DE3910855A1 - Vorrichtung und verfahren zum vermessen dreidimensionaler objekte - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zum vermessen dreidimensionaler objekteInfo
- Publication number
- DE3910855A1 DE3910855A1 DE19893910855 DE3910855A DE3910855A1 DE 3910855 A1 DE3910855 A1 DE 3910855A1 DE 19893910855 DE19893910855 DE 19893910855 DE 3910855 A DE3910855 A DE 3910855A DE 3910855 A1 DE3910855 A1 DE 3910855A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- measuring unit
- measuring
- unit
- axis
- turntable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
Im Bereich des Maschinenbaus findet heute bereits ein er
heblicher Teil des Konstruierens auf dem Bildschirm einer
EDV-Anlage statt. Ergebnis dieser Konstruktionstätigkeit
sind Zeichnungen und Datensätze, die digital abgespeichert
werden, und damit die Ausgangsgröße des CAD-Systems bilden.
Wenn diese Daten direkt als Eingangsgröße einer computerge
stützten Fertigungsstraße (CIM) dienen, läuft die gesamte,
die Fertigung eines Produktes begleitende und begründende
Theorie innerhalb der EDV-Anlage ab.
Dieser digitale Datenfluß wird dann gestört, wenn Daten
realer Objekte in ihn integriert werden müssen. Dies ist
beispielsweise dann der Fall, wenn die realen, exakten Ab
messungen körperlich vorliegender Objekte zur Grundlage
weiterer Konstruktionen oder Fertigungsvorgänge gemacht
werden müssen, oder wenn die vom CAD-System oder der CIM-
Anlage errechneten Werte mit den realproduzierten Objekten
verglichen werden müssen.
In diesem Falle mußten bisher die real vorliegenden Objekte
von Hand vermessen und diese Meßwerte in die
EDV eingegeben werden. Besonders bei komplexen, unregelmäßi
gen Formen und bei einer größeren Stückzahl von Objekten ist
dieser Vorgang nicht nur zeitraubend, sondern auch extrem
fehlerbehaftet.
Da es für zweidimensionale Schrift- und Bildvorgaben bereits
Einlesegeräte, sogenannte Scanner, gibt, ist es die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, auch für dreidimensionale Objekte
"Lesegeräte", also dreidimensional arbeitende Scanner, zu
schaffen. Ebenso wie bei den zweidimensionalen Scannern muß
dies natürlich - zur Schonung der betroffenen Objekte oder wegen
deren Nachgiebigkeit - berührungsfrei erfolgen.
Da es sich um die Bestimmung von Längeneinheiten am zu ver
messenden Objekt handelt, muß dieses Objekt in vielen kleinen
Schritten von einer Entfernungs-Meßeinheit abgetastet werden.
Für eine solche berührungslose Vermessung sind Meßeinheiten
bekannt, die mittels elektromagnetischer Wellen verschiedener
Wellenlängen arbeiten, beispielsweise mittels Infrarotlaser
oder mittels Ultraschall. Diese Meßeinheiten senden elektro
magnetische Wellen aus, die am Objekt reflektiert werden.
Von den in unterschiedlichen Richtungen reflektierten Strahlen
trifft ein Strahl auch den Sensor der Meßeinheit, der die
Entfernung des reflektierenden Punktes, der gerade vermessen
wurde, beispielsweise aufgrund der Zeitdifferenz zwischen
Aussenden und Eintreffen des Meßsignales oder anderer Größen
ermittelt.
Eine vorteilhafte derartige Meßeinheit stellt auch ein soge
nannter Triangulations-Entfernungsmesser dar. Bei einem sol
chen Triangulations-Entfernungsmesser liegt die Sensoreinheit
um eine bestimmte Strecke neben der die Wellen aussendenden
Quelle. Der Sensor besteht im wesentlichen aus einer Linsen
optik, die den auftreffenden, reflektierten Strahl auf einen
dahinterliegenden PSD (position sensitive detector)-Streifen
leitet.
Der ausgesandte Strahl bildet mit dem reflektierten Strahl
am Reflektionspunkt einen Winkel, der um so kleiner ist, je
weiter der reflektierende Punkt von der Strahlungsquelle ent
fernt ist. Infolgedessen durchlaufen die reflektierten Strah
len auch in einem unterschiedlichen Winkel die Optik des
empfangenden Sensors und treffen auch an unterschiedlichen
Stellen des PSD-Streifens, der dahinter liegt, auf. Der PSD
verfügt an seinen beiden entgegengesetzten Enden über elek
trische Anschlüsse, an denen im Ruhezustand der gleiche,
beispielsweise auf Null gesetzte, Spannungswert anliegt.
Würde nun ein reflektierter Strahl genau in der Mitte des
PSD auftreffen, so würde an dessen Endpunkten daraufhin ein
Spannungssignal anliegen, welches unterschiedliche Vorzeichen,
jedoch gleichen Betrag hat. Je nachdem, wie nahe der Auftreff
punkt an einem der beiden Endpunkte des PSD liegt, werden die
Beträge der an den Endpunkten anliegenden elektrischen Kon
takte verschieden hoch sein, jedoch immer unterschiedliches
Vorzeichen haben. Deshalb läßt sich, nach erfolgter Eichung,
aus dem Verhältnis der anliegenden Spannungsbeträge an den
Endpunkten des PSD die Entfernung des reflektierenden Punktes
ableiten.
Verwendet man als Strahlungsquelle dieses Entfernungsmessers
eine Laserdiode, die mit sichtbarem Licht, beispielsweise
der Wellenlänge 680 nm, arbeitet, so läßt sich während des
Meßvorganges der Lichtpunkt auf dem zu vermessenden Objekt
beobachten. Dies ist beispielsweise für die manuelle An
steuerung bestimmter, zu vermessender Bereiche eines Objektes
sinnvoll, oder um eine direkte Kontrolle der Funktionsfähig
keit des Lasers zu haben.
Der Nachteil liegt natürlich darin, daß aufgrund der im sicht
baren Bereich liegenden Wellenlänge auch der Sensor zur Re
gistrierung der Meßstrahlen durch das sichtbare Licht der Um
gebung beeinflußt werden kann. Diese Beeinflussung durch das
Umgebungslicht wird ausgeschlossen, indem der Laser für die
Einzelmessungen sehr kurz gepulst wird, also für jeden Meß
vorgang beispielsweise nur für etwa 120 µsec eingeschaltet
wird, und auch der PSD nur während dieser Zeit aktiviert ist.
Zusätzlich wird ein entsprechender elektronischer Filter
nachgeschaltet, der die elektrischen Auswirkungen des Um
gebungslichtes auf dem PSD eliminiert, also die Normalbe
strahlung als Nullwert ansetzt.
Mit einem solchen Entfernungsmesser, der mittels PSD direkt
verwertbare, analoge elektrische Signale liefert, kann aller
dings eine EDV-Anlage, die üblicherweise nur digitale Signale
als Eingangsgrößen verarbeiten kann, noch nicht direkt be
schickt werden. Zusätzlich liefert jeder Meßvorgang an den
Endpunkten des PSD zwei gleichzeitig auftretende Spannungs
werte, wogegen eine digitale Recheneinheit nach Möglichkeit
nur mit einem Eingangswert pro Zeiteinheit beschickt werden
soll, um den Hardware-Aufwand gering zu halten.
