DE102004026357B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen eines Objektes - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Messen eines Objektes (3) umfassend ein Koordinatenmessgerät mit zumindest einer das Objekt messenden taktilen und/oder optischen Sensorik (8, 9) sowie einer das Objekt messenden Röntgensensorik (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgensensorik (7) entsprechend der taktilen und/oder der optischen Sensorik (8, 9) als weitere Sensorik in dem Koordinatenmessgerät positionierbar ist, dass gleichwertig zur taktilen und/oder optischen Sensorik (8, 9) die Röntgensensorik (7) angeordnet ist, dass die Röntgensensorik (7) mit der optischen Sensorik (8) auf einer gemeinsamen mechanischen Achse (5) angeordnet ist, dass die Röntgensensorik (7) und die weitere Sensorik (8, 9) ein gemeinsames Koordinatensystem haben, und dass aus den mit der Röntgensensorik (7) ermittelten Messpunkten sowie den taktil ermittelten Messpunkten und / oder den optisch ermittelten Messpunkten eine gemeinsame Punktwolke zur weiteren Auswertung erzeugbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen eines Objektes umfassend ein Koordinatenmessgerät mit zumindest einer das Objekt messenden taktilen und/oder optischen Sensorik sowie einer das Objekt messenden Röntgensensorik. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Messen eines Objektes umfassend ein Koordinatenmessgerät mit zumindest einer das Objekt messenden taktilen Sensorik und/oder optischen Sensorik sowie einer das Objekt messenden Röntgensensorik.
  • Zum Messen der Geometrie von Werkstücken sind Koordinatenmessgeräte mit verschiedenen Sensoren bekannt. Als solche Sensoren werden optische und taktile Sensoren beschrieben (DE.Z.: Die Bibliothek der Technik, Bd. 248). Ebenfalls ist der Einsatz von Computer-Tomographen zur Bestimmung von Werkstückgeometrien insbesondere von Fehlstellen bekannt. So wird in der DE 103 31 419 A1 eine Kombination beider Geräte beschrieben. Hierbei ist ein Computer-Tomograph fest am Grundaufbau des Koordinatenmessgerätes befestigt. Dabei wird mittels klassischer Koordinatenmesstechnik-Sensorik die Position des Messobjektes bestimmt und hierauf folgend in den Messbereich des Computer-Tomographen positioniert.
  • Beim beschriebenen Stand der Technik finden verschiedene Aufgabenstellungen keine Beachtung. Ungelöst bleibt zum Beispiel das Problem, dass die Messobjekte eine größere Ausdehnung aufweisen können als der Messbereich des Computer-Tomographen. Da dieser starr am Grundaufbau des Koordinatenmessgerätes befestigt ist, ist ein Zusammensetzen mehrerer Computertomographie-Aufnahmen nicht möglich.
  • Darüber hinaus weisen Computer-Tomographen üblicherweise eine relativ grobe Messunsicherheit in der Größenordnung von 10 µm oder mehr auf. Die alleinige Messung des Messobjektes mit dem Computer-Tomographen - wie in der DE 103 31 419 A1 beschrieben - ist somit zur vollständigen Lösung der geometrischen Messaufgaben an üblichen Zeichnungsteilen nicht ausreichend. Ein weiteres Problem besteht darin, die geometrische Kalibrierung der Computer-Tomographen vorzunehmen. Da die Eigenschaften der tomographischen Messung stark von den Eigenschaften des Messobjektes selbst abhängen, ist dies nur schwer global an Messnormalen durchzuführen.
  • Der DE 100 01 239 A1 sind ein Messgerät und ein Verfahren zum Vermessen von Strukturen auf einem Substrat zu entnehmen. Neben einem optischen Messsystem ist auch ein nichtoptisches Messsystem vorgesehen, wobei Strukturen im nm-Bereich gemessen werden sollen.
  • Ein Röntgenstrahleninspektionssystem zum Überprüfen von Flugzeugbauteilen ist der US 2003 / 0 043 964 A1 zu entnehmen. Um die Position des Sensors zu erfassen, gelangt das Triangulationsverfahren zum Einsatz.
