WO2019238505A1 - Verfahren zur bestimmung des strahlverlaufs eines messstrahls einer interferometrischen messvorrichtung und messvorrichtung zur interferometrischen vermessung eines messobjekts - Google Patents

Verfahren zur bestimmung des strahlverlaufs eines messstrahls einer interferometrischen messvorrichtung und messvorrichtung zur interferometrischen vermessung eines messobjekts Download PDF

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measuring
measurement
measurement object
spatial
measuring device
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PCT/EP2019/064708
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Bernd Armbruster
Matthias Schüssler
Bernd Heinen
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Polytec Gmbh
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    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the beam path of a measuring beam of an interferometric measuring device and a
  • Measuring device for interferometric measurement of a measurement object.
  • measurement devices which have a beam source, preferably a laser beam source, preferably a laser beam source, and a laser beam source.
  • Be laser beam source a detector, a beam splitter and an evaluation unit.
  • an originating beam generated by the radiation source is divided into a measuring beam and a reference beam by means of the beam splitter.
  • the measurement beam is directed to at least one measurement point on the measurement object, and the measurement beam which is at least partially reflected or scattered by the measurement object is superimposed with the reference beam on a detection surface of the detector, so that the detector uses a superimposition or interference signal between the measurement and Reference beam is measurable.
  • Measuring devices designed as a vibrometer, preferably as a laser Doppler vibrometer.
  • the frequency of the measuring beam is influenced by the movement or vibration of the object surface, so that the movement of the object, in particular the oscillation frequency of the object surface, can be inferred from the superimposed signal of the measuring and reference beams.
  • Vibration data not only determine vibration frequency or vibration amplitude, but also the direction of the vibration.
  • An interferometric measuring device however, always detects the vibration in the direction of the vibration.
  • Measuring beam if the measuring beam scattered or reflected by the measuring object runs back in itself (i.e. the optical axis of the measuring beam running towards the measuring object and the optical axis of the measuring beam returning from the measuring object are identical) and in the direction of the bisector if the scattered or reflected measuring beam at an angle to the incident measuring beam runs back (and thus the optical axis of the measuring beam running towards the measurement object and the optical axis of the
  • Measuring devices are used in which the measurement beam scattered or reflected by the measurement object runs back in itself or almost runs back in itself. For these interferometric measuring devices it is therefore desirable to determine the beam path of the optical axis of the measuring beam running towards the object, in particular the angle of incidence of the measuring beam on the object at the measuring point, as the beam path of the measuring beam.
  • Beam course of the measuring beam designates here and in the following the course relevant for the measurement carried out by means of the measuring beam.
  • the beam path therefore preferably contains the optical axis of the to
  • Measuring object running measuring beam can also be equivalent
  • Information is determined, in particular information on a
  • Bisector as previously described. To simplify the description in the present application, the beam path of the measuring beam, its angle of incidence, etc. is always spoken of in the following. However, instead of the measuring beam, this also always includes equivalent information, such as. B. includes the aforementioned bisector.
  • Aim measuring beams at a measuring point from different directions Based on the beam profiles of the beams used for the measurement, in particular Laser beams, the direction-dependent vibration can then be calculated via a transformation matrix, this is also generally referred to as a 3D measurement of a vibration. For this reason, an exact recording of the beam profiles is of great importance.
  • the present invention is therefore based on the object
  • the method according to the invention is preferably designed for execution by means of the measuring device according to the invention, in particular an advantageous embodiment thereof.
  • the measuring device according to the invention is preferably designed to carry out the method according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.
  • the method according to the invention for determining the beam path of a measuring beam of an interferometric measuring device has the following
  • a three-dimensional measurement object model is created, which comprises at least the measurement surface of the measurement object, using the plurality of
  • a beam position image acquisition unit is provided and at least one spatially resolved beam position determination image is taken, at least of the measurement surface of the measurement object, using the beam position image acquisition unit.
  • the spatial position and orientation of the beam position image acquisition unit is determined relative to the measurement object with the aid of the at least one spatially resolved beam position determination image in
  • a process step E takes place Providing a spatial relation between the spatial beam path of the measuring beam of the interferometric measuring device and the position and
  • a method step F Alignment of the beam position imaging unit.
  • the spatial beam path of the measuring beam of the interferometric measuring device is determined relative to the measurement object depending on the relation provided in method step E and the spatial position and orientation of the beam position image acquisition unit relative to the measurement object.
  • the measuring device for interferometric measurement of a measurement object has one or more beam sources for generating at least one measurement beam and at least one reference beam, a detector and one
  • the measurement beam is directed to at least one measurement point on the measurement object and the measurement beam which is at least partially reflected or scattered by the measurement object is superimposed with the reference beam on a detection surface of the detector, so that by means of the detector an overlay or interference signal between the measurement and reference beam is measurable.
  • the measuring device preferably has a beam source, in particular one
  • Laser beam source and at least one beam splitter.
  • an originating beam generated by the beam source is transferred into the at least one measuring and at least one by means of the beam splitter
  • the beam source is thus preferably designed as a laser beam source;
  • the original beam is thus preferably a laser beam.
  • the frequency of the measuring beam is influenced by the movement or vibration of the object surface, so that from the superimposition signal of the measuring and reference beam onto the movement of the object, in particular the
  • Vibration frequency of the object surface can be inferred.
  • the measuring device is thus designed as an interferometric measuring device.
  • the measuring device is preferably designed as a vibrometer, in particular as a laser Doppler vibrometer.
  • the measuring device has a beam position imaging unit and that the evaluation unit is designed to measure the beam path of the
  • the measuring device is advantageously designed
  • the measuring device preferably has at least one measuring head:
  • the measuring head of the measuring device represents an element of the measuring device at which the measuring beam emerges. It is within the scope of the invention that the entire
  • Measuring device is integrated in the measuring head, in particular the measuring head in a preferred embodiment has the beam source for the measuring beam, in particular a laser, optical means for forming an interferometer, preferably with a measuring and a reference beam, in particular a Mach-Zehnder interferometer and the at least one detector and the beam source for the measuring beam, in particular a laser, optical means for forming an interferometer, preferably with a measuring and a reference beam, in particular a Mach-Zehnder interferometer and the at least one detector and the
  • the measuring head has only a subset of the elements of the measuring device
  • the evaluation unit can be arranged outside the measuring head.
  • the beam source can also be arranged outside the measuring head.
  • the measuring device preferably has at least one light guide in order to guide the measuring beam from the radiation source to the measuring head.
  • the interferometer can also be arranged outside the measuring head.
  • the interferometer is preferably connected to the measuring head by means of at least one light guide, in order to guide the measuring beam to the measuring head and to guide the measuring beam reflected and / or scattered on the measuring object, which enters the measuring head again, to the interferometer.
  • the evaluation unit preferably assigns electronic components
  • the evaluation unit is preferably designed as a computer unit.
  • Computer unit one or more data processing elements, in particular electronic components, such as one or more computers, decoders, memory components or other components.
  • the beam path of the measuring beam can be determined by the measuring device, the three-dimensional model created in method steps A and B being used at least for the measuring surface of the measuring object. This results in a considerable simplification for the user, since method step A can be carried out in an uncomplicated manner for the user and the beam path can be determined automatically on this basis.
  • the beam path thus reflects the position and direction of propagation of the beam.
  • the beam path is therefore preferably determined at least by specifying a location point on the optical axis of the beam and also at least one direction of propagation of the beam and / or a second location point on the optical axis of the beam, which is different from the first location point.
  • the beam path thus provides further information, in particular the angle of incidence of the measuring beam on the measuring point of the object in the
  • the invention has the particular advantage that, due to the acquisition of spatially resolved images from different perspectives in method step A, the three-dimensional model according to method step B enables considerably higher accuracy. This also makes the determination of the beam path correspondingly more precise.
  • the design of method step A according to the invention by means of recording spatially resolved images from different perspectives thus forms the basis for a user-friendly and precise determination of the beam path.
  • a three-dimensional model is at least available for the measurement surface of the measurement object. It is therefore not necessary for the user to take his own measurements or to specify certain reference points manually. Likewise, it is not absolutely necessary to add three-dimensional models, such as CAD models, that are created in another way
  • Determination of the beam path in the coordinate system of the measurement object model enables.
  • step A a plurality of spatially resolved measurement object images of at least one measurement surface of the measurement object are taken from different perspectives.
  • the plurality of spatially resolved measurement object images can be recorded with one or more image recording units.
  • Digital cameras in particular cameras with a CCD or CMOS image sensor, are preferably used as the image recording unit, in particular in method step A and / or C. It is also within the scope of the invention to create the respective locally triggered image by means of a scanning method: for example, the use of an image recording unit is within the scope of the invention, in which individual points of the object to be imaged are recorded one after the other in time and from a plurality of separately recorded points
  • spatially resolved image is composed, for example by means of a
  • the image recording unit can also comprise an illumination unit which illuminates the measurement object during the recording of images from the image recording unit.
  • image acquisition units for acquiring the three-dimensional shape of an object which comprise a pattern projection unit, in particular a stripe projection unit and a camera, typically a black and white camera, the camera being used for the location-specific acquisition of a light pattern projected on the object by means of the projection unit ,
  • Such an image recording unit is preferably used to carry out method step A.
  • the image recording unit particularly preferably also comprises a color camera for recording a color image in order to assign a realistic, in particular colored and / or textured, image of the actual surface of the model to the surface of a three-dimensional model of the object. The use of such image recording units is particularly important for carrying out the
  • Process step A advantageous.
  • An image recording unit which, as described above, has a projection unit for projecting a pattern, in particular a stripe pattern, onto the object and an associated camera, in particular a black and white camera.
  • this camera thus captures a spatially resolved image, so that a three-dimensional model can be created from the plurality of spatially resolved images in a manner known per se, in particular according to the method of strip light projection.
  • a further camera, in particular a color camera, as described above is preferably used to record a further camera image for recording the texture of the object, in particular a color image, at the same time or at short intervals after taking a spatially resolved image, preferably without a stripe projection.
  • it is therefore particularly advantageous to alternately record a spatially resolved image with a stripe projection and, in particular at short intervals, without a projection of the stripe pattern: the previously described one
  • Image acquisition unit records both images with projected stripes and images without the stripes in rapid succession.
  • the images without the stripes contain the spatially resolved appearance of the measurement object (texture).
  • pixels of the texture can be assigned to the 3D coordinates determined by the strip projection.
  • 3D coordinates can be assigned to a pixel of the texture.
  • texture information can also be assigned to the three-dimensional model, which corresponds to the actual optical impression of the surface of the model. Because of the short time interval, the perspective and the position of the image recording unit are identical or only slight for the images recorded at the same time or in quick succession
  • the spatially resolved image of the image recording unit being created by a suitable combination of the image information from the plurality of image detectors.
  • a three-dimensional measurement object model which comprises at least the measurement surface of the measurement object, is created by means of the plurality of spatially resolved images according to the measurement surface
  • Process step A The creation is preferably carried out using photogrammetry.
  • Photogrammetric methods are known per se from geodesy and remote sensing. In the meantime, however, photogrammetry is also used to determine the spatial position and / or the three-dimensional shape of an object using a plurality of spatially resolved measurement images.
  • the object mentioned at the outset is therefore also achieved by using photogrammetry to determine the beam path of a measuring beam of an interferometric measuring device.
  • the spatially resolved images are preferably recorded such that there is an overlap with the subsequent image at least in the edge regions. Due to the typical size of the measurement objects for which the method according to the invention is used, the use of methods of short-range photogrammetry is particularly advantageous:
  • One possible embodiment is the determination of unique features in the spatially resolved images and the subsequent triangulation of coordinates.
  • Identifiable features in the spatially resolved images are determined by means of scale-invariant feature transform SI FT, in particular in accordance with US Pat. No. 6,711,293 B1, speeded-up robust features SU RF and similar, known methods. These features are searched for in several of the spatially resolved images and assigned to one another. The assignment is done by an algorithm
  • the image acquisition unit can then calculate the perspectives of the images and determine coordinates based on the feature correspondence, preferably by triangulation.
  • An overview of these and other available processes of this type can also be found at https: // en .wikipedia.orq / wiki / Structure from motion.
  • Another possible embodiment is the use of the known and previously mentioned pattern projection, preferably in the
  • Embodiment of a fringe projection In the case of the pattern projection, the time-consuming search for the suitable neighbors in several of the spatially resolved images is eliminated, and the triangulation can be based on the known relationship between the pattern projection unit and the camera. Here too, a plurality of 3D coordinates are obtained, which are combined into a model in accordance with method step B. Movable measuring devices for recording a plurality of spatially resolved images of an object and creating one
  • image recording units typically also have a projection unit for projecting a pattern, in particular for projecting strips for the method of strip light projection.
  • a beam position image acquisition unit is provided and at least one spatially resolved beam position determination image is acquired, at least of the measurement surface of the measurement object using the beam position imaging unit.
  • any image acquisition unit can be used as the beam position image acquisition unit, the spatial relationship of which to the beam path of the measurement beam can be provided in accordance with the method claim E explained in more detail below, in particular one of the image acquisition units described above.
  • Measuring devices for the interferometric measurement of an object which already have an image recording unit.
  • Image acquisition unit is used, for example, to enable the user to view the measurement surface on a screen of the measurement device.
  • image recording units are typically with the
  • Measuring device connected, in particular measuring devices are known in which one or more measuring heads and an image recording unit are arranged on a common holding device. It is therefore advantageous to use such an image recording unit as a beam position image recording unit.
  • step D the spatial position and is determined
  • the present invention is based on the basic principle that the beam path in a coordinate system of the spatially resolved measurement object model can be determined with the aid of a spatial reference of the beam position image acquisition unit relative to the measurement object on the one hand and the beam path relative to the beam position image acquisition unit on the other hand.
  • a first step is carried out using the spatially resolved beam position determination image and the three-dimensional one
  • Measurement object model and / or the plurality of spatially resolved measurement object images
  • the determination of the position and orientation of a three-dimensional model in a spatially resolved image is known from the prior art, for example from: DOI: 1 0.1 1 09 / I CCV.201 7.23.
  • the then known position and orientation make it possible to determine for each pixel of the associated spatially resolved image whether it represents part of the surface of the three-dimensional model. If it represents a part of the surface of the three-dimensional model, the closest known 3D coordinates of the surface of the three-dimensional model can be determined and the 3D coordinates of the part of the surface determined in the respective pixel of the spatially resolved point by a suitable interpolation is pictured .
  • Beam position image acquisition unit the associated 3 D coordinates in the
  • spatially resolved image has to be determined relative to the three-dimensional model; in the specific case, the position and orientation of the beam position image acquisition unit relative to the three-dimensional measurement object model is determined thereby.
  • Method step D can in this case optionally include fitting a measurement object adjustment model, for example from CAD or FE data, to the measurement object model according to one of the methods described below in connection with method step E, the position and orientation of this to the measurement object. Adjustment model adapted to the model then instead of or in addition to this for identifying the position and orientation of the beam position image acquisition unit relative to the measurement object and / or for determining the measurement object.
  • a measurement object adjustment model for example from CAD or FE data
  • step E a spatial relation is provided between the spatial beam path of the measuring beam of the interferometric one
  • Measuring device and the position and orientation of the beam position imaging unit are measuring device and the position and orientation of the beam position imaging unit.
  • the spatial relationship between two objects can also initially not yet contain specific parameters, the determination of which is necessary in order to actually be able to actually carry out a coordinate transformation between the coordinate systems of the two objects or to enable the display of both objects in the same coordinate system.
  • relation between two objects can be predetermined by a relation, but the distance between the two objects can only be contained in the relation as a parameter to be determined. The determination of the distance is then also necessary for a complete coordinate transformation.
  • a relation can also
  • angles of rotation about two mutually perpendicular axes which describe the alignment of the second object relative to the first object.
  • the spatial relationship between the beam path and the position and orientation of the beam position imaging unit can be provided directly as a spatial relation.
  • a spatial relation which alone does not yet represent a spatial reference, since it initially still contains indefinite parameters. Only after these initially as yet undetermined parameters of the spatial relation have been determined is there a spatial reference, and a spatial assignment can then take place between the spatial beam path of the measuring beam of the interferometric measuring device and the position and orientation of the beam position image recording unit.
  • At least one spatial relation is preferably provided which has only one or two parameters to be determined, which cannot be determined in a simple manner by calibration or by providing a measuring device for its direct determination, as will be described in the following.
  • the measuring device has a
  • Beam straightening unit for directing the measuring beam onto several different measuring points.
  • the beam direction of the measuring beam is therefore unknown, for example, if the position and orientation of the beam straightening unit, in particular a housing of the measuring device, is known, since this can optionally be changed by specifying control parameters for the beam straightening unit.
  • the beam straightening unit preferably has at least one, particularly preferably two movable optical mirrors in order to pass the measurement beam
  • a location point can be specified which is always on the optical axis of the measuring beam or which is always in a predetermined spatial reference to this. This can be, for example, a point on a deflection mirror of the beam straightening unit or an axis of rotation of a deflection unit.
  • Control parameters changes in order to apply a measuring point to the measuring beam, so in the preferred embodiment described, a relation between the spatial beam path of the measuring beam can nevertheless interferometric measuring device and the position and orientation of the
  • Beam position imaging unit can be specified according to method step E.
  • typical beam straightening units have two degrees of freedom, for example the deflection of the measuring beam in an x direction and a y direction perpendicular to this.
  • Typical beam straightening units are thus controlled using two independent control parameters.
  • the beam path is thus preferably predetermined as a function of two parameters to be determined, as described above, by means of the relation, the two parameters to be determined being the control parameters or variables corresponding to them.
  • Beam path of the measuring beam is predetermined relative to the beam straightening unit.
  • the spatial relationship between the beam directing unit and the beam position image acquisition unit is additionally known, it is also possible to use the known control parameters to specify a fixed spatial position of the beam path relative to the spatial position and orientation of the beam position image acquisition unit, for example by means of the evaluation unit.
  • the known control parameters to specify a fixed spatial position of the beam path relative to the spatial position and orientation of the beam position image acquisition unit, for example by means of the evaluation unit.
  • there is a spatial reference and no further parameters have to be determined in order to establish a spatial reference between the beam position image recording unit and the beam path of the measuring beam, in particular to indicate the beam path of the measuring beam in a coordinate system of the beam position image recording unit ,
  • beam straightening units in which the beam direction can be determined using additional measuring devices, for example position or angle measuring devices, which measure travel paths or tilt angles.
  • additional measuring devices for example position or angle measuring devices, which measure travel paths or tilt angles.
  • the measured values can be used
  • Measuring devices a fixed spatial position of the beam path relative to the spatial position and orientation of the beam position imaging unit and / or the beam directing unit are specified. Here, too, no further parameters have to be determined in order to establish a spatial relationship between
  • Calibrated beam straightening units are also conceivable, in which additional parameters are described as described by means of additional measuring devices determined and used to determine the beam path.
  • additional parameters are described as described by means of additional measuring devices determined and used to determine the beam path.
  • a fixed spatial position of the beam path relative to the spatial position and orientation of the beam position image recording unit can again be specified by means of the control parameters and using the measured values of the additional measuring devices.
  • no further parameters have to be determined in order to establish a spatial relationship between
  • Beam straightening units or beam straightening units with additional measuring devices for the direct determination of otherwise unknown parameters are limited.
  • the control method for the beam path is not known and is not possible in a simple manner with the means usually available, the method according to the invention can be used.
  • the method according to the invention allows one or two beam parameters that are not otherwise determined or ascertainable to be determined, as will be described in the subsequent method step F.
  • the spatial beam path of the measuring beam of the interferometric measuring device and the position and orientation of the beam position image recording unit is provided, which is still dependent on one or two parameters to be determined, the spatial beam path of the measuring beam of the interferometric measuring device can be relative to the method using the inventive method
  • Measurement object can be determined.
  • the spatial relation is advantageously specified as a spatial reference, in particular as a fixed spatial position of the beam path relative to the spatial position and orientation of the beam position image recording unit.
  • the arrangement of the measurement beam relative to the beam position imaging unit is known and can be predefined in a simple manner. It must be beneficial in this Embodiment thus no further parameters can be determined.
  • the position and orientation of the beam position imaging unit and the beam path are in one
  • the measuring device has a beam position imaging unit which is stationary with the interferometric
  • Measuring device in particular connected to a measuring head of the interferometric measuring device. This allows the spatial relationship between the position and orientation of the beam position imaging unit and the
  • Beam path of the measuring beam can be determined and specified once.
  • Measuring devices in which the spatial relationship between the measuring beam path and the position and orientation of the beam position image recording unit is fixed have the disadvantage that the user has to move the entire measuring device in order to direct the measuring beam to a desired point.
  • the beam position imaging unit and at least one measuring head of the interferometric measuring device are arranged on a common holding device, the measuring head being arranged pivotably in one or two axes relative to the beam position imaging unit and / or being displaceable relative to the beam position image recording unit.
  • the user can thus achieve a desired beam alignment by rotating and / or moving the measuring head.
  • the measuring head can thus achieve a desired beam alignment by rotating and / or moving the measuring head.
  • Measuring device on one or more position or angle detectors, which detect the position of the measuring head selected by the user, in particular one or more angles of rotation and / or one or more displacement positions.
  • the evaluation unit is connected to the detector (s) and designed to determine the missing information as a function of measurement signals from the detector or detectors, in particular a displacement position and / or a tilting position of a measuring head relative to the holding device and / or the beam position image recording unit.
  • no additional determination of parameters is necessary, since a spatially fixed relationship between the measuring beam path and position and orientation of the beam position image acquisition unit is based on the values of the position or
  • Angle detectors can be determined.
  • the spatial relation in method step E is preferably provided by means of a measuring device model, which preferably comprises at least the position and orientation of the beam position image recording unit relative to the beam path of the measuring beam.
  • a measuring device model is thus advantageously provided in those cases in which the spatial relation between position and orientation of the beam position image recording unit is relative to
  • Beam path of the measuring beam is not known. This can be the case if the spatial conditions are fundamentally unknown or if
  • Units with known dimensions are used, but there are setting options for the user.
  • process step E includes a
  • Measuring device model which comprises at least one measuring head element of a measuring head of the interferometric measuring device, which is in a predetermined spatial reference to the measuring beam and comprises at least one beam position imaging unit element, which in one
  • a spatial relation in particular a spatial relationship, can be established between the spatial beam path of the measuring beam of the interferometric measuring device and the position and orientation of the
  • Beam position imaging unit can be provided.
  • the measuring device model is thus used to enable an assignment of geometric data of the measuring beam to the spatial position and orientation of the beam position image recording unit.
  • the spatial relationship between the spatial beam path of the measuring beam and the position and orientation of the beam position image recording unit is preferably provided as a spatial reference, so that no further determination of parameters is therefore necessary.
  • a measuring head element is preferably specified with a predetermined reference to the measuring beam path, so that after determining the spatial reference of the measuring head element for the position and orientation of the beam position image recording unit, no parameters have to be determined. It is also within the scope of the invention that the measuring head element and a relation between the beam path and the measuring head element are specified, so that subsequently in method step F the determination of at least one parameter, in particular one or two parameters, must also take place.
  • the measuring head element is an alignment element, such as a fulcrum of the measuring head, and the distance between the measuring beam and the fulcrum is specified as a relation.
  • the spatial relationship of the fulcrum to the position and orientation of the beam position imaging unit is known, but not the actual orientation of the measuring head at the fulcrum, which can be described, for example, by two angles. As already described, these two angles therefore represent two parameters which are to be determined in method step F, unless they are determined directly by means of additional measuring devices.
  • the measuring head element is preferably stored as a complete schematic representation of the measuring head in which the course of the measuring beam is defined. The sub-areas that are not required can then be hidden for later use.
  • the beam position image acquisition unit element is analogously in a predetermined spatial reference to the beam position image acquisition unit, so that when the position and orientation of the beam position image acquisition unit element is known, the position and spatial orientation of the beam position image acquisition unit can be determined by the predetermined reference.
  • a beam position imaging unit element can be an element of the housing of a camera.
  • the predefined reference is the spatial reference of the beam position image recording unit element to the recording location of the image recording unit.
  • the measuring device model can be specified, in particular based on CAD data, FE data or other previous steps for
  • spatially resolved images are used to create the
  • Measuring device model used Process step E therefore advantageously has the following process steps: Egg. Acquisition of a plurality of spatially resolved measuring device images, which comprise at least the measuring head element and the beam position imaging unit element, from different ones
  • Measuring head element and the beam position imaging unit element by means of the plurality of spatially resolved measuring device images.
  • Measurement device model necessary data can be recorded by recording the spatially resolved images.
  • Another advantageous feature of Measurement device model necessary data can be recorded by recording the spatially resolved images.
  • Method steps A and B take place: It is within the scope of the invention that all spatially resolved images according to method steps A and B take place: It is within the scope of the invention that all spatially resolved images according to method steps A and B take place: It is within the scope of the invention that all spatially resolved images according to method steps A and B take place: It is within the scope of the invention that all spatially resolved images according to method steps A and B take place: It is within the scope of the invention that all spatially resolved images according to method steps A and
  • Method step Ei can be recorded using the same image recording unit.
  • image recording units for creating the spatially resolved images is within the scope of the invention, in particular a first one
  • Image acquisition unit for performing method step A and a second image acquisition unit for performing method step Ei are integrated in process step A.
  • the spatially resolved images for creating the measuring device model are preferably recorded by means of an image recording unit named for method step A.
  • the three-dimensional model is preferably created by means of photogrammetry, particularly preferably as described in method step B.
  • a measuring head adjustment model is specified which at least schematically comprises the measuring head element and a radiation position image acquisition unit adjustment model is specified which at least schematically comprises the beam position image acquisition unit.
  • the beam path of the measuring beam is predefined at least in the measuring head adjustment model. In particular, at least in the measuring head adjustment model is preferred
  • the beam path in the adjustment model is dependent on two parameters to be determined, in particular two angles of rotation of the measuring head.
  • the measuring head adjustment model and / or the beam position image acquisition unit adjustment model comprise schematic models that, for example, are based on CAD data, FE data or other preceding steps for providing a
  • the measuring head adjustment model comprises a schematic structure of the measuring head, in particular only a schematic structure of the measuring head.
  • the shape of the measuring head in particular only a schematic structure of the measuring head.
  • Measuring head or specified by parts of the measuring head Measuring head or specified by parts of the measuring head. Often point
  • Measuring heads simply geometric shapes. In particular are approximately
  • cylindrical or cuboid measuring heads are known, or measuring heads whose shape can be approximated from a combination of fewer cylinders and cuboids.
  • a particularly process-economic manner a
  • Approximately geometric structure such as a cylinder or cuboid or a combination of cylinders and cuboids, can be specified as a matching model. I differ from that previously described
  • the method step additionally includes a comparison of the comparison model with a measuring device model, which was created by acquiring several spatially resolved images from several perspectives, in particular as described above.
  • the beam position / image acquisition unit adjustment model is preferably designed analog.
  • a matching model preferably the measuring head matching model, preferably has a predetermined reference to the measuring beam as additional information.
  • the predefined model thus contains or represents the measuring head element Measuring head element.
  • the result is a measuring device model which comprises the model based on the plurality of spatially resolved images from different perspectives and the information of the measuring head adjustment model, in particular with the predetermined reference to the measuring beam.
  • the comparison of the measuring device model with the measuring head adjustment model and with the beam position image acquisition unit adjustment model is also called “fitting” and can be carried out using method steps known per se, preferably as follows:
  • the procedure is divided into two sequential steps.
  • the transformation is determined, which transforms the respective adjustment model into the measuring device model (rotation and translation). This process is commonly referred to as global registration.
  • the transformation is then refined in such a way that the point clouds from the measuring device model and the matching model are brought to best coverage. Based on the determined transformation, any points and vectors that are associated with the
  • Matching model are linked, then transformed into the measuring device model, z.
  • FPFH Fast Point Feature Histograms
  • an iterative closest point (I CP) algorithm is often used to improve the comparison, e.g. B. according to DOI: 1 0.1 1 09 / I M.2001 .924423. This determines from the point cloud of the
  • Measuring device model the points with the smallest distance in Adjustment model and adjusts the transformation so that its distance is minimized (point-to-point).
  • the selected points are filtered based on a limit value. In several iteration steps, the transformation is improved and more and more points are selected and covered.
  • the transformation is improved and more and more points are selected and covered.
  • the surface normal can also be used for point spacing (point-to-plane).
  • the measuring device model can also be transformed into the adjustment model.
  • the results are equivalent.
  • Matching models can be derived from CAD models. Points are interpolated on the known surfaces and, if necessary, the surface normals for each point are calculated using the triangles.
  • a schematic adjustment model can be stored that describes the measuring head based on geometric basic objects (cuboid, cylinder, sphere, etc.). For the basic objects, points with any density can be calculated on their surfaces and the surface normal can also be determined.
  • geometric basic objects cuboid, cylinder, sphere, etc.
  • the matching model is described below as an exemplary embodiment. There will be a CAD model of the entire measuring head and one of the lens
  • a measuring device model is provided, which additionally contains measurement data.
  • a holding device for the measuring head is used, which contains at least one position detector.
  • the measuring head is on the
  • Holding device arranged that the position of the measuring head can be changed relative to the holding device and the position and / or the
  • the determination of the beam path in method step F is also possible if only one relation is specified in method step E, in which parameters still have to be determined:
  • the measuring device is designed such that between position and
  • a relation is predetermined by the measuring device, in particular a relation which is dependent on at least one, preferably two, parameters to be determined. These parameters are preferably determined in method step F, as explained in more detail below.
  • the spatial relationship is therefore specified in method step E as a function of at least one, preferably at least two, parameters to be determined, particularly preferably exactly two parameters.
  • the parameter or parameters still to be determined z. B. describe:
  • Position detectors are dispensed with these detectors or at least no complete spatial reference can be determined by means of the detectors, so that at least one parameter to be determined still remains.
  • a complete determination of the spatial reference between the measurement beam path and the position and orientation of the beam position image acquisition unit thus requires a determination of the parameters mentioned, for example an angle of rotation one adjustment option around an axis of rotation, two angles of rotation at one
  • the relation according to method step E is thus predetermined, however, it is still necessary to determine one or two parameters for the complete provision of the spatial reference; or
  • Beam position image recording unit is specified for the holding device.
  • step E is advantageously used
  • Measuring device model which comprises at least one measuring head element of a measuring head of the interferometric measuring device, which is in a predetermined spatial relationship to the measuring beam and comprises at least one beam position image recording unit element, which in one
  • the measuring device model merely specifies a relation between the measuring head element and the measuring beam and, according to this advantageous embodiment, parameters are still to be determined even when using a measuring device model and are determined in particular in method step F.
  • the beam path is advantageously determined in each case by means of the method for a plurality of measurement beams of a plurality of measurement devices.
  • Method step E provides the spatial relation between the position and orientation of the beam position imaging unit and the spatial beam path of each measuring beam.
  • measuring points on the measuring object can be measured simultaneously and / or a measuring point can be measured beams with different angles of incidence of the measuring beams on the measuring object
  • Method steps A to C are measured so that vibration information can be determined in several dimensions. It is sufficient to carry out the Method steps A to C.
  • the same beam position image acquisition unit is advantageously used for all measuring devices, so that method step D also only has to be carried out once.
  • method step E a spatial relation between each measuring device and the beam position imaging unit can be provided.
  • a spatial relation to another measuring device can be provided for one or more measuring devices, provided that a spatial relation to the beam position imaging unit can be determined at least indirectly for each measuring device.
  • step F the spatial beam path of the measuring beam of the interferometric measuring device relative to the measurement object is determined depending on the relation provided in process step E and the spatial position and orientation of the beam position image acquisition unit relative to the measurement object according to process step D. It is therefore preferably the spatial one
  • the spatial beam path can be specified, for example, by specifying a location point on the optical axis of the measuring beam and specifying a measuring beam propagation direction. Likewise, the spatial beam path can take place by specifying two different points on the optical axis of the measuring beam.
  • method step F it is advantageous to design method step F such that in method step F the measurement beam path is carried out by performing
  • Process step Fi and at least one of process steps Fii and Fiii is determined:
  • Fiii Determination of the coordinates of a second location in the measurement object model, which lies on the optical axis defined by the measurement beam or in a predetermined spatial reference to it and is different from the location used in FIG is.
  • the determination of the measurement beam path by Fi and Fii is advantageous since, as described above, a location according to Fi and the measurement beam propagation direction according to Fii can often be determined based on the geometry or spatial configuration, in particular by means of a measuring device model. It is also within the scope of the invention to carry out all steps Fi, Fii and Fiii. In this case, there can be an over-determined system that enables a higher accuracy in the determination of the beam path, or that can be used in the case that only a spatial relation with parameters to be determined is provided in method step E to determine initially unknown parameters, as will be explained in more detail below and in the exemplary embodiments.
  • three dimensional measurement object model can be assigned and in particular its spatial coordinates can also be assigned.
  • the beam position determination image and the associated points in the three-dimensional measurement object model with the aid of at least one spatially resolved beam position determination image in combination with the three-dimensional measurement object model and / or the plurality of
  • F.b Determining the point of incidence of the measuring beam and / or the auxiliary beam on the measuring surface on the basis of the spatially resolved image of the beam position image recording unit and the assignment rule in accordance with F.a.
  • the beam position image recording unit it is advantageous to temporarily darken the image (in particular by closing an aperture of a camera of the image recording unit and / or shortening the exposure time), so that preferably essentially only the measuring beam and / or auxiliary beam is captured by the camera and in particular one
  • the pixel coordinates of the measuring beam and / or auxiliary beam are preferably determined by a suitable averaging of pixel coordinates with brightnesses above a threshold value.
  • This method is also preferably used to determine the location coordinates of the impingement points in the measurement object model when using multiple beam impingement points of measurement and / or auxiliary beams. In this case, it can be advantageous to irradiate only one point sequentially in order to obtain a clear one
  • the beam path of the measuring beam can be described in the same coordinate system as the beam position image recording unit. Since the spatial position and orientation of the beam position imaging unit relative to the measurement object is again known from method step D, the spatial beam path of the measurement beam of the interferometric measurement device relative to the measurement object can then be determined in a simple manner. This takes place, depending on whether the spatial beam path in method step E was indicated by a point on the measuring beam and a direction vector or two points on the measuring beam, by method steps Fi and Fii or Fi and Fiii.
  • Measuring beam of the interferometric measuring device It is preferably used as one of the two locations in method step Fi and Fiii and can optionally be combined with a second point from method step Fi or Fiii or a direction vector according to method step Fii in order to determine the spatial beam path of the measuring beam relative to the measurement object.
  • the method according to the invention can itself be used to determine the remaining unknown parameters:
  • step E there is a spatial relationship between the spatial beam path of the measuring beam and the position and orientation of the beam position image acquisition unit, which is not a spatial reference, but does
  • Measuring beam impact point on the measurement object From this, those values for the unknown parameters can be determined for which the calculated one Impact point coincides with the actually measured impact point, which then correspond to the actual values of the previously unknown parameters. These actual parameter values can then be used to translate the spatial relationship between the beam path of the measuring beam and the position and orientation of the beam position / image acquisition unit into a spatial relationship in this situation as well.
  • the spatial beam path of the measuring beam relative to the measuring object can thus be determined from the spatial reference now available, as well as the spatial position and orientation of the beam position image acquisition unit known from method step D, relative to the measurement object.
  • the unambiguous determination of the unknown parameters using this procedure preferably works well if only one realistic parameter set belongs to the actually measured measuring beam impact point on the object, which arithmetically results in the same point of impact. Since the measuring beam impingement points typically span a two-dimensional space, represented by the two dimensions of the images of the beam position / image recording unit, this situation is usually given when the unknown parameters have one or two linearly independent parameters such as, for example, B. independent angles, independent linear displacements or independent combinations thereof. However, situations are also conceivable in which more than two unknown parameters can be determined using the described procedure, namely if, even with this plurality of parameters, for each actually measured
  • Measuring beam impact point on the object also only belongs to a single realistic parameter set, which arithmetically results in the same point of impact. This can be the case, for example, if there are several locking coarse adjusters and several continuous fine adjusters, so that each can be reached
  • the result is the actual values for the parameters sought, with which the spatial beam path of the measurement beam relative to the measurement object can be determined, as described above.
  • an interferometric measurement is preferably carried out on the measurement object, in particular a measurement for determining vibration data, and the interferometric measurement is evaluated taking into account the course of the measurement beam.
  • the measuring device according to the invention is preferably designed as a vibrometer for carrying out a vibration measurement by means of the measuring beam.
  • the measuring beam is directed to a measuring point on the measuring object and the measuring beam reflected and / or scattered by the measuring object passes through the beam path of the measuring device again in order to use the reference beam
  • the measuring device preferably has at least one detector in order to detect the interference signal.
  • the desired measurement data in particular vibration data and / or a speed of the movement of the surface of the object at the measurement point, can be determined from the interference signal.
  • the previously mentioned evaluation unit is preferably used.
  • the basic design of the measuring device can be, in a manner known per se, an interferometer, in particular a vibrometer as described above, preferably a heterodyne
  • Vibrometer be formed.
  • a measuring beam that cannot be detected or can only be detected with insufficient accuracy using conventional image recording units.
  • vibrometers which use laser beams in the infrared range, in particular at a wavelength of 1,550 nm.
  • This is coupled into the beam path of the measuring beam in such a way that the auxiliary beam strikes the same location of the measurement object as the measuring beam.
  • auxiliary beams whose beam path is in a predetermined spatial reference to the measuring beam and whose beam path is not identical to the beam path of the measuring beam, at least in the area of the measurement object.
  • an auxiliary beam of an auxiliary beam source the beam path of which is at least in the area of the measurement object coaxial with the measurement beam, so that the auxiliary beam strikes the same location on the measurement surface as the measurement beam.
  • a large number of interferometric measurements use a laser beam with a wavelength in the
  • auxiliary beams in which one or more auxiliary beams are used, it is also advantageous to use a or use multiple laser sources generated laser beams as auxiliary beams.
  • Auxiliary beams within the scope of the invention in particular also light beams from LEDs or other light sources, for example as position lasers, line lasers, crosshair lasers, line projectors, crosshair projectors or others
  • Pattern generators with imaging unit etc. are pronounced.
  • the measurement surface can be a partial surface of the surface of a measurement object.
  • the spatially resolved images can additionally encompass the surrounding area of the measurement object, for example a footprint for the measurement object and / or a background surface.
  • the measurement object can thus also comprise one or more measurement objects and one or more surfaces, in particular installation surfaces or background surfaces.
  • the measurement surface can therefore also include surfaces that are not the surface of a measurement object.
  • one or more measurement points are arranged on a surface that is not the surface of a measurement object, for example on a background or installation surface.
  • the measurement surface preferably comprises at least the area of the measurement object or objects in which measurement points are to be arranged during a later interferometric measurement.
  • the coordinate system of the measurement object model and any other models, in particular a measurement device model, can be selected in a manner which is conventional per se.
  • Coordinate system advantageous, but also the use of other coordinate systems within the scope of the invention, for example cylinder coordinates or spherical coordinates.
  • the measurement object model and / or the measurement device model can be designed in the manner known per se from photogrammetry for detecting the shape of three-dimensional objects.
  • the three-dimensional model further preferably comprises texture information of the object, in particular one or more spatially resolved images of the appearance of the
  • Measurement surface and further preferably for each point of the surface with 3D coordinates the associated pixel coordinates in the
  • texture coordinates spatially resolved images of the measuring surface
  • the three-dimensional model therefore preferably comprises a list of points on the surface of the object, each with 3D coordinates and texture coordinates, and a list of triangles which approximate the surface of the measurement object, in which the corner points are components of the list of points and the texture I nformation of the surface using the triangles, preferably by projecting onto the triangles.
  • “specified” or “provided” in relation to data means that the corresponding information is available and can be used, for example is stored on a data memory and can be read out by means of a corresponding reading unit for further processing of the information.
  • “specified” or “provided” in relation to data means that the corresponding information is available and can be used, for example is stored on a data memory and can be read out by means of a corresponding reading unit for further processing of the information.
  • a given information can follow from further described method steps and as a result of these
  • Process steps can be predetermined, in particular by preferred
  • Process steps are carried out in a different order and / or process steps are combined and / or a process step is integrated in another process step.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows a second embodiment of an inventive
  • Measuring device with four measuring heads
  • Figure 3 shows the measuring head of the first embodiment with a measuring head adjustment model
  • Figure 4 shows a third embodiment of an inventive
  • FIG. 5 exemplary embodiments for image recording units
  • FIG. 7 views of the measurement object and a spatially resolved image
  • Measuring device for interferometric measurement of a measurement object
  • the measuring device comprises a measuring head 1, which as
  • the vibrometer comprises a housing with an approximately cuboid rear and an approximately cylindrical front region (2, 3).
  • the vibrometer comprises a beam source designed as a laser for generating a laser beam as a measuring beam.
  • the measuring beam exits the measuring head 1 at a laser exit point 5 at a laser beam exit opening 4.
  • the measuring beam 6 thus has the one shown in broken lines
  • the measuring beam propagation direction 7 lies on the optical axis of the approximately cylindrical front part 3 of the measuring head.
  • the measuring beam 6 strikes a measuring point on the measuring surface
  • the partially reflected and / or scattered measurement beam re-enters the measurement head 1 via the laser beam exit opening 4.
  • the measuring head 1 designed as a vibrometer is as
  • Interferometric measuring device formed and in the present case has an interferometric structure such that the laser beam generated by the laser is divided into the aforementioned measuring beam and a reference beam.
  • the measuring head further comprises a detector and is designed such that the aforementioned reflected and / or scattered measuring beam with the
  • Reference beam is superimposed on the detector to form an optical interference.
  • the measurement signals of the detector become a at the rear end of the cylindrical part 2 of the measuring head via a signal line
  • the evaluation unit 9 comprises a computer unit, which is embodied in a manner known per se comprising a processor and a memory unit in order to determine vibration data from the measurement data of the detector.
  • the measuring device according to FIG. 1 is used to measure a
  • the measurement object 8 has a measurement object 8a, shown schematically as a cuboid.
  • the measuring head 1 is connected to an evaluation unit 9 in order to transmit the measuring signals of the detector of the measuring device arranged in the measuring head 1
  • Interferometric measurement to determine vibration data of the measurement object 8a at the point of impact of the measurement beam 6 and to determine the vibration amplitudes and phases of the vibration to be examined.
  • the evaluation unit 9 is also designed to determine the beam path of the measuring beam 6, as described below in a first exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • the measuring device also has a first, movable image recording unit 10 and a beam position image recording unit 11. Both image recording units are designed to record spatially resolved images; in particular, they can include CCD or CMOS cameras.
  • the first image acquisition unit 10 is movable relative to the measurement object 8 and measurement head 1.
  • the beam position imaging unit 11 is arranged in a fixed position relative to the measuring head 1.
  • a plurality of spatially resolved images of the measurement object 8a are recorded by means of the first image acquisition unit 10.
  • the first image recording unit 10 is designed to carry out a stripe projection and therefore has a camera for capturing spatially resolved images and a projection unit for projecting stripe patterns.
  • the first image acquisition unit 10 is connected to the evaluation unit 9 by means of a cable or alternatively wirelessly.
  • the evaluation unit 9 thus also takes over the storage and processing of the data of the first image acquisition unit 10, as well as of the beam position image acquisition unit 11.
  • the first image recording unit 1 0 generates stripe patterns according to the principle of stripe projection during the recording of the plurality of spatially resolved images, so that in a manner known per se
  • a three-dimensional model is created photogrammetrically by means of the evaluation unit 9 in a method step B, which comprises at least the surface of the measuring object 8a facing the measuring head 1.
  • the three-dimensional model has a triangular polygon mesh that reflects the geometric shape of this area.
  • the first image recording unit 10 is designed as a commercially available camera or a combination of an illumination unit and one or more cameras. Both black and white as well
  • Color cameras can be used.
  • the image recording unit In addition to the information required to determine the geometry of the measurement surface, the image recording unit also provides information regarding the texture and / or color of the surface, particularly preferably by including a color camera, for example.
  • Topographic 3D model of the object is particularly advantageous because, as described above, the various recorded images can be assigned to one another much better and the location of the respective camera image relative to the 3D model can also be assigned much more precisely.
  • the beam position image recording unit 11 is arranged on the measuring head 1 as described above and is thus provided. By means of the beam position image acquisition unit 11, a spatially resolved beam position determination image of the measurement surface of the measurement object 8 is recorded in a method step C.
  • a method step D the spatial position and orientation of the beam position imaging unit 11 is determined relative to the measurement object 8 with the help of the beam position determination image recorded in method step C in combination with the three-dimensional measurement object model.
  • projected views of a geometry model of the measurement object model are compared with the beam position determination image.
  • Measurement object model the position and orientation of the beam position imaging unit 1 1 is determined so that the projected view with the
  • Beam position determination image matches or at least the best
  • the position and orientation of the beam position image acquisition unit 11 is thus known in the coordinate system of the measurement object model, in the present case a Cartesian x, y, z coordinate system.
  • a method step E provides a spatial relationship between the spatial beam path of the measuring beam 6 and the position and orientation of the beam position image recording unit 11.
  • the spatial beam path of the measuring beam 6 and the position and orientation of the beam position image recording unit 11.
  • Beam position image recording unit 11 has an optical axis 12 which is predetermined by the captured image area.
  • the spatial relation according to the first exemplary embodiment now specifies that the measurement beam path of the measurement beam 6 is parallel to the aforementioned optical axis of the beam position image recording unit 11 and also the spatial relationship in which the two optical axes lie to one another, that is to say it is the distance is predetermined and the direction in which the optical axis of the measuring beam 6 is spaced from the optical axis of the beam position imaging unit 11.
  • the spatial relation thus represents a spatial reference in which no further parameters have to be determined.
  • Coordinate system of the measurement object model can be determined depending on the relation provided in method step E and the spatial position and orientation of the beam position image acquisition unit relative to the measurement object.
  • I n Figure 2 is a second embodiment of an inventive
  • Shown measuring device which has a plurality of measuring heads. To avoid repetition, only the essential differences compared to FIG. 1 are dealt with.
  • Holding device 1 3 on which four measuring heads 1, 1 a, 1 b and 1 c are arranged.
  • the measuring heads each contain the vibrometer, in particular, however, the laser beam outlet opening and optics for receiving the backscattered light. They are all connected to a common evaluation unit (not shown) according to evaluation unit 9 in FIG. 1.
  • the beam position imaging unit 1 1 of the measuring device is also arranged on the holding device 1 3.
  • the four measuring heads are fixed to the holding device 13
  • steps A, B, C and D only have to be carried out once.
  • a spatial relation is provided for each measuring head, which in the present case is designed as a spatial reference, so that the spatial beam path of the respective measuring beam can be determined directly for each measuring head.
  • the measuring heads of the measuring device according to FIG. 2 can be directed to different measuring points on the measuring object 8a in order to carry out a measurement at different measuring points at the same time.
  • the measurement beams can be directed to an identical measurement point on the measurement object 8a in order to measure an oscillation in several spatial directions.
  • the measuring heads are each manually operated by the user about a first axis A and about a second axis B perpendicular thereto
  • the user can thus select the measuring point of each measuring head on the measurement object 8a by pivoting the respective measuring head and then lock the measuring head.
  • two angle detectors are attached to each measuring head, in order to have one for each measuring head
  • All eight angle detectors are also connected to the evaluation unit 9.
  • the evaluation unit 9 is designed to calculate the corresponding angles from the measurement signals of the angle detectors.
  • the evaluation unit can thus convert the spatial relationship predefined for it into a spatial relationship between the beam path of the measuring beam 6 and the position and orientation of the beam position imaging unit 11, and it must no further
  • Parameters can be determined in or for process step F.
  • the spatial beam path of the measurement beam 6 of the interferometric measuring device relative to the measurement object 8 in the coordinate system of the measurement object can thus be determined again in a simple manner in method step F, depending on the relation provided in method step E and the spatial position and orientation of the beam position image acquisition unit relative to the measurement object ,
  • a third embodiment of the method according to the invention is now based on a second sub-variant of the previous embodiment variant of the measuring device according to the invention according to FIG. 2, in which there are adjustment possibilities for the individual measuring heads, just as in the first sub-variant of this exemplary embodiment, but in which there are now no direct measuring possibilities for determining the alignment of the pivoted measuring heads.
  • a spatial relationship between the spatial beam path of the respective measuring beam and the position and orientation of the beam position image recording unit can be provided for each measuring head, initially, however, unlike in the previous sub-variant, no spatial reference.
  • Method step D determined spatial position and orientation of the
  • the location coordinates of the point of incidence of the respective measurement beam on the measurement object 8 are first determined in the measurement object model: for this purpose, as described above, using the beam position image acquisition unit 1 1
  • Method step D determined spatial position and orientation of the
  • Beam position image acquisition unit 1 1 in the coordinate system of the measurement object model, the location coordinates of the point of incidence of the measurement beam 6 on the
  • Measurement object 8a can be determined in the measurement object model. If necessary, the individual measuring beams are switched on and off one after the other, so that by means of several recordings of the beam position / image recording unit, a very simple assignment of the measuring beam impact points to the associated measuring heads can be carried out.
  • Parameter dependent function reaches a certain target value, there are a large number of known methods.
  • a gradient method is used here for this.
  • the spatial relation according to method step E is provided by using a measuring device model, so that measurement data from angle detectors does not have to be used either, and thus one
  • Measuring device which uses this exemplary embodiment of the method according to the invention, also no detectors for detecting the location or
  • a measuring device model is provided in method step E.
  • FIG. 3 the measuring head 1 is shown again, the housing of which has a cuboid part 2 and a cylindrical part 3.
  • a laser beam exit opening 4 with a laser exit point 5, at which the measuring beam 6 leaves the measuring head 1 in the measuring beam propagation direction 7.
  • the laser beam exit opening 4 is designed as a circular ring.
  • the laser exit point 5 is in the middle of the
  • the adjustment model T for this is in FIG. 3 above the measuring head 1
  • This adjustment model T is designed as a line model and, according to the lines shown in dashed lines, has a cuboid and a cylinder which approximately correspond to the cuboid part 2 and cylindrical part 3 of the measuring head 1.
  • the adjustment model T thus comprises the line model shown in dashed lines and the information that in the center of the front of the cylinder
  • Laser exit point 5 is arranged.
  • the measuring beam propagation direction 7 is specified alternatively or additionally in the adjustment model 1 '.
  • a plurality of spatially resolved images are recorded in a method step Ei
  • Measuring device images which in the present case encompass the measuring heads 1, 1 a, 1 b and 1 c, the beam position image recording unit 1 1 and the holding device 1 3 overall.
