DE19822392A1

DE19822392A1 - Verfahren zur Ermittlung von Koordinaten einer ausgewählten Stelle auf der Oberfläche eines Objektes sowie Verfahren zur Registrierung von Fehlerorten auf einer Qualitätsprüfung unterworfenen Prüfobjekten

Info

Publication number: DE19822392A1
Application number: DE1998122392
Authority: DE
Inventors: Robert Grob
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: DE19822392C2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung von Koordinaten einer ausgewählten Stelle (5) auf der Oberfläche eines Objektes (2) in bekannter dreidimensionaler Gestalt vorgestellt. Ein solches Verfahren ist insbesondere innerhalb eines Verfahrens zur Registrierung von Koordinaten von Fehlerstellen (5) auf einer Qualitätsprüfung unterworfenen Prüfobjekten (2) anwendbar. Hierzu werden die ausgewählten Stellen (Fehlerstellen) (2) mittels einer Person beispielsweise mit einem Laserpointer angezeigt, während gleichzeitig das Objekt (2) von einer 3-D-Geometrieerfassungsvorrichtung (3, 4) erfaßt wird. Mit Hilfe der 3-D-Geometrieerfassungsvorrichtung (3, 4) können auf das Objekt (2) bezogenen Koordinaten der ausgewählten Stelle (5) automatisch ermittelt werden. Diese Automatisierung ermöglicht eine hochgenaue Bestimmung dieser Koordinaten, die die Grundlage für eine statistische Auswertung der Fehlerstellen (5) bietet. Hierdurch können Fehlerquellen leichter erkannt und gegebenenfalls beseitigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Koordinaten einer ausgewählten Stelle auf der Oberfläche eines Objektes mit bekannter dreidimensionaler Gestalt und ein Verfahren zur Registrierung von Koordinaten von Fehlerstellen auf einer Qualitätsprüfung unterworfenen Prüfobjekten.

Es kann insbesondere in Produktionsverfahren sinnvoll sein, die Koordinaten ausgewählter Stel len auf der Oberfläche eines im Produktionsprozeß befindlichen Objekts, z. B. eines Halbfabri kats, möglichst genau benennen zu können. Dies gilt zum Beispiel dann, wenn für die weitere Produktion anzugeben ist, an welchen Stellen des Objekts weitere Fertigungsschritte auszuführen oder ggf. Nachbesserungsmaßnahmen vorzunehmen sind.

Eine besondere Bedeutung kann ein Koordinatenermittlungsverfahren der eingangs genannten Art für Fehlermanagementsysteme haben, nämlich wenn es sich bei den ausgewählten Stellen um Fehlerstellen handelt. Die systematische Registrierung der Koordinaten der Fehlerstellen auf Produkten, die einer Qualitätsprüfung unterworfen sind, und deren Auswertung kann das Auf finden von Fehlerquellen und ggf. auch deren Beseitigung oder Minderung erheblich erleichtern.

Unter dem Ausdruck "Koordinaten einer ausgewählten Stelle auf der Oberfläche eines Objektes" wird neben den üblichen kartesischen Koordinaten, Zylinder- oder Kugelkoordinaten jede belie bige Angabe verstanden, die die ausgewählte Stelle auf der Objektoberfläche eindeutig identifi ziert.

Es ist bekannt, die produzierten Objekte von Personal optisch und/oder tastend untersuchen zu lassen, wobei die Fehlerstellen per Hand an dem Objekt mit einer Markierung versehen und/oder handschriftlich oder per Eingabe in eine EDV-Anlage registriert werden. Derartige Registrie rungsmethoden sind jedoch zeitaufwendig. Überdies können dabei in der Regel nur ungenaue Angaben über den Ort der Fehlerstelle gemacht werden, z. B. indem ein solcher Ort durch vage Angaben, wie "links/rechts", "oben/unten" und dergleichen beschrieben wird.

