DE4124174C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßzelle zur dreidimensionalen be­ rührungslosen Vermessung von Leitungen mit unterschiedlichen Biegewinkeln, mit einer Aufnahme für die zu vermessende Lei­ tung, mehreren in einem Koordinatensystem fest installierten und hinsichtlich ihrer Position genau bestimmten CCD-Kameras, die zusammen das Meßvolumen erfassen, in dem hochgenau vermes­ sene Referenzpunkte vorgesehen sind, und mit einem Steuerrech­ ner.

Eine derartige Ausführungsform läßt sich der DE 40 09 144 A1 entnehmen. Diese Vorveröffentlichung offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen, automatischen und berüh­ rungslosen Vermessen der Abmessungen von dreidimensionalen Ge­ genständen komplizierter Konfiguration wie z. B. bei der Her­ stellung von Rohrteilen der Auspuff- und Bremssysteme von Kraftfahrzeugen, die unregelmäßig gebogen sind, und bei denen die genauen Abmessungen, Torsionswinkel, Biegungswinkel und die Länge der zwischen den aufeinanderfolgenden Biegungen lie­ genden linearen Abschnitte für die Qualitätskontrolle und Zwecke der Maschineneinstellung bekannt sein müssen.

Bei diesem vorbekannten Verfahren wird der zu vermessende Ge­ genstand vor einer Hintergrundebene des Meßfeldes angeordnet. Die Bilder dieses Gegenstandes werden mit optischen Abbil­ dungseinheiten aufgenommen und dann digitalisiert in Speichern unter entsprechenden Adressen gespeichert. Aus diesen Spei­ cheradressen werden mit einem Computer die Abmessungen der Bilder und unter Zuhilfenahme der letzteren aufgrund von an sich bekannten optischen Abbildungsgesetzen die eigentlichen Abmessungen des Gegenstandes bestimmt. Die relative Position der Hintergrundebene des Meßfeldes zu den optischen Abbil­ dungseinheiten oder Detektoren kann mit auf der Hintergrund­ ebene angegebenen Referenzpunkten bestimmt werden; damit wer­ den die Bilder dann aneinander angepaßt. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses vorbekannten Verfahrens ist mit einem Meß­ feld, einem optischen Meßsystem und einer Datenverarbeitungs­ einheit ausgebildet. Die Aufnahme für den zu vermessenden Ge­ genstand, z. B. ein mehrfach gebogenes Rohr, besteht aus ein­ zelnen im Abstand voneinander angeordneten lotrechten Haltern unterschiedlicher Höhe, deren freie Enden gemeinsam eine der Kontur des zu vermessenden Gegenstandes angepaßte Auflageflä­ che bilden. Der Gegenstand wird beleuchtet, und seine Bilder werden mit zumindest zwei, vorzugsweise aber mit mindestens drei optischen Abbildungseinheiten und Detektoren von mehreren Richtungen aufgenommen und zwar vorzugsweise mit hinsichtlich ihrer Position genau bestimmten CCD-Kameras.

Ein besonderes Problem stellt sich allerdings dann, wenn die zu vermessenden Gegenstände so elastisch sind, daß sie sich bei ihrer Auflage auf der genannten Aufnahme, einem Meßtisch oder dergleichen bereits unter ihrem Eigengewicht verformen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Meßzelle so weiterzuentwickeln, daß sich mit ihr insbesondere hochbiegeelastische Leitungen in kurzen Meßzei­ ten exakt vermessen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufnahme insbesondere für dünne und elastische Leitungen wie z. B. Bremsleitungen für Kraftfahrzeuge ein elastisches Aufla­ gebett ist, das aus einem grobmaschigen Netz aus Gummifäden (Gumminetz) besteht, deren Durchmesser erheblich dünner ist als der kleinste Durchmesser der zu vermessenden Leitungen.

Die Verwendung hochauflösender CCD-Kameras zur Erfassung der Leitung ermöglicht deren berührungslose Erfassung, vermeidet eine elastische Verformung der Leitung durch den Sensor und ermöglicht eine schnelle Erfassung der Leitung sowie eine schnelle Auswertung durch digitale Bildverarbeitung.