  • the measuring device images are different
  • a measuring device model is created by means of the plurality of spatially resolved ones
  • Measureasuring device pictures are recorded by means of the first image acquisition unit 1 0.
  • the measurement device model is created photogrammetrically analogously to method step B.
  • Measuring device model i.e. Carrying out the adjustment as described above, the position of the laser exit point 5 at which the respective measuring beam leaves the measuring head is determined for each measuring head.
  • a (not shown) adjustment model for the beam position imaging unit 11 is specified, so that the position and orientation of the beam position imaging unit in the measuring device model is determined in the same way.
  • the position and orientation of the beam position imaging unit 11 in the coordinate system of the measurement object model is known. Furthermore, the position of each laser exit point 5 of the measuring heads is known in the coordinate system of the measuring device model. The position of each can thus also be changed by simple coordinate transformation Laser exit point 5 can be calculated in the coordinate system of the measurement object model.
  • a method step Fi is thus carried out as described above.
  • a method step Fiii is carried out, the coordinates of a point of incidence of a measuring beam being determined in each case: initially only measuring head 1 is switched on, so that only the measuring beam of measuring head 1 impinges on the measurement object 8a. Then a spatially resolved image is recorded by means of the beam position image recording unit 11 and, as previously described, the location coordinates of the point of impact of the
  • Measuring beam of measuring head 1 calculated in the coordinate system of the measuring object model.
  • the measuring beam is known: the laser exit point on the measuring head and the
  • the measuring head adjustment model additionally comprises the information that the
  • Measurement beam propagation direction is parallel to the cylinder axis of the cylindrical part of the measuring head adjustment model. It can be done by simple
  • step Fii the measurement beam propagation direction is calculated in the measurement object model and thus step Fii can be carried out, so that it is not necessary to carry out step Fiii.
  • the spatial beam path is determined for each measuring beam based on the two aforementioned location points.
  • all measuring heads can be switched on at the same time and, as described above, the location coordinates of the points of incidence can be determined via one or more spatially resolved images of the beam position imaging unit.
  • a measuring device model is then also used, as described above, and the position and orientation of the measuring heads are determined by “fitting” the adjustment model as described. The direction vector of the laser is then determined from this for each head and the intersection point with the measurement surface is extrapolated.
  • the impact points determined from the spatially resolved images are assigned to the extrapolated impact points, so that ultimately the laser beam impact points that are simultaneously visible on the spatially resolved images of the beam position / image recording unit can nevertheless be assigned to the respectively associated measuring head.
  • the laser beam path is then determined for each measuring beam by a point determined by the laser vector and the point of incidence.
  • I n Figure 4 is another embodiment of an inventive
  • the measuring head 1 of this exemplary embodiment has a vibrometer 15 and a beam straightening unit 14 designed as a deflection unit.
  • the vibrometer 1 also has a beam splitter (not shown) in order to split the laser beam at the laser beam source of the vibrometer into at least one measuring beam and at least one reference beam and to reflect the reference beam with the object 8a (in the present case an automobile) / or superimpose the scattered measuring beam on a detector to form an optical interference.
  • the laser beam in this exemplary embodiment has a wavelength of 632.8 nm.
  • the vibrometer can be designed as described in DE 1 0 2012 21 1 549 B3.
  • the beam straightening unit 14 is designed here as a deflection unit and has two mirrors which can be rotated by means of galvanometers, so that a mirror scanner for two-dimensional deflection is formed in a manner known per se. For reasons of clarity, two mirrors are shown schematically
  • the measuring beam 6 of the vibrometer 15 passes through the beam straightening unit 14 and strikes a measuring surface of the measurement object 8.
  • the measuring beam 6 can be directed onto a rear area of the car and on floor and wall areas surrounding the car.
  • the measurement object 8 thus comprises the car as the measurement object 8a and wall and floor areas.
  • the measuring surface is the surface that can be acted upon by the measuring beam 6 and thus comprises the surface of the car in a rear area and also wall and floor areas.
  • the aim of the interferometric measurement is to carry out vibration measurements for a plurality of measuring points on the surface of the car in the rear area while the car's engine is running.
  • the measuring device has an evaluation unit 9, which is connected to the vibrometer 15 and the beam straightening unit 14. Control parameters are sent to the beam straightening unit 14 by means of the evaluation unit 9 in order to achieve a desired mirror position. Likewise, the control unit of the beam straightening unit 14 controls the laser beam source of the vibrometer 15 and evaluates the measurement signals of the detector of the
  • the evaluation unit has a signal processing unit and a display and storage unit.
  • the signal processing unit calculates from the
  • Measurement signals from the detector Measured values, which depend on the representation and
  • Storage unit shown on a display and stored in a memory.
  • the measuring device also has a first image recording unit 1 0, which as a movable image recording unit as in the previous ones
  • the measuring head 1 also has the beam position imaging unit 11.
  • Beam position imaging unit 1 1, vibrometer 1 5 and beam straightening unit 14 are arranged in a common housing and fixed to one another.
  • method steps A to D are the same as in the first exemplary embodiment
  • a three-dimensional measurement object model is therefore available. Furthermore, the spatial position and orientation of the beam position imaging unit 11 is determined relative to the measurement object 8.
  • the beam straightening unit 14 is controlled by means of two parameters which describe a deflection of the beam in a first direction by means of the first parameter and in a second direction by means of the second parameter.
  • these two parameters are the two deflection angles for the measuring beam that are actually set by means of the galvanometer mirror. Because of the known geometric location of all
  • Components in the measuring head 1 either from CAD data or from
  • Manufacturing data of the measuring head there is a spatial relationship between the measuring beam of the interferometric measuring device and the beam position imaging unit. This spatial relation becomes a spatial reference only when the two only unknown parameters of the overall system, namely the two initially unknown deflection angles of the measuring beam, are known.
  • the mirror scanner used is a calibrated beam straightening unit, for which an unambiguous one at an earlier point in time by adjustment or measurement
  • Measuring beam was determined. With this assignment, based on the known geometrical position of the components in the measuring head 15, the spatial beam path of the measuring beam relative to the beam position imaging unit can be determined for all set control parameters of the beam directing unit. Since from step D the spatial position and orientation of the
  • Beam position image acquisition unit 1 1 is known relative to the measurement object 8, the spatial beam path of the measurement beam 6 relative to the measurement object, in particular the point of incidence and angle of incidence, can hereby be specified immediately for any set control parameters of the beam directing unit.
  • the mirrors used for rotating the beam deflection are used
  • the galvanometer also has measuring coils, which can be used to measure their actual angular position. The deflection angles of the measuring beam and, consequently, the entire spatial beam path of the measuring beam can then be determined from the measured values obtained, initially only relative to the beam position determination unit, but then also exactly as in the previous variant of the present
  • Method step D determined spatial position and orientation of the
  • Measuring beam calculate the spatial beam path of the measuring beam relative to the measurement object.
  • the associated point of incidence of the measuring beam on the measurement object can also be determined for each deflection angle that can be realized. Since the two deflection angles are spatially independent of each other, each different pair of deflection angles also has a different point of impact on the measurement object. This can now be easily used to determine the associated deflection angles by determining the coordinates of the actual point of impact of the measurement beam on the measurement object: For this purpose, the location coordinates of the point of incidence of the measurement beam on the measurement object 8 are first determined in the measurement object model: For this purpose, as described above, using the beam position image acquisition unit 1 1
  • Method step D determined spatial position and orientation of the
  • Beam position image acquisition unit 1 1 in the coordinate system of the measurement object model, the location coordinates of the point of incidence of the measurement beam 6 on the
  • Measurement object 8a can be determined in the measurement object model.
  • Impact point corresponds.
  • Parameter dependent function reaches a certain target value, there are a large number of known methods.
  • a gradient method or any other method can be used for this purpose
  • the result is the actual deflection angle of the
  • Measuring beam with which the spatial beam path of the measuring beam can be determined relative to the measurement object, as described above.
  • the beam straightening unit which has not been calibrated beforehand can also be used with the aid of the device according to the invention
  • Control parameters of the beam straightening unit and interpolates the results for intermediate control parameters are suitable, so that one
  • Assignment rule between control parameters on the one hand and spatial beam profiles, d. h, for example, receives impact points and angles of incidence on the measurement object.
  • I n Figure 5 are exemplary embodiments of image recording units of the
  • the image recording unit a) is designed as a known, commercially available digital camera with a lens 16.
  • the image recording unit according to b) additionally has a range finder 17.
  • the element provided with reference numeral 17 is designed as an illumination unit for illuminating the measurement object with pulsed and / or modulated light.
  • the transit time (with pulsed light) and / or a phase shift (with modulated light) between the light emitted by the lighting unit 17 and the light received by the digital camera is evaluated in order to determine the distance in a manner known per se, in particular according to the "Time of flight" method to perform.
  • these two cameras can be both movable
  • Image acquisition unit 1 and used as a stationary image acquisition unit 1 1.
  • the image acquisition unit c) is particularly suitable as a movable image acquisition unit 10:
  • the image recording unit according to c) has a color image camera 1 8, a black and white camera 1 9, and a stripe projection unit 20.
  • Stripe projection unit 20 projects a stripe pattern onto the measurement object 8 and in particular the measurement object 8a.
  • a spatially resolved image is recorded by means of the black and white camera 19.
  • the strip projection unit 20 and the black-and-white camera 19 are switched off, and a color image camera with a spatially resolved image is recorded by means of the color image camera 1 8.
  • This process is repeated in short succession.
  • the user guides the movable image recording unit 1 0, which is designed as a handheld device, around the measurement object 4 a, so that a plurality of spatially resolved images is recorded both by means of the black and white camera 1 9 and by means of the color camera 1 8.
  • a three-dimensional model of the measurement object 8 can be created from the images of the black and white camera using the strip projection method known per se.
  • the individual areas of the three-dimensional model, in particular areas of a polygon network of the three-dimensional model can be assigned image components of the color images recorded by means of the color image camera 1 8, so that not only one
  • three-dimensional model is available, but also a color image of the associated surface for each polygon.
  • the image acquisition unit d) has only one beam, which can be directed onto points of the surface of the measurement object by means of two rotatable mirrors of a deflection unit 21 of the image acquisition unit d).
  • the image recording unit d) is designed as a time-of-flight unit: in a scanning method, the measuring beam of the image recording unit d) is directed at a large number of location points on the object. A light pulse is emitted for each location point and the time is measured within which the light point reflected by the object arrives again at the image recording unit d). In a manner known per se, the distance to the object can be at least qualitatively determined from the time difference between sending the light pulse and returning the light pulse. From a comparison of the time periods required for the plurality of
  • the image recording unit d) is therefore suitable for carrying out method steps A and B.
  • the image recording unit d) is then moved relative to the measurement object in order to obtain a further spatially resolved image from a
  • Method step A recorded a plurality of spatially resolved images from different perspectives.
  • FIG. 6 schematically shows a projected view of the measurement object 8 based on the measurement object model and, stylized above, a two-dimensional,
  • spatially resolved image 8 'of the measurement object which was recorded with an image recording unit, preferably the beam position image recording unit.
  • an image recording unit preferably the beam position image recording unit.
  • the direction and preferably also imaging parameters of the image recording unit preferably projected views of the measurement object are compared with the spatially resolved image. The comparison is preferably carried out using identified features of the texture of the measurement object, as shown schematically in FIG. 6 by cross, circle and
  • the position, direction and preferably imaging parameters of the camera are determined in such a way that the projected view matches or at least approximately matches the spatially resolved image. This determines the position and orientation of the image acquisition unit in the measurement object model. This makes it possible, as described above, to use the
  • Image acquisition unit in particular to assign the associated 3D coordinates in the three-dimensional measurement object model to images recorded using the beam position image acquisition unit.
  • FIG. 7 schematically shows a view of the measurement object 8 with a laser beam impact point identified by a point approximately in the middle of the
  • Measurement item 8a a spatially resolved image 8 'is shown, which was recorded with an image recording unit.
  • Image 8 ' also includes the laser beam impact point. As described above, by assigning coordinates of the measurement object model to the pixels of image 8 'and localization of the laser beam impact point in image 8'
  • a point in the measurement object model in particular three-dimensional coordinates in the coordinate system of the measurement object model, can be assigned to the laser beam impact point, in particular in which the position of the
  • Laser beam impact point is located in the camera image and then the points of the geometry model are sought, the projection of which on the camera image is very close to the laser beam impact point in the camera image.
  • the 3D coordinates of the laser beam impact point can finally be determined by interpolating the 3D coordinates of these points of the geometry model.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer interferometrischen Messvorrichtung mit den Verfahrensschritten: A. Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern; B. Erstellen eines dreidimensionalen Messobjekt-Modells; C. Bereitstellen einer Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und Aufnehmen von mindestens einem ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbild; D. Bestimmen der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt; E. Bereitstellen einer räumlichen Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit; F. Bestimmen des räumlichen Strahlverlaufs des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung relativ zum Messobjekt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Messobjekts.

Description

Verfahren zur Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer interferometrischen Messvorrichtunq und Messvorrichtunq zur interferometrischen
Vermessung eines Messobiekts
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer interferometrischen Messvorrichtung sowie eine
Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Messobjekts.
Zur Durchführung von interferometrischen Messungen an einem Messobjekt sind Messvorrichtungen bekannt, welche eine Strahlquelle, vorzugsweise eine
Laserstrahlquelle, einen Detektor, einen Strahlteiler und eine Auswerteeinheit aufweisen . H ierbei wird ein von der Strahlungsquelle erzeugter U rsprungsstrahl mittels des Strahlteilers in einen Mess- und einen Referenzstrahl aufgeteilt. Der Messstrahl wird auf mindestens einen Messpunkt auf dem Messobjekt geleitet, und der zumindest teilweise von dem Messobjekt reflektierte oder gestreute Messstrahl wird mit dem Referenzstrahl auf einer Detektionsfläche des Detektors überlagert, so dass mittels des Detektors ein Ü berlagerungs- oder I nterferenzsignal zwischen Mess- und Referenzstrahl messbar ist.
Zur Erfassung von Schwingungsdaten von Messobjekten sind solche
Messvorrichtungen als Vibrometer, bevorzugt als Laser-Doppler-Vibrometer ausgebildet. Durch die Bewegung oder Schwingung der Objektoberfläche wird die Frequenz des Messstrahls beeinflusst, so dass aus dem Überlagerungssignal von Mess- und Referenzstrahl auf die Bewegung des Objektes, insbesondere die Schwingungsfrequenz der Objektoberfläche rückgeschlossen werden kann .
Für eine Vielzahl von Messsituationen ist es wünschenswert, bei den
Schwingungsdaten nicht nur Schwingungsfrequenz oder Schwingungsamplitude, sondern auch die Richtung der Schwingung zu bestimmen . Eine interferometrische Messvorrichtung erfasst hingegen immer die Schwingung in Richtung des
Messstrahls, wenn der vom Messobjekt gestreute oder reflektierte Messstrahl in sich zurückläuft (d.h . die optische Achse des zum dem Messobjekt hinlaufenden Messstrahls und die optische Achse des von dem Messobjekt rücklaufenden Messstrahls identisch sind ) und in Richtung der Winkelhalbierenden , wenn der vom Messobjekt gestreute oder reflektierte Messstrahl unter einem Winkel zum einfallenden Messstrahl zurückläuft (und somit die optische Achse des zum dem Messobjekt hinlaufenden Messstrahls und die optische Achse des von dem
Messobjekt rücklaufenden Messstrahls diesen Winkel einschließen ).
Ü blicherweise werden für Schwingungsmessungen interferometrische
Messvorrichtungen eingesetzt, bei denen der vom Messobjekt gestreute oder reflektierte Messstrahl in sich zurückläuft bzw. nahezu in sich zurückläuft. Für diese interferometrischen Messvorrichtungen ist es daher wünschenswert, als Strahlverlauf des Messstrahls den Strahlverlauf der optischen Achse des zu dem Objekt hinlaufenden Messstrahls zu bestimmen , insbesondere den Auftreffwinkel des Messstrahls auf das Objekt am Messpunkt.
Für interferometrische Messvorrichtungen , bei denen einfallender und
zurücklaufender Messstrahl einen Winkel zueinander aufweisen , ist es
entsprechend wünschenswert, den Verlauf der Winkelhalbierenden am Messpunkt, durch den ja sowohl einfallender Strahl als auch zurücklaufender Strahl als auch Winkelhalbierende verlaufen , zu bestimmen , insbesondere den Winkel der
Winkelhalbierenden relativ zum Objekt am Messpunkt.
Die Bezeichnung„Strahlverlauf des Messstrahls“ bzw.„Bestimmung des
Strahlverlaufs des Messstrahls“ bezeichnet somit hier und im Folgenden den für die mittels des Messstrahls durchgeführte Messung relevanten Verlauf. Der Strahlverlauf beinhaltet daher bevorzugt die optische Achse des zu dem
Messobjekt hinlaufenden Messstrahls, ebenso können jedoch äquivalente
I nformationen bestimmt werden , insbesondere I nformationen zu einer
Winkelhalbierenden wie zuvor beschrieben . Zur Vereinfachung der Beschreibung in der vorliegenden Anmeldung wird im Folgenden immer vom Strahlverlauf des Messstrahls, von seinem Auftreffwinkel , etc. gesprochen , wobei dies jedoch immer auch anstelle des Messstrahls auch äquivalente I nformationen wie z. B. die vorgenannte Winkelhalbierende mit umfasst.
Häufig ist es gewünscht, die Schwingung in Richtung der Flächennormalen einer den Messpunkt umgebenden Fläche zu bestimmen . Anhand des Auftreffwinkels kann dann die Schwingungskomponente in Richtung der Oberflächennormalen berechnet werden . Ebenfalls gängig sind Messsysteme, welche mehrere
Messstrahlen auf einen Messpunkt aus unterschiedlichen Richtungen richten . Anhand der Strah lverläufe der zur Messung verwendeten Strahlen , insbesondere Laserstrahlen , kann dann über eine Transformationsmatrix die richtungsabhängige Schwingung berechnet werden , allgemein wird dies auch als 3D Messung einer Schwingung bezeichnet. Eine genaue Erfassung der Strah lverläufe ist aus diesem Grund von großer Bedeutung.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine für den
Benutzer vereinfachte Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer interferometrischen Messvorrichtung zu ermöglichen .
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Messvorrichtung gemäß Anspruch 1 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Unteransprüchen .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Ausführung mittels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ausgebildet, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon . Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist bevorzugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer interferometrischen Messvorrichtung weist folgende
Verfahrensschritte auf:
I n einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Aufnehmen einer Mehrzahl von
ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern zumindest einer Messoberfläche des
Messobjekts aus unterschiedlichen Perspektiven . I n einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Erstellen eines dreidimensionalen Messobjekt-Modells, das zumindest die Messoberfläche des Messobjekts umfasst, mittels der Mehrzahl von
ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche. I n einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Bereitstellen einer Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und Aufnehmen von zumindest einem ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbild zumindest der Messoberfläche des Messobjekts mithilfe der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit. I n einem Verfahrensschritt D erfolgt ein Bestimmen der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt mithilfe des mindestens einen ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbildes in
Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell und/oder der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern . I n einem Verfahrensschritt E erfolgt ein Bereitstellen einer räumlichen Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung und der Position und
Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit. I n einem Verfahrensschritt F erfolgt ein Bestimmen des räumlichen Strahlverlaufs des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung relativ zum Messobjekt abhängig von der in Verfahrensschritt E bereitgestellten Relation und der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Messobjekts weist eine oder mehrere Strahlquellen zum Erzeugen zumindest eines Mess- und zumindest eines Referenzstrahls, einen Detektor und eine
Auswerteeinheit auf. Der Messstrahl wird auf mindestens einen Messpunkt auf dem Messobjekt geleitet und der zumindest teilweise von dem Messobjekt reflektierte oder gestreute Messstrahl wird mit dem Referenzstrahl auf einer Detektionsfläche des Detektors überlagert, so dass mittels des Detektors ein Ü berlagerungs- oder I nterferenzsignal zwischen Mess- und Referenzstrahl messbar ist.
Bevorzugt weist die Messvorrichtung eine Strahlquelle, insbesondere eine
Laserstrahlquelle, und zumindest einen Strahlteiler auf. I n dieser bevorzugten Ausführungsform wird ein von der Strahlquelle erzeugter U rsprungsstrahl mittels des Strahlteilers in den zumindest einen Mess- und zumindest einen
Referenzstrahl aufgeteilt. Die Strahlquelle ist somit bevorzugt als Laserstrahlquelle ausgebildet; Der Ursprungsstrahl ist somit bevorzugt ein Laserstrahl .
Durch die Bewegung oder Schwingung der Objektoberfläche wird die Frequenz des Messstrahls beeinflusst, so dass aus dem Ü berlagerungssignal von Mess- und Referenzstrahl auf die Bewegung des Objektes, insbesondere die
Schwingungsfrequenz der Objektoberfläche rückgeschlossen werden kann .
Die Messvorrichtung ist somit als interferometrische Messvorrichtung ausgebildet. Bevorzugt ist die Messvorrichtung als Vibrometer, insbesondere als Laser-Doppler- Vibrometer ausgebildet.
Wesentlich ist, dass die Messvorrichtung eine Strahllage-Bildaufnahmeeinheit aufweist und die Auswerteeinheit ausgebildet ist, den Strahlverlauf des
Messstrahls zu bestimmen . I nsbesondere ist die Messvorrichtung vorteilhafterweise ausgebildet,
A. eine Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern zumindest einer Messoberfläche des Messobjekts aus unterschiedlichen
Perspektiven aufzunehmen ;
B. eine dreidimensionales Messobjekt-Modell , das zumindest die Messoberfläche des Messobjekts umfasst, mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche zu erstellen ;
C. mindestens ein ortsaufgelöstes Strahllage-Bestimmungsbild zumindest der Messoberfläche des Messobjekts mit Hilfe der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit aufzu nehmen ;
D. die räumliche Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt mit Hilfe des mindestens einen ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbildes in Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell und/oder der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern zu bestimmen ;
E. eine räumliche Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bereitzustellen ;
F. den räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der Messvorrichtung relativ zum Messobjekt abhängig von der in Verfahrensschritt E bereitgestellten Relation und der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt zu bestimmen .
Die Messvorrichtung weist bevorzugt zumindest einen Messkopf auf: Der Messkopf der Messvorrichtung stellt ein Element der Messvorrichtung dar, an welchem der Messstrahl austritt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die gesamte
Messvorrichtung in dem Messkopf integriert ist, insbesondere weist der Messkopf in einer bevorzugten Ausführungsform die Strahlquelle für den Messstrahl , insbesondere einen Laser, optische Mittel zum Ausbilden eines I nterferometers, bevorzugt mit einem Mess- und einem Referenzstrahl , insbesondere eines Mach- Zehnder-I nterferometers und den zumindest einen Detektor sowie die
Auswerteeinheit auf. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Messkopf lediglich eine U ntermenge der Elemente der Messvorrichtung aufweist,
insbesondere kann die Auswerteeinheit außerhalb des Messkopfs angeordnet sein . Ebenso kann die Strahlquelle außerhalb des Messkopfs angeordnet sein . I n diesem Fall weist die Messvorrichtung bevorzugt zumindest einen Lichtleiter auf, um den Messstrahl von der Strahlungsquelle zu dem Messkopf zu führen. Ebenso kann das I nterferometer außerhalb des Messkopfs angeordnet sein . Das
I nterferometer ist in diesem Fall bevorzugt mittels zumindest eines Lichtleiters mit dem Messkopf verbunden , um den Messstrahl zu dem Messkopf zu leiten und den am Messobjekt reflektierten und/oder gestreuten Messstrahl , welcher wieder in den Messkopf eintritt, zu dem I nterferometer zu leiten .
Die Auswerteeinheit weist bevorzugt elektronische Komponenten zur
Datenverarbeitung auf, insbesondere einen Prozessor und einen Datenspeicher.
Die Auswerteeinheit ist bevorzugt als Rechnereinheit ausgebildet. Die
Rechnereinheit kann als an sich bekannte Komponente zur Signalauswertung ausgebildet sein , insbesondere als FPGA-Decoder. Ebenso kann die
Rechnereinheit eine oder mehrere Datenverarbeitungselemente, insbesondere elektronische Komponenten aufweisen , wie beispielsweise einen oder mehrere Computer, Decoder, Speicherkomponenten oder weitere Komponenten .
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen
Messvorrichtung kann der Strahlverlauf des Messstrahls bestimmt werden , wobei das in den Verfahrensschritten A und B erstellte dreidimensionale Modell zumindest der Messoberfläche des Messobjekts verwendet wird . H ierdurch wird eine erhebliche Vereinfachung für den Benutzer erzielt, da Verfahrensschritt A für den Benutzer in unaufwendiger Weise durchführbar ist und hierauf basierend automatisiert die Bestimmung des Strahlverlaufs erfolgen kann .
Der Strahlverlauf gibt somit die Position und Ausbreitungsrichtung des Strahls wieder. Der Strahlverlauf wird daher bevorzugt zumindest durch die Angabe von einem Ortspunkt auf der optischen Achse des Strahls und weiterhin zumindest einer Ausbreitungsrichtung des Strahls und/oder eines zweiten Ortspunktes auf der optischen Achse des Strahls, der zu dem ersten Ortspunkt verschieden ist, bestimmt.
