DE4134689C1

DE4134689C1 - Optically measuring contour of toroidal opaque object - registering shadows cast by light source using line or matrix camera taking into account distance from object and imaging scale

Info

Publication number: DE4134689C1
Application number: DE19914134689
Authority: DE
Inventors: Hans-Henning Dr.-Ing. 2000 Barsbuettel De Plath; Albert Prof. Dr.-Ing. 2070 Ahrensburg De Weckenmann
Original assignee: Iti-Idee Ingenieurbuero Zur Foerderung Von Technischen Innovationen und Ideen 2070 Ahrensburg De GmbH
Current assignee: Iti-Idee Ingenieurbuero Zur Foerderung Von Technischen Innovationen und Ideen 2070 Ahrensburg De GmbH
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2011-10-22

Abstract

A method of examining the contour of an opaque workpiece, e.g. a toroid (17), by optical means employs a light source (10) to illuminate a rotatable transparent carrier (14) having an axis of symmetry (13) which supports the workpiece (17). A stationary line or matrix camera (11) records the workpiece shadow (17'). During observations the magnification of the image (17') and its position w.r.t. the shadow (15') of a circular reference ring (15) inscribed on the carrier is registered by the dimensions (A to D) referenced to the central axis of the equipment (16,13). Rotation of the carrier (10) enables the workpiece contour to be specified w.r.t. its angular position. USE/ADVANTAGE - Provides accurate contour definition of workpieces and test samples for soft highly flexible or fragile materials. Is independent of eccentricity of workpiece location on carrier as result of computational programme design.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Ver messung der Kontur eines lichtundurchlässigen Objektes, insbesondere torusförmigen Werkstückes, bei dem der von dem mittels mindestens einer Lichtquelle angestrahlten, auf einem lichtdurchlässigen Objektträger oder Halter an geordneten Objekt erzeugte Schatten von einer Zeilen- oder Matrix-Kamera erfaßt und unter Berücksichtigung des Objektabstandes von der Kamera sowie des Vergrößerungs maßes der optischen Abbildungseinrichtung die Kontur des Objektes bestimmt wird, das während der Lichtstärkemessung durch die ortsfeste Kamera um eine vertikal zur Zeilen ebene und durch das Objekt gehende Drehachse um mindestens 180° gedreht wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for optical Ver measuring the contour of an opaque object, in particular toroidal workpiece, in which the of the one illuminated by at least one light source, on a translucent slide or holder ordered object created shadows from a line or matrix camera and taking into account the Object distance from the camera and the magnification dimension of the optical imaging device, the contour of the Object is determined during the light intensity measurement through the fixed camera one vertical to the lines plane and axis of rotation going through the object by at least Is rotated 180 °, and a device for performing of the procedure.

