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Die
Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Vermessen einer dreidimensional
ausgedehnten Struktur mittels eines optischen Sensors, wobei der
Sensor einen sich quer zur optischen Achse erstreckenden Messbereich
ausweist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren.
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Insbesondere
in der Qualitätssicherung nimmt
die Vermessung von dreidimensional ausgedehnten Strukturen eine
wichtige Rolle ein. Eine derartige Struktur kann beispielsweise
ein Spalt, der Verlauf einer Oberfläche bei aneinander stoßenden Teilen
eines Gegenstands, eine Scheißnaht
oder Kleberaupe umfassen. In der Automobilindustrie besteht beispielsweise
die Notwendigkeit, einen Türspalt
an einem Fahrzeug hinsichtlich eines gleichmäßigen Verlaufs zu untersuchen.
Auch Schweißnähte oder auf
ein Werkstück
aufgebrachte Kleberaupen müssen
hinsichtlich ihrer Qualität
und Gleichmäßigkeit überprüft werden.
Bei aneinander stoßenden
Flächen
ist beispielsweise von Interesse, ob die Flächen bündig aufeinander treffen.
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Bei
aus der Praxis bekannten Verfahren werden häufig Linientriangulatoren eingesetzt,
mit denen die dreidimensional ausgedehnte Struktur erfasst wird.
Bei einem Linientriangulator wird eine möglichst schmale und helle Linie,
häufig
mittels eines Laserstrahls, auf die zu untersuchende Struktur projiziert und
das von der Oberfläche
reflektierte Licht durch ein Detektorarray detektiert. Aus der Verschiebung der
Linie in dem Detektorbild kann auf die dreidimensionale Beschaffenheit
der untersuchten Struktur geschlossen werden. Linientriangulatoren
weisen den Nachteil auf, dass sie Messergebnisse mit vergleichsweise
geringer Präzision
liefern und einzelne, beispielsweise sehr steile Nähte oder
Kleberaupen nicht oder lediglich sehr schlecht detektierbar sind.
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Zur
Erhöhung
der Präzision
und der Qualität der
gewonnenen Informationen werden Sensorsysteme eingesetzt, die einen
Bereich der dreidimensional ausgedehnten Struktur aus unterschiedlichen
Richtungen beleuchten bzw. vermessen. Die derart gewonnenen Informationen
werden dann zu einem Gesamtbild der Struktur zusammengefügt. Dadurch werden
einzelne Details erst sichtbar. So kann beispielsweise ein Spalt
oder eine sehr steile Naht erst gut durch schräge Beleuchtung und/oder Erfassung vermessen
werden. Problematisch an derartigen Verfahren ist, dass statt eines
einzelnen Sensors zwei Sensoren notwendig sind. Da die in diesem
Zusammenhang eingesetzten Sensoren meist vergleichsweise teuer sind,
ergeben sich erhebliche zusätzliche
Kosten für
die Sensoranordnung. Zudem muss für jeden Sensor geeignete Hardware
zum Ansteuern des Sensors und zur Nachbearbeitung der Sensorsignale
einschließlich
meist notwendiger Analog-/Digitalwandler zur Verfügung stehen.
Dies führt zu
einer weiteren Erhöhung
der Kosten.
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Eine
Möglichkeit
zur Vermeidung der Verwendung eines weiteren Sensors bestünde darin, eine
dreidimensional ausgedehnte Struktur zuerst aus einer ersten Richtung
zu vermessen, den Sensor dann in eine zweite Position zu verschwenken
und von dieser Position aus die Struktur erneut aus einer anderen
Richtung zu vermessen. Diese Art der Erfassung weist den entscheidenden
Nachteil auf, dass sie erheblich langsamer ist als die Erfassung
mit zwei Sensoren gleichzeitig. Zudem muss eine Verschwenkung des
Sensors vorgenommen werden, wobei beide Messpositionen eindeutig
definiert und bekannt sein müssen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung
und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten
und weiterzubilden, dass eine präzise
und vergleichsweise schnelle Vermessung einer dreidimensional ausgedehnten
Struktur bei einfachem Aufbau der Messanordnung und geringen Kosten
erreichbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die
voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach
ist die in Rede stehende Messanordnung dadurch gekennzeichnet, dass
die Messanordnung eine Spiegelanordnung mit mehreren Spiegeln umfasst,
die den Messbereich des Sensors zunächst über einen oder mehrere Spiegel
in mindestens zwei divergierende Bereiche aufteilt und die die divergierenden
Bereiche über
einen oder mehrere weitere Spiegel wieder derart zusammenführt, dass
sich die Bereiche in einem Messfeld schneiden, wobei in dem Messfeld
eine Vermessung der dreidimensional ausgedehnten Struktur erfolgt.
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In
verfahrensmäßiger Hinsicht
ist die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs
16 gelöst.
Danach ist das in Rede stehende Verfahren derart weitergebildet,
dass mittels eines oder mehrerer Spiegel einer Spiegelanordnung
der Messbereich des Sensors zunächst
in mindestens zwei divergierende Bereiche aufgeteilt wird und die divergierenden
Bereiche über
einen oder mehrere weitere Spiegel der Spiegelanordnung wieder derart zusammengeführt werden,
dass sich die Bereiche in einem Messfeld schneiden, wodurch in dem
Messfeld eine Vermessung der dreidimensional ausgedehnten Struktur
ermöglicht
wird.
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In
erfindungsgemäßer Weise
ist zunächst
erkannt worden, dass auf die Vorzüge der Vermessung der dreidimensional
ausgedehnten Struktur aus verschiedenen Richtungen nicht zwangsläufig verzichtet werden
muss, wenn der Einsatz von zwei Sensoren beispielsweise aus Kostengründen unerwünscht ist. Stattdessen
kann erfindungsgemäß der gleiche
Effekt erzielt werden, wenn dem Sensor eine geeignete Spiegelanordnung
mit mehreren Spiegeln nachgeschaltet ist. Dazu wird mindestens ein
Spiegel in den Strahlengang des Sensors eingebracht, der den Messbereich
des Sensors über
einen oder mehrere Spiegel in mindestens zwei divergierende Bereiche aufteilt.
Dadurch wird erreicht, dass die Bereiche von der optischen Achse
des Sensors weg nach außen gelenkt
werden. In diese divergierenden Bereiche werden ein oder mehrere
weitere Spiegel angeordnet, die den Messbereich des Sensors wieder
zurück in
Richtung optischer Achse des Sensors reflektiert. Die Spiegel sind
derart angeordnet, dass sich die Bereiche in einem Messfeld schneiden.
Wird die dreidimensional ausgedehnte Struktur in das Messfeld gebracht
bzw. die Messanordnung derart bewegt, dass sich die dreidimensional
ausgedehnte Struktur in dem Messfeld befindet, so kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung
die Struktur gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen vermessen
werden. Allerdings ist zu deren Vermessung lediglich ein Sensor notwendig,
wodurch die Kosten und Baugröße der Messanordnung
erheblich reduziert werden. Gleichzeitig nimmt die Zahl der lösbaren Messaufgaben
zu. Durch den Einsatz der Spiegelanordnung steht zwar quer zu der
optischen Achse des Sensors lediglich ein Teil des Messbereichs
zur tatsächlichen
Vermessung zur Verfügung,
dies stellt jedoch in der Praxis häufig keine große Einschränkung dar.
In vielen Fällen
sind die zu vermessenden Strukturen vergleichsweise schmal und können mit
dem reduzierten Messbereich im Allgemeinen problemlos erfasst werden.
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Im
Allgemeinen werden die Spiegel der Spiegelanordnung derart angeordnet
sein, dass sich Strahlen vom Sensor zur untersuchten Struktur und von
der Struktur zurück
zum Sensor jeweils in einer Ebene befinden. Dies muss jedoch nicht
notwendigerweise gegeben sein. Die Spiegel können auch – beispielsweise zum Erreichen
einer bestimmten Gehäuseform – derart
angeordnet sein, dass lediglich einzelne Strahlen in der gleichen
Ebene verlaufen. Durch bestimmte Anordnung der Spiegel kann auch erreicht
werden, dass sich die auf die dreidimensional ausgedehnte Struktur
gelenkten Teile des Messbereichs nicht direkt schneiden, sondern
geringfügig versetzt
sind. Dies wird dann zu sehr guten Ergebnissen führen, wenn beispielsweise die
Messanordnung längs
der dreidimensional ausgedehnten Struktur oder umgekehrt bewegt
wird. Dann wird die Struktur von den einzelnen Teilen des Messbereichs
zeitversetzt erfasst. Dies kann in einer Signalverarbeitung entsprechend
kompensiert werden.