Es sind auch vollautomatische Qualitätsprüfungsverfahren bekannt, bei denen bereits die Fehler mittels Bildverarbeitungssystemen automatisch erkannt werden und somit bei bekannter Geo metrie des Prüfobjektes im Raum die Koordinaten der Fehlerstellen entsprechend genau automa tisch erfaßbar und registrierbar sind. Zuverlässige Bildverarbeitungssysteme sind jedoch sehr aufwendig und zudem in vielfacher Hinsicht dem menschlichen Auge oder Tastsinn bei der Er kennung von Produktionsfehlern deutlich unterlegen.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung Verfahren der eingangs genannten Art bereitzu stellen, bei denen eine zuverlässige und hinreichend genaue Ermittlung der Koordinaten der aus gewählten Stellen unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Ermittlung von Koordinaten einer ausgewählten Stelle auf der Oberfläche eines Objektes mit bekannter dreidimensionaler Gestalt dadurch gelöst, daß

a) die ausgewählte Stelle mit Hilfe optisch erfaßbarer Methoden von einer Person angezeigt wird,
b) gleichzeitig die Gestalt zumindest eines Teils des Objekts mittels einer 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung erfaßt wird,
c) die erfaßte Gestalt des zumindest einen Teils des Objekts mit der bekannten Gestalt des Ob jekts verglichen und hieraus die während der Gestalterfassung eingenommene Lage des Objekts im Raum bestimmt wird,
d) gleichzeitig zum Verfahrensschritt gemäß Merkmal b) die angezeigte ausgewählte Stelle au tomatisch erfaßt und
e) ihre auf das Objekt bezogenen Koordinaten unter Berücksichtigung der gemäß Merkmal c) bestimmten Lage des Objekts berechnet werden.

Hierdurch ist ein halbautomatisches Verfahren gegeben, bei dem allein das Ermitteln der Koor dinaten der angezeigten ausgewählten Stelle(n) automatisiert ist. Beim Qualitätsprüfungsverfah ren nimmt die Person beispielsweise das zu prüfende Objekt in die Hand und untersucht es auf Fehler. Im Falle des Auffindens eines Fehlers wird das Objekt derart in einen Meßraums des 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung gehalten, daß die Fehlerstelle hiervon ebenfalls erfaßt wird. Gleichzeitig wird die Fehlerstelle angezeigt.

Es kann vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Verfahren so auszuführen, daß als 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung eine Mehrbildphotogrammetrie- und/oder eine Streifenpro jektionsvorrichtung eingesetzt wird. Die Mehrbildphotogrammetrie sowie das Streifenprojekti onsverfahren gehören zum Stand der Technik (siehe z. B. "Aktive Mehrbildphotogrammetrie für die flächenhafte dreidimensionale Formerfassung", Tagungsband der 17. Jahrestagung der DGPF, K./5. 9. 1997, Frankfurt (1997) und können alternativ oder einander ergänzend eingesetzt werden. Das Streifenprojektionsverfahren erlaubt gegenüber der Mehrbildphotogrammetrie eine höhere Ortsauflösung. In der Regel dürfte jedoch die Auflösung der Mehrbildphotogrammetrie hinreichend sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin so ausgeführt werden, daß das Anzeigen der ausgewählten Stelle mit der Spitze eines Fingers oder eines länglichen Gegenstandes erfolgt.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, daß das Anzeigen der ausgewählten Stelle mit einem Strahlungspunkt, insbesondere einem durch einen Laserpointer erzeugten Strahlungspunkt, erfolgt. Mit einem solchen Strahlungspunkt kann gegenüber einer Fingerspitze eine genauere Anzeige der ausgewählten Stelle erfolgen.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, daß die Erfassung der angezeigten ausgewählten Stelle mittels der eingesetzten 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung erfolgt.

Alternativ hierzu könnte die angezeigte ausgewählte Stelle auch von einem gesonderten Bildver arbeitungssystem erfaßt werden, wenn ein geeigneter Datenaustausch mit dem 3D-Geometrieerfassungssystem gewährleistet ist.

Die vorgenannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Registrierung von Fehlerorten auf einer Qualitätsprüfung unterworfenen Prüfobjekten dadurch gelöst, daß die auf das Prüfobjekt bezo genen Koordinaten der Fehlerstellen gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ermittelt und anschließend einer Registrierung zugeführt werden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Registrierung von Fehlerorten auf einer Qualitätsprüfung unterworfenen Prüfobjekten anhand einer Figur dargestellt.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine Prüfungsstation 1, an der die Qualität von Prüfobjekten 2 geprüft werden kann. Die Prüfstation 1 ist mit einer 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung ver sehen, die nach dem Streifenprojektionsverfahren arbeitet und von der mehrere Kameras 3 und ein Projektor 4 abgebildet sind.