Die DE 38 34 052 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Vermessen und/oder Prüfen der Umrißformen oder Kanten von Werkstücken, vorzugsweise zum Erfassen und Aus werten von Kantenfehlern und/oder Kantenausbrüchen von Schneidplatten, mit einer opto-elektronischen Prüfein richtung, wobei nach dem Verfahren das zu prüfende Werk stück um eine raumfeste Achse gedreht und während der Dre hung mindestens eine umlaufende Kante des Werkstückes unter einem vorgegebenen Winkel mit einem parallelen Lichtstrahl abgetastet wird. Der Lichtstrahl, dessen Durchmesser so groß ist, daß er bei der Drehung ständig mindestens einen Abschnitt der Kante erfaßt, bildet auf einer aus elektro nischen Signalen erzeugenden Bildpunkten bestehenden lichtempfindlichen Schicht einer Kamera ein projiziertes Profil der Kante ab. Die dem Kantenprofil entspre chenden elektrischen Signale werden als Ist-Werte in einem elek tronischen Rechner, in dem die Soll-Werte des geprüften Kantenprofils gespeichert sind, einem Soll-Ist-Wert-Ver gleich unterzogen, wobei entsprechend dem Ergebnis des Soll-Ist-Wert-Vergleichs eine Sortierung des Werk stückes erfolgt. Die Vorrichtung hierzu sieht einen dreh bar in einem Gestell gelagerten und von einem Schrittmotor angetriebenen Ring vor, der rahmenartig eine Scheibe aus lichtbrechungsfreiem Glas einfaßt, wobei auf einer Seite der Scheibe paralleles Licht emittierende Lichtquellen und auf der anderen Seite der Scheibe Halbleiterkameras mit aus elektrische Signale erzeugenden Lichtpunkten bestehenden lichtempfindlichen Schichten angeordnet sind. Außerdem umfaßt die Vorrichtung eine elektronische Recheneinheit, die aufgrund der Signale der Halbleiter kameras den Soll-Ist-Wert-Vergleich vornimmt. Mit einem derartigen Verfahren und der hierfür entwickelten Vor richtung soll eine schnelle Qualitätskontrolle kleiner Werkstücke mit hoher Genauigkeit und insbesondere von Wendeplatten möglich sein, die in einer Vielzahl mit unter schiedlichen Formen und Geometrien hergestellt werden, wobei die hohe Prüfgenauigkeit durch die Verwendung von CCD-Kameras erreicht wird. Jedoch erfolgt hier die Ver messung des Werkstückes unter Ausschluß eines in seiner räumlichen Lage zeitlich parallel zur Vermessung des Werk stückes entsprechend diesem erfaßten Referenzobjekt. Hinzu kommt, daß Rundlaufabweichungen des Werkstückträgers nicht erfaßt werden können, so daß keine genauen Vermes sungen möglich sind.DE 38 34 052 A1 describes a method and a device device for measuring and / or checking the outline shapes or Edges of workpieces, preferably for gripping and off evaluating edge defects and / or edge breakouts from Inserts, with an opto-electronic test direction, whereby according to the procedure the work to be tested piece rotated about a fixed axis and during the Dre hung under at least one peripheral edge of the workpiece a given angle with a parallel beam of light is scanned. The beam of light, its diameter like this is great that he constantly at least one when turning Section of the edge captured, forms on an electro existing signal-generating pixels projected light sensitive layer of a camera Profile of the edge. That correspond to the edge profile Corresponding electrical signals are shown as actual values in an elec tronic computer, in which the target values of the tested Edge profile are stored, a target actual value Ver subjected immediately, according to the result the target-actual-value comparison a sorting of the plant piece. The device for this sees a rotation bar mounted in a rack and by a stepper motor driven ring in front, the frame like a disc refraction-free glass surrounds, being on one side light sources emitting parallel light from the disk and on the other side of the disk semiconductor cameras with light points generated from electrical signals existing photosensitive layers are arranged. The device also includes an electronic one Computing unit based on the signals from the semiconductor cameras performs the target-actual value comparison. With a such procedures and the developed for this direction, quick quality control should be smaller Workpieces with high accuracy and especially from Inserts may be available in a variety with under different shapes and geometries are produced, the high test accuracy through the use of CCD cameras is reached. However, here the Ver measurement of the workpiece excluding one in its spatial position parallel to the measurement of the work piece according to this detected reference object. In addition comes that runout deviations of the workpiece carrier cannot be recorded, so that no exact measurement solutions are possible.