Durch den Strahlverlauf stehen somit weitere I nformationen , insbesondere der Auftreffwinkel des Messstrahls auf den Messpunkt des Objekts im
dreidimensionalen Modell , das heißt in einem Koordinatensystem des Messobjekts, zur Verfügung, sodass eine zusätzliche Verarbeitung der Messdaten basierend auf den Daten des Strahlverlaufs erfolgen kann . Die Aufnahme der ortsaufgelösten Bilder aus verschiedenen Perspektiven in Verfahrensschritt A ermöglicht eine erheblich genauere Erstellung eines
dreidimensionalen Messobjekt-Modells: Bei Aufnahmen eines ortsaufgelösten Bildes aus lediglich einer Perspektive können zwar in vielen Messsituationen Ortskoordinaten in zwei Dimensionen bestimmt werden . Für die vorliegende Erfindung ist jedoch insbesondere eine präzise Bestimmung eines
dreidimensionalen Modells relevant, insbesondere, um in Verfahrensschritt D die räumliche Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit zu bestimmen . H ier weist die Erfindung den besonderen Vorteil auf, dass aufgrund der Aufnahme von ortsaufgelösten Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven in Verfahrensschritt A das dreidimensionale Modell gemäß Verfahrensschritt B eine erheblich höhere Genauigkeit ermöglicht. H ierdurch wird auch die Bestimmung des Strahlverlaufs entsprechend genauer. Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes A mittels der Aufnahme von ortsaufgelösten Bildern aus verschiedenen Perspektiven bildet somit die Basis für eine benutzerfreundliche und präzise Bestimmung des Strahlverlaufs.
Nach Durchführung von Verfahrensschritt B liegt ein dreidimensionales Modell zumindest der Messoberfläche des Messobjekts vor. Es ist somit nicht notwendig, dass der Benutzer eigene Messungen vornimmt oder bestimmte Referenzpunkte manuell vorgibt. Ebenso ist es nicht zwingend notwendig, anderweitig erstellte dreidimensionale Modelle, wie beispielsweise CAD-Modelle, zusätzlich
vorzugeben .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein mittels einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern erstelltes dreidimensionales Messobjekt-Modell vorteilhaft mit dem ortsaufgelösten Bild einer Strahllage- Bildaufnahmeeinheit kombiniert werden kann , um den Strahlverlauf des
Messstrahls zu bestimmen : Selbst wenn bei vorbekannten interferometrischen Messvorrichtungen der räumliche Bezug zwischen einer Strahllage- Bildaufnahmeeinheit und dem Messstrahl oder zumindest von Befestigungspunkten eines Messkopfs bekannt ist, besteht allenfalls die Möglichkeit, I nformationen über den Strahlverlauf relativ zur Position und Ausrichtung der Bildaufnahmeeinheit zu erlangen , es fehlt jedoch der Bezug zu dem Messobjekt, insbesondere zu einem Koordinatensystem des Messobjekts. Durch Bestimmen der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt mithilfe des mindestens einen ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbilds in Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell und/oder der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern kann dieser Bezug hergestellt werden , sodass die Erfindung in einer für den Benutzer unaufwendiger Weise die
Bestimmung des Strahlverlaufs im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells ermöglicht.
I n Verfahrensschritt A erfolgt ein Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern zumindest einer Messoberfläche des Messobjekts aus unterschiedlichen Perspektiven . Die Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt- Bildern können mit einer oder mit mehreren Bildaufnahmeeinheiten aufgenommen werden . I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Mehrzahl von
ortsaufgelösten Bildern mittels einer beweglichen Bildaufnahmeeinheit
aufgenommen , insbesondere einer durch den Benutzer bewegten
Bi Id aufnahmeein heit.
Als Bildaufnahmeeinheit insbesondere in Verfahrensschritt A und/oder C werden bevorzugt digitale Kameras verwendet, insbesondere Kameras mit einem CCD- oder CMOS-Bildsensor. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, das jeweilige ortsausgelöste Bild mittels eines scannenden Verfahrens zu erstellen : So liegt die Verwendung einer Bildaufnahmeeinheit im Rahmen der Erfindung, bei welcher einzelne Punkte des abzubildenden Objekts zeitlich nacheinander aufgenommen werden und aus einer Mehrzahl separat aufgenommener Punkte ein
ortsaufgelöstes Bild zusammengesetzt wird , beispielsweise mittels einer
Rechnereinheit.
Die Bildaufnahmeeinheit kann auch eine Beleuchtungseinheit umfassen , die während der Aufnahme von Bildern der Bildaufnahmeeinheit das Messobjekt beleuchtet. So sind Bildaufnahmeeinheiten zum Erfassen der dreidimensionalen Form eines Objekts bekannt, welche eine Musterprojektionseinheit, insbesondere eine Streifenprojektionseinheit und eine Kamera, typischerweise eine Schwarz- Weiß-Kamera umfassen , wobei die Kamera zu einem ortsgenauen Erfassen eines mittels der Projektionseinheit projizierten Lichtmusters auf dem Objekt verwendet wird . Bevorzugt wird eine solche Bildaufnahmeeinheit zur Durchführung von Verfahrensschritt A verwendet. Besonders bevorzugt umfasst die Bildaufnahmeeinheit auch eine Farbkamera zur Aufnahme eines Farbbildes, um der Oberfläche eines erstellten dreidimensionalen Modells des Objekts, eine realistische, insbesondere farbige und/oder texturierte Abbildung der tatsächlichen Oberfläche des Modells zuzuordnen . Die Verwendung solcher Bildaufnahmeeinheiten ist insbesondere zur Durchführung des
Verfahrensschritts A vorteilhaft.
Vorteilhafterweise wird daher eine Bildaufnahmeeinheit verwendet, welche wie zuvor beschrieben eine Projektionseinheit zum Projizieren eines Musters, insbesondere eines Streifenmusters auf das Objekt aufweist und eine zugeordnete Kamera, insbesondere eine Schwarz-Weiß-Kamera. Mit dieser Kamera wird somit bei Projektion des Musters ein ortsaufgelöstes Bild erfasst, so dass aus der Mehrzahl von ortsaufgelöster Bildern in an sich bekannter Weise, insbesondere gemäß dem Verfahren der Streifenlichtprojektion, ein dreidimensionales Modell erstellt werden kann . Bevorzugt wird mittels einer weiteren Kamera, insbesondere einer Farbkamera wie zuvor beschrieben gleichzeitig oder in zeitlich kurzem Abstand nach Aufnehmen eines ortsaufgelösten Bildes zusätzlich ein weiteres Kamerabild zum Aufnehmen der Textur des Objekts, insbesondere ein Farbbild aufgenommen , bevorzugt ohne dass eine Streifenprojektion erfolgt. I nsbesondere ist es somit besonders vorteilhaft, abwechselnd jeweils ein ortsaufgelöstes Bild mit Streifenprojektion und , insbesondere in zeitlich kurzem Abstand , ohne Projektion des Streifenmusters ein Farbbild aufzunehmen : Die zuvor beschriebene
Bildaufnahmeeinheit nimmt in schneller zeitlicher Abfolge sowohl Bilder mit projizierten Streifen wie auch Bilder ohne die Streifen auf. Die Bilder ohne die Streifen enthalten das ortsaufgelöste Aussehen des Messobjekts (Textur).
U nterstützt durch den engen zeitlichen Abstand zwischen den Aufnahmen können den durch die Streifenprojektion bestimmten 3D-Koordinaten jeweils Pixel der Textur zugeordnet werden .
U mgekehrt können einem Pixel der Textur 3D-Koordinaten zugeordnet werden .
Auf diese Weise kann somit dem dreidimensionalen Modell auch Texturinformation zugeordnet werden , welche den tatsächlichen optischen Eindruck der Oberfläche des Modells entspricht. Aufgrund des zeitlich kurzen Abstandes ist die Perspektive und die Position der Bildaufnahmeeinheit bei den zeitgleich oder in schneller zeitlicher Folge aufgenommenen Bildern identisch oder nur geringfügig
abweichend , auch wenn beispielsweise der Benutzer mittels eines handgehaltenen Modells dieses relativ zu dem Objekt bewegt. Ebenso liegt die Verwendung von Bildaufnahmeeinheiten im Rahmen der
Erfindung, welche mehrere ortsaufgelöste Bilddetektoren umfassen , wobei durch geeignete Kombination der Bildinformation aus den mehreren Bilddetektoren das ortsaufgelöste Bild der Bildaufnahmeeinheit erstellt wird .
I n Verfahrensschritt B erfolgt ein Erstellen eines dreidimensionalen Messobjekt- Modells, das zumindest die Messoberfläche des Messobjekts umfasst, mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche gemäß
Verfahrensschritt A. Das Erstellen erfolgt bevorzugt durch die Verwendung von Photogrammetrie.
Photogrammetrische Verfahren sind an sich aus der Geodäsie und Fernerkundung bekannt. I nzwischen wird Photogrammetrie jedoch ebenso zur Ermittlung der räumlichen Lage und/oder der dreidimensionalen Form eines Objekts mittels einer Mehrzahl ortsaufgelöster Messbilder verwendet.
Die eingangs erwähnte Aufgabe ist daher ebenfalls durch die Verwendung von Photogrammetrie zur Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer interferometrischen Messvorrichtung gelöst.
U m eine präzise Bestimmung des dreidimensionalen Modells zu ermöglichen , werden bevorzugt die ortsaufgelösten Bilder derart erfasst, dass zumindest in den Randbereichen eine Ü berlappung mit dem jeweils nachfolgenden Bild vorliegt. Aufgrund der typischen Größenordnung der Messobjekte, für welche das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet, ist insbesondere die Verwendung von Methoden der Nahbereichsphotogrammetrie vorteilhaft:
Eine mögliche Ausgestaltung ist die Bestimmung von eindeutigen Merkmalen in den ortsaufgelösten Bildern und die anschließende Triangulation von Koordinaten . Mittels scale-invariant feature transform SI FT, insbesondere gemäß US 6,71 1 ,293 B 1 , speeded-up robust features SU RF und ähnlichen einschlägig bekannten Verfahren werden identifizierbare Merkmale in den ortsaufgelösten Bildern bestimmt. Diese Merkmale werden in mehreren der ortsaufgelösten Bilder gesucht und einander zugeordnet. Die Zuordnung wird durch einen Algorithmus
durchgeführt, der in etwa passende Nachbarn für die Merkmale in einem
multidimensionalen Raum bestimmt, welcher durch die Feature-Vektoren (SI FT, SU RF, etc.) aufgespannt wird . Beispiele hierfür sind das einfache Ausprobieren (Brüte Force) oder die Fast Library for Approximate Nearest Neighbor Search (FLAN N : Marius Muja and David G . Lowe, "Fast Approximate Nearest Neighbors with Automatic Algorithm Configuration", in I nternational Conference on Computer Vision Theory and Applications (VISAPP'09), 2009). Auch andere Verfahren sind denkbar. Basierend auf den Abbildungseigenschaften der verwendeten
Bildaufnahmeeinheit können dann die Perspektiven der Bilder berechnet und basierend auf den Merkmal-Korrespondenzen Koordinaten ermittelt werden , vorzugsweise per Triangulation . Die mehrfache Durchführung dieser
Koordiantenermittlung ergibt eine Mehrzahl von 3D Koordinaten welche zu einem Modell kombiniert werden . Dies entspricht dem Verfahrensschritt B. Eine Ü bersicht über diese und weitere verfügbare derartige Verfahren findet sich auch unter https://en .wikipedia.orq/wiki/Structure from motion .
Eine weitere mögliche Ausgestaltung hierbei ist die Verwendung der an sich bekannten und zuvor erwähnten Musterprojektion , bevorzugt in der
Ausführungsform einer Streifenprojektion . Bei der Musterprojektion entfällt die aufwendige Suche nach den passenden Nachbarn in mehreren der ortsaufgelösten Bilder, und die Triangulation kann basierend auf der bekannten Beziehung zwischen Musterprojektionseinheit und Kamera erfolgen . Auch hier erhält man eine Mehrzahl von 3D Koordinaten , welche entsprechend Verfahrensschritt B zu einem Modell kombiniert werden . Bewegliche Messvorrichtungen zur Aufnahme einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern eines Objekts und Erstellen eines
dreidimensionalen Modells sind bereits käuflich erwerbbar. Diese
Bildaufnahmeeinheiten weisen typischerweise zusätzlich zu einer Aufnahmeeinheit zum Erfassen des ortsaufgelösten Bildes, insbesondere einer Kamera, auch eine Projektionseinheit zum Projizieren eines Musters, insbesondere zum Projizieren von Streifen für das Verfahren der Streifenlichtprojektion auf.
Bevorzugt wird hierfür einer der nachfolgend genannten , handelsüblich erhältlichen 3 D-Scanner verwendet (die nachfolgend genannten Bezeichnungen sind
Handelsbezeichnungen , deren Rechte bei den jeweiligen I nhabern liegen): Artec Eva, Artec Spider, Creaform GoScan 3D, Creaform Handyscan 3D, Creaform Metrascan 3D.
I n Verfahrensschritt C erfolgt ein Bereitstellen einer Strahllage- Bildaufnahmeeinheit und das Aufnehmen von mindestens einem ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbild zumindest der Messoberfläche des Messobjekts mithilfe der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit. Grundsätzlich kann als Strahllage- Bildaufnahmeeinheit eine beliebige Bildaufnahmeeinheit verwendet werden , deren räumliche Relation zu dem Strahlverlauf des Messstrahls gemäß dem nachfolgend näher erläuterten Verfahrensanspruch E bereitgestellt werden kann , insbesondere eine der zuvor beschriebenen Bildaufnahmeeinheiten .
Es sind Messvorrichtungen zur interferometrischen Vermessung eines Objekts bekannt, welche bereits eine Bildaufnahmeeinheit aufweisen . Eine solche
Bildaufnahmeeinheit wird beispielsweise verwendet, um dem Benutzer eine Ansicht der Messoberfläche auf einem Bildschirm der Messvorrichtung zu ermöglichen . Solche Bildaufnahmeeinheiten sind typischerweise mit der
Messvorrichtung verbunden , insbesondere sind Messvorrichtungen bekannt, bei welchen ein oder mehrere Messköpfe und eine Bildaufnahmeeinheit an einer gemeinsamen Haltevorrichtung angeordnet sind . Es ist daher vorteilhaft, eine solche Bildaufnahmeeinheit als Strahllage-Bildaufnahmeeinheit zu verwenden .
I n Verfahrensschritt D erfolgt ein Bestimmen der räumlichen Position und
Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt mithilfe des mindestens einen Strahllage-Bestimmungsbildes in Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell und/oder der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern .
Wie zuvor beschrieben , liegt der vorliegenden Erfindung das Grundprinzip zugrunde, dass der Strahlverlauf in einem Koordinatensystem des ortsaufgelösten Messobjekt-Modells mithilfe eines räumlichen Bezugs der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt einerseits und des Strahlverlaufs relativ zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit andererseits bestimmbar ist.
I n Verfahrensschritt D erfolgt hierzu ein erster Schritt unter Verwendung des ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbildes und des dreidimensionalen
Messobjekt-Modells und/oder der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt- Bildern .
Dies erfolgt bevorzugt mittels Vergleich des Strahllage-Bestimmungsbildes mit mittels des dreidimensionalen Messobjekt-Modells berechneten Ansichten aus verschiedenen Perspektiven . H ierdurch können automatisiert Aufnahmeort und Aufnahmerichtung des Strahllage-Bestimmungsbildes und somit die Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit im dreidimensionalen Messobjekt- Modell bestimmt werden . Es können somit insbesondere der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit Koordinaten im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells zugeordnet werden :
Die Bestimmung von Lage und Orientierung eines dreidimensionalen Modells in einem ortsaufgelösten Bild ist aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus: DOI : 1 0.1 1 09/I CCV.201 7.23. Durch die dann bekannte Lage und Orientierung kann für jeden Bildpunkt des zugehörigen ortsaufgelösten Bilds bestimmt werden , ob es einen Teil der Oberfläche des dreidimensionalen Modells darstellt. Falls es einen Teil der Oberfläche des dreidimensionalen Modells darstellt, können die nächstgelegenen bekannten 3D-Koordinaten der Oberfläche des dreidimensionalen Modells bestimmt werden und durch eine geeignete I nterpolation die 3D- Koordinaten des Teils der Oberfläche bestimmt werden , die in dem jeweiligen Bildpunkt des ortsaufgelösten Punkts dargestellt wird . Auf jeden Fall ist es durch die Bestimmung der Lage und Orientierung des dreidimensionalen Messobjekt- Modells in einem ortsaufgelösten Bild dann auch möglich , jedem Ort, insbesondere jedem Bildpunkt des ortsaufgelösten Bildes, insbesondere eines Bildes der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit, die zugehörigen 3 D-Koordinaten im
dreidimensionalen Messobjekt-Modell zuzuordnen . Weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in Figur 6 und 7 gezeigt sowie den zugehörigen
Figurenbeschreibungen erläutert.
Durch das beschriebene Verfahren ist es umgekehrt natürlich auch möglich , Aufnahmeort und Aufnahmerichtung der Bildaufnahmeeinheit, die das
ortsaufgelöste Bild aufgenommen hat, relativ zum dreidimensionalen Modell zu bestimmen ; im konkreten Fall wird hierdurch die Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum dreidimensionalen Messobjekt-Modell bestimmt.
Verfahrensschritt D kann hierbei gegebenenfalls das Anfitten eines Messobjekt- Abgleichmodells, beispielsweise aus CAD- oder FE-Daten , an das Messobjekt- Modell gemäß eines der nachfolgend im Zusammenhang mit Verfahrensschritt E beschriebenen Verfahren umfassen , wobei dieses in seiner Lage und Ausrichtung an das Messobjekt-Modell angepasste Abgleichmodell dann statt oder zusätzlich zu diesem zur I dentifizierung der Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt und/oder zur Bestimmung der
Zuordnungsvorschrift zwischen Positionen auf ortsaufgelösten Bildern der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und den zugehörigen Punkten im
dreidimensionalen Messobjekt-Modell herangezogen wird . Dadurch lassen sich in manchen Fällen noch genauere Ergebnisse erzielen .
I n Verfahrensschritt E erfolgt ein Bereitstellen einer räumlichen Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen
Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit.
Die räumliche Relation zwischen zwei Objekten bezeichnet hierbei einen
räumlichen Bezug, bei welchem noch unbekannte Parameter vorliegen können . I m Gegensatz zu einem räumlichen Bezug zwischen zwei Objekten , dessen Vorgeben unmittelbar das Bestimmen einer Koordinatentransformation zwischen einem Koordinatensystem des ersten Objekts und einem Koordinatensystem des zweiten Objekts und damit die Darstellung beider Objekte im selben Koordinatensystem ermöglicht, kann die räumliche Relation zwischen zwei Objekten auch zunächst noch nicht bestimmte Parameter enthalten , deren Bestimmung aber notwendig ist, um eine Koordinatentransformation zwischen den Koordinatensystemen der beiden Objekte letztendlich tatsächlich durchführen zu können bzw. die Darstellung beider Objekte im selben Koordinatensystem zu ermöglichen .
Beispielsweise kann durch eine Relation die räumliche Ausrichtung zweier Objekte zueinander vorgegeben werden , der Abstand zwischen den beiden Objekten jedoch lediglich als noch zu bestimmender Parameter in der Relation enthalten sein . Für eine vollständige Koordinatentransformation ist dann noch zusätzlich die Bestimmung des Abstandes notwendig. Ebenso kann eine Relation die
Ortspositionen zweier Objekte in einem gemeinsamen Koordinatensystem vorgeben , jedoch die Ausrichtung der beiden Objekte zueinander unbestimmt lassen . I n diesem Beispiel können noch zu bestimmende Parameter,
beispielsweise Drehwinkel um zwei zueinander senkrecht stehende Achsen sein, welche die Ausrichtung des zweiten Objekts relativ zu dem ersten Objekt beschreiben . Auch in diesem Fall ist somit die Bestimmung dieser Parameter wie beispielsweise der Drehwinkel notwendig, um eine Koordinatentransformation festlegen zu können bzw. die Darstellung beider Objekte im selben
Koordinatensystem zu ermöglichen . I n Verfahrensschritt E kann als räumliche Relation direkt der räumliche Bezug zwischen dem Strahlverlauf und Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit bereitgestellt werden . Es kann jedoch auch eine räumliche Relation bereitgestellt werden , die allein noch keinen räumlichen Bezug darstellt, da sie zunächst noch unbestimmte Parameter enthält. Erst nach Ermitteln dieser zu nächst noch unbestimmten Parameter der räumlichen Relation besteht dann ein räumlicher Bezug, und es kan n dann eine räumliche Zuordnung zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit erfolgen . Bevorzugt wird zumindest eine räumliche Relation bereitgestellt, die lediglich einen oder zwei noch zu bestimmende Parameter aufweist, die sich nicht auf einfache Weise durch Kalibrieren oder durch Bereitstellen einer Messvorrichtung zu ihrer direkten Ermittlung bestimmen lassen , wie im Folgenden beschrieben wird .
I n einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Messvorrichtung eine
Strahlrichteinheit zum Richten des Messstrahls auf mehrere ortsverschiedene Messpunkte auf. I n dieser vorteilhaften Ausführungsform ist somit beispielsweise bei Kenntnis der Position und Ausrichtung der Strahlrichteinheit, insbesondere eines Gehäuses der Messvorrichtung, dennoch die Strahlrichtung des Messstrahls unbekannt, da diese wahlweise durch Vorgabe von Steuerparametern an die Strahlrichteinheit änderbar ist.
I nsbesondere weist die Strahlrichteinheit bevorzugt zumindest einen , besonders bevorzugt zwei bewegliche optische Spiegel auf, um den Messstrahl durch
Bewegen der Spiegel mittels Vorgabe der Steuerparameter in zu dem gewünschten Messpunkt korrespondierende Positionen zu bringen .
Für typische Strahlrichteinheiten ist ein Ortspunkt vorgebbar, welcher stets auf der optischen Achse des Messstrahls liegt oder stets in einem vorgegebenen räumlichen Bezug hierzu liegt. Dies kann beispielsweise ein Punkt auf einem Ablenkspiegel der Strahlrichteinheit oder einer Drehachse einer Ablenkeinheit sein .
Auch wenn sich somit die Strahlrichtung des Messstrahls abhängig von den
Steuerparametern ändert, um einen gewünschten Messpunkt mit dem Messstrahl zu beaufschlagen , so kann in der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform dennoch eine Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit gemäß Verfahrensschritt E vorgegeben werden . I nsbesondere weisen typische Strahlrichteinheiten zwei Freiheitsgrade auf, beispielsweise die Ablenkung des Messstrahls in einer x-Richtung und einer hierzu sen krecht stehenden y-Richtung. Typische Strahlrichteinheiten werden somit mittels zweier unabhängiger Steuerparameter gesteuert. Es wird somit bevorzugt der Strahlverlauf abhängig von zwei zu bestimmenden Parametern wie zuvor beschrieben mittels der Relation vorgegeben , wobei die zwei zu bestimmenden Parameter die Steuerparameter oder hierzu korrespondierende Größen sind .
Es sind sogenannte kalibrierte Strahlrichteinheiten bekannt, bei welchen bereits eine Zuordnung zwischen den Steuerparametern und dem zugehörigen
Strahlverlauf des Messstrahls relativ zu der Strahlrichteinheit vorgegeben ist.
Ist in diesem Fall zusätzlich der räumliche Bezug zwischen der Strahlrichteinheit und der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bekannt, so ist es auch möglich , mit Hilfe der bekannten Steuerparameter eine feste räumliche Lage des Strahlverlaufs relativ zu der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit anzugeben , beispielsweise mittels der Auswerteeinheit. I n diesem Fall ist somit ein räumlicher Bezug gegeben , und es müssen keine weiteren Parameter mehr bestimmt werden , um einen räumlichen Bezug zwischen Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und Strahlverlauf des Messstrahls herzustellen , insbesondere, um den Strahlverlauf des Messstrahls in einem Koordinatensystem der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit anzugeben .
Entsprechend gibt es auch Strah lrichteinheiten , bei denen die Strahlrichtung anhand von zusätzlichen Messvorrichtungen , beispielsweise Positions- oder Winkelmessvorrichtungen , die Verfahrwege oder Kippwinkel messen , bestimmbar ist. In diesem Fall kann unter Ausnutzung der Messwerte dieser
Messvorrichtungen eine feste räumliche Lage des Strahlverlaufs relativ zu der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und/oder der Strahlrichteinheit angegeben werden . Auch hier müssen dann keine weiteren Parameter mehr bestimmt werden , um einen räumlichen Bezug zwischen
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und Strahlverlauf des Messstrahls herzustellen ; gegebenenfalls wird hier wieder ein bekannter räumlicher Bezug zwischen der Strahlrichteinheit und der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit genutzt.
Es sind auch kalibrierte Strahlrichteinheiten vorstellbar, bei denen außerdem zusätzliche Parameter wie beschrieben mittels zusätzlicher Messvorrichtungen ermittelt und zur Bestimmung des Strahlverlaufs benutzt werden . I n diesem Fall kann wieder mittels der Steuerparameter und unter Ausnutzung der Messwerte der zusätzlichen Messvorrichtungen eine feste räumliche Lage des Strahlverlaufs relativ zu der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit angegeben werden . Auch hier müssen dann keine weiteren Parameter mehr bestimmt werden , um einen räumlichen Bezug zwischen
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und Strahlverlauf des Messstrahls hersteilen zu können .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf kalibrierte
Strahlrichteinheiten oder Strahlrichteinheiten mit zusätzlichen Messvorrichtungen zur direkten Ermittlung ansonsten unbekannter Parameter beschränkt.
