EP1570234A2 - Verfahren zum scannenden messen einer kontur eines werkstücks - Google Patents

Verfahren zum scannenden messen einer kontur eines werkstücks

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Publication number
EP1570234A2
EP1570234A2 EP03782407A EP03782407A EP1570234A2 EP 1570234 A2 EP1570234 A2 EP 1570234A2 EP 03782407 A EP03782407 A EP 03782407A EP 03782407 A EP03782407 A EP 03782407A EP 1570234 A2 EP1570234 A2 EP 1570234A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
image processing
contour
button
scanning
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03782407A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Christoph
Klaus Müller
Wolfgang Rauh
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.)
Werth Messtechnik GmbH
Original Assignee
Werth Messtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Werth Messtechnik GmbH filed Critical Werth Messtechnik GmbH
Publication of EP1570234A2 publication Critical patent/EP1570234A2/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines

Definitions

  • the invention relates to a method for scanning measurement or detection of a contour or geometry of a workpiece using a first and a second sensor.
  • contours for the measurement of workpiece geometries is one of the typical tasks of coordinate measuring machines.
  • the problem is based on the fact that the contours of workpieces are to be compared with target contours or that machine tools are to be used to copy parts. It is also necessary to compare master parts with other manufactured parts in this way.
  • Methods with so-called measuring touch probes are currently used for this purpose, in which the desired workpiece contour is traversed continuously or step by step with a probe and measurement points are thus recorded.
  • the disadvantage of the method is that filigree contours can only be scanned to a limited extent due to the relatively large size of the probe elements. Methods are also known in which contours are scanned in transmitted or reflected light by means of optoelectronic image processing.
  • the disadvantage of this method is that only the top edges of contours can be measured, but not e.g. B. the contour in the middle of the flank of an object such as a gear.
  • Tactile optical probes are known for measuring filigree 3D objects, as disclosed in EP 0 988 505. Due to the principle of operation, extremely small button configurations can be implemented. The use of such buttons for scanning processes is not always optimally possible due to the flexible behavior of the stylus. It is difficult to regulate the traversing of the part contour required for the scanning due to the jumping measurement results of the micro pushbuttons (for example as a result of stick-slip effects).
  • a photo-electronic contour scanning is known from the special print "Control 5/94”, Werth Messtechnik GmbH, Giessen, in which a CCD camera is used, whereby several thousand measuring points can be recorded per probing process.
  • the present invention is based on the problem of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that the contour of an object, in particular also in the flank region, can be measured with high precision and speed.
  • a coordinate measuring device is known from WO 03/008905 AI, in which the movement of a tactile optical fiber probe is determined by means of an optical sensor.
  • the problem is essentially solved in that the contour or geometry of the workpiece is detected with the aid of at least two sensors and that information obtained from at least one sensor is used to influence at least one other sensor in its actions.
  • An image processing sensor can be used as at least one sensor.
  • a touch-measuring button is used as at least one sensor.
  • a non-contact distance sensor is used as at least one sensor.
  • a fiber optic button can also be used as one of the sensors.
  • at least one of the sensors is used to position at least one other sensor within its working area.
  • At least one of the sensors can be used to avoid a collision of other sensors involved.
  • Preferred embodiments provide that when using a tactile-optical button - also called optotactile button - with a scanning element for scanning element correction, the probing direction required is generated from information from another sensor, or that the scanning direction of one or the touching push button required for the scanning element is generated from information another sensor is generated.
  • At least one image processing sensor is focused based on a measured value determined with a distance sensor.
  • An image processing sensor can be focused based on a measured value determined with a touching button.
  • a scanning process takes place within one step, the sensor information being processed online.
  • the scanning process can be carried out in several individual steps, the processing of the sensor information not taking place in keeping with the scanning.
  • the invention is also characterized in that a contour is first scanned in one plane with a sensor and a third coordinate with the contour or plane or with a contour which is offset from this is detected with another sensor, the measuring points of the first contour traversing paths define. Furthermore, a scanning plane can be defined a priori and a distance sensor can be moved in the plane in such a way that the distance value is a constant, the movement not taking place in the axial direction of the sensor.
  • the scanning process itself can be carried out on one or more coordinate measuring machines.
