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WO1992008103A1 - Process and device for the opto-electronic measurement of objects - Google Patents

Process and device for the opto-electronic measurement of objects Download PDF

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Publication number
WO1992008103A1
WO1992008103A1 PCT/AT1991/000115 AT9100115W WO9208103A1 WO 1992008103 A1 WO1992008103 A1 WO 1992008103A1 AT 9100115 W AT9100115 W AT 9100115W WO 9208103 A1 WO9208103 A1 WO 9208103A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
size
calibration
measuring
sensor element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/AT1991/000115
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Herbert Barg
Albert Niel
Werner Schwenzfeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boehler GmbH
Boehler GmbH Germany
Original Assignee
Boehler GmbH
Boehler GmbH Germany
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boehler GmbH, Boehler GmbH Germany filed Critical Boehler GmbH
Publication of WO1992008103A1 publication Critical patent/WO1992008103A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/245—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using a plurality of fixed, simultaneously operating transducers

Definitions

  • the invention relates to a method for optoelectronic measurement of the shape, in particular cross-sectional shape, of objects, e.g. Workpieces, or for calibrating optoelectronic
  • At least one light strip is projected onto the object to be measured and / or onto the calibration body by at least one light source, preferably laser light sources (light section method), which light strips preferably have a number corresponding to the number of light sources
  • Video cameras preferably CCD semiconductor cameras, are recorded and imaged on their sensor element, the camera signals of an evaluation unit comprising a computer for image evaluation and calculation of the dimensions of the object or for determining the
  • the invention further relates to an arrangement for performing this
  • the image processing systems used in such methods and arrangements have disadvantages in terms of their limited resolution, which limits the maximum achievable accuracy.
  • Conventional systems for example, resolve an image in 512 x 512 pixels. If objects of different sizes are to be measured with a measuring arrangement in the light section method, small objects are naturally imaged on the available sensor element, or the existing measuring field is not fully utilized, so that the accuracy of the evaluation suffers; Smaller objects only use part of the measuring field and are therefore resolved with less than 512 x 512 pixels, which reduces the relative measuring accuracy.
  • the aim of the invention is to achieve maximum accuracy in image processing in measuring methods and measuring arrangements which operate according to the light section method.
  • Sensor element of the imaging scale is changed or varied or the measuring field size of the respective camera depending on the size of the light strips generated on the object and / or calibration body are changed or adapted to them.
  • the size of the sensor element of the camera remaining the same, a significantly improved evaluation of small objects or small light strips can be carried out, which are just magnified and are imaged on the sensor element of the camera such that all light strips necessary for evaluation are always imaged together or simultaneously become. Whether one or more light strips from the calibration body and / or from the object are imaged on the sensor element depends on the evaluation method selected. If the image of the light strips is larger than the sensor element, it is of course also possible to choose a smaller image scale and thus adapt the image size of the light strips to the size of the sensor element.
  • ZOOM devices of the video cameras are adjusted, if necessary by motor, and / or camera lenses with different focal lengths are connected upstream of the video cameras and / or the distance between the video cameras and the object to be measured and / or calibration body is changed, possibly by a motor.
  • At least one calibration body of a predetermined size is measured for calibration and the data obtained from the imaging of this at least one calibration body on the sensor element is stored in the evaluation unit and used for evaluating the data obtained when measuring an object.
  • the magnification or reduction scale selected for imaging the respective light strip on the object and / or calibration body is determined and taken into account in the evaluation of the camera signals.
  • the devices for adjusting the image size or the image scale or the measuring field size can be controlled by the evaluation unit, depending on the comparison of the data of the calibration body with the data of the object to be measured or on the determined size of the images of the light strips the sensor element. This enables an almost fully automatic measuring process with optimal accuracy.
  • At least one light section imaged on a calibration body or a calibration mark is imaged on the sensor element, that the Size of the image of the at least one light section strip is adapted to the size of the sensor element, that the light strips generated on the calibration body or the calibration marks are measured and the image scale or the measurement field size are determined, that the data and parameters relating to the size of the light strips and the image scale in the evaluation device can be stored so that when measuring at least one light strip generated on an object, the size of the image of the at least one light strip is adapted to the size of the sensor element, that using the same imaging scale or an imaging scale that deviates from it in a known or predetermined manner the object is measured at this imaging scale and that the dimensions of the object are calculated with the aid of the imaging parameters determined during the measurement and calibration.
  • the evaluation unit comprises a comparator for data and parameters originating from at least one measured calibration body with the evaluation device in the course of measuring an object and that the evaluation unit is connected to the devices for changing the imaging scale or the measuring field size and applies a control signal, which is dependent on the comparison result, for setting the imaging scale or the measuring field size.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of an arrangement according to the invention
  • Fig. 2 shows a schematic diagram of the measurement of an object or calibration body
  • Fig. 3a, 3b, 3c different arrangements for changing the imaging scale
  • Fig. 4a, b, c and d the measurement of calibration bodies.
  • Fig.l illustrates the principle of the measuring method.
  • the object 4 to be examined is illuminated with a number of light sources 5, in the present case with four laser light sources, the laser light sources 5 possibly emitting light of different wavelengths.
  • the light beam from the lasers 5 is expanded into a plane by means of optics (not shown), so that a light contour or a light stripe 6 is imaged on the measurement object.
  • Each laser 5 forms a bright stripe 6, which usually overlap partially on the object.
  • Each light plane which is spanned by a laser 5, is advantageously perpendicular to the longitudinal axis of the body (Angle / 5);
  • the light planes of the individual lasers 5 are aligned in such a way that they are again adjusted as far as possible in a common plane in order to overlap the strips imaged by the individual lasers as far as possible or to place them in a defined cutting plane with the object to avoid evaluation errors based on positional inaccuracies from the outset.
  • each camera 7 can be preceded by a filter 8 which only transmits light of the wavelength which is emitted by the associated laser 5, so that each
  • Camera 7 can only receive light from the laser light source 5 assigned to it. This prevents any camera 7 from being influenced by light emitted by other light sources 5. At the same time, the contour of the strips 6 can be evaluated very precisely or
  • Basic data of a calibration object can be evaluated precisely, which also increases the subsequent measurement accuracy.
  • control lines for the light sources 5 and the cameras 7 are indicated by 11; the control unit 10 from which the
  • the lighting and cameras can be switched on with the
  • Evaluation unit 9 for the camera signals can be coupled or cooperates with it.
  • the evaluation device 9 comprises a computer to which the digitized video signals from the cameras 7 are fed and which stores them.
  • the computer looks for those points from the image matrix which represent the light section.
  • the position data of the object and the position and orientation of the camera relative to the light plane as well as the focal length of the lens are known, so that the pixels found can be geometrically corrected and recalculated into the actual object coordinates.
  • the light sources 5 are white light sources, with corresponding color filters, lasers, laser diodes or the like which can be tuned or frequency-adjusted with regard to their wavelength. in question. Appropriate optics are known for forming the very narrow light sections on the object.
  • Video cameras semiconductor cameras, in particular CCD cameras, cameras that respond to certain colors or have color-sensitive sensor elements, so-called color cameras, are suitable as cameras.
  • CCD cameras are used for image recording, which comprise a semiconductor sensor element which is made up of a matrix of approximately 500 x 500 photodiodes and which delivers essentially distortion-free images.
  • the image is usually searched for contour starting points by checking the brightness contrasts of the image points and polygonizing the lines found. After the determination of appropriate polygons, each separated for the individual signals of the video cameras, each determined polygon is transformed into the object coordination and then the polygons obtained from the individual cameras are combined to form the overall contour and the desired dimensions are calculated therefrom.
  • the imaging or equalization parameters are determined in the course of the calibration process, for which purpose a calibration body is brought into the measuring field of the cameras, the exact dimensions of the calibration body being stored in the computer. If the light section of the calibration body is recorded using the method described above, the equalization parameters can be calculated from the comparison of the stored dimensions with the measured light sections.
  • the unit for processing the signals of the individual cameras relating to the polygon sections recorded by each camera is indicated by 12 in FIG. With 13, the unit for joining the individual polygons to the outline or cross section of the object is indicated.
  • a monitor for displaying the measured object is indicated at 14, a printer for printing out the dimensions of the object or other measured data is indicated at 15 and a plotter for graphic recording of the examined object is indicated at 16.
  • Layers of laser light spanned by each laser 5 lie in a common overall plane.
  • FIGS. 3a, 3b and 3c show various possibilities for changing the imaging scale or for adjusting the size of the measuring field of the cameras in relation to the object or calibration body to be measured.
  • a camera 7 is equipped with a ZOOM lens 18 and it is made clear that measurement objects 23 of different sizes or light sections or strips 6 of different sizes, as shown on the left and right in Figure 3a, each are mapped in such a way that they fill the measuring field 30 or 31 of the camera 7 as large as possible or that the size of the measuring field 30 or 31 is adapted to the objects or light strips 6 to be measured.
  • Fig.3b an arrangement corresponding to Fig.3a is shown, in which a lens changing device 18 ', e.g., to adapt or vary the imaging scale or the measuring field size of the video camera 7. a rotating drum lens system is provided.
  • a camera shifting device 18 ′′ is provided to adapt the measuring field size in order to change the distance between the camera 7 and the object 23, but in an alternative way the object relative to the camera 7 or both the camera 7 and the Object or calibration body 23 can be movable relative to each other.
  • the same improvement in the accuracy when measuring objects can also be achieved when measuring calibration bodies if the size of the measuring field is adapted to the calibration body or to parts of the same.
  • the measuring arrangement is calibrated with a calibration body of a precisely defined shape. By comparing this defined form with image data of the measured calibration body stored in the evaluation device, it is possible to obtain the necessary equalization parameters for equalizing images of objects to be measured.
  • the determination of the rectification parameters is also subject to errors which are dependent on the resolving power of the image processing system.
  • the measurement of Objects can be reduced or avoided when measuring calibration bodies or when calibrating smaller errors or calibration errors if the light strips that are formed on the calibration body extend over the entire measuring field or the image or the desired image area of the calibration body the entire sensor element extends.
  • calibration bodies or calibration bodies with calibration marks intended for different imaging scales for measuring ranges with differently large imaging scales can have different areas with relative positions and / or dimensions of predetermined marks, which are taken into the measuring field or imaged on the sensor element and their known dimensions are evaluated.
  • FIGS. 4a and 4b show schematically the measurement of a calibration body 23 'which carries calibration marks 26 and 26'.
  • 4b shows a top view of the calibration body 23 'and the peripherally located calibration marks 26 and the centrally located calibration marks 26' can be seen.
  • the viewing directions or optical axes of the four video cameras are designated by 22.
  • the calibration body shown in FIGS. 4a and 4b is designed for the simultaneous calibration of four cameras. For the calibration process, corresponding light sections 6 are formed on the calibration marks 26 and 26 'or the calibration marks 26 and 26' are cut with the corresponding light planes 33.
  • the image transmission system is set to a large imaging scale, ie, for example, the ZOOM lens is in the telephoto setting, then only the four middle calibration marks 26 'lie in the measuring field according to FIG middle calibration marks 26 'shown. If a smaller imaging scale is selected, for example if the ZOOM lenses are in the wide-angle setting, all calibration marks 26 and 26 'can be imaged in accordance with FIG. 4c or the light sections 24 and 24' are imaged on the sensor element 34 '.
  • the evaluation device can determine the imaging scale or the image determine field size; it can also be measured by measuring the
  • Stripes of light determine the size of the object and measure it with the two image scales. This way, for the
  • the image scale is expediently chosen to be as large as possible.
  • Image scale during the measurement should be known. Either measurement is carried out at the same imaging scale at which calibration was carried out or the imaging scale during measurement is automatically set to a known value by the evaluation unit or manually.
  • a further improvement in the measurement or calibration is achieved if a light strip is imaged and measured over the measurement field planes on an elongated object, for example a ruler or measuring rod.
  • the object is then offset and measured in parallel; this is repeated until the measuring field is scanned with measured light strips.
  • the same process is carried out again with an object (ruler) rotated by 90 °.
  • This measuring grid the spacing of which can be more or less large depending on the measuring accuracy, is used for calibration and is related to the image of the object or compared with the light strips depicted on the object. If certain areas of the object are to be measured more precisely, the grid is drawn closer in this area. The scanning or formation of the calibration light strips is thus locally variable via the measuring or image field.
  • the light emanating from the light section imaged on the object is fed directly to the video cameras or directed from the provided imaging devices 18, 18 ', 18 "directly or without deflection to the sensor element.
  • the size of the (r ) Light sections (s) to the size of the sensor element or vice versa, which stops light losses and the evaluation can be improved and made more precise by means of an imaging scale that also changes during the measurement.
  • variable imaging units are assigned to each video camera that are assigned to the individual video - to map and evaluate light sections assigned to cameras to the various imaging scales.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