Aus diesem Grund wird noch vor der Analog-Digital-Umformung
der Spannungswerte einer der beiden Spannungswerte zeitlich
gepuffert und etwa 40 µsec später der Recheneinheit zuge
führt, die diesen Wert dann mit dem vorher registrierten
ersten Spannungswert vergleicht und aus der Relation dieser
Werte einen einzigen, der Entfernung entsprechenden, digi
talen Meßwert erstellt nach der Formel
der von jeder
Standard-EDV verarbeitet werden kann.
Um mit einer solchen Meßeinheit zum Messen der Entfernung zu
Datensätzen zu kommen, die die Form eines abzutastenden Ge
genstandes in allen drei Dimensionen wiedergibt, sind jedoch
zusätzlich spezielle Meßverfahren sowie deren gerätetechnische
Umsetzung erforderlich. Dabei muß man auch hinsichtlich der
zu vermessenden Objekte unterscheiden: Obwohl der Normalfall
ein Objekt sein wird, dessen gesamte Umfangsfläche, also so
wohl Vorder- als auch Rückseite, erfaßt werden soll, kann es
auch den Fall geben, daß die dreidimensionale, also relief
artige, Vorderseite eines Objektes zu vermessen ist, und die
Rückseite dieses Gegenstandes ohne Interesse ist.
Der einfachste Fall ist wohl eine im wesentlichen gerade,
reliefartige Oberfläche, deren Berge und Täler keine Hinter
schneidungen aufweisen, also von einem senkrecht auf dieses
Gelände auftreffenden Meßstrahl vollständig erfaßt werden.
Dieses Relief wird einfach dadurch vermessen, indem der Meß
strahl das gesamte Relief entlang parallel verlaufender
Linien abtastet, wobei jede dieser Linien wiederum aus ein
zelnen, benachbart liegenden Meßpunkten besteht. Sofern der
Meßstrahl immer senkrecht zur generellen Lage dieses Reliefs
auftrifft, also für jeden neuen Meßpunkt die Meßeinheit
parallel versetzt und über den vermessenen Punkt gebracht
wird, wird auch die Meßeinheit Punkt für Punkt und Linie für
Linie parallel über der Fläche des zu vermessenden Reliefs
entlangbewegt, so daß jeder einzelne Meßwert den Abstand des
zu vermessenden Punktes von der Ebene, in der sich die Meß
einheit bewegt hat, angibt. Mit Hilfe dieser Datensätze kön
nen beliebige graphische Darstellungen der Reliefform erzeugt
werden, etwa beispielsweise Schnitte in Ebenen parallel zu
der Ebene, in der sich die Meßeinheit bewegt hat, wodurch
Höhenlinien wie bei der üblichen Landkartendarstellung ent
stehen. Ebenso können graphische Darstellungen in Form von
Längs- oder Querschnitten erzeugt werden.
Selbstverständlich gelten die ermittelten Abstandswerte immer
nur in bezug auf die Ebene, innerhalb derer die Meßeinheit
beim punktförmigen bzw. linienförmigen Abtasten der Relief
fläche bewegt wurde.
Anders dagegen bei der Vermessung beispielsweise eines
Zylinders, dessen im wesentlichen zylindrische Mantelfläche
zusätzlich reliefartig ausgebildet ist:
Wenn auch diese Oberfläche keine Hinterschneidungen, also für den Meßstrahl unzugängliche, da abgedeckte, Ausnehmungen aufweist, genügt es, diesen zu vermessenden Zylinder entlang einer Mantellinie abzutasten, und dies für so viele parallel nebeneinanderliegende Mantellinien zu wiederholen, bis der gesamte Umfang des Zylinders, also die vollen 360°, vermessen sind. Dabei ist es im Prinzip unerheblich, ob sowohl beim Vermessen einer einzigen Mantellinie als auch bei der Wie derholung dieser Linienvermessung über den gesamten Umfang des zu vermessenden Zylinders die Meßeinheit bezüglich des Objektes oder umgekehrt bewegt wird. Wichtig ist lediglich, daß für jeden Meßvorgang die Relativlage von Meßeinheit und damit dem Verlauf des Meßstrahls und dem Objekt bekannt ist.
Wenn auch diese Oberfläche keine Hinterschneidungen, also für den Meßstrahl unzugängliche, da abgedeckte, Ausnehmungen aufweist, genügt es, diesen zu vermessenden Zylinder entlang einer Mantellinie abzutasten, und dies für so viele parallel nebeneinanderliegende Mantellinien zu wiederholen, bis der gesamte Umfang des Zylinders, also die vollen 360°, vermessen sind. Dabei ist es im Prinzip unerheblich, ob sowohl beim Vermessen einer einzigen Mantellinie als auch bei der Wie derholung dieser Linienvermessung über den gesamten Umfang des zu vermessenden Zylinders die Meßeinheit bezüglich des Objektes oder umgekehrt bewegt wird. Wichtig ist lediglich, daß für jeden Meßvorgang die Relativlage von Meßeinheit und damit dem Verlauf des Meßstrahls und dem Objekt bekannt ist.
Ebenso ist es unerheblich, ob zunächst eine Mantellinie ver
messen und diese Messung in Winkelschritten über die gesam
ten 360° der Umfangsfläche wiederholt wird, oder zunächst
eine volle Umfangslinie vermessen wird, die durch parallel
hierzu erfolgende, kreisförmige Messungen ergänzt wird.
In allen Fällen ist die Umrechnung der so gewonnenen Meßwerte
am einfachsten, wenn dabei der Meßstrahl auf die Rotations
achse gerichtet ist, unabhängig davon, ob um diese Rotations
achse das zu vermessende Objekt oder die Meßeinheit selbst
rotiert.
Weist das Objekt dagegen Hinterschneidungen auf, die bei die
ser Ausrichtung des Meßstrahles nicht abgetastet werden kön
nen, so muß zusätzlich zum Abtasten dieser Hinterschneidungen
die Meßeinheit in einer Tangentialebene zu dem als Beispiel
betrachteten zu vermessenden Zylinder seitlich versetzt wer
den, da auf diese Weise die meisten Hinterschneidungen zu
sätzlich erfaßt werden können.
Wenn weiterhin - um beim Beispiel des zu vermessenden Zylin
ders zu bleiben - die obere oder auch die untere Stirnfläche
des Zylinders abgetastet werden sollen, so muß zwischen Meß
einheit und Objekt eine entsprechende Relativbewegung statt
finden, also der Meßstrahl bezüglich der Längsachse des Zylin
ders so verlagert werden, daß diese etwa parallel liegen und
sich die Meßeinheit oberhalb der zu vermessenden Stirnflächen
befindet.
In der Regel gibt es jedoch bei den meisten zu vermessenden
Objekten eine Referenzfläche, die nicht mehr abgetastet wer
den muß, so daß es beim Beispiel des Zylinders ausreichen
würde, entweder nur die Mantelfläche abzutasten oder zusätz
lich etwa bei senkrecht stehendem Zylinder die obere Stirn
fläche, was beispielsweise zu verwirklichen ist, wenn die
Meßeinheit über die Höhe der oberen Stirnfläche hinaus
bewegt und der Meßstrahl so verschwenkt werden könnte, daß er
zwar immer noch auf die Längsachse des Zylinders auftrifft,
jedoch nicht mehr unter einem Winkel von 90°. Auf diese Art
und Weise könnte, bei Relativdrehung des Zylinders um seine
Längsachse vor der Meßeinheit, auch die obere Stirnfläche des
Zylinders vermessen werden.
