DE3341844C2

DE3341844C2 -

Info

Publication number: DE3341844C2
Application number: DE19833341844
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Ing. 2800 Bremen De Heinisch; Wilhelm Dipl.-Ing. 2874 Lemwerder De Janning
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1983-11-19
Filing date: 1983-11-19
Publication date: 1989-08-17
Also published as: DE3341844A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zum Bestimmen von Projektionsflächen zwei- und/oder dreidimensionaler Objekte, mit einem die Kontur der Projektionsfläche erfassenden optoelektro nischen Sensor, dessen Ausgangssignale in elektronischen Schalt stufen digitalisiert und zur Konturbestimmung verarbeitet werden.The invention relates to a measuring arrangement for determining Projection surfaces of two- and / or three-dimensional objects, with an optoelectro that detects the contour of the projection surface African sensor, the output signals in electronic switching stages are digitized and processed for contour determination.

Bei der Bestimmung der Daten von Projektionsflächen ist es be kannt, Fotokopien von Meßobjekten manuell auszuwerten oder Meßob jekte mit Hilfe berührender Sensoren, z. B. Meßtaster oder be rührungsloser Sensoren, wie z. B. optischer Sensoren, abzutasten. Auf diese Weise lassen sich z. B. die Konturen von Luftfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen ermitteln und damit die Widerstandsbeiwerte (C_w-Wert) dieser Strömungskörper bestimmen.When determining the data of projection surfaces, it is known to manually evaluate photocopies of measurement objects or measurement objects with the help of touching sensors, e.g. B. probe or non-contact sensors such. B. optical sensors. In this way, z. B. determine the contours of aircraft or motor vehicles and thus determine the drag coefficient (C _w value) of these flow bodies.

Bei der berührungslosen Bestimmung von Projektionsflächen ist es bekannt, mit einem Laser einen Flächenbereich, in welchem das Meß objekt angeordnet ist, zeilenweise zu überstreichen. Ein hinter dem Meßobjekt vorgesehener synchron mit dem Laser bewegter Emp fangssensor nimmt dabei den Laserstrahl auf, welcher durch das Meßobjekt beim Überstreichen des Flächenbereiches unterbrochen wird. Aus den Positionsdaten der Strahlunterbrechung bzw. des Strahldurchganges läßt sich dann die Kontur der abgetasteten Pro jektionsfläche ermitteln.It is with the non-contact determination of projection surfaces known, with a laser an area in which the measurement object is arranged to line by line. A behind the object to be measured synchronously moved with the laser Emp capture sensor picks up the laser beam, which through the Measurement object interrupted when sweeping over the area becomes. From the position data of the beam interruption or the The passage of the beam can then be the contour of the scanned Pro determine the injection area.

Obwohl diese Verfahrensweise relativ genaue Daten der zu be stimmenden Projektionsflächen ergibt, ist sie unbefriedigend, weil das synchrone Mitführen eines Empfangssensors zum einen recht auf wendig und das zeilenweise Abtasten des gesamten Flächenbereiches zum andern sehr zeitraubend ist. Although this procedure is relatively accurate, the data to be results in matching projection surfaces, it is unsatisfactory because the synchronous carrying of a reception sensor on the one hand agile and scanning the entire surface area line by line on the other hand it is very time consuming.

Weiterhin geht aus der EP 00 53 730 A1 hervor, Flächen mit opti schen Sensoren abzutasten und die Ausgangssignale dieser Sensoren nach Digitalisierung für den gewünschten Zweck zu verarbeiten. Auf diese Weise kann ein vollautomatisches Erkennen von Schlüsseln, vorzugsweise Flachschlüsseln, erzielt werden und zwar sowohl in der Schaftprofilierung als auch in der Bartform. Dies geschieht mit einer Beleuchtungsoptik und mit einer Abbildungsoptik, welche den ingesamt ausgeleuchteten Flächenbereich erfaßt und auswertet. Zur Konturerfassung großflächiger dreidimensionaler Objekte ist ein solches Verfahren aber nicht geeignet.Furthermore, EP 00 53 730 A1 shows surfaces with opti sensors and the output signals of these sensors processed after digitization for the desired purpose. On this way, fully automatic recognition of keys, preferably flat keys, both in the shaft profiling as well as the beard shape. this happens with lighting optics and with imaging optics, which the overall illuminated surface area is recorded and evaluated. For contour detection of large three-dimensional objects such a method is not suitable.