Zur Qualitätsprüfung wird das Prüfobjekt 2 der Prüfungsstation 1 zugeführt. Eine hier nicht dar gestellte prüfende Person nimmt das Prüfobjekt 2 und untersucht es auf Fehlerstellen. Falls eine Fehlerstelle 5, z. B. ein Lunker, entdeckt wird, wird das Prüfobjekt 2 in das Meßvolumen der 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung derart gehalten, daß auch die Fehlerstelle 5 von den Kame ras 3 der 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung erfaßt wird. Gleichzeitig zeigt die prüfende Person die Fehlerstelle 5 an, indem sie auf die Fehlerstelle 5 den Strahlungspunkt eines hier nicht darge stellten Laserpointers richtet.

Mit Hilfe der 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung werden nun die auf das Prüfobjekt 2 bezoge nen Koordinaten der Fehlerstelle 5 ermittelt: Hierzu erfaßt die 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung mit ihren Kameras 3 zumindest einen Teil der dreidimen sionalen Gestalt des in das Meßvolumen gehaltenen Prüfobjektes 2. In einer hier nicht darge stellten, zur 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung gehörenden Datenverarbeitungseinheit ist die dreidimensionale Gestalt des Prüfobjekts 2 bereits abgespeichert. Ein im Wege der Datenverar beitung durchgeführter Vergleich zwischen der abgespeicherten Gestalt des Prüfobjekts 2 und der mit angezeigter Fehlerstelle 5 erfaßten Gestalt ergibt die Lage des Prüfobjekts 2 im Raum. Gleichzeitig mit der Lage des Prüfobjektes 2 im Raum wird die angezeigte Fehlerstelle 5 erfaßt, indem der Strahlungspunkt des Laserpointers über eine Bildverarbeitung erkannt wird. Die Feh lerstelle 5 kann anstatt mit einem Laserpointer auch z. B. mit einem Finger der prüfenden Person angezeigt werden, indem sie mit der Fingerspitze die Fehlerstelle 5 berührt oder nahezu berührt. Mit dem Streifenprojektionsverfahren kann die Position der Fingerspitze und somit der Ort der Fehlerstelle festgestellt werden.

Da somit die Geometrie des Prüfobjektes 2 sowie dessen Lage im Raum und auch der Ort der Fehlerstelle 5 zu einem bestimmten Zeitpunkt bekannt sind, können hieraus die auf das Prüfob jekt 2 bezogenen Koordinaten der Fehlerstelle 5 ermittelt werden. Diese Koordinaten werden einer hier nicht dargestellten Registriereinheit zugeführt und können dort z. B. statistisch ausge wertet oder anderweitig verarbeitet werden.

Bezugszeichenliste

1

Prüfungsstation

2

Prüfobjekt

3

Kamera

4

Projektor

5

Fehlerstelle

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung von Koordinaten einer ausgewählten Stelle (5) auf der Oberfläche eines Objektes (2) mit bekannter dreidimensionaler Gestalt, bei dem

a) die ausgewählte Stelle (5) mit Hilfe optisch erfaßbarer Methoden von einer Person angezeigt wird,
b) gleichzeitig die Gestalt zumindest eines Teils des Objekts (2) mittels einer 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung (3, 4) erfaßt wird,
c) die erfaßte Gestalt des zumindest einen Teils des Objekts (2) mit der bekannten Gestalt des Objekts (2) verglichen und hieraus die während der Gestalterfassung eingenommene Lage des Objekts (2) im Raum bestimmt wird,
d) gleichzeitig zum Verfahrensschritt gemäß Merkmal b) die angezeigte ausgewählte Stelle (5) automatisch erfaßt und
e) ihre auf das Objekt (2) bezogenen Koordinaten unter Berücksichtigung der gemäß Merkmal c) bestimmten Lage des Objekts (2) berechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung (3, 4) eine Mehrbildphotogrammetrie- und/oder eine Strei fenprojektionsvorrichtung eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigen der ausgewählten Stelle (5) mit der Spitze eines Fingers oder eines länglichen Gegenstandes er folgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigen der ausgewählten Stelle (5) mit einem Strahlungspunkt, insbesondere einem durch einen La serpointer erzeugten Strahlungspunkt, erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der angezeigten ausgewählten Stelle (5) mittels der eingesetzten 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung (3, 4) erfolgt.

6. Verfahren zur Registrierung von Koordinaten von Fehlerstellen (5) auf einer Qualitätsprüfung unterworfenen Prüfobjekten (2), bei dem die auf das Prüfobjekt (2) bezogenen Koordinaten der Fehlerstellen (5) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 er mittelt und anschließend einer Registrierung zugeführt werden.