Die DE 37 09 598 A1 befaßt sich mit einer Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Messen von Verformungen bei monoaxialen und triaxialen Festigkeitsuntersuchungen von Prüfkörpern mit plastischem Materialverhalten, insbe sondere Lockergesteinen im bodenmechanischen Versuchswesen, oder sprödem Materialverhalten insbesondere Werkstoffe in der metallischen und nichtmetallischen Materialprüfung unter Verwendung vorzugsweise etwa zylindrischer Prüfkör per, die zwischen zwei Aufnahmen angeordnet und über diese eine Spannungsbeaufschlagung monoaxial erfolgt sowie gegebenenfalls zur triaxialen Spannungsbeaufschlagung zusätzlich ein umgebender Flüssigkeitsdruck dient, wobei der Prüfkörper transversal in einer x-y-parallelen Ebene und zeilenweise in z-Richtung sowie synchron bidirektio nal entlang einer in der Ausgangslage mit Referenzpunkten versehenen Mantellinie in z-Richtung über Meßstrahlen eines zugeordneten optischen Meßgerätes, wie einem Laserscanner, vermeßbar ist, wobei in der x-y-Ebene min destens in drei gegeneinander versetzten Richtungen Mes sungen durchgeführt werden, so daß der partielle, räumli che Deformationszustand des Prüfkörpers über die ermittel ten Signale aus der Flächenrasterung in der x-z-Ebene und der Referenzrasterung in z-Richtung in den einzelnen Meß positionen über eine Auswerteschaltung erfaßbar ist. Bei dieser Vorrichtung ist ein Laserscanner mit Sender und ihm diametral zugeordneten Empfänger über einen Antrieb in mehrere Meßpositonen verschwenkbar, wobei eine bidi rektionale Strahlscannung über rotierende oder schwin gende Spiegelanordnungen, wie Polygone oder elektromagneti sche Strahlablenkung, erfolgt sowie die aufgenommenen Empfängersignale einer Flächenrasterung und die Referenz signale einer Referenzrasterung mittels zugeordneter Detektoren über Zähler einer Auswerteschaltung in Form eines Rechners zuführbar sind. Der Prüfkörper ist dabei nicht auf einem drehbaren Träger, sondern während der Messungen feststehend in einer Druckkammer zwischen zwei Aufnahmen angeordnet. Gearbeitet wird dabei mit einem aufgerasterten primären Laserstrahl und mit einem zeilen weisen Versatz des Strahlenbandes in Prüfkörperlängs richtung. Eine vollständige, punktweise Erfassung der Kontur des Prüfkörpers erfolgt nicht.DE 37 09 598 A1 deals with a device for non-contact three-dimensional measurement of deformations for monoaxial and triaxial strength tests of test specimens with plastic material behavior, esp special loose rock in soil mechanics, or brittle material behavior, especially materials in metallic and non-metallic material testing preferably using approximately cylindrical test specimens per who arranged between two shots and over this voltage is applied monoaxially as well if necessary, for triaxial application of tension In addition, a surrounding liquid pressure is used, whereby the test specimen transversely in an x-y parallel plane and line by line in the z direction and synchronous bidirection nal along one in the starting position with reference points provided surface line in the z direction via measuring beams an associated optical measuring device, such as a Laser scanner is avoidable, with min. In the x-y plane at least in three mutually offset directions solutions are carried out so that the partial, spatial che deformation state of the test specimen on the th signals from the area grid in the x-z plane and the reference grid in the z direction in the individual measurement positions can be detected via an evaluation circuit. At this device is a laser scanner with transmitter and him diametrically assigned receiver via a drive can be pivoted into several measuring positions, whereby a bidi directional beam scanning via rotating or swinging ing mirror arrangements, such as polygons or electromagnetic cal beam deflection, as well as the recorded An area grid receiver signals and the reference signals of a reference grid using assigned Detectors via counter of an evaluation circuit in the form a computer can be fed. The test specimen is included not on a rotatable carrier, but during the Measurements fixed in a pressure chamber between two Arranged recordings. It works with one rastered primary laser beam and with a line show offset of the radiation band in the test specimen direction. A complete, point-by-point recording of the The test specimen does not contour.