Auch bei solchen Strahlrichteinheiten , bei welchen eine Zuordnung von
Steuerparametern zu dem Strahlverlauf nicht bekannt und auch nicht auf einfache Weise mit den üblicherweise zur Verfügung stehenden Mitteln möglich ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden . Insbesondere erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren , selbst einen oder zwei anderweitig nicht bestimmte oder bestimmbare Strahlparameter zu ermitteln , wie im nachfolgenden Verfahrensschritt F beschrieben wird .
Auch bei einer Messvorrichtung mit einer Strahlrichteinheit wie zuvor beschrieben , bei der in Verfahrensschritt E nur eine räumliche Relation zwischen dem
räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bereitgestellt wird , die noch von einem oder zwei zu bestimmenden Parametern abhängig ist, kann somit mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens der räumliche Strahlverlauf des des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung relativ zum
Messobjekt bestimmt werden .
Vorteilhafterweise wird in Verfahrensschritt E d ie räumliche Relation als räumlicher Bezug, insbesondere als feste räumliche Lage des Strahlverlaufs relativ zu der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit vorgegeben . I n dieser vorteilhaften Ausführungsform ist somit die Anordnung des Messstrahls relativ zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bekannt und kann in einfacher Weise vorgegeben werden . Es müssen in dieser vorteilhaften Ausführungsform somit keine weiteren Parameter bestimmt werden . H ierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit sowie der Strahlverlauf in einem gemeinsamen
Koordinatensystem angegeben werden .
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Messvorrichtung eine Strahllage- Bildaufnahmeeinheit auf, welche ortsfest mit der interferometrischen
Messvorrichtung, insbesondere mit einem Messkopf der interferometrischen Messvorrichtung verbunden ist. H ierdurch kann der räumliche Bezug zwischen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und dem
Strahlverlauf des Messstrahls einmalig bestimmt und vorgegeben werden .
Messvorrichtungen , bei welchen der räumliche Bezug zwischen Messstrahlverlauf und Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit fest vorgegeben ist, weisen den Nachteil auf, dass der Benutzer die gesamte Messvorrichtung bewegen muss, um den Messstrahl auf einen gewünschten Punkt zu richten .
I n einer vorteilhaften Ausführungsform sind Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und zumindest ein Messkopf der interferometrischen Messvorrichtung an einer gemeinsamen Haltevorrichtung angeordnet, wobei der Messkopf relativ zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit in einer oder zwei Achsen schwenkbar und/oder relativ zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit verschiebbar angeordnet ist.
Der Benutzer kann somit durch Drehen und/oder Verschieben des Messkopfes eine gewünschte Strahlausrichtung erzielen . Vorteilhafterweise weist die
Messvorrichtung eine oder mehrere Positions- oder Winkeldetektoren auf, welche die vom Benutzer gewählte Position des Messkopfes detektieren , insbesondere einen oder mehrere Drehwinkel und/oder eine oder mehrere Verschiebepositionen . Die Auswerteeinheit ist mit dem oder den Detektoren verbunden und ausgebildet, abhängig von Messsignalen des oder der Detektoren die fehlenden I nformationen zu ermitteln , insbesondere eine Verschiebeposition und/oder eine Kippposition eines Messkopfes relativ zu der Haltevorrichtung und/oder der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit. Auch in dieser vorteilhaften Ausführungsform ist somit keine zusätzliche Bestimmung von Parametern notwendig, da ein räumlich fester Bezug zwischen Messstrahlverlauf und Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit basierend auf den Werten der Positions- oder
Winkeldetektoren bestimmbar ist. Ein Bereitstellen der räumlichen Relation in Verfahrensschritt E erfolgt bevorzugt mittels eines Messvorrichtung-Modells, das bevorzugt zumindest die Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Strahlverlauf des Messstrahls umfasst. Ein Messvorrichtung-Modell wird somit vorteilhafterweise in denjenigen Fällen bereitgestellt, bei denen die räumliche Relation zwischen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum
Strahlverlauf des Messstrahls nicht bekannt ist. Dies kann der Fall sein , wenn die räumlichen Gegebenheiten grundsätzlich unbekannt sind oder, wenn zwar
Einheiten mit bekannten Maßen verwendet werden , jedoch Einstellmöglichkeiten für den Benutzer bestehen .
I n dieser vorteilhaften Ausführungsform wird in Verfahrensschritt E ein
Messvorrichtung-Modell bereitgestellt, welches zumindest ein Messkopfelement eines Messkopfes der interferometrischen Messvorrichtung umfasst, welches in einem vorgegebenen räumlichen Bezug zu dem Messstrahl steht und zumindest ein Strahllage-Bildaufnahmeeinheit-Element umfasst, welches in einem
vorgegebenen räumlichen Bezug zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit steht.
Mittels des Messvorrichtung-Modells kann eine räumliche Relation , insbesondere ein räumlicher Bezug zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bereitgestellt werden . Das Messvorrichtung-Modell wird somit verwendet, um eine Zuordnung geometrischer Daten des Messstrahls zu der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit zu ermöglichen .
Beispiele für Messkopfelemente und einen zugeordneten vorgegebenen Bezug zu dem Messstrahl sind nachfolgend als bevorzugte Ausführungsformen des
Verfahrensschrittes E aufgeführt:
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000022_0001
Bevorzugt wird die räumliche Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit als räumlicher Bezug bereitgestellt, sodass somit keine weitere Bestimmung von Parametern notwendig ist. Insbesondere wird bevorzugt ein Messkopf-Element mit einem vorgegebenen Bezug zu dem Messstrahlverlauf vorgegeben , so dass nach Bestimmung des räumlichen Bezugs des Messkopf-Elementes zur Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit keine Parameter mehr bestimmt werden müssen . Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass das Messkopf-Element und eine Relation zwischen Strahlverlauf und Messkopf-Element vorgegeben werden , so dass nachfolgend in Verfahrensschritt F noch die Bestimmung von mindestens einem Parameter, insbesondere einem oder zwei Parametern erfolgen muss. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn wie oben ausgeführt das Messkopfelement ein Ausrichtelement wie beispielsweise ein Drehpunkt des Messkopfes ist und als Relation der Abstand des Messstrahls zu dem Drehpunkt vorgegeben ist. I n diesem Fall ist somit der räumliche Bezug des Drehpunktes zu der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bekannt, nicht jedoch die tatsächliche Ausrichtung des Messkopfes am Drehpunkt, die beispielswiese durch zwei Winkel beschrieben werden kann . Diese beiden Winkel stellen somit wie bereits beschrieben zwei Parameter dar, welche in Verfahrensschritt F zu bestimmen sind , sofern sie nicht mittels zusätzlicher Messvorrichtungen direkt bestimmt werden .
I n bevorzugter Weise wird das Messkopfelement als vollständige schematische Repräsentation des Messkopfes hinterlegt, in welcher der Verlauf des Messstrahls definiert ist. Bei der späteren Verwendung können dann die nicht benötigten Teilbereiche ausgeblendet werden .
Das Strahllage-Bildaufnahmeeinheit-Element steht analog in einem vorgegebenen räumlichen Bezug zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit, sodass bei Kenntnis der Position und Ausrichtung des Strahllage-Bildaufnahmeeinheit-Elementes die Position und räumliche Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit durch den vorgegebenen Bezug bestimmt werden kann . Beispielsweise kann ein Strahllage- Bildaufnahmeeinheit-Element ein Element des Gehäuses einer Kamera sein . Der vorgegebene Bezug ist in diesem Fall der räumliche Bezug des Strahllage- Bildaufnahmeeinheit-Elementes zu dem Aufnahmeort der Bildaufnahmeeinheit.
Das Messvorrichtung-Modell kann vorgegeben werden , insbesondere basierend auf CAD-Daten , FE-Daten oder anderen vorausgegangenen Schritten zum
Bereitstellen eines Messvorrichtung-Modells.
Vorteilhafterweise werden ortsaufgelöste Bilder zum Erstellen des
Messvorrichtung-Modells verwendet: Vorteilhafterweise weist Verfahrensschritt E daher folgende Verfahrensschritte auf: Ei . Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Messvorrichtungs-Bildern , welche zumindest das Messkopfelement und das Strahllage- Bildaufnahmeeinheit-Element umfassen , aus unterschiedlichen
Perspektiven ;
Eii . Erstellen eines Messvorrichtung-Modells, welches zumindest das
Messkopfelement und das Strahllage-Bildaufnahmeeinheit-Element aufweist, mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messvorrichtungs-Bildern .
Die Verfahrensschritte Ei und Eii dienen somit zum Bereitstellen des
Messvorrichtung-Modells.
I n dieser vorteilhaften Ausführungsform ergibt sich somit der Vorteil , dass zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, die zum Bereitstellen des
Messvorrichtung-Modells notwendigen Daten durch Aufnahme der ortsaufgelösten Bilder erfasst werden . I nsbesondere kann in einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform das Erstellen des Messvorrichtung-Modells analog zu den
Verfahrensschritten A und B erfolgen : Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung, dass sämtliche ortsaufgelöste Bilder gemäß Verfahrensschritt A und
Verfahrensschritt Ei mittels derselben Bildaufnahmeeinheit erfasst werden . Ebenso liegt die Verwendung unterschiedlicher Bildaufnahmeeinheiten zum Erstellen der ortsaufgelösten Bilder im Rahmen der Erfindung, insbesondere einer ersten
Bildaufnahmeeinheit zum Durchführen des Verfahrensschrittes A und einer zweiten Bildaufnahmeeinheit zum Durchführen des Verfahrensschrittes Ei . I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist Verfahrensschritt Ei in Verfahrensschritt A integriert.
Die ortsaufgelösten Bilder zur Erstellung des Messvorrichtung-Modells werden bevorzugt mittels einer zu Verfahrensschritt A genannten Bildaufnahmeeinheit aufgenommen . Die Erstellung des dreidimensionalen Modells erfolgt bevorzugt mittels Photogrammetrie, insbesondere bevorzugt wie bei Verfahrensschritt B beschrieben .
I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Messkopf-Abgleichmodell vorgegeben , welches zumindest das Messkopfelement zumindest schematisch umfasst und ein Strah llage-Bildaufnahmeeinheit-Abgleichmodell vorgegeben , welches zumindest die Strahllage-Bildaufnahmeeinheit zumindest schematisch umfasst. Weiterhin ist der Strahlverlauf des Messstrahls zumindest im Messkopf- Abgleichmodell vorgegeben . I nsbesondere ist im Messkopf-Abgleichmodell bevorzugt zumindest
ein Ort, der auf der vom Messstrahl definierten optischen Achse oder in einem vorgegebenen räumlichen Bezug hierzu liegt und/oder ein durch die Messstrahlausbreitungsrichtung vorgegebener
Richtungsvektor und/oder
der Strahlverlauf im Abgleichmodell abhängig von zwei zu bestimmenden Parametern , insbesondere zwei Drehwinkeln des Messkopfes vorgegeben .
I n einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Messkopf-Abgleichmodell und/oder das Strahllage-Bildaufnahmeeinheit-Abgleichmodell, bevorzugt beide Abgleichmodelle schematische Modelle, die beispielsweise auf CAD-Daten , FE- Daten oder anderen vorausgegangenen Schritten zum Bereitstellen eines
Messvorrichtung-Modells basieren .
I n einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Messkopf- Abgleichmodell eine schematische Struktur des Messkopfes, insbesondere lediglich eine schematische Struktur des Messkopfes. I n dieser vorteilhaften Ausführungsform wird somit lediglich in abstrahierter Weise die Form des
Messkopfes oder von Teilen des Messkopfes vorgegeben . Häufig weisen
Messköpfe einfach geometrische Formen auf. I nsbesondere sind in etwa
zylinderförmige oder quaderförmige Messköpfe bekannt oder Messköpfe, deren Form aus einer Kombination weniger Zylinder und Quader angenähert werden kann . I n besonders verfahrensökonomischer Weise kann daher eine
näherungsweise geometrische Struktur, wie beispielsweise ein Zylinder oder Quader oder eine Kombination aus Zylindern und Quadern , als Abgleichmodell vorgegeben werden . I m U nterschied zu dem zuvor beschriebenen
Verfahrensschritt erfolgt in dieser vorteilhaften Ausgestaltung gemäß zusätzlich ein Abgleich des Abgleichmodells mit einem Messvorrichtung-Modell , welches durch Erfassen mehrerer ortsaufgelöster Bilder aus mehreren Perspektiven erstellt wurde, insbesondere wie zuvor beschrieben . Das Strahllage-Bildaufnahmeeinheit- Abgleichmodell ist bevorzugt analog ausgebildet.
Ein Abgleichmodell , bevorzugt das Messkopf-Abgleichmodell, weist bevorzugt als zusätzliche I nformation einen vorgegebenen Bezug zu dem Messstrahl auf. Das vorgegebene Modell enthält somit das Messkopfelement oder stellt das Messkopfelement dar. Es erfolgt jedoch zusätzlich ein Abgleich mit dem zuvor genannten , auf den ortsaufgelösten Bildern aus mehreren Perspektiven
basierenden Modell , sodass im Ergebnis ein Messvorrichtung-Modell vorliegt, welches das auf der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern aus verschiedenen Perspektiven basierende Modell und die I nformation des Messkopf- Abgleichmodells, insbesondere mit dem vorgegebenen Bezug zu dem Messstrahl umfasst.
Der Abgleich des Messvorrichtung-Modells mit dem Messkopf-Abgleichmodell und mit dem Strahllage-Bildaufnahmeeinheit-Abgleichmodell wird auch„Anfitten“ genannt und kann mittels an sich bekannter Verfahrensschritte erfolgen , bevorzugt folgendermaßen :
Die Vorgehensweise ist hierbei in zwei sequenzielle Schritte gegliedert. Erstens wird die Transformation bestimmt, welche das jeweilige Abgleichmodell in das Messvorrichtung-Modell transformiert (Rotation und Translation). Dieser Vorgang wird allgemein als Globale Registrierung bezeichnet. Anschließend wird die Transformation so verfeinert, dass die Punktwolken von Messvorrichtung-Modell und Abgleichmodell zur besten Deckung gebracht werden . Anhand der bestimmten Transformation können jegliche Punkte und Vektoren , welche mit dem
Abgleichmodell verknüpft sind , anschließend in das Messvorrichtung-Modell transformiert werden , z. B . Messstrahlaustrittspunkt, Messstrahlverlauf oder H ilfsstrahlaustrittspunkt und -verlauf).
Die Globale Registrierung kann beispielsweise über Fast Point Feature Histograms (FPFH ) erfolgen (DOI : 1 0.1 1 09/ROBOT.2009.51 52473). Diese repräsentieren Punkte mit ihren lokalen Eigenschaften (umgebende Punkte, Oberflächennormale etc.) in einem multidimensionalen Raum . Sowohl für das verwendete
Abgleichmodell als auch für das Messvorrichtung-Modell werden diese FPFH berechnet und in einem iterativen Verfahren Punktkorrespondenzen ausgewählt und die resultierende Transformation berechnet. Die Abweichungen nach diesem Schritt sind im Regelfall so klein , dass in einem zweiten Schritt ohne die
Verwendung von FPFH eine Verfeinerung der Transformation erfolgen kann .
Für initial grob ausgerichtete Modelle wird für die Verbesserung des Abgleichs häufig ein Iterative Closest Point (I CP) Algorithmus angewendet, z. B. gemäß DOI : 1 0.1 1 09/I M.2001 .924423. Dieser bestimmt aus der Punktwolke des
Messvorrichtung-Modells die Punkte mit dem geringsten Abstand im Abgleichmodell und passt die Transformation so an , dass deren Abstand minimiert wird (Point-to-Point). Die selektierten Punkte werden anhand eines Grenzwertes gefiltert. I n mehreren Iterationsschritten wird die Transformation verbessert und immer mehr Punkte selektiert und zur Deckung gebracht. Zusätzlich zum
Punktabstand kann auch die Oberflächennormale verwendet werden (Point-to- Plane).
U mgekehrt kann auch das Messvorrichtung-Modell in das Abgleichmodell transformiert werden . Die Ergebn isse sind gleichwertig.
Abgleichmodelle können aus CAD-Modellen abgeleitet werden. Hierbei werden auf den bekannten Oberflächen Punkte interpoliert und ggf. anhand der Dreiecke die Oberflächennormale für jeden Punkt berechnet.
Alternativ kann ein schematisches Abgleichmodell hinterlegt werden , welches den Messkopf anhand von geometrischen Grundobjekten (Quader, Zylinder, Kugel, usw.) beschreibt. Für die Grundobjekte lassen sich auf deren Oberflächen Punkte mit beliebiger Dichte berechnen und ebenfalls die Oberflächennormale bestimmen . Die Verwendung einer Kombination aus CAD-Modell und schematischem
Abgleichmodell wird folgend als beispielhafte Ausführung beschrieben . Es werden ein CAD-Modell des gesamten Messkopfes und eines des Objektivs als
schematisches Modell verwendet:
1 . Berechnung der FPFH sowohl für das CAD-Modell (Abgleichmodell) als
auch für das Messvorrichtung-Modell.
2. Globale Registrierung der beiden Modelle
3. Verfeinerung der Transformation mittels I CP Algorithmus
4. Weitere Verfeinerung der Transformation mittels I CP Algorithmus unter
Verwendung des schematischen Modells.
Ebenso kann die Verwendung eines Messvorrichtung-Modells mit der Verwendung von Positionsdetektoren kombiniert werden : I n einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform wird ein Messvorrichtung-Modell bereitgestellt, welches zusätzlich Messdaten enthält. I n dieser vorteilhaften Ausführungsform wird wie zuvor beschrieben eine Haltevorrichtung für den Messkopf benutzt, welche zumindest einen Positionsdetektor enthält. Der Messkopf ist derart an der
Haltevorrichtung angeordnet, dass die Position des Messkopfes relativ zu der Haltevorrichtung geändert werden kann und die Position und/oder die
Positionsänderung durch den Positionsdetektor detektiert wird , insbesondere wie zuvor beschrieben . Auch in dieser vorteilhaften Ausführungsform ist die räumliche Relation somit als räumlicher Bezug bereitgestellt, der keine weitere Bestimmung von Parametern mehr bedarf.
Die Bestimmung des Strahlverlaufs in Verfahrensschritt F ist jedoch ebenso möglich , wenn in Verfahrensschritt E lediglich eine Relation vorgegeben ist, bei der noch Parameter zu bestimmen sind : I n einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Messvorrichtung derart ausgebildet ist, dass zwischen Position und
Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und Strahlverlauf des Messstrahls eine Relation durch die Messvorrichtung vorgegeben wird , insbesondere eine Relation , welche abhängig von mindestens einem , bevorzugt von zwei zu bestimmenden Parametern ist. Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt bevorzugt in Verfahrensschritt F, wie weiter unten näher erläutert.
I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird daher in Verfahrensschritt E die räumliche Relation abhängig von mindestens einem , bevorzugt von mindestens zwei zu bestimmenden Parametern , insbesondere bevorzugt von genau zwei Parametern vorgegeben . I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass der oder die noch zu bestimmenden Parameter z. B. beschreiben :
einen Ortspunkt auf der optischen Achse des Messstrahls, die Ausbreitungsrichtung des Messstrahls,
einen Drehwinkels, insbesondere bei einer Verstellmöglichkeit des Messkopfes um eine Drehachse,
zweier Drehwinkel, insbesondere bei einer Verstellmöglichkeit des Messkopfes um zwei Drehachsen und/oder
einen Verschiebeweges oder eine Verschiebeposition ,
insbesondere bei einer Verstellmöglichkeit mittels Verschieben .
Eine räumliche Relation mit noch zu bestimmenden Parametern ist beispielsweise auch gegeben , wenn in der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit
Positionsdetektoren auf diese Detektoren verzichtet wird oder zumindest kein vollständiger räumlicher Bezug mittels der Detektoren bestimmbar ist, so dass noch zumindest ein zu bestimmender Parameter verbleibt.
Eine vollständige Bestimmung des räumlichen Bezugs zwischen Messstrahlverlauf und Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit erfordert somit eine Bestimmung der genannten Parameter, beispielsweise eines Drehwinkels, bei einer Verstellmöglichkeit um eine Drehachse, zweier Drehwinkel bei einer
Verstellmöglichkeit um zwei Drehachsen oder eines Verschiebeweges oder einer Verschiebeposition bei einer Verstellmöglichkeit mittels Verschieben .
I n der vorbeschriebenen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit die Relation gemäß Verfahrensschritt E vorgegeben , es bedarf jedoch noch der Bestimmung von einem oder von zwei Parametern zum vollständigen Bereitstellen des räumlichen Bezugs, insbesondere bedarf es einer Ermittlung der durch den Benutzer gewählten Verschiebeposition und/oder
Kippposition des Messkopfs relativ zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit oder des Messkopfs relativ zu der Haltevorrichtung, wenn der räumliche Bezug der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit zur Haltevorrichtung vorgegeben ist.
Vorteilhafterweise wird wie zuvor erwähnt in Verfahrensschritt E ein
Messvorrichtung-Modell bereitgestellt, welches zumindest ein Messkopfelement eines Messkopfes der interferometrischen Messvorrichtung umfasst, welches in einem vorgegebenen räumlichen Bezug zu dem Messstrahl steht und zumindest ein Strahllage-Bildaufnahmeeinheit-Element umfasst, welches in einem
vorgegebenen räumlichen Bezug zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit steht. Ebenso liegt es Rahmen der Erfindung, dass das Messvorrichtung-Modell lediglich eine Relation zwischen Messkopfelement und Messstrahl vorgibt und somit gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform auch bei Verwendung eines Messvorrichtung- Modells noch Parameter zu bestimmen sind und insbesondere in Verfahrensschritt F bestimmt werden .
Vorteilhafterweise wird mittels des Verfahrens für mehrere Messstrahlen mehrerer Messvorrichtungen jeweils der Strahlverlauf bestimmt. H ierbei wird in
Verfahrensschritt E die räumliche Relation zwischen der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und dem räumlichen Strahlverlauf jedes Messstrahls bereitgestellt.
I n einigen Messsituationen ist es wünschenswert, mehrere Messvorrichtungen mit jeweils zumindest einem , bevorzugt genau einem Messstrahl zu verwenden .
H ierdurch können ortsverschiedene Messpunkte auf dem Messobjekt gleichzeitig vermessen werden und/oder ein Messpunkt kann durch Messstrahlen mit unterschiedlichen Auftreffwinkeln der Messstrahlen auf dem Messobjekt
vermessen werden , sodass Schwingungsinformation in mehreren Dimensionen ermittelt werden kann . Hierbei genügt das einmalige Durchführen der Verfahrensschritte A bis C. Vorteilhafterweise wird für alle Messvorrichtungen dieselbe Strahllage-Bildaufnahmeeinheit verwendet, so dass Verfahrensschritt D ebenfalls nur einmalig ausgeführt werden muss. I n Verfahrensschritt E kann eine räumliche Relation zwischen jeder Messvorrichtung und der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit bereitgestellt werden . Ebenso kann für eine oder mehrerer Messvorrichtungen eine räumliche Relation zu einer anderen Messvorrichtung bereitgestellt werden , sofern für jede Messvorrichtung zumindest mittelbar eine räumliche Relation zur Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bestimmbar ist.
Verfahrensschritt E stellt somit gemäß der vorangehenden Ausführung den zweiten Sch ritt dar, um die Grundlage für das Bestimmen des räumlichen Strahlverlaufs gemäß Verfahrensschritt F zu schaffen :
I n Verfahrensschritt F wird der räumliche Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung relativ zum Messobjekt abhängig von der in Verfahrensschritt E bereitgestellten Relation und der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt gemäß Verfahrensschritt D bestimmt. Es liegt somit vorzugsweise der räumliche
Strahlverlauf des Messstrahls in einem Koordinatensystem des Messobjekt- Modells vor. Der räumliche Strahlverlauf kann beispielsweise durch die Angabe eines Ortspunktes auf der optischen Achse des Messstrahls sowie die Angabe einer Messstrahl-Ausbreitungsrichtung angegeben werden. Ebenso kann der räumliche Strahlverlauf durch die Angabe von zwei ortsverschiedenen Punkten auf der optischen Achse des Messstrahls erfolgen .
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, den Verfahrensschritt F so auszugestalten , dass in Verfahrensschritt F der Messstrahlverlauf mittels Durchführen von
Verfahrensschritt Fi und mindestens einem der Verfahrensschritte Fii und Fiii bestimmt wird :
Fi . Bestimmung der Koordinaten im Messobjekt-Modell mindestens eines Ortes, der auf der vom Messstrahl definierten optischen Achse oder in einem
vorgegebenen räumlichen Bezug hierzu liegt;
Fii . Bestimmung des durch die Messstrahlausbreitungsrichtung vorgegebenen Richtungsvektors im Messobjekt-Modell;
Fiii . Bestimmung der Koordinaten eines zweiten Ortes im Messobjekt-Modell, der auf der vom Messstrahl definierten optischen Achse oder in einem vorgegebenen räumlichen Bezug hierzu liegt und ortsverschieden zu dem in Fi verwendeten Ort ist.