Die zu vermessende Leitung wird von mehreren, vorzugsweise sechs CCD-Kameras gleichzeitig erfaßt und in den von den Ka­ meras gelieferten Graubildern automatisch erkannt. Die rele­ vanten Merkmale werden extrahiert; aus diesen Bildinformatio­ nen wird dann die räumliche Form der Leitung berechnet. Dabei erhält man zunächst dreidimensionale Koordinaten der Biege­ punkte, aus denen sich die Länge der geraden Leitungsabschnit­ te sowie die Biegewinkel berechnen lassen. Auf dem Bildschirm erscheint die zu vermessende Leitung als schwarzes Polygon. Die Bilder der einzelnen Kameras werden abgespeichert. Auf dem Bild wird die Mittelachse der zu vermessenden Leitung gesucht in dem man um den Meßpunkt, der auf der Achse liegt, einen Kreisbereich legt und die Übergangspunkte grau/schwarz fest­ hält und mittelt. Soweit die Meßpunkte auf einer Geraden lie­ gen, wird diese abgefahren und so der Schnittpunkt im Bereich der ersten Biegung ermittelt. Als Information erhält man da­ durch den Winkel in der Horizontalebene zwischen zwei Lei­ tungsabschnitten, ferner den Winkel, den der abgeknickte Lei­ tungszweig mit der Horizontalen einschließt und schließlich die wahre Länge zwischen zwei Knickpunkten.

Dabei geht man aus von einem Dreikoordinatensystem, in dem die Position der einzelnen Kameras genau bestimmt ist durch Ko­ ordinaten des Projektionszentrums.

Hochgenau vermessene Referenzpunkte innerhalb des Meßvolumens ermöglichen eine Selbstkalibrierung des Gesamtsystems.

Um jede Verformung der zu ihrer Vermessung auf das Auflagebett aufgelegten Leitung zu vermeiden, ist eine hochelastische Tei­ lehalterung vorgesehen, die sich exakt der Leitungsform an­ paßt. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform ist darin zu sehen, daß die zu vermessende Leitung in praktisch beliebiger Position auf das Auflagebett aufgelegt werden kann. Wesentlich ist allein, daß die zu vermessende Leitung aufgrund ihres Eigengewichtes die von ihr beaufschlag­ ten Gummifäden soweit nach unten durchdrückt bzw. auslenkt, daß die Leitung praktisch an allen wesentlichen Punkten auf einem Gummifaden aufliegt.

Die Gummifäden sollen nicht nur hochelastisch sondern mög­ lichst dünn sein, damit sie sich in den Kameras nicht abbil­ den. Insbesondere bei einer Belichtung von unten ist es we­ sentlich, daß der Durchmesser der Gummifäden erheblich dünner ist als der der zu vermessenden Leitung. Wichtig ist ferner, daß die Kreuzungspunkte der Gummifäden fixiert sind beispiels­ weise durch Verknotung.

Bei dem Gumminetz wäre ein zu enger Maschenabstand nachteilig, da kurze, scharf abgeknickte Leitungsabschnitte nicht eintau­ chen könnten. Als besonders geeignet hat sich eine Maschengrö­ ße des Gumminetzes in der Größenordnung von 10×10 cm erwie­ sen.

Bremsleitungen weisen häufig kurze Endstücke auf, die in einem Winkel < 90° abgekröpft sind, eine Anschlußmutter aufweisen und daher nur schier zu vermessen sind. Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Meßzelle läßt sich das Problem in einfacher Weise lösen durch Anbringung eines Adapters, mit dem das kurze abgeknickte Endstück verlängert wird, so daß eine einwandfreie Vermessung erfolgen kann und zwar durch Rückrechnung auf die bekannte tatsächliche Länge.

In der Meßzelle lassen sich z. B. Hydraulikleitungen für den Flugzeugbau vermessen. Diese Hydraulikleitungen weisen einen erheblich größeren Reflektionsgrad an ihrer Oberfläche auf und lassen sich daher nicht in der vorstehend beschriebenen Weise abbilden. Hierfür wird dann zweckmäßig ein unterhalb des Auf­ lagebettes und in lichtem Abstand hierzu angeordneter Beleuch­ tungstisch vorgesehen, über dem die CCD-Kameras angeordnet sind. Die Leitungen bilden sich in den Kameras dann als Schat­ tenriß ab. Bezogen auf die Aufnahmeseite gibt es keine Ober­ flächenreflektion.