Ferner ist nach der US 46 50 334 ein Gerät und ein Ver fahren zur Messung des Profils eines tangentialen Be reichs einer gekrümmten Oberfläche eines Prüfkörpers be kannt. Das Gerät umfaßt eine Lichtquelle zur gleichförmigen Aussendung von Strahlungsenergie einer im wesentlichen zur gekrümmten Oberfläche tangentialen Beleuchtungsebene. Die ausgesandte Strahlungsenergie wird in eine erste Bild ebene optisch abgebildet, wobei ein erster Teil der Strahlungsenergie durch eine erste optische Sehfeldblende ausgeschieden die einen Kantenteil mit exakt geradem Bezugsprofil aufweist, und ein zweiter Teil der Strah lungsenergie auf einen Meßwandler fokussiert wird, der sich in einer zweiten Bildebene befindet. Der Meßwandler erzeugt als Folge auf die fokussierte Strahlungsenergie ein kodiertes Datensignal. Ein Mikroprozessor empfängt das kodierte Datensignal, bestimmt die Abweichung des Profils der gekrümmten Oberfläche des Bezugsprofils und erzeugt ein Geradheitssignal in Abhängigkeit von der festgestellten Abweichung, wobei Ungleichförmigkeiten des Gerätes automatisch ausgeglichen werden sollen. Dieses Gerät in Verbindung mit seinem optischen Aufbau ist ausschließlich dort einsetzbar, wo das Profil eines tangen tialen Bereichs eines eine gekrümmte Oberfläche aufwei senden Prüfkörpers oder Werkstückes gemessen werden soll. Es wird hier nicht im Durchlichtverfahren gearbeitet; ebenso erfolgt auch keine Bestimmung der Konturen des Prüfkörpers vermittels durch von einer Lichtquelle erzeug te Schattenbilder des angestrahlten Prüfkörpers und durch opto-elektronische Meßverfahren für eine zwei- oder dreidimensionale Vermessung des Prüfkörpers.Furthermore, according to US 46 50 334 a device and a Ver drive to measure the profile of a tangential Be be a curved surface of a test specimen knows. The device includes a light source for uniform Emitting radiant energy one essentially to the curved surface of the tangential illumination plane. The emitted radiation energy is in a first picture optically mapped level, with a first part of the Radiant energy through a first optical field of view the one part of the edge was eliminated with a straight line Has reference profile, and a second part of the beam energy is focused on a transducer that is in a second image plane. The transducer generated as a result of the focused radiation energy an encoded data signal. A microprocessor receives the encoded data signal determines the deviation of the Profile of the curved surface of the reference profile and generates a straightness signal depending on the observed deviation, taking non-uniformities of the device should be automatically compensated. This device is in connection with its optical structure can only be used where the profile of a tang tial area of a curved surface send specimen or workpiece to be measured. The transmitted light process is not used here; likewise there is no determination of the contours of the Test specimen by means of generated by a light source te silhouettes of the illuminated specimen and through opto-electronic measuring methods for a two or three-dimensional measurement of the test specimen.

Während sich biegesteife und oberflächenfeste Werkstücke durch berührende Abtastung vermessen lassen, versagen die bekannten Verfahren bei weichen, dehnfähigen oder hoch flexiblen Materialien, wie z. B. Gummidichtungen oder dünnen Folien aufgrund folgender Gründe. Zunächst besteht die Gefahr, daß bei der berührenden Abtastung von weichen, flexiblen oder elastischen Werkstücken durch den Berührungs druck eine Verformung des Werkstückes herbeigeführt wird, welche die Meßwerte erheblich verfälscht. Flexible und weiche Werkstücke lassen sich weiterhin nicht ohne weiteres in Bezug auf die Meßapparatur positionieren, da bereits geringe Kräfte wie sie z. B. durch Reibung auf der Auf lagefläche entstehen können, zu einer Deformierung, ins besondere einer Dehnung, Stauchung oder Torsion des Werk stückes führen.While there are rigid and surface-stable workpieces have measured by touching scanning, fail known methods for soft, elastic or high flexible materials such as B. rubber seals or thin Slides due to the following reasons. First of all there is Danger of touching soft, flexible or elastic workpieces through the touch deformation of the workpiece is brought about, which significantly falsifies the measured values. Flexible and Soft workpieces cannot be easily removed position in relation to the measuring apparatus, since already low forces such as z. B. by friction on the up surface can arise, to a deformation, ins especially a stretching, compression or torsion of the work piece.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren und die hierzu benötigte Vorrichtung derart weiter zu entwickeln, daß die durch Unberücksich tigung der unvermeidlichen Rundlaufabweichungen des Ob jektträgers und der von der vermuteten mittleren Lage der Drehachse des Objektträgers abweichenden mittleren Lage der Drehachse sowie der Abweichungen des tatsächlichen Abbildungsmaßstabes von dem angenommenen Abbildungsmaß stab hervorgerufenen Meßfehler weitgehend kompensiert werden, womit die Meßgenauigkeit erhöht werden kann.It is an object of the present invention to begin with mentioned method and the device required for this to develop in such a way that through adjustment of the inevitable runout deviations of the Ob and the presumed middle position the mean axis deviating from the rotation axis of the slide Position of the axis of rotation and the deviations of the actual Reproduction scale from the assumed reproduction dimension measurement errors caused by the rod are largely compensated for, with which the measuring accuracy can be increased.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.This object is achieved by what is stated in claim 1 Procedure solved.

Vorteilhafterweise kann mit diesem Verfahren ohne erhöhten meßtechnischen Aufwand ein Symmetriepunkt definiert werden, dessen Ortsänderung während der Drehung des Objektes in Abhängigkeit von jeder Winkelstellung leicht feststellbar ist. Hierdurch werden Meßfehler eliminiert, die auf Rund laufabweichungen des Objektträgers und Koaxialitätsab weichungen des Referenzobjektes beruhen können.This method can advantageously be used without increased a symmetry point can be defined, its change of location during the rotation of the object in Easily detectable depending on any angular position is. This eliminates measurement errors that are round run deviations of the slide and coaxiality deviations of the reference object can be based.

Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 7 beschrieben.Developments of the method are in claims 2 to 7 described.

So besteht vorzugsweise das Referenzobjekt aus einem Re ferenzring oder aus einer Referenzkreisscheibe. Durch die kreissymmetrische Gestaltung des Referenzobjektes läßt sich ein Symmetrie- bzw. Mittelpunkt eindeutig festlegen.The reference object preferably consists of a Re reference ring or from a reference circular disc. Through the Circular symmetrical design of the reference object can be clearly define a symmetry or center point.

Vorzugsweise wird das Referenzobjekt gleichzeitig diametral mit einer Zeile aus CCD-Sensoren der Kamera wie auch das Objekt erfaßt, wobei aus dem Abstand des Schattenbildes des Referenzobjektes und des Objektes unter Berücksichtigung des Referenzobjektdurchmessers und der Höhendifferenz des Referenzobjektes zu dem Objekt die Objektkontur bestimmt wird. Hierdurch werden weitere Meßfehler ausgeschaltet, die infolge unterschiedlicher Lichtstrahlenwege vom Objekt einerseits und dem Referenzobjekt andererseits auftreten könnten.Preferably, the reference object becomes diametrical at the same time with a line of CCD sensors the camera like that too Object captured, taking from the distance of the silhouette of the reference object and the object taking into account of the reference object diameter and the height difference of the Reference object to the object determines the object contour becomes. This eliminates further measurement errors, which due to different light beam paths from Object on the one hand and the reference object on the other could occur.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die räumliche Lage des Referenzobjektmittelpunktes durch min destens einen zusätzlichen Sensor auch senkrecht zur Meß richtung der die Kontur des Objektes erfassenden Kamera oder CCD-Zeile kontinuierlich bestimmt und damit die durch Rundlaufabweichungen des Objektträgers und durch Koaxialabweichungen des Referenzobjektes zur Drehachse des Objektträgers bedingten Meßfehler zweiter Ordnung minimiert.According to a further embodiment of the invention spatial position of the reference object center by min at least an additional sensor also perpendicular to the measurement direction of the camera capturing the contour of the object or CCD line continuously determined and thus the due to runout deviations of the slide and Coaxial deviations of the reference object from the axis of rotation second-order measurement error caused by the slide minimized.

Eine weitere Erhöhung der Meßgenauigkeit ergibt sich, wenn anhand der Meßwerte des Referenzobjektes die Strahlen gangjustierung bzw. Justierung der Beleuchtungsanordnung vorgenommen wird.A further increase in measuring accuracy results if the rays are based on the measured values of the reference object aisle adjustment or adjustment of the lighting arrangement is made.

Vorzugsweise wird das Meßobjekt während der Drehung um 360° vermessen, wobei das Objekt und das Referenzobjekt mit divergentem Licht bestrahlt werden.The measurement object is preferably rotated around Measure 360 °, taking the object and the reference object be irradiated with divergent light.

Die Aufgabe wird weiterhin durch die im Anspruch 8 be schriebene Vorrichtung gelöst. Das auf dem Objektträger oder -halter zur Drehachse konzentrisch angeordnete lichtundurch sige Referenzobjekt kann aus einem Referenzring oder aus einer Referenzkreis scheibe bestehen, insbesondere aus lichtundurchlässigen Schwärzungen des Objektträgers, so daß die relative Lage zum Objektträger eindeutig definiert ist. Als Objekt träger wird vorzugsweise ein Tisch mit waagerechter, ebener Auflagefläche verwendet, wobei nach einer Weiterbildung der Erfindung die Welle lichtdurchlässig oder als Hohl welle ausgebildet sein kann, deren Mantel die Lichtquelle und das Strahlenbündel umringt.The task is further by the be in claim 8 Written device solved. That on the slide or -holder arranged opaque to the axis of rotation sige reference object can be from a reference ring or from a reference circle pane consist, in particular of opaque Blackening of the slide, so the relative location to the slide is clearly defined. As an object A table with a horizontal, level surface is preferred Contact surface used, being after further training the invention the wave translucent or as a hollow wave can be formed, the jacket of the light source and surrounds the beam.

Zur Feststellung der relativen Höhenunterschiede zwischen dem Objekt und dem Objekttisch bzw. dem Referenzobjekt ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine weitere Kamera angeordnet, die in einem senkrecht zu dem von der ersten Kamera vermessenen Lichtstrahlenbündel vom Objekt und vom Referenzobjekt erzeugte Schattenbilder eines weiteren Lichtstrahlenbündels aufnimmt, wobei auch diese weitere Kamera ebenfalls mit dem Rechner verbunden ist.To determine the relative height differences between the object and the object table or the reference object is according to a further embodiment of the invention another camera arranged in a perpendicular to the beam of light measured by the first camera from Object and silhouettes created by the reference object of another beam of light, including this additional camera is also connected to the computer is.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.An embodiment of the invention is in the drawing shown schematically.

Die wesentlichen Teile der Vorrichtung setzen sich aus einer Lichtquelle 10 sowie einer Kamera 11 mit einer CCD-Zeile 12 zusammen. In dem von der Lichtquelle 10 aus gehenden Strahlengang ist horizontal ein lichtdurchläs siger, um die vertikale Achse 13 drehbarer Objektträger 14 vorgesehen, in dem durch entsprechende Oberflächen schwärzung ein Referenzring 15 angeordnet ist, der kon zentrisch zur Drehachse 13 liegt. Bestrahlt man den Ob jektträger 14 mit dem Licht der Lichtquelle 10, so wird der Ring 15 auf der CCD-Zeile als Schattenbild 15′ abge bildet. Die äußeren Radialabstände Δ von der Achse 16 sind aufgrund des achsensymmetrischen Aufbaus der Be leuchtungsanordnung gleich groß. Legt man auf den Objekt träger 14 ein lichtundurchlässiges Objekt, hier ein torus förmiges Werkstück 17, so werden dessen Konturen in ent sprechender Weise wie die des Referenzringes 15 als Schatten 17′ in der CCD-Zeile 12 abgebildet. Durch die nicht rotationssymmetrische Lage in Hinblick auf die Dreh achse 13 ändern sich die Abstände A bis D der Hell-Dunkel- bzw. Dunkel-Hell-Übergänge relativ zur Symmetrieachse 16 in Abhängigkeit von dem momentanen Drehwinkel, den das Werkstück 17 durch Drehung des Objekttisches 14 um die Achse 13 erfährt. Durch Definition des Kreismittelpunktes des Referenzringes 15 kann jedoch jederzeit die tatsäch liche Drehachse ermittelt und die drehwinkelabhängige Kontur des Meßobjektes festgestellt werden.The essential parts of the device are composed of a light source 10 and a camera 11 with a CCD line 12 . In which from the light source 10 of continuous beam path lichtdurchläs siger, rotatable about the vertical axis 13 of slide 14 is horizontally provided, in which by corresponding surfaces darkness a reference ring 15 is arranged, which is con centric to the rotation axis. 13 If one irradiates the object carrier 14 with the light from the light source 10 , the ring 15 is formed on the CCD line as a silhouette 15 '. The outer radial distances Δ from the axis 16 are the same size due to the axisymmetric structure of the lighting arrangement. If you place an opaque object on the object carrier 14 , here a toroidal workpiece 17 , its contours are depicted in a manner corresponding to that of the reference ring 15 as a shadow 17 'in the CCD line 12 . Due to the non-rotationally symmetrical position with respect to the axis of rotation 13 , the distances A to D of the light-dark or dark-light transitions change relative to the axis of symmetry 16 as a function of the instantaneous angle of rotation that the workpiece 17 by rotating the object table 14 experienced about the axis 13 . By defining the center of the circle of the reference ring 15 , however, the actual axis of rotation can be determined at any time and the angle of rotation-dependent contour of the measurement object can be determined.