Da die Relativbewegungen, die dem beschriebenen Meßverfahren
zugrundeliegen, in sehr kleinen Schritten und sehr exakt voll
zogen sowie bei Durchführung der Messung bekannt sein müssen,
ist der gerätetechnische Aufwand zur Durchführung dieser
Meßverfahren sehr hoch, wenn ein annehmbar genaues Meßergebnis
erzielt werden soll.
Der hierfür notwendige finanzielle Aufwand hält sich jedoch
dann in Grenzen, wenn hierfür Baugruppen eingesetzt werden
können, die für einen eventuell anderen Verwendungszweck,
allerdings in großen Stückzahlen hergestellt werden und des
halb relativ preisgünstig verfügbar sind.
Im vorliegenden Fall wurde aus diesem Grunde die notwendige
Relativbewegung zwischen Meßeinheit und Objekt dadurch er
zielt, daß das Objekt auf einen Drehteller gestellt wird,
dessen Rotationsachse die Z-Achse darstellt.
Im Abstand vor diesem Drehteller ist die Meßeinheit, deren
Meßstrahl im rechten Winkel auf die verlängerte Rotations
achse des Drehtellers auftrifft, entlang der Z-Achse beweg
bar, so daß ein auf den Drehteller gestelltes Objekt entlang
seiner Mantellinie vermessen werden kann. Durch Drehung des
Drehtellers wird diese Mantellinien-Messung in beliebig
kleinen Teilschritten über den vollen Umfang des Meßobjektes
wiederholt. Sollen auf diese Weise jedoch Objekte vermessen
werden, die Hinterschneidungen aufweisen, so muß die Meßein
heit zusätzlich auch in X-Richtung verfahrbar sein.
Für diese Verfahrbarkeit der Meßeinheit in X- und Z-Richtung,
also zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen, wird
als Bewegungseinheit ein handelsüblicher Plotter verwendet,
wie er als Peripherie-Gerät an EDV-Systemen zum Anfertigen
von Zeichnungen und Graphiken Verwendung findet. Bei derarti
gen Plottern ist der bzw. die Zeichenstifte entlang einer
geraden Schiene verfahrbar, welche in ihren Randbereichen
wiederum entlang einer dazu senkrecht verlaufenden Schiene
verfahrbar ist.
Da derartige Plotter bereits an die Ausgangssignale von EDV-
Anlagen angepaßt sind und auch zum Erstellen von Zeichnungen
die Genauigkeitsanforderungen im Bereich von Hundertsteln oder
gar Tausendsteln von Millimetern liegen, müssen anstelle der
Zeichenstifte lediglich die Meßeinheit so montiert werden,
daß der Meßstrahl senkrecht von der Bewegungsebene des
Plotters abstrebt.
Wird ein solches Gerät, welches bei der Verwendung als Plot
ter üblicherweise liegend betrieben wird, mit der Meßeinheit
ausgestattet und senkrecht aufgestellt, so ist hierdurch be
reits die Bewegung der Meßeinheit in X- und Z-Richtung gege
ben. Wird nun im Abstand vor dieser Einheit ein Drehteller
so aufgestellt, daß dessen Rotationsachse parallel beispiels
weise zur Z-Richtung liegt, so können auf diesem Drehteller
abgestellte Objekte entlang ihres gesamten Umfanges vermes
sen werden. Um sicherzustellen, daß die Rotationsachse des
Drehtellers tatsächlich parallel zur Bewegungsebene der Meß
einheit liegt, ist es empfehlenswert, sowohl die die Meßein
heit tragende Einheit als auch den Drehteller auf einem ge
meinsamen Grundgestell zu befestigen, welches eine etwa
L-förmige Gestalt aufweist, dessen senkrechter Schenkel den
modifizierten Plotter und dessen waagrechter Schenkel den
Drehteller trägt.
Zum Antrieb des Drehtellers wird vorteilhafterweise ein so
genannter Schrittmotor verwendet, welcher so steuerbar ist,
daß er sich in äußerst geringen Winkelteilungen weiter
dreht. Sowohl der Drehteller mit seiner senkrecht zur Ro
tationsachse stehenden Auflagefläche als auch die die Meß
einheit tragenden, in X- und Z-Richtung verfahrbaren
Schlitten sind über entsprechende Signalleitungen mit einer
Recheneinheit gekoppelt, die auf diese Weise bei jedem Meß
vorgang nicht nur die festgestellte Entfernung des reflek
tierenden Punktes von der Meßeinheit, sondern auch die Dreh
lage des Drehtellers und damit des Objektes sowie die Posi
tion der Meßeinheit in X- und Z-Richtung kennt.
Die Umsetzung dieser Meßverfahren wird am besten im folgenden
anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Aufsicht auf die gesamte Anordnung, wobei
sich ein Objekt mit unregelmäßig geformtem Umfang
auf dem Drehteller vor der Meßeinheit befindet,
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, wobei das
Objekt eine Hinterschneidung aufweist und in
unterschiedlichen Winkelstellungen dargestellt
ist.
Fig. 3a eine Prinzipdarstellung der Triangolationsentfer
nungsmessung,
Fig. 3b-3e Prinzipdarstellungen der Ausgangssignale
des Position Sensitive Detectors (PSD),
Fig. 4 Frontansicht und Aufsicht der gesamten Vorrichtung,
Fig. 5 eine Geometrieskizze bei einem von der Rotations
achse des Drehtellers versetzten Meßstrang.
Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf die in Funktion befindliche
Vorrichtung: Der X-Schlitten 3 trägt die Meßeinheit 1 und
ist mit dieser in X-Richtung entlang einer Schiene verfahr
bar, die den Z-Schlitten 2 darstellt, welcher wiederum
quer zur Zeichenebene der Fig. 1 entlang der Z-Achse
verfahrbar ist, nämlich entlang des senkrechten Schenkels 7
des Grundgestelles.
Die Meßeinheit 1 sendet im Betrieb in kurzen Zeitabständen
hintereinander einen Meßstrahl 14 in Y-Richtung, also senkrecht
zur Bewegungsebene der Meßeinheit aus, welcher normalerweise
auf die verlängerte Rotationsachse M des vor der Meßeinheit
angeordneten Drehtellers 4 gerichtet ist, wie in Fig. 1
dargestellt. Wenn auf dem Drehteller 4 ein Objekt 10 steht,
so wird dieser Meßstrahl 14 in seinem Auftreffpunkt A
am Objekt 10 reflektiert. Da es sich bei der Oberfläche
des Objekts normalerweise nicht um eine voll verspiegelte
Fläche handelt, wird der Meßstrahl 14 in die unterschied
lichsten Richtungen reflektiert, wobei einer dieser
reflektierten Strahlen 15 auch die Optik 12 des Sensors 16
der Meßeinheit 1 trifft. Die Meßeinheit 1 ermittelt auf
diese Art einen Meßwert, der der Entfernung zwischen der
Meßeinheit 1 und dem Punkt A entspricht, wobei der
Absolutwert dieser Entfernung weniger wichtig ist als die
Veränderung dieser Entfernung, die sich in einer Veränderung
des Meßsignales ausdrückt.
