DE3938714A1 - Verfahren zur optischen erfassung von formen von objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur meßtechnischen Erfassung der Form, Formänderung und dergleichen von Objekten, wobei strukturierte Lichtinformation des bestrahlten Objekts erfaßt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß strukturierte Farbin­ formation verwendet wird.

Zur meßtechnischen Erfassung von Form, Formtreue, Verformung von Objekten werden heute unterschiedliche Verfahren eingesetzt, die auf der Aufbringung bzw. Projektion von strukturiertem Licht auf das Meßobjekt beruhen.

Entsprechende Verfahren sind: Laser-Triangulation, Lichtschnitt­ verfahren, Rasterverfahren, Moire-Techniken.

Ausgewertet wird dabei die räumliche Lage bzw. Lageänderung der von einem Sensorsystem erfaßten Lichtstruktur, wobei die Helligkeits­ verteilung, gezielt ausgewertet wird. Zur Erhöhung der Auflösung werden zeitlich nacheinander Lichtstrukturen mit unterschiedlichen Mustern und/oder Helligkeitsverteilungen verwendet.

Aus der DE 37 21 749 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Objekt mit einem Streifenmuster bestrahlt wird. Für eine Messung erfolgen drei Aufnahmen mit jeweils phasen­ verschobener Projektionsstrahlung. Ein derartiges Verfahren eignet sich jedoch nicht zur Vermessung von dynamischen Vorgängen an Objekten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, welches über eine möglichst hohe Meßauflösung verfügt, und zur Erfassung dynamischer Vorgänge ge­ eignet ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit dem in Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmal gelöst.

Das Meßprinzip beruht auf der Anbringung bzw. Projektion von farbig strukturierten Mustern auf das Meßobjekt. Aus der räumlichen Ver­ teilung der Muster kann die Form und/oder Formtreue des Meßobjektes, aus der Änderung der räumlichen Verteilung kann eine Verformung bzw. Bewegung des Objektes ermittelt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß nach den bekannten Verfahren die Strukturierung des Lichts allein über dessen Hellig­ keitsverteilung (Grauwertverteilung) erzeugt wird. Im Hellig­ keitsbereich lassen sich in der Praxis im allgemeinen jedoch nur einige 10 Grauwerte deutlich unterscheiden, wodurch die Auflösung der Verfahren begrenzt wird. Sofern zur Erhöhung der Auflösung mit mehreren Lichtstrukturen gearbeitet wird, deren meßtechnische Er­ fassung zeitlich nacheinander erfolgt, so wird dadurch die Zeit, die insgesamt für die Erfassung der Meßdaten benötigt wird, entsprechend verlängert. Dadurch können dynamische Vorgänge im allgemeinen nicht mehr erfaßt werden. Das Verfahren wird dadurch außerdem empfindlich gegen unerwünschte mechanische und thermische Störungen.

Durch die Verwendung von Farbinformationen zur Strukturierung von Licht kann bei vorgegebener Strukturgeometrie eine wesentlich höhere Informationsdichte erzeugt werden. Da die in der Farbcodierung enthaltene Information direkt in Meßdaten umgerechnet werden kann, resultiert eine entsprechend höhere Verfahrens­ auflösung.

Da sowohl die Beleuchtung als auch die meßtechnische Erfassung der farbig strukturierten Daten gleichzeitig erfolgen kann, ist das Verfahren auch zur Erfassung dynamischer Vorgänge geeignet. Für sehr schnell verlaufende Prozesse bzw. bewegte Objekte kann außer­ dem eine Kurzzeitbelichtung, z. B. mit Blitzlampen, erfolgen.

Der Einsatz von Videoprojektoren für die Erzeugung des farbig strukturierten Lichtes ermöglicht eine elektronische Generierung der farbcodierten Projektionsmuster. Damit läßt sich eine schnelle Anpassung an Gegebenheiten eines spezifischen Prüfaufbaus realisieren.

Der Einsatz von HOE′s bietet den Vorteil, daß im HOE gleichzeitig das Projektionsobjektiv integriert werden kann, was eine sehr kompakte Bauweise des Projektors ermöglicht. Ein weiterer Vorteil liegt hier in der Tatsache, daß in einem HOE mehrere Farbmuster gespeichert werden können.

Die Auswertung von mehreren farbcodierten Lichtstrukturen ermög­ licht eine weitere Steigerung des Auflösungsvermögens sowie eine Absoluteichung der Meßdaten.

Die Erzeugung des strukturierten Farbmusters kann durch Verwendung eines Farbdias oder dergleichen in dem Projektions-Strahlengang erfolgen.

Bei ebenen und glatten Objekten kann anstelle des Farbdias ein Farbcode direkt auf das Objekt aufgebracht werden. Dazu eignen sich Fotolacke, die entsprechend dem gewünschten Muster auf das Objekt aufgebracht, belichtet und entwickelt werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, näher erläutert. Das Beispiel demonstriert die Formvermessung eines Prüfobjektes.

Auf einem Farbdia 1 sind in einer periodischen Gitterstruktur Farbkeile vorhanden. Entsprechende Dias können auf photografischem Weg hergestellt werden. Dieses Farbdia 1 wird mit einem Projektor 2 mittels einer Projektionsoptik 3 auf das Prüfobjekt 4 projiziert. Die auf dem Objekt 4 dadurch sichtbar werdende farbige Gitter­ struktur wird mit einer Farbkamera 5 unter einem Winkel erfaßt. Die so aufgenommenen Farbbilddaten werden an ein geeignetes Farb­ bildverarbeitungssystem 6 bekannter Art weitergeleitet. Dort er­ folgt die Digitalisierung, Speicherung und Auswertung der Meßdaten.

Für die Auswertung der Meßdaten ist entscheidend, daß die auf dem Objekt 4 sichtbare und von der Kamera 5 erfaßte Gitterstruktur bei gegebener Geometrie des Prüfaufbaus in bekannter Weise von der 3D- Kontur des Prüfobjekts bestimmt wird. Zur Eichung der geo­ metrischen, optischen und elektronischen Parameter des Prüfstand­ aufbaus können Messungen an Referenzobjekten (ebene Flächen, Musterobjekte usw.) aufgenommen und ausgewertet werden.

Die Ergebnisse stehen nach der Auswertung in digitaler Form zur Verfügung. Sie können auf Datenspeicher abgelegt oder zur Weiter­ verarbeitung ausgegeben bzw. weitergeleitet werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur meßtechnischen Erfassung der Form, Formänderung und dergleichen von Objekten, wobei strukturierte Lichtinfor­ mation des bestrahlten Objekts erfaßt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß strukturierte Farbinformation verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu vermessende Objekt mit farbig strukturiertem Licht beleuchtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kurzzeitbelichtung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion des farbig strukturierten Lichtes mittels Videoprojektor erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektion des farbig strukturierten Lichtes mittels Holografisch Optischem Element (HOE) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Farbmuster, die sich in Farbe und/oder räumlicher Verteilung unterscheiden, gleichzeitig und/oder nacheinander projeziert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein strukturierter Farbcode auf das zu vermessende Objekt auf­ gebracht wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Objekt sichtbare Farbinfor­ mation mittels eines Farbsensors erfaßt und aus der Verteilung der so gewonnenen Farbinformation die Meßdaten berechnet werden.

9. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene Farbinformation rechnergestützt in quantitativer Form ausgewertet wird.