Damit ergibt sich die Möglichkeit, anstelle des nicht ortsfesten Drehpunktes des Objektträgers, dessen Verlage rungen während der Drehbewegungen nicht erfaßt werden, den in radialer Richtung, d. h. parallel zur Meßrichtung der das Werkstück 17 erfassenden CCD-Zeile 12, jederzeit bestimmbaren Mittelpunkt des Referenzringes als Referenz punkt für das Werkstück-Koordinatensystem zu nutzen. Bei lediglich einseitiger Erfassung des Referenzringes 17 erfolgt die Mittelpunktsberechnung unter Zugrundelegung des bekannten Durchmessers des Referenzringes. Bei gleich zeitiger diametraler Erfassung des Referenzringes ent spricht der Symmetriepunkt der erfaßten Konturen des Referenzringes der Lage des Mittelpunktes.This results in the possibility, instead of the non-stationary fulcrum of the slide, the displacements of which are not detected during the rotary movements, which can be determined at any time in the radial direction, ie parallel to the measuring direction of the workpiece 17 capturing CCD line 12 , as the reference ring center point for the workpiece coordinate system. If the reference ring 17 is only detected on one side, the center point calculation is carried out on the basis of the known diameter of the reference ring. With simultaneous diametrical detection of the reference ring, the point of symmetry of the detected contours of the reference ring corresponds to the position of the center.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungs gemäße Verfahren wird erreicht, daß sich Rundlaufabweichun gen des lichtdurchlässigen Objektträgers 14 nicht mehr als Fehler erster Ordnung auf das Meßergebnis auswirken, d. h. die Meßgenauigkeit wird erhöht bzw. die Anforderungen an die Genauigkeit der aufwendigen radialen Lagerung des lichtdurchlässigen Objektträgers 14 können erheblich redu ziert werden.The device according to the invention and the method according to the invention ensure that run-out deviations of the translucent slide 14 no longer act as first-order errors on the measurement result, ie the measurement accuracy is increased or the requirements for the accuracy of the complex radial mounting of the translucent Slide 14 can be significantly reduced.

Durch die gleichzeitige diametrale Fassung des Referenz ringes 15 bzw. des Schattenbildes 15′ mit derselben CCD-Zeile 12 kann der tatsächliche Abbildungsmaßstab anhand der durch den Referenzring 15 erzeugten Hell-Dunkel- Übergänge der CCD-Zeile 12 bei bekanntem Durchmesser des Referenzringes während der Messung überprüft und ent sprechend dem Strahlengang der Meßvorrichtung auf die Höhe der zu messenden Kontur über dem Objektträger 14 bzw. Referenzring 15 korrigiert werden.By the simultaneous diametric version of the reference ring 15 and the shadow image 15 'of the same CCD line 12, the actual image scale based on the generated by the reference ring 15 light-dark transitions of the CCD line 12 at a known diameter of the reference ring during measurement checked and corrected accordingly to the beam path of the measuring device to the height of the contour to be measured above the slide 14 or reference ring 15 .

Unter der Voraussetzung gleichzeitiger diametraler Erfas sung eines Referenzringes 15 oder der Kenntnis des genauen Ringdurchmessers bei einseitiger Erfassung und des Ab bildungsmaßstabes können bei Erfassung des Referenzringes mit derselben CCD-Zeile 12, die das zu messende Objekt 17 erfaßt, die Verzerrungen der Darstellung der Kontur des gemessenen Objektes analog zur Form pascallscher Schnecken, die bei Abweichungen der vermuteten Lage der CCD-Zeile in Bezug auf den Referenzpunkt des Koordinatensystems von der tatsächlichen Lage auftreten, erheblich reduziert werden.Assuming simultaneous diametrical detection of a reference ring 15 or knowledge of the exact ring diameter in the case of one-sided detection and the image scale, when detecting the reference ring with the same CCD line 12 , which detects the object 17 to be measured, the distortions of the representation of the contour of the measured object analogous to the shape of Pascal snails, which occur when the suspected position of the CCD line deviates from the actual position in relation to the reference point of the coordinate system.

