DE4212404B4

DE4212404B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Form eines langgestreckten Bauteils

Info

Publication number: DE4212404B4
Application number: DE4212404A
Authority: DE
Inventors: Teruaki Yogo; John M. Santa Monica Fitts
Original assignee: Opton Co Ltd
Current assignee: Opton Co Ltd
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2012-04-14
Also published as: GB2259764A; US5289261A; GB9219543D0; DE4212404A1; GB2259764B

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung der räumlichen Form eines langgestreckten Bauteils (10) mit Biegungen, mit:
einer planen Fläche (2), auf die das Bauteil (10) zu legen ist; und
einem ersten Bilddetektor (14) und einem zweiten Bilddetektor (16), die mit einem festgelegten Abstand voneinander in einer festgelegten Höhe über der planen Fläche (2) angeordnet sind und zweidimensionale Bilder des Bauteils (10) um Meßpunkte (A) am Bauteil (10) herum erfassen, auf die die Bilddetektoren (14, 16) jeweils gemeinsam ausrichtbar sind,
gekennzeichnet durch
eine Projektionsbild-Recheneinrichtung, die aus den zweidimensionalen Bildern des Bauteils (10), die von dem ersten und zweiten Bilddetektor (14, 16) erfaßt worden sind, Mittellinien (g, h) berechnet, die jeweils mit den Projektionen eines geradlinigen Abschnitts des Bauteils (10) in Meßpunktumgebung auf die plane Fläche (2) aus Richtung des jeweiligen Bilddetektors (14, 16) zusammenfallen; und
eine Schnittlinien-Recheneinrichtung, die anhand einer ersten Ebene (m), die von der jeweiligen über den...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Form eines langgestreckten Bauteils.
Gegenwärtig wurden mehrere Vorrichtungen zur Bestimmung der räumlichen Form eines langgestreckten Bauteils vorgeschlagen. Eine solche Vorrichtung wird dazu benutzt, festzustellen, ob ein langgestrecktes Bauteil der gewünschten Form entsprechend gebogen ist.

Beispielsweise ist in der ungeprüft veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 62-36514 eine herkömmliche Meßvorrichtung beschrieben, die eine in allen Richtungen bewegliche Vorrichtung sowie Berührungsglieder aufweist, die daran angebracht sind. Bei dieser Meßvorrichtung bringt die in allen Richtungen bewegliche Vorrichtung die Berührungsglieder in Berührung mit der Oberfläche eines zu messenden Bauteils und ermittelt die dreidimensionalen Koordinaten der Berührungsglieder, die auf dessen Oberfläche aufliegen. Nachdem diese Ermittlung mehrmals wiederholt worden ist, bestimmt die Meßvorrichtung die Form des Bauteils aus einer Vielzahl der auf diese Weise erhaltenen Koordinaten.

Bei dem Stand der Technik bedingt die Notwendigkeit einer in allen Richtungen beweglichen Vorrichtung einen komplizierten Aufbau der Meßvorrichtung. Ferner ist das Ansetzen der Berührungsglieder an das Bauteil für die Bedienungsperson mühsam.

Darüber hinaus ist aus der DE 40 09 144 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Form und Abmessungen eines Gegenstands bekannt, bei denen mit zwei Bilddetektoren von zumindest einem Teil des Gegenstands mindestens zwei unabhängige Bilder ermittelt werden. Die wirklichen Abmessungen des Gegenstands werden nach den Gesetzen der geometrischen Optik anhand der Größe der mit den Detektoren erfaßten Bilder ermittelt. Dabei geben die ermittelte Winkellage der Detektoren sowie auf einer Hintergrundebene angedeutete Referenzpunkte die Möglich keit, in Dreiecksystemen die Entfernungen zwischen den Detektoren und dem Gegenstand zu bestimmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einfachem Aufbau und einfacher Bedienung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen sich die räumliche Form eines langgestreckten, mit Biegungen versehenen Bauteils bestimmen läßt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Patentansprüchen 1 und 10 aufgeführten Mitteln gelöst.

1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Blockdarstellung. M1 entspricht dabei dem langgestreckten, mit Biegungen versehenen Bauteil, M2 und M3 entsprechen dem ersten und zweiten Bilddetektor, M4 entspricht der Projektionsbild-Recheneinrichtung und M5 der Schnittlinien-Recheneinrichtung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend näher anhand des in den 2 bis 11 gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert.
1 ist eine Blockdarstellung, die schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
2 ist eine schematisch perspektivische Ansicht der Vorrichtung.
3 ist eine schematisch perspektivische Ansicht eines Bilddetektors der Vorrichtung.