I nsbesondere ist die Bestimmung des Messtrahlverlaufs durch Fi und Fii vorteilhaft, da wie zuvor beschrieben häufig aufgrund der Geometrie oder räumlichen Ausgestaltung insbesondere mittels eines Messvorrichtung-Modells ein Ort gemäß Fi und die Messtrahlausbreitungsrichtung gemäß Fii bestimmt werden kann . Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, alle Schritte Fi , Fii und Fiii durchzuführen . I n diesem Fall kann ein überbestimmtes System vorliegen , das eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung des Strahlverlaufs ermöglicht, oder das im Fall, dass in Verfahrensschritt E lediglich eine räumliche Relation mit noch zu ermittelnden Parametern zur Verfügung gestellt wird , dazu benutzt werden kann , die zunächst unbekannten Parameter zu ermitteln , wie weiter unten sowie in den Ausführungsbeispielen genauer erläutert wird .
I n Verfahrensschritt Fiii kann ein beliebiger, zu dem Ort gemäß Fi
ortsverschiedener Punkt, der auf der vom Messstrahl definierten optischen Achse oder in einem vorgegebenen räumlichen Bezug hierzu liegt, bestimmt werden .
Besonders vorteilhaft ist es, in Verfahrensschritt Fi oder in Verfahrensschritt Fiii einen Auftreffpunkt des Messstrahls oder eines H ilfsstrahls auf dem Messobjekt zu verwenden :
H ier zeigt sich ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung: Aufgrund des in den Verfahrensschritten A und B erstellten dreidimensionalen Messobjekt-Modells können einem Punkt auf dem Messobjekt in einfacher Weise Koordinaten im Messobjekt-Modell zugeordnet werden . Dies ist insbesondere auch gerade dann möglich , wenn mittels der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit ein ortsaufgelöstes Bild aufgenommen wird und der genannte Punkt über das Bild der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit definiert oder identifiziert wird , da ja jeder Ortsposition in einem ortsaufgelösten Bild der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit ein Ort im
dreid imensionalen Messobjekt-Modell zugeordnet werden kann und insbesondere auch dessen räumliche Koordinaten zugeordnet werden können .
I nsbesondere ist es vorteilhaft, die Koordinaten von Messstrahlauftreffpunkten und/oder von H ilfsstrahlauftreffpunkten mittels folgender Verfahrensschritte zu bestimmen : F.a Ermitteln einer Zuordnungsvorschrift zwischen den einzelnen Positionen auf einem ortsaufgelösten Bild der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit,
insbesondere dem Strahllage-Bestimmungsbild , und den zugehörigen Punkten im dreidimensionalen Messobjekt-Modell mit Hilfe mindestens eines ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbildes in Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell und/oder der Mehrzahl von
ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern ;
F.b Bestimmen des Auftreffpunkts des Messstrahls und/oder des H ilfsstrahls auf der Messoberfläche anhand des ortsaufgelösten Bild der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit und der Zuordnungsvorschrift gemäß F.a.
Für die Identifikation/Lokalisierung des Strahlauftreffpunktes in einem
ortsaufgelösten Bild , bevorzugt der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit, ist es vorteilhaft, das Bild temporär abzudunkeln (insbesondere durch ein Schließen einer Blende einer Kamera der Bildaufnahmeeinheit und/oder eine Verkürzung der Belichtungszeit) so dass bevorzugt im Wesentlichen nur noch der Messstrahl und/oder H ilfsstrahl mittels der Kamera erfasst wird und insbesondere eine
Ü berbelichtung des Kamerabilds durch den Messstrahl und/oder H ilfsstrahl vermieden wird . Die Bildpunkt-Koordinaten des Messstrahls und/oder Hilfsstrahls werden bevorzugt durch eine geeignete Mittelung von Bildpunkt-Koordinaten mit Helligkeiten oberhalb eines Schwellwerts bestimmt.
Dieses Verfahren wird auch bevorzugt verwendet, um bei Verwenden mehrerer Strahlauftreffpunkte von Mess- und/oder H ilfsstrahlen die Ortskoordinaten der Auftreffpunkte im Messobjekt-Modell zu ermitteln . Hierbei kann es vorteilhaft sein, sequenziell jeweils lediglich einen Punkt zu bestrahlen , um eine eindeutige
Zuordnung zwischen Auftreffpunkt und zugehörigem Strahl bzw. zugehöriger Strahlquelle zu erzielen . Ebenso liegen andere Zuordnungsverfahren im Rahmen der Erfindung, wie beispielsweise eine Modulation der Strahlen , eine
U nterscheidung der Strahlen in Farbe, Größe und/oder Form des Auftreffpunktes oder andere mittels einer Bildaufnahmeeinheit bestimmbare
U nterscheidungsmerkmale.
Da man wie beschrieben jedem Ort in mithilfe der Strahllage-Bestimmungseinheit aufgenommenen Bildern nun die zugehörigen 3 D-Koordinaten im
dreidimensionalen Messobjekt-Modell zuzuordnen kann , ist es natürlich auch sofort für jeden in einem Bild der Strahllage-Bestimmungseinheit identifizierbaren Strahlauftreffpunkt, insbesondere jeden Messstrahlauftreffpunkt, möglich , ihm die zugehörigen 3 D-Koordinaten im dreidimensionalen Messobjekt-Modell zuzuweisen .
Wenn die in Verfahrensschritt E angegebene räumliche Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit sogar ein räumlicher Bezug ist, dann lässt sich der Strahlverlauf des Messstrahls im gleichen Koordinatensystem wie die Strahllage-Bildaufnahmeeinheit beschreiben . Da wiederum aus Verfahrensschritt D die räumliche Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt bekannt ist, lässt sich dann auf einfache Weise auch sofort der räumliche Strahlverlaufs des Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung relativ zum Messobjekt bestimmen . Dies erfolgt, je nachdem, ob der räumliche Strahlverlauf in Verfahrensschritt E durch einen Punkt auf dem Messstrahl und einen Richtungsvektor oder zwei Punkte auf dem Messstrahl angegeben wurde, durch die Verfahrensschritte Fi und Fii bzw. Fi und Fiii .
Zusätzlich lassen sich in dieser Situation auch noch , bevorzugt mittels der
Verfahrensschritte F.a und F.b, die Position bzw. die Koordinaten des
Messstrahlauftreffpunkts auf dem Messobjekt bestimmen . Dadurch ist ein weiterer Punkt auf dem Messstrahl im Messobjekt-Koordinatensystem gegeben . Da dieser Punkt besondere relevant für die Auswertung der interferometrischen Messungen ist, insbesondere für Schwingungsmessungen , und die beschriebene direkte Bestimmung seiner Koordinaten sehr präzise ist, eignet sich dieser Punkt in besonderer Weise für die Bestimmung des räumlichen Strahlverlaufs des
Messstrahls der interferometrischen Messvorrichtung. Er wird bevorzugt als einer der beiden Orte in Verfahrensschritt Fi und Fiii herangezogen und lässt sich wahlweise mit einem zweiten Punkt aus Verfahrensschritt Fi oder Fiii oder einem Richtungsvektor gemäß Verfahrensschritt Fii kombinieren , um den räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls relativ zum Messobjekt zu bestimmen .
Es ist aber auch möglich , diesen Punkt zusammen mit bereits in den
Verfahrensschritten Fi und Fiii bzw. Fi und Fii bestimmten weiteren Punkten oder dem Richtungsvektor zu kombinieren , um dadurch ein eigentlich überbestimmtes zu erhalten , bei dem man durch geeignete optimale Anpassungsverfahren eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung des Strahlverlaufs erreichen kann , Wurde in Verfahrensschritt E eine räumliche Relation angegeben , die zunächst noch unbekannte Parameter enthält, so kann es generell möglich sein , einige oder mehrere hiervon durch geeignete Verfahren gesondert zu bestimmen und dazu zu nutzen, die in Verfahrensschritt E gegebene räumliche Relation zu präzisieren und gegebenenfalls sogar direkt in einen räumlichen Bezug zu überführen , der dann in Verfahrensschritt F wie voranstehend benutzt wird , um den Strahlverlauf relativ zum Messobjekt anzugeben . Derartige Parameter lassen sich beispielsweise wie unter Verfahrensschritt E beschrieben mittels geeigneter Messvorrichtungen bestimmen , oder sie sind bekannt, weil diese Parameter anhand einer kalibrierten Steuereinheit gesetzt werden .
Es kann aber auch die Situation gegeben sein , dass selbst nach diesem Schritt die räumliche Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit noch unbekannte Parameter enthält, die sich nicht durch die zuvor beschriebenen einfachen
Massnahmen bestimmen lassen .
I n diesem Fall kann nun das erfindungsgemäße Verfahren selbst dazu benutzt werden , um die verbleibenden unbekannten Parameter zu bestimmen :
Gemäß Verfahrensschritt E liegt eine räumliche Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls und der Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit vor, die zwar kein räumlicher Bezug ist, sich aber bei
Kenntnis der unbekannten Parameter in einen solchen überführen ließe.
Für alle möglichen Werte, die diese unbekannten Parameter im Prinzip annehmen könnten , gibt es nun tatsächlich jeweils einen zugehörigen eindeutigen räumlichen Bezug zwischen dem Verlauf des Messstrahls und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und damit nach Verfahrensschritt D auch einen zugehörigen Verlauf des Messstrahls relativ zum Messobjekt. Allerdings entspricht d ieser nur dann dem tatsächlichen Verlauf, wenn die unbekannten Parameter richtig gewählt werden , insbesondere entspricht der mit H ilfe dieser Parameter errechnete Auftreffpunkt des Messstrahls auf dem Messobjekt nur dann dem tatsächlichen Auftreffpunkt, wenn diese Parameter richtig gewählt werden . Diese Tatsache lässt sich nun dazu benutzen , die verbleibenden unbekannten Parameter zu bestimmen . Hierzu bestimmt man , bevorzugt mittels der Verfahrensschritte F.a und F.b, die tatsächliche Position bzw. die tatsächlichen Koordinaten des
Messstrahlauftreffpunkts auf dem Messobjekt. Hieraus lassen sich dann diejenigen Werte für die unbekannten Parameter bestimmen , bei denen der errechnete Auftreffpunkt mit dem tatsächlich gemessenen Auftreffpunkt übereinstimmt, welche dann den tatsächlichen Werten der zuvor unbekannten Parameter entsprechen . Diese tatsächlichen Parameterwerte lassen sich dann dazu benutzen , die räumliche Relation zwischen dem Strahlverlauf des Messstrahls und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit auch in dieser Situation in einen räumlichen Bezug zu überführen . Dadurch kann man wie zuvor beschrieben aus dem nun vorhandenen räumlichen Bezug sowie der aus Verfahrensschritt D bekannten räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt den räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls relativ zum Messobjekt bestimmen .
Es ist hierbei zu beachten , dass die eindeutige Bestimmung der unbekannten Parameter mit H ilfe dieser Vorgehensweise bevorzugt dann gut funktioniert, wenn zu dem tatsächlich gemessenen Messstrahlauftreffpunkt auf dem Objekt auch nur ein einziger realistischer Parametersatz gehört, der rechnerisch den gleichen Auftreffpunkt ergibt. Da d ie Messstrahlauftreffpunkte typischerweise einen zweidimensionalen Raum aufspannen , abgebildet durch die zwei Dimensionen der Bilder der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit, ist diese Situation im Regelfall gegeben , wenn die unbekannten Parameter ein oder zwei linear unabhängige Parameter wie z. B. unabhängige Winkel, unabhängige Linearverschiebungen oder unabhängige Kombinationen hieraus sind . Es sind aber auch durchaus Situationen denkbar, bei denen sich mit der beschriebenen Vorgehensweise auch mehr als zwei unbekannte Parameter bestimmen lassen , nämlich dann , wenn auch bei dieser Mehrzahl von Parametern zu jedem tatsächlich gemessenen
Messstrahlauftreffpunkt auf dem Objekt ebenfalls nur ein einziger realistischer Parametersatz gehört, der rechnerisch den gleichen Auftreffpunkt ergibt. Das kann beispielsweise der Fall sein , wenn es mehrere rastende Grobversteller und mehrere kontinuierliche Feinversteller gibt, so dass zum Erreichen jedes
Messpunkts nur eine einzige Kombination aus Grobversteller- und Feinversteller- Stellungen möglich ist. Auch viele andere Situationen bei denen die beschriebene Vorgehensweise dazu geeignet ist, mehr als zwei unbekannte Parameter zu bestimmen , sind vorstellbar.
Bei der eigentlichen Bestimmung derjenigen Parameter, bei denen der zugehörige berechnete Auftreffpunkt dem real gemessenen Auftreffpunkt entspricht, ist das korrespondierende mathematische Problem zu lösen , eine Anzahl von Parametern , bevorzugt einen oder zwei , so zu bestimmen , dass eine ausschließlich von diesen Parametern abhängige Funktion einen bestimmten Zielwert erreicht. H ierfür gibt es eine große Zahl einschlägig bekannter mathematischer, bevorzugt numerischer Verfahren , die im Prinzip alle herangezogen werden können . Besonders vorteilhaft erweist es sich im konkreten Fall , beispielsweise das Distanzquadrat zwischen dem tatsächlich gemessenen Auftreffpunkt und dem zu den vorgegebenen
Parametern gehörigen berechneten Auftreffpunkt als Bewertungskriterium für die Güte der Parameterwerte heranzuziehen und die Parameterwerte so zu optimieren , dass das Distanzquadrat möglichst klein , idealerweise N ull wird . Hierfür kann beispielsweise ein Gradientenverfahren oder jegliche andere
Minimierungsmethode herangezogen werden .
Als Ergebnis erhält man in jedem Fall die tatsächlichen Werte für die gesuchten Parameter, mit denen wie zuvor beschrieben der räumliche Strahlverlauf des Messstrahls relativ zum Messobjekt bestimmt werden kann .
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bevorzugt eine interferometrische Messung an dem Messobjekt, insbesondere eine Messung zur Ermittlung von Schwingungsdaten durchgeführt, und die interferometrische Messung wird unter Berücksichtigung des Messstrahlverlaufs ausgewertet.
Wie zuvor beschrieben ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung bevorzugt als Vibrometer zur Durchführung einer Schwingungsmessung mittels des Messstrahls ausgebildet.
Der Messstrahl wird auf einen Messpunkt auf dem Messobjekt gerichtet und der von dem Messobjekt reflektierte und/oder gestreute Messstrahl durchläuft den Strahlengang der Messvorrichtung wieder, um mit dem Referenzstrahl zur
Ausbildung einer optischen I nterferenz überlagert zu werden . Die Messvorrichtung weist hierzu bevorzugt zumindest einen Detektor auf, um das I nterferenzsignal zu detektieren . Aus dem I nterferenzsignal können die gewünschten Messdaten , insbesondere Schwingungsdaten und/oder eine Geschwindigkeit der Bewegung der Oberfläche des Objekts am Messpunkt ermittelt werden . Hierzu wird bevorzugt die zuvor genannte Auswerteeinheit verwendet. Die Messvorrichtung kann im Grundaufbau in an sich bekannter Weise eines I nterferometers, insbesondere eines Vibrometers wie zuvor beschrieben , bevorzugt eines heterodynen
Vibrometers, ausgebildet sein . Für manche Anwendungen von interferometrischen Messungen ist es wünschenswert, einen mittels üblicher Bildaufnahmeeinheiten nicht oder nur mit unzureichender Genauigkeit erfassbaren Messstrahl zu verwenden . I nsbesondere sind Vibrometer bekannt, welche Laserstrahlen im I nfrarotbereich verwenden , insbesondere bei einer Wellenlänge von 1 550 nm .
Nachteilig ist hierbei, dass der Benutzer keine oder nur eine unzureichende optische Kontrolle über den jeweils beaufschlagten Messpunkt besitzt und ein automatisiertes Auffinden eines Auftreffpunktes nur mit zusätzlichem technischem Aufwand möglich ist. I n einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher ein zusätzlicher H ilfsstrahl einer Hilfsstrahlquelle
verwendet. Dieser wird derart in den Strahlengang des Messstrahls eingekoppelt, dass der H ilfsstrahl auf den gleichen Ortspunkt des Messobjekts auftrifft wie der Messstrahl .
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, einen oder mehrere H ilfsstrahlen zu verwenden , deren Strahlverlauf in einem vorgegebenen räumlichen Bezug zu dem Messstrahl besteht und deren Strahlverlauf zumindest im Bereich des Messobjekts nicht identisch zu dem Strahlverlauf des Messstrahls ist.
Grundsätzlich liegt es im Rahmen der Erfindung, bei Verwendung von
Auftreffpunkten auf der Messoberfläche Auftreffpunkte von einem oder mehreren Messstrahlen und/oder Auftreffpunkte von einen oder mehreren Hilfsstrahlen zu verwenden :
So liegt es im Rahmen der Erfindung, einen H ilfsstrahl einer H ilfsstrahlquelle zu verwenden , dessen Strahlengang zumindest im Bereich des Messobjekts koaxial zu dem Messstrahl ist, sodass der H ilfsstrahl auf denselben Ortspunkt auf der Messoberfläche auftrifft wie der Messstrahl . Zwar wird bei einer Vielzahl von interferometrischen Messungen ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge im
sichtbaren Bereich verwendet, welcher in unaufwendiger Weise mit typischen Bildaufnahmeeinheiten erfasst werden kann . Ebenso liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, einen mittels einer zusätzlichen H ilfsstrahlquelle erzeugten
H ilfsstrahl zur Bestimmung des Strahlverlaufs zu verwenden:
I n den zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen , in welchen ein oder mehrere H ilfsstrahlen verwendet werden , ist es ebenfalls vorteilhaft, mittels einer oder mehrerer Laserquellen erzeugte Laserstrahlen als Hilfsstrahlen zu verwenden .
Ebenso liegt die Verwendung anderer Strahlquellen zum Erzeugen von
H ilfsstrahlen im Rahmen der Erfindung, insbesondere auch Lichtstrahlen aus LEDs oder anderen Lichtquellen , die beispielsweise als Positionslaser, Linienlaser, Fadenkreuzlaser, Linienprojektoren , Fadenkreuzprojektoren oder andere
Mustergeneratoren mit Abbildungseinheit etc. ausgeprägt sind .
Die Messoberfläche kann eine Teilfläche der Oberfläche eines Messgegenstandes sein . Ebenso können die ortsaufgelösten Bilder zusätzlich den U mgebungsbereich des Messgegenstands umfassen , beispielsweise eine Aufstellfläche für den Messgegenstand und/oder eine H intergrundfläche. Das Messobjekt kann somit auch einen oder mehrere Messgegenstände und eine oder mehrere Flächen , insbesondere Aufstellflächen oder H intergrundflächen umfassen . Die
Messoberfläche kann somit auch Flächen umfassen , die nicht Oberfläche eines Messgegenstandes sind .
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein oder mehrere Messpunkte auf einer Fläche angeordnet sind , die nicht Oberfläche eines Messgegenstandes ist, beispielsweise auf einer Hintergrund- oder Aufstellfläche. Bevorzugt umfasst die Messoberfläche zumindest den Bereich des oder der Messgegenstände, in welchem bei einer späteren interferometrischen Messung Messpunkte angeordnet werden sollen .
Das Koordinatensystem des Messobjekt-Modells und etwaiger weiterer Modelle, insbesondere eines Messvorrichtung-Modells kann in an sich üblicher Weise gewählt werden . I nsbesondere ist die Verwendung eines kartesischen
Koordinatensystems vorteilhaft, ebenso liegt jedoch auch die Verwendung anderer Koordinatensysteme im Rahmen der Erfindung, beispielsweise Zylinderkoordinaten oder Kugelkoordinaten .
Das Messobjekt-Modell und/oder das Messvorrichtung-Modell können in der an sich aus der Photogrammetrie zur Erfassung der Form von dreidimensionalen Objekten bekannten Art ausgebildet sein . I nsbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, in Verfahrensschritt B ein dreidimensionales Modell zu erstellen , welches eine Punktwolke, bevorzugt ein Polygonnetz, insbesondere ein unregelmäßiges Dreiecksnetz, aufweist. Wie zuvor beschrieben umfasst das dreidimensionale Modell weiter bevorzugt Texturinformationen des Objekts, insbesondere ein oder mehrere ortsaufgelöste Bilder des Aussehens der
Messoberfläche und weiter bevorzugt für jeden Punkt der Oberfläche mit 3D- Koordinaten zusätzlich die zugehörigen Bildpunkt-Koordinaten in den
ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche (sogenannte Textur-Koordinaten).
Das dreidimensionale Modell umfasst daher bevorzugt eine Liste von Punkten der Oberfläche des Objekts mit jeweils 3D-Koordinaten und Textur-Koordinaten sowie eine Liste von Dreiecken welche die Oberfläche des Messobjekts annähern , bei denen die Eckpunkte Bestandteile der Liste der Punkte sind und die Textur- I nformation der Oberfläche mit H ilfe der Dreiecke, bevorzugt durch Projektion auf die Dreiecke, dargestellt wird .
„Vorgegeben“ oder„bereitgestellt“ in Bezug auf Daten bedeutet im Sinne dieser Anmeldung, dass die entsprechende I nformation vorhanden ist und verwendet werden kann , beispielsweise auf einem Datenspeicher gespeichert ist und mittels einer entsprechenden Leseeinheit zur weiteren Verarbeitung der I nformation ausgelesen werden kann . Ebenso kann eine vorgegebene I nformation aus weiteren beschriebenen Verfahrensschritten folgen und als Ergebnis dieser
Verfahrensschritte vorgegeben sein , insbesondere durch bevorzugte
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche solche
Verfahrensschritte enthalten .
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die vorangehend beschriebenen
Verfahrensschritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und/oder Verfahrensschritte kombiniert werden und/oder ein Verfahrensschritt in einen anderen Verfahrensschritt integriert wird .
Weitere bevorzugte Merkmale und vorteilhafte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren beschrieben . Dabei zeigt:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Messvorrichtung mit einem Messkopf;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Messvorrichtung mit vier Messköpfen ;
Figur 3 den Messkopf des ersten Ausführungsbeispiels mit einem Messkopf- Abgleichmodell; Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Messvorrichtung mit einer Strahlrichteinheit;
Figur 5 Ausführungsbeispiele für Bildaufnahmeeinheiten ;
Figur 6 Ansicht des Messobjekts und eines ortsaufgelösten Bildes zur
Erläuterung der Bestimmung der Position und Ausrichtung einer Bildaufnahmeeinheit und
Figur 7 Ansichten des Messobjekts und eines ortsaufgelösten Bildes zur
Erläuterung der Bestimmung der 3 D-Koordinaten zu einem Bildpunkt des ortsaufgelösten Bildes.
Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen . I n den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
I n Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Messobjekts
dargestellt. Die Messvorrichtung umfasst einen Messkopf 1 , welcher als
Vibrometer ausgebildet ist. Das Vibrometer umfasst ein Gehäuse mit einem in etwa quaderförmigen hinteren und einem in etwa zylindrischen vorderen Bereich (2,3).
I nnerhalb des Gehäuses sind Komponenten des Vibrometers angeordnet: Das Vibrometer u mfasst vorliegend eine als Laser ausgebildete Strahlquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls als Messstrahl . An einer Laserstrahlaustrittsöffnung 4 tritt der Messstrahl an einem Laseraustrittspunkt 5 aus dem Messkopf 1 aus. Der Messstrahl 6 weist somit die gestrichelt dargestellte
Messstrahlausbreitungsrichtung 7 auf.
Die Messstrahlausbreitungsrichtung 7 liegt auf der optischen Achse des in etwa zylindrischen vorderen Teils 3 des Messkopfes.
Der Messstrahl 6 trifft auf einen Messpunkt der Messoberfläche eines
Messgegenstandes 8a des Messobjekts 8. Der teilweise reflektierte und/oder gestreute Messstrahl tritt über die Laserstrahlaustrittsöffnung 4 wieder in den Messkopf 1 ein . Der als Vibrometer ausgebildete Messkopf 1 ist als
interferometrische Messvorrichtung ausgebildet und weist vorliegend einen interferometrischen Aufbau derart auf, dass der mittels des Lasers erzeugte Laserstrahl in den vorbenannten Messstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt wird . Der Messkopf umfasst weiterhin einen Detektor und ist derart ausgebildet, dass der vorgenannte reflektierte und/oder gestreute Messstrahl mit dem
Referenzstrahl auf den Detektor zum Ausbilden einer optischen I nterferenz überlagert wird . Die Messsignale des Detektors werden am hinteren Ende des zylindrischen Teils 2 des Messkopfes über eine Signalleitung zu einer
Auswerteeinheit 9 geführt. Die Auswerteeinheit 9 umfasst eine Rechnereinheit, die in an sich bekannter Weise umfassend einen Prozessor und eine Speichereinheit ausgebildet ist, um aus den Messdaten des Detektors Schwingungsdaten zu bestimmen .
Die Messvorrichtung gemäß Figur 1 wird verwendet, um eine
Schwingungsmessung an einem Messobjekt 8 durchzuführen . Das Messobjekt 8 weist einen schematisch als Quader dargestellten Messgegenstand 8a auf.
Der Messkopf 1 ist mit einer Auswerteeinheit 9 verbunden , um die Messsignale des im Messkopf 1 angeordneten Detektors der Messvorrichtung zur
interferometrischen Vermessung zur Bestimmung von Schwingungsdaten des Messgegenstandes 8a am Ort des Auftreffpunktes des Messstrahls 6 auszuwerten und die Schwingungsamplituden und -phasen der zu untersuchenden Schwingung zu bestimmen .