Am Drehteller 4, der das Objekt 10 trägt, ist ferner in der
Fig. 1 eine Gradeinteilung angegeben, die jeweils bei
Durchführung einer Einzelmessung bekannt und in der
auswertenden Recheneinheit gespeichert ist. Auf diese
Art und Weise läßt sich der für den Punkt A ermittelte
Meßwert später, wenn ein halber Umlauf des Drehtellers 4
vollzogen ist, mit dem diametral gegenüberliegenden Meßpunkt
A′ und dessen Meßwert vergleichen, woraus sich als Differenz
der Durchmesser des Objektes 10 in dieser Schnittrichtung
ergibt. Selbstverständlich kann auch der absolute Wert der
Entfernung beispielsweise des Punktes A von der Meßeinheit
ermittelt werden, wenn die Meßeinheit entsprechend geeicht
ist.
Bei den in der Fig. 1 dargestellten Elementen wie Z-
Schlitten 2, X-Schlitten 3 und senkrechtem Schenkel 7
eines ggf. vorhandenen Grundgestelles handelt es sich sinn
vollerweise um einen senkrecht gestellten Plotter, wie er
an EDV-Anlagen zur Ausgabe von Zeichnungen verwendet wird,
wobei lediglich anstelle der Zeicheneinheit die Meßeinheit
1 montiert ist. Bei derartigen Plottern ist jedoch die auf ein
bestimmtes Steuersignal hin erfolgende Verschiebung hinsicht
lich Größe und Richtung genau bekannt. Auf diese Art und Weise
kann die Meßeinheit 1 geeicht werden, indem diese so montiert
wird, daß der Meßstrahl 14 in einer der Bewegungsrichtungen
der Meßeinheit 1, also die X- oder die Z-Richtung zeigt.
Läßt man die Meßeinheit dann durch Bewegung des entsprechenden
Schlittens des Plotters schrittweise über den gesamten
Meßbereich der Meßeinheit 1 auf ein feststehendes Objekt zu
fahren, so wird hierdurch eine Eichung für die absolute
Entfernungsmessung der Meßeinheit 1 vorgenommen.
Die Fig. 4A und B zeigen nochmals die Gesamtanordnung
zur Durchführung von Messungen, jedoch ohne ein zu vermessen
des Objekt: In der Frontansicht der Fig. 4A ist der senkrecht
gestellte Plotter 17 zu erkennen, bei dem ein schienenförmi
ger Z-Schlitten 2 in Z-Richtung entlang der Plotterebene
verfahrbar ist. Auf diesem Z-Schlitten 2 ist wiederum ein
X-Schlitten 3 entlang des Z-Schlittens 2 in X-Richtung ver
fahrbar, welcher die Meßeinheit 3 trägt. An dieser Meßeinheit
3 sind die beiden Öffnungen zum Aussenden und Empfangen des
Meßstrahles zu erkennen. Vor dem Plotter 17 dreht sich
ein Drehteller 4 um eine vertikale, zur Z-Richtung parallele
Drehachse M, wobei dieser Drehteller 4 durch einen Schritt
motor 5 in definierten kleinen Winkelteilungen bewegt werden
kann.
Vorteilhafterweise sind Plotter 17 und Drehteller 4 auf einem
gemeinsamen, L-förmigen Grundgestell 6 angeordnet um zu
gewährleisten, daß die Rotationsachse M des Drehtellers 4
parallel vor der Bewegungsebene des Plotters 17 und parallel
zu dessen Z-Achse liegt. In der Fig. 4A ist der waagerechte
Schenkel 8 dieses Grundgestelles 6 zu erkennen, auf dem
der Drehteller 4 montiert ist, wogegen die senkrechte Auf
sicht der Fig. 4B den senkrecht stehenden Schenkel 7 zeigt,
an dem der Plotter 17 montiert ist. Dementsprechend ist in
Fig. 4B der Drehteller 4 von seiner Auflagefläche für die
zu vermessenden Objekte her zu erkennen, die waagerecht vor
dem Plotter 17 in Richtung des auszusendenden Meßstrahles liegt.
Von dem Plotter 17 ist in der Darstellung der Fig. 4B haupt
sächlich der schienenförmige Z-Schlitten 2 zu erkennen,
entlang welchem der X-Schlitten 3 mit der darauf montierten
Meßeinheit 1 in X-Richtung verfahren werden kann.
Die Fig. 3 sollen die Wirkungsweise des in der Meßein
heit 1 verwendeten Triangulationsentfernungsmessers zeigen.
In der Meßeinheit 1 befindet sich als Strahlungsquelle ein
Laser 19, der in diesem Falle sichtbares Licht, vorzugs
weise der Wellenlänge 680 nm aussendet, die in der Fig. 3A
als ausgesendete Meßstrahlen 14 bzw. 14′ eingezeichnet sind
und senkrecht von der Meßeinheit 1 abstreben. Je nach dem,
in welcher Entfernung vor der Meßeinheit 1 sich eine ent
gegenstehende, undurchsichtige Fläche befindet, wird dieser
Meßstrahl entweder in einer Entfernung Y 1 oder in einer
Entfernung Y 2 von der Meßeinheit 1 reflektiert. Die
Reflexion des Meßstrahles erfolgt dabei normalerweise
In die verschiedensten Richtungen, wobei jedoch auch
einer der reflektierten Strahlen 15 bzw. 15′ die Optik 12
trifft, die den reflektierten Meßstrahl 15 bzw. 15′ auf
den lichtempfindlichen PSD weiterleiten soll. Da sich inner
halb der Meßeinheit die Strahlungsquelle und die aufnehmende
Optik 12 bzw. der PSD 18 immer im gleichen Abstand zueinan
der befinden, hängt es von der Entfernung des reflektierenden
Objektes ab, welchen Winkel der ausgesandte Strahl 14 bzw. 14′
mit dem reflektierenden, die Optik 12 treffenden Strahl 15
bzw. 15′ bildet. Davon abhängig ist auch der Einfallswinkel
der reflektierten Strahlen 15 bzw. 15′ in der Optik 12 und
damit der Auftreffpunkt W 1 bzw. W 2 auf dem hinter der Optik
12 angeordneten, streifenförmigen Position Sensitive
Detector 18.
Die Fig. 3B bis 3E zeigen schematisch einen solchen PSD 18.
Ein solcher PSD verfügt an seinen Endpunkten über elektrische
Anschlüsse, an denen als Meßwerte Spannungen U 1 bzw. U 2
abgenommen werden. Wird der PSD nicht bestrahlt, so zeigen
beide Anschlüsse den gleichen Spannungswert, der dem
Nullwert entspricht an. Treffen dagegen elektromagnetische
Wellen einer Wellenlänge, auf die der PSD 18 anspricht,
im Bereich zwischen den Endpunkten des PSD auf, so zeigen
die beiden Endpunkte Spannungswerte U 1 bzw. U 2 an, wie in
den Fig. 3C bis 3E dargestellt, wobei sie der Übersicht
lichkeit halber mit unterschiedlichen Vorzeichen eingezeichnet
sind.