Ferner ist es zur Erfassung von Tunnelwänden bekannt, Hüllkurven meßverfahren zu benutzen, wie z. B. in der DE-OS 26 12 751 vorge schlagen. Bei einem solchen Hüllkurvenmeßverfahren tastet eine Fernsehkamera die mit einem Infrarotlaser bestrahlten Tunnelwände ab, so daß sich aufgrund der Vorwärtsbewegung eines Trägerfahrzeu ges eine schraubenlinige Tunnelabtastung ergibt.It is also known for the detection of tunnel walls, envelopes to use measuring methods such. B. in DE-OS 26 12 751 beat. With such an envelope measurement method, one feels TV camera the tunnel walls irradiated with an infrared laser from so that due to the forward movement of a carrier vehicle results in a helical tunnel scan.

Schließlich ist es bei der Herstellung von Halbleiterchips be kannt, elektronische Steuerungen zur Ausrichtung der optisch er faßten Chips zu benutzen. Wie die US-PS 42 13 117 zeigt, sind sol che Steuerungen zur Konturerfassung großflächiger dreidimensiona ler Objekte nicht geeignet.Finally, it is in the manufacture of semiconductor chips knows, electronic controls to align the optical he gripped chips to use. As the US-PS 42 13 117 shows, are sol Che controls for contour detection of large three-dimensional Not suitable objects.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zum berührungslosen Bestimmen von Projektionsflächen durch Kontur erfassung mit optoelektronischen Sensoren vorzusehen, welche mit vergleichsweise geringem Aufwand genaue und schnell durchführbare Messungen erlaubt. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ausgangssignale des optoelektronischen Sensors ei nem Amplitudendiskriminator zugeleitet sind, dessen digitalisierte Ausgangssignale einem durch einen Adressengenerator adressier bare Datenspeicher zugeleitet sind, daß die Daten des Datenspei chers sowohl einer digitalen Fokussiereinheit zum Ansteuern einer Sensoroptik für ein automatisches Fokussieren des Sensorsehfeldes auf die Entfernung des je weiligen Konturpunktes als auch über einen Bildinformationsadapter einer Kontur-Recheneinheit zugeführt sind, deren Ausgangssignale eine Verfahreinrichtung ansteuern, die den optoelektronischen Sen sor automatisch der Kontur nachführt und aus deren Positionsdaten die Projektionsfläche des Objekts bestimmbar ist.The invention is therefore based on the object of a measuring arrangement for the contactless determination of projection surfaces by contour to provide detection with optoelectronic sensors, which with Comparatively low effort, accurate and quick to implement Measurements allowed. According to the invention, this object is achieved solved that the output signals of the optoelectronic sensor ei Nem amplitude discriminator are fed, the digitized Output signals one addressed by an address generator bare data storage are fed that the data of the data storage chers both a digital focusing unit to control one Sensor optics for automatic focusing of the sensor field of view on the distance of ever because of the contour point as well as an image information adapter a contour arithmetic unit are fed, the output signals control a traversing device that the optoelectronic Sen sensor automatically tracks the contour and from its position data the projection surface of the object can be determined.

Die erfindungsgemäße Maßnahme nutzt die Möglichkeiten optoelektro nischer Sensoren z. B. einer Video-Kamera, zur berührungslosen Erfassung der Kontur eines Meßobjektes aus. Das Sensorsignal wird hierbei nach Digitalisierung Recheneinheiten zugeleitet, deren Ausgangssignale eine den Sensor der Kontur des Meßobjektes nach führende Verfahreinrichtung ansteuern. Die Konturdaten der zu be stimmenden Projektionsfläche werden daher aus den Positionsdaten der Verfahreinheit beim Umfahren der Projektionsfläche ermittelt und stehen damit als elektronische Daten zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.The measure according to the invention uses the possibilities optoelectro African sensors such. B. a video camera for non-contact Detection of the contour of a measurement object. The sensor signal is in this case, after digitization, computing units are supplied whose Output signals match the sensor to the contour of the measurement object Control leading traversing device. The contour data of the be matching projection surface are therefore from the position data the moving unit determined when moving around the projection surface and are therefore available as electronic data for further processing to disposal.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, das Sensorsehfeld mit seiner Mitte auf die Kontur der Pro jektionsfläche auszurichten und den optischen Sensor in zwei senk rechten Richtungen (x, y) zur Sensorrichtung mit der Verfahrein richtung nachzuführen. Hierdurch wird einerseits Abstandsän derungen des Meßobjektes zum Sensor Rechnung getragen, während an dererseits die Positionsdaten der Verfahreinrichtung direkt zur Bestimmung der Projektionsflächen benutzt werden können.In an advantageous embodiment of the invention it is easily seen to align the sensor field of view with its center on the contour of the projection surface and to track the optical sensor in two perpendicular right directions (x, y) to the sensor direction with the procedural direction. As a result, changes in the distance of the measurement object from the sensor are taken into account, while on the other hand the position data of the displacement device can be used directly to determine the projection surfaces.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den An sprüchen 3 bis 6 zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention are the An sayings 3 to 6.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläu tert. Es zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the drawing tert. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßanordnung und Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the measuring arrangement according to the invention and

