Translations- und Rotationsrichtungen ju­ stierbar (nicht gezeigt). Die Zeilen können dabei so justiert sein, daß auch mehrere Zeilen annähernd die gleichen CCD-Ein­ zelphotoelementnummern anzeigen, und daß die Signaldynamiken innerhalb einer Zeile bei gleichen äußeren Bedingungen weit­ gehend gleich sind.For quasi-dynamic or time-resolved measurements by continuous repetition measurements with extremely fast measured value or data flow, individual points, rings, spiral tracks or vertical lines can also be used as quasi-space-space measured value windows for the analysis of the time behavior, e.g. B. for the egg gene vibration behavior, be selected. The CCD lines 1 can be adjusted in three directions of translation and rotation (not shown). The lines can be adjusted so that several lines show approximately the same CCD single photo element numbers, and that the signal dynamics within a line are largely the same under the same external conditions.

Die Meßgenauigkeit kann weiterhin dadurch erhöht werden, daß eine speziell geformte, kombinierte Loch- und Ringblende bzw. ein entsprechender Blendensatz so vorhanden und ausgestaltet ist, daß sich als Superposition der Beugungserscheinungen die weitgehend glatteste Hüllkurve der Lichtfleckstruktur auf dem Objekt ergibt.The measuring accuracy can be further increased in that a specially shaped, combined perforated and ring diaphragm or a corresponding aperture set is available and designed in this way is that the superposition of the diffraction phenomena largely smoothest envelope of the light spot structure on the Object results.

Die für den Laser 3 verwendete Optik gestattet die Ausbildung einer Beleuchtungsfläche am Objekt mit einem Durchmesser kleiner gleich 0,2 mm. Die Auflage für die Objektive 3 ist bezogen auf die Anordnung der CCD-Zeilen 1 separat und für entsprechende Winkel gegenüber der Lichtwellenachse in einem Bereich von 5 bis 20°schwenkbar. Anstelle des verwendeten La­ sers kann alternativ auch eine Xenon-Hochdrucklampe mit einem entsprechenden Kollimator zur Einstellung der Strahltaille und zur Bildung einer Quasipunktlichtquelle eingesetzt wer­ den. The optics used for the laser 3 allow the formation of an illumination surface on the object with a diameter of less than or equal to 0.2 mm. The support for the lenses 3 is based on the arrangement of the CCD lines 1 separately and can be pivoted in a range of 5 to 20 ° for corresponding angles with respect to the light wave axis. Instead of the laser used, alternatively a high-pressure xenon lamp with a corresponding collimator can be used to adjust the beam waist and to form a quasi-point light source.

Der Laser 2, der Kollimator und der Kollimatorantrieb sind als einheitliche optische Fokussiereinheit ausgebildet. Die zur Fokussierung erforderlichen, beweglichen Kollimatorenele­ mente sind vollständig im Kollimatorantrieb aufgehangen.The laser 2 , the collimator and the collimator drive are designed as a uniform optical focusing unit. The movable collimator elements required for focusing are completely suspended in the collimator drive.

Der eigentliche Kollimatorantrieb setzt sich aus der An­ triebseinheit und der Kollimatoraufhängung zusammen, welche im wesentlichen aus einer eine Gegenkraft erzeugenden Feder­ einheit besteht. Die beweglichen Teile des Kollimatorantrie­ bes und der Kollimatoraufhängung sind in Leichtbauweise, vor­ zugsweise unter Verwendung von Kunststofflaminaten, ausge­ führt. Mittels des speziellen Kollimatorantriebes kann die Einstellung des Fokuspunktes auf dem Objekt durch den Kolli­ mator und mit einer Dynamik bis hinein in den Kilohertzbe­ reich erfolgen.The actual collimator drive consists of the An drive unit and the collimator suspension together, which essentially from a spring generating a counterforce unity exists. The moving parts of the collimator drive bes and the collimator suspension are lightweight preferably using plastic laminates leads. Using the special collimator drive, the Setting the focus point on the object by the package mator and with a dynamic down to the kilohertzbe done richly.

