EP0821780A1 - System und verfahren zur zweidimensionalen vermessung planer objekte - Google Patents

System und verfahren zur zweidimensionalen vermessung planer objekte

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EP0821780A1
EP0821780A1 EP95918573A EP95918573A EP0821780A1 EP 0821780 A1 EP0821780 A1 EP 0821780A1 EP 95918573 A EP95918573 A EP 95918573A EP 95918573 A EP95918573 A EP 95918573A EP 0821780 A1 EP0821780 A1 EP 0821780A1
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EP
European Patent Office
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measurement
measuring
measured
dimensional measurement
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Withdrawn
Application number
EP95918573A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Hermann Netzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aqs Mess -Und Prueftechnik GmbH
Original Assignee
Aqs Mess -Und Prueftechnik GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0821780A1 publication Critical patent/EP0821780A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates

Definitions

  • the measuring machines currently used to measure the above-mentioned planar objects are often high-precision 3D measuring machines which are not only very expensive but also very complicated to operate.
  • 2D measuring machines are also known, which either measure mechanically or optically contactlessly measure parts such as 3D coordinate machines. Measuring machines of this type are essentially characterized by elaborate precision mechanics in connection with high-precision length scales and precise drive elements. Furthermore, profile projectors or measuring microscopes are also introduced in measuring technology for measuring two-dimensional contours. These manual, non-reproducible systems, which are dependent on the particular daily form of the machine operator, require exceptionally long measuring times in the hour range for the measurement of only one workpiece. Automatic, CNC-controlled projectors work similarly to 2D coordinate measuring machines and also represent the state of the relevant technology.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a system and a method for the two-dimensional measurement of planar objects which are highly precise and at the same time are extraordinarily inexpensive.
  • This object is achieved for a system according to the invention in that a flatbed scanner is used for the two-dimensional measurement of flat objects.
  • the solution according to the invention for a method consists in that the system according to the invention is used for the two-dimensional measurement of planar objects, the object to be measured being carried out on the object surface, then the measurement point recording / teach-in, and the measurement evaluation then taking place.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective dependent claims.
  • One embodiment of a system for the two-dimensional measurement of planar objects consists of a cuboid-shaped housing which is vibration-damped and dust and light-tight.
  • the top of this housing is essentially formed by an object support surface.
  • a CCD chip with a lighting device that can be moved in the X-Y direction is usually arranged in the interior of the housing.
  • the object support surface can be covered with and without an object located on it by means of a lid.
  • the position of the object is identified by means of a so-called teach-in method.
  • a mechanical stop can also be provided on the object receiving surface, as a result of which a defined position of the object is defined.
  • the system is computer-aided and CNC-controlled and can therefore carry out the measurement fully automatically.
  • the operating computer consists of two monitors, a mouse or joystick and an alphanumeric keyboard.
  • the measuring system-specific software is also integrated in the operating computer, the graphical user interface determining the functionality of the system.
  • the operator computer can also be integrated into an EDP network and use the resulting data network. Measuring programs once created can be stored and called up again at any time in order to be able to measure similar parts without measuring programs / teach-in to be created again.
  • the system described has a measuring accuracy of typically s ⁇ 50 ⁇ m, the height of the workpieces to be measured depending on the configuration of the cover. Generally, a workpiece / object height of max. 30 mm must not be exceeded.
  • the method for the two-dimensional measurement of planar objects with this system begins with the placement of the object to be measured on the object support, the system not requiring any special alignment of the object to be measured.
  • the position detection is then carried out using suitable software.
  • the result can be shown as a digital image on a display.
  • a mechanical stop can also be provided for a defined position of the object to be measured, e.g. when the same objects are measured.
  • the subsequent measurement point recording is done either manually, then by controlling the desired measurement points with a mouse, the catch area of the cursor is only to be placed in the vicinity of the workpiece or object edge to be measured, or automatically using the computer if the computer knows known objects should be measured. Both the measurement point recording and the measurement following it are carried out using an edge finding (edge finding) and a sub-grid point algorithm (subpixeling).
  • the possible mechanical and optical errors of the specific measuring machine or the specific measuring system are determined with a suitable calibration method and compensated accordingly. It is advantageous to store the location-dependent correction data in a system-inherent database so that the location-specific data of the object edges can be corrected with the values stored in this database.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

Ein System zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte, bei dem ein Flachbettscanner verwendet wird.