4 ist ein Blockschaltbild des elektrischen Systems der Vorrichtung.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Meßprozesse in einer Steuerschaltung der Vorrichtung zeigt.
6 ist eine erläuternde Ansicht eines von einem ersten Bilddetektor erfaßten Bildes nach der Umsetzung in Binärcode.
7 ist eine erläuternde Ansicht eines von einem zweiten Bilddetektor erfaßten Bildes nach der Umsetzung in Binärcode.
8 ist eine erläuternde perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zum Berechnen einer Mittellinie eines langgestreckten Bauteils aus Ebenen zeigt, die sich von den Mittellinien der projizierten Bilder des langgestreckten Bauteils weg erstrecken und diese beinhalten.
9 ist eine erläuternde perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zum Berechnen eines Endpunktes eines langgestreckten Bauteils aus der Randumrißlinie des projizierten Bildes des langgestreckten Bauteils zeigt.
10 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für die Darstellung der sich ergebenden Form des langgestreckten Bauteils zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht eines modifizierten Abtasters der Vorrichtung.
Gemäß 2 hat ein Tisch 1 aus lichtdurchlässig mattiertem Glas oben eine plane Oberfläche 2. Die plane Oberfläche 2 hat eine X-Koordinatenachse in Längsrichtung und eine Y-Koordinatenachse in Querrichtung, und eine Z-Koordinatenachse steht senkrecht auf der Oberfläche 2.
Dadurch sind die X-, Y- und Z- Koordinaten auf der planen Oberfläche 2 basierend bestimmt. Auf der Oberfläche 2 sind in gleichmäßigen Abständen entlang der X- und Y- Achse Maßeinteilungen 4 bzw. 6 angebracht. Die Maßeinteilungen 4 und 6 können Linien sein, die als Netz im Abstand von je einer Einheit ausgebildet sind, oder Punkte, die an deren Schnittstellen liegen. Eine Leuchtstofflampe 8 befindet sich unter dem Tisch 1 und dient zur Beleuchtung eines auf dem Tisch 1 angebrachten Bauteils 10, das gemessen werden soll. Das Bauteil 10 ist ein langgestrecktes Bauteil wie ein runder Stab oder ein Rohr, das dreidimensional gebogen ist.
Über dem Tisch 1 ist ein Gesamtbilddetektor 12 angeordnet, der einen zweidimensionalen Bildsensor 13a und eine Linse 13b enthält. Ein Gesamtbild des Tisches 1 dringt durch die Linse 13b, die ein Gesamtbild auf dem zweidimensionalen Bildsensor 13a erzeugt. Das Gesamtbild auf dem zweidimensionalen Bildsensor 13a hat eine Fläche der Größe von 750mm in X-Richtung und von 1250mm in Y-Richtung auf der Oberfläche 2. Der zweidimensionale Bildsensor 13a löst das Bild in 512 × 512 Bildpunkte auf, von denen jeder quantisiert, sodann entsprechend seiner Lichtintensität in eine elektrische Ladung umgewandelt und dann als Bilddatenwert ausgegeben wird. Der Gesamtbilddetektor 12 ist über dem Mittelpunkt der Oberfläche 2 angeordnet, wodurch die Mitte des zweidimensionalen Bildsensors 13a auf einen vorbestimmten Ort (x0, y0, z0) im XYZ-Koordinatensystem gelegt ist.
Es sind ein erster Bilddetektor 14 und ein zweiter Bilddetektor 16 vorgesehen, zwischen denen der Gesamtbilddetektor 12 positioniert ist. Die Bilddetektoren 14 und 16 liegen mit einem festgelegten Abstand voneinander entfernt in einer festgelegten Höhe über der Oberfläche 2.
Wie in 3 zu sehen, enthält der erste Bilddetektor 14 einen ersten Abtaster 18 und einen zweiten Abtaster 20.
Der erste Abtaster 18 ist mit einem Spiegel 22 versehen, der angetrieben von einem Schrittmotor 23 um eine zur X-Achse parallele Achse rotiert (siehe 4). Der Spiegel 22 reflektiert das Bauteil 10, das auf dem Tisch 1 angebracht ist.
Der zweite Abtaster 20 ist mit einem weiteren Spiegel 24 versehen, der angetrieben von einem weiteren Schrittmotor 25 um eine zur Z-Achse parallele Achse rotiert. Der Spiegel 24 reflektiert das Bild des Bauteils 10 auf dem Spiegel 22. Der erste Bilddetektor 14 enthält ferner eine Flächenbilderfassungsvorrichtung 26, die einen Flächenbildsensor 28 enthält. Die Anordnung ist so gewählt, daß das Bild auf dem Spiegel 24 durch eine Linse 30 auf den Flächenbildsensor 28 abgebildet wird. Der Flächenbildsensor 28 löst Bilder in 512 × 512 Bildpunkte auf, von denen jeder quantisiert, sodann entsprechend seiner Lichtintensität in eine elektrische Ladung umgewandelt und dann als Bilddatenwert ausgegeben wird.