In a process for the opto-electronic measurement of the shape of objects, the object (4) to be examined is illuminated by laser light sources (5), the beam of which is widened by an optical system (not shown) in a plane so that a bright line (6) is formed on the object (4) by each laser light source (5), whereby the lines generally overlap partially. Each line (6) is detected by a semiconductor camera (7) in front of which is placed a filter (8) which is transparent only to the light emitted by the relevant laser (5). The laser light sources (5) are connected via control lines (11) to a control unit (10) which is coupled to an assessment unit (9). The assessment unit (9) comprises a computer to which the digitised video signals from the camera (7) are taken. (12) is a unit for processing the signals of the individual cameras (7) to the polygonal sections taken by each camera, (13) is a unit to combine the individual polygonal traces to form the outline of the object, (14) is a monitor to display the measured object, (15) is a printer to print out the dimensions of the object and (16) is a plotter for the graphic display of the object. In order to approximate or adapt the image size of the line of light (6) to the size of the sensor component of the semiconductor camera (7), the image scale is changed or varied or the size of the measuring field of the camera (7) concerned is altered dependently upon the size of the line of light (6) generated on the object (4) or matched thereto.

Description

Verfahren und Anordnung zur optoelektronischen Method and arrangement for optoelectronic

Vermessung von GegenständenMeasurement of objects

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optoelektronischen Vermessung der Form, insbesondere Querschnittsform, von Gegenständen, z.B. Werkstücken, bzw. zum Kalibrieren von optoelektronischenThe invention relates to a method for optoelectronic measurement of the shape, in particular cross-sectional shape, of objects, e.g. Workpieces, or for calibrating optoelectronic

Vermessungseinrichtungen, wobei auf den zu vermessenden Gegenstand und/oder auf den Kalibrierkörper von zumindest einer Lichtquelle, vorzugsweise Laserlichtquellen, jeweils zumindest ein Lichtstreifen projiziert wird (Lichtschnittverfahren), welche Lichtstreifen von einer vorzugsweise der Anzahl der Lichtquellen entsprechenden Anzahl vonMeasuring devices, wherein at least one light strip is projected onto the object to be measured and / or onto the calibration body by at least one light source, preferably laser light sources (light section method), which light strips preferably have a number corresponding to the number of light sources

Videokameras, vorzugsweise CCD-Halbleiterkameras, aufgenommen und auf deren Sensorelement abgebildet werden, wobei die Kamerasignale einer einen Rechner umfassenden Auswerteeinheit zur Bildauswertung und Berechnung der Abmessungen des Gegenstandes bzw. zur Ermittlung derVideo cameras, preferably CCD semiconductor cameras, are recorded and imaged on their sensor element, the camera signals of an evaluation unit comprising a computer for image evaluation and calculation of the dimensions of the object or for determining the

Basisdaten und -parameter für die Kalibration zugeführt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung diesesBasic data and parameters for calibration can be supplied. The invention further relates to an arrangement for performing this

Verfahrens.Process.

Die bei derartigen Verfahren und Anordnungen eingesetzten Bildverarbeitungssysteme haben Nachteile und zwar in Hinblick auf ihr begrenztes Auflösungsvermögen, welches die maximal erzielbare Genauigkeit begrenzt. Übliche Systeme lösen ein Bild beispielsweise in 512 x 512 Bildpunkte auf. Sollen mit einer Meßanordnung im Lichtschnittverfahreπ Gegenstände verschiedener Größe vermessen werden, so werden kleine Gegenstände naturgemäß auf dem zur Verfügung stehenden Sensorelement klein abgebildet bzw. das vorhandene Meßfeld wird nicht voll ausgenützt, wodurch die Genauigkeit bei der Auswertung leidet; kleinere Gegenstände nützen nur einen Teil des Meßfeldes und werden daher mit weniger als 512 x 512 Bildpunkten aufgelöst, wodurch die relative Meßgenauigkeit sinkt.The image processing systems used in such methods and arrangements have disadvantages in terms of their limited resolution, which limits the maximum achievable accuracy. Conventional systems, for example, resolve an image in 512 x 512 pixels. If objects of different sizes are to be measured with a measuring arrangement in the light section method, small objects are naturally imaged on the available sensor element, or the existing measuring field is not fully utilized, so that the accuracy of the evaluation suffers; Smaller objects only use part of the measuring field and are therefore resolved with less than 512 x 512 pixels, which reduces the relative measuring accuracy.

Ziel der Erfindung ist es, maximale Genauigkeit bei der Bildver¬ arbeitung bei Meßverfahren und Meßanordnungen zu erzielen, welche nach dem Lichtschnittverfahreπ arbeiten.The aim of the invention is to achieve maximum accuracy in image processing in measuring methods and measuring arrangements which operate according to the light section method.