  • Um große Bauteile zu messen, wird nach der EP 0 504 691 A2 eine Mess- und Verarbeitungsstation vorgeschlagen, die auswechselbare Tastköpfe enthält.
  • Ein Multisensormesskopf für Koordinatenmessgeräte wird in der DE 44 45 331 A1 beschrieben.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass auch Messobjekte größerer Ausdehnung problemlos gemessen werden können. Auch soll eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Messsicherheit erzielbar sein. Ferner soll auf einfache Weise eine geometrische Kalibrierung der Röntgensensorik (Computer-Tomographen) ermöglicht werden.
  • Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass die Röntgensensorik entsprechend der taktilen Sensorik und/oder der optischen Sensorik in dem Koordinatenmessgerät positionierbar ist, dass gleichwertig zur taktilen und/oder optischen Sensorik die Röntgensensorik angeordnet ist, dass die Röntgensensorik mit der optischen Sensorik auf einer gemeinsamen mechanischen Achse angeordnet ist, dass die Röntgensensorik und die weitere Sensorik ein gemeinsames Koordinatensystem haben, und dass aus den mit der Röntgensensorik ermittelten Messpunkten sowie den taktil ermittelten Messpunkten und / oder den optisch ermittelten Messpunkten eine gemeinsame Punktwolke zur weiteren Auswertung erzeugbar ist.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Röntgensensorik (Computer-Tomograph) nicht lediglich fest am Koordinatenmessgerät angebaut wird, sondern als Sensorik vollständig in das Koordinatenmessgerät integriert wird. Hierzu werden Sender und Empfänger des Computer-Tomographen so im Koordinatenmessgerät angeordnet, wie dies üblicherweise bei Durchlichtbeleuchtung und Bildverarbeitungssensorik realisiert wird. Röntgenempfänger und Bildverarbeitungssensorik oder auch mechanischer Taster können auf einer gemeinsamen mechanischen Achse beweglich angeordnet sein. Gleichfalls ist es möglich für jede Sensorik separate Achsen einzusetzen. Die jeweiligen Strahlungsquellen für Licht- und Röntgenstrahlung sind der jeweiligen Sensorik gegenüber angeordnet.
  • Durch den erfindungsgemäßen Aufbau ist es möglich, mehrere Ausschnitte des Messobjektes nacheinander durch die bekannten Verfahren der Tomographie (Drehen des Teiles und Aufnehmen von mehreren Durchstrahlungsbildern) zu erfassen. Anschließend kann für die gesamte Menge der zusammengesetzten Durchstrahlungsbilder die 3D-Konstruktion erfolgen. Es ist somit möglich größere Messobjekte als durch das Sehfeld des Tomographen bedingt zu messen.
  • Es werden erfindungsgemäß mehrere tomographische Bilder unter Einbeziehung des Koordinatenmessgerätes bzw. des Koordinatensystems des Messgerätes aneinander gereiht.
  • Darüber hinaus ist es möglich, genauer zu messende Merkmale des Messobjektes in traditioneller Weise mit den Sensoriken des Multisensor-Koordinatenmessgerätes (taktil-optisch) zu messen. Röntgensensorik und Bildverarbeitungssensorik und taktile Sensorik messen wie bei Multisensor-Koordinatenmessgeräten üblich in einem gemeinsamen Koordinatensystem, sodass die Messergebnisse direkt zueinander in Bezug gesetzt werden können. Bei dem gegebenen Aufbau ist es nun möglich, die Kalibrierung der Messungen mit der Röntgensensorik nach dem Tomographie-Prinzip direkt an den Messobjekten selbst durchzuführen. Hierdurch werden ausgezeichnete Punkte des Messobjektes mit der taktilen oder optischen Sensorik des Koordinatenmessgerätes in bekannter Genauigkeit gemessen. Diese Punkte werden bei der Auswertung der Berechnung der 3D-Rekonstruktion des Computer-Tomographen berücksichtigt, um die geometrische Kalibrierung dieses Rekonstruktionsprozesses durchzuführen.
  • Bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sind den Unteransprüche bzw. den nebengeordneten Verfahrensansprüchen zu entnehmen.
  • Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.
