DE4325269A1 - Anordnung zur koordinatenmäßigen Ermittlung der Form und Lage von Strukturen, Kanten und Formelementen - Google Patents
Anordnung zur koordinatenmäßigen Ermittlung der Form und Lage von Strukturen, Kanten und FormelementenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur koordinatenmäßigen
Ermittlung der Lage von Strukturen, Kanten und Formele
menten nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches mit
Hilfe fotoelektrischer x-, y-adressierter Sensoren im Durch-
und Auflicht an Koordinatenmeßgeräten.
Zum koordinatenmäßigen Ermitteln von Strukturen mit Hilfe
fotoelektrischer Sensoren im Durch- und Auflicht an Koordinatenmeßgeräten
werden unter anderem die zu bestimmenden
Strukturen punktuell angetastet. Je nach der aus Einzelmes
sungen gewonnenen Menge von Meßdaten werden mittels geeigne
ter mathematischer Algorithmen durch Rechner Verdichtungsope
rationen durchgeführt, welche diese Strukturen, meist be
kannte geometrische Elemente wie Geraden, Kreise und Ellip
sen, mehr oder weniger gut beschrieben. In neuerer Zeit
werden dazu zunehmend Sensoranordnungen verwendet, die aus
rasterförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Einzelele
menten, sog. Pixeln, bestehen. Da Pixelgröße und -abstand
und die koordinatenmäßige Lage eines jeden Pixels auf der
Sensoranordnung bekannt sind, lassen sich die auf der Sensor
anordnung abgebildeten Strukturen und Kanten mathematisch
beschreiben und maßlich erfassen.
Aus der DE-OS 35 18 966 ist es bekannt, als x-, y-adressier
ten Sensor eine Festkörperkamera mit Matrixanordnung der
Sensorelemente in Verbindung mit einer Bildsignalverarbei
tungseinheit zur Berechnung der Lage und Form einer Struktur
zu verwenden. Dazu wird eine zu vermessende Strichkreuzmarke
auf dem Sensor abgebildet. Zwei ausgewählte Spalten und
Zeilen von Sensorelementen, die jeweils einen Abstand vonein
ander aufweisen, bilden vier Schnittpunkte mit der Strich
kreuzmarke. Aus den Koordinaten dieser Schnittpunkte wird die
Lage und Form der Strichkreuzmarke in x- und y-Richtung und
eventuell deren Verdrehung mit Hilfe der Bildsignalverarbei
tungseinheit berechnet.
Ein Nachteil des Verfahrens und dieser Anordnung der Sensor
elemente besteht darin, daß bei der praktischen Anwendung
bestenfalls die Gleichungen und die Lage zweier sich schnei
dender Geraden und deren Schnittpunkt ermittelt werden können,
da lediglich von einer Geraden an dem Schnittpunkt
gegenüberliegenden Enden Schnittpunkte mit Sensorelementen
auswertbar sind. Formelemente, wie z. B. Kreise, Gewindepro
file, Zahnprofile oder zwei in einem Schnittpunkt endende
Geraden sind nicht auswertbar. Selbst bei geringem Abstand
der beiden Spalten und Zeilen könnten derartige Strukturen
nicht vermessen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
zur koordinatenmäßigen Ermittlung der Form und Lage von
Strukturen, Kanten und Formelementen mit fotoelektrischen x-,
y-adressierten Sensoren zu schaffen, mit welcher mit gerin
gem gerätetechnischen Aufwand und mit hoher Genauigkeit
sowohl im Durch- als auch im Auflicht die koordinatenmäßige
Ermittlung der Form und der Lage von Strukturen und Kanten
durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anordnung zur
koordinatenmäßigen Ermittlung der Form und Lage von Struk
turen, Kanten und Formelementen mit den Merkmalen des kenn
zeichnenden Teils des ersten Patentanspruches gelöst. Wei
tere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen
näher beschrieben.
Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt dadurch, daß stets
mehr als zwei CCD-Sensoren zur Abtastung der auf der Sensor
anordnung abgebildeten Struktur oder Kante benutzt werden,
die Messung zusammengesetzter Linienzüge, z. B. Gewindepro
file oder zweier sich in einem Punkt schneidender Geraden
oder andere Kantenformen, wie Kreis- und Zahnprofile. Hierbei
kommt es auf die Anzahl der an der Abtastung beteiligten
aktivierten CCD-Sensoren an. Da die Position der CCD-Sensoren
auf der Sensoranordnung koordinatenmäßig bekannt ist, kann
aus der bekannten Position mit Hilfe der Bildsignalverarbei
tungseinheit, die vorteilhaft mit einem Rechner gekoppelt
ist, die zu messende Struktur oder Kante koordinatenmäßig
berechnet werden. So kann z. B. aus den Positionen dreier
CCD-Sensoren, welche beim Zusammentreffen mit dem Bild der
Struktur oder Kante ein Signal liefern, ein Kreisprofil be
stimmt werden. Aus vier Positionen ist die Lage zweier in
einem Punkt zusammenstoßender Geraden und damit Winkel be
stimmbar. Zur Bestimmung komplizierterer Kurvenformen können
auch mehr als vier aktivierte CCD-Sensoren verwendet werden.
Werden zur Messung aktivierte CCD-Sensoren der Sensoranord
nung benutzt, die auf mindestens zwei konzentrischen Kreisen
liegen, so erhält man mindestens vier Punkte mit bekannter
koordinatenmäßiger Position, die mit der zu messenden
Struktur, Kante oder mit dem Formelement zusammentreffen. Da
die Position dieser Punkte bekannt ist, kann aus den von den
betreffenden CCD-Sensoren an die Bildsignalverarbeitungsein
heit gelieferten x-y-adressierten Signalen das zu messende
Formelement nach Form und Lage bestimmt werden.
Vorteilhaft ist es, auf konzentrischen Kreisen liegende CCD-
Sensoren für die Messungen zu verwenden, weil in diesem
Falle der Abstand der Kreise leicht durch Auszählen der
Sensoren zwischen den beiden Kreisen ermittelt werden kann.
Auch sind die Mittelpunktkoordinaten der Kreise leicht be
stimmbar. Die Anwendung von Kreisen ermöglicht in einfacher
Weise eine richtungsunabhängige Messung, wodurch auch die
Messung beliebig gerichteter Formelemente wesentlich verein
facht wird. Durch Veränderung der Radien der Kreise lassen
sich vorteilhafte Schnittbedingungen mit den zu messenden
Strukturen und Kanten erzielen. So können auch kleine Gewin
de- oder Zahnprofile mit geringen Meßzeiten vermessen wer
den. Eine einfache Richtungserkennung erlaubt die Ableitung
von Steuerbefehlen für eine selbsttätige Messung und trägt
zur Erhöhung des Automatisierungsgrades der Meßprozesse
bei.