Die Antriebseinheit des Kollimators ist ein Linearantrieb mit hohem Beschleunigungsvermögen durch geringe Masse bei hohen Einstellgeschwindigkeiten. Der Antrieb selbst sitzt direkt auf der optischen Achse, wodurch eine direkte Kraftübertra­ gung und Minimierung sekundärer Bahnfehler erreicht wird. Der Antrieb ist weiterhin als ein magnetisches Tauchspulen­ system ausgebildet, wobei die Tauchspule eine angenähert li­ neare Kennlinie aufweist. Der vorstehend erwähnte Antrieb wird unter Vorlast betrieben. Dies erlaubt nach erfolgter me­ chanischer Grundeinstellung der Fokussiereinheit, diese elek­ trisch fein zu justieren und gegebenenfalls optimale Bereiche des Zusammenwirkens der Vorspannfederkennlinie und der Kenn­ linie des eigentlichen Antriebes auszuwählen.The drive unit of the collimator is a linear drive with high acceleration due to low mass at high Adjustment speeds. The drive itself sits directly on the optical axis, creating a direct power transfer and minimizing secondary path errors is achieved. The drive is still a magnetic plunger trained system, the plunger a roughly li has a linear characteristic. The drive mentioned above is operated under preload. This allows after me basic setting of the focusing unit, this elec tric fine adjustment and optimal areas if necessary the interaction of the preload characteristic and the characteristic line of the actual drive.

Der Kollimatorantrieb wird elektrisch derart angesteuert, daß sich der Ablenkstrom PID-artig aus einem Beschleunigungs­ strompuls, dem eigentlichen Auslenkstrom und einem kurzen Ab­ bremsstrompuls, überlagert von einem ständig anliegenden Justiergrundstrom zusammensetzt. Hierdurch kann äußerst schnell und einfach justiert und fokussiert werden. The collimator drive is controlled electrically in such a way that the deflection current is PID-like from an acceleration current pulse, the actual deflection current and a short Ab brake current pulse, superimposed by a constantly applied Basic adjustment current. This can be extremely can be adjusted and focused quickly and easily.  

Die Bestimmung der Strommenge zur Magnetantriebssteuerung er­ folgt durch Auswertung des Meßsignals eines optischen Entfer­ nungsmessers und über Look-up-Tabellen und anschließende Be­ rechnung mittels eines Einchip-Mikrorechners. Unter Beachtung des Fokussierpunktverlaufes kann die Stromsignalbereitstel­ lung für den Antrieb adaptiv oder auf Erfahrungswerten auf­ bauend quasi fuzzylogisch bereitgestellt werden. Hierdurch ist eine besonders schnelle, hoch dynamische Fokussierung möglich.Determining the amount of electricity for magnetic drive control follows an optical distance by evaluating the measurement signal tension meter and look-up tables and subsequent descriptions calculation using a single-chip microcomputer. With attention of the focal point curve can provide the current signal adaptive or based on experience to be provided in a quasi-fuzzy logic way. Hereby is a particularly fast, highly dynamic focusing possible.

Die Fig. 2 dient der Erläuterung der Vorrichtung zum Vermes­ sen dreidimensionaler Objekte und zeigt ein im wesentlichen U-förmiges Grundgestell 4. Den einen Schenkel bildet ein Drehteller 5. Im waagerechten, fußförmigen Teil 4 befindet sich auch der Antrieb für den Drehteller 5. Die Gestaltung der Antriebe als Mikro-Schrittantriebe mit speziellen Hoch­ lauf- und Abbremskurven gewährleistet einen sicheren schwin­ gungsarmen Betrieb. Fig. 2 is illustrative of the apparatus for three-dimensional objects and Vermes sen shows a U-shaped base frame 4 substantially. A turntable 5 forms one leg. The drive for the turntable 5 is also located in the horizontal, foot-shaped part 4 . The design of the drives as micro-stepper drives with special acceleration and deceleration curves ensures safe, low-vibration operation.