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung zur Objektbestimmung und Kontur nachführung. Fig. 2 shows a schematic diagram for object determination and contour tracking.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Meßanordnung abgebildet, bestehend aus einem opto elektronischen Sensor 1, z. B. einer Video-Kamera, dessen Aus gangssignal einem Amplitudendiskriminator 2 und einem Adressen generator 3 zugeführt sind. Der Amplitudendiskriminator 2 ist als mehrstufiger Analog-Digital-Wandler ausgebildet und wandelt die zugeführten Bildsignale in digitale Bilddaten. Diese digitalen Bilddaten gelangen zu einem durch den Adressengenerator 3 adressierbaren Datenspeicher 4, wovon sie zur Weiterverarbeitung einer digitalen Fokussiereinheit 5 bzw. einem Bildinformationsa dapter 6 zur Verfügung stehen. Mit der digitalen Fokussiereinheit 5 wird eine dem optoelektronischen Sensor 1 vorgeschaltete Sensor optik 12 automatisch auf die jeweilige Entfernung des Konturpunk tes einer Projektionsfläche fokussiert, während der Bildinforma tionsadapter 6 die vom Datenspeicher 4 zugeführten digitalen Bild daten für eine nachgeschaltete Kontur-Recheneinheit 7 anpaßt. Die se Anpassung kann, wie durch einen Pfeil am Bildinformationsadap ter 6 angedeutet, durch Befehle so eingestellt werden, daß die Kontur-Recheneinheit 7 optimale Bilddaten zur Konturerfassung und zur Ermittlung des Richtungsverlaufs einer Projektionsfläche er hält. Mit der Ausgangssignalen der Kontur-Recheneinheit 7 wird eine den optoelektronischen Sensor verstellende Verfahreinheit 8 angesteuert, welche das Sensorsehfeld 17 des Sensors 1 automatisch um ein Meßobjekt zur Konturerfassung bewegt.In the illustration of FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the measuring arrangement is shown OF INVENTION to the invention, consisting of an optoelectronic sensor 1, z. B. a video camera, the output signal from an amplitude discriminator 2 and an address generator 3 are supplied. The amplitude discriminator 2 is designed as a multi-stage analog-digital converter and converts the supplied image signals into digital image data. This digital image data arrives at a data memory 4 that can be addressed by the address generator 3 , of which they are available for further processing of a digital focusing unit 5 or an image information adapter 6 . With the digital focusing unit 5 an optoelectronic sensor 1 upstream sensor optics 12 is automatically focused on the respective distance of the contour point of a projection surface, while the image information adapter 6 adjusts the digital image data supplied from the data memory 4 for a downstream contour computing unit 7 . This adaptation can, as indicated by an arrow on the image information adapter 6 , be set by commands so that the contour computing unit 7 receives optimal image data for contour detection and for determining the direction course of a projection surface. The output signals of the contour computing unit 7 are used to control a moving unit 8 which adjusts the optoelectronic sensor and which automatically moves the sensor field of view 17 of the sensor 1 around a measurement object for contour detection.

Bei der Durchführung einer Messung können die Daten einer erfaßten Kontur 15 von den Positionsdaten der Verfahreinrichtung 8 bzw. von der Kontur-Recheneinheit 7, wie angedeutet, abgeleitet werden. Es ist bei einer Messung auch möglich, die erfaßte Kontur 15 eines Meßobjektes auf einem Bilddarstellungsgerät 9 darzustellen. Dazu ist es lediglich notwendig, die Ausgangssignale des optoelektro nischen Sensors 1 über eine Mischstufe 11 dem Bilddarstellungsge rät 9, z. B. einem Monitor, zuzuführen. Dieser Monitor kann z. B. auch aktuelle Auswertungszustände, wie z. B. erfaßte Kantenposi tionen oder Richtungen, einblenden, wofür ein Symbolgenerator 10 vorgesehen ist, welcher seine Daten der durch den Adressengenera tor 3 gesteuerten Mischstufe zuführt. When carrying out a measurement, the data of a detected contour 15 can be derived from the position data of the traversing device 8 or from the contour computing unit 7 , as indicated. It is also possible for a measurement to display the detected contour 15 of a measurement object on an image display device 9 . For this purpose, it is only necessary to advise the output signals of the optoelectronic sensor 1 via a mixer 11, the image display device 9 , e.g. B. a monitor. This monitor can e.g. B. also current evaluation states such. B. detected edge positions or directions, fade in, for which a symbol generator 10 is provided, which supplies its data to the mixing stage controlled by the address generator 3 .