Claims

1. A method for the optical measurement of the contour of an opaque object, in particular a toroidal workpiece ( 17 ), in which the object ( 17 ) arranged by the object illuminated by means of at least one light source ( 10 ) and arranged on a transparent object carrier ( 14 ) or holder. generated shadow ( 17 ') from a line or matrix camera ( 11 ) and taking into account the object distance from the camera ( 11 ) and the magnification of the optical imaging device, the contour of the object ( 17 ) is determined, which during the light intensity measurement is rotated by the stationary camera ( 11 ) about a plane vertical to the lines and through the object ( 17 ) rotating axis ( 13 ) by at least 180 °, with the features that on the slide ( 14 ) or holder one to the rotating axis ( 13 ) concentric opaque reference object ( 15 ) is arranged, its spatial position temporally parallel to the measurement of the object tes (17) is detected in having equivalent way as the object (17) by means of the camera (11) and that determined from the detected measured values of the reference object (15) jektes the center of the Referenzob (15) and as a reference location for the radial distances ( A to D) the shadow contour ( 17 ') of the object ( 17 ) is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reference object consists of a reference ring ( 15 ) or a reference circular disk.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the reference object ( 15 ) at the same time diame tral with a line ( 12 ) of CCD sensors of the camera ( 11 ) and the object ( 17 ) is detected and that from the Distance of the silhouette ( 15 ') of the reference object and the object ( 17 ') taking into account the reference object diameter and the height difference of the reference object ( 15 ) and the object ( 17 ) the object contour is determined.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the spatial position of the reference object center by at least one additional sensor also perpendicular to the measuring direction of the contour of the object ( 17 ) detecting camera ( 11 ) or CCD line ( 12 ) is continuously determined and thus the measurement errors of the second order caused by concentricity deviations of the slide ( 14 ) and by coaxial deviations of the reference object ( 17 ) to the axis of rotation ( 13 ) of the slide ( 14 ) are minimized.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the beam path adjustment is corrected based on the measured values of the reference object ( 17 ').

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the object ( 17 ) is rotated through 360 °.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the object ( 17 ) and the reference object ( 15 ) are irradiated with divergent light.

8. Device for optically measuring the contour of an opaque object, in particular a toroidal workpiece ( 17 ), with a translucent object holder or carrier ( 14 ) arranged in the beam path between a light source ( 10 ) and a line or matrix camera ( 11 ), which is connected to a rotatably mounted, motor-driven shaft and on which the rotated at least 180 ° while the light intensity measurement by the stationary camera (11) about a vertically continuous to the line plane and passes through the object (17) pivot axis (13) of object (17 ) is arranged, the shadow ( 17 ') of which is captured by the line or matrix camera ( 11 ) with a computer which is used both with the line or matrix camera ( 11 ) to determine the contour of the object ( 17 ) taking into account the object distance from the camera ( 11 ) and the magnification of the optical imaging device as well as with a rotary encoder to determine the instantaneous angle of rotation of the object holder or carrier ( 14 ) is connected to an opaque reference object ( 15 ) arranged on the object carrier ( 14 ) or holder concentrically to the axis of rotation ( 13 ), the spatial position of which is parallel to the measurement of the object ( 17 ) wherein it is determined from the detected measured values of the reference object (15) Building the center of reference (15) and as a reference location for the radial distances (A to D) is detected in the same way as the object (17) by means of the camera (11) Shadow contour ( 17 ') of the object ( 17 ) is used.

9. The device according to claim 8, characterized in that the reference object consists of a reference ring ( 15 ) or a reference circular disc.

10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the reference object ( 15 ) consists of light-permeable blackening of the slide ( 14 ) be.

11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the specimen slide ( 14 ) is a table with a horizontal, flat contact surface.

12. The device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the shaft is translucent or designed as a hollow shaft, the shell of which surrounds the light source ( 10 ) and the beam.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that a further camera is arranged at the level of the object table ( 14 ), which in a perpendicular to the measured by the first camera ( 11 ) light beam from the object ( 17 ) and from the reference object ( 15 ) generates generated silhouettes of a further light beam, the further camera also being connected to the computer.