Mit der neuen Meßzelle läßt sich eine Leitung in einem Zyklus von etwa einer Minute exakt vermessen.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungs­ form der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung eine Meßzelle;

Fig. 2 Beispiele für zu vermessende Leitungen und

Fig. 3 ein Beispiel für die Berechnung der räumlichen Form der Leitung aus Bildinformationen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Meßzelle mit einem elastischen Auflagebett 1 zur Aufnahme der zu vermessen­ den Leitung 2, sechs CCD-Kameras 3 und einem Steuerrechner 4.

Die CCD-Kameras 3 sind in dem Ausführungsbeispiel an einem Ge­ stell 5 oberhalb des elastischen Auflagebettes 1 fest instal­ liert und hinsichtlich ihrer Position genau bestimmt. Die CCD- Kameras 3 sind so ausgerichtet, daß sie zusammen die durch das Auflagebett 1 definierte Ebene erfassen und mit ihrer op­ tischen Achse zu dieser Ebene unter einem Winkel < 90° geneigt sind.

Die schematische Darstellung in Fig. 1 läßt erkennen, daß das elastische Auflagebett 1 aus einem grobmaschigen Netz besteht, das aus Gummifäden 6 geknüpft ist, deren Durchmesser sehr viel kleiner ist als der der zu vermessenden Leitung 2. Die Elasti­ zität der Gummifäden 6 sowie die Größe der von ihnen gebilde­ ten Maschen werden so gewählt, daß die zu vermessende, auf das Auflagebett aufgelegt Leitung 2 unter ihrem Eigengewicht die Gummifäden 6 soweit nach unten durchdrückt, daß die Leitung 2 über ihre volle Länge auf dem Gumminetz aufliegt also von den Gummifäden 6 abgestützt ist. Dadurch wird eine Verformung der Leitung 2 verhindert.

Fig. 2 zeigt Beispiele für zu vermessende Leitungen 2, die unterschiedliche Radien aufweisen und sich aus geraden Ab­ schnitten und Biegungen zusammensetzen.

Die zu vermessende Leitung 2 kann in praktisch beliebiger Po­ sition auf das elastische Auflagebett 1 gelegt werden. Die Leitung wird dann von den 6 CCD-Kameras 3 gleichzeitig erfaßt und in den von den Kameras gelieferten Graubildern automatisch erkannt. Die relevanten Merkmale werden extrahiert; aus diesen Bildinformationen wird dann die räumliche Form der Leitung be­ rechnet. Dabei erhält man zunächst dreidimensionale Koordina­ ten der Biegepunkte, aus denen sich die Länge der Geradenele­ mente sowie die Biegewinkel berechnen lassen. Dies wird in Fig. 3 veranschaulicht.

Hochgenau vermessene Referenzpunkte innerhalb des Meßvolumens ermöglichen eine Selbstkalibrierung des Gesamtsystems. Diese Referenzpunkte sind in Fig. 1 nicht dargestellt, können sich aber z. B. auf dem äußeren Rand des elastischen Auflagebettes 1 und/oder auf einer Fläche unterhalb dieses Auflagebettes be­ finden.

Claims (4)

1. Meßzelle zur dreidimensionalen berührungslosen Vermessung von Leitungen mit unterschiedlichen Biegewinkeln, mit einer Auf­ nahme für die zu vermessende Leitung (2), mehreren in einem Koordinatensystem fest installierten und hinsichtlich ihrer Position genau bestimmten CCD-Kameras (3), die zusammen das Meßvolumen erfassen, in dem hochgenau vermessene Referenzpunk­ te vorgesehen sind, und mit einem Steuerrechner (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme insbesondere für dünne und elastische Leitungen wie z. B. Bremsleitungen für Kraftfahr­ zeuge ein elastisches Auflagebett (1) ist, das aus einem grob­ maschigen Netz aus Gummifäden (6) (Gumminetz) besteht, deren Durchmesser erheblich dünner ist als der kleinste Durchmesser der zu vermessenden Leitungen (2).

2. Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschengröße des Gumminetzes etwa 10×10 cm be­ trägt.

3. Meßzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzungspunkte der Gummifäden (6) fixiert sind beispielsweise durch Verknüpfung.

4. Meßzelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durcch einen unterhalb des Auflagebettes (1) und in lichtem Ab­ stand hierzu angeordnetem Beleuchtungstisch, über dem die CCD-Kameras (3) angeordnet sind.