Erfindungsgemäß ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß zur Annäherung bzw. Anpassung der Bildgröße des bzw. der jeweiligen Lichtstreifen(s) an die Größe des jeweiligenAccording to the invention, in a method of the type mentioned at the outset, in order to approximate or adapt the image size of the respective light stripe (s) to the size of the respective one

Sensorelementes der Abbildungsmaßstab verändert bzw. variiert wird bzw. die Meßfeldgröße der jeweiligen Kamera in Abhängigkeit von der Größe der am Gegenstand und/oder Kalibrierkörper erzeugten Lichtstreifen verändert bzw. an diese angepaßt wird.Sensor element of the imaging scale is changed or varied or the measuring field size of the respective camera depending on the size of the light strips generated on the object and / or calibration body are changed or adapted to them.

Eine Anordnung zur optoelektronischen Vermessung der Form, ins¬ besondere Querschnittsform, von Gegenständen, z.B. Werkstücken, bzw. zum Kalibrieren von optoelektronischen Vermessungseinrichtungen, wobei auf den zu vermessenden Gegenstand und/oder auf den Kalibrierungsgegenstand mit zumindest einer Lichtquelle, vorzugsweise Laserlichtquellen, jeweils zumindest ein Lichtstreifen projiziert wird (Lichtschnittverfahren), welche Lichtstreifen von einer vorzugsweise der Anzahl der Lichtquellen entsprechenden Anzahl von Videokameras, vorzugsweise CCD-Halbleiterkameras, aufgenommen und auf deren Sensorelement abgebil¬ det werden, welche Kameras an eine einen Rechner umfassenden Auswerteeinrichtung zur Bildauswertung bzw. zur Berechnung der Abmessungen des Gegenstandes bzw. zur Ermittlung der Basisdaten und Basisparameter für die Kalibrierung angeschlossen sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Abänderung bzw. Variation des Abbildungsmaßstabes des(r) Lichtstreifen(s) auf das Sensorelement vorgesehen sind, mit denen die Bildgröße des(r) Lichtstreifen(s) veränderbar, .insbesondere an die Größe des jeweiligen Sensorelementes anpaßbar ist bzw. daß Einrichtungen zur Veränderung der Meßfeldgröße der Kameras und zur Anpassung der Meßfeldgröße an die zu vermessenden Lichtstreifen an den Gegenständen bzw. Gegenstandsbereichen und/oder Kalibrierkörper vorgesehen sind.An arrangement for optoelectronic measurement of the shape, in particular cross-sectional shape, of objects, e.g. Workpieces, or for calibrating optoelectronic measuring devices, wherein at least one light strip is projected onto the object to be measured and / or onto the calibration object with at least one light source, preferably laser light sources (light section method), which light strips preferably correspond to the number of light sources Number of video cameras, preferably CCD semiconductor cameras, are recorded and displayed on their sensor element, which cameras are connected to an evaluation device comprising a computer for image evaluation or for calculating the dimensions of the object or for determining the basic data and basic parameters for the calibration , is characterized according to the invention in that devices for changing or varying the scale of the light strip (s) on the sensor element are provided, with which the image size of the light strip (s) can be changed r, in particular can be adapted to the size of the respective sensor element or that devices for changing the measuring field size of the cameras and for adapting the measuring field size to the light strips to be measured are provided on the objects or object areas and / or calibration bodies.

Erfindungsgemäß kann somit bei gleichbleibender Größe des Sensor- elementes der Kamera eine wesentlich verbesserte Auswertung von kleinen Gegenständen bzw. kleinen Lichtstreifen erfolgen, die eben vergrößert auf das Sensorelement der Kamera abgebildet werden jedoch derart, daß immer alle zur Auswertung notwendigen Lichtstreifen gemeinsam bzw. gleichzeitig abgebildet werden. Ob ein oder mehrere Lichtstreifen vom Kalibrierkörper und/oder vom Gegenstand auf das Sensorelement abgebildet werden, hängt vom gewählten Auswertverfahren ab. Sollte die Abbildung der Lichtstreifen größer als das Sensorelement sein, ist es selbstverständlich auch möglich, einen kleineren Abbildungsmaßstab zu wählen und die Bildgröße der Lichtstreifen damit an die Größe des Sensorelementes anzupassen. Gleiches gilt auch für die an Kalibrierkörper abgebildeten Lichtstreifen, die eingesetzt werden, um die Dimensionen der zu vermessenden Gegenstände mit der Auswerteeinheit beurteilen zu können; dazu werden Kalibrierkörper vermessen und diese Meßdaten zur Auswertung der vermessenen Gegenstände herangezogen. Bemerkt wird noch, daß es möglich ist, Lichtstreifen an Kalibrierkörper und zu vermessenden Gegenständen gleichzeitig abzubilden und danach auszuwerten. Die erfindungsgemäße Vorgangsweise bzw. Anordnung erlaubt somit eine optimale Ausnutzung der Auflösung des - Bildverarbeitungssystems, welches beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Anordnung eingesetzt wird.According to the invention, with the size of the sensor element of the camera remaining the same, a significantly improved evaluation of small objects or small light strips can be carried out, which are just magnified and are imaged on the sensor element of the camera such that all light strips necessary for evaluation are always imaged together or simultaneously become. Whether one or more light strips from the calibration body and / or from the object are imaged on the sensor element depends on the evaluation method selected. If the image of the light strips is larger than the sensor element, it is of course also possible to choose a smaller image scale and thus adapt the image size of the light strips to the size of the sensor element. The same also applies to the light strips imaged on calibration bodies, which are used to be able to assess the dimensions of the objects to be measured with the evaluation unit; for this purpose calibration bodies and these are measured Measurement data used to evaluate the measured objects. It is also noted that it is possible to simultaneously display light strips on the calibration body and objects to be measured and then evaluate them. The procedure or arrangement according to the invention thus allows optimal use of the resolution of the image processing system which is used in the method and the arrangement according to the invention.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Abänderung des Abbildungsmaßstabes des(r) auf das Sensorelement abgebildeten Lichtstreifen(s) bzw. zur Veränderung der Meßfeldgröße ZOOM-Einrichtungen der Videokameras, gegebenenfalls motorisch, verstellt werden und/oder Kameraobjektive mit verschiedenen Brennweiten den Videokameras vorgeschaltet werden und/oder der Abstand zwischen den Videokameras und dem zu vermessenden Gegenstand und/oder Kalibrierkörper, gegebenenfalls motorisch, verändert wird. Diese Mög¬ lichkeiten stellen einfache Möglichkeiten dar, um die Bilder der Lichtstreifen in ihrer Größe zu verändern; diese Einrichtungen können händisch oder automatisch von der Auswerteeinheit betätigt werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that to change the imaging scale of the light strip (s) imaged on the sensor element or to change the size of the measuring field, ZOOM devices of the video cameras are adjusted, if necessary by motor, and / or camera lenses with different focal lengths are connected upstream of the video cameras and / or the distance between the video cameras and the object to be measured and / or calibration body is changed, possibly by a motor. These possibilities represent simple possibilities to change the size of the images of the light strips; these devices can be operated manually or automatically by the evaluation unit.

