DE102004003329B3

DE102004003329B3 - Verfahren zur geometrischen Vermessung einer mit einem transparenten Materialfilm bedeckten Oberfläche

Info

Publication number: DE102004003329B3
Application number: DE102004003329A
Authority: DE
Inventors: Jan Dipl.-Ing. Stallkamp
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-01-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur geometrischen Vermessung einer mit einem transparenten Materialfilm bedeckten Oberfläche, bei dem zwei getrennte Lichtbündel von zwei Ausgangspunkten, die in einem Bezugssystem einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, auf die Oberfläche gerichtet werden, die beiden Lichtbündel für eine erste Messung auf der Oberfläche in einem Messpunkt zur Überdeckung gebracht werden und bei Überdeckung im Messpunkt die Lage der beiden Lichtbündel im Bezugssystem erfasst wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass für den Messpunkt zumindest eine zweite Messung bei einer anderen Lage der beiden Ausgangspunkte zur Oberfläche durchgeführt wird und aus den erfassten Lagen der Lichtbündel, der Lageänderung der beiden Ausgangspunkte und dem Abstand der beiden Ausgangspunkte die Entfernung des Messpunktes zu einem Bezugspunkt des Bezugssystems unter Berücksichtigung der Lichtbrechung im Materialfilm ermittelt wird. Das Verfahren ermöglicht die genaue geometrische Vermessung einer mit einem transparenten Materialfilm bedeckten Oberfläche.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur geometrischen Vermessung einer mit einem transparenten Materialfilm, insbesondere einem Flüssigkeitsfilm, bedeckten Oberfläche, bei dem zwei getrennte Lichtbündel von zwei Ausgangspunkten, die in einem Bezugssystem einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, auf die Oberfläche gerichtet werden, die beiden Lichtbündel für eine erste Messung auf der Oberfläche in einem Messpunkt zur Überdeckung gebracht werden und bei Überdeckung im Messpunkt die Lage der beiden Lichtbündel im Bezugssystem erfasst wird, um über Triangulation die Entfernung des Messpunktes zu einem Bezugspunkt des Bezugssystems zu ermitteln.

Die geometrische Vermessung von Oberflächen mit optischen Messverfahren findet in vielen technischen Bereichen Anwendung. Ein besonderes Anwendungsgebiet stellt das Gebiet der Chirurgie dar, auf dem in zunehmendem Umfang Navigationssysteme eingesetzt werden. Dies betrifft insbesondere die minimalinvasive Chirurgie aber auch konventionelle Eingriffe, bspw. bei roboterassistierten Anwendungen. Navigationssysteme ermöglichen eine Orientierung des Chirurgen bei der Führung von Instrumenten innerhalb des menschlichen Körpers, ohne dass der Chirurg eine unmittelbare Wahrnehmung von der Eingriffsstelle haben muss. Viele derartiger Navigationssysteme verwenden präoperativ erstellte, dreidimensionale Bilddaten von Computertomographen oder Magnetresonanztomographen. Weiterhin sind auch intraoperative Messverfahren bekannt, bei denen die Umgebungsinformation während des Eingriffs direkt an der Eingriffsstelle erfasst und zur Navigation dargestellt wird. Beispiele hierfür sind Messverfahren mit optischen 3D-Scannern an der Endoskopspitze, die kontinuierlich ein aktuelles, dreidimensional rekonstruiertes Bild des umgebenden Gewebes von der Endoskopspitze liefern.

Neben diesem speziellen medizinischen Anwendungsgebiet lassen sich optische Verfahren zur geometrischen Vermessung einer Oberfläche auch in anderen technischen Bereichen einsetzen, wie bspw. zur Positionierung von Elementen, zur Qualitätssicherung in der Produktion oder im Bereich der technischen Endoskopie.