Je nach Anwendungszweck können die aus den aktivierten CCD-
Sensoren gebildeten geschlossenen linienförmigen Figuren
auch Quadrate, Rechtecke, Ellipsen oder Dreiecke oder anderer
geeignete Figuren sein. Sie können vorteilhaft auch jeweils
konzentrisch sein. Auch können diese linienförmigen Figuren
auf der Sensoranordnung auch in ihrer Größe und ihrer
Position veränderbar sein.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 schematisch den optischen Aufbau einer erfindungsgemäßen
Anordnung,
Fig. 2 eine Sensoranordnung mit mehreren Kreisen,
Fig. 3 eine Sensoranordnung mit konzentrischen Kreisen und
Fig. 4 eine Sensoranordnung mit drei konzentrischen Quadra
ten.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anordnung zur Messung
von Strukturen, Kanten und Formelementen umfaßt eine Licht
quelle 1 und eine Beleuchtungsoptik 2 zur Beleuchtung einer
zu messenden Struktur 3 oder Kante eines Meßobjektes 4,
welches auf einem in Pfeilrichtung bewegbaren Meßtisch 5
eines Meßgerätes angeordnet ist. Durch eine in Lichtrich
tung dem Meßtisch 5 nachgeordnete Abbildungsoptik 6 wird die
anzutastende bzw. zu vermessende Struktur 3 in die Ebene
einer fotoelektrischen Sensoranordnung 7 abgebildet, welche
x-y-adressierte, in Zeilen und Spalten mit bekanntem
gegenseitigen Abstand voneinander angeordnete fotoelektrische
CCD-Sensoren 8 umfaßt. Diese Sensoranordnung 7 ist über
eine elektrische Verbindung 9 mit einer Bildsignalverarbei
tungseinheit (BVE) 10 oder einem entsprechenden Rechner ver
bunden. Das Bild der zu vermessenden Struktur 3 ist in Fig. 1
mit 11 bezeichnet. Auf der Sensoranordnung 7 sind ferner zwei
konzentrische Kreise 13 und 14 eingezeichnet, auf denen CCD-
Sensoren 12 gesondert gekennzeichnet sind. Diese CCD-Senso
ren 12 werden von dem Bild 11 der abgebildeten Struktur oder
Kante überdeckt und sind derart aktiviert, daß sie ein
elektrisches Signal an die BVE 10 zur Weiterverarbeitung
liefern. Die Aktivierung der entsprechenden CCD-Sensoren
erfolgt in bekannter Weise, so daß beim Zusammentreffen mit
der auf sie abgebildeten Struktur oder Kante ein elektrisches
Signal zur Weiterverarbeitung erzeugt wird. Aus den auf die
sem Wege durch die aktivierten x-y-adressierten CCD-Sensoren
(12) erzeugten Signalen werden durch die BVE 10 die Lage
und/oder die Form der Struktur 3 berechnet.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist es nicht erforderlich, daß
die aktivierten CCD-Sensoren 12 auf geschlossenen konzentri
schen Linienzügen 15 vorgesehen sind, um das Bild 11 einer
Struktur 3 auswerten zu können.
Fig. 3 zeigt beispielsweise eine Sensoranordnung 7 mit CCD-
Sensoren 8, bei welcher die aktivierten CCD-Sensoren 16, 17,
18, 19 auf zwei konzentrischen Kreisen 20 und 21 gelegen
sind. Abgebildet ist auf diese Sensoranordnung 7 eine Struk
tur 22, die durch zwei Geraden 23 und 24 begrenzt ist, welche
in einem Punkt P zusammenlaufen. Aus den Signalen der CCD-
Sensoren 16 und 17 ist die Lage der Gerade 23 berechenbar und
aus den Signalen, die von den CCD-Sensoren 18 und 19 gelie
fert werden, bestimmt sich die Lage der Gerade 24. Mit Hilfe
aller vier von den CCD-Sensoren 16, 17, 18 und 19 der BVE 10
zugeführten elektrischen Signale können die Koordinaten des
Punktes P und auch der Schnittwinkel der Geraden 23 und 24
berechnet werden. Auf diese Weise ist auch z. B. ein Gewinde
profil bestimmbar.
Auf der Sensoranordnung nach Fig. 4 sind auf drei konzentri
schen Quadraten 25, 26 und 27 gelegene CCD-Sensoren 28
derart aktiviert, daß sie beim Zusammentreffen mit dem zu
vermessenden Bild 29 der Struktur 3 Signale an die BYE 10
liefern, aus denen die Form und die Lage der Struktur 3
errechenbar ist.