Bevorzugt ist es, wenn zum Kalibrieren zumindest ein Kalibrierkörper vorgegebener Größe vermessen und die aus der Abbildung dieses zumindest einen Kalibrierkörpers auf dem Sensorelement erhaltenen Daten in der Auswerteeinheit gespeichert und zur Auswertung der bei der Vermessung eines Gegenstandes erhaltenen Daten herangezogen werden. Erfindungsgemäß wird dazu auch vorgesehen, daß durch Vermessung der auf dem Sensorelement abgebildeten Lichtschnitte in der Auswerteeinheit der für die Abbildung des jeweiligen Lichtstreifens am Gegenstand und/oder Kalibrierkörper gewählte Vergrößerungs- bzw. Verkleinerungsmaßstab ermittelt und bei der Auswertung der Kamerasignale berücksichtigt wird. Die Einrichtungen zur Verstellung der Abbildungsgröße bzw. des Abbildungsmaßstabs bzw. der Meßfeldgröße können von der Auswerteeinheit angesteuert werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Vergleich der Daten des Kalibrierkörpers mit den Daten des zu vermessenden Gegenstandes bzw. von der festgestellten Größe der Bilder der Lichtstreifen auf dem Sensorelement. Damit wird ein nahezu vollautomatisches Meßverfahren mit optimaler Genauigkeit ermöglicht.It is preferred if at least one calibration body of a predetermined size is measured for calibration and the data obtained from the imaging of this at least one calibration body on the sensor element is stored in the evaluation unit and used for evaluating the data obtained when measuring an object. According to the invention it is also provided that by measuring the light sections imaged on the sensor element in the evaluation unit, the magnification or reduction scale selected for imaging the respective light strip on the object and / or calibration body is determined and taken into account in the evaluation of the camera signals. The devices for adjusting the image size or the image scale or the measuring field size can be controlled by the evaluation unit, depending on the comparison of the data of the calibration body with the data of the object to be measured or on the determined size of the images of the light strips the sensor element. This enables an almost fully automatic measuring process with optimal accuracy.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest ein auf einem Kalibrierkörper bzw. einer Kalibriermarke abgebildeter Lichtschnitt auf dem Sensorelement abgebildet wird, daß die Größe der Abbildung des zumindest einen Lichtschnittstreifeπs an die Größe des Sensorelementes angepaßt wird, daß die am Kalibrierkörper bzw. den Kalibriermarken erzeugten Lichtstreifen vermessen und der Abbildungsmaßstab bzw. die Meßfeldgröße festgestellt werden, daß die Daten und Parameter betreffend die Größe der Lichtstreifen und des Abbildungsmaßstabes in der Auswerteeinrichtung gespeichert werden, daß bei der Vermessung von zumindest einem an einem Gegenstand erzeugten Lichtstreifen die Größe der Abbildung des zumindest einen Lichtstreifens an die Größe des Sensorelementes angepaßt wird, daß unter Verwendung des gleichen Abbildungsmaßstabes oder eines in bekannter bzw. vorgegebener Weise davon abweichenden Abbildungsmaßstabes der Gegenstand bei diesem Abbildungsmaßstab vermessen wird und daß unter Zuhilfenahme der bei der Vermessung und bei der Kalibrierung ermittelten Abbildungsparameter die Berechnung der Abmessungen des Gegenstandes vorgenommen wird. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß die Auswerteeinheit einen Vergleicher für von zumindest einem vermessenen Kalibrierkörper stammende Daten und Parameter mit der Auswerteeinrichtung im Zuge der Vermessung eines Gegenstandes zugeführten Daten und Parameter umfaßt und daß die Auswerteeinheit an die Einrichtungen zur Abänderung des Abbildungsmaßstabes bzw. der Meßfeldgröße angeschlossen ist und diese mit einem vom Vergleichsergebnis abhängigen Steuersignal zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes bzw. der Meßfeldgröße beaufschlagt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that at least one light section imaged on a calibration body or a calibration mark is imaged on the sensor element, that the Size of the image of the at least one light section strip is adapted to the size of the sensor element, that the light strips generated on the calibration body or the calibration marks are measured and the image scale or the measurement field size are determined, that the data and parameters relating to the size of the light strips and the image scale in the evaluation device can be stored so that when measuring at least one light strip generated on an object, the size of the image of the at least one light strip is adapted to the size of the sensor element, that using the same imaging scale or an imaging scale that deviates from it in a known or predetermined manner the object is measured at this imaging scale and that the dimensions of the object are calculated with the aid of the imaging parameters determined during the measurement and calibration. According to the invention it is further provided that the evaluation unit comprises a comparator for data and parameters originating from at least one measured calibration body with the evaluation device in the course of measuring an object and that the evaluation unit is connected to the devices for changing the imaging scale or the measuring field size and applies a control signal, which is dependent on the comparison result, for setting the imaging scale or the measuring field size.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig.l schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung, Fig.2 eine Prinzipdarstellung der Vermessung eines Gegenstandes bzw. Kalibrierkörpers, Fig. 3a,3b,3c verschiedene Anordnungen zur Abänderung des Abbildungsmaßstabes und Fig.4a,b,c und d die Vermessung von Kalibrierkörpern.The invention is explained in more detail below with reference to drawings, for example. Fig. 1 shows schematically the structure of an arrangement according to the invention, Fig. 2 shows a schematic diagram of the measurement of an object or calibration body, Fig. 3a, 3b, 3c different arrangements for changing the imaging scale and Fig. 4a, b, c and d the measurement of calibration bodies.

Fig.l verdeutlicht das Prinzip des Meßverfahrens. Der zu unter- suchende Gegenstand 4 wird mit einer Anzahl von Lichtquellen 5, im vorliegenden Fall mit vier Laserlichtquellen, beleuchtet, wobei die Laserlichtquellen 5 gegebenenfalls Licht unterschiedlicher Wellenlänge abstrahlen. Der Lichtstrahl der Laser 5 wird mittels einer nicht dargestellten Optik in eine Ebene aufgeweitet, sodaß am Meßobjekt eine helle Kontur bzw. ein heller Streifen 6 abgebildet wird. Jeder Laser 5 bildet einen hellen Streifen 6 ab, die sich am Gegenstand üblicherweise teilweise überlappen. Jede Lichtebene, die von einem Laser 5 aufgespannt wird, steht zweckmäßigerweise senkrecht zur Längsachse des Körpers (Winkel/5 ); die Lichtebenen der einzelnen Laser 5 werden derart ausge¬ richtet, daß sie wiederum soweit als möglich in einer gemeinsamen Ebene justiert sind, um die von den einzelnen Lasern abgebildeten Streifen so weit als möglich zu überlagern bzw. in eine definierte Schnittebeπe mit dem Gegenstand zu legen, um Auswertefehler beruhend auf Lageungenauigkeiten von vornherein zu vermeiden.Fig.l illustrates the principle of the measuring method. The object 4 to be examined is illuminated with a number of light sources 5, in the present case with four laser light sources, the laser light sources 5 possibly emitting light of different wavelengths. The light beam from the lasers 5 is expanded into a plane by means of optics (not shown), so that a light contour or a light stripe 6 is imaged on the measurement object. Each laser 5 forms a bright stripe 6, which usually overlap partially on the object. Each light plane, which is spanned by a laser 5, is advantageously perpendicular to the longitudinal axis of the body (Angle / 5); The light planes of the individual lasers 5 are aligned in such a way that they are again adjusted as far as possible in a common plane in order to overlap the strips imaged by the individual lasers as far as possible or to place them in a defined cutting plane with the object to avoid evaluation errors based on positional inaccuracies from the outset.

Die von den Lasern auf dem Gegenstand 4 abgebildeten LichtschnitteThe light sections depicted by the lasers on object 4

6 werden von Halbleiterkameras 7 aufgenommen, die unter einem Winkel ob in Bezug auf die optische Achse bzw. Lichtebene 21 des der jeweiligen Kamera 7 zugeordneten Lasers 5 geneigt ist. Jeder Kamera 7 kann ein Filter 8 vorgeschaltet sein, das nur Licht der Wellenlänge durchläßt, das von dem zugehörigen Laser 5 abgestrahlt wird, sodaß jede6 are recorded by semiconductor cameras 7, which is inclined at an angle whether with respect to the optical axis or light plane 21 of the laser 5 assigned to the respective camera 7. Each camera 7 can be preceded by a filter 8 which only transmits light of the wavelength which is emitted by the associated laser 5, so that each

Kamera 7 nur Licht von der ihr zugeordneten Laserlichtquelle 5 empfangen kann. Damit wird eine Beeinflussung jeder Kamera 7 durch von anderen Lichtquellen 5 ausgestrahltes Licht vermieden. Gleichzeitig kann eine sehr genaue Auswertung der Kontur der Streifen 6 erfolgen bzw. dieCamera 7 can only receive light from the laser light source 5 assigned to it. This prevents any camera 7 from being influenced by light emitted by other light sources 5. At the same time, the contour of the strips 6 can be evaluated very precisely or

Basisdaten eines Kalibriergegenstandes können genau ausgewertet werden, was die nachfolgende Vermessungsgenauigkeit ebenfalls erhöht.Basic data of a calibration object can be evaluated precisely, which also increases the subsequent measurement accuracy.

Entsprechende Steuerleitungen für die Lichtquellen 5 bzw. die Kameras 7 sind mit 11 angedeutet; die Steuereinheit 10, von der aus dasCorresponding control lines for the light sources 5 and the cameras 7 are indicated by 11; the control unit 10 from which the

Einschalten der Beleuchtung und der Kameras erfolgt, kann mit derThe lighting and cameras can be switched on with the

Auswerteeinheit 9 für die Kamerasignale gekoppelt sein bzw. wirkt mit dieser zusammen.Evaluation unit 9 for the camera signals can be coupled or cooperates with it.

Die Auswerteeinrichtung 9 umfaßt einen Rechner, dem die digitalisierten Videosignale der Kameras 7 zugeführt werden und der diese speichert. Der Rechner sucht aus der Bildmatrix diejenigen Punkte heraus, welchen den Lichtschnitt darstellen. Im Falle einer Vermessung sind die Positionsdaten des Gegenstandes und die Position und Ausrichtung der Kamera relativ zur Lichtebene sowie die Objektivbrennweite bekannt, sodaß die gefundenen Bildpunkte geometrisch entzerrt und in die tatsächlichen Objektkoordinaten zurückgerechnet werden können.The evaluation device 9 comprises a computer to which the digitized video signals from the cameras 7 are fed and which stores them. The computer looks for those points from the image matrix which represent the light section. In the case of a measurement, the position data of the object and the position and orientation of the camera relative to the light plane as well as the focal length of the lens are known, so that the pixels found can be geometrically corrected and recalculated into the actual object coordinates.

