EP2989418A1 - Fotobasiertes 3d-oberflächen-inspektionssystem - Google Patents

Fotobasiertes 3d-oberflächen-inspektionssystem

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Publication number
EP2989418A1
EP2989418A1 EP14709597.0A EP14709597A EP2989418A1 EP 2989418 A1 EP2989418 A1 EP 2989418A1 EP 14709597 A EP14709597 A EP 14709597A EP 2989418 A1 EP2989418 A1 EP 2989418A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier
arrangement
markings
different
images
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Withdrawn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
EP14709597.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Forster
Tristan Sczepurek
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2989418A1 publication Critical patent/EP2989418A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/282—Image signal generators for generating image signals corresponding to three or more geometrical viewpoints, e.g. multi-view systems

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for the three-dimensional detection of characteristic features of an object surface.
  • the comparison of the actual geometry can be done, for example, CAD data ei ⁇ nes CAD model.
  • characteristic features such as holes. They must be checked for quality assurance ⁇ . From this moving additional difficulty may arise that these charac ⁇ rule features are not visible. For example, a bore that is barely visible from the outside must be checked for its direction.
  • the visual inspection of the object is usually done manually.
  • a supplement to the documentary ⁇ mentation is achieved by means of pictures showing various Operabe ⁇ rich the object surface. Size and exact position of the detected abnormalities are hereby usually no longer reproducible.
  • the rating is often subjective. Therefore, according to the state of the art, camera-based inspection systems are also used for the evaluation. These systems take single images of several spatial directions or Views of the object, but without allowing a full three-dimensional representation of the object.
  • a comparison between desired and actual geometry is carried out according to the prior art, for example via photogrammetric systems or 3D scanners.
  • the systems mentioned generally only the three-dimensional geometry of the object is detected, but not the surface texture of the object.
  • Holes are measured according to the prior art via mechanical probes with a thin needle or interferometric method.
  • these are costly and time consuming.
  • the present invention has for its object to provide an arrangement for three-dimensional surface measurement of an object that detects the complete three-dimensional Ge ⁇ ometrie and surface texture of an object with cha ⁇ acteristic surface properties, in particular with bores.
  • the inventive arrangement for three-dimensional surface measurement of an object comprises at least one camera for recording the object from different spatial directions and a computer with a program, in particular a CAD program, for evaluating the images taken by the camera. Furthermore, the arrangement comprises at least one carrier, which has two optically different markings, in particular a red and green color mark, which are attached to two different locations of the carrier. The visual difference of the markings can be achieved by a different geometrical shape and / or by a Kunststoffliche under ⁇ color of the markings. Due to the optically different design of the marking, the individual markings on the recorded images can be separated well.
  • the carrier is mounted on a surface of the object.
  • the two optically different ⁇ and on the carrier spatially separated markers define on the recorded images advantageously a cutting line or a clearly determined direction. Particularly advantageous is the arrangement or attachment of the carrier at characteristic points of the object surface, in particular on and / or in holes.
  • the method for the three-dimensional surface measurement of objects has at least the following steps:
  • the object to be measured is advantageously positioned on a substantially monochrome central area of the base. Further, at least mounted on the object to be measured, a support carrying two op ⁇ illustrate different markers at different locations. Before ⁇ geous is an attachment to and / or in holes
  • a plurality of images of the object or the object's surface with at least one camera is incorporated ⁇ different union spatial directions.
  • the Take pictures with exactly one camera which is arranged to be movable around the object, or by a plurality of fixed ⁇ fixed cameras.
  • the recording of the same object under different spatial direction advantageously allows a subsequent three-dimensional Rekonstrukti ⁇ on the object.
  • the set ⁇ taken images contain information about the nature of the surface of the object. If the carrier ⁇ example, on and / or mounted in a bore and to see to Wenig ⁇ least two images from different directions, so the position of the carrier, and thus the position of the hole can be determined.
  • the carrier of the markings may advantageously be of a needle-shaped design.
  • the carrier can be introduced into, for example, bores.