Wie aus der Prinzipdarstellung nach Fig. 2 hervorgeht, ist es mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung möglich, Projektionsflächen beliebiger Objekte 16 zu erfassen. Das Sensorsehfeld 17 des Sensors 1 wird dabei auf die Kontur 15 des Objektes gerichtet und nachgeführt, daß die Kontur 15 stets in der Mitte des Sensorsehfeldes 17 liegt. Die Steuerung der Verfahreinrichtung 8 kann dabei in zwei zueinander senkrechten Richtungen (x, y), wie durch das Achsenkreuz angedeutet, erfolgen. Das Sen sorsehfeld braucht dabei nicht die dargestellte quadra tische Form haben, sondern kann jede andere geeignete Form haben. Das Suchen, Erfassen und anschließende Um fahren des Sensors 1 entlang der Kontur eines Objektes erfolgt, wie schon erwähnt, automatisch. Für den Fall, daß das zu vermessende Objekt einen Durchbruch oder ei ne Unterbrechung innerhalb der Projektionsfläche be sitzt, ist es notwendig, den Sensor manuell bis zum Er fassen der Durchbruchkontur zu verfahren. Hierzu dient auch das Bilddarstellungsgerät, welches mit seiner An zeige das manuelle Verfahren zu überwachen gestattet. Die Berechnung des Durchbruches bzw. seiner Daten er folgt dann auf die bisher beschriebene Weise.As is apparent from the schematic illustration of FIG. 2, it is possible with the inventive measuring arrangement for detecting projection of arbitrary objects 16. The sensor field of view 17 of the sensor 1 is directed to the contour 15 of the object and tracked that the contour 15 is always in the middle of the sensor field of view 17 . The control of the movement device 8 can take place in two mutually perpendicular directions (x, y) , as indicated by the axis cross. The sensor field of view does not need to have the square shape shown, but can have any other suitable shape. The search, detection and subsequent driving of the sensor 1 along the contour of an object takes place automatically, as already mentioned. In the event that the object to be measured has an opening or an interruption within the projection surface, it is necessary to manually move the sensor until it detects the opening contour. The image display device, which allows the manual process to be monitored, is also used for this purpose. The calculation of the breakthrough or its data is then carried out in the manner previously described.

Claims

1.Measuring arrangement for determining projection surfaces of two- and / or three-dimensional objects with an optoelectronic sensor which detects the contour of the projection surface, the output signals of which are digitized in electronic switching stages and processed for contour determination, characterized in that the output signals of the optoelectronic sensor ( 1 ) are fed to an amplitude discriminator ( 2 ), the digitized output signals of which are fed to a data memory ( 4 ) which can be addressed by an address generator ( 3 ), that the data of the data memory ( 4 ) both a digital focusing unit ( 5 ) for controlling sensor optics ( 12 ) for an automatic focusing of the sensor field of view ( 17 ) on the distance of the respective contour point as well as via an image information adapter ( 6 ) to a contour computing unit ( 7 ), the output signals of which drive a displacement device ( 8 ) which controls the optoelectronic sensor ( 1 ) automatically follows the contour ( 15 ) and the projection surface of the object ( 16 ) can be determined from its position data.

2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the sensor field of view ( 17 ) is centered on the contour ( 15 ) of the projection surface and that the optoelectronic sensor ( 1 ) in two perpendicular directions (x, y) to the sensor direction with the traversing device ( 8 ) is tracked.

3. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 2, characterized in that the amplitude discriminator ( 2 ) as a multi-stage analog-digital converter is formed.

4. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the image information adapter ( 6 ) can be controlled by input commands for specifying optimally adapted data for the downstream contour computing unit ( 7 ).

5. Measuring arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the output signal of the optoelectronic sensor ( 1 ) is fed via a mixing stage ( 11 ) to an image display device ( 9 ) for direct observation.

6. Measuring arrangement according to claim 5, characterized in that the mixing stage ( 11 ) by the address generator ( 3 ) addressable Symbolge generator ( 10 ) for displaying symbols on the image display device ( 9 ) is assigned.