Die Auswerteeinheit 9 ist weiterhin ausgebildet, den Strahlverlauf des Messstrahls 6 zu bestimmen , wie nachfolgend an einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben .
Die Messvorrichtung weist weiterhin eine erste, bewegliche Bildaufnahmeeinheit 1 0 und eine Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 auf. Beide Bildaufnahmeeinheiten sind zur Aufnahme ortsaufgelöster Bilder ausgebildet, sie können insbesondere CCD-oder CMOS- Kameras umfassen . Die erste Bildaufnahmeeinheit 1 0 ist relativ zu dem Messobjekt 8 und Messkopf 1 beweglich . Die Strahllage- Bildaufnahmeeinheit 1 1 ist ortsfest relativ zum Messkopf 1 angeordnet.
I n einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in einem Verfahrensschritt A ein Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern des Messgegenstandes 8a mittels der ersten Bildaufnahmeeinheit 1 0. H ierzu bewegt ein Benutzer die bewegliche erste Bildaufnahmeeinheit 1 0 um den Messgegenstand 8a, während automatisch eine Vielzahl von ortsaufgelösten Bildern aufgenommen wird . Die erste Bildaufnahmeeinheit 1 0 ist zur Durchführung einer Streifenprojektion ausgebildet und weist daher eine Kamera zum Erfassen ortsaufgelöster Bilder sowie eine Projektionseinheit zum Projizieren von Streifenmustern auf. Die erste Bildaufnahmeeinheit 1 0 ist mittels eines Kabels oder alternativ drahtlos mit der Auswerteeinheit 9 verbunden . Die Auswerteeinheit 9 übernimmt somit ebenfalls die Speicherung und Verarbeitung der Daten der ersten Bildaufnahmeeinheit 1 0, ebenso der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 .
Wie zuvor beschrieben , erzeugt die erste Bildaufnahmeeinheit 1 0 während der Aufnahme der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern Streifenmuster nach dem Prinzip der Streifenprojektion , sodass in an sich bekannter Weise
photogrammetrisch mittels der Auswerteeinheit 9 in einem Verfahrensschritt B ein dreidimensionales Modell erstellt wird , welches zumindest die dem Messkopf 1 zugewandte Fläche des Messgegenstandes 8a umfasst. Das dreidimensionale Modell weist ein Polygonnetz aus Dreiecken auf, welches die geometrische Form dieses Bereichs wiedergibt. Alternativ ist die erste Bildaufnahmeeinheit 1 0 als handelsübliche Kamera oder eine Kombination aus einer Beleuchtungseinheit und einer oder mehrerer Kameras ausgebildet. Sowohl Schwarzweiß- als auch
Farbkameras sind verwendbar. Besonders bevorzugt nimmt die
Bildaufnahmeeinheit neben der I nformation , die zur Bestimmung der Geometrie der Messoberfläche notwendig ist, auch I nformationen bezüglich der Textur und/oder Farbe der Oberfläche auf, insbesondere bevorzugt, indem sie beispielsweise eine Farbkamera umfasst. Die Aufnahme von Textur- und/oder Farbinformationen und ihre räumliche Zuordnung zu den aufgenommenen Bildern bzw. dem
topografischen 3D-Modell des Objekts ist besonders vorteilhaft, weil sich wie zuvor beschrieben hierdurch die verschiedenen aufgenommenen Bilder einander deutlich besser zuordnen lassen und sich der Aufnahmeort des jeweiligen Kamerabildes relativ zum 3D-Modell ebenfalls deutlich exakter zuordnen lässt.
Die Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 ist wie zuvor beschrieben am Messkopf 1 angeordnet und somit bereitgestellt. Mittels der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 erfolgt ein Aufnehmen eines ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbildes der Messoberfläche des Messobjekts 8 in einem Verfahrensschritt C.
I n einem Verfahrensschritt D erfolgt ein Bestimmen der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 relativ zum Messobjekt 8 mithilfe des in Verfahrensschritt C aufgenommenen Strahllage-Bestimmungsbildes in Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell.
H ierzu werden projizierte Ansichten eines Geometriemodells des Messobjekt- Modells mit dem Strahllage-Bestimmungsbild verglichen . Durch eine Anpassung und unter Verwendung von identifizierten Merkmalen und der Textur des
Messobjekt-Modells wird die Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit 1 1 so bestimmt, dass die projizierte Ansicht mit dem
Strahllage-Bestimmungsbild übereinstimmt oder zumindest die beste
Ü bereinstimmung der projizierten Ansichten aufweist.
H ierdurch ist somit im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells, vorliegend ein kartesisches x-, y-, z-Koordinatensystem , die Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 bekannt.
I n einem Verfahrensschritt E erfolgt ein Bereitstellen einer räumlichen Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls 6 und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 . Vorliegend weist die
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 eine optische Achse 12 auf, welche durch den erfassten Bildbereich vorgegeben ist. Die räumliche Relation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gibt nun vor, dass der Messstrahlverlauf des Messstrahls 6 parallel zu der vorgenannten optischen Achse der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 liegt und darüber hinaus, in welcher räumlichen Relation die beiden optischen Achsen zueinander liegen , das heißt, es ist der Abstand vorgegeben sowie die Richtung, in welcher die optische Achse des Messstrahls 6 von der optischen Achse der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 beabstandet ist.
I m vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt die räumliche Relation somit einen räumlichen Bezug dar, bei welchem keine weiteren Parameter bestimmt werden müssen .
Aus den Verfahrensschritten B und E ist nun einerseits in einem ersten Schritt bekannt, an welchem Ort und in welcher Ausrichtung sich die Strahllage- Bildaufnahmeeinheit 1 1 im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells befindet. Weiterhin ist in einem zweiten Schritt der räumliche Bezug zwischen der optischen Achse der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 und der optischen Achse des Messstrahls 6 vorgegeben . Es kann somit in einfacher Weise in einem Verfahrensschritt F der räumliche Strahlverlauf des Messstrahls 6 der interferometrischen Messvorrichtung relativ zum Messobjekt 8 im
Koordinatensystem des Messobjekt-Modells abhängig von der im Verfahrensschritt E bereitgestellten Relation und der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt bestimmt werden .
I n Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Messvorrichtung dargestellt, welche eine Mehrzahl von Messköpfen aufweist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird lediglich auf die wesentlichen U nterschiede im Vergleich zu Figur 1 eingegangen .
Die Messvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine
Haltevorrichtung 1 3 auf, an welcher vier Messköpfe 1 , 1 a, 1 b und 1 c angeordnet sind . Die Messköpfe beinhalten jeweils das Vibrometer, insbesondere jedoch die Laserstrahlaustrittsöffnung und eine Optik zur Aufnahme des rückgestreuten Lichts. Sie sind alle mit einer gemeinsamen (nicht dargestellten) Auswerteeinheit gemäß Auswerteeinheit 9 der Figur 1 verbunden .
Die Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 der Messvorrichtung ist ebenfalls an der Haltevorrichtung 1 3 angeordnet.
I n einer ersten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Messvorrichtung sind die vier Messköpfe fest an der Haltevorrichtung 1 3
angebracht, und der genaue Strahlverlauf der jeweiligen Messstrahlen relativ zur Strahllage-Bildaufnahmeeinheit ist bekannt, z. B. aufgrund von
Fertigungsvorgaben .
I n einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nun die Bestimmung des Strahl Verlaufs jedes Messstrahls der Messköpfe 1 , 1 a, 1 b und 1 c wie zu Figur 1 und dem ersten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben . H ierbei müssen jedoch die Schritte A, B, C und D lediglich einmal durchgeführt werden .
Für jeden Messkopf erfolgt in einem Verfahrensschritt E ein Bereitstellen einer räumlichen Relation , die vorliegend als räumlicher Bezug ausgebildet ist, sodass für jeden Messkopf der räumliche Strahlverlauf des jeweiligen Messstrahls direkt bestimmt werden kann . I n einer zweiten Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Messvorrichtung können d ie Messköpfe der Messvorrichtung gemäß Figur 2 auf ortsverschiedene Messpunkte auf dem Messgegenstand 8a gerichtet werden , um gleichzeitig eine Messung an verschiedenen Messpunkten durchzuführen . Ebenso können die Messstrahlen auf einen identischen Messpunkt auf des Messgegenstands 8a gerichtet sein , um eine Schwingung in mehreren Raumrichtungen zu messen .
Beispielsweise sind die Messköpfe jeweils manuell durch den Benutzer um eine erste Achse A und um eine senkrecht hierzu stehende zweite Achse B
schwenkbar. Der Benutzer kann somit den Messpunkt jedes Messkopfes auf dem Messgegenstand 8a durch Verschwenken des jeweiligen Messkopfes auswählen und anschließend den Messkopf arretieren .
I n einer ersten U ntervariante dieser Ausführungsbeispielvariante sind an jedem Messkopf zwei Winkeldetektoren angebracht, um für jeden Messkopf eine
Winkelposition bezüglich Achse A und eine Winkelposition bezüglich Achse B zu messen . Alle acht Winkeldetektoren sind ebenfalls mit der Auswerteinheit 9 verbunden . Die Auswerteeinheit 9 ist dazu ausgebildet, aus den Messsignalen der Winkeldetektoren die entsprechenden Winkel zu berechnen . Mittels der
Auswerteeinheit kann somit durch Verwenden der aus den Winkeldetektor- Messdaten berechneten Winkel für jeden Messkopf die jeweils für ihn vorgegebene räumliche Relation in einen räumlichen Bezug zwischen dem Strahlverlauf des Messstrahls 6 und der Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit 1 1 überführt werden , und es müssen keine weiteren
Parameter in oder für Verfahrensschritt F bestimmt werden .
Es kann somit wieder in einfacher Weise im Verfahrensschritt F der räumliche Strahlverlauf des Messstrahls 6 der interferometrischen Messvorrichtung relativ zum Messobjekt 8 im Koordinatensystem des Messobjekts abhängig von der im Verfahrensschritt E bereitgestellten Relation und der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt bestimmt werden .
Ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens geht nun von einer zweiten U ntervariante der vorausgegangenen Ausführungsbeispielvariante der erfindungsgemäßen Messvorrichtung gemäß Figur 2 aus, bei der es zwar genauso wie bei der ersten U ntervariante dieser Ausführungsbeispielvariante Verstellmöglichkeiten für die einzelnen Messköpfe gibt, aber bei der nun keine direkten Messmöglichkeiten zur Bestimmung der Ausrichtung der geschwenkten Messköpfe vorhanden sind .
H ier kann in Verfahrensschritt E für jeden Messkopf lediglich eine räumliche Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des jeweiligen Messstrahls und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bereitgestellt werden , zunächst jedoch anders als in der vorangegangenen U ntervariante kein räumlicher Bezug. Dies bedeutet vorliegend , dass die Relation jeweils als Funktion abhängig von zwei Winkeln vorgegeben ist. Bei Kenntnis dieser beiden Winkel , welche die Winkelpositionen des jeweiligen Messkopfes bezüglich Achse A und bezüglich Achse B beschreiben , kann die vorgegebene Relation wieder in einen räumlicher Bezug überführt werden , sodass mit diesem räumlichen Bezug wieder wie zuvor weiter verfahren werden kann . Allerdings liegen im vorliegenden
Ausführungsbeispiel abweichend vom vorausgegangenen Ausführungsbeispiel nun keine direkten Messmöglichkeiten zur Bestimmung der genauen Ausrichtung der geschwenkten Messköpfe vor, Dennoch ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich , den räumlichen Strahlverlauf der Messstrahlen relativ zum Messobjekt anzugeben :
H ierzu ist es zuerst notwendig, für jeden Messkopf die bekannte räumliche
Relation zwischen dem jeweiligen Messstrahl und der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit in einen räumlichen Bezug zu überführen , indem jeweils die beiden zunächst unbekannten Parameter, nämlich die beiden Schwenkwinkel des jeweiligen Messstrahls ermittelt werden .
N un lässt sich mit Hilfe der bekannten räumlichen Relation und der in
Verfahrensschritt D bestimmten räumlichen Position und Ausrichtung der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 relativ zum Messobjekt 8 für alle prinzipiell einstellbaren Schwenkwinkel des jeweiligen Messkopfs der räumliche Strahlverlauf des zugehörigen Messstrahls relativ zum Messobjekt berechnen . Genauso lässt dann auch der korrespondierende Auftreffpunkt des jeweiligen Messstrahls auf dem Messobjekt bestimmen . Da die beiden Schwenkwinkel jeweils räumlich voneinander unabhängig sind , gehört für jeden Messkopf zu jedem
unterschiedlichen Paar an möglichen Schwenkwinkeln auch ein unterschiedlicher Auftreffpunkt auf dem Messobjekt. Dies lässt sich nun leicht dazu nutzen , durch Bestimmung der Koordinaten des tatsächlichen Auftreffpunkts des jeweiligen Messstrahls auf dem Messobjekt umgekehrt die zugehörigen Schwenkwinkel zu bestimmen :
Dazu werden zunächst die Ortskoordinaten des Auftreffpunktes des jeweiligen Messstrahls auf das Messobjekt 8 im Messobjekt-Modell bestimmt: H ierzu wird wie zuvor beschrieben , mittels der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 ein
ortsaufgelöstes Bild des Messgegenstandes 8a aufgenommen , während der Messstrahl auf den gewünschten Messpunkt auftrifft. Wie zuvor beschrieben können basierend auf diesem ortsaufgelösten Bild sowie aus der in
Verfahrensschritt D bestimmten räumlichen Position und Ausrichtung der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells die Ortskoordinaten des Auftreffpunktes des Messstrahls 6 auf den
Messgegenstand 8a im Messobjekt-Modell bestimmt werden . Gegebenenfalls werden hierzu die einzelnen Messstrahlen nacheinander an- und ausgeschaltet, so dass mittels mehrerer Aufnahmen der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit eine sehr einfache Zuordnung der Messstrahlauftreffpunkte zu den zugehörigen Messköpfen erfolgen kann .
N un müssen nur noch diejenigen Schwenkwinkel des Messstrahls bestimmt werden , bei denen der zugehörige berechnete Auftreffpunkt dem real gemessenen Auftreffpunkt entspricht. Für das korrespondierende mathematische Problem , zwei Parameter so zu bestimmen , dass eine ausschließlich von diesen beiden
Parametern abhängige Funktion einen bestimmten Zielwert erreicht, gibt es eine große Zahl einschlägig bekannter Verfahren . Besonders vorteilhaft erweist es sich im konkreten Fall , beispielsweise das Distanzquadrat zwischen dem tatsächlich gemessenen Auftreffpunkt und dem zu zwei vorgegebenen Schwenkwinkeln gehörigen berechneten Auftreffpunkt als Bewertungskriterium für die Güte eben diese beiden Schwenkwinkel-Werte heranzuziehen und die Schwenknkwinkel- Werte so zu optimieren , dass das Distanzquadrat möglichst klein , idealerweise N ull wird . H ierfür wird vorliegend ein Gradientenverfahren herangezogen .
Als Ergebnis erhält man die tatsächlichen Schwenkwinkel aller Messstrahlen , mit denen wie zuvor besch rieben der räumliche Strahlverlauf der Messstrahlen relativ zum Messobjekt bestimmt wird . I n einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Bereitstellen der räumlichen Relation gemäß Verfahrensschritt E durch die Verwendung eines Messvorrichtung-Modells, sodass ebenfalls nicht auf Messdaten von Winkeldetektoren zurückgegriffen werden muss und somit eine
Messvorrichtung, welche dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anwendet, auch keine Detektoren zur Detektion der Orts- oder
Schwenkposition der Messköpfe benötigt:
I m vierten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt E ein Messvorrichtung-Modell bereitgestellt.
Weiterhin wird ein Abgleichmodell des Messkopfes vorgegeben , wie zu Figur 3 näher erläutert:
I n Figur 3 ist nochmals der Messkopf 1 dargestellt, dessen Gehäuse einen quaderförmigen Teil 2 und einen zylindrischen Teil 3 aufweist.
An einer Vorderseite des Messkopfes befindet sich eine Laserstrahlaustrittsöffnung 4 mit einem Laseraustrittspunkt 5, an welchem der Messstrahl 6 den Messkopf 1 in Messstrahlausbreitungsrichtung 7 verlässt. Die Laserstrahlaustrittsöffnung 4 ist als Kreisring ausgebildet. Der Laseraustrittspunkt 5 liegt mittig in der
Laserstrahlaustrittsöffnung 4.
Oberhalb des Messkopfes 1 ist in Figur 3 das Abgleichmodell T für diesen
Messkopf dargestellt. Dieses Abgleichmodell T ist als Linienmodell ausgebildet und weist gemäß den gestrichelt dargestellten Linien einen Quader und einen Zylinder auf, die näherungsweise dem quaderförmigen Teil 2 und zylindrischen Teil 3 des Messkopfes 1 entsprechen .
Das Abgleichmodell T umfasst somit das gestrichelt dargestellte Linienmodell sowie die I nformation , dass an der Vorderseite des Zylinders mittig der
Laseraustrittspunkt 5 angeordnet ist. I n einem weiteren Ausführungsbeispiel ist alternativ oder zusätzlich die Messstrahlausbreitungsrichtung 7 im Abgleichmodell 1‘ vorgegeben . I n Verfahrensschritt E erfolgt in diesem vierten Ausführungsbeispiel in einem Verfahrensschritt Ei ein Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelöster
Messvorrichtungs-Bilder, welche vorliegend die Messköpfe 1 , 1 a, 1 b und 1 c, die Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 und die Haltevorrichtung 1 3 insgesamt u mfassen. Die Messvorrichtungs-Bilder werden aus unterschiedlichen
Perspektiven aufgenommen . I n einem Verfahrensschritt Eii erfolgt ein Erstellen eines Messvorrichtung-Modells, mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten
Messvorrichtungs-Bildern . Die Aufnahme der Messvorrichtungs-Bilder erfolgt mittels der ersten Bildaufnahmeeinheit 1 0. Das Erstellen des Messvorrichtung- Modells erfolgt analog zu Verfahrensschritt B photogrammetrisch .
Es liegt somit ein Messvorrichtung-Modell vor, mit welchem das Abgleichmodell abgeglichen werden kann : Durch„Anfitten“ des Abgleichmodells an das
Messvorrichtung-Modell , d .h . Durchführen des Abgleichs wie zuvor beschrieben , wird für jeden Messkopf jeweils die Position des Laseraustrittspunktes 5, an welchem der jeweilige Messstrahl den Messkopf verlässt, bestimmt.
Weiterhin ist ein (nicht dargestelltes) Abgleichmodell für die Strah llage- Bildaufnahmeeinheit 1 1 vorgegeben , sodass in gleicher weise auch die Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit im Messvorrichtung-Modell bestimmt wird .
Es liegen somit im Koordinatensystem des Messvorrichtung-Modells I nformationen über die Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 sowie über den Laseraustrittspunkt 5 jedes Messkopfes vor.
Wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen des
erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, erfolgt auch beim vierten
Ausführungsbeispiel ein Durchführen des Verfahrensschrittes D mit Bestimmen der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit im
Koordinatensystem des Messobjekt-Modells.
I n diesem Verfahrensstadium ist somit die Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit 1 1 im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells bekannt. Weiterhin ist im Koordinatensystem des Messvorrichtung-Modells die Position jedes Laseraustrittspunktes 5 der Messköpfe bekannt. Es kann somit durch einfache Koordinatentransformation ebenso die Position jedes Laseraustrittspunktes 5 im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells berechnet werden .
I n diesem Verfahrensstadium liegt somit im Koordinatensystem des Messobjekt- Modells für jeden Messstrahl ein Ortspunkt auf diesem Messstrahl vor, nämlich der jeweilige Laseraustrittspunkt.
Es wird somit ein Verfahrensschritt Fi wie zuvor beschrieben durchgeführt.
Weiterhin erfolgt die Durchführung eines Verfahrensschrittes Fiii, wobei jeweils die Koordinaten eines Auftreffpunkts eines Messstrahls bestimmt werden : Es wird zunächst lediglich Messkopf 1 angeschaltet, sodass lediglich der Messstrahl des Messkopfes 1 auf den Messgegenstand 8a auftrifft. Anschließend wird ein ortsaufgelöstes Bild mittels der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 aufgenommen und wie zuvor beschrieben die Ortskoordinaten des Auftreffpunktes des
Messstrahls des Messkopfs 1 im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells berechnet.
Diese Schritte werden ebenfalls für die Messköpfe 1 a, 1 b und 1 c durchgeführt, sodass im Ergebnis für jeden Messkopf jeweils zwei Ortspunkte auf dem
Messstrahl bekan nt sind : Der Laseraustrittspunkt am Messkopf und der
Messstrahlauftreffpunkt am Messgegenstand 8a.
I n einem alternativen Ausführungsbeispiel ist umfasst das Messkopf- Abgleichmodell zusätzlich die I nformation , dass die
Messstrahlausbreitungsrichtung parallel zu der Zylinderachse des zylindrischen Teils des Messkopf-Abgleichmodells ist. Es kann somit durch einfache
Koordinatentransformation die Messstrahlausbreitungsrichtung im Messobjekt- Modell berechnet und somit Verfahrensschritt Fii durchgeführt werden , so dass eine Durchführung von Verfahrensschritt Fiii nicht notwendig ist.
Für jeden Messstrahl wird basierend auf den beiden vorgenannten Ortspunkten der räumliche Strahlverlauf bestimmt.
Alternativ können alle Messköpfe gleichzeitig eingeschaltet und wie vorhergehend beschrieben über ein oder mehrere ortsaufgelöste Bilder der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit die Ortskoordinaten der Auftreffpunkte bestimmt werden . Ebenfalls wie vorhergehend beschrieben wird dann ein Messvorrichtung-Modell verwendet und wie beschrieben über„Anfitten“ des Abgleichmodells die Lage und Ausrichtung der Messköpfe bestimmt. Hieraus wird dann für jeden Kopf der Richtungsvektor des Lasers bestimmt und der Schnittpunkt mit der Messoberfläche extrapoliert.
Anhand des Abstandes auf der Oberfläche werden die aus den ortsaufgelösten Bildern bestimmten Auftreffpunkte den extrapolierten Auftreffpunkten zugeordnet, so dass letztendlich die auf den ortsaufgelösten Bildern der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit gleichzeitig sichtbaren Laserstrahlauftreffpunkte dennoch dem jeweils zugehörigen Messkopf zugeordnet werden können .
Für jeden Messstrahl wird dann der Laserstrahlverlauf durch einen durch den Laservektor bestimmten Punkt und den Auftreffpunkt bestimmt.
I n Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Messvorrichtung gezeigt:
Der Messkopf 1 dieses Ausführungsbeispiels weist ein Vibrometer 1 5 und eine als Ablenkeinheit ausgebildete Strahlrichteinheit 14 auf.
Das Vibrometer 1 weist auch in diesem Ausführungsbeispiel einen (nicht dargestellten) Strahlteiler auf, um den Laserstrahl an der Laserstrahlquelle des Vibrometers in mindestens eine Mess- und mindestens einen Referenzstrahl aufzuteilen und den Referenzstrahl mit dem von dem Messobjekt 8a (vorliegend ein Automobil) reflektierten und/oder gestreuten Messstrahl auf einem Detektor zur Ausbildung einer optischen I nterferenz zu überlagern . Der Laserstrahl in diesem Ausführungsbeispiel weist eine Wellenlänge von 632,8 nm auf.
Das Vibrometer kann wie in DE 1 0 2012 21 1 549 B3 beschrieben ausgebildet sein .
Die Strahlrichteinheit 14 ist vorliegend als Ablenkeinheit ausgebildet und weist zwei mittels Galvanometern drehbare Spiegel auf, sodass in an sich bekannter Weise ein Spiegelscanner zur zweidimensionalen Ablenkung ausgebildet wird . Aus Gründen der Ü bersichtlichkeit sind schematisch zwei Spiegel der
Strahlrichteinheit 14 dargestellt. Der Messstrahl 6 des Vibrometers 1 5 durchläuft die Strahlrichteinheit 14 und trifft auf eine Messoberfläche des Messobjekts 8. Mittels der Strahlrichteinheit 14 kann der Messstrahl 6 auf einen hinteren Bereich des Autos sowie auf das Auto umgebende Boden- und Wandbereiche gerichtet werden . Das Messobjekt 8 umfasst somit das Auto als Messgegenstand 8a sowie Wand- und Bodenbereiche.
Die Messoberfläche ist vorliegend die durch den Messstrahl 6 beaufschlagbare Fläche und umfasst somit die Oberfläche des Autos in einem hinteren Bereich sowie ebenfalls Wand- und Bodenbereiche.
Ziel der interferometrischen Messung ist, für eine Mehrzahl von Messpunkte auf der Oberfläche des Autos im hinteren Bereich Schwingungsmessungen bei laufendem Motor des Autos durchzuführen .
Die Messvorrichtung weist hierzu vorliegend eine Auswerteeinheit 9 auf, welche mit dem Vibrometer 1 5 und der Strahlrichteinheit 14 verbunden ist. Mittels der Auswerteeinheit 9 werden Steuerparameter an die Strahlrichteinheit 14 gesendet, um eine gewünschte Spiegelstellung zu erzielen . Ebenso erfolgt mittels der Steuereinheit der Strahlrichteinheit 14 eine Steuerung der Laserstrahlquelle des Vibrometers 1 5 sowie ein Auswerten der Messsignale des Detektors des
Vibrometers 1 5, um Schwingungsdaten aus der optischen I nterferenz zwischen Mess- und Referenzstrahl zu ermitteln . In einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Auswerteeinheit eine Signalverarbeitungseinheit und eine Darstellungs- und Speichereinheit auf. Die Signalverarbeitungseinheit berechnet aus den
Messsignalen des Detketors Messwerte, welche von der Darstellungs- und
Speichereinheit auf einer Anzeige dargestellt und in einem Speicher abgespeichert werden .