  • an image processing sensor is used as one of the sensors, one can be used in which the magnification is changed.
  • a combination of sensors such as image processing with laser (distance measuring system) and / or image processing with touching button and / or image processing with fiber button or optotactile button and / or image processing with image processing with different resolutions and / or image processing with different views and / or image processing with different lighting types / settings and / or laser with touch button and / or laser with fiber button such as optotactile button and / or touch button with fiber button such as optotactile button and / or touch button with touch button with different buttons or Sensitivities and / or fiber sensors with fiber sensors with different sensing elements or sensitivities used.
  • the problem is also essentially solved in that the contour is measured optotactile by means of a button and an optical sensor assigned to it, and that the button is controlled with respect to its movement along the contour by means of an image processing sensor.
  • a method for realizing scanning with, for example, tactile-optical micro-pushbuttons in that the procedures of an image processing scanner are used for the actual scanning movement, ie for the movement of the pushbutton.
  • the actual measuring points are by at the same time or serial measurements with one or more tactile-optical buttons or purely measuring and / or switching buttons.
  • the method is carried out on a coordinate measuring machine, with the regulation or control of the scanning process of the coordinate measuring machine being implemented via the image processing sensor and the detection of the measuring points using a tactile-optical button in particular.
  • the same image processing optics, camera and electronics are used for contour tracking with the image processing sensor and for measuring the measuring points with the tactile optical sensor.
  • the image processing sensor and the tactile-optical sensor can be integrated in a beam path in such a way that different magnifications are achieved for both sensors.
  • Contour tracking with the image processing sensor can be carried out in transmitted light or in reflected light, with measurement using the opto-tactile sensor alternatively taking place in transmitted light or reflected light mode.
  • the probing direction of the tactile-optical probe required for the probe ball correction can be generated from the image processing contour tracking.
  • Contour tracking can be carried out with an image processing scanner and the height of the measurement object can be recorded with a further distance sensor at a previously defined distance from the contour tracked in this way.
  • the image processing sensor system itself can be focused on the basis of a measured value determined with a distance sensor, wherein a laser distance sensor can be used as the distance sensor, which in turn may be integrated into the beam path of the image processing sensor.
  • a contour is first scanned in one plane with a sensor and then the third coordinate to this contour (plane) or to a contour which is offset from this is scanned with a further sensor, the measuring points of the first contour representing the process paths define.
  • a scanning plane can be defined in advance in workpiece coordinates and the distance sensor can be moved in this plane in such a way that the distance value is a constant, the movement not taking place in the axial direction of the sensor.
  • 1 is a schematic diagram of a coordinate measuring machine
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a first embodiment for measuring a
  • Fig. 3 shows a schematic diagram of a second embodiment for measuring a
  • Contour of an object and 4 shows a schematic diagram of a third embodiment for measuring a
  • a coordinate measuring machine 100 with e.g. Base frame 102 made of granite is shown.
  • a measuring table 104 is arranged on this, on which there is a workpiece 105 that is to be measured.
  • a portal 106 is arranged to be adjustable along the base frame 102 in the Y direction of the coordinate measuring machine 100.
  • columns or stands 108, 110 are slidably supported on the base frame.
  • a crossmember 112 extends from the columns 108, 110, along which, in the exemplary embodiment in the X direction of the coordinate measuring machine 100, a slide 114 is adjustably arranged, which in turn receives a quill or column 116 which is adjustable in the Z-axis direction.
  • At least two sensors emanate from the quill or column 116 or from an interchangeable interface provided on the latter in order to measure the contour or geometry of the workpiece 105 arranged on the measuring table 104. This can be z.
  • B. is a sheet of metal.
  • FIG. 2 shows, in principle, a metal sheet 200 as a workpiece, the contour 202 of which is scanned with a combined sensor system consisting of a tactile-optical button and an image processing sensor, the measuring field of which is symbolized by rectangles 206.
  • the workpiece contour 202 is tracked in a scanning direction 208 by stringing together different image processing positions (rectangles 206, 210, 212), which are determined from the contour profile in the current image processing window in each case.
  • a contour 214 is scanned parallel to the contour 202 to be measured in incident light.
  • measuring points 216, 218, 220 are recorded on the contour 202 to be measured by means of the tactile-optical button 204.
  • the tactile-optical measurement is carried out in a manner such as that to be removed from EP 0 988 505 B1, for example, the disclosure of which is expressly incorporated by reference.
  • the movement of the tactile-optical sensor 204 is traversed by the contour data determined by means of the image processing.
  • the method according to the invention is implemented by a combination of tactile and optical scanning with image processing and a mechanical touch probe.
  • a sheet metal plate 300 is again selected as the workpiece, the contour 302 of which is scanned by means of an image processing sensor by placing several images 304, 306, 308 together.
  • the outer shape of the metal sheet 300 is inferred from the contour obtained in this way.
  • the height profile of the metal sheet 300 is then measured with a mechanical probe 310, specifically along a line 312 which is equidistant from the outer contour 302.
  • the three-dimensional course of the edge of the metal sheet 300 can then be inferred from the data records of the image processing and the mechanical touch system 310 by superimposing the data records.
  • the mechanical touch probe can be a purely measuring or switching touch probe or also a tactile-optical system, as can be found in EP 0 988 505 B1, the disclosure of which is expressly incorporated by reference.
  • the height profile of an edge of a metal sheet 400 is determined as an object, in principle in accordance with the exemplary embodiment according to FIG. 3.
  • a laser beam path integrated in this symbolized by point 402 is used instead of the mechanical touch system 310 according to FIG. 3. It is thus possible during the scanning process to determine the outer contour 404 of the workpiece 400 with the image processing sensor and at the same time to determine information in the direction perpendicular thereto with the laser sensor 402.
  • the spatial position of the edge of the metal sheet 100 that is to say its contour 104, is again determined by superimposing the sensor information from the sensor laser 402 and the image processing sensor.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum scannenden Messen einer Kontur eines Werkstücks, unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Sensors. Um mit hoher Präzision und Geschwindigkeit die Kontur des Werkstücks insbesondere auch im Flankenbereich messen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Kontur des Werkstücks mit Hilfe von den zumindest zwei Sensoren erfasst wird und dass gewonnene Informationen mindestens eines Sensors zur Beeinflussung mindestens eines anderen Sensors in seinen Aktionen benutzt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum scannenden Messen einer Kontur eines Werkstücks
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum scannenden Messen bzw. Erfassen einer Kontur bzw. Geometrie eines Werkstücks unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Sensors.
Das Erfassen von Konturen zur Messung von Werkstücksgeometrien ist eine der typischen Aufgaben von Koordinatenmessgeräten. Es liegt das Problem zu Grunde, dass Konturen von Werkstücken mit Sollkonturen verglichen bzw. zur Steuerung von Werkzeugmaschinen für das Kopieren von Teilen herangezogen werden sollen. Es ist gleichfalls erforderlich, Meisterteile mit weiteren gefertigten Teilen aus diesem Wege zu vergleichen. Hierzu Verwendung finden derzeit Verfahren mit sogenannten messenden Tastsystemen, bei denen mit einem Taster kontinuierlich oder schrittweise die gesuchte Werkstückskontur abgefahren und so Messpunkte erfasst werden. Der Nachteil des Verfahrens liegt darin, dass filigrane Konturen auf Grund der relativ hohen notwendigen Größe der Tastelemente nur begrenzt scannbar sind. Es sind ferner Verfahren bekannt, bei denen mittels opto-elektroni scher Bildverarbeitung Konturen im Durch- oder Auflichtverfahren gescannt werden. Der Nachteil dieser Verfahren liegt darin, dass nur jeweils die oberen Kanten von Konturen gemessen werden können, nicht jedoch z. B. die Kontur in der Mitte der Flanke eines Objektes wie Zahnrades. Für das Messen filigraner 3D-Objekte sind taktil optische Taster bekannt, wie diese in der EP 0 988 505 offenbart sind. Auf Grund des Wirkprinzips lassen sich hiermit extrem kleine Tasterkonfigurationen realisieren. Der Einsatz solcher Taster für Scanning- Verfahren ist auf Grund des flexiblen Verhaltens der Tasterstifte nicht immer optimal möglich. Ein Regeln des für das Scanning erforderlichen Abfahrens der Teilekontur ist auf Grund der springenden Messergebnisse der Mikrotaster (z.B. in Folge von Stick- Slip-Effekten) nur schwierig realisierbar.
