DE3341844C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßanordnung zum Bestimmen von Projektionsflächen zwei- und/oder dreidimensionaler Objekte, mit einem die Kontur der Projektionsfläche erfassenden optoelektro­ nischen Sensor, dessen Ausgangssignale in elektronischen Schalt­ stufen digitalisiert und zur Konturbestimmung verarbeitet werden.

Bei der Bestimmung der Daten von Projektionsflächen ist es be­ kannt, Fotokopien von Meßobjekten manuell auszuwerten oder Meßob­ jekte mit Hilfe berührender Sensoren, z. B. Meßtaster oder be­ rührungsloser Sensoren, wie z. B. optischer Sensoren, abzutasten. Auf diese Weise lassen sich z. B. die Konturen von Luftfahrzeugen oder Kraftfahrzeugen ermitteln und damit die Widerstandsbeiwerte (C _w -Wert) dieser Strömungskörper bestimmen.

Bei der berührungslosen Bestimmung von Projektionsflächen ist es bekannt, mit einem Laser einen Flächenbereich, in welchem das Meß­ objekt angeordnet ist, zeilenweise zu überstreichen. Ein hinter dem Meßobjekt vorgesehener synchron mit dem Laser bewegter Emp­ fangssensor nimmt dabei den Laserstrahl auf, welcher durch das Meßobjekt beim Überstreichen des Flächenbereiches unterbrochen wird. Aus den Positionsdaten der Strahlunterbrechung bzw. des Strahldurchganges läßt sich dann die Kontur der abgetasteten Pro­ jektionsfläche ermitteln.

Obwohl diese Verfahrensweise relativ genaue Daten der zu be­ stimmenden Projektionsflächen ergibt, ist sie unbefriedigend, weil das synchrone Mitführen eines Empfangssensors zum einen recht auf­ wendig und das zeilenweise Abtasten des gesamten Flächenbereiches zum andern sehr zeitraubend ist.

Weiterhin geht aus der EP 00 53 730 A1 hervor, Flächen mit opti­ schen Sensoren abzutasten und die Ausgangssignale dieser Sensoren nach Digitalisierung für den gewünschten Zweck zu verarbeiten. Auf diese Weise kann ein vollautomatisches Erkennen von Schlüsseln, vorzugsweise Flachschlüsseln, erzielt werden und zwar sowohl in der Schaftprofilierung als auch in der Bartform. Dies geschieht mit einer Beleuchtungsoptik und mit einer Abbildungsoptik, welche den ingesamt ausgeleuchteten Flächenbereich erfaßt und auswertet. Zur Konturerfassung großflächiger dreidimensionaler Objekte ist ein solches Verfahren aber nicht geeignet.

Ferner ist es zur Erfassung von Tunnelwänden bekannt, Hüllkurven­ meßverfahren zu benutzen, wie z. B. in der DE-OS 26 12 751 vorge­ schlagen. Bei einem solchen Hüllkurvenmeßverfahren tastet eine Fernsehkamera die mit einem Infrarotlaser bestrahlten Tunnelwände ab, so daß sich aufgrund der Vorwärtsbewegung eines Trägerfahrzeu­ ges eine schraubenlinige Tunnelabtastung ergibt.

Schließlich ist es bei der Herstellung von Halbleiterchips be­ kannt, elektronische Steuerungen zur Ausrichtung der optisch er­ faßten Chips zu benutzen. Wie die US-PS 42 13 117 zeigt, sind sol­ che Steuerungen zur Konturerfassung großflächiger dreidimensiona­ ler Objekte nicht geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zum berührungslosen Bestimmen von Projektionsflächen durch Kontur­ erfassung mit optoelektronischen Sensoren vorzusehen, welche mit vergleichsweise geringem Aufwand genaue und schnell durchführbare Messungen erlaubt. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ausgangssignale des optoelektronischen Sensors ei­ nem Amplitudendiskriminator zugeleitet sind, dessen digitalisierte Ausgangssignale einem durch einen Adressengenerator adressier­ bare Datenspeicher zugeleitet sind, daß die Daten des Datenspei­ chers sowohl einer digitalen Fokussiereinheit zum Ansteuern einer Sensoroptik für ein automatisches Fokussieren des Sensorsehfeldes auf die Entfernung des je­ weiligen Konturpunktes als auch über einen Bildinformationsadapter einer Kontur-Recheneinheit zugeführt sind, deren Ausgangssignale eine Verfahreinrichtung ansteuern, die den optoelektronischen Sen­ sor automatisch der Kontur nachführt und aus deren Positionsdaten die Projektionsfläche des Objekts bestimmbar ist.