Der Abstand zwischen Meßkopf- und Objektdrehteller-Drehachse kann dabei motorisch oder durch Umsetzen von Hand je nach ge­ wollter Lage des Entfernungsmeßbereiches zur Objektlage schrittweise oder quasikontinuierlich frei vorgewählt werden.The distance between the measuring head and object turntable rotation axis can be motorized or by moving by hand depending on ge wanted position of the distance measuring area to the object position can be freely selected step by step or quasi-continuously.

Ein vertikaler, in z-Richtung gebildeter Schenkel 8 des Ge­ stells nimmt die Mittel zum Vertikalantrieb des Abtastkopfes 6, der die Strahlungsquelle (Laser) 2 und die Empfänger (CCD-Zeilen) 1 umfaßt, auf.A vertical, in the z-direction formed leg 8 of the Ge stells the means for vertical drive of the scanning head 6 , which includes the radiation source (laser) 2 and the receiver (CCD lines) 1 , on.

Der Abtastkopf 6 verfügt über einen im einzelnen nicht ge­ zeigten Schwenkantrieb.The scanning head 6 has a swivel drive not shown in detail.

Die gesamte mechanische Grundkonstruktion ist mit schwin­ gungsdämpfenden Mitteln versehen, die im aufgestellten Zu­ stand noch Stöße kleiner gleich 3g vom Geräteinneren abhalten können. The entire basic mechanical construction is with Schwin Provide cushioning agents in the set up was to prevent shocks of less than or equal to 3g from the inside of the device can.  

Der Vertikal- und Schwenkantrieb ist als Spindelantrieb aus­ gelegt, wodurch eine Positionsgenauigkeit im Bereich von kleiner gleich 15 µm erreicht werden kann. Der Antrieb des Drehtellers 5 besteht aus einem Flachriemenvorgelege und Schrittmotor. Das Auflösungsvermögen am Drehtellerumfang wird durch das gesamte Auflösungsvermögen des axialgekoppelten Drehgebers bestimmt und kann z. B. 8196 Impulse pro Umdrehung oder ganzzahlige Teiler davon betragen. Die unterschiedlichen Möglichkeiten des Verschwenkens sind in der Fig. 2 angedeu­ tet. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, daß der Abtastkopf 6 quasi in der Achse der Strahlungsquelle 2 verdreht wird.The vertical and swivel drive is designed as a spindle drive, which means that a position accuracy of less than or equal to 15 µm can be achieved. The drive of the turntable 5 consists of a flat belt lay and stepper motor. The resolving power on the periphery of the turntable is determined by the total resolving power of the axially coupled rotary encoder. B. 8196 pulses per revolution or integer divisor thereof. The different possibilities of pivoting are indicated in FIG. 2. In addition, there is the possibility that the scanning head 6 is rotated, so to speak, in the axis of the radiation source 2 .

Die Kopfschwenkbarkeit in der x-y-Ebene beträgt bei einem Ausführungsbeispiel mindestens ± 200, die Kippbarkeit in der x-z-Ebene ebenfalls mindestens ± 200.The head swiveling in the x-y plane is one Embodiment at least ± 200, the tiltability in the x-z plane also at least ± 200.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Objekte mit einem Durchmesser über 300 mm abgetastet werden, wobei das Abtastraster im Bereich von 0,05 bis 6,4 mm liegt. Die Auflö­ sung in Meßrichtung liegt im wesentlichen bei 50 µm. Die Wel­ lenlänge der verwendeten Strahlung beträgt 670 nm und die Meßfrequenz 5 kHz.With the device according to the invention, objects with a diameter over 300 mm can be scanned, the Scanning grid is in the range of 0.05 to 6.4 mm. The resolution solution in the measuring direction is essentially 50 µm. The wel len length of the radiation used is 670 nm and Measuring frequency 5 kHz.