In der Fig. 3C trifft die elektromagnetische Welle genau
in der Mitte zwischen den Endpunkten des PSD 18 auf, was
zur Folge hat, daß an den Anschlüssen Spannungswerte U 1 und
U 2 gemessen werden, die den gleichen Betrag haben. Je nach
dem, wie nahe sich der Auftreffpunkt W 1 bzw. W 2 am einen oder
anderen Endpunkt des PSD 18 befindet, ändert sich das
Verhältnis der an den Anschlüssen anliegenden Spannungsbeträge
U 1 zu U 2, wie in den Fig. 3D und 3E dargestellt. Aus dem
Verhältnis der Spannungswerte U 1 und U 2 läßt sich somit
die Lage des Auftreffpunktes W 1 bzw. W 2 und damit, nach
Durchführung etwa des oben beschriebenen Eichvorganges,
die Entfernung Y 1 bzw. Y 2 der reflektierenden Fläche
bestimmen.
Ziel der gesamten Vorrichtung ist es, beispielsweise bei
dem in der Fig. 1 dargestellten Objekt 10 die Umfangskontur
zu ermitteln. Dies kann auf unterschiedliche Arten geschehen:
Entweder wird bei gleichbleibender Stellung des Drehtellers 4
und damit des Objektes 10 die Meßeinheit 1 in Z-Richtung
einmal über die gesamte Höhe des Objektes 10 bewegt und somit
eine Abtastung einer senkrechten Mantellinie dieses Objektes
10 vorgenommen. Wird dieser Vorgang jeweils nach einer
geringfügigen Drehung des Drehtellers 4 über den gesamten
360° Umfang des Objektes 10 wiederholt, so ist die Mantel
fläche dieses Objektes vermessen, und falls dieses Objekt
10 keine waagerechte obere Stirnfläche hat, sogar die
gesamte Oberfläche des Objektes 10 mit Ausnahme der
Fläche, mit der es auf dem Drehteller 4 steht. Bei dieser
Aufstandsfläche sollte es sich normalerweise um eine
ebene Referenzfläche handeln, um einen sicheren und
gleichbleibenden Stand auf dem Drehteller 4 zu gewähr
leisten.
Ebenso könnte jedoch die Meßeinheit 3 auf der selben Höhe,
also dieselbe Z-Koordinate eingestellt bleiben, und in
dieser Lage eine vollständige Drehung des Objektes 10
um die Rotationsachse M des Drehtellers 4 erfolgen. Auf
diese Art und Weise würde quasi eine Höhenlinie des Objektes
10 abgetastet und durch Wiederholung solcher Höhenlinien
erfassungen über die gesamte Höhe des Objektes 10 ebenfalls
eine vollständige Vermessung dieses Objektes vollzogen.
Die auf diese Art von dem Objekt 10 abgenommenen Meßwerte,
welches sich nicht exakt in der Mitte, sondern lediglich
im Bereich der Rotationsachse M befinden muß, auf die
der Meßstrahl 14 der Meßeinheit 1 normalerweise gerichtet
ist, werden über in den Fig. nicht dargestellte Leitungen
zusammen mit Informationen über die Lage der Meßeinheit
sowie die Drehlage des Drehtellers 4 an eine Recheneinheit
weitergegeben, bei der es sich beispielsweise um einen
handelsüblichen PC handeln kann. Dabei besteht die Schwie
rigkeit, daß ein solcher Computer normalerweise nur einen
Eingangswert gleichzeitig verarbeiten kann, wohingegen die
beiden gleichzeitig auftretenden Spannungswerte U 1 und U 2
des PSD, die ja analog anfallen, nicht gleichzeitig an
die Recheneinheit 9 weitergegeben werden. Vielmehr wird
einer dieser Spannungswerte sofort digitalisiert an die
Recheneinheit weitergeleitet, wogegen der andere Spannungs
wert zeitlich gepuffert an die Recheneinheit 9 gesendet
wird, die diese anschließend vergleicht und in eine
gemessene Entfernung umsetzt. Selbstverständlich ist
dieser Zeitversatz geringer als der Zeittakt, in dem
der Laser 19 der Meßeinheit 1 gepulst ist, um die
Einzelmessungen durchzuführen.
Ist an diese Recheneinheit 9, wie üblicherweise vorhanden,
ein Bildschirm angeschlossen, so können die gemessenen Werte
unmittelbar in eine entsprechende bildliche Darstellung auf
dem Bildschirm umgesetzt werden, also entweder in die abge
tasteten einzelnen Höhenlinien des Objektes 10 oder in die
abgetasteten einzelnen Mantellinien. Darüberhinaus kann der
auf diese Art und Weise erstellte Datenfundus eines Objektes
mittels der Recheneinheit in jedes beliebige Format, bei
spielsweise die Formate der gängigen CAD-Systeme, umgewandelt
werden, um innerhalb dieser Systeme als Eingangsgröße weiter
behandelt zu werden. Üblicherweise betragen die Schrittweite
des für die Bewegung der Meßeinheit verwendeten Plotters in
seinen beiden Bewegungsrichtungen jeweils etwa 25 µm und für
den Antrieb des Drehtellers 4 werden Schrittmotore 5 einge
setzt, die eine volle 360°-Umdrehung in 1600 Schritte unter
teilen, was einer Schrittlänge von etwa 1/4 Winkelgrad ent
spricht. Die absolute Empfindlichkeit des Lasers hängt von
dessen Meßbereich ab, bewegt sich jedoch zwischen 1 : 5000 und
1 : 10000, bezogen auf die maximal meßbare Entfernung, so daß
sich mit einem solchen Laser gegebenenfalls auch Entfernungs
differenzen von 1 µm registrieren lassen.
Darüberhinaus dürfte es wohl selbstverständlich sein, daß
das zu vermessende Objekt weder allzu stark spiegeln darf
noch durchsichtig sein darf.
Die am Beispiel der Fig. 1 beschriebenen Bewegungen der
Meßeinheit 1 und des Objektes 10 sind dann ausreichend, wenn
es sich um Objekte handelt, die in ihrem zu vermessenden Be
reich keinerlei Hinterschneidungen aufweisen. In diesem Fall
könnte also auf die Bewegungsmöglichkeit der Meßeinheit 1 in
X-Richtung der Fig. 1 verzichtet werden, da es ausreicht,
wenn der Meßstrahl 14 immer genau auf die verlängerte Rota
tionsachse M des Drehtellers 4 und damit des Objekts 10 ge
richtet ist.
Leider sind jedoch Hinterschneidungen, also Ausnehmungen, die
gegebenenfalls durch davorliegende Vorsprünge etc. von einer
Abtastung durch den Meßstrahl 14 ausgeschlossen sind, gerade
bei kompliziert geformten Werkstücken relativ häufig. Eine
Vermessung dieser Hinterschneidungen ist jedoch unter Umstän
den möglich, wenn der Meßstrahl 14 außermittig ansetzt, wie
dies in den Fig. 2 gezeigt ist:
Wie Fig. 2A zeigt, ist der Meßstrahl 14 (der Übersichtlich
keit halber sind die reflektierten Strahlen 15 in den Dar
stellungen der Fig. 2 weggelassen worden, und auch die Meß
einheit 1 ist lediglich durch den Ausgangspunkt O der Meß
strahlen 14 gekennzeichnet) auf die Rotationsachse M des
Objektes 10 gerichtet. Das Objekt 10 dreht sich dabei im Uhr
zeigersinn, so daß unmittelbar vor der Momentaufnahme der
Fig. 2A der Bereich zwischen den Punkten P und P 1 des Ob
jektes vom Meßstrahl 14 abgetastet wurde. Dreht sich nach
der Erfassung des Punktes P 1 das Objekt 10 noch geringfügig
im Uhrzeigersinn weiter, so wird als nächstes der Punkt P 5
erfaßt, wobei die Recheneinheit einen großen Unterschied
zwischen den Meßwerten der unmittelbar hintereinander liegen
den Punkte P 1 und P 5 feststellt, woraus auf eine dazwischen
liegende Hinterschneidung geschlossen wird.
Infolgedessen muß die zwischen den Punkten P 1 und P 5 liegende
Hinterschneidung später, also im selben oder in einem separa
ten Umlauf des Objektes 10, bei außermittiger Lage des Meß
strahles 14 abgetastet werden.
Befindet sich beispielsweise das Objekt 10 in der in Fig.
2B bezeichneten Lage, so wurde bei Beibehaltung der auf die
Rotationsachse M gerichteten Lage des Meßstrahls 14 seit der
Lage der Fig. 2A der Bereich zwischen den Punkten P 5 und P 6
des Objektes 10 abgetastet. Wird jedoch in dieser Lage das
Objekt 10 stillgesetzt, und die Meßeinheit von der mittigen
Lage 0 aus schrittweise nach links verfahren und dabei das
Objekt 10 weiterhin vermessen, bis der Punkt P 2 erreicht ist,
welcher sich dadurch auszeichnet, daß bei einem weiteren Ver
satz der Meßeinheit nach links als nächstes der Punkt P 1 mit
dem dazwischenliegenden zu großen Meßwertesprung erfaßt wird,
so wurde hierdurch bereits der zwischen den Punkten P 5 und P 2
liegende, vorher nicht erfaßte Bereich der Hinterschneidung
vermessen.
Wird das Gleiche wiederholt, wenn sich das Objekt 10 in der
in Fig. 2C dargestellten Lage befindet, so kann hierdurch der
zwischen den Punkten P 1 und P 3 liegende Bereich der Hinter
schneidung vermessen werden, so daß nun insgesamt die gesamte
Hinterschneidung abgetastet ist. Der Punkt P 3 stellt wiederum
denjenigen Punkt dar, der sich durch einen großen Meßwerte
sprung zu dem Punkt P 7 auszeichnet, der bei der Bewegung der
Meßeinheit von links nach rechts unmittelbar nach dem Punkt
P 3 erfaßt wird. Somit wird also in der in der Fig. 2C ge
zeichneten Lage bei der Bewegung der Meßeinheit über die Po
sitionen 0, 0′ nach 0′′ mittels der Meßstrahlen 14, 14′ und
14′′ der Bereich zwischen den Punkten P 8 und P 7 sowie zwischen
den Punkten P 3 und P 1 erfaßt. Hierdurch wurde zwar wiederum
ein Teilbereich der Hinterschneidung nicht erfaßt, durch Über
deckung mit den in den Stellungen der Fig. 2A und 2B er
mittelten Meßwerte ergibt sich jedoch eine vollständige Ab
tastung des Umfangs des Objektes 10.
Selbstverständlich können die in den Fig. 2A und beispiels
weise 2C ermittelten Meßwerte nur miteinander verglichen wer
den, wenn für jede Einzelmessung sowohl die Lage des Objektes
als auch die Lage der Meßeinheit exakt bekannt sind. Die Meß
werte eines Objektes 10 können beispielsweise in Form von
kartesischen Koordinaten oder auch in Form von Polarkoordina
ten gespeichert und in eine Darstellung auf dem Bildschirm
umgesetzt werden. Bei Darstellung in Polarkoordinaten wird
ein Nullpunkt, beispielsweise der Drehpunkt M, als Referenz
punkt verwendet, so daß die Lage jedes Meßpunktes im Ver
gleich zum Referenzpunkt durch die Angabe eines Drehwinkels
ϕ und einer zugehörigen Entfernung r vom Referenzpunkt angege
ben wird, wenn es sich um eine zweidimensionale Darstellung
handelt. Bei dreidimensionalen Darstellungen ist der Refe
renzpunkt durch eine Referenzachse ersetzt, dessen Längs
koordinate h zusätzlich angegeben sein muß, um bezüglich
dieser Längsachse aufgrund der Koordinaten ϕ und r die Lage
des Meßpunktes in der zur Referenzachse senkrecht liegenden
Ebene vorzugeben.
Fig. 5 zeigt beispielsweise die Ermittlung der Polarkoordi
naten des Punktes P 3 in der Fig. 2C: Die Höhenkoordinate h
ist bekannt aus der Stellung des Z-Schlittens, der den
X-Schlitten und damit die Meßeinheit 1 trägt. Ebenso ist die
Differenz zwischen der auf die Rotationsachse M zielenden
mittigen Stellung des Meßstrahles 14 und der Einstellung 0′
aus der Verschiebung des X-Schlittens 3, nämlich die Strecke
a 3 bekannt, die notwendig war, um den Punkt P 3 zu erfassen.
Die Meßeinheit liefert bei Vermessung des Punktes P 3 den
Wert der Entfernung 13, so daß aufgrund des Vergleiches mit
der bekannten Entfernung 10 zwischen dem Referenzpunkt M und
der mittigen Lage 0 der Meßeinheit die Größe des Abstandes
y 3 des Punktes P 3 in Y-Richtung vom Referenzpunkt M ermittelt
werden kann.
Ferner ist auch aufgrund der Stellung des Schrittmotors 5 die
Winkellage des Drehtellers 4 und damit der Winkel α 3 des
Dreieckes P 3MO bekannt. Damit ist bereits die zweite Polar
koordinate des Punktes P 3 bekannt, da es sich bei dem Winkel
α 3 genau um den die Drehlage des Meßpunktes P 3 bezüglich
der Referenzachse M handelt, nämlich um den Winkel ϕ 3. Als
letzte Polarkoordinate zur Bestimmung des Punktes P 3 muß
lediglich dessen Abstand von der Referenzachse M ermittelt
werden, also der Wert r 3. Da es sich bei dem Dreieck mit den
Seiten r 3, y 3 und a 3 um ein rechtwinkliges Dreieck handelt,
kann der Wert für r 3 aus der Dreiecksgeometrie ermittelt wer
den
cot (90°-α 3)×r 3=a 3
aus der man als einzige Unbekannte den Wert r 3 errechnen
kann. Somit sind die Koordinaten des Punktes P 3 am Objekt 10
bekannt, und da es sich um Polarkoordinaten handelt, die
direkt die Drehlage ϕ des Objektes 10 anzeigen, können diese
Polarkoordinaten auch von der Recheneinheit sehr einfach mit
Polarkoordinaten desselben Punktes P 3 verglichen werden, die
bei einer anderen Drehlage des Objektes und damit auch ande
rer Lage der Meßeinheit ermittelt wurden. Somit kann der Um
fang des Objektes 10 unter Berücksichtigung des seitlichen
Versatzes der Meßeinheit beispielsweise zwischen den Punkten
O und O′′ problemlos ermittelt werden, wobei ein Vergleich der
entsprechenden Koordinaten im kartesischen Koordinatensystem
wesentlich rechenintensiver wäre als bei Verwendung von Polar
koordinaten.
Auf diese Art und Weise kann beispielsweise ein vollständige
Höhenlinie des Objektes 10, bestehend aus in diesem Fall
1600 Einzelmessungen, erstellt werden, und abhängig von der
Höhe des Objektes 10 in Z-Richtung wird ein solcher Datensatz
für jede zu vermessende Höhenlinie des Objektes erstellt, bis
das gesamte Objekt 10 hinsichtlich seiner Oberflächenkontur
gespeichert ist.