Die erfindungsgemäße Maßnahme nutzt die Möglichkeiten optoelektro­ nischer Sensoren z. B. einer Video-Kamera, zur berührungslosen Erfassung der Kontur eines Meßobjektes aus. Das Sensorsignal wird hierbei nach Digitalisierung Recheneinheiten zugeleitet, deren Ausgangssignale eine den Sensor der Kontur des Meßobjektes nach­ führende Verfahreinrichtung ansteuern. Die Konturdaten der zu be­ stimmenden Projektionsfläche werden daher aus den Positionsdaten der Verfahreinheit beim Umfahren der Projektionsfläche ermittelt und stehen damit als elektronische Daten zur Weiterverarbeitung zur Verfügung.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, das Sensorsehfeld mit seiner Mitte auf die Kontur der Pro­ jektionsfläche auszurichten und den optischen Sensor in zwei senk­ rechten Richtungen (x, y) zur Sensorrichtung mit der Verfahrein­ richtung nachzuführen. Hierdurch wird einerseits Abstandsän­ derungen des Meßobjektes zum Sensor Rechnung getragen, während an­ dererseits die Positionsdaten der Verfahreinrichtung direkt zur Bestimmung der Projektionsflächen benutzt werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den An­ sprüchen 3 bis 6 zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßanordnung und

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung zur Objektbestimmung und Kontur­ nachführung.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Meßanordnung abgebildet, bestehend aus einem opto­ elektronischen Sensor 1, z. B. einer Video-Kamera, dessen Aus­ gangssignal einem Amplitudendiskriminator 2 und einem Adressen­ generator 3 zugeführt sind. Der Amplitudendiskriminator 2 ist als mehrstufiger Analog-Digital-Wandler ausgebildet und wandelt die zugeführten Bildsignale in digitale Bilddaten. Diese digitalen Bilddaten gelangen zu einem durch den Adressengenerator 3 adressierbaren Datenspeicher 4, wovon sie zur Weiterverarbeitung einer digitalen Fokussiereinheit 5 bzw. einem Bildinformationsa­ dapter 6 zur Verfügung stehen. Mit der digitalen Fokussiereinheit 5 wird eine dem optoelektronischen Sensor 1 vorgeschaltete Sensor­ optik 12 automatisch auf die jeweilige Entfernung des Konturpunk­ tes einer Projektionsfläche fokussiert, während der Bildinforma­ tionsadapter 6 die vom Datenspeicher 4 zugeführten digitalen Bild­ daten für eine nachgeschaltete Kontur-Recheneinheit 7 anpaßt. Die­ se Anpassung kann, wie durch einen Pfeil am Bildinformationsadap­ ter 6 angedeutet, durch Befehle so eingestellt werden, daß die Kontur-Recheneinheit 7 optimale Bilddaten zur Konturerfassung und zur Ermittlung des Richtungsverlaufs einer Projektionsfläche er­ hält. Mit der Ausgangssignalen der Kontur-Recheneinheit 7 wird eine den optoelektronischen Sensor verstellende Verfahreinheit 8 angesteuert, welche das Sensorsehfeld 17 des Sensors 1 automatisch um ein Meßobjekt zur Konturerfassung bewegt.

Bei der Durchführung einer Messung können die Daten einer erfaßten Kontur 15 von den Positionsdaten der Verfahreinrichtung 8 bzw. von der Kontur-Recheneinheit 7, wie angedeutet, abgeleitet werden. Es ist bei einer Messung auch möglich, die erfaßte Kontur 15 eines Meßobjektes auf einem Bilddarstellungsgerät 9 darzustellen. Dazu ist es lediglich notwendig, die Ausgangssignale des optoelektro­ nischen Sensors 1 über eine Mischstufe 11 dem Bilddarstellungsge­ rät 9, z. B. einem Monitor, zuzuführen. Dieser Monitor kann z. B. auch aktuelle Auswertungszustände, wie z. B. erfaßte Kantenposi­ tionen oder Richtungen, einblenden, wofür ein Symbolgenerator 10 vorgesehen ist, welcher seine Daten der durch den Adressengenera­ tor 3 gesteuerten Mischstufe zuführt.

