DE19822392C2

DE19822392C2 - Verfahren zur Registrierung von Koordinaten von mindestens einer Fehlerstelle auf einem Prüfobjekt

Info

Publication number: DE19822392C2
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: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: DE19822392A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Registrierung von Koordinaten von mindestens einer Fehlerstelle auf einem einer Qualitätsprüfung unterworfenen Prüfobjekt mit bekannter dreidimensionaler Gestalt.

Es kann insbesondere in Produktionsverfahren sinnvoll sein, die Koordinaten ausgewählter Stellen auf der Oberfläche eines im Produktionsprozeß befindlichen Objekts, z. B. eines Halbfabrikats, 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 Koordinatenregistrierungsverfahren 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 Auffinden 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 beliebige Angabe verstanden, die die ausgewählte Stelle auf der Objektoberfläche eindeutig identifiziert.

Es ist bekannt, die produzierten Objekte von Personal optisch und/oder tastend untersuchen zu lassen und die Fehlerstellen handschriftlich oder per Eingabe in eine EDV-Anlage zu registrieren. Derartige Registrierungsmethoden 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. Aus der US 5,394,654 ist es bekannt, die vom Personal erkannten Fehlerstellen per Hand am Objekt jeweils mit einer Markierung zu versehen. Die Position der jeweiligen Markierung auf dem zu prüfenden Objekt und gegebenenfalls auch die Art der Markierung wird zu einem späteren Zeitpunkt an einer gesonderten Station mittels Kameras tragenden Roboterarmen festgestellt und digital abgespeichert. Hierdurch kann gegenüber der handschriftlichen bzw. der Tastatureingabe eine deutliche Zeitersparnis erreicht werden. Es ist jedoch weiterhin nachteilig, dass die Markierung einerseits und die Detektion der Fehlerstelle andererseits zeitlich nacheinander und an unterschiedlichen Orten erfolgen müssen, weshalb der zeitliche und auch räumliche Bedarf hoch ist.

Aus der DE 39 41 144 A1 ist ein Koordinatenmessgerät zur berührungslosen Vermessung von Objekten bekannt, bei dem das zu vermessende Objekt mit mehreren dreh- und schwenkbaren Kameras aus verschiedenen Winkelpositionen betrachtet wird. Hierzu ist es bekannt, auf unstrukturierten Bereichen der Objektoberfläche mit Laserspots ausgewählte Punkte zu markieren, was zur Vermessung mit Hilfe des Triangulationsprinzips verwendet wird. Ein Verfahren zur Registrierung der Koordinaten von Fehlerstellen wird hierdurch nicht offenbart.

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

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

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Registrierung von Koordinaten mindestens einer Fehlerstelle auf der Oberfläche eines Objektes mit bekannter dreidimensionaler Gestalt dadurch gelöst, daß

a) die mindestens eine Fehlerstelle von einer Person in einer Weise angezeigt wird, dass die angezeigte Stelle optisch erfassbar wird,
b) gleichzeitig hierzu die Gestalt zumindest eines Teils des Prüfobjekts mittels einer 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung erfasst wird, und ebenso die mindestens eine angezeigte Fehlerstelle automatisch optisch erfasst wird,
c) die erfasste Gestalt des zumindest einen Teils des Prüfobjekts mit der bekannten Gestalt des Prüfobjekts verglichen und hieraus die während der Gestalterfassung eingenommene Lage des Prüfobjekts im Raum bestimmt wird,
d) die auf das Prüfobjekt bezogenen Koordinaten der mindestens einen Fehlerstelle unter Berücksichtigung der so bestimmten Lage des Prüfobjekts im Raum berechnet und einer Registrierung zugeführt werden.

Hierdurch ist ein halbautomatisches Verfahren gegeben, bei dem allein das Erfassen und Registrieren der Koordinaten der angezeigten ausgewählten Stelle(n) automatisiert ist. Beim Qualitätsprüfungsverfahren 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 Streifenprojektionsvorrichtung eingesetzt wird. Die Mehrbildphotogrammetrie sowie das Streifenprojektionsverfahren gehören zum Stand der Technik (siehe z. B. "Aktive Mehrbildphotogrammetrie für die flächenhhafte 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 Bildverarbeitungssystem erfaßt werden, wenn ein geeigneter Datenaustausch mit dem 3D-Geometrieerfassungssystem gewährleistet ist.

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 versehen, 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 Registrierung von Koordinaten von mindestens einer Fehlerstelle (5) auf einem einer Qualitätsprüfung unterworfenen Prüfobjekt (2) mit bekannter dreidimensionaler Gestalt, bei dem

a) die mindestens eine Fehlerstelle (5) von einer Person in einer Weise angezeigt wird, dass die angezeigte Stelle optisch erfassbar wird,
b) gleichzeitig hierzu die Gestalt zumindest eines Teils des Prüfobjekts (2) mittels einer 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung (3, 4) erfasst wird, und ebenso die mindestens eine angezeigte Fehlerstelle (5) automatisch optisch erfasst wird,
c) die erfasste Gestalt des zumindest einen Teils des Prüfobjekts (2) mit der bekannten Gestalt des Prüfobjekts (2) verglichen und hieraus die während der Gestalterfassung eingenommene Lage des Prüfobjekts (2) im Raum bestimmt wird,
d) die auf das Prüfobjekt (2) bezogenen Koordinaten der mindestens einen Fehlerstelle unter Berücksichtigung der so bestimmten Lage des Prüfobjekts (2) im Raum berechnet und einer Registrierung zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als 3D-Geometrieerfassungsvorrichtung (3, 4) eine Mehrbildphotogrammetrie- und/oder eine Streifenprojektionsvorrichtung 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 erfolgt.

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