DE102018201481A1 - Apparatus and method for determining the three-dimensional surface geometry of objects - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer dreidimensionalen Oberflächengeometrie eines Objekts (8). Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung (10) einen elektrostatischen Ladungsgenerator (1) zum elektrostatischen Aufladen des Objekts (8), eine Messeinrichtung (2) zum Messen einer Differenz (z) eines elektrostatischen Potentials (φ) an einer Vielzahl an Messpunkten (i) auf der Oberfläche (8a, 8b) des Objekts (8) gegenüber einem Referenzpotential (φ(0)) und eine Recheneinrichtung zum Berechnen der Oberflächengeometrie des Objekts (8) aus den gemessenen Differenzen (z) des elektrostatischen Potentials (φ) an der Vielzahl an Messpunkten (i) auf der Oberfläche (8a, 8b) des Objekts (8) gegenüber dem Referenzpotential (φ(0)).The invention relates to a device (10) for determining a three-dimensional surface geometry of an object (8). According to the invention, the device (10) comprises an electrostatic charge generator (1) for electrostatically charging the object (8), measuring means (2) for measuring a difference (z) of an electrostatic potential (φ) at a plurality of measuring points (i) on the Surface (8a, 8b) of the object (8) against a reference potential (φ (0)) and a calculator for calculating the surface geometry of the object (8) from the measured differences (z) of the electrostatic potential (φ) at the plurality of measurement points (i) on the surface (8a, 8b) of the object (8) with respect to the reference potential (φ (0)).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der dreidimensionalen Oberflächengeometrie von Objekten nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6.The invention relates to a device and a method for determining the three-dimensional surface geometry of objects according to the preambles of claims 1 and 6.
Es gibt eine Vielzahl an Methoden, die Oberflächengeometrie eines Gegenstands, insbesondere eines Brillenglases zu vermessen. Es sind insbesondere mechanisch oder optisch abtastende Verfahren, deflektometrische Verfahren oder auch interferometrische Verfahren bekannt.There are a variety of methods to measure the surface geometry of an object, in particular a spectacle lens. In particular, mechanically or optically scanning methods, deflektometric methods or else interferometric methods are known.
Die
Laserscanning (auch Laserabtastung) bezeichnet das zeilen- oder rasterartige Überstreichen von Oberflächen oder Körpern mit einem Laserstrahl, um deren Objektgeometrie zu erfassen. In der
Aus der
Ein deflektometrisches Verfahren ist z.B. aus der
Die
Ein anderes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Vermessen der Topografie und/oder des Gradienten und/oder der Krümmung einer das Licht reflektierenden Fläche eines in einem Aufnahmebereich angeordneten Brillenglases ist in der
Die
Obwohl sich die vorstehend angegebenen Verfahren und Vorrichtungen dem Grunde nach bewährt haben, besteht der Bedarf nach einem einfachen, kostengünstigen und dennoch schnellen Gerät zur Bestimmung der dreidimensionalen Oberflächengeometrie von Objekten, insbesondere von Brillengläsern.Although the above-mentioned methods and devices have proven their worth, there is a need for a simple, inexpensive and yet fast apparatus for determining the three-dimensional surface geometry of objects, in particular spectacle lenses.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine einfache, kostengünstige und vergleichsweise schnell messende Vorrichtung zur Bestimmung der dreidimensionalen Oberflächengeometrie von Objekten, insbesondere von Brillengläsern bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches, kostengünstiges und vergleichsweise schnelles Verfahren zur Bestimmung der dreidimensionalen Oberflächengeometrie von Objekten, insbesondere von Brillengläsern bereitzustellen.The object of the invention is therefore to provide a simple, cost-effective and comparatively quickly measuring device for determining the three-dimensional surface geometry of objects, in particular of spectacle lenses. A further object of the invention is to provide a simple, inexpensive and comparatively fast method for determining the three-dimensional surface geometry of objects, in particular of spectacle lenses.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and a method having the features of patent claim 6. Advantageous embodiments and modifications of the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der dreidimensionalen Oberflächengeometrie eines Objekts umfasst
- - einen elektrostatischen Ladungsgenerator zum elektrostatischen Laden des Objekts,
- - eine Messeinrichtung zum Messen einer Differenz des elektrostatischen Potentials an einer Vielzahl an Messpunkten auf der Oberfläche des Objekts gegenüber einem Referenzpotential und
- - eine Recheneinrichtung zum Berechnen der Oberflächengeometrie aus den gemessenen Differenzen des elektrostatischen Potentials an der Vielzahl an Messpunkten.
- - an electrostatic charge generator for electrostatically charging the object,
- a measuring device for measuring a difference of the electrostatic potential at a plurality of measuring points on the surface of the object with respect to a reference potential and
- - A computing device for calculating the surface geometry from the measured differences in the electrostatic potential at the plurality of measurement points.
Die oben gestellte Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vollumfänglich gelöst.The above object is achieved in full by the device according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der dreidimensionalen Oberflächengeometrie eines Objekts umfasst die Schritte:
- - elektrostatisches Aufladen des Objekts,
- - Messen einer Differenz des elektrostatischen Potentials an einer Vielzahl an Messpunkten auf der Oberfläche des Objekts gegenüber einem Referenzpotential und
- - Berechnen der Oberflächengeometrie aus den gemessenen Differenzen des elektrostatischen Potentials an der Vielzahl an Messpunkten.