Aus der DE 100 37 771 A1 ist ein Verfahren zur geometrischen Vermessung einer Oberfläche bekannt, bei dem zwei getrennte Lichtbündel von zwei Ausgangspunkten, die in einem Bezugssystem einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, auf die zu vermessende Oberfläche gerichtet werden. Die beiden Lichtbündel werden anschließend auf dem Objekt in einem Messpunkt zur Überdeckung gebracht. Bei Überdeckung der beiden durch die Lichtbündel erzeugten Lichtflecke auf der Oberfläche wird die Lage der beiden Lichtbündel im Bezugssystem erfasst. Aus der erfassten Lage der Lichtbündel und dem Abstand der beiden Ausgangspunkte zum Zeitpunkt der Überdeckung wird die Entfernung des Messpunktes auf dem Objekt zu einem Bezugspunkt des Bezugssystems ermittelt. Dies kann durch Berechnung mit Triangulation oder auch durch Vergleich mit bereits für die eingesetzte Vorrichtung mittels Triangulation vorberechneten Tabellenwerten erfolgen. Die Druckschrift gibt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens an, die sich insbesondere in ein Endoskop integrieren lässt. Durch Vermessung einer Vielzahl von Messpunkten an der Oberfläche lässt sich der Oberflächenverlauf rekonstruieren.

Gerade beim Einsatz einer derartigen Vorrichtung im Bereich der Chirurgie besteht jedoch das Problem, dass die zu vermessenden Oberflächen während der Operation häufig durch natürliche Körperflüssigkeiten oder Spülflüssigkeiten bedeckt sind. Diese dünnen Flüssigkeitsfilme auf der Oberfläche können die Messung durch Brechungseffekte verfälschen. Das Gleiche gilt für andere Anwendungsgebiete, bspw. bei der technischen Endoskopie oder industriellen Anwendungen mit gefluteten Oberflächen, bei denen die zu vermessenden Oberflächen mit einem dünnen transparenten Materialfilm bedeckt sind.

Die DE 44 34 822 C1 beschreibt eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung von Abständen zu reflektierenden Grenzflächen, insbesondere zur berührungslosen Messung der Dicke von Messobjekten aus transparentem Material. Bei dieser Vorrichtung werden zwei gegenläufige Strahlen aus zwei Strahlungsquellen durch zwei Strahlteiler und eine Umlenkeinrichtung schräg auf die Oberfläche des Messobjektes geführt. Die Umlenkeinrichtung besteht aus einem Körper aus transparentem Material mit reflektierenden und brechenden Grenzflächen. Die an der Vorder- und Rückfläche des transparenten Messobjekts reflektierten Teilstrahlen werden durch die Umlenkeinrichtung und die Strahlteiler hindurch auf zwei ortsauflösende Nachweiseinrichtungen gelenkt. Aus den Auftreffpunkten der reflektierten Strahlen lässt sich dann der Abstand zum Messobjekt bzw. die Dicke des transparenten Messobjektes bestimmen.

Auch die EP 0 452 665 A2 beschreibt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Messung der Dicke von transparenten Beschichtungen. Hierbei werden zwei Laser eingesetzt, deren Strahlen auf der Oberfläche der zu vermessenden Schicht überlagert werden. Mit einem CCD-Sensor werden die an der Schicht reflektierte Strahlung des einen Lasers und die an der Schicht gestreute Strahlung des anderen Lasers erfasst. Aus dem erfassten Signal wird dann die Dicke der Schicht abgeleitet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein optisches Messverfahren anzugeben, das die geometrische Vermessung einer mit einem transparenten Materialfilm bedeckten Oberfläche mit hoher Genauigkeit ermöglicht.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur geometrischen Vermessung einer mit einem transparenten Materialfilm, insbesondere einem Flüssigkeitsfilm, bedeckten Oberfläche werden zwei getrennte Lichtbündel von zwei Ausgangspunkten, die in einem Bezugssystem einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, auf die Oberfläche gerichtet. Die beiden Lichtbündel werden für eine erste Messung auf der Oberfläche in einem Messpunkt zur Überdeckung gebracht und die Lage der beiden Lichtbündel im Bezugssystem bei Überdeckung im Messpunkt erfasst. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass für den Messpunkt zumindest eine zweite Messung bei einer definiert anderen Lage der beiden Ausgangspunkte relativ zur Oberfläche durchgeführt wird und aus den erfassten Lagen der Lichtbündel, der definierten Lageänderung der beiden Ausgangspunkte und dem Abstand der beiden Ausgangspunkte die Entfernung des Messpunktes zu einem Bezugspunkt des Bezugssystems unter Berücksichtigung der Lichtbrechung im Materialfilm ermittelt wird. Der vorgegebene Abstand der beiden Ausgangspunkte bleibt selbstverständlich bei der Lageänderung erhalten.