Das Bild, das auf dem Flächenbildsensor 28 entsteht, ist dasjenige eines Teils des Bauteils 10 an den Meßpunkten. Die Größe des Teilbildes wird von der Beziehung zwischen der Meßgenauigkeit und der Anzahl der Bildpunkte, also 512 × 512, bestimmt. Das Teilbild überdeckt die Oberfläche 2 in einem Gebiet von 150mm × 150mm, das als erweiterter Bilddatenwert für das Bauteils 10 ausgegeben wird. Die Mitte des Flächenbildsensors 28 befindet sich auf einer vorbestimmten Stelle (x1, y1, z1) im XYZ-Koordinatensystem. Die Stelle (x1, y1, z1) ist nicht die wirkliche Lage des Flächenbildsensors 28 im Koordinatensystem. Tatsächlich ist sie eine optische Lage des Flächenbildsensors 28 im Koordinatensystem, da der Flächenbildsensor 28 von den Spiegeln 22 und 24 reflektiert wird. Die Stelle (x1, y1, z1) liegt auf einer Verlängerung einer Verbindungslinie zwischen dem auf dem Tisch 1 liegenden Bauteil 10 und dem Spiegel 22. Der Abstand zwischen der Stelle (x1, y1, z1) und dem Spiegel 22 ist gleich der Summe der Abstände vom Spiegel 22 zum Spiegel 24 und vom Spiegel 24 zu dem Flächenbildsensor 28.
Der zweite Bilddetektor 16 (4) enthält einen ersten Abtaster 32 und einen zweiten Abtaster 34, ferner eine Flächenbilderfassungsvorrichtung 35, die ebenso aufgebaut ist wie beim ersten Bilddetektor 14. Wie in 4 dargestellt, dreht der erste Abtaster 32 einen Spiegel 36 mit Hilfe eines Schrittmotors 37 und der zweite Abtaster 34 einen Spiegel 38 mit Hilfe eines Schrittmotors 39, wodurch die plane Oberfläche 2 abgetastet wird. Die Flächenbilderfassungsvorrichtung 35 beinhaltet einen (nicht gezeigten) Flächenbildsensor, dessen Mitte sich auf einer vorbestimmten Stelle (x2, y2, z2) befindet.
Der Gesamtbilddetektor 12, der erste Bilddetektor 14 und der zweite Bilddetektor 16 sind mit einer Steuerschaltung 40 verbunden. Die Steuerschaltung 40 enthält eine Zentraleinheit (CPU) 42, einen Festspeicher (ROM) 44 sowie einen Schreib-/Lesespeicher (RAM) 46 und dient als logische Rechenschaltung. Die Zentraleinheit 42 dürfte aus dem Stand der Technik bekannt sein. Der Festspeicher 44 enthält im vorhinein gespeicherte Steuerprogramme und Daten. Auf den Schreib-/Lesespeicher 46 kann für Schreib- und Lesevorgänge zugegriffen werden. Eine Ein-/Ausgabe- Schaltung 48 ist mit der Zentraleinheit 42, dem Festspeicher 44 und dem Schreib-/Lesespeicher 46 über eine gemeinsame Datenleitung 50 verbunden. Die Daten vom Gesamtbilddetektor 12, vom ersten Bilddetektor 14 und vom zweiten Bilddetektor 16 werden von der Ein-/Ausgabe- Schaltung 48 in die Zentraleinheit 44 eingegeben. Dann gibt die Zentraleinheit 44 die Ergebnisse der von der Ein-/Ausgabe Schaltung 48 erhaltenen Messungen auf einem Anzeigegerät 52 aus, wobei sie sich der im Festspeicher 44 und im Schreib-/Lesespeicher 46 gespeicherten Programme und Daten bedient.
Die Funktion der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nun anhand des Ablaufdiagramms in 5 beschrieben. Sobald das Gerät mit Strom versorgt wird, tasten zur Justierung der erste Bilddetektor 14 und der zweite Bilddetektor 16 die Oberfläche 2 optisch ab (Schritt 100). Das Ausgabebild des optisch abgetasteten Bauteils 10 verändert seine Länge entsprechend dem Winkel der Bilddetektoren 14 und 16 relativ zu den Stellen der Bilddetektoren 14 und 16 auf der X- und Y- Achse; daher wird in diesem Schritt die Länge von Bildern nach folgendem Verfahren berichtigt: Zuerst werden die Maßeinteilungen 4 und 6 auf der planen Oberfläche 2 abgetastet, indem die Schrittmotoren 23, 25, 37 und 39 in Drehung versetzt werden. Dann wird der Bilddatenwert an verschiedenen Stellen auf der X-Achse und der Y-Achse über die Anzahl der Schritte ermittelt, die von den Schrittmotoren erzeugt werden. So ergibt sich der Korrekturwert für die Bildlänge an jeder Stelle auf der Oberfläche 2 und die Zahl der Bildpunkte je Abschnitt der Maßeinteilungen 4 und 6 wird als Längeneinheit festgelegt.