Aus dem Sonderdruck „Kontrolle 5/94", Werth Messtechnik GmbH, Gießen, ist ein fotoelektronisches Kontur-Scanning bekannt, bei dem eine CCD-Kamera zum Einsatz gelangt, wodurch pro Antastvorgang mehrere Tausend Messpunkte aufgenommen werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit hoher Präzision und Geschwindigkeit die Kontur eines Objektes insbesondere auch im Flankenbereich gemessen werden kann.
Aus der WO 03/008905 AI ist ein Koordinatenmessgerät bekannt, bei dem mittels eines optischen Sensors die Bewegung eines taktil optisch arbeitenden Fasertasters ermittelt wird.
Das Problem wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Kontur bzw. Geometrie des Werkstücks mit Hilfe von zumindest zwei Sensoren erfasst wird und dass gewonnene Informationen mindestens eines Sensors zur Beeinflussung mindestens eines anderen Sensors in seinen Aktionen benutzt werden. Dabei kann als zumindest ein Sensor ein Bildverarbeitungssensor verwendet werden. Auch besteht die Möglichkeit, dass als zumindest ein Sensor ein berührend messender Taster verwendet wird. Nach einem weiteren Vorschlag ist vorgesehen, dass als zumindest ein Sensor ein berührungslos arbeitender Abstandssensor verwendet wird. Als einer der Sensoren kommt auch ein faseroptischer Taster in Frage. Des Weiteren ist vorgesehen, dass zumindest einer der Sensoren zum Positionieren zumindest eines anderen Sensors innerhalb seines Arbeitsbereichs benutzt wird.
Ferner kann zumindest einer der Sensoren zur Vermeidung einer Kollision weiterer beteiligter Sensoren verwendet werden.
Bei der Nutzung eines Bildverarbeitungssensors können verschiedene Beleuchtungsanordnungen wie Auf licht oder Durchlicht verwendet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass bei Verwendung eines taktil-optisch arbeitenden Tasters - auch optotaktil arbeitender Taster genannt- mit einem Tastelement zur Tastelementkorrektur erforderliche Antastrichtung aus Informationen eines weiteren Sensors generiert wird bzw. dass für das Tastelement erforderliche Antastrichtung eines oder des berührenden Tasters aus Informationen eines weiteren Sensors generiert wird.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein Bildverarbeitungssensor auf Basis eines mit einem Abstandssensor ermittelten Messwertes scharf gestellt.
Ein Bildverarbeitungssensor kann auf Basis eines mit einem berührenden Taster ermittelten Messwertes scharf gestellt werden. Nach einem weiteren Vorschlag erfolgt ein Scannvorgang innerhalb eines Schrittes, wobei die Verarbeitung der Sensorinformationen online erfolgt. Alternativ kann der Scannvorgang in mehreren Einzelschritten erfolgen, wobei die Verarbeitung der Sensorinformationen nicht schritthaltend mit dem Scanning erfolgt.
Auch zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass mit einem Sensor zuerst eine Kontur in einer Ebene gescannt und mit einem anderen Sensor dritte Koordinate zu der Kontur bzw. Ebene oder zu einer hierzu im Versatz befindlichen Kontur erfasst wird, wobei die Messpunkte der ersten Kontur Verfahrwege definieren. Ferner kann eine Scannebene a priori definiert und ein Abstandssensor derart in der Ebene verfahren werden, dass der Abstandswert eine Konstante ist, wobei das Verfahren nicht in Achsrichtung des Sensors erfolgt.
Die Scannvorgänge selbst können auf einem oder mehreren Koordinatenmessgeräten durchgeführt werden.
Bei der Verwendung eines Bildverarbeitungssensors als einer der Sensoren kann ein solcher zum Einsatz gelangen, bei dem die Vergrößerung verändert wird.
Insbesondere wird eine Kombination von Sensoren wie Bildverarbeitung mit Laser (Ab- standsmesssystem) und/oder Bildverarbeitung mit berührendem Taster und/oder Bildverarbeitung mit Fasertaster bzw. optotaktil arbeitendem Taster und/oder Bildverarbeitung mit einer Bildverarbeitung mit verschiedenen Auflösungen und/oder Bildverarbeitung mit verschiedenen Ansichten und/oder Bildverarbeitung mit unterschiedlichen Beleuchtungsarten/-einstellungen und/oder Laser mit berührendem Taster und/oder Laser mit Fasertaster wie optotaktil arbeitendem Taster und/oder berührendem Taster mit Fasertaster wie optotaktil arbeitendem Taster und/oder berührenden Taster mit berührendem Taster mit verschiedenen Tastelementen bzw. Empfindlichkeiten und/oder Fasertaster mit Fasertaster mit verschiedenen Tastelementen bzw. Empfindlichkeiten verwendet.
Erfindungsgemäß wird das Problem im Wesentlichen auch dadurch gelöst, dass die Kontur mittels eines Tasters und einem diesem zugeordneten optischen Sensor optotaktil gemessen wird und dass der Taster in Bezug auf seine Bewegung entlang der Kontur mittels eines Bildverarbeitungssensors gesteuert wird.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren beschrieben, mit z.B. taktil-optischen Mikrotas- tern ein Scanning dadurch zu realisieren, dass für die eigentliche Scannbewegung, d.h. für die Bewegung des Tasters die Verfahrensweisen eines Bildverarbeitungsscanners herangezogen werden. So wird die Kontur des zu messenden Objektes mittels Bildver- arbeitungs-Scanning verfolgt. Die eigentlichen Messpunkte werden durch gleichzeitig bzw. seriell anschließende Messungen mit einem oder mehreren taktil-optischen Tastern oder rein messenden und/oder schaltenden Tastern realisiert. Es lassen sich somit die Vorteile des kontinuierlichen Bildverarbeitungs-Scannings mit den Vorteilen der Mess- barkeit von Flanken an Messobjekten mittels insbesondere taktil-optischer Taster für filigrane Strukturen realisieren.
Insbesondere wird das Verfahren auf einem Koordinatenmessgerät durchgeführt, wobei die Regelung bzw. Steuerung des Scannvorganges des Koordinatenmessgerätes über den Bildverarbeitungssensor und die Erfassung der Messpunkte über einen insbesondere taktil-optischen Taster realisiert werden.
In bevorzugter Ausführungsform wird für die Konturverfolgung mit dem Bildverarbeitungssensor und das Messen der Messpunkte mit dem taktil-optischen Sensor die gleiche Bildverarbeitungsoptik, Kamera und Elektronik verwendet.
Ferner besteht die Möglichkeit, für die Konturverfolgung mit dem Bildverarbeitungssensor einen separaten optischen Strahlengang zu verwenden.
Des Weiteren können der Bildverarbeitungssensor und der taktil-optische Sensor so in einem Strahlengang integriert werden, dass für beide Sensoren angepasste unterschiedliche Vergrößerungen erzielt werden.
Die Konturverfolgung mit dem Bildverarbeitungssensor kann im Durchlicht oder im Auflicht erfolgen, wobei gleichzeitig die Messung mit dem opto-taktilen Sensor alternativ im Durchlicht- oder Auflichtmodus erfolgt.
Sofern ein Taster mit einem kugelförmigen Tastelement verwendet wird, kann die für die Tastkugelkorrektur erforderliche Antastrichtung des taktil-optischen- Tasters aus der Bildverarbeitungskonturverfolgung generiert werden.
Ferner können sich die für die Konturverfolgung eingesetzten Bildverarbeitungsfenster überlappen. Eine Konturverfolgung können mit einem Bildverarbeitungsscanner erfolgen und in vorher definiertem Abstand zu der so verfolgten Kontur mit einem weiteren Abstandssensor die Höhe des Messobjektes erfasst werden.
Die Bildverarbeitungssensorik selbst kann auf der Grundlage eines mit einem Abstandssensor ermittelten Messwertes scharf gestellt werden, wobei als Abstandssensor ein Laserabstandssensor zum Einsatz gelangen kann, der seinerseits gegebenenfalls in den Strahlengang des Bildverarbeitungssensors integriert wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass zuerst mit einem Sensor eine Kontur in einer Ebene gescannt wird und dann mit einem weiteren Sensor die Dritte Koordinate zu dieser Kontur (Ebene) oder zu einer hierzu im Versatz befindlichen Kontur gescannt wird, wobei die Messpunkte der ersten Kontur die Verfahrenswege definieren.
Femer kann eine Scannebene im Vornhinein in Werkstückkoordinaten definiert und der Abstandssensor in dieser Ebene so verfahren werden, dass der Abstandswert eine Konstante ist, wobei das Verfahren nicht in Achsrichtung des Sensors erfolgt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Koordinatenmessgerätes,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform zur Messung einer
Kontur eines Gegenstandes,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausfuhrungsform zu Messung einer
Kontur eines Gegenstandes und Fig.4 eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform zur Messung einer
Kontur eines Gegenstandes.
In Fig. 1 ist rein prinzipiell ein Koordinatenmessgerät 100 mit z.B. aus Granit bestehendem Grundrahmen 102 dargestellt. Auf diesem ist ein Messtisch 104 angeordnet, auf dem sich ein Werkstück 105 befindet, dass zu messen ist.
Entlang dem Grundrahmen 102 ist ein Portal 106 in Y-Richtung des Koordinatenmess- gerätes 100 verstellbar angeordnet. Hierzu sind Säulen oder Ständer 108, 110 gleitend auf dem Grundrahmen abgestützt. Von den Säulen 108, 110 geht eine Traverse 112 aus, entlang der, also im Ausführungsbeispiel in X-Richtung des Koordinatenmessgerätes 100, ein Schlitten 114 verstellbar angeordnet ist, der seinerseits eine Pinole oder Säule 116 aufnimmt, die in Z- Achsenrichtung verstellbar ist. Von der Pinole oder Säule 116 bzw. einer an dieser vorhandenen Wechselschnittstelle gehen zumindest zwei Sensoren aus, um Kontur bzw. Geometrie des auf dem Messtisch 104 angeordneten Werkstücks 105 zu messen. Bei diesem kann es sich z. B. um eine Blechtafel handeln.
In Fig. 2 ist rein prinzipiell eine Blechtafel 200 als Werkstück dargestellt, dessen Kontur 202 mit einem kombinierten Sensorsystem bestehend aus einem taktil-optisch arbeitenden Taster und einem Bildverarbeitungssensor gescannt wird, dessen Messfeld durch Rechtecke 206 symbolisiert ist.
Die Verfolgung der Werkstückkontur 202 erfolgt in einer Scannrichtung 208 durch Aneinanderreihen verschiedener Bildverarbeitungspositionen (Rechtecke 206, 210, 212), die aus dem Konturenverlauf im jeweils aktuellen Bildverarbeitungsfenster ermittelt werden. Im Ausführungsbeispiel wird dabei im Auflicht eine Kontur 214 parallel zu der zu messenden Kontur 202 gescannt. Gleichzeitig werden Messpunkte 216, 218, 220 mittels des taktil-optisch arbeitenden Tasters 204 an der zu messenden -Kontur 202 aufgenommen. Dabei erfolgt das taktil-optische Messen in einer Art, wie diese z.B. der EP 0 988 505 Bl zu entnelimen ist, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird. Erfindungsgemäß wird dabei die Bewegung des taktil-optisch arbeitenden Sensors 204 durch die mittels der Bildverarbeitung ermittelten Konturdaten verfahren. In Fig. 3 wird das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Kombination aus taktilem und optischem Scannen mit Bildverarbeitung und mechanischem Tastsystem realisiert. Als Werkstück wird erneut eine Blechtafel 300 gewählt, deren Kontur 302 mittels eines Bildverarbeitungssensors durch Aneinandersetzen mehrerer Bilder 304, 306, 308 gescannt wird. Aus der so gewonnen Kontur wird auf die Außenform der Blechtafel 300 geschlossen. In einem Versatz zur Außenkante, der durch einen Bediener zuvor definiert werden kann, wird sodann mit einem mechanischen Taster 310 der Höhenverlauf der Blechtafel 300 gemessen, und zwar entlang einer Linie 312, die äquidistant zur Außenkontur 302 verläuft. Aus den Datensätzen der Bildverarbeitung und des mechanischen Tastsystems 310 kann sodann auf den dreidimensionalen Verlauf des Randes der Blechtafel 300 durch Überlagerung der Datensätze geschlossen werden.
Bei dem mechanischen Tastsystem kann es sich um ein rein messendes oder schaltendes Tastsystem oder auch um ein taktil-optisches System handeln, wie dieses der EP 0 988 505 Bl zu entnehmen, auf dessen Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird.
Nach der Darstellung gemäß Fig. 4 wird prinzipiell entsprechend dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 3 der Höhenverlauf eines Randes einer Blechtafel 400 als Gegenstand bestimmt. Dabei wird neben einem Bildverarbeitungssensor ein in diesem integrierter Laserstrahlengang (symbolisiert durch Punkt 402) anstelle des mechanischen Tastsystems 310 gemäß Fig. 3 verwendet. Somit ist es möglich, während des Scannvorganges Außenkontur 404 des Werkstücks 400 mit dem Bildverarbeitungssensor und gleichzeitig Informationen in hierzu senkrechter Richtung mit dem Lasersensor 402 zu bestimmen. Die räumliche Lage des Randes der Blechtafel 100, also deren Kontur 104 wird wiederum durch Überlagerung der Sensorinformationen des Sensorlasers 402 und des Bildverarbeitungssensors ermittelt. Somit ist es gleichfalls möglich, zuerst die Außenkontur mit Hilfe der Bildverarbeitung zu scannen und anschließend mit dem Lasersensor 402 die dritte Koordinate hinzuzumessen, wobei entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 die Messpunkte entlang einer zur Kontur 404 äquidistant verlaufende Linien 408 bestimmt werden. Auch besteht die Möglichkeit, mittels des Lasersensors das Scharfstellen des Bildverarbeitungssensors in Echtzeit zu realisieren.

Claims

PatentansprücheVerfahren zum scannenden Messen einer Kontur eines Werkstücks
1. Verfahren zum scannenden Erfassen bzw. Messen einer Kontur bzw. einer Geometrie eines Werkstücks, unter Verwendung eines ersten und eines zweiten Sensors, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur und/oder Geometrie des Werkstücks mit Hilfe von den zumindest zwei Sensoren erfasst wird und dass gewonnene Informationen mindestens eines Sensors zur Beeinflussung mindestens eines anderen Sensors in seinen Aktionen benutzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als zumindest ein Sensor ein Bildverarbeitungssensor verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als zumindest ein Sensor ein berührend messender Taster verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als zumindest ein Sensor ein berührungslos arbeitender Abstandssensor verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als zumindest einer der Sensoren ein faseroptischer Taster verwendet wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sensoren zum Positionieren zumindest eines anderen Sensors innerhalb seines Arbeitsbereichs benutzt wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sensoren zur Vermeidung einer Kollision weiterer beteiligter Sensoren verwendet wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen Bildverarbeitungssensor verschiedene Beleuchtungsanordnungen wie Auflicht oder Durchlicht verwendet werden.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines taktil-optisch arbeitenden Tasters mit einem Tastelement zur Tastelementkorrektur erforderliche Antastrichtung aus Informationen eines weiteren Sensors generiert wird.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Tastelement erforderliche Antastrichtung eines oder des berührenden Tasters aus Informationen eines weiteren Sensors generiert wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bildverarbeitungssensor auf Basis eines mit einem Abstandssensor ermittelten Messwertes scharf gestellt wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bildverarbeitungssensor auf Basis eines mit einem berührenden Taster ermittelten Messwertes scharf gestellt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scannvorgang innerhalb eines Schrittes erfolgt, wobei die Verarbeitung der Sensorinformationen online erfolgt.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Scannvorgang in mehreren Einzelschritten erfolgt, wobei die Verarbeitung der Sensorinformationen nicht schritthaltend mit dem Scannen erfolgt.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Sensor zuerst eine Kontur in einer Ebene gescannt und mit einem anderen Sensor dritte Koordinate zu der Kontur bzw. Ebene oder zu einer hierzu im Versatz befindlichen Kontur erfasst wird, wobei die Messpunkte der ersten Kontur Verfahrwege definieren.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scannebene a priori definiert wird und ein Abstandssensor derart in der Ebene verfahren wird, dass Abstandswert eine Konstante ist, wobei das Verfahren nicht in Achsrichtung des Sensors erfolgt.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Scannvorgänge auf einem oder mehreren Koordinatenmessgeräten durchgeführt werden.
18. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei zumindest einem der Sensoren um einen Bildverarbeitungssensor handelt, bei dem die Vergrößerung verändert wird.
19. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kombination von Sensoren wie Bildverarbeitung mit Laser (Abstands- messsystem) und/oder Bildverarbeitung mit berührendem Taster und/oder Bildverarbeitung mit Fasertaster bzw. taktil-optisch arbeitendem Taster und/oder Bildverarbeitung mit einer Bildverarbeitung mit verschiedenen Auflösungen und/oder Bildverarbeitung mit verschiedenen Ansichten und/oder Bildverarbeitung mit unterschiedlichen Beleuchtungsarten-einstellungen und/oder Laser mit berührendem Taster und/oder Laser mit Fasertaster wie taktil-optisch arbeitendem Taster und/oder berührendem Taster mit Fasertaster wie taktil-optisch arbeitendem Taster und/oder berührenden Taster mit berührendem Taster mit verschiedenen Tastelementen bzw. Empfindlichkeiten und/oder Fasertaster mit Fasertaster mit verschiedenen Tastelementen bzw. Empfindlichkeiten verwendet wird.
20. Verfahren nach vorzugsweise zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche zum scannenden Messen einer Kontur eines Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur mittels eines entlang dieser bewegten Tasters und einem diesem zugeordneten optischen Sensor taktil-optisch gemessen wird und dass die Bewegung des Tasters entlang der Kontur mittels eines Bildverarbeitungssensors gesteuert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zum scannenden Messen der Werkstückskontur sowohl die Messergebnisse eines taktil-optischen Tasters als auch die eines Bildverarbeitungssensors herangezogen werden.
22. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messvorgang auf einem Koordinatenmessgerät durchgeführt wird.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Scannvorganges des Koordinatenmessgerätes über den Bildverarbeitungssensor und die Erfassung der Messpunkte über einen taktil-optischen Taster realisiert wird.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Konturverfolgung mit dem Bildverarbeitungssensor und das Messen der Messpunkte mit dem taktil-optischen Taster die gleiche Bildverarbeitungsoptik und/oder Kamera und/oder Elektronik verwendet wird.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Konturverfolgung mit dem Bildverarbeitungssensor ein separater optischer Strahlengang verwendet wird.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bildverarbeitungssensor und taktil-optischer Taster so in einem Strahlengang integriert werden, dass für beide Sensoren angepasste unterschiedliche Vergrößerungen erzielt werden.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturverfolgung mit dem Bildverarbeitungssensor im Durchlicht oder im Auflicht erfolgt, wobei gleichzeitig die Messung mit dem taktil-optischen Sensor alternativ im Durchlicht oder Auflichtmodus erfolgt.
28. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Tastkugelkorrektur erforderliche Antastrichtung des taktil-optischen Tasters aus der Bildverarbeitungskonturverfolgung generiert wird.
29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die für die Konturverfolgung eingesetzten Bildverarbeitungsfenster überlappen.
30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturverfolgung mit einem Bildverarbeitungsscanner erfolgt und in vorher definiertem Abstand zu der so verfolgten Kontur mit einem weiteren Abstandssensor die Höhe des Messobjektes erfasst wird.
31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungssensorik auf der Grundlage eines mit einem Abstandssensor ermittelten Messwertes scharf gestellt wird.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Abstandssensor ein Laserabstandssensor zum Einsatz kommt.
33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserabstandssensor im Strahlengang des Bildverarbeitungssensors integriert wird.
34. Verfahren zum Scannen von Werkstückkonturen, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst mit einem Sensor eine Kontur in einer Ebene gescannt wird und dann mit einem weiteren Sensor die dritte Koordinate zu dieser Kontur oder zu einer hierzu im Versatz befindlichen Kontur gescannt wird, wobei die Messpunkte der ersten Kontur die Verfahrenswege definieren.
35. Verfahren zum Scannen einer Kontur mit Abstandssensoren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scannebene im Vorhinein in Werkstückkoordinaten definiert wird und der Abstandssensor in dieser Ebene so verfährt, dass der Abstandswert eine Konstante ist, wobei das Verfahren nicht in Achsrichtung des Sensors erfolgt.
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