  • the predetermined by the needle shape direction here is substantially consistent with the direction of the bore. It is also useful
  • Screw as a carrier which can advantageously be screwed into bores which have a thread on ⁇ .
  • the optical markings of the carrier have a different color.
  • the markers are color markers. Due to the different colors, the markings on colored images are easy to distinguish. For example, a different pattern of the optical markings, which may be colored and / or black and white, leads to a sufficient separability of the markers.
  • the optical markings may be spherical.
  • the advantage of a spherical design is that they always have the same full circular shape for each recording ⁇ direction on the recorded two-dimensional images.
  • the balls are particularly well suited to a computer Evaluation.
  • a red and a green painted Ku ⁇ rules are advantageous because the two colors green and red optically separate very well.
  • the balls may be attached to the end of a needle-shaped carrier or a needle.
  • the arrangement may have a single color in a central portion pad on ⁇ .
  • An underlay which has a color in the central portion which is not essential on the surface of the object to be measured is advantageous.
  • the object to be measured which is expediently located in the central colored area on the base, can be clearly distinguished from the base and from the optical markings.
  • a color for the central portion of the pad that corresponds to substantially no color of the optical marks.
  • a blue-colored central partial area proves to be particularly advantageous.
  • an edge of the base can have further optical position markings, in particular circular position markings.
  • the optical position markings are advantageous in a calculation of the three-dimensional coordinates or the three-dimensional position of the at least one camera.
  • the position markings allow a freely adjustable Positionin ⁇ tion of at least one camera, as the three-dimensional Po sition of the camera by the added images on the optical markings can be determined.
  • the object to be measured can be positioned substantially arbitrarily aligned on the central portion of the pad.
  • a spatial position of at least one camera relative to the base can be calculated by optical position markings. According to an advantageous embodiment of the arrangement, this is by optical position marks on an edge of the pad allows.
  • the three-dimensional position of at least one camera for each captured image will be ⁇ expects.
  • an automated detection or separation of the object to be measured and the base can be carried out by means of a computer. It is advantageous that the pad is monochromatic in a central portion and in particular a color has on ⁇ that corresponds to substantially no color on the object surface. As a result, the automated separation of object and base can be significantly improved. Wei ⁇ ter can be recognized by the separation of the object contour.
  • the spatial position of the object to be measured can be calculated by a computer be ⁇ .
  • the position of the object in particular ⁇ the position of characteristic surface features, such as holes, three-dimensional detected.
  • the three-dimensional coordinates of the camera can be calculated for each image.
  • the recorded images of the surface in particular as
  • Texturing be transferred to a surface of a present in the CAD program CAD model of the object. This is made possible by the determination of all relevant three-dimensional coordinates. This results in a three-dimensional representation of the object to be measured, insbesonde ⁇ re of the object surface, with the actual texture. This allows a quantitative comparison of the actual texture of the object surface with the target texture. Conveniently, egg properties of the outer geometry, for example outlines, are used for comparison. If it is not possible at one point of the object surface to match the measured object contour and / or the object texture expected according to the CAD model, this is due to this
  • the optically different and spatially separated markings are automatically detected on the carrier by means of a computer.
  • a cutting line can be calculated from the automatically recognized markings.
  • two Markie ⁇ stanchions on the carrier or the recorded images as a line of intersection is defined by two spatially separated points in eindeu ⁇ term manner.
  • the inclusion of a second image of the same markings under a new spatial direction results in another cutting line.
  • Stereomet ⁇ theory ie by the intersection of the two determined intersection line, the three-dimensional position of the carrier according to the coordinates of a CAD coordinate system can be determined. The invention is described below with reference to three preferred from ⁇ exemplary embodiments with reference to the attached drawing ⁇ voltage, in which
  • Figure 1 shows a three-dimensional arrangement for three-dimensional
  • Figure 2 shows a three-dimensional view of the carrier
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of the arrangement 1 for measuring an object 14, which rests on a central portion 10 of a base 8. Furthermore, optical position markings 6 are located on the edge of the base 8.
  • FIG. 1 also shows a bore 16 and a carrier 2, in particular a needle-shaped carrier 2, which has two differently colored color markings 4.