Dann erfaßt der Gesamtbilddetektor 12 das ganze Bild des Bauteils 10 (Schritt 110). Die so erfaßten Bilddaten des Gesamtbildes werden gemäß einem festgelegten Schwellenwert in Binärcode umgewandelt. Dann erfaßt der Gesamtbilddetektor 12 die mittigen Punkte der geraden Abschnitte und die Endpunkte des Bauteils 10 aus der Umrißlinie des Gesamtbildes (Schritt 120). Bei der Messung des in 2 dargestellten Bauteils 10 entspricht das vom Gesamtbilddetektor 12 erfaßte Gesamtbild dem auf die Oberfläche projizierten Bild des Bauteils 10. Folglich erfaßt der Gesamtbilddetektor 12 mittige Punkte a(xa, ya), b(xb, yb) und c(xc, yc) jedes geraden Abschnitts des projizierten Bildes in X- und Y- Koordinaten. Der Gesamtbilddetektor 12 erfaßt auch vorläufige Endpunkte d(dx, dy) und e(ex, ey) des Bildes des Bauteils 10 in X- und Y- Koordinaten.
Dann werden die ersten Abtaster 18 und 32 und die zweiten Abtaster 20 und 34 durch Erzeugen von Impulsen für die Schrittmotore 23, 25, 37 und 39 so in Drehung versetzt, daß die Mitten der im ersten und im zweiten Bilddetektor 14 und 16 geformten Bilder mit dem mittigen Punkt a(xa, ya) übereinstimmen (Schritt 130). In einem Schritt 140 wird entschieden, ob das Bild des Bauteils 10 mit dem projizierten Bild gemäß Schritt 120 übereinstimmt. Wenn ein mittiger Punkt A des Bauteils 10 gemäß 2 im XYZ-Koordinatensystem eine festgelegte Höhe über der Oberfläche 2 hat, paßt das Bild des Bauteils 10 dann nicht mit den von den Bilddetektoren 14 und 16 erzeugten Bildern zusammen, wenn die Mitten der Bilder der Bilddetektoren 14 und 16 mit dem mittigen Punkt a auf der Oberfläche 2 übereinstimmen. In diesem Fall werden die ersten Abtaster 18 und 32 und die zweiten Abtaster 20 und 34 zum Abtasten gedreht, wodurch das Bauteil 10 an die Mitten der in den Bilddetektoren 14 und 16 gebildeten Bilder versetzt wird (Schritt 150). Der mittige Punkt A im dreidimensionalen Koordinatensystem liegt auf der Verbindungsgeraden zwischen der Mitte (x0, y0, z0) des Gesamtbilddetektors 12 und dem mittigen Punkt (xa, ya) auf der Oberfläche 2. Somit kann die Abtastzeit der ersten Abtaster 18 und 32 und der zweiten Abtaster 20 und 34 verkürzt werden, indem entlang dieser Verbindungsgeraden abgetastet wird. 6 stellt ein Teilbild des Bauteils 10 dar, das ungefähr in der Mitte des Bildes liegt, das vom ersten Bilddetektor 14 erzeugt wird. 7 zeigt ebenfalls ein Teilbild des Bauteils 10, das ungefähr in der Mitte des Bildes liegt, das vom zweiten Bilddetektor 16 erzeugt wird. Das Abtasten ist vollständig, wenn das Bild des Bauteils 10 in der Mitte der Bilder der Bilddetektoren 14 und 16 liegt. Dann wird der erweiterte Bilddatenwert vom ersten und zweiten Bilddetektor 14 und 16 erhalten (Schritt 160). Der erweiterte Bilddatenwert stimmt mit dem auf die Oberfläche projizierten Bild des Bauteils 10 überein.