Bemerkt wird, daß in günstigen Fällen bereits mit zwei Kameras das Auslangen gefunden wird, für Rundquerschnitte mindestens drei Kameras erforderlich sind und mit vier Kameras, wie in Fig.3 dargestellt, sich nahezu alle gängigen Profile mit konvexen und konkaven Querschnittsformen komplett vermessen lassen, soferne keine Hinterschnitte vorliegen. Als Lichtquellen 5 kommen Weißlichtquellen, mit entsprechenden Farbfiltern bezüglich ihrer Wellenlänge durchstimmbare bzw. frequenzver¬ stellbare Laser, Laserdioden, od.dgl. in Frage. Entsprechende Optiken sind zur Ausbildung der sehr schmalen Lichtschnitte am Gegenstand bekannt.It is noted that in favorable cases it is possible to find enough with two cameras, at least three cameras are required for circular cross-sections and with four cameras, as shown in Fig. 3, almost all common profiles with convex and concave cross-sectional shapes can be completely measured, if necessary there are no undercuts. The light sources 5 are white light sources, with corresponding color filters, lasers, laser diodes or the like which can be tuned or frequency-adjusted with regard to their wavelength. in question. Appropriate optics are known for forming the very narrow light sections on the object.

Als Kameras kommen Videokameras, Halbleiterkameras, insbesondere CCD-Kameras, auf bestimmte Farben ansprechende bzw. spezifisch farbempfindliche Sensorelemente aufweisende Kameras, sogenannte Farbkameras in Frage. Insbesondere werden zur Bildaufnahme CCD-Kameras verwendet, die ein aus einer Matrix von etwa 500 x 500 Fotodioden aufgebautes Halbleitersensorelement umfassen, das im wesentlichen verzerrungsfreie Bilder liefert.Video cameras, semiconductor cameras, in particular CCD cameras, cameras that respond to certain colors or have color-sensitive sensor elements, so-called color cameras, are suitable as cameras. In particular, CCD cameras are used for image recording, which comprise a semiconductor sensor element which is made up of a matrix of approximately 500 x 500 photodiodes and which delivers essentially distortion-free images.

Zur Auswertung der in der Auswerteeinheit 9 gespeicherten Videosignale der Kameras wird üblicherweise das Bild nach Konturanfangspunkten abgesucht, indem die Helligkeitskontraste der Bildpunkte überprüft und die gefundenen Linienzüge polygonisiert werden. Nach Ermitteln entsprechender Polygonzüge, jeweils für die einzelnen Signale der Videokameras getrennt, wird jeder ermittelte Polygonzug in die Objektkoordination transformiert und sodann werden die von den einzelnen Kameras erhaltenen Polygonzüge zur Gesamtkontur zusammengefügt und daraus die gewünschten Abmessungen berechnet.To evaluate the video signals from the cameras stored in the evaluation unit 9, the image is usually searched for contour starting points by checking the brightness contrasts of the image points and polygonizing the lines found. After the determination of appropriate polygons, each separated for the individual signals of the video cameras, each determined polygon is transformed into the object coordination and then the polygons obtained from the individual cameras are combined to form the overall contour and the desired dimensions are calculated therefrom.

Die Abbildungs- bzw. Entzerrungsparameter werden im Zuge des Kali¬ brierverfahrens bestimmt, wozu ein Kalibrierkörper ins Meßfeld der Kameras gebracht wird, wobei die genauen Maße des Kalibrierkörpers im Rechner speichert sind. Wenn nach der vorhin beschriebenen Methode der Lichtschnitt des Kalibrierkörpers aufgenommen wird, können aus dem Vergleich der gespeicherten Abmessungen mit den gemessenen Lichtschnitten die Entzerrungsparameter berechnet werden.The imaging or equalization parameters are determined in the course of the calibration process, for which purpose a calibration body is brought into the measuring field of the cameras, the exact dimensions of the calibration body being stored in the computer. If the light section of the calibration body is recorded using the method described above, the equalization parameters can be calculated from the comparison of the stored dimensions with the measured light sections.

Mit 12 ist in Fig.l die Einheit zur Verarbeitung der Signale der einzelnen Kameras zu den von jeder Kamera aufgenommenen Polygonschnitten angedeutet. Mit 13 ist die Einheit zum Zusammenfügen der einzelnen Polygonzüge zum Umriß bzw. Querschnitt des Gegenstandes angedeutet. Mit 14 ist ein Monitor zur Darstellung des vermessenen Gegenstandes angedeu¬ tet, mit 15 ein Drucker zum Ausdrucken der Abmessungen des Gegenstandes oder anderer vermessener Daten und mit 16 ist ein Plotter zur grafischen Aufzeichnung des untersuchten Gegenstandes angedeutet.The unit for processing the signals of the individual cameras relating to the polygon sections recorded by each camera is indicated by 12 in FIG. With 13, the unit for joining the individual polygons to the outline or cross section of the object is indicated. A monitor for displaying the measured object is indicated at 14, a printer for printing out the dimensions of the object or other measured data is indicated at 15 and a plotter for graphic recording of the examined object is indicated at 16.

Fig.2 zeigt räumlich eine Anordnung, bei der von vier Lasern 5 der Gegenstand 4 beleuchtet wird und die Lichtschnitte 6 mittels CCD-Kameras 7 mit vorgeschalteten Filtern 8 beobachtet werden. Man erkennt, daß die optischen Achsen 21 der Laser 5 und die optischen Achsen 22 der Kameras2 shows spatially an arrangement in which the object 4 is illuminated by four lasers 5 and the light sections 6 by means of CCD cameras 7 can be observed with upstream filters 8. It can be seen that the optical axes 21 of the lasers 5 and the optical axes 22 of the cameras

7 miteinander einen Winkel c von 45° einschließen und die vom7 form an angle c of 45 ° with each other and that from

Laserlicht aufgespannten Ebenen eines jeden Lasers 5 in einer gemeinsamen Gesamtebene liegen.Layers of laser light spanned by each laser 5 lie in a common overall plane.

In Figuren 3a,3b und 3c sind verschiedene Möglichkeiten zur Abänderung des Abbildungsmaßstabes bzw. zur Einstellung der Meßfeldgröße der Kameras im Vehältnis zu dem zu vermessenden Gegenstand bzw. Kalibrierkörper dargestellt. In Fig.3a ist eine Kamera 7 mit einem ZOOM-Objektiv 18 ausgerüstet und es ist verdeutlicht, daß Meßobjekte 23 verschiedener Größe bzw. Lichtschnitte bzw. -streifen 6 verschiedener Größe, so wie sie links und rechts in der Figur 3a dargestellt sind, jeweils derart abgebildet werden, daß sie das Meßfeld 30 bzw. 31 der Kamera 7 möglichst groß füllen bzw. daß die Größe des Meßfeldes 30 bzw. 31 an die zu vermessenden Gegenstände bzw. Lichtstreifen 6 angepaßt ist.FIGS. 3a, 3b and 3c show various possibilities for changing the imaging scale or for adjusting the size of the measuring field of the cameras in relation to the object or calibration body to be measured. In Figure 3a, a camera 7 is equipped with a ZOOM lens 18 and it is made clear that measurement objects 23 of different sizes or light sections or strips 6 of different sizes, as shown on the left and right in Figure 3a, each are mapped in such a way that they fill the measuring field 30 or 31 of the camera 7 as large as possible or that the size of the measuring field 30 or 31 is adapted to the objects or light strips 6 to be measured.

In Fig.3b ist eine Anordnung entsprechend Fig.3a dargestellt, bei der zur Anpassung bzw. Variation des Abbildungsmaßstabes bzw. der Meßfeldgröße der Videokamera 7 eine Objektivwechselvorrichtung 18', z.B. ein rotierendes Trommelobjektivsystem, vorgesehen ist.In Fig.3b an arrangement corresponding to Fig.3a is shown, in which a lens changing device 18 ', e.g., to adapt or vary the imaging scale or the measuring field size of the video camera 7. a rotating drum lens system is provided.

In Fig.3c ist zur Anpassung der Meßfeldgröße eine Kameraverschiebevorrichtung 18" vorgesehen, um den Abstand zwischen der Kamera 7 und dem Gegenstand 23 zu verändern, wobei jedoch in alternativer Weise auch der Gegenstand relativ zur Kamera 7 bzw. sowohl die Kamera 7 als auch der Gegenstand bzw. Kalibrierkörper 23 relativ zueinander bewegbar sein können.In FIG. 3c, a camera shifting device 18 ″ is provided to adapt the measuring field size in order to change the distance between the camera 7 and the object 23, but in an alternative way the object relative to the camera 7 or both the camera 7 and the Object or calibration body 23 can be movable relative to each other.

Dieselbe Verbesserung der Genauigkeit bei der Vermessung von Gegen¬ ständen erreicht man auch bei der Vermessung von Kalibrierkörpern, wenn man die Größe des Meßfeldes an den Kalibrierkörper bzw. an Teilbereiche desselben anpaßt. Wie bereits erwähnt, erfolgt das Kalibrieren der Meßanordnung mit einem Kalibrierkörper genau festgelegter Form. Aus dem Vergleich dieser festgelegten Form mit in der Auswerteeinrichtung gespeicherten Bilddaten des vermessenen Kalibrierkörpers ist es möglich, die erforderlichen Entzerrungsparameter zum Entzerren von Bildern von zu vermessenden Gegenständen zu gewinnen. Ebenso wie die Vermessung von Gegenständen ist auch die Bestimmung der Entzerrungsparameter mit Fehlern behaftet, welche vom Auflösungsvermögen des Bildverarbeitungssystems abhängig sind. Wie bei der Vermessung von Gegenständen lassen sich bei der Vermessung von Kalibrierkörpern bzw. beim Kalibrieren kleinere Fehler bzw. Kalibrierfehler vermindern bzw. vermeiden, wenn sich die Lichtstreifen, die am Kalibrierkörper ausgebildet werden, möglichst über das gesamte Meßfeld bzw. das Bild bzw. der gewünschte Bildbereich des Kalibrierkörpers über das gesamte Sensorelement erstreckt.The same improvement in the accuracy when measuring objects can also be achieved when measuring calibration bodies if the size of the measuring field is adapted to the calibration body or to parts of the same. As already mentioned, the measuring arrangement is calibrated with a calibration body of a precisely defined shape. By comparing this defined form with image data of the measured calibration body stored in the evaluation device, it is possible to obtain the necessary equalization parameters for equalizing images of objects to be measured. Just like the measurement of objects, the determination of the rectification parameters is also subject to errors which are dependent on the resolving power of the image processing system. As with the measurement of Objects can be reduced or avoided when measuring calibration bodies or when calibrating smaller errors or calibration errors if the light strips that are formed on the calibration body extend over the entire measuring field or the image or the desired image area of the calibration body the entire sensor element extends.

Wenn man, wie zuvor beschrieben, mit variablen Meßbereichen arbeitet, so ist es von Vorteil, für Meßbereiche mit verschieden großen Abbildungsmaßstäben unterschiedliche Kalibrierkörper oder Kalibrierkörper mit für verschiedene Abbildungsmaßstäbe bestimmten Kalibriermarken zu verwenden. Erfindungsgemäß können Kalibrierkörper für verschiedene Meßfeldgrößen bzw. für unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe unterschiedliche Bereiche mit bezügliche Lage und/oder Abmessungen vorgegebenen Marken aufweisen, die ins Meßfeld genommen bzw. auf dem Sensorelement abgebildet und deren bekannte Abmessungen ausgewertet werden.If, as described above, one works with variable measuring ranges, it is advantageous to use different calibration bodies or calibration bodies with calibration marks intended for different imaging scales for measuring ranges with differently large imaging scales. According to the invention, calibration bodies for different measuring field sizes or for different imaging scales can have different areas with relative positions and / or dimensions of predetermined marks, which are taken into the measuring field or imaged on the sensor element and their known dimensions are evaluated.

Fig.4a zeigt schematisch die Vermessung eines Kalibrierkörpers 23', der Kalibriermarken 26 und 26' trägt. In Fig.4b ist eine Draufsicht auf den Kalibrierkörper 23' dargestellt und man erkennt die peripher gelegenen Kalibriermarken 26 und die zentral gelegenen Kalibriermarken 26'. Die Blickrichtungen bzw. optischen Achsen der vier Videokameras sind mit 22 bezeichnet. Der in Figuren 4a und 4b dargestellte Kalibrierkörper ist für das gleichzeitige Kalibrieren von vier Kameras entworfen. Für den Kalibriervorgang werden auf den Kalibriermarken 26 bzw. 26' entsprechende Lichtschnitte 6 ausgebildet bzw. die Kalibriermarken 26 und 26' mit den entsprechenden Lichtebeneπ 33 geschnitten. Ist das Bildübertragungssystem auf- einen großen Abbildungsmaßstab eingestellt, d.h. z.B. ist das ZOOM-Objektiv in Teleeinstellung, so liegen gemäß Fig.4d nur die vier mittleren Kalibriermarken 26' im Meßfeld und auf dem Sensorelement 34' der Videokameras 7 werden nur die Lichtschnitte 24' der mittleren Kalibriermarken 26' abgebildet. Bei Auswahl eines kleineren Abbildungs¬ maßstabes, z.B. wenn die ZOOM-Objektive in Weitwinkeleinstellung sind, können entsprechend Fig.4c alle Kalibriermarken 26 und 26' abgebildet werden bzw. es werden auf dem Sensorelement 34' die Lichtschnitte 24 und 24' abgebildet. Die Auswerteeinrichtung kann durch Vergleich der von den Kalibrierkörpern stammenden Meßdaten mit gespeicherten Daten betreffend die Abmessungen der Kalibriermarken den Abbildungsmaßstab bzw. die Bild- feldgröße feststellen; ferner kann sie durch die Vermessung der4 a shows schematically the measurement of a calibration body 23 'which carries calibration marks 26 and 26'. 4b shows a top view of the calibration body 23 'and the peripherally located calibration marks 26 and the centrally located calibration marks 26' can be seen. The viewing directions or optical axes of the four video cameras are designated by 22. The calibration body shown in FIGS. 4a and 4b is designed for the simultaneous calibration of four cameras. For the calibration process, corresponding light sections 6 are formed on the calibration marks 26 and 26 'or the calibration marks 26 and 26' are cut with the corresponding light planes 33. If the image transmission system is set to a large imaging scale, ie, for example, the ZOOM lens is in the telephoto setting, then only the four middle calibration marks 26 'lie in the measuring field according to FIG middle calibration marks 26 'shown. If a smaller imaging scale is selected, for example if the ZOOM lenses are in the wide-angle setting, all calibration marks 26 and 26 'can be imaged in accordance with FIG. 4c or the light sections 24 and 24' are imaged on the sensor element 34 '. By comparing the measurement data originating from the calibration bodies with stored data relating to the dimensions of the calibration marks, the evaluation device can determine the imaging scale or the image determine field size; it can also be measured by measuring the

Lichtstreifen die Größe des Gegenstandes feststellen und diesen mit den beiden Abbildungsmaßstäben vermessen. Auf diese Weise können für dieStripes of light determine the size of the object and measure it with the two image scales. This way, for the

Vermessung und für die Kalibrierungsvermessung der Fehler absolut verringert und die Vermessungsgenauigkeit erhöht werden.Measurement and for the calibration measurement the errors are absolutely reduced and the measurement accuracy can be increased.

Zweckmäßig wird der Abbildungsmaßstab möglichst groß gewählt. DerThe image scale is expediently chosen to be as large as possible. The

Abbildungsmaßstab bei der Vermessung soll bekannt sein. Entweder wird bei demselben Abbildungsmaßstab vermessen, bei dem kalibriert wurde oder der Abbildungsmaßstab beim Vermessen wird automatisch von der Auswerteeinheit oder händisch auf einen bekannten Wert eingestellt.Image scale during the measurement should be known. Either measurement is carried out at the same imaging scale at which calibration was carried out or the imaging scale during measurement is automatically set to a known value by the evaluation unit or manually.

Eine weitere Verbesserung der Vermessung bzw. Kalibrierung wird erreicht, wenn auf einem langgestreckten Gegenstand, z.B. einem Lineal bzw. Meßstab, über die Meßfeldebenen ein Lichtstreifeπ abgebildet und vermessen wird.Daraufhin wird der Gegenstand parallel versetzt und vermessen; dies wird wiederholt, bis das Meßfeld mit vermessenen Lichtstreifen abgerastet ist. Der gleiche Vorgang erfolgt nochmals mit um 90° verdrehtem Gegenstand (Lineal). Dieser Meßraster, dessen Abstände je nach Meßgenauigkeit mehr oder weniger groß sein können, wird zur Kalibrierung verwendet und auf die Abbildung des Gegenstandes bezogen bzw. mit den auf dem Gegenstand abgebildeten Lichtstreifen verglichen. Sind bestimmte Bereiche des Gegenstandes genauer zu vermessen, wird in diesem Bereich der Raster enger gezogen. Die Abrasterung bzw. Ausbildung der Kalibrierlichtstreifen erfolgt somit örtlich variabel über das Me߬ bzw. Bildfeld. Vorteilhafterweise wird erfindungsgemäß das vom am Gegenstand abgebildeten Lichtschnitt ausgehende Licht direkt den Videokameras zugeleitet bzw. von den vorgesehenen Abbildungseinrichtungen 18,18',18" direkt bzw. ohne Umlenkung auf das Sensorelement geleitet. Erfindungs¬ gemäß erfolgt eine direkte Anpassung der Größe des (r) Lichtschnitte(s) an die Größe des Sensorelementes bzw. umgekehrt, womit Lichtverluste hintangehalten werden und die Auswertung durch einen auch während der Messung selbst veränderlichen Abbildungsmaßstab verbessert und genauer gemacht werden kann. Es wird somit möglich, durch rasche Abänderung des Abbildungsmaßstabes ein- und denselben Lichtschnitt in verschiedenen Größen bzw. in mehr oder weniger bildfüllender Form zu vermessen bzw. gewünschte Detailbereiche in gewünschtem AbbildungsiTßßstab zu unter¬ suchen. Es wird ferner möglich, da derartige veränderliche Abbildungs¬ einheiten jeder Videokamera zugeordnet sind, die den einzelnen Video- kameras zugeordneten Lichschnitte den verschiedenen Abbildungsmaßstäben abzubilden und auszuwerten. A further improvement in the measurement or calibration is achieved if a light strip is imaged and measured over the measurement field planes on an elongated object, for example a ruler or measuring rod. The object is then offset and measured in parallel; this is repeated until the measuring field is scanned with measured light strips. The same process is carried out again with an object (ruler) rotated by 90 °. This measuring grid, the spacing of which can be more or less large depending on the measuring accuracy, is used for calibration and is related to the image of the object or compared with the light strips depicted on the object. If certain areas of the object are to be measured more precisely, the grid is drawn closer in this area. The scanning or formation of the calibration light strips is thus locally variable via the measuring or image field. Advantageously, according to the invention, the light emanating from the light section imaged on the object is fed directly to the video cameras or directed from the provided imaging devices 18, 18 ', 18 "directly or without deflection to the sensor element. According to the invention, the size of the (r ) Light sections (s) to the size of the sensor element or vice versa, which stops light losses and the evaluation can be improved and made more precise by means of an imaging scale that also changes during the measurement. It is thus possible to quickly change the imaging scale on and off To measure the same light section in different sizes or in a more or less image-filling form or to examine desired detail areas in the desired imaging scale It is also possible because such variable imaging units are assigned to each video camera that are assigned to the individual video - to map and evaluate light sections assigned to cameras to the various imaging scales.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e : Patent claims: 1. Verfahren zur optoelektronischen Vermessung der Form, insbeson¬ dere Querschnittsform von Gegenständen, z.B. Werkstücken, bzw. zum Kalibrieren von optoelektronischen Vermessungseinrichtungen, wobei auf den zu vermessenden Gegenstand und/oder auf den Kalibrierkörper von zumindest einer Lichtquelle, vorzugsweise Laserlichtquellen, jeweils zumindest ein Lichtstreifen projiziert wird (Lichtschnittverfahren), welche Lichtstreifen von zumindest einer vorzugsweise der Anzahl der Lichtquellen entsprechenden Anzahl von Videokameras, vorzugsweise CCD-Halbleiterkameras, aufgenommen und auf deren Sensorelement abgebildet werden, wobei die Kamerasignale einer einen Rechner umfassenden Auswerteeinheit zur Bildauswertung und Berechnung der Abmessungen des Gegenstandes bzw. zur Ermittlung der Basisdaten und -parameter für die Kalibration zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Annäherung bzw. Anpassung der Bildgröße des bzw. der jeweiligen Lichtstreifen(s) an die Größe des jeweiligen Sensorelementes der Abbildungsmaßstab verändert bzw. variiert wird bzw. die Meßfeldgröße der jeweiligen Kamera in Abhängigkeit von der Größe der am Gegenstand und/oder Kalibrierkörper erzeugten Lichtstreifen verändert bzw. an diese angepaßt wird.1. Method for optoelectronic measurement of the shape, in particular cross-sectional shape of objects, e.g. Workpieces, or for calibrating optoelectronic measuring devices, at least one light strip being projected onto the object to be measured and / or onto the calibration body by at least one light source, preferably laser light sources (light section method), which light strips by at least one, preferably the number of light sources corresponding number of video cameras, preferably CCD semiconductor cameras, are recorded and imaged on their sensor element, the camera signals being fed to an evaluation unit comprising a computer for image evaluation and calculation of the dimensions of the object or for determining the basic data and parameters for the calibration, thereby characterized in that to approximate or adapt the image size of the respective light stripe (s) to the size of the respective sensor element, the imaging scale is changed or varied or the measuring field size of the respective The camera is changed or adapted to the size of the light strips generated on the object and / or calibration body. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abän¬ derung des Abbildungsmaßstabes des(r) auf das Sensorelement abgebildeten Lichtstreifen(s) bzw. zur Veränderung der Meßfeldgröße ZOOM-Einrichtungen der Videokameras, gegebenenfalls motorisch, verstellt werden und/oder Kameraobjektive mit verschiedenen Brennweiten den Videokameras vorgeschaltet werden und/oder der Abstand zwischen den Videokameras und dem zu vermessenden Gegenstand und/oder Kalibrierkörper, gegebenenfalls motorisch, verändert wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that for changing the imaging scale of the (r) light strip (s) imaged on the sensor element or for changing the measuring field size, ZOOM devices of the video cameras, optionally motorized, are adjusted and / or camera lenses be connected upstream of the video cameras with different focal lengths and / or the distance between the video cameras and the object to be measured and / or calibration body is changed, possibly by a motor. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vermessen und/oder beim Kalibrieren alle am Gegenstand bzw. alle am Kalibrierkörper bzw. auf Kalibriermarken ausgebildeten Lichtstreifen mit einer Größe auf das Sensorele eπt abgebildet wird (werden), daß die am Sensorelement abgebildeten Lichtstreifen dieses möglichst weitgehend ausfüllen bzw. die Größe des Meßfeldes gerade alle Lichtstreifen erfaßt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when measuring and / or calibrating all on the object or all formed on the calibration body or on calibration marks light strips with a size on the Sensorele eπt is (are) that the Fill light strip shown sensor element as far as possible or the size of the measuring field just covers all light strips. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vermessung der auf dem Sensorelement abgebildeten Lichtschnitte in der Auswerteeinheit der für die Abbildung des jeweiligen Lichtstreifens am Gegenstand und/oder Kalibrierkörper gewählte Vergrößeruπgs- bzw. Verkleinerungsmaßstab ermittel und bei der Auswertung der Kamerasignale berücksichtigt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that by measuring the light sections imaged on the sensor element in the evaluation unit for the imaging Determine the magnification or reduction scale selected for the respective light strip on the object and / or calibration body and take this into account when evaluating the camera signals. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß zum Kalibrieren zumindest ein an einem Kalibrierkörper vorgegebener Größe erzeugter Lichtstreifen vermessen und die aus der Abbildung dieses zumindest einen Lichtstreifens auf dem Sensorelement erhaltenen Daten betreffend den Abbildungsmaßstab in der Auswerteeinheit gespeichert und bei der Vermessung eines Gegenstandes unter Anwendung des gleichen Abbildungsmaßstabes oder eines in bekannter bzw. vorgegebener Weise davon abweichenden Abbildungsmaßstabes zur Ermittlung der tatsächlichen Größe der am Gegenstand erzeugten Lichtstreifen herangezogen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that for calibration at least one light strip generated on a calibration body of a predetermined size is measured and the data obtained from the imaging of this at least one light strip on the sensor element relating to the imaging scale is stored in the evaluation unit and when measuring an object using the same imaging scale or a imaging scale which deviates from it in a known or predetermined manner, is used to determine the actual size of the light strips generated on the object. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein auf einem Kalibrierkörper bzw. einer6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that at least one on a calibration body or one Kalibriermarke abgebildeter Lichtschnitt auf dem Sensorelement abgebildet wird, daß die Größe der Abbildung des zumindest einen Lichtschnittstreifens an die Größe des Sensorelementes angepaßt wird, daß die am Kalibrierkörper bzw. den Kalibriermarken erzeugten Lichtstreifen vermessen und der Abbildungsmaßstab bzw. die Meßfeldgröße festgestellt werden, daß die Daten und Parameter betreffend die Größe der Lichtstreifen und des Abbildungsmaßstabes in der Auswerteeinrichtung gespeichert werden, daß bei der Vermessung von zumindest einem an einem Gegenstand erzeugten Lichtstreifen die Größe der Abbildung des zumindest einen Lichtstreifens an die Größe des Seπsorele entes angepaßt wird, daß unter Anwendung des gleichen Abbildungsmaßstabes oder eines in bekannter bzw. vorgegebener Weise davon abweichenden Abbildungsmeßstabes der Gegenstand bei diesem Abbildungsmaßstab vermessen wird und daß unter Zuhilfenahme der bei der Vermessung und bei der Kalibrierung ermittelten Abbildungsparameter die Berechnung der Abmessungen des Gegenstandes vorgenommen wird.Calibration mark imaged light section is imaged on the sensor element, that the size of the image of the at least one light section strip is adapted to the size of the sensor element, that the light strips generated on the calibration body or the calibration marks are measured and the imaging scale or the measuring field size are determined that the data and parameters relating to the size of the light strips and the image scale are stored in the evaluation device so that when measuring at least one light strip generated on an object, the size of the image of the at least one light strip is adapted to the size of the sensor, using the same Image scale or an image measuring rod which deviates from it in a known or predetermined manner, the object is measured at this image scale and that is determined with the aid of the measurement and calibration imaging parameters the calculation of the dimensions of the object is made. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an zumindest einem Kalibrierkörper mit vorgegebenen Kalibriermarken, vorzugsweise mit peripheren und zentralen Kalibriermarken vorgegebener Größe, ausgebildete Lichtstreifen unter Verwendung von zumindest zwei unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben bzw. Meßfeldgrößen vermessen werden, daß die aus den jeweiligen Abbildungen der Lichtstreifen auf dem Sensorelemeπt erhaltenen Daten in der Auswerteeinheit gespeichert werden, daß bei der Vermessung des Gegenstandes, gegebenenfalls auf Grund eines Vergleiches der Größe der Abbildung der an ihm erzeugten Lichtstreifen mit der verfügbaren Größe des Sensorelementes unter Berücksichtigung des beim Kalibrieren gewählten Abbildungsmaßstabes, der Abbildungsmaßstab bzw. die Meßfeldgröße, insbesondere automatisch, verändert und die Größe der Abbildung der am Gegenstand ausgebildeten Lichtstreifen der Größe des Sensorelementes möglichst angenähert wird bzw. die größtmögliche Meßfeldgröße gewählt wird, von welcher Kalibriermeßdaten in der Auswerteeinheit gespeichert sind.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that on at least one calibration body with predetermined calibration marks, preferably with peripheral and central calibration marks of a predetermined size, trained light strips using at least two different imaging scales or measuring field sizes are measured that the the respective images of the light strips on the sensor element received data in the Evaluation unit are stored that when measuring the object, possibly based on a comparison of the size of the image of the light stripes generated on it with the available size of the sensor element, taking into account the imaging scale selected during calibration, the imaging scale or the measuring field size, in particular automatically, changes and the size of the image of the light strips formed on the object is approximated as closely as possible to the size of the sensor element or the largest possible measurement field size is selected, from which calibration measurement data are stored in the evaluation unit. 8. Anordnung zur optoelektronischen Vermessung der Form, insbeson¬ dere Querschnittsform, von Gegenständen, z.B. Werkstücken, bzw. zum Kalibrieren von optoelektronischen Vermessungseinrichtungen, wobei auf den zu vermessenden Gegenstand und/oder auf den Kalibrierungsgegenstand mit zumindest einer Lichtquelle, vorzugsweise Laserlichtquellen, jeweils zumindest ein Lichtstreifen projiziert wird (Lichtschnittverfahren) , welche Lichtstreifen von zumindest einer vorzugsweise der Anzahl der Lichtquellen entsprechenden Anzahl von Videokameras, vorzugsweise CCD-Halbleiterkameras, aufgenommen und auf deren Sensorelement abgebildet werden, welche Kameras an eine einen Rechner umfassenden Auswerteeinrichtung zur Bildauswertung bzw. zur Berechnung der Abmessungen des Gegenstandes bzw. zur Ermittlung der Basisdaten und Basisparameter für die Kalibrierung angeschlossen sind, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (18,18',18") zur Abänderung bzw. Variation des Abbildungsmaßstabes des(r) Lichtstreifen(s) auf das Sensorelement vorgesehen sind, mit denen die Bildgröße des(r) Lichtstreifen(s) veränderbar, insbesondere an die Größe des jeweiligen Sensorelementes (34) anpaßbar ist bzw. daß Einrichtungen (18,18',18") zur Veränderung der Meßfeldgröße der Kameras (7) und zur Anpassung der Meßfeldgröße an die zu vermessenden Lichtstreifeπ an den Gegenständen (23) bzw. Gegenstandsbereichen und/oder Kalibrierkörpern (23') vorgesehen sind.8. Arrangement for optoelectronic measurement of the shape, in particular cross-sectional shape, of objects, e.g. Workpieces, or for calibrating optoelectronic measuring devices, wherein at least one light strip is projected onto the object to be measured and / or onto the calibration object with at least one light source, preferably laser light sources (light section method), which light strips from at least one, preferably the number of light sources Corresponding number of video cameras, preferably CCD semiconductor cameras, are recorded and displayed on their sensor element, which cameras are connected to an evaluation device comprising a computer for image evaluation or for calculating the dimensions of the object or for determining the basic data and basic parameters for the calibration, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 7, characterized in that devices (18, 18 ', 18 ") for changing or varying the scale of the light strip (s) on the sensor element t are provided with which the image size of the light strip (s) can be changed, in particular adapted to the size of the respective sensor element (34), or that devices (18, 18 ', 18 ") for changing the measurement field size of the cameras ( 7) and to adapt the measuring field size to the light strips to be measured on the objects (23) or object areas and / or calibration bodies (23 ') are provided. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abänderung des Abbildungsmaßstabes bzw. der Meßfeldgröße den9. Arrangement according to claim 8, characterized in that for changing the imaging scale or the measuring field size Videokameras (7), gegebenenfalls motorisch, verstellbare ZOOM-Einrichtungen (18) vorgeschaltet sind und/oder daß den Videokameras (7) Kameraobjektive (18') mit verschiedenen Brennweiten vorschaltbar sind und/oder daß Einrichtungen (18") zur Veränderung des Abstandes zwischen den Videokameras (7) und dem zu vermessenden Gegenstand (22) und/oder Kalibrierkörper(n) (23') vorgesehen sind.Video cameras (7), optionally motorized, adjustable ZOOM devices (18) are connected upstream and / or that the video cameras (7) have camera lenses (18 ') with different focal lengths can be connected upstream and / or that devices (18 ") for changing the distance between the video cameras (7) and the object to be measured (22) and / or calibration body (s) (23 ') are provided. 10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (9) einen Vergleicher bzw. Verarbeitungseinheit für von zumindest einem vermessenen Kalibrierkörper (23') stammende Daten und Parameter und für der Auswerteeiπrichtung im Zuge der Vermessung eines Gegenstandes (23) zugeführte Daten und Parameter umfaßt und daß die Auswerteeinheit (9) an die Einrichtungen (18,18',18") zur Abänderung des Abbildungsmaßstabes bzw. der Meßfeldgröße angeschlossen ist und diese mit einem vom Vergleichs- bzw Verarbeitungsergebnis abhängigen Steuersignal zur Einstellung des Abbildungsmaßstabes bzw. der Meßfeldgröße beaufschlagt.10. The arrangement according to claim 8 or 9, characterized in that the evaluation unit (9) is a comparator or processing unit for data and parameters originating from at least one measured calibration body (23 ') and for the evaluation device in the course of measuring an object (23). supplied data and parameters and that the evaluation unit (9) is connected to the devices (18, 18 ', 18 ") for changing the imaging scale or the measuring field size and this with a control signal dependent on the comparison or processing result for setting the imaging scale or the measuring field size. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Kalibrierkörper (23') mit vorgegebenen läge- und/oder größenmäßig unterschiedlichen, z.B. mit peripheren und zentralen Kalibriermarken (24,24') vorgesehen ist, der auf dem Sensorelement (34) in verschiedener Größe abbildbar ist.11. Arrangement according to one of claims 8 to 10, characterized in that at least one calibration body (23 ') with predetermined length and / or size different, e.g. with peripheral and central calibration marks (24, 24 ') is provided, which can be imaged in different sizes on the sensor element (34). 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung ein im Hinblick auf das Meßfeld langgestreckter Gegenstand, z.B. ein Lineal, ein Maßstab od.dgl., vorgesehen ist, auf den Lichtstreifen abgebildet werden, daß der Gegenstand über das Meßfeld parallel in verschiedenen Positionen angeordnet werden kann, daß die am Gegenstand abgebildeten Lichtstreifen vermessen werden, daß diese Vermessung mit einem um 90° verdrehten Gegenstand wiederholt wird, wobei in beiden Fällen die Abstände zwischen den Positionen des Gegenstandes bzw. die Positionen des Gegenstandes bekannt sind und daß die aus den Positionen der Lichtstreifen bezüglich des Gegenstandes gewonnenen Parameter und Daten der Vermessung eines Gegenstandes zugrundegelegt werden bzw. zur Auswertung der am Gegenstand abgebildeten Lichtstreifen herangezogen werden. 12. Arrangement according to one of claims 8 to 11, characterized in that for calibration an elongated object with respect to the measuring field, e.g. A ruler, a scale or the like is provided, on which light strips are imaged, that the object can be arranged in parallel across the measuring field in different positions, that the light strips imaged on the object are measured, that this measurement with a 90 ° twisted object is repeated, in both cases the distances between the positions of the object or the positions of the object are known and that the parameters and data obtained from the positions of the light strips with respect to the object are used as a basis for measuring an object or for evaluating the strips of light shown on the object can be used.
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