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Vorzugsweise
sind die Spiegel der Spiegelanordnung, die den Messbereich in divergierende
Bereiche aufteilen, derart angebracht, dass zwei divergierende Bereiche
entstehen. Dies stellt im Allgemeinen einen guten Kompromiss zwischen
der Vermessbarkeit der Struktur aus verschiedenen Richtungen und
einem möglichst
großen
Messfeld dar. Allerdings sind auch Anwendungen denkbar, in denen
die Ausgestaltung von mehr als zwei divergierenden Bereichen sinnvoll
und erwünscht
ist. Dabei können
die Trennlinien zwischen den Bereichen relativ beliebig verlaufen.
Die Trennlinien könnten
parallel zueinander verlaufen, sie könnten sich aber auch beliebig schneiden
oder in sonstiger Art und Weise zueinander angeordnet sein. Auch
müssen
die Trennlinien nicht zwangsläufig
Geraden sein. Eine beispielsweise kreisbogenförmige Ausgestaltung ist ebenso denkbar.
Die Lage und Ausgestaltung der Linien wird von dem verwendeten Sensor
und dem jeweiligen Anwendungsfall abhängen.
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Zum
Erreichen eines gleich großen
Messbereichs bzw. einer gleichen Auflösung in den divergierenden
Bereichen sind die Spiegel vorzugsweise derart angeordnet, dass
sich gleich große
Bereiche ausbilden. Allerdings sind auch hier Anwendungsfälle denkbar,
bei denen unterschiedlich große
Bereiche sinnvoll sind. So könnten
beispielsweise Strukturen untersucht werden, von denen bekannt ist,
dass interessante Bereiche von einer Richtung besonders gut beobachtbar
sind. In diesem Fall könnte
diese Richtung einen größeren Messbereich
erhalten als eine andere Richtung.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem eingesetzten Sensor um einen Abstandssensor,
der nach dem Lichtschnittverfahren arbeitet. Dieser kann zur Erfassung
von zwei- oder dreidimensionalen Daten ausgebildet sein. Dabei sind
prinzipiell die verschiedensten aus der Praxis bekannten Abstandssensoren
einsetzbar. Vorzugs weise wird ein Linientriangulator eingesetzt.
Allerdings können
auch andere Abstandssensoren eingesetzt werden, wovon konfokal oder
konfokal-chromatisch messende Systeme oder Autofokussysteme lediglich
drei mögliche
Sensortechnologien darstellen. Die Vermessung der dreidimensional
ausgedehnten Struktur kann sowohl punktweise als auch entlang einer
relativ beliebig gearteten Linie oder Fläche erfolgen. Gleichzeitig
kann eine Vermessung mit oder ohne Verschiebung des Sensors bzw.
der dreidimensional ausgedehnten Struktur relativ zueinander durchgeführt werden.
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Durch
eine definierte Anordnung der Spiegelanordnung lässt sich ein weiterer Effekt
nutzen. Da die Richtungen, aus denen der Sensor bzw. ein Teil des
Messbereichs des Sensors die dreidimensional ausgedehnte Struktur
vermisst, recht genau bekannt sind, kann dieses Wissen für eine Triangulation genutzt
werden. Bei einer Triangulation wird ein Punkt von zwei verschiedenen
Positionen aus betrachtet. Aus dem Abstand der beiden Positionen
und den Winkeln, unter denen der Punkt bezogen auf die Verbindungslinie
der beiden Positionen jeweils von den beiden Positionen aus gesehen
wird, kann die Entfernung des Punkts von den beiden Positionen berechnet
werden. Dadurch können
Entfernungsinformationen über
die Struktur gewonnen werden. Diese Triangulation könnte auch
bei der Verwendung eines Abstandssensors verwendet werden. Dadurch wird
zum einen durch die Erfassung der Struktur aus verschiedenen Richtungen
die Messgenauigkeit erhöht,
zum anderen entstehen durch die Triangulation weitere Informationen,
die zu einer Erhöhung
der Messgenauigkeit beitragen können.
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Der
Sensor weist einen optoelektrischen Detektor auf, der als Zeilendetektor
oder Matrixdetektor ausgebildet sein kann. Der Detektor kann als
einfache Fotodiodenzeile ausgebildet sein, könnte jedoch auch eine CCD-
oder CMOS-Kamera umfassen. Prinzipiell sind sämtliche aus der Praxis bekannten optoelektrischen
Detektoren einsetzbar.
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Dem
Sensor könnte
eine geeignete Optik zugeordnet sein, durch die der Messbereich
längs der optischen
Achse des Sensors erhöht
bzw. der Schärfentiefebereich
vergrößert wird.
Vorzugsweise kommt hierzu eine telezentrische Optik zum Einsatz. Dies
ist beispielsweise dann von Interesse, wenn der Sensor durch eine
CCD- oder CMOS-Kamera gebildet ist.
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Vorzugsweise
ist eine Beleuchtungseinrichtung vorhanden, die die zu erfassende
Struktur beleuchtet. Die Beleuchtungseinrichtung kann durch die
verschiedensten aus der Praxis bekannten Lichtquellen realisiert
sein. Lediglich beispielhaft sei auf die Verwendung eines Laserlinienprojektors,
eines Punktlasers, einer Halogen- oder Xenonlampe oder von LEDs
verwiesen. Im Allgemeinen wird die Beleuchtungsquelle in Abhängigkeit
von dem verwendeten Messverfahren ausgewählt werden. Bei einem Linientriangulator
umfasst die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise einen Linienlaserprojektor
und ist integraler Bestandteil des Sensorsystems.
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Der
Sensor könnte
bereits von sich aus einen ausreichend sich quer zu seiner optischen
Achse erstreckenden Messbereich aufweisen. Allerdings könnte diese
Ausdehnung des Messbereichs auch durch geeignete Maßnahmen
erreicht oder vergrößert werden.
Beispielhaft sei auf die Verwendung von Linsen, Linsensystemen oder
einer Umlenkvorrichtung, die beispielsweise einen die Struktur abtastenden
Laserlichtstrahl über
die Oberfläche
der zu erfassenden Struktur führt,
verwiesen. Andererseits könnte
die Ausdehnung des Messbereichs auch durch Bewegung des Sensors
quer zu dessen optischer Achse erzielt werden. In diesem Fall würde die
Spiegelanordnung im Wesentlichen ortsfest bleiben.
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Die
eingesetzten Spiegel könnten
verschiedenste geometrische Ausgestaltungen aufweisen. In der einfachsten
Ausführungsform
sind die Oberflächen
der Spiegel plan. Dadurch entstehen besonders einfache Verhältnisse
bei der Vermessung der Struktur. Allerdings könnten die Spiegel auch gewölbt sein. Sie
könnten
beispielsweise aus Ausschnitten aus Kegeln, Kugeln, Ellipsoiden,
Hyperboloiden oder dergleichen bestehen. Die Wahl einer geeigneten
Spiegeloberfläche
wird im Allgemeinen von der Anwendungssituation abhängen und
kann auf die jeweils zu vermessende Struktur abgestimmt sein. Dabei
ist es auch möglich,
dass die einzelnen Spiegel der Spiegelanordnung verschieden ausgestaltet
sind. So könnte
beispielsweise der erste Spiegel der Spiegelanordnung plan ausgebildet
sein, während
einer der zweiten Spiegel einen Ausschnitt aus einer Kugel umfasst,
um diesen Teil des Messbereichs auf die dreidimensionale Struktur
zu fokussieren oder aber den Messbereich weiter aufzuweiten.
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Die
Spiegel könnten
ebenso durch die verschiedensten Materialien oder Materialkombinationen
gebildet sein. Voraussetzung ist lediglich, dass die Materialien über eine
ausreichend reflektierende Oberfläche verfügen. Es können metallisierte Glasflächen ebenso
Verwendung finden wie hochfein polierte Metalloberflächen. Auch
hier ist eine Reihe von Ausgestaltungen in der Praxis bekannt.
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Zum
Erzielen einer möglichst
flexiblen Messanordnung könnten
die Spiegel bewegbar ausgestaltet sein. Diese Bewegung könnte translatorisch, rotatorisch
oder als eine Kombination von beidem erfolgen. Die Achsen der Bewegung
bzw. Drehung ist relativ beliebig und wird wieder von der Anwendungssituation
abhängen.
Durch die Bewegbarkeit der Spiegel kann die Messanordnung an das
jeweils zu erfassende Objekt angepasst werden. Die Anpassung könnte auch
während
des Messvorgangs erfolgen. Die Bewegung der Spiegel ließe sich
manuell oder automatisch durchführen.
Bei einer automatischen Verstellung der Spiegel könnte die
Bewegung durch ein Steuergerät
gesteuert oder geregelt werden, um eine besser nachzuvollziehende
Veränderung
der Spiegellage und -position zu erzielen.
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Es
sind Messsituationen denkbar, bei denen das Messfeld nur einen Teil
der zu vermessenden Struktur abdeckt. Für einen solchen Fall könnten die Messanordnung
und die zu vermessende Struktur relativ zueinander verschiebbar
ausgestaltet sein. Es ist dabei prinzipiell unbedeutend, ob eine
Verschiebung der Messanordnung oder des Objekts vorgenommen wird.
Es wäre
auch eine gleichzeitige Bewegung der Messanordnung und der Struktur
denkbar, wobei eine Relativbewegung erhalten bleiben sollte. Die
Richtung der Bewegung ist prinzipiell unerheblich. Allerdings wird
die Bewegung im Allgemeinen entlang einer Längsausdehnung der dreidimensional ausgedehnten
Struktur erfolgen.
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Zudem
wäre es
denkbar, dass die Messanordnung an einen Roboterarm angebracht ist
und im Bedarfsfall in Richtung der zu vermessenden Struktur geschwenkt
wird.
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Die
durch den Sensor gewonnenen Bildinformationen werden durch den erfindungsgemäßen Einsatz
einer Spiegelanordnung Anteile enthalten, die von der Vermessung
der Struktur aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen herrühren. Diese Anteile
in dem durch den Sensor gewonnenen Bild müssen auf geeignete Art und
Weise getrennt werden. Hier könnte
eine relativ einfache Suche nach einem charakteristischen Merkmal
angestellt werden. So wird sich beispielsweise die Stelle der Spiegelanordnung,
an der die zu den divergierenden Bereichen führenden Spiegelflächen zusammentreffen,
charakteristisch in dem Bild abzeichnen. Dies könnte sich beispielsweise in
einem besonders hellen Punkt, einem besonders kurzen Abstand oder
dergleichen ausdrücken.
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Zur
Trennung der Bereiche könnten
auch Informationen über
die Spiegelanordnung selbst genutzt werden. In vielen Fällen wird
sich die Spiegelanordnung in einem festen oder zumindest definierten Zustand
befinden. Hier ist eine Trennung der einzelnen Bereiche ohne größere Berechnungen
möglich. Vielmehr
könnten
die Trennlinien manuell oder automatisch bestimmt werden. Danach
bleiben die Trennungen konstant oder werden definiert mit den Spiegeln
nachgeführt.
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Ebenso
könnten
die Trennlinien durch eine Kombination der genannten Verfahren bestimmt
werden. Eine erste Grobeinteilung könnte beispielsweise mit Hilfe
der geometrischen Gegebenheiten vorgenommen werden, während eine
Feinabstimmung danach anhand der Bildinformationen mittels Erkennungsverfahren
durchgeführt
werden könnte.
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Darüber hinaus
lassen sich die Trennlinien auf den verschiedensten weiteren Wegen
bestimmen. Lediglich beispielhaft sei auf den Einsatz von Korrelationstechniken
verwiesen.
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Jeder
der in den Bildinformationen aufgefundenen Bereiche, die die Vermessung
der dreidimensional ausgedehnten Struktur aus einer anderen Richtung
repräsentieren,
liefert Informationen über die
Beschaffenheit der Struktur. Diese einzelnen Anteile könnten zunächst aufbereitet
werden. So könnten
beispielsweise durch die Spiegelanordnung erzeugte Verzerrungen
oder Bildrauschen geeignet kompensiert werden. Danach könnten die
einzelnen Bildinformationen zu einer gemeinsamen Information über die
dreidimensional ausgedehnte Struktur zusammengeführt werden. Dies könnte beispielsweise bei
einem Abstandssensor derart erfolgen, dass die aus verschiedenen
Richtungen gewonnenen Abstandsinformationen zu einem gemeinsamen
Profil der dreidimensional ausgedehnten Struktur zusammengefasst
werden. Entsprechende Verfahren sind aus der Praxis hinlänglich bekannt.
Zusätzlich
oder alternativ könnten
weitere Informationen aus den Teilbildern gewonnen werden. So kann
beispielsweise ein Spalt- oder Bündigkeitsmaß bestimmt
und mit einem Soll wert verglichen werden. Dem Nutzer könnten dann
einfache binäre
Werte ausgegeben werden, ob das gewünschte Maß erreicht wird oder nicht.
Zudem könnten
einzelne Abmessungen der Struktur angegeben werden. Bei einer Kleberaupe
könnten beispielsweise
die Breite und das Volumen des aufgetragenen Klebstoffs von Interesse
sein. Dadurch werden beispielsweise Aussagen ermöglicht, ob ausreichend Klebstoff
für eine
bestimmte Aufgabe vorhanden ist. Die Ergebnisse der Vermessung und Analyse
können
dem Nutzer schließlich über ein
digitales und/oder ein analoges Anzeigegerät angezeigt werden.
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Vor
einer Verarbeitung müssen
die Signale des Sensors gegebenenfalls durch eine Analog-/Digital-Wandlung
digitalisiert werden. Hierzu sind aus der Praxis verschiedenste
Verfahren bekannt. Die Signalverarbeitung selbst könnte in
geeigneten Digitalrechnern vorgenommen werden. Dazu stehen sehr viele
aus der Praxis bekannten Rechner zur Verfügung. Lediglich beispielhaft
sei auf den Einsatz von DSPs (Digitale Signalprozessor), Mikrocontroller, CPLDs
(Complex Programmable Logic Device), FPGAs (Field Programmable Gate
Array), ASICs (Application Specific Integrated Circuit) oder Kombinationen
dieser Technologien hingewiesen. Allerdings könnte eine Signalverarbeitung
auch auf einem PC mit eventuell zusätzlicher Hardware oder einer SPS-Steuerung
durchgeführt
werden.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und
16 jeweils nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die
nachfolgende Erläuterung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der
Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigt die einzige
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Fig.
eine erfindungsgemäße Messanordnung
zum Vermessen einer dreidimensional ausgedehnten Struktur.
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Die
einzige Fig. stellt eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 mit
einem Sensor 2 und einer Spiegelanordnung 3 dar.
Als Sensor 2 kommt ein Linientriangulations scanner zum
Einsatz, bei dem ein Linienlaserprojektor eine Linie auf das zu
vermessende Objekt projiziert und das am Objekt reflektierte Licht
mit einen Detektorarray detektiert wird. Der Sensor 2 weist
einen sich quer zu seiner optischen Achse 4 erstreckenden
Messbereich 5 auf. Dabei ist die optische Achse 4 die
Symmetrieachse der projizierenden Laserstrahlen und der Messbereich
der mögliche
Versatz der einzelnen die Laserlinie bildenden Laserstrahlen. Als
Begrenzung des Messbereichs 5 sind die beiden Randstrahlen 6 und 7 des
Linienlaserprojektors in die Fig. eingezeichnet. Zusätzlich zeigt
die Fig. einen weiteren Lichtstrahl 8, der zwischen den
beiden Randstrahlen 6, 7 angeordnet ist und der
in derselben Ebene liegt wie die optische Achse 4 bzw.
in der Darstellung der 1 sogar mit der optischen Achse 4 zusammenfällt.
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Der
Messbereich 5 wird durch einen Spiegel 9, der
durch zwei dachartig angeordnete plane Spiegelflächen gebildet wird, in zwei
gleich große
divergierende Bereiche 10 und 11 aufgespaltet.