Description

System -und Verfahren zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte
Auf verschiedenen Gebieten der Technik ist es notwendig, plane Objekte, wie Stanzteile, Dichtungen oder Leiterplatten, genau zu vermessen. Hinzu kommt, daß die Bedeutung der Produkthaf¬ tung ebenso wie der Kostendruck stetig wächst und somit die Ansprüche an den Nachweis der Qualität steigen.
Die zur Vermessung obengenannter planer Objekte zur Zeit ver¬ wendeten Meßmaschinen sind häufig hochgenaue 3D-Meßmaschinen, die nicht nur sehr kostspielig, sondern auch sehr kompliziert in der Bedienung sind.
Da es für die obengenannten planen Objekte zum Nachweis der Fertigungsqualität völlig ausreichend ist, eine zweidimensio- nale Vermessung durchzuführen, sind die 3D-Meßmaschinen zur Durchführung dieser Vermessung zwar geeignet, weisen aber An¬ wendungsmöglichkeiten auf, die für die zweidimensionale Ver¬ messung überhaupt nicht notwendig und daher nutzlos sind. Sie können daher bei der zweidimensionalen Vermessung planer Ob¬ jekte nicht voll ausgelastet und somit nicht kostengünstig be¬ trieben werden.
Auch sind 2D-Meßmaschinen bekannt, die entweder mechanisch antastend oder optisch berührungslos Teile wie 3D-Koordinaten- maschinen vermessen. Meßmaschinen dieser Art sind im wesent¬ lichen gekennzeichnet durch aufwendige Präzisionsmechanik in Verbindung mit hochgenauen Längenmaßstäben und genauen An¬ triebselementen. Weiterhin sind auch Profilprojektoren oder Meßmikroskope in der Meßtechnik zur Vermessung zweidimensionaler Konturen ein¬ geführt. Diese manuellen, nicht reproduzierbaren Systeme, die von der jeweiligen Tagesform des Maschinenbedieners abhängig sind, benötigen außergewöhnlich hohe Meßzeiten im Stundenbe¬ reich für die Vermessung nur eines Werkstückes. Automatische, CNC-gesteuerte Projektoren arbeiten ähnlich wie 2D-Koordina- tenmeßmaschinen und repräsentieren ebenfalls den Stand ein¬ schlägiger Technologie.
Allen genannten Meßsysteme, die den Stand der gegenwärtigen Technik repräsentieren, sind hohe Stückkosten gemein, die aus hohen Anschaffungskosten in Verbindung mit Ausricht- und Justierzeiten und langen Meßzeiten resultieren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte anzugeben, die hochgenau und gleichzeitig außergewöhnlich kostengünstig sind.
Diese Aufgabe wird für ein System erfindungsgemäß dadurch ge¬ löst, daß zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte ein Flachbettscanner verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Lösung für ein Verfahren besteht darin, daß zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte das er¬ findungsgemäße System verwendet wird, wobei das zu vermessende Objekt auf die Objektoberfläche, anschließend die Meßpunktauf¬ nahme/Teach-in durchgeführt wird und daraufhin die Meßauswertung erfolgt. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den je¬ weils abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
Eine Ausführungsform eines Systems zur zweidimensionalen Ver¬ messung planer Objekte besteht aus einem quaderförmigen Ge¬ häuse, das vibrationsgedämpft sowie staub- und lichtdicht ist. Die Oberseite dieses Gehäuses wird im wesentlichen durch eine Objektauflagefläche gebildet.
Im Inneren des Gehäuses ist üblicherweise ein in X-Y-Richtung verfahrbarer CCD-Chip mit Beleuchtungseinrichtung angeordnet. Die Objektauflagefläche kann mit und ohne einem sich darauf befindlichen Objekt mittels eines Deckels abgedeckt werden. Die Lageerkennung des Objektes erfolgt mittels eines soge¬ nannten Teach-in-Verfahrens. Alternativ kann aber auch ein mechanischer Anschlag an der Objektaufnahmefläche vorgesehen sein, wodurch eine definierte Lage des Objekts festgelegt ist.
Das System ist rechnergestützt und CNC-gesteuert und kann damit die Vermessung vollautomatisch durchführen. Der Bedien¬ rechner besteht aus zwei Monitoren, einer Maus oder Joystick und einer alphanumerischen Tastatur. Im Bedienrechner ist auch die meßsystemspezifische Software integriert, wobei die graphische Bedieneroberfläche die Funktionalität des Systems bestimmt. Der Bedienrechner kann auch in ein EDV-Netzwerk integriert werden und den so entstehenden Datenverbund nutzen. Einmal erstelle Meßprogramme können abgespeichert und jeder¬ zeit wieder aufgerufen werden, um gleichartige Teile ohne er¬ neut zu erstellende Meßprogramme/Teach-in vermessen zu können.
Neben des Betriebs als Meßsystem ist auch das Scannen unbe¬ kannter Konturen möglich, um so z.B. die Eingangsdaten einer CNC-gesteuerten Laserschneidemaschine zu gewinnen.
Das beschriebene System weist eine Meßgenauigkeit von typischerweise s ± 50 μm auf, wobei die Höhe der jeweilig zu vermessenden Werkstücke von der Konfiguration des Deckels abhängig ist. Allgemein wird eine Werkstück-/Objekthöhe von max. 30 mm nicht überschritten werden.
Das Verfahren zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte mit diesem System beginnt mit dem Auflegen des zu vermessenden Objektes auf die Objektauflage, wobei das System keinerlei spezielle Ausrichtung des zu vermessenden Objektes benötigt. Anschließend wird die Lageerkennung mit Hilfe einer geeigneten Software durchgeführt. Das Ergebnis kann als digitales Bild auf einem Display dargestellt werden. Wie oben erwähnt, kann aber auch ein mechanischer Anschlag für eine definierte Lage des zu messenden Objekts vorgesehen sein, z.B. wenn gleiche Objekte vermessen werden.
Die anschließende Meßpunktaufnahme erfolgt entweder manuell, dann durch Ansteuern gewünschter Meßpunkte mit einer Maus, wobei der Fangbereich des Cursors lediglich in die Nähe der zu vermessenden Werkstück- bzw. Objektkante zu plazieren ist, oder auch automatisch mit Hilfe des Rechners, wenn dem Rechner bekannte Objekte vermessen werden sollen. Sowohl die Meßpunktaufnahme als auch die sich daran an¬ schließende Messung wird unter Verwendung eines Kanten- findungs- (Edgefinding) und eines Unterrasterpunkt-Algorithmus (Subpixeling) durchgeführt.
Die eventuell auftretenden mechanischen und optischen Fehler der spezifischen Meßmaschine bzw. des spezifischen Meßsystems weden mit einem geeigneten Kalibrierverfahren ermittelt und entsprechend kompensiert. Dabei ist es vorteilhaft, die orts¬ abhängigen Korrekturdaten in einer systemimmanenten Datenbank abzulegen, so daß die ortsspezifischen Daten der Objektkanten mit den in dieser Datenbank abgelegten Werten korrigiert werden können.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Systems bzw. des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens können auch höchste Ansprüche an den Nachweis der Qualität befriedigt werden. Dabei wird das Erstellen neuer Meßprogramme durch die graphische Benutzeroberfläche auf Window-Basis optimal unterstützt. Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil der vollautomatischen und berührungslosen Vermessung. So können auch CAD-Daten zur Erstellung eines Meß- progra ms eingelesen und SPC-Daten ausgegeben werden, wobei noch die zusätzliche Möglichkeit der Integration durch CAQ- Anwendungen besteht. Das erfindungsgemäß computergesteuerte Meßsystem bzw. Meßverfahren mit hoher Meßgenauigkeit in Ver¬ bindung mit außergewöhnlicher Meßgeschwindigkeit garantiert reproduzier- und protokollierbare Messungen bei höchster Wirt¬ schaftlichkeit.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verwendung eines Flachbettscanners für ein System zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte.
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System ausgelegt ist, vollautomatisch Vermessungen durchzuführen.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Scanfunktion aufweist zur Erfassung, Abspeicherung, Verarbeitung und Wiederverwendung beliebiger Konturen.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein vibrations- gedämpftes, staub- und lichtdichtes Gehäuse aufweist.
5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektauflagefläche mit und ohne einem darauf befindlichen Objekt mittels eines Deckels abdeckbar ist.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Vorrichtung aufweist für die Lageerkennung der zu vemessenden Objekte.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen mechanischen Anschlag aufweist zur vorbestimmten Ausrichtung des zu messenden Objekts.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das System rechnergestützt ist.
9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine graphische Benutzeroberfläche aufweist mit Farbmonitor, Maus und alphanummerischer Tastatur zur Erstellung von Meßpro¬ grammen.
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Meßgenauig¬ keit hat von typischerweise ≤ ± 50 μm.
11. Verfahren zur zweidimensionalen Vermessung planer Objekte mit einem System nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Verfahrenschritten:
Auflegen eines zu vermessenden Objektes auf die Objektauflagefläche,
Durchführen der Meßpunktaufnahme/Teach-in und Durchführen der Meßauswertung.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt ohne Ausrichtung aufgelegt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt mit Hilfe eines mechanischen Anschlags ausgerichtet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auflegen des Objektes eine Lageerkennung durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunktaufnahme manuell oder automatisch durchgeführt werden kann.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunktaufnahme und die Meβsung unter Verwendung eines Kantenfindungs- (Edgefinding) und eines Unterrasterpunkt-Algorithmus (Subpixeling) automatisch durch ein entsprechendes Computerprogramm durchgeführt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen und opti¬ schen Fehler der jeweils spezifischen Meßmaschine/Meß- systβms mit einem geeigneten Kalibrierverfahren ermittelt und kompensiert werden, wobei die ortsabhängigen Korrek¬ turdaten in einer systemimmanenten Datenbank abgelegt sind.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem CNC-gesteuert ist.
EP95918573A 1995-04-20 1995-04-20 System und verfahren zur zweidimensionalen vermessung planer objekte Withdrawn EP0821780A1 (de)

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PCT/EP1995/001485 WO1996033388A1 (de) 1995-04-20 1995-04-20 System und verfahren zur zweidimensionalen vermessung planer objekte

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EP0821780A1 true EP0821780A1 (de) 1998-02-04

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EP95918573A Withdrawn EP0821780A1 (de) 1995-04-20 1995-04-20 System und verfahren zur zweidimensionalen vermessung planer objekte

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Families Citing this family (1)

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See references of WO9633388A1 *

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WO1996033388A1 (de) 1996-10-24

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