In einem Schritt 170 wird der erweiterte Bilddatenwert entsprechend einem voreingestellten Schwellenwert in Binärcode umgewandelt. Die Mittellinien der auf die X- und Y-Koordinaten der Oberfläche 2 projizierten Bilder g und h werden aus der Umrißlinie des projizierten Bildes nach den Gleichungen (1) berechnet: Y = AgX + Bg Y = AhX + Bh (1)
In einem Schritt 180 wird eine Mittellinie La des Bauteils 10 in XYZ-Koordinaten, die auf den mittigen Punkt a bezogen sind, mit den folgenden Schritten berechnet: Wie in 8 dargestellt, wird mit den folgenden Gleichungen (2) zuerst eine Ebene m in XYZ-Koordinaten gewonnen, die die Mittellinie g und die Koordinaten (x1, y1, z1) des ersten Bilddetektors 14 enthält, sowie eine Ebene n in XYZ-Koordinaten, die die Mittellinie h und die Koordinaten (x2, y2, z2) des zweiten Bilddetektors 16 enthält. AmX + BmY + CmZ + Dm = 0 AnX + BnY + CnZ + Dn = 0 (2)
Als nächstes wird eine Mittellinie La mit den Gleichungen (3) berechnet, da sich die Ebenen m und n entlang der Linie La schneiden. Y = ALaX + BLa Z = CLaX + DLa (3)
In einem Schritt 190 wird bestimmt, ob die Schritte 130 bis 180 für jeden der im Schritt 120 ermittelten mittigen Punkte a bis c ausgeführt werden sollen.
Nachdem die Mittellinien La, Lb, Lc für die jeweiligen Punkte a, b, c erhalten wurden, werden die Koordinaten der Endpunkte D und E des Bauteils 10 folgendermaßen berechnet, (Schritt 200): Zuerst wird die Abtastung der ersten Abtaster 18 und 32 und der zweiten Abtaster 20 und 34 so beeinflußt, daß die im Schritt 120 ermittelten vorläufigen Endpunkte d und e in die Mitte der Bilder positioniert werden, die von den ersten und zweiten Bilddetektoren 14 und 16 erstellt werden. Als nächstes werden die so erhaltenen Bilddaten nach einem voreingestellten Schwellenwert in Binärcode umgewandelt. Danach wird die Umrißlinie der Endfläche des projizierten Bildes des Bauteils 10 abgemessen, welche sich auf der Oberfläche 2 abzeichnet; dadurch ergibt sich eine Gleichung einer Kurve der Endfläche in X- und Y-Koordinaten. Wenn die Endfläche des Bauteils 10 eine kreisrunde Form besitzt, wie in 9 dargestellt, ist die Kurve auf der Oberfläche 2 elliptisch. In diesem Fall wird eine erste Ebene, die die elliptische Kurve enthält, so aufgerichtet, daß die Kurve kreisrund wird, und es wird der zwischen dieser Ebene und der Oberfläche 2 liegende Winkel gemessen. Ausgehend von diesem Winkel ergibt sich eine Gleichung einer zweiten Ebene, welche die Mittellinie La im rechten Winkel schneidet. Die Endpunkte D und E ergeben sich als Schnittpunkte der Mittellinie La mit der zweiten Ebene.
Die Schnittpunkte i und j der Mittellinien La, Lb und Lc sowie die Endpunkte D und E werden in räumlicher Darstellung auf dem Anzeigegerät 52 in XYZ-Koordinaten gezeigt, wie in 10 dargestellt (Schritt 210).
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun in ihrer Abfolge zusammengefaßt. Der Gesamtbilddetektor 12 erfaßt das gesamte Bild des Bauteils 10. Die mittigen Punkte a, b, c eines jeden geradlinigen Abschnitts des Bauteils 10 und die vorläufigen Endpunkte d und e des Bauteils 10 ergeben sich aus dem Gesamtbild (Schritt 120). Der erste und zweite Bilddetektor 14 und 16 erfassen das erweiterte Bild der geraden Abschnitte des Bauteils 10 nach den mittigen Punkten a, b, c. Die Mittellinien g und h des auf die X- und Y- Koordinaten der Oberfläche 2 projizierten Bildes werden aus dem vergrößerten Bild berechnet. Dann wird aus den Koordinaten (x1, y1, z1) des ersten Bilddetektors 14 und aus den Koordinaten (x2, y2, z2) des zweiten Bilddetektors 16 die Mittellinie La des Bauteils 10 in XYZ-Koordinaten berechnet (Schritt 180). Die Mittellinien Lb und Lc für die mittigen Punkte b und c werden ebenso durch Wiederholung des Schrittes 180 ermittelt (Schritt 190).
Wie vorher ausgeführt, kann die erfindungsgemäße Meßvorrichtung, die einfach aus dem Gesamtbilddetektor 12 sowie dem ersten und dem zweiten Bilddetektor 14 und 16 zusammengesetzt ist, die Form eines dreidimensional gebogenen Bauteils 10 messen, wobei als Bedienung nur die Montage des Bauteils 10 auf der planen Oberfläche 2 nötig ist.
Die Erfindung kann vielen Modifikationen und Veränderungen unterzogen werden, ohne dabei vom Grundgedanken oder von wesentlichen Charakteristika abzuweichen. Wenn beispielsweise das zu messende Bauteil so klein ist, daß die Bilddaten mit hinreichender Meßgenauigkeit vom ersten und zweiten Bilddetektor 14 und 16 ermittelt werden können, ohne das gesamte Bauteil 10 abzutasten, können der Gesamtbilddetektor 12 und die Ausführung des Schrittes 150 weggelassen werden. In diesen Fall werden die Schritte 170 und 180 für jeden geraden Abschnitt des Bauteils 10 wiederholt. Wenn darüberhinaus die allgemeine Form des Bauteils bekannt ist, können die Koordinaten der allgemeinen mittigen Punkte und der vorläufigen Endpunkte im Vorraus gespeichert werden, so daß der erste und zweite Bilddetektor 14 und 16 das Bauteil 10 erfassen können, ohne den Gesamtbilddetektor 12 zu benutzen.
Ferner können die ersten Abtaster 18 und 32 und die zweiten Abtaster 20 und 34 weggelassen werden, wenn der erste und zweite Bilddetektor 14 und 16 zum Abtasten des Bauteils 10 auf der Oberfläche mechanisch in einer Richtung jeweils parallel zur X- bzw. Y-Achse bewegt werden. Die Bilddaten werden dann ermittelt, indem die Bilddetektoren 14 und 16 für jeden Meßpunkt des Bauteils 10 bewegt werden. Zusätzlich kann bei einer Meßvorrichtung ohne die Abtaster 18, 20, 32 und 34 die Oberfläche 2 in viele kleine Gebiete unterteilt werden, von denen jedes mit zwei Paaren aus dem ersten und zweiten Bilddetektor 14 und 16 ausgestattet ist, die zum Messen des Bauteils 10 unter verschiedenen Winkeln angeordnet sind. Die Bilddaten werden dann aus einigen der das Bauteil 10 enthaltenden Bilder in den Bilddetektoren 14 und 16 ermittelt.
Ein Beispiel eines abgewandelten Abtasters, der anstelle der Abtaster 18 und 20 des ersten Bilddetektors 14 und anstelle der Abtaster 32 und 34 des zweiten Bilddetektors 16 für die Erfindung verwendet werden kann, wird nun mit Bezug auf 11 beschrieben. Der modifizierte Abtaster, der mit 60 bezeichnet ist, hat einen Spiegel 62. Der Spiegel 62 ist über eine Drehachse 66 drehbar mit einem im wesentlichen U-förmigen Drehrahmen 64 verbunden. Die Drehachse 66 liegt parallel zur Spiegeloberfläche und wird von einem am Drehrahmen 64 angebrachten Schrittmotor 68 gedreht. Ferner wird der Drehrahmen 64 von einem weiteren Schrittmotor 70 um eine Achse gedreht, die senkrecht zur Drehachse 66 steht. Der Abtaster 60 wird anstelle des ersten Abtasters 18 und des zweiten Abtasters 20 des Bilddetektors 10 angebracht. Die Anordnung ist so gestaltet, daß ein vom Spiegel 62 reflektiertes Bild durch die Linse 30 tritt und auf dem Flächenbildsensor 28 abgebildet wird. Die Bilddaten werden dann von der Flächenbilderfassungsvorrichtung 26 ausgegeben. Der Abtaster 60 kann auch anstelle der Abtaster 32 und 34 des zweiten Detektors 16 eingesetzt werden.
Die Drehachse 66 im ersten Bilddetektor 14 wird so eingestellt, daß sie einen Winkel von 45 Grad zur X-Achse bildet. Die Drehachse 66 im zweiten Bilddetektor 16 wird so eingestellt, daß sie einen Winkel von 45 Grad zur Y-Achse bildet. Der erste Bilddetektor 14 und der zweite Bilddetektor 16 befinden sich jeweils an den Stellen (x1, y1, z1) bzw. (x2 , y2 , z2) . Dann wird ein Meßvorgang auf die selbe Art wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel durchgeführt. Die Meßvorrichtung, die den Abtaster 60 benutzt, ist kleiner als die vorangehend beschriebene.
Ein Bilddetektor mit dem Abtaster 60 und der Flächenbilderfassungsvorrichtung 26 kann von einer mechanischen (nicht gezeigten) Bewegungsvorrichtung zwischen den Stellen (x1, y1, z1) und (x2, y2, z2) verfahren werden. In diesem Fall wirkt der Bilddetektor als erster Bilddetektor 14 an der Stelle (x1, y1, z1) und als zweiter Bilddetektor an der Stelle (x2, y2, z2).
Eine Vorrichtung zum Messen der räumlichen Form eines langgestreckten Bauteils enthält einen ersten Bilddetektor und einen zweiten Bilddetektor, eine Projektionsbild-Recheneinrichtung sowie eine Mittellinien-Recheneinrichtung. Der erste Bilddetektor und der zweite Bilddetektor erfassen ein zweidimensionales Bild eines Bildes des langgestreckten Bauteils, das auf eine plane Oberfläche projiziert wird. Die Projektionsbild-Recheneinrichtung berechnet jede Mittellinie des projizierten Bildes des langgestreckten Bauteils aus jedem der Bilder, die vom ersten und vom zweiten Bilddetektor erfaßt worden sind. Dann ermittelt die Mittellinien-Recheneinrichtung eine Ebene, in der die vom ersten Bilddetektor erfaßte Mittellinie sowie die Stelle des ersten Bilddetektors liegen, sowie eine weitere Ebene, in der die vom zweiten Bilddetektor erfaßte andere Mittellinie sowie die Stelle des zweiten Bilddetektors liegen; auf diese Weise ergibt sich die Mittellinie des langgestreckten Bauteils, entlang der sich die Ebenen schneiden.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung der räumlichen Form eines langgestreckten Bauteils (10) mit Biegungen, mit: einer planen Fläche (2), auf die das Bauteil (10) zu legen ist; und einem ersten Bilddetektor (14) und einem zweiten Bilddetektor (16), die mit einem festgelegten Abstand voneinander in einer festgelegten Höhe über der planen Fläche (2) angeordnet sind und zweidimensionale Bilder des Bauteils (10) um Meßpunkte (A) am Bauteil (10) herum erfassen, auf die die Bilddetektoren (14, 16) jeweils gemeinsam ausrichtbar sind, gekennzeichnet durch eine Projektionsbild-Recheneinrichtung, die aus den zweidimensionalen Bildern des Bauteils (10), die von dem ersten und zweiten Bilddetektor (14, 16) erfaßt worden sind, Mittellinien (g, h) berechnet, die jeweils mit den Projektionen eines geradlinigen Abschnitts des Bauteils (10) in Meßpunktumgebung auf die plane Fläche (2) aus Richtung des jeweiligen Bilddetektors (14, 16) zusammenfallen; und eine Schnittlinien-Recheneinrichtung, die anhand einer ersten Ebene (m), die von der jeweiligen über den ersten Bilddetektor (14) bestimmten Mittellinie (g) und dem Ort des ersten Bilddetektors (14) aufgespannt wird, und einer zweiten Ebene (n), die von der jeweiligen über den zweiten Bilddetektor (16) bestimmten Mittellinie (h) und dem Ort des zweiten Bilddetektors (16) aufgespannt wird, die jeweilige Schnittlinie (La) beider Ebenen berechnet, die mit der räumlichen Lage des jeweiligen geradlinigen Abschnitts des Bauteils (10) zusammenfällt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plane Fläche (2) aus mattiertem Glas besteht, das mindestens X- und Y-Koordinatenmarkierungen (4, 6) enthält, und Z-Koordinatenmarkierungen relativ zur Mattglasoberfläche (2) bestimmt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (8), die unter der planen Fläche (2) angebracht und dieser zugekehrt ist, um für die Erfassung durch den ersten und zweiten Bilddetektor (14, 16) projizierte Bilder des Bauteils (10) zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Bilddetektor (14, 16) jeweils einen Abtaster (18, 20) mit mindestens einem drehbaren Spiegel (22); eine Vorrichtung (23) zum Drehen des mindestens einen drehbaren Spiegel in Schritten; einen Flächenbildsensor (28), auf dem das zweidimensionale Bild durch Reflexion an dem drehbaren Spiegel abgebildet wird, und eine Linse (30) aufweist, die auf dem Reflexionsweg zwischen dem Bildsensor (28) und dem mindestens einen Spiegel (22) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Bilddetektor (14, 16) jeweils einen ersten Abtaster (18) mit einem ersten drehbaren Spiegel (22), eine erste Vorrichtung (23) zum Drehen des ersten drehbaren Spiegels, einen zweiten Abtaster (20) mit einem zweiten drehbaren Spiegel (24), welcher ein Bild erfaßt, das vom ersten Spiegel des ersten Abtasters reflektiert wird, eine zweite Vorrichtung (25) zum Drehen des zweiten drehbaren Spiegels in Schritten, einen Flächenbildsensor (28), auf dem das zweidimensionale Bild durch Reflexion an dem zweiten Spiegel (24) abgebildet wird, und eine Linse (30) aufweist, die auf dem Reflexionsweg zwischen dem Bildsensor (28) und dem zweiten Spiegel (24) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Gesamtbilddetektor (12), der neben dem ersten und zweiten Bilddetektor (14, 16) angeordnet