Für die Vermessung der gesamten Oberfläche werden Messungen an mehreren über die Oberfläche verteilten Messpunkten vorgenommen, wobei je Messpunkt zwei Messungen mit unterschiedlicher Lage der Ausgangspunkte durchgeführt werden. Die Messpunkte müssen dabei nicht explizit vorgegeben sein, bspw. als Markierungen. Die jeweilige Lageänderung der beiden Ausgangspunkte zwischen den beiden Messungen wird definiert vorgenommen, so dass sie für die Auswertung bekannt ist. Eine derartige Lageänderung erfolgt vorzugsweise durch eine Veränderung des Abstandes der Ausgangspunkte zur Oberfläche um eine definierte Distanz. Durch die doppelte Vermessung jedes Messpunktes mit dieser unterschiedlichen Lage der Ausgangspunkte lässt sich der Einfluss der Brechung der Lichtbündel an der Grenzschicht zum transparenten Materialfilm ermitteln und somit der exakte Abstand des Bezugspunktes zur Oberfläche bestimmen. In gleicher Weise kann aus dieser Messung auch die Dicke des transparenten Materialfilms bestimmt werden.

Somit ermöglicht das vorliegende Verfahren die geometrische Vermessung einer mit einem transparenten Materialfilm bedeckten Oberfläche mit hoher Genauigkeit. Messfehler, die bei dem in der Beschreibungseinleitung genannten Verfahren aufgrund von Brechungseffekten bei gefluteten Oberflächen speziell im direkten Abstand zwischen Vorrichtung und Oberfläche sowie zusätzlich bei schräger Einstrahlung zur Oberfläche durch einen seitlichen Versatz erzeugt werden, können beim vorliegenden Verfahren kompensiert werden. Das Verfahren erweitert somit das Einsatzspektrum derartiger optischer Messsysteme auf Anwendungen mit speziellen Umgebungsbedingungen.

Bei der Konzeption des vorliegenden Verfahrens wurde erkannt, dass die durch einen transparenten Materialfilm auf der Oberfläche verursachte Lichtbrechung durch doppelte Vermessung jedes Messpunktes mit unterschiedlicher Lage der Ausgangspunkte bei der Rekonstruktion der Oberfläche berücksichtigt werden kann. Die Anzahl der aufzulösenden Unbekannten ist bei der doppelten Vermessung jedes Messpunktes geringer als die Anzahl der sich aus der geometrischen Situation ergebenden Gleichungen. Der Brechungskoeffizient des Materialfilms wird dabei als bekannt vorausgesetzt. Dies ist bei den eingangs genannten Anwendungen in der Regel der Fall.

Bei der Bestimmung des Abstandes des Messpunktes vom Bezugspunkt aus den beiden Messungen stellt der Normalenvektor zur Oberfläche des transparenten Materialfilms eine wichtige Größe dar. Vorzugsweise wird dieser. Normalenvektor aus den jeweiligen Gleichungen für die beiden Messungen numerisch bestimmt.

In Fällen, in denen die numerische Bestimmung aufgrund von Messungenauigkeiten zu Problemen führt, wird vorzugsweise ein grober Startwert für diesen Normalenvektor vorgegeben, von dem aus die numerische Ermittlung durchgeführt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird dieser Startwert aus einer herkömmlichen Vermessung der Oberfläche gewonnen. Hierbei werden zunächst alle Messpunkte mit einer oder beiden Messungen erfasst, im Folgenden auch als Scan bezeichnet, und ohne Berücksichtigung der transparenten Materialschicht über einfache Triangulation aus einer der Messungen ein Oberflächenverlauf ermittelt. Aus diesem Oberflächenverlauf wird für jeden Messpunkt ein vorläufiger Normalenvektor bestimmt. Anschließend wird für jeden Messpunkt auf Basis beider Messungen gemäß dem vorliegenden Verfahren die exakte Entfernungs bestimmung durchgeführt, wobei bei der Bestimmung des Normalenvektors der vorher ermittelte vorläufige Normalenvektor als grober Startvektor vorgegeben wird.

Bei Einsatz einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der die flächenhafte Abtastung der Oberfläche über einen rotatorischen Antrieb erfolgt, kann die definierte Lageänderung bei der Vermessung jedes Messpunktes auch dadurch hervorgerufen werden, dass die Verbindungsachse zwischen den Ausgangspunkten exzentrisch zur Rotationsachse angeordnet wird. Eine Lageänderung wird dann durch eine leichte Drehung der Rotationsachse erreicht.

Vorzugsweise wird beim vorliegenden Verfahren eine Vorrichtung eingesetzt, wie sie aus der bereits dargelegten DE 100 37 771 A1 bekannt ist. Diese Vorrichtung muss lediglich dahingehend erweitert werden, dass eine Verschiebung des Trägerelementes für die beiden Scan-Spiegel um eine definierte Distanz in Richtung der Rotationsachse (z-Achse) ermöglicht wird. Diese Verschiebung kann über einen entsprechenden Antrieb automatisch bei der Durchführung der Messung erfolgen. Weiterhin muss die zugehörige Auswerteeinrichtung entsprechend zur exakten Bestimmung des Abstandes zum Bezugspunkt aus den beiden Messungen gemäß dem vorliegenden Verfahren ausgebildet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 in schematischer Darstellung den grundsätzlichen Aufbau zur geometrischen Vermessung einer Oberfläche mit einem optischen Messverfahren;

2 die geometrischen Verhältnisse bei der Vermessung einer Oberfläche mit einer transparenten Materialschicht; und

3 stark schematisiert einen Ausschnitt aus dem optischen und mechanischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens.

Wege zur Ausführung der Erfindung

1 zeigt stark schematisiert den grundsätzlichen Aufbau zur geometrischen Vermessung einer Oberfläche 5 mit einem optischen Messverfahren, wie er in der DE 100 37 771 A1 beschrieben ist. In diesem Beispiel setzt sich die Vermessungsvorrichtung, im Folgenden auch als Scanner bezeichnet, aus zwei jeweils um parallele Rotationsachsen kippbaren Spiegeln 1, 2 zusammen, die auf einem gemeinsamen Trägerelement 3 gelagert sind. Die beiden Spiegel werden mit einem Lichtbündel 4 insbesondere einem Laserstrahl, beleuchtet, der durch die Spiegel auf die zu vermessende Oberfläche 5 gelenkt wird. Durch geeignete Ansteuerung der Spiegel 1, 2 werden die beiden über die Spiegel auf der Oberfläche 5 erzeugten Lichtflecke am gewünschten Messpunkt 6 zur Überlagerung gebracht. Dieser Vorgang wird über eine Kamera kontrolliert. Die räumliche Lage der auf die Oberfläche auftreffenden Lichtbündel 4 ist über die Stellwinkel 11 der Spiegel 1, 2 bekannt. Aus dem bekannten Abstand der Rotationsachsen der Spiegel 1, 2 zueinander, der dem vorgegebenen Abstand der Ausgangspunkte für die auf die Oberfläche 5 gerichteten Lichtbündel 4 entspricht, und der jeweiligen räumlichen Lage der Lichtbündel 4 kann der Abstand zwischen einem Bezugspunkt des Scanners und dem Messpunkt 6 auf der Oberfläche 5 berechnet werden. Dies entspricht der bekannten Triangulationstechnik.

Ist jedoch die Oberfläche 6 zusätzlich mit einem transparenten Materialfilm 7, insbesondere einem Flüssigkeitsfilm, überzogen, so liefert die bekannte einfache Triangulationstechnik nicht den korrekten Abstand.

Die Verhältnisse in einem derartigen Fall sind anhand der 2 dargestellt. Durch die Brechung an der Oberfläche des Flüssigkeitsfilms 7 sind die Spiegelstellungen gegenüber einem Fall ohne diesen Flüssigkeitsfilm 7 bei Überlappung der beiden durch die Lichtbündel 4 auf der Oberfläche erzeugten Lichtflecke verändert. Der Strahlverlauf der über die Spiegel 1 bzw. 2 abgelenkten Lichtbündel 4 kann im Bezugssystem 8 des Scanners in Vektorschreibweise als Ebenengleichung beschrieben werden: ES1,2 : o →S1,2 + λS1,2·r1 →S1,2 + μS1,2·r2 →S1,2.

Der Richtungsvektor r2 →_S1,2 ist jeweils von den folgenden Parametern abhängig r2 →S1,2 = f(r1 →S1,2, νF, nF), wobei ν_F der Brechungskoeffizient des Flüssigkeitsfilms 7 und n →_F der Normalenvektor zur Oberfläche ist. Es wird angenommen, dass der Normalenvektor im Messpunkt 6 auf der zu vermessenden Oberfläche 5 kongruent mit den beiden Normalenvektoren der Flüssigkeitsoberfläche ist, an denen die über die Spiegel 1 und 2 abgelenkten Laserstrahlen 4 durch die Oberfläche treten, d. h. die Ebenen sind in diesem Bereich parallel. Diese Annahme kann bei kurzen Messabständen zum Scanner, kleinen Flüssigkeitsschichtdicken und kleinem Spiegelabstand getroffen werden. Auf Basis dieser Annahme können die Koeffizienten λ_S1,2 und μ_S1,2 jeweils durch den Abstand des Scannerbezugssystems 8 zur Flüssigkeitsoberfläche H →_F oder zu der zu vermessenden Oberfläche H →_G mit dem Normalenvektor ausgedrückt werden:

wobei β_S1 und β_S2 die Spiegelwinkel darstellen.

Aus den letzten beiden Gleichungen lassen sich unter der Annahme der ebenen Oberfläche λ_S1 durch λ_S2 und μ_S1 durch μ_S1 ausdrücken (oder umgekehrt). Damit stehen bei bekanntem Normalenvektor mit der obigen Ebenengleichung 3 Gleichungen mit 2 Unbekannten zur Verfügung.

Dieses Verhältnis reicht jedoch bei unbekanntem Normalenvektor (3 zusätzliche Unbekannte) nicht aus. Zur Lösung dieses Problems wird daher beim vorliegenden Verfahren ein weiterer Scan durchgeführt, bei dem die Scannerspiegel entweder um einen definierten Offset-Betrag entlang der z-Achse verschoben werden oder bei einer Konstruktion, bei der die Verbindungsachse der Spiegel, d.h. das Trägerelement 3, exzentrisch (z.B. in y-Richtung versetzt) zur Rotationsachse 9 des Scanners angebracht ist, eine Rotation um einen definierten Winkel vorgenommen wird. Die Kameraoptik bleibt dabei fixiert, so dass sich die Position des Messpunktes 6 im Kamerabild nicht ändert. Damit stehen zwei Messungen von einem Messpunkt 6 und damit drei weitere Gleichungen für die Lösung des Problems zur Verfügung.

Der Normalenvektor wird hierbei numerisch angenähert. Dazu können alle möglichen Normalenvektoren durchprobiert werden, bis die Gleichungssysteme eine gemeinsame Lösung haben. Die Beschreibung dieser Lösung kann selbstverständlich auf unterschiedlichen Wegen erfolgen, ebenso wie die Art, in der die Gleichungen aufgelöst werden. Bei einer möglichen Vorgehensweise werden die Gleichungssysteme so zu einer einzigen Gleichung umformuliert, dass bei einer richtigen Wahl des Normalenvektors das Ergebnis dieser Gleichung 0 wird.

Durch Messfehler kann in der Praxis das Ergebnis allerdings verzerrt werden, so dass die Gleichung niemals exakt den Wert 0 ergibt. Durch diese Abweichung können auch bei anderen Normalenvektoren die Ergebnisse des Gleichungssystems lokale Minima aufweisen. Eine Unterscheidung der falschen von den richtigen Ergebnissen wird dadurch erschwert. Um diese Problematik zu vermeiden, sollte eine möglichst exakte Auswahl eines Startwertes für den Normalenvektor erfolgen, so dass der Suchvorgang an der richtigen Stelle, d. h. in der Nähe des tatsächlichen Minimums begonnen wird.

Dieser Startvektor, d. h. die grobe Richtung des Normalenvektors, wird vorzugsweise aus den Oberflächennormalen der unkompensiert, d. h. als wäre keine Flüssigkeit vorhanden, errechneten und daher verschobenen Oberflächenpunkte angenähert. Mit diesem Startwert und den Gleichungen aus der zusätzlichen Messung lassen sich die tatsächlichen Abstände ohne nähere Kenntnis über die tatsächliche Flüssigkeitsdicke an jedem Messpunkt errechnen. Die Voraussetzung für eine derartige Annäherung des Normalenvektors ist ein Flächenscan, so dass das Messverfahren in diesem Fall eine flächige Mehrpunktmessung voraussetzt.

Aus den entsprechenden Gleichungen lässt sich nicht nur der Abstand zum Messpunkt 6 an der Oberfläche 5 sondern auch die Dicke des Flüssigkeitsfilms 7 ermitteln. Dies eröffnet zahlreiche bisher nicht spezifizierte Anwendungen, bei denen die Dicke eines derartigen Oberflächenfilms gemessen werden soll.

3 zeigt schließlich ebenfalls schematisiert einen Teil eines Scanners zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens, der aus zwei auf einem Trägerelement 3 angebrachten Spiegeln 1, 2 besteht, die horizontal exakt auf ihrer Rotationsachse von der Scannermitte aus beleuchtet werden. Das gesamte balkenförmig ausgebildete Trägerelement 3 ist um die z-Achse 9 drehbar gelagert, so dass in Kombination mit den Schwenkwinkeln 11 der Spiegel 1, 2 vor dem Scanner ein dreidimensionales Volumen abgetastet werden kann. Ein y-Versatz kann durch eine Rotation um die z-Achse (Feinjustierung) für jeden einzelnen Messpunkt ausgeglichen werden, wobei die Kamera zur Messung der Überlappung fixiert bleibt.

Im vorliegenden Beispiel wird die jeweils zweite Messung für jeden Messpunkt durch Versatz des Trägerelementes 3 in z-Richtung erzeugt, wie dies mit dem Pfeil 10 angedeutet ist. Es finden damit zwei unabhängige Winkelmessungen für den gleichen Überlappungspunkt statt. Aus diesen beiden Messungen wird der Normalenvektor aus den gemessenen Winkeln ohne Brechungskompensation zunächst grob errechnet und anschließend mit einem Annäherungsalgorithmus genau bestimmt. Als Ergebnis wird sowohl die Dicke der Flüssigkeitsschicht 7 als auch der Abstand des Scannerbezugspunktes zum Überlappungs- bzw. Messpunkt 6 erhalten.

1: erster Spiegel
2: zweiter Spiegel
3: Trägerelement
4: Lichtbündel
5: zu vermessende Oberfläche
6: Messpunkt
7: transparenter Materialfilm
8: Bezugssystem
9: Rotationsachse (z-Achse)
10: Verschiebung um die z-Achse
11: Stellwinkel

Claims

Verfahren zur geometrischen Vermessung einer mit einem transparenten Materialfilm (7) bedeckten Oberfläche (5), bei dem – zwei getrennte Lichtbündel (4) von zwei Ausgangspunkten, die in einem Bezugssystem (8) einen vorgegebenen Abstand zueinander aufweisen, auf die Oberfläche (5) gerichtet werden, – für eine erste Messung die beiden Lichtbündel (4) auf der Oberfläche (5) in einem Messpunkt (6) zur Überdeckung gebracht werden und – die Lage der beiden Lichtbündel (4) im Bezugssystem (8) bei Überdeckung im Messpunkt (6) erfasst wird, um über Triangulation die Entfernung des Messpunktes (6) zu einem Bezugspunkt des Bezugssystems (8) zu ermitteln, wobei für jeden Messpunkt (6) zumindest eine zweite Messung bei einer definiert veränderten Lage der beiden Ausgangspunkte durchgeführt wird und aus den erfassten Lagen der Lichtbündel (4), der definierten Lageänderung der beiden Ausgangspunkte und dem vorgegebenen Abstand der beiden Ausgangspunkte die Entfernung des Messpunktes (6) zum Bezugspunkt des Bezugssystems (8) unter Berücksichtigung der Lichtbrechung im Materialfilm (7) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Lageänderung der beiden Ausgangspunkte zwischen den beiden Messungen durch eine Veränderung des Abstandes der Ausgangspunkte zur Oberfläche (5) um eine definierte Distanz vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Lageänderung der Ausgangspunkte zwischen den beiden Messungen bei Einsatz einer Scannervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der eine flächenhafte Abtastung der Oberfläche (5) über einen rotatorischen Antrieb erfolgt und eine Verbindungsachse der beiden Ausgangspunkte exzentrisch zur Rotationsachse angeordnet ist, durch eine Drehung der Rotationsachse erreicht wird.
verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Entfernung des Messpunktes (6) vom Bezugspunkt aus den beiden Messungen ein Normalenvektor zur Oberfläche des transparenten Materialfilms (7) im Bezugssystem (8) numerisch bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die numerische Bestimmung des Normalenvektors ein Startvektor herangezogen wird, der eine grobe Richtung des Normalenvektors angibt, wobei der Startvektor durch Berechnung eines Oberflächenverlaufes aus einer der Messungen für eine Vielzahl von Messpunkten (6) ohne Berücksichtigung des Materialfilms (7) und Ableitung der Oberflächennormalen an dem jeweiligen Messpunkt (6) aus dem berechneten Oberflächenverlauf erhalten wird.