  • the carrier is in this case mounted within a bore 16 whose not shown angle 26 with respect to a CAD coordinate system 28 is to be determined.
  • the carrier 2 may be, for example, a needle and / or screw, which is introduced into the bore 16.
  • the determination or the calculation of the three-dimensional position of the object 14 and / or of the carrier 2 is made possible by a plurality of cameras 12 which record images under different spatial directions of the object 14 to be measured. If the images is linked in a not shown computer with each other or instructions in relation, the three-dimensional position of the Ob ⁇ jektes 14 and / or of the carrier 2 can be calculated.
  • An actual model of the Ob ⁇ jektes can be constructed 14 then, for example, in a CAD program. By comparing the actual model with a target model, which is also present as a model in the CAD program, errors, in particular errors of the surface of the object 14 and / or skin positions of holes 16, can be detected.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the carrier 2, which is introduced into the bore 16.
  • FIG. 2 shows two cameras 12 which, under different spatial directions 20, 22, record an advantageously colored image of the carrier 2 and the color markings 4.
  • the color marks 4 advantageously have a different color.
  • the carrier 2 is needle-shaped and the color marks 4 are colored balls.
  • Figure 3 shows a flow chart of the method for determining an angle 26 below which the bore 16 enters the object 14.
  • a first step Sl the carrier 2 with the color markings 4 is introduced into the bore 16 which is located in the object 14.
  • the color markings 4 of the carrier 2 are detected on the recordings by an automated recognition 24, in particular by a computer-aided recognition.
  • a uniquely determined cut line 18, which runs through the centers of the recognized color markings is calculated.
  • a plurality of cutting lines for each recording can be calculated under different spatial directions. Again, this can be done by means of a computer.
  • a fourth step S4 with reference to a CAD coordinate system 28, an angle 26 which corresponds to the angle of the tion 16 is determined by means of the calculated cutting line 18. As a result, the angle 26 or the actual entry angle 26 of the bore 16 into the object 14 is determined. This allows a comparison of the actual entry angle 26 with the desired entry angle of the bore 16.

Landscapes

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Abstract

Es wird eine Anordnung zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung eines Objektes angegeben, wobei die Anordnung einen Träger mit optischen Markierungen umfasst, der eine einfache und schnelle Vermessung von beispielsweise Bohrungen ermöglicht. Die Anordnung und das Verfahren ermöglichen einen Vergleich der Ist-Geometrie eines zu vermessenden Objektes mit der Soll-Geometrie des Objektes. Weiterhin wird die Oberfläche des Objektes mittels Aufnahmen aus unterschiedlichen Raumrichtungen erfasst und kann als Textur auf ein dreidimensionales CAD-Modell übertragen werden.

Description

Beschreibung
Fotobasiertes 3D Oberflächen-Inspektionssystem Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Erfassung von charakteristischen Merkmalen einer Objektoberfläche.
Bei hochwertigen Bauteilen oder generell Produkten wie bei- spielsweise Turbinenschaufeln wird eine hohe Erwartung an die visuelle und technische Beschaffenheit gestellt. Insbesondere besteht eine hohe Erwartung an die Beschaffenheit der Ober¬ fläche des Bauteils. Aufgrund dieser hohen Anforderungen müs¬ sen alle Auffälligkeiten, beispielsweise Vertiefungen, er- kannt und dokumentiert werden.