Wie aus der Prinzipdarstellung nach Fig. 2 hervorgeht, ist es mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung möglich, Projektionsflächen beliebiger Objekte 16 zu erfassen. Das Sensorsehfeld 17 des Sensors 1 wird dabei auf die Kontur 15 des Objektes gerichtet und nachgeführt, daß die Kontur 15 stets in der Mitte des Sensorsehfeldes 17 liegt. Die Steuerung der Verfahreinrichtung 8 kann dabei in zwei zueinander senkrechten Richtungen (x, y), wie durch das Achsenkreuz angedeutet, erfolgen. Das Sen­ sorsehfeld braucht dabei nicht die dargestellte quadra­ tische Form haben, sondern kann jede andere geeignete Form haben. Das Suchen, Erfassen und anschließende Um­ fahren des Sensors 1 entlang der Kontur eines Objektes erfolgt, wie schon erwähnt, automatisch. Für den Fall, daß das zu vermessende Objekt einen Durchbruch oder ei­ ne Unterbrechung innerhalb der Projektionsfläche be­ sitzt, ist es notwendig, den Sensor manuell bis zum Er­ fassen der Durchbruchkontur zu verfahren. Hierzu dient auch das Bilddarstellungsgerät, welches mit seiner An­ zeige das manuelle Verfahren zu überwachen gestattet. Die Berechnung des Durchbruches bzw. seiner Daten er­ folgt dann auf die bisher beschriebene Weise.

Claims (6)

1. Meßanordnung zum Bestimmen von Projektionsflächen zwei- und/oder dreidimensionaler Objekte mit einem die Kontur der Pro­ jektionsfläche erfassenden optoelektronischen Sensor, dessen Aus­ gangssignale in elektronischen Schaltstufen digitalisiert und zur Konturbestimmung verarbeitet werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausgangssignale des optoelektronischen Sensors (1) einem Amplitudendiskriminator (2) zugeleitet sind, dessen digitalisierte Ausgangssignale einem durch einen Adressen­ generator (3) adressierbaren Datenspeicher (4) zugeleitet sind, daß die Daten des Datenspeichers (4) sowohl einer digitalen Fo­ kussiereinheit (5) zum Ansteuern einer Sensoroptik (12) für ein automatisches Fokussieren des Sensorsehfeldes (17) auf die Entfer­ nung des jeweiligen Konturpunktes als auch über einen Bildinforma­ tionsadapter (6) einer Kontur-Recheneinheit (7) zugeführt sind, deren Ausgangssignale eine Verfahreinrichtung (8) ansteuern, die den optoelektronischen Sensor (1) automatisch der Kontur (15) nachführt und aus deren Positionsdaten die Projektionsfläche des Objekts (16) bestimmbar ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sensorsehfeld (17) mit seiner Mitte auf die Kontur (15) der Projektionsfläche gerichtet ist und daß der optoelektronische Sensor (1) in zwei senkrechten Richtungen (x, y) zur Sensorrichtung mit der Verfahreinrichtung (8) nachgeführt wird.

3. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplituden­ diskriminator (2) als mehrstufiger Analog-Digital-Wandler ausge­ bildet ist.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildinforma­ tionsadapter (6) durch eingebbare Befehle zur Angabe optimal ange­ paßter Daten für die nachgeschaltete Kontur-Recheneinheit (7) an­ steuerbar ist.

5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssi­ gnal des optoelektronischen Sensors (1) über eine Mischstufe (11) einem Bilddarstellungsgerät (9) zur Direktbeobachtung zugeführt ist.

6. Meßanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischstufe (11) ein durch den Adressengenerator (3) adressierbarer Symbolge­ nerator (10) zum Einblenden von Symbolen auf dem Bilddarstellungs­ gerät (9) zugeordnet ist.