ist und der einen Flächenbildsensor (28) zum Erfassen eines gesamten zweidimensionalen Bildes des Bauteils (10) und eine Linse (30) aufweist, die auf dem Lichtweg zwischen dem Bildsensor (28) und dem Bauteil (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtbilddetektor (12) und der erste und zweite Bilddetektor (14, 16) mit einer Steuerschaltung (40) verbunden sind, die eine Zentraleinheit (42); einen Schreib-/Lesespeicher (46); einen Festspeicher (44); eine Ein-/Ausgabe-Schaltung (48) mit einem Anzeigegerät (52); und eine gemeinsame Datenleitung (50) aufweist, welche die Ein-/Ausgabe-Schaltung mit der Zentraleinheit, dem Schreib-/Lesespeicher und dem Festspeicher verbindet, wobei die Zentraleinheit an das Anzeigegerät die Ergebnisse der aus der Ein-/Ausgabe-Schaltung erhaltenen Messungen unter Nutzung der im Festspeicher und im Schreib-/Lesespeicher gespeicherten Daten und Programme ausgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß Bildsensoren des ersten und zweiten Bilddetektors (14, 16) jeweils eine Vorrichtung zur Umwandlung des zweidimensionalen Bildes in 512 × 512 Bildpunkte aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Wandlervorrichtungen der Bildsensoren jeden der 512 × 512 Bildpunkte entsprechend der Lichtmenge am jeweiligen Bildpunkt in eine elektrische Ladung umwandeln und als Bilddatenwert ausgeben.
Verfahren zum Bestimmen der räumlichen Form eines 1anggestreckten Bauteils (10) mit Biegungen, mit dem Schritt: Erfassen zweidimensionaler Bilder des auf eine plane Fläche (2) gelegten Bauteils (10) von einem ersten Ort und einem zweiten Ort aus, die sich mit einem festgelegten Abstand voneinander in einer festgelegten Höhe über der planen Fläche (2) befinden, jeweils um Meßpunkte (A) am Bauteil (10) herum, gekennzeichnet durch Berechnen von Mittellinien (g, h) aus den von dem ersten und zweiten Ort aus erfaßten zweidimensionalen Bildern des Bauteils (10), die jeweils mit den Projektionen eines geradlinigen Abschnitts des Bauteils (10) in Meßpunktumgebung auf die plane Fläche (2) aus Richtung des jeweiligen Ortes zusammenfallen; und Berechnen anhand einer ersten Ebene (m), die von dem ersten Ort und der jeweiligen über den ersten Ort bestimmten Mittellinie (g) aufgespannt wird, und einer zweiten Ebene (n), die von dem zweiten Ort und der jeweiligen über den zweiten Ort bestimmten Mittellinie (h) aufgespannt wird, der jeweiligen Schnittlinie (La) der Ebenen, die mit der räumlichen Lage des jeweiligen geradlinigen Abschnitts des Bauteils (10) zusammenfällt.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Daten gemäß einem bestimmten Schwellenwert in Binärcode umgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Gesamtbilddetektor ein Gesamtbild des Bauteils erfaßt wird, diese Informationen in Binärcode umgewandelt werden, und mittige Punkte und Endpunkte aus einem Umriß des Gesamtbildes ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Abtaster in dem ersten und zweiten Bilddetektor gedreht werden, bis ein projiziertes Bild des Bauteils mit der Mitte des ersten oder zweiten Bilddetektors übereinstimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß erweiterte Bilddaten erstellt und in Binärcode umgesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ebene und die zweite Ebene für jede Mittellinie des Bauteils berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Endpunkte des Bauteils berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionalen Bilder im ersten und zweiten Bilddetektor in 512 × 512 Bildpunkte aufgelöst werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der 512 × 512 Bildpunkte entsprechend der Lichtmenge am jeweiligen Bildpunkt in eine elektrische Ladung umgesetzt und die elektrische Ladung als Bilddatenwert ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß durch Drehen eines drehbaren Spiegels ein projiziertes Bild des Bauteils abgetastet wird und das projizierte Bild auf einen zweidimensionalen Bildsensor reflektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des ersten und zweiten Bilddetektors vor der Benutzung geeicht wird, die plane Fläche vor einer Abtastung zum Erstellen eines projizierten Bildes des Bauteils auf der planen Fläche beleuchtet wird, und die Daten, welche die Form eines räumlichen langgestreckten Bauteils repräsentieren, auf einem Anzeigegerät dargestellt werden.