Besitzt dagegen ein solches Objekt 10 eine mehr oder weniger
ebene obere Stirnfläche, die ebenfalls vermessen werden soll,
so kann dies mit den bisher erläuterten Bewegungsmöglichkei
ten der Meßeinheit 1 nicht vermessen werden. Hierzu müßte
entweder die Meßeinheit 1 in Z-Richtung ausreichend weit über
das Objekt 10 hinaus verfahren und anschließend die Meßein
heit 1 so um die X-Achse verschwenkt werden, daß der Meßstrahl
14 nicht mehr senkrecht auf die verlängerte Rotationsachse M
auftrifft, sondern unter einem spitzen Winkel, so daß durch
eine anschließende Abtastung des Durchmessers der oberen
Stirnfläche und Drehung des Drehtellers 4 wiederum die gesam
te Fläche der oberen Stirnseite erfaßt wird. Das gleiche Er
gebnis kann erzielt werden, wenn die Meßeinheit auch in Y-
Richtung verfahrbar ist und der Meßstrahl 14 senkrecht nach
unten gerichtet werden kann, da dann die gesamte obere
Stirnfläche des Objektes 10 durch Verfahren der Meßeinheit
in X- und Y-Richtung erfaßt werden könnte.
Mit den bisherigen Bewegungsmöglichkeiten, wie sie etwa in den
Fig. 1 und 4 dargestellt sind, läßt sich die obere Stirn
fläche des Objektes 10 nur vermessen, wenn dessen Lage um et
wa 90° gekippt wird, so daß die in der Fig. 1 sichtbare
obere Stirnfläche in etwa parallel zur Bewegungsebene der
Meßeinheit 1 liegt. Dazu müßte jedoch die genaue Lage der
oberen Stirnfläche im Vergleich zu den Umfangsflächen fest
gelegt werden können, was beispielsweise durch die Erfassung
eines markanten, gemeinsamen Punktes möglich wäre, etwa die
Spitze C, die sich an der Kante zwischen der oberen Stirn
fläche und der Umfangsfläche befindet. Diese Spitze C könnte
nach Umlegen des Objektes 10 auch leicht manuell mit dem Meß
strahl 14 angefahren werden, da dieser aufgrund der sicht
baren Wellenlänge des Lasers einen sichtbaren Lichtpunkt hin
terläßt.
Soll anstelle eines eine Umfangsfläche aufweisenden Objektes
10 eine reliefartige, aber im wesentlichen ebene Oberfläche
abgetastet werden, so könnte hierbei auf den Einsatz des Dreh
tellers 4 verzichtet werden, wobei diese im wesentlichen
ebene Fläche lediglich in etwa parallel der Bewegungsebene
des Plotters 17 gegenübergestellt werden müßte, um durch
etwa zeilenweises Erfassen der Oberfläche in X- und Z-Richtung
das gesamte Relief abzutasten.
Claims (16)
1. Verfahren zur berührungslosen Vermessung der Außenkontur
eines dreidimensionalen Objektes mit einer mittels elektro
magnetischer Wellen arbeitender Entfernungs-Meßeinheit, die
den Abstand des Objektes in Y-Richtung entlang des Meßstrahls
mißt und in Z-Richtung bewegt wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Objekt um eine Rotations
achse parallel zur Z-Richtung, die vom Meßstrahl gekreuzt
werden kann, rotiert und/oder die Meßeinheit in X-Richtung
bewegt wird, wobei bei jeder Einzelmessung die Drehlage des
Objektes und die X- sowie Y-Lage der Meßeinheit bekannt ist,
so daß die Relativlage des am Objekt vermessenen Punktes zu
einem Referenzpunkt, z. B. auf der Drehachse des Objektes,
nach geometrischen Grundsätzen errechenbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Meßeinheit definiert um
die Z-Achse geschwenkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Meßeinheit definiert um
die X-Achse geschwenkt und in Y-Richtung bewegt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 mit einer Meßeinheit, gekennzeichnet
durch
- - einen in Z-Richtung in definierten Schritten verfahrbaren Z-Schlitten (2), an welchem die Meßeinheit (1) befestigt ist,
- - gegebenenfalls einen in X-Richtung in definierten Schritten verfahrbaren X-Schlitten (3), der am Z-Schlitten (2) be festigt ist und die Meßeinheit (1) trägt,
- - einen angetriebenen Drehteller (4), der sich im Meßbereich der Meßeinheit (1) um eine Z-Achse dreht, die der Meßstrahl der Meßeinheit senkrecht kreuzen kann,
- - ein etwa L-förmiges Grundgestell (6), dessen waagrechter Schenkel (8) den Drehteller (4) und dessen senkrechter Schenkel (7) den Z-Schlitten (2) trägt,
- - eine Recheneinheit (9) zur Auswertung der Einzelinforma tionen über Objektentfernung, X-, Z-Lage der Meßeinheit (1), Drehlage des Objektes (10) etc. und
- - Leitungen (11) für die Signalvermittlung wenigstens von Schrittmotor (5), Meßeinheit (1), Z-Schlitten (2), X-Schlit ten (3) zur Recheneinheit (9).