Das Scannobjekt 7 wird mit nicht gezeigten Spannmitteln auf dem Drehteller 5 befestigt. Mit Hilfe des Drehtellers 5 bzw. des Drehtellerantriebes dreht sich das dreidimensionale Ob­ jekt 7 am Abtastkopf 6 in waagerechter Richtung vorbei. Es sei angemerkt, daß vorteilhafterweise zur Funktionsüberwa­ chung der Antriebe berührungslos arbeitende Positionssensoren vorgesehen sind. Der Abtastkopf 6 wird, wie bereits erwähnt, von einem Vertikalantrieb in senkrechter Richtung am Abtast­ objekt 7 vorbeigeführt. Mit dem erwähnten Schwenkkipp- bzw. Drehantrieb sind unterschiedliche Winkel lagen des Abtast­ kopfes 6 hin zum Abtastobjekt 7 einstellbar.The scanning object 7 is fastened on the turntable 5 with clamping means, not shown. With the help of the turntable 5 or the turntable drive, the three-dimensional object 7 rotates past the scanning head 6 in the horizontal direction. It should be noted that position sensors are advantageously provided for monitoring the functions of the drives. As already mentioned, the scanning head 6 is guided past the scanning object 7 by a vertical drive in the vertical direction. With the mentioned tilt and turn actuator, different angles of the scanning head 6 towards the scanning object 7 are adjustable.

Hierdurch gelingt es, auch zur x-y-Ebene parallele Ebenen er­ folgreich abzutasten, bzw. die Auswirkungen von Hinterschnei­ dungen oder Sacklochbohrungen oder ähnliches beim Scannen des Objektes zu vermeiden.This makes it possible to create planes parallel to the x-y plane to scan consequently, or the effects of undercut  or blind holes or similar when scanning the To avoid object.

Die Abtastung erfolgt mindestens in einer Winkelstellung des Abtastkopfes 6. Bei sehr ungleichmäßigen Objekten wird zweck­ mäßigerweise eine Mehrfachabtastung bei konstantem z-Fixpunkt in unterschiedlichen Winkelstellungen des Abtastkopfes 6 durchgeführt.The scanning takes place at least in an angular position of the scanning head 6 . In the case of very uneven objects, multiple scanning is expediently carried out at a constant z fixed point in different angular positions of the scanning head 6 .

Dabei sind schnelle grob gerasterte Probescanns zum Anmustern und Optimieren der Objektausrichtung möglich.Fast, coarsely screened sample scans are available for you to sample and optimization of object alignment possible.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem zugehörenden Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Ob­ jekte auf der Basis optischer Triangulation kann unter Anwen­ dung spezieller Kinematiken auch die Konfiguration mehrfach zusammenhängender Oberflächen bestimmt werden. Die kinemati­ schen Parameter sind frei wählbar und können quasi kontinu­ ierlich durchfahren werden. So ist die Drehung des Drehtel­ lers, auf welchem das Objekt befindlich ist, beispielsweise in Schritten von 0 bis 4 Umdrehungen je Sekunde einstellbar. Zusätzlich kann eine Verschiebung des Drehtisches in Meßkopf­ richtung vorgenommen werden. Ein Verschwenken und Kippen bzw. Verdrehen des Abtastkopfes ermöglicht die Erfassung verdeck­ ter Flächengebiete. Der Rasterabstand in Vertikal- und in Ob­ jektumfangsrichtung liegt bei im wesentlichen 0,1 mm.With the device according to the invention and the associated Method for non-contact measurement of three-dimensional objects objects based on optical triangulation can be used the configuration of multiple kinematics connected surfaces can be determined. The kinemati parameters are freely selectable and can be quasi continuous be driven through. So is the rotation of the turntable lers on which the object is located, for example adjustable in steps from 0 to 4 revolutions per second. In addition, the rotary table can be moved into the measuring head direction. Swiveling and tilting or Turning the scanning head enables the cover to be captured ter areas. The grid spacing in vertical and in ob object circumferential direction is essentially 0.1 mm.