Je nach Größe und Form der zu vermessenden Struktur sind
auch die Größe und Lage der geschlossenen Linienzüge, auf
denen die aktivierten CCD-Sensoren vorgesehen sind, verän
derbar, desgleichen auch die Anzahl der aktivierten CCD-
Sensoren auf der Sensoranordnung. So ist z. B. aus den elek
trischen Signalen dreier aktivierter CCD-Sensoren ein Kreis
eindeutig bestimmbar. Vier CCD-Sensoren werden benötigt zur
Berechnung zweier sich schneidender Geraden; fünf Sensoren
zur Bestimmung einer Ellipse. Für andere zu bestimmen
de geometrische Figuren kann die Anzahl der aktivierten CCD-
Sensoren auch größer sein.
Claims (4)
1. Anordnung zur Ermittlung der Form und Lage von Strukturen,
Kanten und Formelementen, umfassend eine fotoelektrische
Sensoranordnung mit x-y-adressierten, in Zeilen und Spalten
mit bekanntem gegenseitigen Abstand voneinander angeordneten
CCD-Sensoren
und eine, die zu messende Struktur oder Kante auf die Sensoranordnung abbildende Abbildungsoptik, wobei die Sensoranordnung mit einer Bildsignalverarbeitungseinheit zur Berechnung der Form und/oder der Lage der Struktur oder Kante elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Gesamtmenge der auf der Sensoranordnung (7) vorgesehenen CCD-Sensoren (8) eine Untermenge von CCD-Senso ren (12; 16; 17; 18; 19; 28), die mehrere geschlossene linienförmige geometrische Figuren bilden zur Abtastung der zu messenden Struktur (3) oder Kante derart aktiviert sind, daß durch diese aktivierten CCD-Sensoren (12; 16; 17; 18; 19; 28) beim Zusammentreffen mit dem Bild (11; 22) der auf sie abge bildeten Struktur (3) oder Kante ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung an die Bildsignalverarbeitungseinheit (10) ableitbar ist.
und eine, die zu messende Struktur oder Kante auf die Sensoranordnung abbildende Abbildungsoptik, wobei die Sensoranordnung mit einer Bildsignalverarbeitungseinheit zur Berechnung der Form und/oder der Lage der Struktur oder Kante elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Gesamtmenge der auf der Sensoranordnung (7) vorgesehenen CCD-Sensoren (8) eine Untermenge von CCD-Senso ren (12; 16; 17; 18; 19; 28), die mehrere geschlossene linienförmige geometrische Figuren bilden zur Abtastung der zu messenden Struktur (3) oder Kante derart aktiviert sind, daß durch diese aktivierten CCD-Sensoren (12; 16; 17; 18; 19; 28) beim Zusammentreffen mit dem Bild (11; 22) der auf sie abge bildeten Struktur (3) oder Kante ein elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung an die Bildsignalverarbeitungseinheit (10) ableitbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Gesamtmenge der die Sensoranordnung (7) bilden
den CCD-Sensoren (8) die auf mindestens zwei vorzugsweise
konzentrisch zueinander vorgesehenen geschlossenen linienförmigen
Figuren liegenden CCD-Sensoren (12; 16; 17; 18; 19;
28) zur Abtastung der zu messenden Struktur (3) oder Kante
aktiviert sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die linienförmigen Figuren auf der Sensoranordnung (7)
konzentrische Kreise (13; 14; 20; 21), Ellipsen, Quadrate
(25; 26; 27), Rechtecke oder Dreiecke sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die linienförmigen Figuren auf der Sensoranordnung (7)
in ihrer Größe und Lage veränderbar sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934325269 DE4325269A1 (de) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | Anordnung zur koordinatenmäßigen Ermittlung der Form und Lage von Strukturen, Kanten und Formelementen |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=6493881
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19934325269 Ceased DE4325269A1 (de) | 1993-07-28 | 1993-07-28 | Anordnung zur koordinatenmäßigen Ermittlung der Form und Lage von Strukturen, Kanten und Formelementen |
Country Status (1)
Country | Link |
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