  • In der einzigen Figur ist prinzipiell ein Koordinatenmessgerät für den kombinierten Einsatz von Röntgensensorik und optischer und taktiler Sensorik dargestellt. Auf einer X-Achse 1 ist ein Drehtisch 2 angeordnet. Auf diesem befindet sich ein Messobjekt 3 und kann somit um die Drehachse 2 rotiert werden und in X-Richtung durch die Achse 1 verschoben Auf einem Y-Schieber 4 sind zwei Z-Achsen 5 und 6 angeordnet. Auf der Z-Achse 5 befindet sich ein Empfänger 7 für Röntgenstrahlung und eine Bildverarbeitungssensorik 8. Auf der Z-Achse 6 befindet sich zusätzlich eine taktile Sensorik 9. Gegenüber der Röntgensensorik 7 ist eine Röntgenquelle 10 angeordnet, die wahlweise in Y-Richtung bewegbar oder fest angebracht sein kann. Gegenüber der Bildverarbeitungssensorik 8 befindet sich eine Durchlichtquelle 11. Die Koordinatenachsen sind so ausgelegt, dass die auf dem Koordinatenmessgerät installierten Sensoriken jeweils den gesamten Messbereich auf dem Drehtisch 2 überdecken können.

Claims (28)

  1. Vorrichtung zum Messen eines Objektes (3) umfassend ein Koordinatenmessgerät mit zumindest einer das Objekt messenden taktilen und/oder optischen Sensorik (8, 9) sowie einer das Objekt messenden Röntgensensorik (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgensensorik (7) entsprechend der taktilen und/oder der optischen Sensorik (8, 9) als weitere Sensorik in dem Koordinatenmessgerät positionierbar ist, dass gleichwertig zur taktilen und/oder optischen Sensorik (8, 9) die Röntgensensorik (7) angeordnet ist, dass die Röntgensensorik (7) mit der optischen Sensorik (8) auf einer gemeinsamen mechanischen Achse (5) angeordnet ist, dass die Röntgensensorik (7) und die weitere Sensorik (8, 9) ein gemeinsames Koordinatensystem haben, und dass aus den mit der Röntgensensorik (7) ermittelten Messpunkten sowie den taktil ermittelten Messpunkten und / oder den optisch ermittelten Messpunkten eine gemeinsame Punktwolke zur weiteren Auswertung erzeugbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Röntgensensorik (7) als auch die taktile und/oder die optische Sensorik (8, 9) ein gemeinsames Messvolumen abdecken.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatenmessgerät mindestens mit einer zur Arbeitsrichtung der Röntgensensorik (7) und/oder der optischen Sensorik, wie Bildverarbeitungssensorik (8), und/oder der taktilen Sensorik (9) senkrechten Drehachse (1) ausgestattet ist.
  4. Vorrichtung nach zumindest Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (1) um eine lotrechte bzw. vertikal verlaufende Achse rotiert.
  5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Achse für die optische Sensorik (8) und/oder die Röntgensensorik (7) horizontal und/oder senkrecht zur Drehachse (1) ausgerichtet ist.
  6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellen (10, 11) für die Röntgensensorik (7) und/oder optische Sensorik (8) synchron mit der zugeordneten Sensorik bewegbar sind.
  7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (10) für die Röntgensensorik (7) im Koordinatensystem des Koordinatenmessgerätes fest angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Röntgensensorik (7) als auch optische Sensorik (8) und/oder taktile Sensorik (9) in mindestens einer Achse (5, 6) zum Objekt (3) verstellbar angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Röntgensensorik (7) als auch optische Sensorik (8) und/oder taktile Sensorik (9) in mindestens zwei Achsen (4, 5, 6) zum Objekt (3) verstellbar angeordnet sind.
  10. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Röntgensensorik (7) als auch optische Sensorik (8) und/oder taktile Sensorik (9) in mindestens drei Achsen (1, 4, 5, 6) zum Objekt (3) verstellbar angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Sensorik (8, 9) mit der Röntgensensorik (7) gemeinsam verstellbar angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Messbereichsanpassung durch Verstellen des Abstandes zwischen Röntgensensorik (7) und Strahlungsquelle (10) erfolgt.
  13. Verfahren zum Messen eines Objektes (3) umfassend ein Koordinatenmessgerät mit zumindest einer das Objekt messenden taktilen und/oder optischen Sensorik (8, 9) sowie einer das Objekt messenden Röntgensensorik (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgensensorik (7) entsprechend der taktilen und/oder der optischen Sensorik (8, 9) als weitere Sensorik in dem Koordinatenmessgerät positioniert wird, dass gleichwertig zu der taktilen und/oder der optischen Sensorik (8, 9) die Röntgensensorik (7) angeordnet wird, dass die Röntgensensorik (7) mit der optischen Sensorik (8) auf einer gemeinsamen mechanischen Achse angeordnet wird, dass die Röntgensensorik (7) und die weitere Sensorik (8, 9) in einem gemeinsamen Koordinatensystem messen, und aus den mit der Röntgensensorik (7) ermittelten Messpunkten sowie den taktil ermittelten Messpunkten und / oder den optisch ermittelten Messpunkten eine gemeinsame Punktwolke zur weiteren Auswertung erzeugt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Röntgensensorik (7) und die taktile Sensorik (9) und/oder die optische Sensorik (8) ein gemeinsames Messvolumen abgedeckt wird.
  15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatenmessgerät mindestens mit einer zur Arbeitsrichtung der Röntgensensorik (7) und/oder der optischen Sensorik, wie Bildverarbeitungssensorik (8), und/oder der taktilen Sensorik (9) senkrechten Drehachse (1) ausgestattet wird.
  16. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (1) um eine lotrechte bzw. vertikal verlaufende Achse gedreht wird.
  17. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Achse für die optische Sensorik (8) und/oder die Röntgensensorik (7) horizontal und/oder senkrecht zur Drehachse (1) ausgerichtet wird.
  18. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellen (10, 11) für die Röntgensensorik (7) und/oder die optische Sensorik (8) synchron mit der zugeordneten Sensorik bewegt werden.
  19. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (10) für die Röntgensensorik (7) im Koordinatensystem des Koordinatenmessgerätes fest angeordnet wird.
  20. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Röntgensensorik (7) als auch die optische Sensorik (8) und/oder die taktile Sensorik (9) in mindestens einer Achse (5, 6) zum Objekt (3) verstellbar angeordnet werden.
  21. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Röntgensensorik (7) als auch optische Sensorik (8) und/oder taktile Sensorik (9) in mindestens zwei Achsen (4, 5, 6) zum Objekt (3) verstellbar angeordnet werden.
  22. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Röntgensensorik (7) als auch optische Sensorik (8) und/oder taktile Sensorik (9) in mindestens drei Achsen (1, 4, 5, 6) zum Objekt (3) verstellbar angeordnet werden.
  23. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Sensorik (8, 9) mit der Röntgensensorik (7) gemeinsam verstellbar angeordnet wird.
  24. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Messbereichsanpassung durch Verstellen des Abstandes zwischen Röntgensensorik (7) und Strahlungsquelle (10) erfolgt.
  25. Verfahren zum Kalibrieren von Röntgensensoren (7) in Koordinatenmessgeräten nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ausgezeichnete Punkte der zu messenden Objekte (3) selbst mit taktiler oder optischer Sensorik (8, 9) gemessen werden und hieraus Geometriemerkmale, wie Durchmesserabstände oder Ähnliches, ermittelt werden, die nach Bestimmung der gleichen Parameter mit der Röntgensensorik (7) zur Kalibrierung der Röntgensensorik herangezogen werden.
  26. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die taktilen und/oder optischen Messergebnissen zu den ausgezeichneten Punkten bereits bei der Berechnung der 3D-Rekonstruktion des Tomographie-Verfahrens berücksichtigt werden.
  27. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Messpunkte alternativ mit taktiler Sensorik (9), optischer Sensorik (8) oder Röntgensensorik (7) erfasst in einem gemeinsamen Koordinatensystem ausgewertet werden.
  28. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet. dass Geometriemerkmale, wie Durchmesser und Abstand, aus kombiniert mit Röntgensensorik (7), optischer Sensorik (8) oder taktiler Sensorik (9) gemessenen Punkten berechnet werden.
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