Alles in allem können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geometrisch komplizierte und mathematisch schwer beschreib­ bare Objekte, die über Hinterschneidungen, Sacklöcher und dergleichen verfügen, mit geringem Aufwand räumlich erfaßt werden, wobei die bereitgestellten 3D-Punktdaten von einem nachgeordneten PC oder einer Workstation weiter verarbeitet werden können. Dadurch, daß höchstens ein einziger linearer, nämlich ein Vertikalantrieb verwendet werden braucht und ei­ gentlich zusätzlich in konstruktiv einfacher Weise nur Schwenk-Kipp- bzw. Drehbewegungen eines Abtastkopfes an einem jeweiligen vertikalen Fixpunkt ausgeführt werden, kann eine höhere Genauigkeit bei der Positionierung des Abtastkopfes, bezogen auf einen vorgegebenen Punkt der Oberfläche des zu vermessenden Objektes, erfolgen.All in all, with the method according to the invention geometrically complicated and difficult to describe mathematically bare objects that have undercuts, blind holes and the like, spatially recorded with little effort , the provided 3D point data from a downstream PC or a workstation further processed can be. The fact that at most a single linear, namely a vertical drive needs to be used and egg occasionally only in a structurally simple manner  Swivel-tilt or rotary movements of a scanning head on one each vertical fixed point can be executed higher accuracy in the positioning of the scanning head, based on a given point on the surface of the measuring object.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das zugehörige Verfahren werden besonders vorteilhaft zur Schuhleistenvermessung, im Formenbau im weitesten Sinne, bei Kunststoffspritz- und Druckerzeugnissen, beispielsweise für Spielzeuge und De­ signererzeugnisse, auch keramischen Formen sowie bei allen nicht kubistische bzw. Freiformflächen enthaltene, körperli­ chen Vorlagen, wie für orthopädische, dentaltechnische und archäologische Zwecke, die eine Fülle die Form charakterisie­ rende Meßortdaten enthalten, angewendet.The device according to the invention and the associated method are particularly advantageous for shoe last measurement, in Mold making in the broadest sense, with plastic injection and Printed matter, for example for toys and De signer products, including ceramic shapes and all non-cubist or free-form surfaces Chen templates, such as for orthopedic, dental and archaeological purposes that characterize an abundance of form containing measuring location data, applied.

Auch werden damit an nicht körperlichen Objekten beliebiger nichträumlicher Koordinatenstrukturen, z. B. Farbkörper oder Raum-Zeit-Temperaturkörper anhand der Digitalisierung ihrer körperlichen Nachgestaltungen Simulationen von Prozessen in Koordinatensystemen mit beliebigen Meßgrößen als Koordinaten­ achsen möglich.It also makes it more arbitrary on non-physical objects non-spatial coordinate structures, e.g. B. color body or Space-time temperature bodies based on the digitization of their physical re-simulations of processes in Coordinate systems with any measurands as coordinates axes possible.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen dreidimensio­ naler Objekte auf der Basis optischer Triangulation, wobei die von einer Strahlungsquelle ausgesendete, gebündelte Strahlung die Oberfläche des Objektes abtastet und von dieser reflektiert wird und die Remission mittels Strahlungsdetekto­ ren erfaßt wird, die Strahlungsquelle sowie die Strahlungsde­ tektoren in einem in z-Richtung linear bewegbaren sowie ver­ schwenkbaren Abtastkopf angeordnet sind, mit folgenden Schritten:
  • - Bestimmung des Ortes der reflektierten Strahlung auf mindestens eine als Strahlungsdetektor verwendete CCD-Zeile zur Ermittlung des Maßes der Entfernung des abge­ tasteten Punktes auf der Oberfläche des Objektes;
  • - Drehung des Objektes im Objektabstand zum umfangsmäßi­ gen, ringweisen, waagerechten, in x-Richtung erfolgenden Abtasten des Objektes, wobei nach jeder Umdrehung ein schrittweises, fortlaufendes Abtasten in z-Richtung des Objektes erfolgt und die derart ring- oder scheibenweise gewonnenen Daten abgespeichert und zur dreidimensionalen Rekonstruktion des Objektes mittels einer Datenverarbei­ tungseinheit verwendet werden;
  • - Wiederholung des ringweisen Abtastens bei einem vorgege­ benen z-Abtastschritt unter unterschiedlichen Winkel­ stellungen des Abtastkopfes dann, wenn Auswirkungen von Hinterschneidungen, verdeckter Stellen bzw. x-parallelen Ebenen oder Flächen des Objektes erkannt wurden.
1. Device for the contactless measurement of three-dimensional objects based on optical triangulation, wherein the radiation emitted by a radiation source scans the surface of the object and is reflected by this and the remission is detected by means of radiation detectors, the radiation source and the radiation detectors in a scanning head which can be moved linearly and pivoted in the z direction, are arranged with the following steps:
  • - Determination of the location of the reflected radiation on at least one CCD line used as a radiation detector to determine the extent of the distance from the scanned point on the surface of the object;
  • - Rotation of the object in the object distance for circumferential, ring-wise, horizontal, scanning in the x-direction of the object, with a gradual, continuous scanning in the z-direction of the object taking place after each rotation and the data obtained in this way in a ring or disc manner being stored and be used for three-dimensional reconstruction of the object by means of a data processing unit;
  • - Repetition of the ring-wise scanning in a given z-scanning step at different angular positions of the scanning head when the effects of undercuts, hidden places or x-parallel planes or surfaces of the object have been detected.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drehtisch (5) und dem Abtastkopf (6) Mittel zum Erzeugen einer Relativbewegung in x-Richtung vorgesehen sind.2. Device according to claim 1, characterized in that means for generating a relative movement in the x-direction are provided between the rotary table ( 5 ) and the scanning head ( 6 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf (6) um eine vorgegebene Winkellage an einem wählbaren Fixpunkt in der x-z-Ebene kippbar ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the scanning head ( 6 ) can be tilted by a predetermined angular position at a selectable fixed point in the xz plane. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf (6) um eine vorgegebene Winkellage an einem wählbaren Fixpunkt in der x-y-Ebene schwenkbar ist. 4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the scanning head ( 6 ) is pivotable about a predetermined angular position at a selectable fixed point in the xy plane. 5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf (6) mehrere Stahlungsdetektoren (1) und Abbildungsoptiken (3) zum doppelten oder mehrfachen Strah­ lungsempfang und zur Mehrfachtriangulation aufweist.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning head ( 6 ) has a plurality of radiation detectors ( 1 ) and imaging optics ( 3 ) for double or multiple radiation reception and for multiple triangulation. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixpunkte durch vertikale Bewegung des Abtastkopfes (6) kontinuierlich einstell- bzw. wählbar sind.6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fixed points are continuously adjustable or selectable by vertical movement of the scanning head ( 6 ). 7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Strahlungsquelle (2) eine Laserdiode, LED oder Xenon-Hochdrucklampe, ist.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one radiation source ( 2 ) is a laser diode, LED or xenon high-pressure lamp. 8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdetektoren (1) CCD-Zeilen oder andere orts­ sensitive Detektoren sind.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation detectors ( 1 ) are CCD lines or other location-sensitive detectors. 9. Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensiona­ ler Objekte auf der Basis optischer Triangulation, wobei die von einer Strahlungsquelle ausgesendete, gebündelte Strahlung die Oberfläche des Objektes abtastet und von dieser remit­ tiert wird und die Remission mittels Strahlungsdetektoren er­ faßt wird und die Strahlungsquelle sowie die Strahlungsdetek­ toren in einem bewegbaren Abtastkopf angeordnet sind, gekennzeichnet durch
  • - eine Bestimmung des Ortes der reflektierten Strahlung auf mindestens eine als Strahlungsdetektor verwendete CCD-Zeile oder andere ortssentitive Detektoren zur Er­ mittlung des Maßes der Entfernung des abgetasteten Punk­ tes auf der Oberfläche des Objektes;
  • - eine Drehung des Objektes im Objektabstand zum umfangs­ mäßigen, ringweisen, waagerechten, längs y-Richtung er­ folgenden Abtasten des Objektes, wobei nach jeder Umdre­ hung ein schrittweises, fortlaufendes Abtasten in z-Richtung erfolgt und die derart ringweise gewonnenen Daten abgespeichert und zur dreidimensionalen Rekon­ struktion des Objektes mittels einer Datenverarbeitungs­ einheit verwendet werden,
  • - eine Wiederholung des ringweisen Abtastens bei einem vorgegebenen z-Abtastschritt unter Unterschiedlichen Winkelstellungen des Abtastkopfes zur Vermeidung der Auswirkungen von Hinterschneidungen, verdeckten Stellen bzw. x-y-Ebene, parallele Ebenen bzw. Flächen des Objek­ tes.
9. A method for non-contact measurement of three-dimensional objects based on optical triangulation, wherein the radiation emitted by a radiation source scans the surface of the object and is remit tended by it and the remission is detected by means of radiation detectors and the radiation source and the radiation detectors are arranged in a movable scanning head, characterized by
  • - A determination of the location of the reflected radiation on at least one CCD line used as a radiation detector or other location-sensitive detectors for determining the extent of the distance of the scanned point on the surface of the object;
  • - A rotation of the object at the object distance to the circumferential, ring-wise, horizontal, along the y-direction he following scanning of the object, after each rotation a step-by-step, continuous scanning takes place in the z-direction and the data obtained in this way is stored and the three-dimensional Reconstruction of the object can be used by means of a data processing unit,
  • - A repetition of the ring-wise scanning at a predetermined z-scanning step under different angular positions of the scanning head to avoid the effects of undercuts, hidden places or xy-plane, parallel planes or surfaces of the object.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungseinheit dreidimensionale Dateien des Objektes derart bereitstellt, daß diese Dateien bzw. Daten über ein Interface von einer Standard-CAD-Workstation weiterverarbeitet werden können.10. The method according to claim 9, characterized, that the data processing unit three-dimensional files of the object in such a way that these files or Data via an interface from a standard CAD workstation can be processed further. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle mittels Gesamtlichtstrommessung so nachgeregelt wird, daß die Lichtsignaldynamik am Strahlungs­ detektor nahezu gleich ist, wodurch das Signal-Rausch-Ver­ hältnis des Strahlungsdetektor-Ausgangssignals konstant ge­ halten und die Meßgenauigkeit erhöht wird.11. The method according to claim 9, characterized, that the radiation source by means of total luminous flux measurement so is adjusted that the light signal dynamics on the radiation detector is almost the same, which means the signal-noise Ver ratio of the radiation detector output signal constant ge hold and the measuring accuracy is increased. 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der mindestens einen CCD-Zeile analog oder digital entfaltet und eine Schwerpunktbestimmung zur Meßsignalbewertung durchgeführt wird. 12. The method according to claim 9, characterized, that the output signal of the at least one CCD line is analog or digitally unfolded and a focus determination for Measurement signal evaluation is carried out.   13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer steuerbaren Fokussiereinrichtung die Strahltaille bzw. der Fokus der gebündelten Strahlung je nach Meßentfernung unter Nutzung der erhaltenen Meßergebnisse von Umgebungspunkten in Echtzeitbetrieb auf oder in hinreichende Nähe des jeweiligen, momentanen Meßpunktes gelegt wird.13. The method according to claim 9, characterized, that by means of a controllable focusing device Beam waist or the focus of the focused radiation depending on Measurement distance using the measurement results obtained from Environment points in real time on or in sufficient Is placed near the respective current measuring point. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet. daß die Fokussiereinrichtung aus einem Kollimator und einem zu diesem koaxial sitzenden Linearantrieb mit geringer Masse, hohem Beschleunigungsvermögen und definiertem Dämpfungsver­ halten besteht, wobei die schnelle Fokussiereinrichtung so angesteuert wird, daß bei Regelzeiten im ms-Bereich hinrei­ chend gut und achsenparallelversatzfehlerarm fokusiert und justiert werden kann.14. The method according to claim 13, characterized. that the focusing device from a collimator and a to this coaxial linear actuator with low mass, high acceleration and defined damping ratio hold there, the fast focusing device like this is controlled that with control times in the ms range and well focused and with a low level of misalignment can be adjusted. 15. Vorrichtung und Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Schuhleistenvermessung, im Formenbau sowie für orthopädische, dentaltechnische und archäologische Zwecke.15. Device and method according to one of the preceding Expectations, marked by the use for shoe last measurement, in mold making as well for orthopedic, dental technology and archaeological Purposes.
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