Weiterhin ist es notwendig bei Bauteilen oder allgemein bei Objekten ihre dreidimensionale Ist-Geometrie zu bestimmen und mit einer Soll-Geometrie zu vergleichen. Hierbei kann der Vergleich der Ist-Geometrie beispielsweise mit CAD-Daten ei¬ nes CAD-Modells erfolgen. Neben der gesamten Ist-Geometrie besitzen komplex geformte Objekte meist charakteristische Merkmale, beispielsweise Bohrungen. Diese müssen zur Quali¬ tätssicherung kontrolliert werden. Hieraus kann sich die zu- sätzliche Schwierigkeit ergeben, dass diese charakteristi¬ schen Merkmale nicht sichtbar sind. Beispielsweise muss eine von außen kaum sichtbare Bohrung auf ihre Richtung überprüft werden . Nach dem Stand der Technik erfolgt die visuelle Prüfung des Objektes meist manuell. Zudem wird eine Ergänzung der Doku¬ mentation mittels Bildern erreicht, die verschiedene Teilbe¬ reiche der Objektoberfläche zeigen. Größe und genaue Position der erkannten Auffälligkeiten sind hierbei nachträglich meist nicht mehr reproduzierbar. Ferner ist die Bewertung häufig subjektiv. Nach dem Stand der Technik werden daher auch kamerabasierte Inspektionssysteme zur Bewertung eingesetzt. Diese Systeme nehmen Einzelbilder von mehreren Raumrichtungen bzw. Ansichten des Objektes auf, ohne jedoch eine vollständige dreidimensionale Darstellung des Objektes zu ermöglichen.
Ein Vergleich zwischen Soll- und Ist-Geometrie erfolgt nach dem Stand der Technik beispielsweise über photogrammetrische Systeme oder 3D-Scanner. Bei den genannten Systemen wird jedoch im Allgemeinen nur die dreidimensionale Geometrie des Objektes erfasst, jedoch nicht die Oberflächenbeschaffenheit des Objektes. Bohrungen werden nach dem Stand der Technik über mechanische Messtaster mit einer dünnen Nadel oder interferometrische Verfahren vermessen. Diese sind jedoch kosten- und zeitintensiv.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung eines Objektes anzugeben, die die vollständige dreidimensionale Ge¬ ometrie und Oberflächenbeschaffenheit eines Objektes mit cha¬ rakteristischen Oberflächeneigenschaften, insbesondere mit Bohrungen, erfasst.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch den Anspruch 7 gelöst. In den davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung eines Objektes umfasst wenigstens eine Kamera zur Aufnahme des Objektes aus unterschiedlichen Raumrichtungen und einen Computer mit einem Programm, insbesondere einem CAD-Programm, zur Auswertung der durch die Kamera aufgenommen Bilder. Weiterhin umfasst die Anordnung wenigstens einen Träger, der zwei optisch unterschiedliche Markierungen aufweist, insbesondere eine rote und grüne Farbmarkierung, die an zwei unterschiedlichen Stellen des Trägers angebracht sind. Der optische Unterschied der Markierungen kann durch eine unterschiedliche geometrische Form und/oder durch eine unter¬ schiedliche Farbe der Markierungen erreicht werden. Durch die optisch unterschiedliche Ausführung der Markierung lassen sich die einzelnen Markierungen auf den aufgenommen Bildern gut trennen. Hierbei wird der Träger auf einer Oberfläche des Objektes angebracht. Die zwei optisch unterschied¬ lichen und auf den Träger räumlich getrennten Markierungen definieren auf den aufgenommen Bildern vorteilhafterweise eine Schnittgerade bzw. eine eindeutig bestimmte Richtung. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung bzw. Anbringung des Trägers an charakteristischen Stellen der Objektoberfläche, insbesondere an und/oder in Bohrungen.
Das Verfahren zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung von Objekten, insbesondere mit einer Anordnung gemäß der Beschreibung weist wenigstens die folgenden Schritte auf:
Wenigstens einmalige Positionierung eines zu vermessenden Ob¬ jektes auf einen mittigen Bereich einer Unterlage;
Anbringung eines Trägers an das zu vermessende Objekt, wobei der Träger wenigstens zwei optisch unterschiedliche Markie¬ rungen aufweist;
Aufnahme von einer Mehrzahl von Bildern des Objektes mit wenigstens einer Kamera aus unterschiedlichen Raumrichtungen.
Das zu vermessende Objekt wird vorteilhafterweis auf einen im Wesentlichen einfarbigen mittigen Bereich der Unterlage positioniert. Weiterhin wird wenigstens ein Träger, der zwei op¬ tisch unterschiedliche Markierungen an unterschiedlichen Stellen trägt, auf das zu vermessende Objekt angebracht. Vor¬ teilhaft ist eine Anbringung an und/oder in Bohrungen
und/oder charakteristischen Stellen der Objektoberfläche, für die eine genaue Winkelbestimmung ermöglicht werden soll.
Anschließend wird eine Mehrzahl von Bildern des Objektes bzw. der Objektoberfläche mit wenigstens einer Kamera aus unter¬ schiedlichen Raumrichtungen aufgenommen. Hierbei können die Aufnahmen mit genau einer Kamera erfolgen, die verfahrbar um das Objekt angeordnet ist, oder durch eine Mehrzahl von orts¬ festen Kameras. Durch das Verfahren werden somit Aufnahmen für alle auf der Oberfläche charakteristischen Bereiche, ins¬ besondere für Bohrungen, erfasst. Die Aufnahme des gleichen Objektes unter verschieden Raumrichtung ermöglicht vorteilhafterweise eine anschließende dreidimensionale Rekonstrukti¬ on des Objektes. Besonders vorteilhaft ist, dass die aufge¬ nommen Bilder die Informationen über die Beschaffenheit der Oberfläche des Objektes beinhalten. Ist der Träger beispiels¬ weise an und/oder in einer Bohrung angebracht und auf wenigs¬ tens zwei Bildern aus unterschiedlichen Richtungen zu sehen, so kann auch die Position des Trägers und somit die Position der Bohrung ermittelt werden.
Der Träger der Markierungen kann vorteilhafterweise nadeiförmig ausgebildet sein. Dadurch kann der Träger in beispielsweise Bohrungen eingeführt werden. Die durch die Nadelform vorgegebene Richtung stimmt hierbei im Wesentlichen mit der Richtung der Bohrung überein. Zweckmäßig ist auch eine
Schraube als Träger, die in Bohrungen, die ein Gewinde auf¬ weisen, vorteilhafterweise eingeschraubt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die optischen Markierungen des Trägers eine unterschiedliche Farbe auf. Mit anderen Worten sind die Markierungen Farbmarkierungen. Durch die unterschiedliche Farbe sind die Markierungen auf farbigen Bildern gut zu unterscheiden. Beispielsweise führt auch eine unterschiedliche Musterung der optischen Markierungen, die farbig und/oder schwarz-weiß sein kann, zu einer ausreichendend Trennbarkeit der Markierungen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die optischen Markierungen kugelförmig ausgebildet sein. Der Vorteil einer kugelförmigen Ausbildung ist, dass diese für jede Aufnahme¬ richtung auf den aufgenommen zweidimensionalen Bilder stets die gleiche vollkreisförmige Form besitzen. Dadurch eignen sich die Kugeln besonders gut zu einer computerunterstützen Auswertung. Insbesondere eine rot und eine grün lackierte Ku¬ geln sind vorteilhaft, da sich die zwei Farben Grün und Rot optisch besonders gut trennen lassen. Beispielsweise können die Kugeln am Ende eines nadeiförmigen Trägers bzw. einer Na- del angebracht sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Anordnung eine in einem mittigen Teilbereich einfarbige Unterlage auf¬ weisen. Vorteilhaft ist eine Unterlage, die im mittigen Teil- bereich eine Farbe aufweist, die nicht Wesentlich auf der Oberfläche des zu vermessenden Objektes vorkommt. Dadurch kann das zu vermessende Objekt, welches zweckmäßigerweise sich im mittigen farbigen Bereich auf der Unterlage befindet, eindeutig von der Unterlage und von den optischen Markierun- gen unterschieden werden. Vorteilhaft ist zudem eine Farbe für den mittigen Teilbereich der Unterlage, die im Wesentlichen keiner Farbe der optischen Markierungen entspricht. So erweist sich bei einer roten und grünen Farbmarkierung und bei einem im Wesentlichen gräulich farbigen Objekt ein blau eingefärbter mittiger Teilbereich als besonders vorteilhaft.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann ein Rand der Unterlage weitere optische Positionsmarkierungen, insbesondere kreisförmige Positionsmarkierungen, aufweisen. Die optischen Positionsmarkierungen sind vorteilhaft bei einer Berechnung der dreidimensionalen Koordinaten bzw. der dreidimensionalen Position der wenigstens einen Kamera. Weiterhin ermöglichen die Positionsmarkierungen eine frei einstellbare Positionie¬ rung der wenigstens einen Kamera, da die dreidimensionale Po- sition der Kamera durch die auf den Bildern aufgenommen optischen Markierungen ermittelt werden kann. Dadurch kann das zu vermessende Objekt im Wesentlichen beliebig ausgerichtet auf den mittigen Teilbereich der Unterlage positioniert werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann eine räumliche Position von wenigstens einer Kamera relativ zur Unterlage durch optische Positionsmarkierungen berechnet werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung, wird dies durch optische Positionsmarkierungen an einem Rand der Unterlage ermöglicht. Hierbei wird die dreidimensionale Position der wenigstens einen Kamera für jedes aufgenommene Bild be¬ rechnet .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann eine automatisierte Erkennung bzw. Trennung von dem zu vermessenden Objekt und der Unterlage mittels eines Computers ausgeführt werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Unterlage in einem mittigen Teilbereich einfarbig ist und insbesondere eine Farbe auf¬ weist, die im Wesentlichen keiner Farbe auf der Objektoberfläche entspricht. Dadurch kann die automatisierte Trennung von Objekt und Unterlage signifikant verbessert werden. Wei¬ ter kann durch die Trennung die Objektkontur erkannt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die räumliche Position des zu vermessenden Objektes mittels eines Computers be¬ rechnet werden. Dadurch wird die Position des Objektes, ins¬ besondere die Position von charakteristischen Oberflächen- merkmalen, wie beispielsweise Bohrungen, dreidimensional er- fasst. Hierbei ist es zweckmäßig Koordinaten zu verwenden, die den in einem CAD-Programm verwendeten Koordinaten entsprechen (CAD-Koordinatensystem) . Dadurch werden die gemessenen Koordinaten, d.h. die räumliche Position des Objektes, vergleichbar mit den Koordinaten im CAD-Programm. Zudem können die dreidimensionalen Koordinaten der Kamera für jedes Bild berechnet werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung können die aufgenommenen Bilder der Oberfläche, insbesondere als
Texturierung, auf eine Oberfläche eines im CAD-Programm vorliegenden CAD-Modells des Objektes übertragen werden. Dies wird durch die Ermittlung aller relevanten dreidimensionaler Koordinaten ermöglicht. Dadurch ergibt sich eine dreidimen- sionale Darstellung des zu vermessenden Objektes, insbesonde¬ re der Objektoberfläche, mit der Ist-Textur. Dies ermöglicht einen quantitativen Vergleich der Ist-Textur der Objektoberfläche mit der Soll-Textur. Zweckmäßigerweise können auch Ei- genschaften der Außengeometrie, beispielsweise Umrisse, zum Vergleich herangezogen werden. Sollte es an einer Stelle der Objektoberfläche nicht möglich sein, die gemessene und die nach dem CAD-Modell erwartete Objektkontur und/oder Objekt- textur in Übereinstimmung zu bringen, so liegt an dieser
Stelle ein Fehler der Geometrie und/oder der Oberfläche des Objektes vor.
Es ist vorteilhaft wenigstens zwei Bilder des Trägers aus zwei unterschiedlichen Raumrichtungen aufzunehmen. Dadurch wird eine dreidimensionale Bestimmung der Position des Trä¬ gers ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden die optisch unterschiedlichen und räumlich getrennten Markierungen auf dem Träger automatisiert mittels eines Computers erkannt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann aus den automatisiert erkannten Markierungen eine Schnittgerade berechnet werden. Hierbei befinden sich vorteilhafterweise zwei Markie¬ rungen auf dem Träger bzw. den aufgenommen Bildern, da eine Schnittgerade durch zwei räumlich getrennte Punkte in eindeu¬ tiger Weise definiert ist. Durch die Aufnahme eines zweiten Bildes der gleichen Markierungen unter einer neuen Raumrich- tung ergibt sich eine weitere Schnittgerade. Durch Stereomet¬ rie, also durch den Schnitt der beiden ermittelten Schnittgeraden, kann die dreidimensionale Position des Trägers gemäß den Koordinaten eines CAD-Koordinatensystems bestimmt werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier bevorzugter Aus¬ führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängte Zeich¬ nung beschrieben, in der
Figur 1 eine dreidimensionale Anordnung zur dreidimensionalen
Oberflächenvermessung eines Objektes zeigt,
Figur 2 eine dreidimensionale Darstellung des Trägers mit
zwei Farbmarkierungen verdeutlicht, Figur 3 ein Flußdiagramm zur Bestimmung eines Winkels einer Bohrung darstellt. Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der Anordnung 1 zur Vermessung eines Objektes 14, das auf einen mittigen Teilbereich 10 einer Unterlage 8 aufliegt. Weiterhin befinden sich am Rand der Unterlage 8 optische Positionsmarkierungen 6. Figur 1 zeigt zudem eine Bohrung 16 und einen Träger 2, insbesondere einen nadeiförmigen Träger 2, der zwei farbig unterschiedliche Farbmarkierungen 4 aufweist.
Der Träger ist hierbei innerhalb einer Bohrung 16 angebracht, deren hier nicht gezeigter Winkel 26 bezüglich eines CAD- Koordinatensystems 28 bestimmt werden soll. Hierbei kann der Träger 2 beispielsweise eine Nadel und/oder Schraube sein, die in die Bohrung 16 eingebracht ist.
Die Bestimmung bzw. die Berechnung der dreidimensionalen Po- sition des Objektes 14 und/oder des Trägers 2, wird durch eine Mehrzahl von Kameras 12 ermöglicht, die Bilder unter unterschiedlichen Raumrichtungen des zu vermessenden Objektes 14 aufnehmen. Werden die Bilder in einem hier nicht dargestellten Computer miteinander verknüpft bzw. in Beziehung ge- stellt, so lässt sich die dreidimensionale Position des Ob¬ jektes 14 und/oder des Trägers 2 berechnen. Anschließend kann beispielsweise in einem CAD-Programm ein Ist-Modell des Ob¬ jektes 14 konstruiert werden. Durch den Vergleich des Ist- Modells mit einem Soll-Modell, das ebenfalls als Modell im CAD-Programm vorliegt, können Fehler, insbesondere Fehler der Oberfläche des Objektes 14 und/oder Fellstellungen von Bohrungen 16, erkannt werden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind fünf Kameras 12 und ent- sprechend fünf unterschiedliche Raumrichtungen dargestellt. Auch Ausführungen mit mehr und/oder weniger Kameras 12 sind möglich. Beispielsweise können auch mit nur einer Kamera 12, die verfahrbar um das Objekt 14 angeordnet ist, die Aufnahmen unter unterschiedlichen Raumrichtungen gewonnen werden. Hierbei kann die Verfahrbarkeit elektronisch, wie beispielsweise bei einem 3D-Handscanner, erfolgen. Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Trägers 2, der in die Bohrung 16 eingebracht ist. Weiterhin zeigt Figur 2 zwei Kameras 12, die unter unterschiedlichen Raumrichtungen 20, 22 ein vorteilhafterweise farbiges Abbild des Trägers 2 und der Farbmarkierungen 4 aufnehmen. Für jede der beiden Aufnahmen kann eine Schnittgerade 18, die durch die Farbmar¬ kierungen 4 eindeutig bestimmt ist, berechnet werden. Hierbei weisen die Farbmarkierungen 4 vorteilhafterweise eine unterschiedliche Farbe auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Träger 2 nadeiförmig und die Farbmarkierungen 4 sind farbige Kugeln.
Figur 3 zeigt ein Flußdiagramm des Verfahrens zur Bestimmung eines Winkels 26 unter dem die Bohrung 16 in das Objekt 14 eintritt .
In einem ersten Schritt Sl wird der Träger 2 mit den Farbmarkierungen 4 in die Bohrung 16, die sich im Objekt 14 befindet, eingebracht. In einem zweiten Schritt S2 werden durch eine automatisierte Erkennung 24, insbesondere durch eine computerunterstützte Erkennung, die Farbmarkierungen 4 des Trägers 2 auf den Aufnahmen erkannt. In einem dritten Schritt S3 wird eine eindeutig bestimmte Schnittgerade 18, die durch die Mittelpunkte der erkannten Farbmarkierungen verläuft, berechnet. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Schnittgeraden für jede Aufnahme unter unterschiedlichen Raumrichtungen errechnet werden. Wiederum kann dies mittels eines Computers ausgeführt werden.
In einem vierten Schritt S4 wird unter Bezug auf ein CAD- Koordinatensystem 28 ein Winkel 26, der dem Winkel der Boh- rung 16 entspricht mittels der berechneten Schnittgeraden 18 ermittelt. Dadurch wird der Winkel 26 bzw. der Ist- Eintrittswinkel 26 der Bohrung 16 in das Objekt 14 ermittelt. Dies ermöglicht einen Vergleich des Ist-Eintrittswinkels 26 mit dem Soll-Eintrittswinkel der Bohrung 16.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung eines Objektes (14), die wenigstens eine Kamera (12) zur Auf- nähme des Objektes (14) aus unterschiedlichen Raumrichtungen und einen Computer mit einem Programm, insbesondere einem CAD-Programm, zur Auswertung der aufgenommen Bilder umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (1) wenigstens ei¬ nen Träger (2) mit zwei optisch unterschiedlichen Markierun- gen (4) aufweist, die an zwei unterschiedlichen Stellen des Trägers (2) angebracht sind.
2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, bei der der Träger (2) nadeiförmig ausgebildet ist.
3. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Markierungen (4) als farbig unterschiedliche Markierungen (4) aus¬ gestaltet sind.
4. Anordnung nach einem der vorangegangen Ansprüche, bei der die Markierungen (4) kugelförmig ausgebildet sind.
5. Anordnung nach einem der vorangegangen Ansprüche mit einer in einem mittigen Teilbereich (10) einfarbigen Unterlage (8).
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rand der Unterlage (8) weitere optische Positionsmarkei- rungen (6) ausweist.
7. Verfahren zur dreidimensionalen Oberflächenvermessung eines Objektes (14), bei dem insbesondere eine Anordnung (1) gemäß einem der vorangegangen Ansprüche verwendet wird und das wenigstens die folgenden Schritte aufweist:
Wenigstens einmalige Positionierung eines zu vermessenden Ob- jektes (14) auf einen mittigen Bereich (10) einer Unterlage (8) ; Anbringung eines Trägers (2) an das zu vermessende Objekt (14), wobei der Träger (2) wenigstens zwei optisch unterschiedliche Markierungen (4) aufweist;
Aufnahme von einer Mehrzahl von Bildern des Objektes (14) mit wenigstens einer Kamera (12) aus unterschiedlichen Raumrichtungen .
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine räumliche Position von einer Kamera (12) relativ zur Unterlage (8) mittels opti- scher Positionsmarkierungen (6) berechnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem eine automatisierte Erkennung (24) bzw. Trennung von dem zu vermessenden Objekt (14) und der Unterlage (8) mittels eines Computers ausgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die räumliche Position des Objektes (14) auf der Unterlage (8) mittels eines Compu¬ ters berechnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die aufgenommen Bilder auf eine Oberfläche eines im CAD-Programm vorliegenden CAD-Modells des Objektes übertragen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei der wenigstens zwei Bilder des Trägers (2) aus zwei unterschiedlichen Raumrichtungen (20, 22) aufgenommen werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine automatisierte Erkennung (24) von zwei optisch unterschiedlichen Markierungen (4) mittels eines Computers stattfindet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem aus den erkannten optischen Markierungen (4) eine Schnittgerade (18) berechnet wird.
EP14709597.0A 2013-06-18 2014-03-04 Fotobasiertes 3d-oberflächen-inspektionssystem Withdrawn EP2989418A1 (de)

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