DE10230494A1

DE10230494A1 - Placing of a soft elastic membrane over measurement surfaces of objects that are shiny or transparent, so that they can be measured using conventional 3-D optical measurement techniques

Info

Publication number: DE10230494A1
Application number: DE10230494A
Authority: DE
Inventors: Tilo Lilienblum; Peter Albrecht; Stefan Schubert
Original assignee: INB Vision AG
Current assignee: INB Vision AG
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2002-07-06
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Method for 3-D optical measurement of object surfaces in which a pattern is projected on the object surface and then interpreted. In order to make the method applicable to objects that have unsuitable surface properties, e.g. dark or highly reflective surfaces, a membrane (1) is placed over an area of the object to be measured. Sheathing of the object can be using a vacuum pressure, or via electrostatic charging of the measurement object surface and/or the membrane. The membrane used is a soft elastic membrane.

Description

Die Erfindung betrifft optische Verfahren zur dreidimensionalen Vermessung von Objektoberflächen, bei denen die Verformungen von Mustern, die auf die Objektoberflächen projiziert werden, zur 3D-Berechnung ausgewertet werden. Beispielhafte Verfahren sind Triangulationsverfahren, interferometrische Verfahren und Moiré- Verfahren. The invention relates to optical methods for three-dimensional measurement of Object surfaces where the deformations of patterns on the Object surfaces are projected, evaluated for 3D calculation. exemplary Methods are triangulation methods, interferometric methods and moiré Method.

Für eine optimale Vermessung mit den genannten Verfahren muss die Oberfläche bestimmte Anforderungen bezüglich ihrer Reflexionseigenschaften erfüllen: Es sollte möglichst viel von dem auftreffenden Licht diffus reflektiert werden. Sehr gut geeignet sind matte helle Oberflächen. For an optimal measurement with the methods mentioned, the surface must be meet certain requirements regarding their reflective properties: it should as much of the incident light as possible is diffusely reflected. Very suitable are matt light surfaces.

Nicht geeignet sind durchsichtige, spiegelnde und auch sehr dunkle Oberflächen. Diese können ohne Präparierung gar nicht oder nur sehr schlecht vermessen werden. Durch bestimmte Behandlungen der Oberfläche kann jedoch eine optimale Vermessung ermöglicht werden. Eine häufige Methode ist das Einsprühen mit Farbe oder farbähnlichen Substanzen, die hell und diffus reflektierend sind und sich außerdem relativ leicht wieder entfernen lassen. Ein Beispiel hierfür ist das Produkt "Entwickler, Medium Nr. 3, weiss" der Firma Helling GmbH in 25436 Heidgraben. Nach dem Einsprühen der Oberfläche muss allerdings mit der Vermessung so lange gewartet werden, bis diese Substanz getrocknet ist. Erst dann treten die erwünschten Oberflächeneigenschaften auf. Transparent, reflective and also very dark surfaces are not suitable. This cannot be measured at all or only very poorly without preparation. By However, certain surface treatments can be an optimal measurement be made possible. A common method is spraying with paint or paint-like Substances that are bright and diffusely reflective and also relatively easy to see have it removed. An example of this is the product "Developer, Medium No. 3, white" the company Helling GmbH in 25436 Heidgraben. After spraying the surface However, the measurement must be waited until this substance is dried. Only then will the desired surface properties appear.

Die erwähnten Substanzen zur Präparierung der Oberflächen werden vor allem von industriellen Anwendern, denen es um eine Qualitätskontrolle von Teilen mit hohen Stückzahlen geht, nicht akzeptiert. The substances mentioned for the preparation of the surfaces are mainly used by industrial users who are concerned with quality control of parts with high Number of pieces goes, not accepted.

Hier sind die Messungen in der Regel an Taktzeiten gebunden. Die aufgesprühten Substanzen benötigen jedoch eine bestimmte Zeit bis sie getrocknet sind, wodurch der Messvorgang verlängert wird. Des weiteren wird von vielen Anwendern befürchtet, dass sie sich nicht mit Sicherheit vollständig entfernen lassen, was sich bei einer anschließenden Oberflächenbehandlung (z. B. Lackierung) sehr nachteilig auswirken kann. Here the measurements are usually tied to cycle times. The sprayed on However, substances take a certain amount of time to dry, causing the Measurement process is extended. Furthermore, many users fear that they cannot be completely removed with certainty, which can be the result of a subsequent Surface treatment (e.g. painting) can have a very disadvantageous effect.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, zu vermessende Oberflächen, die ungünstige Reflexionseigenschaften aufweisen, mit einer matten, hellen und dünnen Schicht zu präparieren, die sich schnell auftragen lässt, die keine chemische Reaktion mit der Oberfläche eingeht und die sich schnell und auf einfache Weise vollständig entfernen lässt. The object of the invention is to measure surfaces that are unfavorable Have reflective properties with a matt, light and thin layer too prepare that can be applied quickly, that has no chemical reaction with the Surface comes in and which can be quickly and easily completely removed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the features of claim 1.

Vorteilhafte Lösungen und bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous solutions and preferred designs are in the subclaims specified.

So wurde ein Verfahren geschaffen, bei dem zu Beginn des Messvorganges eine weiche, elastische Membran über den Teil der Objektoberfläche gestülpt wird, der vermessen werden soll. Anstelle der Objektoberfläche wird somit die Membran vermessen. Das Ergebnis dieser 3D-Vermessung wird als Oberflächenform des entsprechenden Teiles des Messobjektes angesehen. In this way, a method was created in which, at the start of the measuring process, a soft, elastic membrane is placed over the part of the object surface that is measured shall be. The membrane is thus measured instead of the object surface. The The result of this 3D measurement is the surface shape of the corresponding part of the Viewed object.

Die Anpassung der Membran an die Objektoberfläche kann durch Verwendung eines Unterdruckes und/oder durch elektrostatische Aufladung der Membran und/oder des Messobjektes unterstützt werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn es Bereiche in der Oberfläche des Messobjektes gibt, die konkav ausgebildet sind. The adaptation of the membrane to the object surface can be done by using a Vacuum and / or by electrostatic charging of the membrane and / or Measurement object are supported. This is particularly important if it is Areas in the surface of the measurement object that are concave.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Voraussetzungen zur Vermessung der Oberfläche sehr schnell erzeugt werden können und der Ausgangszustand ebenfalls sehr schnell wieder hergestellt werden kann. Die Membran lässt sich in sehr kurzer Zeit auf die Oberfläche auftragen und von ihr wieder entfernen. Die Gefahren einer chemischen Reaktion mit der Oberfläche sowie des Verbleibens von Rückständen auf der Oberfläche bestehen in der Regel nicht. The advantage of the invention is that the requirements for measuring the Surface can be generated very quickly and the initial state is also very can be quickly restored. The membrane can be attached to the in a very short time Apply and remove the surface. The dangers of a chemical Reaction with the surface and residues remaining on the surface usually do not exist.

Damit ist eine wichtige Voraussetzung geschaffen, um die genannten optischen 3D- Messverfahren einzusetzen, wenn es um die Qualitätskontrolle von Teilen mit hohen Stückzahlen geht, die ungünstige Reflexionseigenschaften aufweisen. Beispiele hierfür sind die Vermessung von spiegelnden oder durchsichtigen Oberflächen, wie Glas, Autoscheiben oder Karosserieteilen aus Aluminium. This creates an important prerequisite for the optical 3D Use measuring methods when it comes to quality control of parts with high Quantities that have unfavorable reflection properties. Examples of this are the measurement of reflective or transparent surfaces such as glass, Car windows or body parts made of aluminum.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen An embodiment of the invention is shown in the drawings and is in following described in more detail. Show it

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine in einem Rahmen eingespannte Membran zur Präparierung der Oberfläche Fig. 1 is a plan view of a membrane clamped in a frame for preparing the surface

Fig. 2 die aufliegende, angepasste Membran an einen Teilbereich der Oberfläche eines Messobjektes. Fig. 2, the resting adapted membrane to a portion of the surface of a measurement object.

Zur Präparierung der Oberflächen des Messobjektes 3 wird eine Membran 1 verwendet, die in einer vorteilhaften Ausführungsform in einem Rahmen 2 eingespannt ist, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Die Membran 1 weist die Eigenschaften auf, dass sie leicht verformbar, dünn und elastisch ist, was Voraussetzung ist, damit sich die Membran 1 gut an die Oberfläche des Messobjektes 3 anpassen kann und bei Nichtbelastung wieder in ihre Ausgangszustand zurückkehrt. Des weiteren ist von Vorteil, wenn die Membran 1 möglichst matt, hell und undurchsichtig ausgebildet ist. Hierdurch ist die Membran 1 für eine Vermessung mit den erwähnten optischen Verfahren sehr gut geeignet. A membrane 1 is used to prepare the surfaces of the measurement object 3 , which in an advantageous embodiment is clamped in a frame 2 , as shown in FIGS. 1 and 2. The membrane 1 has the properties that it is easily deformable, thin and elastic, which is a prerequisite for the membrane 1 to adapt well to the surface of the measurement object 3 and to return to its initial state when not loaded. It is also advantageous if the membrane 1 is as matt, bright and opaque as possible. As a result, the membrane 1 is very well suited for measurement using the optical methods mentioned.

Wird das Messobjekt 3 in die Membran 1 hineingedrückt oder die Membran 1 auf das Messobjekt 3 gedrückt, dann passt sich die Membran 1 in bestimmten Bereichen der Oberfläche des Messobjektes 3 an. Diese Bereiche werden dann optisch dreidimensional vermessen, wie in der Fig. 2 dargestellt. Die Vermessung erfolgt durch einen beispielhaften optischen Sensor, bestehend aus einen Kamerapaar 4 und einem Projektor 5 (Triangulationsverfahren, Stereofotogrammetrie). Es wird davon ausgegangen, dass die Membran 1 in diesen Bereichen ausreichend gut die Oberfläche des Messobjektes 3 approximiert, so dass die Messergebnisse auf die Objektoberfläche übertragbar sind. If the measuring object 3 pressed into the membrane or the membrane 1 1 is pressed onto the measuring object 3, then the diaphragm 1, the surface of the measuring object 3 fits in certain areas. These areas are then measured optically three-dimensionally, as shown in FIG. 2. The measurement is carried out by an exemplary optical sensor, consisting of a camera pair 4 and a projector 5 (triangulation method, stereo photogrammetry). It is assumed that the membrane 1 approximates the surface of the measurement object 3 sufficiently well in these areas so that the measurement results can be transferred to the object surface.

Nach der Vermessung können das Messobjekt 3 und die Membran 1 leicht getrennt werden, so dass die Membran 1 für eine erneute Vermessung eines weiteren Objektes zur Verfügung steht. Bei stabilen Oberflächen wird durch diese Vorgehensweise keine unerwünschte Veränderung der Objektoberfläche hervorgerufen. After the measurement, the measurement object 3 and the membrane 1 can be easily separated, so that the membrane 1 is available for a new measurement of another object. In the case of stable surfaces, this procedure does not cause an undesirable change in the object surface.

Geeignete Anwendungsfälle sind 3D-Vermessungen für Qualitätskontrollen von z. B. gläsernen Objekten, Autoscheiben und Karosserieteilen aus spiegelnden Materialien, wie z. B. Aluminium. Suitable applications are 3D measurements for quality controls of e.g. B. glass objects, car windows and body parts made of reflective materials, such as z. B. aluminum.

Claims

1. A method for three-dimensional optical measurement of object surfaces, in which patterns are projected onto the object surface, characterized in that an elastic membrane ( 1 ) is placed over part of the surface of a measurement object ( 3 ) and the membrane ( 1 ) is closed adapting areas to the shape of the surface of the measurement object ( 3 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the fitting and the adaptation of the membrane ( 1 ) to the surface to be measured by using a negative pressure and / or an electrostatic charge of the membrane ( 1 ) and / or the measurement object ( 3 ) or is supported.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the membrane ( 1 ) is opaque and has a bright, diffusely reflecting surface.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the membrane ( 1 ) is clamped in a frame ( 2 ).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an optical sensor consisting of a camera pair ( 4 ) and a projector ( 5 ) is used to measure the surface of a measurement object ( 3 ), with which on the basis a triangulation method or stereofotogrammetry measurement data can be generated.