Die Messvorrichtung weist weiterhin eine erste Bildaufnahmeeinheit 1 0 auf, welche als bewegliche Bildaufnahmeeinheit wie bei den vorangehenden
Ausführungsbeispielen beschrieben ausgebildet ist.
Der Messkopf 1 weist weiterhin d ie Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 auf.
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 , Vibrometer 1 5 und Strahlrichteinheit 14 sind in einem gemeinsamen Gehäuse und ortsfest zueinander angeordnet. I n einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Verfahrensschritte A bis D wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben durchgeführt. Es liegt somit ein dreidimensionales Messobjekt-Modell vor. Weiterhin ist die räumliche Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit 1 1 relativ zu dem Messobjekt 8 bestimmt.
Die Strahlrichteinheit 14 wird mittels zweier Parameter gesteuert, welche eine Ablenkung des Strahls in einer ersten Richtung mittels des ersten Parameters und in einer zweiten Richtung mittels des zweiten Parameters beschreiben . Diese beiden Parameter sind im einfachsten Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels die beiden tatsächlich mittels der Galvanometerspiegel eingestellten Ablenkwinkel für den Messstrahl . Aufgrund der bekannten geometrischen Lage aller
Komponenten im Messkopf 1 5, die entweder aus CAD-Daten oder aus
Fertigungsdaten des Messkopfes stammen , ist eine räumliche Relation zwischen dem Messstrahl der interferometrischen Messvorrichtung und der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit gegeben . Diese räumliche Relation wird dann und nur dann zu einem räumlichen Bezug, wenn die beiden einzigen unbekannten Parameter des Gesamtsystems, nämlich die beiden zunächst unbekannten Ablenkwinkel des Messstrahls bekannt sind .
I n der einfachsten Variante des vorliegenden Ausführungsbeispiels handelt es sich bei dem verwendeten Spiegelscanner um eine kalibrierte Strahlrichteinheit, für die zu einem früheren Zeitpunkt durch Justage oder Messung eine eindeutige
Zuordnung zwischen den eingestellten Steuerparametern für die beiden
Galvanometerspiegel und den dadurch realisierten Ablenkwinkeln für den
Messstrahl bestimmt wurde. Mit dieser Zuordnung lässt sich aufgrund der bekannten geometrischen Lage der Komponenten im Messkopf 1 5 für alle eingestellten Steuerparameter der Strahlrichteinheit der räumliche Strahlverlauf des Messstrahls relativ zur Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bestimmen . Da aus Verfahrensschritt D weiterhin die räumliche Position und Ausrichtung der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 relativ zu dem Messobjekt 8 bekannt ist, lässt sich hiermit sofort für beliebige eingestellte Steuerparameter der Strahlrichteinheit der räumliche Strahlverlauf des Messstrahls 6 relativ zum Messobjekt angeben , insbesondere Auftreffpunkt und Auftreffwinkel.
I n einer weiteren Variante des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfassen die für die Drehung der zur Strahlablenkung verwendeten Spiegel eingesetzten Galvanometer neben ihren Antriebsspulen auch Messspulen , mit denen sich jeweils ihre tatsächlich momentan vorliegende Winkelstellung messen lässt. Aus den erhaltenen Messwerten lassen sich dann die Ablenkwinkel des Messstrahls und daraus folgend der gesamte räumliche Strahlverlauf des Messstrahls bestimmen , zunächst erst relativ zur Strahllage-Bestimmungseinheit, dann aber auch genauso wie bei der vorangehenden Variante des vorliegenden
Ausführungsbeispiels relativ zum Messobjekt, ebenso Auftreffpunkt und
Auftreffwinkel .
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt sich in einer dritten Variante des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei der weder die eingesetzte Strahlrichteinheit kalibriert sein muss noch Messmöglichkeiten zur Bestimmung der Drehwinkel der Galvanometerspiegel vorliegen müssen . Dennoch ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich , für jeden beliebigen eingestellten Steuerparameter der Strahlrichteinheit den räumlichen Strahlverlauf des
Messstrahls 6 relativ zum Messobjekt anzugeben :
H ierzu ist es allerdings zuerst notwendig, die bekannte räumliche Relation zwischen dem Messstrahl der interferometrischen Messvorrichtung und der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit in einen räumlichen Bezug zu überführen , indem für die eingestellten Steuerparameter der Strahlrichteinheit die beiden zunächst unbekannten Parameter, nämlich die beiden Ablenkwinkel des Messstrahls ermittelt werden .
N un lässt sich aber mit H ilfe der bekannten räumlichen Relation und der in
Verfahrensschritt D bestimmten räumlichen Position und Ausrichtung der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 relativ zum Messobjekt 8 für alle prinzipiell du rch die beiden Galvanometerspiegel realisierbaren Ablenkwinkel des
Messstrahls der räumliche Strahlverlauf des Messstrahls relativ zum Messobjekt berechnen . Genauso lässt sich für jeden realisierbaren Ablenkwinkel dann auch der zugehörige Auftreffpunkt des Messstrahls auf dem Messobjekt ermitteln . Da die beiden Ablenkwinkel räumlich voneinander unabhängig sind , gehört zu jedem unterschiedlichen Paar an Ablenkwinkeln auch ein unterschiedlicher Auftreffpunkt auf dem Messobjekt. Dies lässt sich nun leicht dazu nutzen , durch Bestimmung der Koordinaten des tatsächlichen Auftreffpunkts des Messstrahls auf dem Messobjekt umgekehrt die zugehörigen Ablenkwinkel zu bestimmen : Dazu werden zunächst die Ortskoordinaten des Auftreffpunktes des Messstrahls auf das Messobjekt 8 im Messobjekt-Modell bestimmt: H ierzu wird wie bereits zuvor beschrieben , mittels der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 ein
ortsaufgelöstes Bild des Messgegenstandes 8a aufgenommen , während der Messstrahl auf den gewünschten Messpunkt auftrifft. Wie zuvor beschrieben können basierend auf diesem ortsaufgelösten Bild sowie aus der in
Verfahrensschritt D bestimmten räumlichen Position und Ausrichtung der
Strahllage-Bildaufnahmeeinheit 1 1 im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells die Ortskoordinaten des Auftreffpunktes des Messstrahls 6 auf den
Messgegenstand 8a im Messobjekt-Modell bestimmt werden .
N un müssen nur noch diejenigen Ablenkwinkel des Messstrahls bestimmt werden , bei denen der zugehörige berechnete Auftreffpunkt dem real gemessenen
Auftreffpunkt entspricht. Für das korrespondierende mathematische Problem , zwei Parameter so zu bestimmen , dass eine ausschließlich von diesen beiden
Parametern abhängige Funktion einen bestimmten Zielwert erreicht, gibt es eine große Zahl einschlägig bekannter Verfahren . Besonders vorteilhaft erweist es sich im konkreten Fall , beispielsweise das Distanzquadrat zwischen dem tatsächlich gemessenen Auftreffpunkt und dem zu zwei vorgegebenen Ablenkwinkeln gehörigen berechneten Auftreffpunkt als Bewertungskriterium für die Güte eben diese beiden Ablenkwinkel-Werte heranzuziehen und die Ablenkwinkel-Werte so zu optimieren , dass das Distanzquadrat möglichst klein , idealerweise N ull wird .
H ierfür kann beispielsweise ein Gradientenverfahren oder jegliche andere
Minimierungsmethode herangezogen werden .
Als Ergebnis erhält man in jedem Fall die tatsächlichen Ablenkwinkel des
Messstrahls, mit denen wie zuvor beschrieben der räumliche Strahlverlauf des Messstrahls relativ zum Messobjekt bestimmt werden kann .
Wenn man diese Bestimmung des räumlichem Strahlverlaufs des Messstrahls relativ zum Messobjekt, die ja sowohl Auftreffwinkel als auch Auftreffrichtung auf das Messobjekt zum Ergebnis hat, für eine Mehrzahl von möglichen
Steuerparametern für die Strahlrichteinheit durchführt, kann man hiermit sogar die zuvor nicht kalibrierte Strahlrichteinheit mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens kalibrieren . Hierzu führt man die Bestimmung des räumlichen
Strahlverlaufs des Messstrahls für ein ausreichend eng liegendes Netz an
Steuerparametern der Strahlrichteinheit durch und interpoliert die Ergebnisse für dazwischenliegende Steuerparameter geeignet, so dass man eine
Zuordnungsvorschrift zwischen Steuerparametern einerseits und räumlichen Strahlverläufen , d . h beispielsweise Auftreffpunkten und Auftreffwinkeln auf das Messobjekt andererseits erhält.
I n Figur 5 sind Ausführungsbeispiele für Bildaufnahmeeinheiten der
erfindungsgemäßen Messvorrichtung und zur Verwendung in
Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch
dargestellt:
Die Bildaufnahmeeinheit a) ist als an sich bekannte, handelsübliche Digitalkamera mit einem Objektiv 1 6 ausgebildet. Die Bildaufnahmeeinheit gemäß b) weist zusätzlich einen Entfernungsmesser 1 7 auf.
I n einer alternativen Ausgestaltung ist das mit Bezugszeichen 1 7 versehene Element als Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Messobjekts mit gepulstem und/oder moduliertem Licht ausgebildet. Mittels eine Auswerteeinheit wird die Laufzeit (bei gepulstem Licht) und/oder eine Phasenverschiebung (bei moduliertem Licht) zwischen dem von der Beleuchtungseinheit 1 7 ausgesandten und dem mittels der Digitalkamera empfangenen Licht ausgewertet, um in an sich bekannter Weise eine Abstandsbestimmung, insbesondere gemäß der„time of flight“- Methode, durchzuführen .
Diese beiden Kameras können grundsätzlich sowohl als bewegliche
Bildaufnahmeeinheit 1 0, sowie als ortsfeste Bildaufnahmeeinheit 1 1 eingesetzt werden .
Die Bildaufnahmeeinheit c) ist insbesondere als bewegliche Bildaufnahmeeinheit 1 0 geeignet:
Die Bildaufnahmeeinheit gemäß c) weist eine Farbbildkamera 1 8, eine Schwarz- Weiß-Kamera 1 9 , sowie eine Streifenprojektionseinheit 20 auf. Mittels der
Streifenprojektionseinheit 20 wird ein Streifenmuster auf das Messobjekt 8 und insbesondere den Messgegenstand 8a projiziert. Mittels der Schwarz-Weiß- Kamera 1 9 wird ein ortsaufgelöstes Bild aufgenommen . Anschließend werden Streifenprojektionseinheit 20 und Schwarz-Weiß-Kamera 1 9 abgeschaltet und mittels der Farbbildkamera 1 8 wird ein ortsaufgelöstes Farbbild aufgenommen . Dieser Ablauf wird in zeitlich kurzer Abfolge wiederholt. Der Benutzer führt die bewegliche Bildaufnahmeeinheit 1 0, welche als Handgerät ausgebildet ist, um den Messgegenstand 4a herum , so dass eine Mehrzahl ortsaufgelöster Bilder sowohl mittels der Schwarz-Weiß-Kamera 1 9 , als auch mittels der Farbkamera 1 8 aufgenommen wird . Aus den Bildern der Schwarz-Weiß-Kamera kann durch das an sich bekannte Streifenprojektionsverfahren ein dreidimensionales Modell des Messobjekts 8 erstellt werden . Darüber hinaus können den einzelnen Flächen des dreidimensionalen Modells, insbesondere Flächen eines Polygonnetzes des dreidimensionalen Modells, Bildbestandteile der mittels der Farbbildkamera 1 8 aufgenommenen Farbbilder zugeordnet werden , so dass nicht nur ein
dreidimensionales Modell vorliegt, sondern darüber hinaus für jedes Polygon auch ein Farbbild der zugehörigen Oberfläche.
Die Bildaufnahmeeinheit d) weist lediglich einen Strahl auf, welcher mittels zweier drehbarer Spiegel einer Ablenkeinheit 21 der Bildaufnahmeeinheit d) auf Punkte der Oberfläche des Messobjekts gerichtet werden kann . Die Bildaufnahmeeinheit d) ist als Time-Of-Flight-Einheit ausgebildet: I n einem scannenden Verfahren wird der Messstrahl der Bildaufnahmeeinheit d) auf eine Vielzahl von Ortpun kten auf dem Objekt gerichtet. Für jeden Ortspunkt wird ein Lichtpuls ausgesandt und die Zeit gemessen , innerhalb derer der von dem Objekt reflektierte Lichtpunkt wieder bei der Bildaufnahmeeinheit d) eintrifft. I n an sich bekannter Weise kann aus der Zeitdifferenz zwischen Absenden des Lichtpulses und Wiedereintreffen des Lichtpulses der Abstand zu dem Objekt zumindest qualitativ bestimmt werden . Aus einem Vergleich der jeweils benötigten Zeitdauern für die Mehrzahl von
Messpunkten kann ein dreidimensionales Modell des Objekts erstellt werden . Die Bildaufnahmeeinheit d) ist somit zum Durchführen der Verfahrensschritte A und B geeignet.
Auch hierbei wird zunächst ohne Bewegen der Bildaufnahmeeinheit d) relativ zu dem Messobjekt ein ortsaufgelöstes Bild durch das vorgenannt scannende
Verfahren aufgenommen . Anschließend wird die Bildaufnahmeeinheit d) relativ zu dem Messobjekt bewegt, um ein weiteres ortsaufgelöstes Bild aus einer
unterschiedlichen Perspektive ebenfalls mittels des scannenden Verfahrens aufzunehmen . Durch Wiederholen dieser Vorgänge werden gemäß
Verfahrensschritt A eine Mehrzahl ortsaufgelöster Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen . Figur 6 zeigt schematisch eine projizierte Ansicht des Messobjekts 8 basierend auf dem Messobjekt-Modell sowie darüber stilisiert ein zweidimensionales,
ortsaufgelöstes Bild 8‘ des Messobjekts, welches mit einer Bildaufnahmeeinheit, bevorzugt der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit aufgenommen wurde. Wie bereits vorangehend beschrieben , werden zum Auffinden der Position , der Richtung und bevorzugt auch von Abbildungsparametern der Bildaufnahmeeinheit bevorzugt projizierte Ansichten des Messobjekts mit dem ortsaufgelösten Bild verglichen . Der Vergleich erfolgt bevorzugt unter Verwendung von identifizierten Merkmalen der Textur des Messobjekts, wie in Figur 6 schematisch durch Kreuz, Kreis und
Quadrat auf dem Messgegenstand 8a angedeutet ist. Diese Merkmale finden sich auch in dem ortsaufgelösten Bild 8‘ wieder. Wie zuvor beschrieben werden
Position , Richtung und bevorzugt Abbildungsparameter der Kamera derart bestimmt, dass die projizierte Ansicht mit dem ortsaufgelösten Bild übereinstimmt oder zumindest näherungsweise übereinstimmt. Hierdurch wird die Position und Ausrichtung der Bildaufnahmeeinheit im Messobjekt-Modell bestimmt. Dadurch ist es wie zuvor beschrieben dann auch möglich , jedem Ort in mithilfe der
Bildaufnahmeeinheit, insbesondere mithilfe der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bildern die zugehörigen 3D-Koordinaten im dreidimensionalen Messobjekt-Modell zuzuordnen .
Figur 7 zeigt schematisch eine Ansicht des Messobjekts 8 mit einem durch einen Punkt gekennzeichneten Laserstrahlauftreffpunkt etwa mittig auf dem
Messgegenstand 8a. Darüber ist schematisch ein ortsaufgelöstes Bild 8‘ dargestellt, welches mit einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommen wurde. Das Bild 8‘ umfasst ebenfalls den Laserstrahlauftreffpunkt. Wie zuvor beschrieben , kann durch Zuordnen von Koordinaten des Messobjekt-Modells zu den Bildpunkten des Bildes 8‘ und Lokalisierung des Laserstrahlauftreffpunktes im Bild 8‘ dem
Laserstrahlauftreffpunkt eine Position im Messobjekt-Modell , insbesondere dreidimensionale Koordinaten im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells, zugeordnet werden , insbesondere, in dem zunächst die Position des
Laserstrahlauftreffpunktes im Kamerabild lokalisiert wird und dann die Punkte des Geometriemodells gesucht werden , deren Projektion auf das Kamerabild sehr nah am Laserstrahlauftreffpunkt im Kamerabild liegen . Durch eine I nterpolation der 3D Koordinaten dieser Punkte des Geometriemodells können schließlich die 3D- Koordinaten des Laserstrahlauftreffpunkts bestimmt werden . Bezuqszeichen liste , 1 a, 1 b, 1 c Messkopf
Messkopf-Abgleichmodell
quaderförmiger Teil des Messkopfes
zylindrischer Teil des Messkopfes
Laserstrahlaustrittsöffnung
Laseraustrittspunkt
Messstrahl
Messstrahlausbreitungsrichtung
Messobjekt
a Messgegenstand
Auswerteeinheit
0 erste Bildaufnahmeeinheit
1 Strahllage-Bildaufnahmeeinheit
2 optische Achse der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit3 Haltevorrichtung
4 Strahlrichteinheit
5 Vibrometer
6 Objektiv
7 Entfernungsmesser
8 Farbbildkamera
9 s/w-Kamera
0 Streifen projektionsein heit
1 Ablenkeinheit

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer
interferometrischen Messvorrichtung mit den Verfahrensschritten :
A. Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern zumindest einer Messoberfläche des Messobjekts aus
unterschiedlichen Perspektiven ;
B. Erstellen eines dreidimensionalen Messobjekt-Modells, das
zumindest die Messoberfläche des Messobjekts umfasst, mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche;
C. Bereitstellen einer Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und Aufnehmen von mindestens einem ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbild zumindest der Messoberfläche des Messobjekts mit Hilfe der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit;
D. Bestimmen der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt mit H ilfe des mindestens einen ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbildes in Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell und/oder der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern ;
E. Bereitstellen einer räumlichen Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der interferometrischen
Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit;
F. Bestimmen des räumlichen Strahlverlaufs des Messstrahls der
interferometrischen Messvorrichtung relativ zum Messobjekt abhängig von der in Verfahrensschritt E bereitgestellten Relation und der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt F der Messstrahlverlauf mittels Durchführen von Verfahrensschritt Fi und mindestens einem der Verfahrensschritte Fii und Fiii bestimmt wird :
Fi . Bestimmung der Koordinaten im Messobjekt-Modell mindestens eines Ortes, der auf der vom Messstrahl definierten optischen Achse oder in einem vorgegebenen räumlichen Bezug hierzu liegt; Fii . Bestimmung des durch die Messstrahlausbreitungsrichtung
vorgegebenen Richtungsvektors im Messobjekt-Modell ;
Fiii . Bestimmung der Koordinaten eines zweiten Ortes im Messobjekt-
Modell, der auf der vom Messstrahl definierten optischen Achse oder in einem vorgegebenen räumlichen Bezug hierzu liegt und ortsverschieden zu dem in Fi verwendeten Ort ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass in zumindest einem der Verfahrensschritte Fi und Fiii die Koordinaten im Messobjekt-Modell eines Messstrahlauftreffpunktes des Messstrahls auf dem Messobjekt bestimmt werden .
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt E die räumliche Relation als feste räumliche Lage des Strahlverlaufs relativ zu der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit vorgegeben wird .
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dad urch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt E die räumliche Relation abhängig von mindestens einem, bevorzugt von mindestens zwei zu bestimmenden Parametern ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt F die Bestimmung mindestens eines, bevorzugt aller der zu bestimmenden Parameter mittels Bestimmen der Koordinaten des Messstrahlauftreffpunkts des Messstrahls und/oder zumindest eines H ilfsstrahlauftreffpunktes eines mit dem Messstrahl in vorgegebener räumlicher Beziehung stehenden Hilfsstrahls auf dem Messobjekt im
Messobjekt-Modell anhand zumindest eines Strahllage-Bestimmungsbildes erfolgt, welches den Messstrahlauftreffpunkt und/oder den zumindest einen H ilfsstrahlauftreffpunkt auf dem Messobjekt umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinaten des Messstrahlauftreffpunkts und/oder des
H ilfsstrahlauftreffpunkts mittels folgender Verfahrensschritte bestimmt werden :
F.a Ermitteln einer Zuordnungsvorschrift zwischen den einzelnen
Positionen auf einem ortsaufgelösten Bild der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit, insbesondere dem Strahllage-Bestimmungsbild , und den zugehörigen Punkten im dreidimensionalen Messobjekt- Modell mit H ilfe mindestens eines ortsaufgelösten Strahllage- Bestimmungsbildes in Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell und/oder der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern ;
F.b Bestimmen des Auftreffpunkts des Messstrahls und/oder des
H ilfsstrahls auf der Messoberfläche anhand des ortsaufgelösten Bilds der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und der Zuordnungsvorschrift gemäß F.a.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt E ein Messvorrichtung-Modell bereitgestellt wird , welches zumindest ein Messkopfelement eines Messkopfes der
interferometrischen Messvorrichtung umfasst, welches in einem
vorgegebenen räumlichen Bezug zu dem Messstrahl steht und zumindest ein Strahllage-Bildaufnahmeeinheit-Element umfasst, welches in einem vorgegebenen räumlichen Bezug zu der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit steht.
9. Verfahren nach Anspruch 8 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritt E folgende Verfahrensschritte aufweist:
Ei . Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Messvorrichtungs- Bildern , welche zumindest das Messkopfelement und das Strahllage- Bildaufnahmeeinheit-Element umfassen , aus unterschiedlichen Perspektiven ;
Eii . Erstellen eines Messvorrichtung-Modells, mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messvorrichtungs-Bildern .
1 0. Verfahren nach Anspruch 9 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Messkopf-Abgleichmodell, welches zumindest das
Messkopfelement zumindest schematisch umfasst und ein Strahllage- Bildaufnahmeeinheit-Abgleichmodell, welches zumindest die Strahllage- Bildaufnahmeeinheit zumindest schematisch umfasst, vorgegeben werden , und dass der Strahlverlauf des Messstrahls zu mindest im Messkopf- Abgleichmodell vorgegeben ist.
1 1 . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels des Verfahrens für mehrere Messstrahlen mehrerer
Messvorrichtungen jeweils der Strahlverlauf bestimmt wird ,
wobei in Verfahrensschritt E die räumliche Relation zwischen der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit und dem räumlichen Strahlverlauf jedes Messstrahls bereitgestellt wird .
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messvorrichtung eine Strahlrichteinheit zum Richten des
Messstrahl auf mehrere ortsverschiedene Messpunkte aufweist.
1 3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels des Messstrahls eine interferometrische Messung an dem Messobjekt durchgeführt wird und die interferometrische Messung unter Berücksichtigung des Messstrahlverlaufs ausgewertet wird .
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die optische Achse des zum dem Messobjekt hinlaufenden Messstrahls und die optische Achse des von dem Messobjekt rücklaufenden Messstrahls einen Winkel einschließen und der Verlauf der Winkelhalbierenden dieses Winkels als Messstrahlverlauf bestimmt wird .
1 5. Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Messobjekts, mit einer oder mehreren Strahlquellen zum Erzeugen zumindest eines Mess- und zumindest eines Referenzstrahls, einem Detektor und einer
Auswerteeinheit, welche mit dem Detektor zum Auswerten von
Messsignalen des Detektors verbunden ist,
wobei die Messvorrichtung ausgebildet ist, den Messstrahl auf mindestens einen Messpunkt auf dem Messobjekt zu leiten und den zumindest teilweise von dem Messobjekt reflektierte oder gestreute Messstrahl mit dem
Referenzstrahl auf einer Detektionsfläche des Detektors zu überlagern , so dass mittels des Detektors ein Ü berlagerungs- oder I nterferenzsignal zwischen Mess- und Referenzstrahl messbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messvorrichtung eine Strahllage-Bildaufnahmeeinheit aufweist, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, den Strahlverlauf des Messstrahls zu bestimmen .
1 6. Messvorrichtung nach Anspruch 1 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messvorrichtung ausgebildet ist,
A. eine Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern zumindest einer Messoberfläche des Messobjekts aus unterschiedlichen Perspektiven aufzunehmen ;
B. ein dreidimensionales Messobjekt-Modell , das zumindest die
Messoberfläche des Messobjekts umfasst, mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche zu erstellen ;
C. mindestens ein ortsaufgelöstes Strahllage-Bestimmungsbild
zumindest der Messoberfläche des Messobjekts mit Hilfe der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit aufzu nehmen ;
D. die räumliche Position und Ausrichtung der Strahllage- Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt mit Hilfe des mindestens einen ortsaufgelösten Strahllage-Bestimmungsbildes in Kombination mit dem dreidimensionalen Messobjekt-Modell und/oder der Mehrzahl von ortsaufgelösten Messobjekt-Bildern zu bestimmen ;
E. eine räumliche Relation zwischen dem räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der Messvorrichtung und der Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit bereitzustellen ;
F. den räumlichen Strahlverlauf des Messstrahls der Messvorrichtung relativ zum Messobjekt abhängig von der in Verfahrensschritt E bereitgestellten Relation und der räumlichen Position und Ausrichtung der Strahllage-Bildaufnahmeeinheit relativ zum Messobjekt zu bestimmen .
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