- - electrostatic charging of the object,
- Measuring a difference of the electrostatic potential at a plurality of measuring points on the surface of the object with respect to a reference potential and
- Calculating the surface geometry from the measured differences in the electrostatic potential at the plurality of measurement points.
Die oben gestellte Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vollumfänglich gelöst.The above object is achieved by the inventive method in full.
Vorteilhafterweise umfasst die Messeinrichtung eine Scan-Kassette, wobei die Scan-Kassette eine Mehrzahl an Sonden aufweist. Die Scan-Kassette weist im Allgemeinen eine geradlinige Gestalt auf, längs der die Sonden hintereinander angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich die Potentialdifferenzen in einer Richtung (z.B. längs einer
Weiter kann die Scan-Kassette eine Mehrzahl an parallel zueinander angeordneten mit Masse verbundenen Platten umfasst, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Platten, jeweils eine der Sonden angeordnet ist. Jede Sonde ist auf diese Weise von der benachbarten Sonde abgeschirmt.Furthermore, the scan cassette may comprise a plurality of mutually parallel connected to ground plates, wherein between each two adjacent plates, each one of the probes is arranged. Each probe is shielded from the adjacent probe in this way.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Scan-Kassette translatorisch verschiebbar ausgebildet. Damit können nicht nur Potentialdifferenzen in einer Richtung, sondern auch in einer dazu senkrechten Richtung (z.B. längs einer
Es kann ein Motor zum translatorischen Verschieben der Scan-Kassette vorhanden sein. Die Scan-Kassette lässt sich auf diese Weise in vorbestimmter Weise über das Objekt hinweg bewegen.There may be a motor for translationally moving the scan cassette. The scan cassette can thus be moved over the object in a predetermined manner.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen.
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 3D-Scanners im Querschnitt -
2 den erfindungsgemäßen 3D-Scanner nach der1 in perspektivischer Darstellung -
3 eine Potentialverteilung des in der2 gezeigten Diaphragmas, welches Bestandteil des in den1 und2 gezeigten 3D-Scanners ist -
4 eine Messeinrichtung zur Bestimmung des elektrostatischen Potentials, welches bei dem 3D-Scanner nach den1 und2 verwendet wird
-
1 An embodiment of a 3D scanner according to the invention in cross section -
2 the inventive 3D scanner according to the1 in perspective view -
3 a potential distribution of in the2 Diaphragm shown, which is part of the in the1 and2 shown 3D scanner is -
4 a measuring device for determining the electrostatic potential, which in the 3D scanner after the1 and2 is used
Die
Während die in der
Das Prinzip des erfindungsgemäßen 3D-Scanners
Aus der Kenntnis der Potentialdifferenz
Auf Grundlage dieses Prinzips kann das in den
Der 3D-Scanner
Die Länge jeder Kassette
Für jeden Punkt
Es versteht sich von selbst, dass eine Bestimmung der Oberflächengeometrie, also der Geometrie der Oberflächen
Der Elektromotor nach dem Ausführungsbeispiel ist kein Schrittmotor. Um die
Jedes Diaphragma
Der Trigger kann mit dem Maximum oder mit dem Minimum des gemessenen Potentials cp(d) ausgelöst werden. Es werden Messungen an vorbestimmten Punkten auf der y-Achse vorgenommen. Die vollständige Messung des Objekts
Die Software kann eine Selbstabstimmungssoftware enthalten, die ein Kalibrierungsobjekt verwendet. Dieses dient dazu, die verschiedenen Koeffizienten
Ein Komparator
Es sei erwähnt, dass eine kleine Revision des Gerätes (nur Software) es erlaubt, die Messwerte als Maß für optische Eigenschaften von optischen Linsen zu verwenden. It should be noted that a small revision of the device (software only) allows to use the measurements as a measure of optical properties of optical lenses.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektrostatischer Ladungsgeneratorelectrostatic charge generator
- 22
- Komparatorcomparator
- 33
- Anzeigedisplay
- 44
- Scan KassetteScan cassette
- 4a4a
- Platteplate
- 4b4b
- Sondeprobe
- 55
- Diaphragmadiaphragm
- 66
- Kathodecathode
- 77
- Kathode/ObjekthalterCathode / object holder
- 88th
- Messobjektmeasurement object
- 8a8a
- Oberflächesurface
- 8b8b
- Oberflächesurface
- 1010
- 3D-Scanner3D scanner
- 1212
- Aufnahmeadmission
- 14a14a
- Linieline
- 14b14b
- Linieline
- 14c 14c
- Linieline
- 14d14d
- Linie line
- φl φ l
- elektrostatisches Potentialelectrostatic potential
- φ(0)φ (0)
- elektrisches Grundpotentialbasic electric potential
- Ladungcharge
- ii
- PunktPoint
- kk
- Koeffizientcoefficient
- mm
- Koeffizientcoefficient
- rr
- Abstanddistance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102014222628 A1 [0008, 0022, 0023]DE 102014222628 A1 [0008, 0022, 0023]
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- JP 2001227908 A [0009]JP 2001227908A [0009]
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---|---|---|---|
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |