DE102004025490A1 - Optical measurement of reflective or transparent objects using laser, by applying e.g. condensate film that can be removed without contact - Google Patents

Optical measurement of reflective or transparent objects using laser, by applying e.g. condensate film that can be removed without contact Download PDF

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Abstract

A coating that at least partially eliminates the reflection and/or transparency is applied to the object to be measured. The coating is formed as a film that can be removed from the surface of the object to be measured without contact. The film is preferably a condensate film. An independent claim is included for an apparatus for optically measuring an object.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Vermessen reflektierender und/oder transparenter Objekte mittels Lasermesstechnik, wobei auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts eine die Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufhebende Beschichtung aufgebracht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine mit einem Messkopf versehene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for optically measuring reflective and / or transparent objects by means of laser metrology, wherein the surface of the object to be measured, the reflection and / or the transparency at least partially repealing coating is applied. Farther The invention relates to a device provided with a measuring head to carry out the Process.

Als Verfahren für die berührungslose Abstands- und Konturvermessung von Objekten hat sich die Laser-Lichtschnitt-Triangulation in der Praxis durchaus bewährt. Bei diesem bekannten Verfahren wird mittels eines Lasers auf ein zu vermessendes Objekt eine Lichtlinie projiziert. Diese Linie wird aus einer anderen Ebene beobachtet und aus dem gemessenen Verlauf der Linie die zweidimensionale Kontur des betreffenden Objekts ermittelt.When Procedure for the non-contact Distance and contour measurement of objects has become the laser light-sliced triangulation well proven in practice. In this known method is by means of a laser on a projected to the object to be measured a line of light. This line will observed from another level and from the measured course the line determines the two-dimensional contour of the object in question.

Das Prinzip der Laser-Triangulation beruht darauf, dass der Laserstrahl am Auftreffort an der Oberfläche des zu vermessenden Objekts gestreut reflektiert wird. Dieses Streulicht wird für die Beobachtung des Auftreffortes ausgenutzt. Das Auftreten einer diffusen Streulicht-Reflexion ist somit eine zwingende Vorbedingung zur Verwendung der Laser-Lichtschnitt-Triangulation. Bei hochglänzenden und/oder verspiegelten Oberflächen tritt im Gegensatz zum diffusen Streulicht eine gerichtete Reflexion auf, so dass derartige Oberflächen nicht für die Vermessung mit Hilfe der Laser-Lichtschnitt-Triangulation geeignet sind. Ebenso verhält es sich mit transpa renten Objekten, da diese den Laserstrahl gar nicht reflektieren, sondern der Laserstrahl diese Objekte durchleuchtet.The Principle of laser triangulation is based on the fact that the laser beam at the place of impact on the surface the object to be measured is reflected scattered. This stray light is for exploited the observation of the place of impact. The occurrence of a diffuse scattered light reflection is thus a mandatory prerequisite for using laser light-slit triangulation. For high-gloss and / or mirrored surfaces occurs in contrast to the diffused light scattered directional reflection, so that such surfaces not for the measurement using the laser light-sliced triangulation suitable are. Likewise behaves It deals with transparent objects, as they do the laser beam do not reflect, but the laser beam shines through these objects.

Um transparente Objekten oder Objekte mit hochglänzenden und/oder verspiegelten Oberflächen aber trotzdem mittels der Laser-Lichtschnitt-Triangulation vermessen zu können, ist es aus der Praxis bekannt, die Oberflächen dieser Objekte mit einem feinen Pulver zu beschichten, das die Reflexion und/oder die Transparenz des zu vermessenden Objekts zumindest teilweise aufhebt. Nach dem Messvorgang muss das Pulver dann manuell wieder von der Objektoberfläche abgewischt werden.Around transparent objects or objects with high-gloss and / or mirrored surfaces but still measured by means of the laser-light triangulation to be able to It is known from practice to cover the surfaces of these objects with a fine powder to coat, which is the reflection and / or transparency of the object to be measured at least partially canceled. After this Measuring process, the powder must then manually wiped off the surface of the object again become.

Dieses bekannte Verfahren ist wegen der manuellen Arbeitsschritte für das Auftragen und Entfernen des Pulvers sehr zeitaufwendig und somit teuer. Darüber hinaus ist diese manuelle Behandlung von hochglänzenden und/oder hochverspiegelten sowie sehr empfindlichen Oberflächen nicht geeignet, da diese insbesondere beim Abwischen des Pulvers beschädigt werden können.This known method is because of the manual steps for the application and removing the powder is very time consuming and thus expensive. Furthermore This is manual treatment of high gloss and / or high glare as well as very sensitive surfaces not suitable because they are damaged especially when wiping the powder can.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass dieses eine schnelle und kostengünstige Vermessung auch empfindlicher Oberflächen ermöglicht. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.From that The invention is based on the object, a method of the type mentioned above in such a way that this is a fast and cost-effective Surveying even sensitive surfaces possible. Furthermore, the invention is the task is based, a device for carrying out the Provide method.

Die verfahrensmäßige Lösung dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die die Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufhebende Beschichtung als berührungsfrei von der Oberfläche des zu vermessenden Objekts entfernbarer Film ausgebildet ist.The procedural solution of this Task is inventively characterized in that the reflection and / or transparency at least partially repealing Coating as non-contact from the surface of the object to be measured removable film is formed.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es erstmalig möglich auch sehr empfindliche Oberflächen mittels der Laser-Lichtschnitt-Triangulation zu vermessen, da der die Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufhebende Film berührungsfrei, das heißt also ohne manuelle Bearbeitung der zu vermessenden Oberfläche entfernt wird.By the inventive method is it possible for the first time also very sensitive surfaces to measure by means of laser light-section triangulation, as the the reflection and / or the transparency at least partially canceling Film non-contact, this means ie removed without manual processing of the surface to be measured becomes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung löst sich der die Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufhebende Film selbstständig, also ohne Zutun des Nutzers des Verfahrens auf.According to one preferred embodiment of Invention solves the reflection and / or the transparency at least partially self-pinning movie, So without the intervention of the user of the process.

Gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der berührungsfrei entfernbare Film ein Flüssigkeitsfilm, insbesondere ein Kondensatfilm ist. Der feine Tröpfchenfilm eines Kondensatfilms ist ausreichend, um für die erforderliche diffuse Streulicht-Reflexion zu sorgen.According to one Practical embodiment of Invention is proposed that the non-contact removable film a liquid film, especially a condensate film. The fine droplet film of a condensate film is sufficient for to provide the required diffuse scattered light reflection.

Erzeugen lässt sich ein erfindungsgemäßer Kondensatfilm auf der zu vermessenden Oberfläche durch einen Temperaturunterschied zwischen der Oberflächentemperatur des zu vermessenden Objekts und der Temperatur eines mit dieser Körperoberfläche in Berührung kommenden Dampfes, wie beispielsweise Wasserdampf.Produce let yourself a condensate film according to the invention on the surface to be measured a temperature difference between the surface temperature of the to be measured Object and the temperature of a coming into contact with this body surface of the vapor, such as Steam.

Zur Erzeugung des Kondensatfilms wird vorgeschlagen, dass der an der zu vermessenden Oberfläche auszukondensierende Dampf gezielt auf die Oberfläche geblasen wird.to Generation of the condensate film is proposed that at the to be measured surface steam to be condensed is selectively blown onto the surface.

Das berührungsfreie Entfernen des Kondensatfilms erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise durch Verdunsten, was entweder durch Temperaturerhöhung der Oberflächentemperatur des zu vermessenden Objekts oder durch Temperaturabsenkung der Umgebungstemperatur des zu vermessenden Objekts in die Wege geleitet werden kann.The noncontact Removal of the condensate film is carried out according to the invention preferably by Evaporate, either by raising the surface temperature of the object to be measured or by lowering the temperature of the ambient temperature of the object to be measured can be initiated.

Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass der Kondensatfilm durch einen auf die Körperoberfläche gerichteten Gasstrom entfernt werden kann.Furthermore, it is proposed with the invention that the condensate film are removed by a directed onto the body surface gas stream can.

Vorrichtungsmäßig wird mit der Erfindung schließlich vorgeschlagen, dass an dem auf das zu vermessende Objekt gerichteten Messkopf zumindest eine Düse angeordnet ist, über die ein Dampfstrom auf die Objektoberfläche blasbar ist.Device wise finally with the invention proposed that on the directed to the object to be measured Measuring head at least one nozzle is arranged over a vapor stream is blown onto the object surface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist am Messkopf zusätzlich oder alternativ zu der den Dampfstrom abgebenden Düse zumindest eine Düse angeordnet ist, über die zum Entfernen des die Reflexion und/oder die Transpa renz zumindest teilweise aufhebenden Films ein Gasstrom auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts richtbar ist.According to one another embodiment The invention is additionally or alternatively to the measuring head the vapor stream emitting nozzle at least one nozzle is arranged over the removal of the reflection and / or the Transpa rence at least partially lifting a gas stream onto the surface of the film can be directed to the object to be measured.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum optischen Vermessen reflektierender und/oder transparenter Objekte nur beispielhaft schematisch dargestellt ist.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the accompanying drawings, in the one embodiment a device according to the invention for optically measuring reflective and / or transparent objects only schematically exemplified.

Die Abbildung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer nach dem Laser-Lichtschnitt-Triangulationsverfahren arbeitenden Messvorrichtung zur berührungslosen Abstands- und Konturvermessung von Objekten.The Figure shows the basic structure of a laser light-cut triangulation method working measuring device for non-contact distance and contour measurement of objects.

Ein auf ein zu vermessendes Objekt 1 gerichteter Messkopf 2 beinhaltet neben einem Laser 3 auch ein Objektiv 4 sowie einen Detektor 5 zur Aufnahme des von der Oberfläche des zu vermessenden Objekts 1 reflektierten Laserlichts.An object to be measured 1 directed measuring head 2 includes besides a laser 3 also a lens 4 and a detector 5 for receiving the object to be measured from the surface 1 reflected laser light.

Mittels des Lasers 3 wird auf das zu vermessende Objekt 1 eine Lichtlinie projiziert. Diese Linie wird über den Detektor 5 aus einer anderen Ebene beobachtet und aus dem gemessenen Verlauf der Linie die zweidimensionale Kontur des betreffenden Objekts 1 ermittelt.By means of the laser 3 becomes the object to be measured 1 a line of light projects. This line will go over the detector 5 observed from another plane and from the measured course of the line, the two-dimensional contour of the object in question 1 determined.

Wie aus der Darstellung ersichtlich, wird das Licht am Auftreffort eine Streulichtkeule 6 bildend diffus gestreut. Dieses diffuse Streulicht wird für die Beobachtung des Auftreffortes ausgenutzt. Die Leuchtlinie am Auftreffort der Laserlichtlinie wird unter einem vorgegebenen Winkel zur Einfallsrichtung mit dem Objektiv 4 auf den Detektor 5 abgebildet. Der positionsempfindliche Detektor 5 liefert ein von der Lage der abgebildeten Lichtlinie abhängiges Signal. Die Lage der Lichtlinie auf dem Detektor 5 hängt dabei von der Position des Objekts 1 ab. Aus der gemessenen Lage der Lichtlinie sowie der bekannten Abbildungsgeometrie und Einstrahlrichtung wird der Abstand des Objekts 1 von einer Referenzebene bestimmt und so die Kontur der Objektoberfläche bestimmt.As can be seen from the illustration, the light at the point of incidence becomes a scattered light lobe 6 forming diffused. This diffuse scattered light is used for the observation of the place of impact. The luminous line at the point of incidence of the laser light line is at a predetermined angle to the direction of incidence with the lens 4 on the detector 5 displayed. The position sensitive detector 5 provides a signal dependent on the location of the imaged light line. The location of the light line on the detector 5 depends on the position of the object 1 from. From the measured position of the light line as well as the known imaging geometry and direction of incidence, the distance of the object 1 determined by a reference plane and thus determines the contour of the object surface.

Da die diffusen Streulicht-Reflexion eine zwingende Vorbedingung zur Verwendung der Laser-Lichtschnitt-Triangulation ist, kann dieses Messverfahren bei hochglänzenden und/oder verspiegelten Oberflächen nicht ohne weiteres angewandt werden, weil an diesen Oberflächen eine gerichtete Reflexion auftritt. Ebenso ist die Laser-Lichtschnitt-Triangulation nicht ohne weiteres zum Vermessen transparenter Objekte geeignet, da diese den Laserstrahl gar nicht reflektieren, sondern der Laserstrahl diese Objekte durchleuchtet.There the diffuse scattered light reflection a mandatory precondition for Using laser light-slit triangulation is this Measuring method for high-gloss and / or mirrored surfaces can not be readily applied because of these surfaces directed reflection occurs. Likewise, the laser light-section triangulation not readily suitable for measuring transparent objects, because they do not reflect the laser beam, but the laser beam Objects illuminated.

Um auch Objekte 1 mit hochglänzenden und/oder verspiegelten Oberflächen oder sogar transparente Objekte 1 mittels der Laser-Lichtschnitt-Triangulation vermessen zu können, ist es somit notwendig, die gerichtete Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufzuheben und die erforderliche diffuse Streulicht-Reflexion zu erzeugen.To objects too 1 with high gloss and / or mirrored surfaces or even transparent objects 1 By means of laser light-slit triangulation, it is thus necessary to at least partially cancel out the directed reflection and / or the transparency and to produce the required diffuse scattered-light reflection.

Zu diesem Zweck wird auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts 1 ein die Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufzuhebender Film, wie beispielsweise ein Kondensatfilm aufgebracht.For this purpose, it is applied to the surface of the object to be measured 1 a reflection and / or transparency at least partially reversible film, such as a condensate applied.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Messvorrichtung weist der Messkopf 2 eine Düse 7 auf, über die ein Dampf in Richtung der Objektoberfläche blasbar ist. Sobald der Dampf mit der Oberfläche in Berührung kommt, deren Temperatur niedriger ist als die Sättigungstemperatur des Dampfes, schlägt sich der Dampf als Flüssigkeit auf der Oberfläche des Objekts 1 nieder. Die solchermaßen, beispielsweise wie ein mit Atemluft behauchter Spiegel mit einem Kondensatfilm versehene Objektoberfläche reflektiert das auftreffende Laserlicht diffus, so dass das Laser-Lichtschnitt-Triangulationsverfahren zur Vermesessung des Objekts 1 anwendbar ist.In the illustrated embodiment of the measuring device, the measuring head 2 a nozzle 7 via which a vapor is blown in the direction of the object surface. As soon as the vapor comes into contact with the surface whose temperature is lower than the saturation temperature of the vapor, the vapor acts as a liquid on the surface of the object 1 low. The object surface thus provided with a condensate film, for example, like a breathable mirror, reflects the incident laser light diffusely, so that the laser light-slicing triangulation method is used to measure the object 1 is applicable.

Nach einiger Zeit verschwindet der Kondensatfillm berührungsfrei von der Objektoberfläche, nämlich durch Verdunsten. Um das Enffernen des Kondensatfilms von der Objektoberfläche zu beschleunigen, weist der dargestellte Messkopf 2 eine weitere Düse 8 auf, über die beispielsweise kalte und/oder sehr trocken Luft auf den Kondensatfilm blasbar ist.After some time, the condensate filler disappears without contact from the surface of the object, namely by evaporation. To speed up the removal of the condensate film from the object surface, the illustrated measuring head has 2 another nozzle 8th on, for example, cold and / or very dry air is blown onto the condensate film.

Das beschriebene Verfahren zum optischen Vermessen reflektierender und/oder transparenter Objekte mittels Lasermesstechnik zeichnet sich dadurch aus, dass der auf die zu vermessende Objektoberfläche aufgebrachte, die gerichtete Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufzuhebende Film berührungsfrei wieder von der Oberfläche entfernbar ist, so dass auch empfindlichste Oberflä chen mit diesem Verfahren vermessbar sind. Somit können auch bislang nur mittels taktiler Messverfahren vermessbare Objekte nunmehr einfach, schnell und preisgünstig optisch mittels des Laser-Lichtschnitt-Triangulationsverfahrens vermessen werden.The described method for optically measuring reflective and / or transparent objects by means of laser metrology is characterized in that the applied to the object surface to be measured, the directional reflection and / or transparency at least partially repealed film is contactless again removed from the surface, so that Even the most sensitive surfaces can be measured with this method. Thus, so far only by means of tactile Messver drive measurable objects are now easily, quickly and inexpensively measured optically by means of laser light-sliced triangulation method.

11
Objektobject
22
Messkopfprobe
33
Laserlaser
44
Objektivlens
55
Detektordetector
66
StreulichtkeuleFlare leg
77
Düsejet
88th
Düsejet

Claims (11)

Verfahren zum optischen Vermessen reflektierender und/oder transparenter Objekte mittels Lasermesstechnik, wobei auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts eine die Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufhebende Beschichtung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die die Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufhebende Beschichtung als berührungsfrei von der Oberfläche des zu vermessenden Objekts entfernbarer Film ausgebildet ist.Method for optically measuring reflective and / or transparent objects by means of laser metrology, wherein on the surface of the object to be measured, a reflection and / or transparency at least partially canceling coating is applied, characterized in that the reflection and / or transparency at least partially lifting coating is formed as a contact-free from the surface of the object to be measured removable film. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der berührungsfrei entfernbare Film ein sich selbstständig auflösender Film ist.Method according to claim 1, characterized in that that the non-contact Removable movie is a self-contained movie. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der berührungsfrei entfernbare Film ein Flüssigkeitsfilm ist.Method according to claim 1 or 2, characterized that the non-contact Removable film a liquid film is. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsfilm ein Kondensatfilm ist.Method according to claim 3, characterized that the liquid film is a condensate film. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatfilm durch einen Temperaturunterschied zwischen der Oberflächentemperatur des zu vermessenden Objekts und der Temperatur eines mit dieser Körperoberfläche in Berührung kommenden Dampfes erzeugt wird.Method according to claim 4, characterized in that that the condensate film is due to a temperature difference between the surface temperature of the object to be measured and the temperature of one with this Body surface coming into contact Steam is generated. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf gegen die zu vermessende Körperoberfläche geblasen wird.Method according to claim 4, characterized in that that the steam is blown against the body surface to be measured. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatfilm durch Temperaturerhöhung der Oberflächentemperatur des zu vermessenden Objekts entfernt wird.Method according to at least one of claims 4 to 6, characterized in that the condensate film by increasing the temperature of the surface temperature of the object to be measured is removed. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatfilm durch Temperaturabsenkung der Umgebungstemperatur des zu vermessenden Objekts entfernt wird.Method according to at least one of claims 4 to 6, characterized in that the condensate film by lowering the temperature the ambient temperature of the object to be measured is removed. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatfilm durch einen auf die Körperoberfläche gerichteten Gasstrom entfernt wird.Method according to at least one of claims 4 to 6, characterized in that the condensate film by a on directed the body surface Gas flow is removed. Vorrichtung zum optischen Vermessen reflektierender und/oder transparenter Objekte mittels Lasermesstechnik nach mindestens einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 9, mit einem auf ein zu vermessendes Objekt (1) gerichteten Messkopf (2), dadurch gekennzeichnet, dass am Messkopf (2) zumindest eine Düse (7) angeordnet ist, über die ein Dampfstrom auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts (1) blasbar ist.Device for optically measuring reflective and / or transparent objects by means of laser metrology according to at least one method of claims 1 to 9, with an object to be measured ( 1 ) directed measuring head ( 2 ), characterized in that at the measuring head ( 2 ) at least one nozzle ( 7 ) is arranged, via which a vapor stream to the surface of the object to be measured ( 1 ) is blown. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Messkopf (2) zumindest eine Düse (8) angeordnet ist, über die zum Entfernen des die Reflexion und/oder die Transparenz zumindest teilweise aufhebenden Films ein Gasstrom auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts (1) richtbar ist.Apparatus according to claim 10, characterized in that at the measuring head ( 2 ) at least one nozzle ( 8th ) is arranged, via which to remove the reflection and / or transparency at least partially canceling film, a gas stream to the surface of the object to be measured ( 1 ) is directable.
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