Lichtstrahl 8 fällt
auf die Kante des Spiegels 9, an der die beiden Spiegelflächen des
Spiegels 9 aneinander stoßen.
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In
Abhängigkeit
von der gewünschten
Abweichung der Beobachtungsrichtungen voneinander befinden sich
in gewissem Abstand zu Spiegel 9 weitere Spiegel im Strahlengang,
die die Bereiche 10, 11 wieder in Richtung der
optischen Achse 4 reflektieren: Der Bereich 10 wird
durch eine plane Spiegelfläche 12,
der Bereich 11 durch eine plane Spiegelfläche 13 in
Richtung optischer Achse 4 reflektiert. Die beiden an den
Spiegelflächen 12 und 13 reflektierten Bereiche 14 und 15 schneiden
sich durch die Anordnung der Spiegelflächen in einem Messfeld 16.
In diesem Messfeld 16 kann die dreidimensional ausgedehnte
Struktur vermessen werden. Die in der Fig. nicht eingezeichnete
Struktur wird im Allgemeinen schräg und/oder senkrecht zur Zeichenebene
verlaufen.
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Die
Spiegel 9, 12, 13 der Spiegelanordnung 3 sind
dabei derart angeordnet, dass die optische Achse 4 nicht
nur Symmetrieachse der die Laserlinie erzeugenden Laserstrahlen,
sondern auch Symmetrieachse der Spiegelanordnung 3 ist.
Zudem verlaufen die einzelnen Lichtstrahlen vom Sensor 2 zum Messbereich 16 durch
die besondere Anordnung der Spiegel 9, 12, 13 in
einer Ebene. Es sei jedoch angemerkt, dass dies nicht zwangsläufig gegeben
sein muss. So kann es wünschenswert
sein, dass die durch die Bereiche 14, 15 erzeugten
Linien nicht exakt aufein ander fallen, beispielsweise zur Vermeidung
gegenseitiger Einstreuungen von Licht aus dem jeweils anderen Bereich.
In diesem Fall würde
durch leichtes Verdrehen der Spiegel ein Versatz der Linien erreicht
werden.
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In
dem Messfeld 16 befindet sich die hier nicht eingezeichnete
dreidimensional ausgedehnte Struktur, an der die durch den Linienlaserprojektor
erzeugte und durch die Spiegelanordnung aufgeteilte Linie reflektiert
wird. Die Lichtstrahlen werden durch die Spiegel 9, 12, 13 der
Spiegelanordnung wieder zum Sensor 2 zurückgeführt und
treffen dort in einen ebenfalls nicht eingezeichneten Detektor.
Da die die Struktur beleuchtende Linie durch einen einzelnen Laserstrahl
mittels einer Umlenkvorrichtung beschrieben wird, können im
Detektorbild die betreffenden Bestandteile wieder getrennt werden.
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Die
von dem Sensor kommenden Signale werden anschließend digitalisiert und einer
Signalverarbeitung zugeführt.
Dort können
Rauschen unterdrückt,
die Trennlinien zwischen der beiden Bereichen des Messbereichs bestimmt,
eine Triangulation durchgeführt,
ein Gesamtprofil der Struktur berechnet und/oder weitere Informationen über die
Struktur extrahiert werden. Die einzelnen extrahierten Informationen
können
dem Nutzer der Messvorrichtung geeignet dargestellt werden. Eine
Anzeigevorrichtung kann beispielsweise das Profil der Struktur darstellen.
Alternativ oder zusätzlich
können
Informationen ausgegeben werden, ob beispielsweise zwei Flächen eines
Objekts über
eine ausreichende Bündigkeit
verfügen.
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Da
ein Linientriangulator prinzipbedingt lediglich zweidimensionale
Informationen liefert, kann die Messanordnung relativ zur Struktur
bewegt werden. Auch eine Bewegung der Struktur relativ zur Messanordnung
ist möglich.
Es könnte
jedoch auch eine weitere Umlenkvorrichtung vorgesehen sein, die die
auf die Struktur projizierte Laserlinie in Richtungen quer zur Laserlinie
bewegt.
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Abschließend sei
ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
lediglich der Erörterung
der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel
einschränkt.