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 zur Durchführung des Ver
fahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet
durch eine definiert um die Z-Achse schwenkbare, die
Maßeinheit (1) tragende erste Schwenkeinheit.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5 zur Durch
führung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekenn
zeichnet durch einen in Y-Richtung in definier
ten Schritten verfahrbaren Y-Schlitten, der mittelbar oder
unmittelbar die Meßeinheit (1) trägt, und eine um die X-
Achse schwenkbare, die Meßeinheit (1) tragende zweite
Schwenkeinheit.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß als senk
rechter Schenkel (7) des Grundgestells (6) sowie als
Z-Schlitten (2) und X-Schlitten (3) ein an sich bekannter,
als EDV-Peripherie dienender, zweidimensionaler Plotter
verwendet wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß als Meßein
heit (1) ein Triangulations-Entfernungsmesser verwendet
wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Triangulations-Entfer
nungsmesser mittels Laserstrahlen arbeitet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, da
durch gekennzeichnet, daß der Drehteller
4 mittels Servo-Motor angetrieben wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Laser mit sichtbarem
Licht der Wellenlänge 680 nm verwendet wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Laser mit einer Ab
strahldauer von je 120 µsec getaktet wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da
durch gekennzeichnet, daß von den bei
jeder Messung analog ermittelten Spannungswerten der Meßein
heit (1) ein Spannungswert sofort an die Recheneinheit (9)
weitergeleitet wird, während der andere Spannungswert um
eine kurze Zeitspanne gepuffert und zeitlich versetzt weiter
geleitet wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da
durch gekennzeichnet, daß im Triangula
tions-Entfernungsmesser als Sensor ein Position Sensitive
Detector (PSD) verwendet wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da
durch gekennzeichnet, daß als Sensor
ein CCD (Charge Coupled Devices) verwendet wird.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß eine Meßein
heit verwendet wird, deren Meßgenauigkeit bis zu einem µm
reicht, daß die Meßeinheit in Z-Richtung in Schritten von
25 µm verfahrbar ist und der Drehteller in Winkelschritten
von ca. 1/4 Winkelgrad positionierbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893910855 DE3910855A1 (de) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Vorrichtung und verfahren zum vermessen dreidimensionaler objekte |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893910855 DE3910855A1 (de) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Vorrichtung und verfahren zum vermessen dreidimensionaler objekte |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3910855A1 true DE3910855A1 (de) | 1990-10-11 |
DE3910855C2 DE3910855C2 (de) | 1993-03-18 |
Family
ID=6377818
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893910855 Granted DE3910855A1 (de) | 1989-04-04 | 1989-04-04 | Vorrichtung und verfahren zum vermessen dreidimensionaler objekte |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3910855A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4121326A1 (de) * | 1991-06-27 | 1993-05-13 | Muehlberger Klaus | Orthogonal-messverfahren |
EP0887620A2 (de) * | 1997-06-25 | 1998-12-30 | Hosokawa Micron Corporation | Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Neigungswinkels eines Haufens pulverigen oder körnigen Materials |
EP0671679B1 (de) * | 1994-03-07 | 2000-01-26 | INTECU Gesellschaft für Innovation, Technologie und Umwelt mbH | Vorrichtung und Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Objekte auf der Basis optischer Triangulation |
WO2005088242A2 (de) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Diener Ag Precision Machining | Verfahren und abtastanordnung zum berührungslosen abtasten dreidimensionaler objekte und haltervorrichtung für objekte |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4407518C2 (de) * | 1994-03-07 | 1996-01-18 | Intecu Ges Fuer Innovation Tec | Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Objekte auf der Basis optischer Triangulation |
DE19710273C1 (de) | 1997-03-13 | 1998-08-20 | Heraeus Kulzer Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken in der Dentaltechnik |
DE19740044A1 (de) * | 1997-09-12 | 1999-03-18 | Heraeus Kulzer Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken bei der Herstellung von Schmuck oder Designer-Ware |
DE102006031142B4 (de) * | 2006-07-05 | 2012-02-16 | Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. | Verfahren und Vorrichtung zur dreidimensionalen Vermessung und Erfassung der kompletten Objektoberfläche eines kugelförmigen Messobjektes wie eines Sportballs |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3300333A1 (de) * | 1983-01-07 | 1984-07-12 | Hommelwerke GmbH, 7730 Villingen-Schwenningen | Einrichtung zur optischen abstandsmessung von oberflaechen zu einem bezugspunkt |
DE3342675A1 (de) * | 1983-11-25 | 1985-06-05 | Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim | Verfahren und vorrichtung zur beruehrungslosen vermessung von objekten |
DE3511611A1 (de) * | 1984-03-29 | 1985-10-17 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo | Messsystem zum messen von dreidimensionalen koordinaten |
-
1989
- 1989-04-04 DE DE19893910855 patent/DE3910855A1/de active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3300333A1 (de) * | 1983-01-07 | 1984-07-12 | Hommelwerke GmbH, 7730 Villingen-Schwenningen | Einrichtung zur optischen abstandsmessung von oberflaechen zu einem bezugspunkt |
DE3342675A1 (de) * | 1983-11-25 | 1985-06-05 | Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim | Verfahren und vorrichtung zur beruehrungslosen vermessung von objekten |
DE3511611A1 (de) * | 1984-03-29 | 1985-10-17 | Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo | Messsystem zum messen von dreidimensionalen koordinaten |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
DD-Z: "Feingerätetechnik", 1988, H. 4, S. 170-172 * |
DE-Z.: "VDI-Z", 1988, Nr. 4, S. 32-35 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4121326A1 (de) * | 1991-06-27 | 1993-05-13 | Muehlberger Klaus | Orthogonal-messverfahren |
DE4121326C2 (de) * | 1991-06-27 | 1999-03-11 | Klaus Muehlberger | Orthogonal-Meßverfahren |
EP0671679B1 (de) * | 1994-03-07 | 2000-01-26 | INTECU Gesellschaft für Innovation, Technologie und Umwelt mbH | Vorrichtung und Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Objekte auf der Basis optischer Triangulation |
EP0887620A2 (de) * | 1997-06-25 | 1998-12-30 | Hosokawa Micron Corporation | Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Neigungswinkels eines Haufens pulverigen oder körnigen Materials |
EP0887620A3 (de) * | 1997-06-25 | 2000-09-27 | Hosokawa Micron Corporation | Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Neigungswinkels eines Haufens pulverigen oder körnigen Materials |
WO2005088242A2 (de) * | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Diener Ag Precision Machining | Verfahren und abtastanordnung zum berührungslosen abtasten dreidimensionaler objekte und haltervorrichtung für objekte |
WO2005088242A3 (de) * | 2004-03-10 | 2005-12-08 | Diener Ag Prec Machining | Verfahren und abtastanordnung zum berührungslosen abtasten dreidimensionaler objekte und haltervorrichtung für objekte |
US8467070B2 (en) | 2004-03-10 | 2013-06-18 | Dst Swiss Ag | Method and scanning arrangement for the contactless scanning of three-dimensional objects and device for holding the objects |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3910855C2 (de) | 1993-03-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69120867T2 (de) | System und Verfahren zur rechnergestützten Positionierung | |
DE3854348T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Form einer dreidimensional gekrümmten Oberfläche. | |
DE19841235C5 (de) | Positionskalibrierverfahren für eine optische Meßeinrichtung | |
DE3689335T2 (de) | Abweichungsmesssystem. | |
EP2199732B1 (de) | Vorrichtung mit Rauheitsmesstaster | |
EP1725833B1 (de) | Verfahren und abtastanordnung zum berührungslosen abtasten dreidimensionaler objekte | |
DE69213749T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur punktualmessung von raumkoordinaten | |
DE19741730B4 (de) | Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenkontur von Meßobjekten | |
DE102015217637B4 (de) | Betreiben eines konfokalen Weißlichtsensors an einem Koordinatenmessgerät und Anordnung | |
DE3887325T2 (de) | Positionsmessverfahren und -apparat. | |
WO2001088471A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum bestimmen der 3d-form eines objektes | |
EP0740770B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur vermessung von exzenterdrehteilen | |
DE3880854T2 (de) | Optische Achsenverschiebungsfühler. | |
EP2095068B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur steigerung der mess-genauigkeit digitaler 3d-geometriemessysteme | |
DE2833069A1 (de) | Lasermessystem | |
DE102006013584A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen von Bauteilen | |
EP0837300B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung von Werkstückkanten | |
DE4212404A1 (de) | Vorrichtung zum messen der raeumlichen form eines langgestreckten bauteils | |
DE3910855C2 (de) | ||
DE2502941A1 (de) | Verfahren und geraet zum messen der oberflaechenkontur eines testobjekts | |
DE2513389C2 (de) | Einrichtung für die berührungslose Überprüfung und Bestimmung der Abmessungen und Form von großen Werkstücken | |
DE102019103519B4 (de) | Vorrichtung zum Bestimmen von dimensionalen und/oder geometrischen Eigenschaften eines Messobjekts | |
WO2016202852A1 (de) | Koordinatenmessgerät und verfahren zum kalibrieren desselben mit einer time-of-flight-kamera | |
EP0671679A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum berührungslosen Vermessen dreidimensionaler Objekte auf der Basis optischer Triangulation | |
EP2031348B1 (de) | Oberflächeninspektionsverfahren zum Detektieren von Oberflächendefekten und/oder Vermessen der Oberflächentopographie |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |