DE19736588A1

DE19736588A1 - Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren sowie Entfernungsmeßeinrichtung zur Verfahrensdurchführung

Info

Publication number: DE19736588A1
Application number: DE19736588A
Authority: DE
Inventors: Rolf Beck
Original assignee: Wolf & Beck Dr GmbH
Current assignee: Wolf & Beck Dr GmbH
Priority date: 1996-08-28
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1998-03-05
Also published as: US20020075485A1; US20030142324A1; US20040174543A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zum Bestimmen von Maßen in der Länge, der Breite oder der Höhe an in- oder außer halb von Bearbeitungs- oder Meßmaschinen gehalterten Objekten sowie auf eine Entfernungs-Meßeinrichtung zur Verfahrensdurchführung.

Zum Ausmessen von Objekten sind verschiedene optoelek tronische Verfahren und Einrichtungen bekannt, bei denen eine Distanzmessung derart erfolgt, daß eine Fokussierbaugruppe (Kondensor) von einer Strahlungs quelle ein Strahlenbündel erzeugt, das bei Auftreffen auf den zu prüfenden Ort (Oberfläche) eines Objekts dort einen punktförmigen Meßfleck projiziert und der reflektierte Meßfleck über eine Abbildungseinheit auf eine optoelektronische Wandlungseinheit, z. B. eine CCD-Zeile- oder -Flächen-Kamera oder eine ein- oder zweidimensionale PS-Diode, der Meßeinrichtung abgebildet wird und Signale letzterer anschließend ausgewertet werden; ein derartiges Verfahren ist z. B. das Triangulationsverfahren.

Ein weiteres Ver fahren nebst einer geeigneten Vorrichtung ist z. B. in der DE 35 07 445 C2 beschrieben.

Bei den vorgenannten Verfahren steht sowohl die Sende einheit als auch die Empfangseinheit in fester geo metrischer Beziehung zu dem Strahlenbündel. Diese Verfahren werden auch als 1D-Verfahren bezeichnet (siehe DIN V 32936-1).

Darüberhinaus sind weiterhin Lösungen bekannt, bei denen zum Messen von am Objekt zu prüfenden Flächen und Formen bzw. geometrischen Formen mehrere punkt förmige Meßflecke nacheinander oder gleichzeitig auf einer Meßstrecke (gerade Meßlinie) projiziert und gemessen werden, bzw. bilden mehrere nebeneinander liegende Meßstrecken eine Meßfläche. Derartige Verfahren werden auch 2D- oder 3D-Verfahren genannt.

Die Erzeugung dieser Meßstrecken oder Meßflächen erfolgt insbesondere entweder durch Ablenkung des Strahlenbündels, d. h. die Meßstrecke oder die Meßfläche wird durch zeitlich sequentielle Abfolge von einzelnen Meßpunkten gebildet, oder durch gleichzeitige Beleuch tung der Meßorte durch eine sogenannte strukturierte Beleuchtung.

Alle vorgenannten Meßverfahren und Meßvorrichtungen weisen unabhängig von dem zugrunde liegenden 1D-Ver fahren eine Vorzugsrichtung bezüglich einer mittleren Meßstrahlrichtung auf, da immer zumindest annähernd streckenförmige Meßlinien oder eine Vielzahl derer zur Anwendung kommen.

Dieser Nachteil tritt besonders bei bewegten Vorrich tungen auf, die bei der Anwendung auf Koordinatenmeß maschinen oder Werkzeugmaschinen zur Erfassung größerer Teile üblich sind. Dort muß nämlich die Bewegungsrich tung der Vorrichtung mit der Vorzugsrichtung der Vorrichtung abgestimmt werden, um einen bestimmungs gemäßen Einsatz zu ermöglichen. So wird z. B. eine Meßstrecke bevorzugt senkrecht zu ihrer Ausrichtung bewegt, da hiermit der größtmögliche Oberflächenbereich erfaßt werden kann, während eine Bewegung in Richtung der Meßlinie keinen Vorteil gegenüber einem 1D-Ver fahren aufweist. Letzterer Nachteil wird sehr oft vernachlässigt, da die meisten dem 2D- oder 3D-Verfahren zugrunde liegenden 1D-Verfahren auch schon eine Vorzugs richtung aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht vor allem darin, ein neues optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren sowie eine Entfernungs-Meßeinrichtung zu schaffen, die die genannten Nachteile mindestens minimieren, sowie den erforderlichen technisch-ökonomischen Aufwand gering halten und darüberhinaus eine Anpassung an verschiedene Meßaufgaben gestattet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in dem Patent anspruch 1 angegebenen Verfahrensmaßnahmen; die Pa tentansprüche 2 bis 8 zeigen vorteilhafte verfahrens mäßige Weiterbildungen der Erfindung auf. Der Patent anspruch 9 zeigt die baulichen Ausgestaltungsmerk male einer zur Verfahrensdurchführung geeigneten Entfernungs-Meßeinrichtung, die Patentansprüche 10 und 11 offenbaren nun noch Weiterbildungen der Ent fernungs-Meßeinrichtung.

Erfinderisch und grundsätzlich neu ist beim vorliegenden optoelektronischen Entfernungs-Meßverfahren, daß das reflektierende Strahlenbündel 15 von der Abbil dungseinheit 16 des Meßkopfes 1 derart abgelenkt wird, daß der auf der optoelektronischen Wandlungs einheit 17 abgebildete Meßfleck 9a unabhängig von der Drehlage des auf die Oberfläche 13 projizierten Meßfleckes 9 zur Mittenachse 6 ist.

Die an verschiedenen Orten projizierten Meßflecke 9 liegen auf der Umfangslinie L einer geometrischen Figur, die vorzugsweise eine Kreislinie L_K ist; von Fall zu Fall kann diese Umfangslinie auch die eines regelmäßigen n-Eckes oder dergleichen sein.

Bevorzugt findet die Erfindung Anwendung zur Ergänzung von optoelektronischen Meßverfahren und Einrichtungen, deren zugrunde liegendes 1D-Verfahren ein Verfahren ohne Vorzugsrichtung ist, insbesondere in Verbindung mit einer Entfernungs-Meßvorrichtung nach der DE 35 07 445 C2.

Verfahrensmäßige Weiterbildungen der Erfindung bestehen in einer zeitsynchronen Anpassung der Auswerteberechnun gen an den jeweiligen Meßort, wobei im Rahmen einer Kalibrierung für jede mögliche Drehlage des projizierten Meßflecks 9 die Funktion zwischen Abstand und Meßsignal getrennt bestimmt und im Meßbetrieb drehlagenabhängig die jeweilige Funktion aktiviert wird, oder darin, daß die optische Achse aller gesendeten Strahlenbündel unabhängig von der besagten Drehlage parallel zueinander geführt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß bei ihrem Einsatz im bewegten Meßsystem alle Bewegungs richtungen gleichberechtigt sind und kein Einfluß der Bewegungsrichtung auf das Meßergebnis zu erwarten ist.

Weitere wesentliche Vorteile der Erfindung sind, daß die zur Erzeugung der abgetasteten Umfangslinie verwendeten optischen Komponenten, die später noch beschrieben werden, einfach und preiswert sind und, daß auch bei einem Einsatz in einem nicht bewegten Meßsystem ein symmetrischer Meßraum entsteht.

Das neue Entfernungs-Meßverfahren zeichnet sich weiter hin dadurch aus, daß es zur Bestimmung der Oberflächen neigung, der örtlichen Lage von Kanten o. dgl. , des Abstandsmittelwertes, von Spaltbreiten und von Sicht- bzw. Konturlinien einsetzbar ist.

Ausgehend von den neuen, in den Patentansprüchen 1 bis 3 dokumentierten, wesentlichen bzw. ergänzenden Verfahrensschritten ist die Erfindung für die jewei ligen vorgenannten Anwendungen weiter spezifiziert worden. Diese weiteren neuen spezifischen Verfahrens schritte werden jetzt näher erläutert.

Bestimmung der Oberflächenneigung:
Das neue optoelektronische Entfernungs-Meßverfahren ist derart spezifiziert, daß die Meßwertverarbeitung zur Bestimmung der Oberflächenneigung durch Berechnung einer Ausgleichsebene durch alle Meßpunkte einer abgetasteten Umfangslinie L, bevorzugt eine Kreis linie L_K, ggf. nach vorheriger Filterung zur Rausch unterdrückung nach bekannten Verfahren, bevorzugt nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate und Berechnung des Neigungswinkels und der Orientierung besagter Ausgleichsebene, bevorzugt durch Angabe des Winkels zwischen der Senkrechten auf der Ausgleichs ebene und einer mittleren Strahlbündelrichtung und des Winkels zwischen einer willkürlich festgesetzten, vorrichtungsfesten 0°-Ebene durch diese Strahlbündel richtung und der Ebene, die durch diese Strahlbündel richtung und der Senkrechten auf der Ausgleichsebene bestimmt wird, erfolgt.

Vorteilhaft ist hier, daß die Neigungsbestimmung auch erfolgt, wenn nur ein Teil der abgetasteten Umfangslinie L gültige Meßwerte liefert. Weiterbildungen hierzu bestehen in der Bestimmung einer Gütefunktion für die Abweichung der Einzelmeß werte zu der errechneten Ausgleichsebene und den Anteil der ungültigen Meßwerte, oder darin, daß zwei oder mehr Teilbereiche der abgetasteten Umfangs linie zu getrennter Neigungsbestimmung verwendet werden.

Bestimmung des Abstandes der örtlichen Lage von Kanten o. dgl. (z. B. Innen- oder Außenkontur, Rand eines Objektes):
Die Spezifikation besteht hier darin, daß die beiden Schnittpunkte eines erzeugten Meßkreises L_K mit der Kante durch Auswertung der Abstandsänderung auf dem besagten Meßkreis L_K bestimmt werden, eine Ausgleichs gerade durch diese beiden Punkte berechnet und daß sowohl der Abstand dieser Geraden zur Mittelachse des Meßkreises L_K als auch deren Drehlage, d. h. des Winkels zwischen einer willkürlich festgesetzten, vorrichtungsfesten 0°-Ebene durch diese Mittelachse und der Ebene, die durch diese Mittelachse und einer Parallelen zu der Ausgleichsgeraden durch diese Mittel achse gebildet wird, berechnet werden.

Welcher Abschnitt des Meßkreises L_K auf dem Objekt liegt bzw. wie das Vorzeichen des Abstandes ist, wird durch die kleineren bzw. gültigen Abstandswerte in diesem Abschnitt ermittelt.

Vorteilhaft ist hierbei noch, daß die beiden Schnitt punkte ggf. nach Filterung der Einzelmeßwerte pro Meßkreis L_K durch Bestimmung der beiden größten lokalen Maxima der Abstandsänderung ermittelt werden und/oder, daß zusätzlich der mittlere Abstand aus den auf dem Objekt zwischen den beiden ermittelten Schnittpunkten liegenden Meßwerten berechnet wird.

Zusätzlich kann die Neigung aus den auf dem Objekt zwischen den beiden ermittelten Schnittpunkten liegende Meßwerten analog der Oberflächen-Neigungsbestimmung berechnet werden.

Zudem besteht noch die Möglichkeit, zusätzlich die Steigung der Ausgleichsgeraden, d. h. der Winkel zwischen der Meßkreismittelachse (optische Achse 6) und einer Parallelen zu der Senkrechten zu der Aus gleichsgeraden durch diese Meßkreismittelachse zu berechnen, sowie die Möglichkeit, die Meßunsicherheit der jeweils pro erzeugten Meßkreis L_K ermittelten Kenngrößen durch Mitteilung über mehrere Meßkreise L_K, d. h. über mehrere Umdrehungen des Einzelmeßpunktes auf dem Meßkreis L_K, zu senken.

Bestimmung des Abstandsmittelwertes:
Die speziellen Verfahrensschritte bestehen hier darin, daß auch bei nicht bewegter Vorrichtung über mehrere verschiedene Meßorte gemittelt wird und dadurch nicht nur das elektrische, zeitabhängige Rauschen, sondern auch das von den Oberflächenmikroreflexionen abhängige optische Rauschen vermindert wird.

Bestimmung von Spaltenbreiten:
Mit dem neuen optoelektronischen Entfernungs-Meß verfahren wird die Bestimmung der Spaltenbreite, insbesondere an Spalten, die kleiner sind als der erzeugte Durchmesser des Meßkreises L_K, derart durch geführt, daß die vier Schnittpunkte des Meßkreises L_K mit den beiden Rändern eines Spaltes durch Auswertung der Abstandsänderung auf dem erzeugten Meßkreis L_K bestimmt, zwei Ausgleichsgerade durch diese vier Punkte berechnet und der Abstand zwischen den beiden Strecken berechnet werden.

Welche Abschnitte der Kreislinie L_K auf den beiden den Spalt einschließenden Bauteilen liegt, wird durch die kleineren bzw. gültigen Abstandswerte in diesen Abschnitten ermittelt. Als Abstand wird bevorzugt der Abstand definiert, der durch die kürzeste Ver bindungsstrecke durch die Meßkreismittelachse zwischen den beiden Ebenen, die aus jeweils einer Parallelen zur Mittelachse des Meßkreises L_K durch jeweils eine Ausgleichsgerade und der jeweiligen Ausgleichsgeraden gebildet werden, definiert ist.

Eine Weiterbildung hierzu ist, daß die vier Schnitt punkte ggf. nach Filterung der Einzelmeßwerte pro Meßkreis L_K durch Bestimmung der vier größten lokalen Maxima der Abstandsänderung ermittelt werden; eine Weiterung ist zudem, daß zusätzlich die Parallelität der Spaltbreite berechnet wird. Bevorzugt wird diese Parallelität durch den Winkel zwischen den beiden Ebenen, die aus jeweils einer Parallelen zur Mittel achse des Meßkreises L_K durch jeweils eine Ausgleichs gerade und der jeweiligen Ausgleichsgeraden gebildet werden, definiert.

Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten zur Bestimmung der Spaltbereite sind nun noch:
daß die Spaltablage bezogen auf die Meßkreismittelachse berechnet wird. Bevorzugt wird die Spaltablage durch den Abstand der Winkelhalbierenden der beiden Ausgleichs geraden zur Mittelachse des Meßkreises L_K bestimmt;
daß zudem die Spaltorientierung berechnet wird. Bevor zugt wird die Spaltorientierung als Winkel zwischen einer willkürlich festgesetzten, vorrichtungsfesten 0°-Ebene durch die Meßkreismittelachse und der Ebene, die durch diese Mittelachse und einer Parallelen zu der Winkelhalbierenden durch diese Mittelachse gebildet wird, definiert;
oder, daß zudem auf beiden Seiten des Spaltes der mittlere Abstand als Mittelwert der auf dem jeweiligen Objekt 12 zwischen den beiden ermittelten Schnitt punkten liegenden Meßwerten berechnet wird;
oder, daß zudem zusätzliche die beiden Neigungen aus den auf den beiden Objekten 12 zwischen den jewei ligen beiden ermittelten Schnittpunkten liegenden Meßwerten analog zur Oberflächen-Neigungsbestimmung berechnet werden;
oder, daß zudem der Höhenversatz der beiden Ränder des Spaltes im Bereich des Meßkreisdurchmessers be rechnet wird. Der Höhenversatz wird dabei bevorzugt als Differenz der beiden nach den weiter vorn genannten ermittelten mittleren Abstandswerten bestimmt. Die Berechnung des Höhenversatzes kann noch bezogen werden auf eine der beiden Ausgleichsebenen durch die auf den beiden Objekten 12 zwischen den jeweiligen beiden ermittelten Schnittpunkten liegenden Meßwerte, oder gleichberechtigt durch eine durch beide Ebenen bestimmte mittlere Ebene, erfolgen, d. h. auf eine Ebene senkrecht zur winkelhalbierenden Ebene der beiden Ebenen. Dadurch wird auch bei geneigter Vorrichtung ein objektbezogener, von der Orientierung der Vorrichtung unabhängiger Höhenversatz ermittelt.

Dieser Höhenversatz wird bevorzugt berechnet aus dem Abstand des Mittelpunktes eines der beiden Strecken durch die Schnittpunkte und der Ausgleichsebene durch die Meßpunkte auf dem jeweils anderen Bauteil oder, falls die mittlere Ebene als Bezugsebene gewählt wird, durch die Differenz der Abstände der beiden Mittelpunkte der beiden Strecken zu dieser Ebene.

Zudem kann noch der Höhenversatzverlauf der beiden Ränder des Spaltes berechnet werden. Bevorzugt wird der Höhenversatzverlauf definiert als Winkel zwischen den beiden Geraden, die sich als Schnittgeraden der Ebene durch die Winkelhalbierende der beiden Strecken und der Meßkreismittelachse und der beiden Ausgleichs ebenen auf den beiden Objekten ergeben. Desweiteren kann die Meßunsicherheit der jeweils pro Meßkreis L_K ermittelten Kenngrößen durch Mittelung über mehrere Meßkreise L_K, d. h. für Meßverfahren mit mehreren Umdrehungen des Einzelmeßpunktes auf dem Meßkreis L_K, verringert werden.

Bestimmung von "Sicht- bzw. Konturlinien":
Die ergänzenden Spezifika zum optoelektronischen Entfernungs-Meßverfahren bestehen hier darin, daß vordefinierte Abstandsänderungsmuster erkannt, deren Symmetrieachse und deren räumliche Lage bezogen auf die Meßkreismittelachse berechnet werden, wobei vorzugs weise statt vordefinierter Abstandsänderungsmuster allgemeine Mustererkennungsfunktionen zum Erkennen von Sicht- und Konturlinien verwendet werden können. Dabei ist diese Mustererkennungsfunktion vorzugsweise die Bestimmung von lokalen Maxima bzw. Minima, wobei durch geeignete Zuordnung Linienmuster erkannt werden.

Darüber hinaus kann ebenfalls eine Meßwertverarbeitung hinsichtlich einer Tapewertbestimmung erfolgen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von schematisiert in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen dabei:

Fig. 1 eine erfinderische Entfernungs- Meßeinrichtung, bei der das gesendete Strahlenbündel parallel zur optischen Achse des Meßkopfes abgelenkt auf das Objekt trifft,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das nach Fig. 1 angestrahlte Objekt und Sicht auf ein erzeugtes Meßfeld mit abgetasteter Kreislinie,

Fig. 3 eine Sicht von unten in den Meßkopf mit kreislinienförmiger Anordnung mehrerer punktförmiger Strahlungs quellen und

Fig. 4 eine Sicht von unten in den Meßkopf mit flächenmäßiger Anordnung mehrerer punktförmiger Strahlungsquellen.

Das in Fig. 1 dargestellte, bevorzugte Ausführungs beispiel einer neuen optoelektronischen Entfernungs- Meßeinrichtung "M" ist vorzugsweise zur Durchführung des neuen optoelektronischen Entfernungs-Meßverfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 8 geeignet. Fig. 1 zeigt einen an einem Gestell 11 gehalterten an sich bekannten Meßkopf 1, der mindestens eine Beleuchtungseinheit 2 mit einer Strahlungsquelle 3 und einem Kondensor 4 sowie eine Abbildungseinheit 16 mit nachgeordneter optoelektronischer Wandlungsein heit 17 aufweist. Zudem ist der Meßkopf 1 bzw. Teile von letzterem 1 mittels Signal- bzw. Steuerimpuls leitungen 20, 21, 22 mit einer Auswerte- 18 und einer Steuereinheit 19 verbunden; in spezieller Ausbildung können bei Bedarf zumindest Teile der Auswerte- und/oder Steuereinheit 18 bzw. 19 direkt im Meßkopf angeordnet sein.

Wesentlich ist nun hier vorrichtungs- als auch ver fahrensmäßig, daß das gesendete Strahlenbündel 5 als Meßfleck 9 auf der Oberfläche 13 des gezeigten auszumessenden Objektes 12 entlang der Umfangslinie "L" einer vorgebbaren geometrischen Fig. 5, hier im speziellen eine Kreislinie "L_K", projiziert wird, siehe auch Fig. 2. Die abgetastete Umfangslinie "L" beschränkt sich dabei nicht nur vorzugsweise auf eine Kreislinie "L_K", sondern kann auch die Umfangs linie eines regelmäßigen n-Ecks, eines gleichseitigen Dreiecks, eines Quadrates oder anderer geometrischer Figuren sein. Die Form der abzutastenden Umfangslinie hängt dabei im wesentlichen von der gestellten Meß aufgabe ab.

In bevorzugter Ausbildung ist vorgesehen, daß objekt seitig am Meßkopf 1 eine Ablenkeinheit 7 angeordnet und derart ausgebildet ist, daß das gesendete Strahlen bündel 5 aus der optischen Achse 6 heraus in eine parallel verlaufende optische Zweitachse 8 umgelenkt wird, wobei die optische Zweitachse 8 um die optische Achse 6 wahlweise drehbar ist; die Rotation der optischen Zweitachse 8 um die optische Achse 6 erfolgt dabei vorzugsweise kontinuierlich.

Das jeweils vom sequentiell an verschiedenen Orten projizierten punktförmigen Meßfleck 9 ausgehende reflektierte Strahlenbündel 15 wird über eine Ab bildungseinheit 16 auf eine optoelektronische Wandlungs einheit 17 des Meßkopfes 1 abgebildet 9a. Die von letzterer 17 jeweils erzeugten Signale 20 werden dann in einer Auswerteeinheit 18 bewertet.

Weiter und besonders wesentlich ist nun hier, daß das reflektierte Strahlenbündel 15 von der Abbildungs einheit 16 des Meßkopfes 1 derart abgelenkt wird, daß der auf die optoelektronische Wandlungseinheit abgebildete Meßfleck 9a unabhängig von der Drehlage des auf der Oberfläche 13 projizierten Meßfleckes 9 zur optischen Mittenachse 6 des Meßkopfes 1 ist. Systembedingte Abbildungsfehler, insbesondere bei Messungen nach dem Triangulationsprinzip, werden somit wesentlich minimiert bzw. eliminiert.

Verfahrens- und vorrichtungsmäßige Weiterbildungen der Erfindung bestehen nun noch darin, daß die im Meßkopf 1 vorgesehenen Mittel zur Proji zierung des gesendeten Strahlenbündels 5 und die Mittel zur Abbildung des reflektierten Strahlenbündels 15 zumindest teilweise ein und dieselben optischen Teile bzw. Baugruppen sind, die zudem verstellbar gehaltert sind, und/oder daß die besagten Mittel zur Projizierung und die besagten Mittel zur Abbildung jeweils mindestens eine planparallele Platte beinhalten. Zudem werden Weiterbildungen der Erfindung in den weiteren Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 bis 4a aufgezeigt.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Meßkopf 1 mehrere flächenmäßig angeordnete und wahlweise betreibbare, punktförmige Strahlungs quellen 3a . . . , 3n, vorgesehen sind, die vorzugsweise entsprechend der jeweils gewählten abzutastenden Umfangslinie L liegen, die hier eine Kreislinie "L_K" ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 werden aus einer Vielzahl von im Meßkopf 1 flächenmäßig angeordneten punktförmigen Strahlungsquellen 3a . . . , 3n entsprechend der gewählten abzutastenden Umfangslinie bzw. -linien die betreffenden Strahlungsquellen vorzugsweise seit lich sequentiell betrieben.

Bei dem vorrichtungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 besteht darüber hinaus noch die Möglichkeit, daß von der Vielzahl der punktförmigen Strahlungsquellen 3a . . . , 3n mehrere oder alle Strahlungsquellen 3a . . . , 3n gleichzeitig in Betrieb sind und, daß den in Betrieb befindlichen Strahlungs quellen 3a . . . , 3n entsprechend der wählbaren Umfangs linie jeweils eine spezifische Modulation zugeordnet wird.

Im Wesen der Erfindung liegt zudem auch, daß die abgetastete Umfangslinie "L" durch Bewegung der das Objekt 12 halternden Aufnahme 14 erzeugt wird.

Durch das neue optoelektronische Entfernungs-Meßver fahren und die optoelektronische Entfernungs-Meßein richtung sowie den auf die besagten Anwendungs gebiete bezogenen neuen erfinderischen Verfahrens schritte ergeben sich für die Praxis neue Meßqualitäten.

Alle in der vorstehenden Beschreibung genannten sowie auch die nur allein aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Bezugszeichenliste

1 Meßkopf
2 Beleuchtungseinheit (Projektionseinheit)
3, 3a . . . , 3n Strahlungsquellen
4 Kondensor (Fokussierbaugruppe)
5 gesendetes Strahlenbündel
6 optische Achse (der Beleuchtungseinheit/ des Meßkopfes)
7 Ablenkeinheit (mit Planplatten o. Reflexions prismen o. Spiegelsystem o. Strahlenteiler)
8 optische Zweitachse
9 Meßfleck/Marke
9a abgebildeter Meßfleck
10 Meßfeld/Meßfläche
11 Gestell
12 Objekt
13 Objektoberfläche
14 Aufnahme
15 reflektierte/-er Strahlenbündel
16 Abbildungseinheit
17 optoelektronische Wandlungseinheit
18 Auswerteeinheit
19 Steuereinheit
20, 21, 22 Signal- bzw. Steuerimpulsleitungen
23 Zusatzgehäuse
M Entfernungs-Meßeinrichtung
L abgetastete Umfangslinie
L_K Kreislinie

Claims

1. Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren bei dem mindestens ein von einem Meßkopf (1) einer Meßeinrichtung (M) gesendetes Strahlenbündel (5) auf einer Oberfläche (13) eines auszumessenden Objektes (12) als punktförmiger Meßfleck (9) an verschiedenen Orten auf der Umfangslinie (L) einer geometrischen Figur projiziert wird sowie das reflektierte Strahlenbündel (15) über eine Ab bildungseinheit (16) den jeweiligen Meßfleck (9) auf eine optoelektronische Wandlungseinheit (17) des Meßkopfes (1) abgebildet und die von letzterer (17) jeweils erzeugten Signale (20) in einer Aus werteeinheit (18) bewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierte Strahlenbündel (15) von der Abbildungseinheit (16) des Meßkopfes (1) derart abgelenkt wird, daß der auf der optoelektronischen Wandlungseinheit abgebildete Meßfleck (9a) unab hängig von der Drehlage des auf der Oberfläche (13) projizierten Meßfleckes (9) zur optischen Mitten achse (6) des Meßkopfes (1) ist.

2. Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zeitsynchrone Anpassung der Auswerteberechnungen an den jeweiligen Meßort, wobei im Rahmen einer Kalibrierung für jede mögliche Drehlage des projizierten Meßflecks (9) die Funktion zwischen Abstand und Meßsignal getrennt bestimmt und im Meßbetrieb drehlagenabhängig die jeweilige Funktion aktiviert wird.

3. Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Achse (8) aller gesendeten Strahlen bündel (5) unabhängig von der Drehlage parallel zueinander verlaufen.

4. Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Bestimmung der Oberflächenneigung einge setzt wird, wobei die Meßwertverarbeitung zur Bestimmung der Oberflächenneigung durch Berechnung einer Ausgleichsebene durch alle Meßpunkte einer gemessenen Umfangslinie (L) und Berechnung des Neigungswinkels und der Orientierung besagter Ausgleichsebene erfolgt.

5. Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Abstandsmittelwertbestimmung eingesetzt wird, wobei eine Meßwertverarbeitung zur Bestimmung des Abstandsmittelwertes über die abgetastete Umfangslinie (L) erfolgt.

6. Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Bestimmung der örtlichen Lage von Kanten o. dgl. eingesetzt wird, wobei die Meßwertverar beitung derart erfolgt, daß die Schnittpunkte der abgetasteten Umfangslinie (L) mit der abge tasteten Kontur durch Auswertung der Abstands änderung auf der Kreislinie bestimmt, eine Aus gleichsgerade durch diese beiden Punkte berechnet und daß sowohl der Abstand dieser Ausgleichsgeraden zur Mittelachse des von der Kreislinie gebildeten Meßkreises (L_K) als auch deren Drehlage berechnet werden.

7. Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Bestimmung von Spaltbreiten, die kleiner sind als z. B. der Durchmesser der Meßkreise (L_K) eingesetzt wird, wobei eine Meßwertverarbeitung derart erfolgt, daß die vier Schnittpunkte des Meßkreises (L_K) mit den beiden Rändern eines Spaltes durch Auswertung der Abstandsänderung auf dem erzeugten Meßkreis (L_K) bestimmt, zwei Ausgleichs geraden durch diese vier Punkte sowie der Abstand zwischen den beiden Strecken berechnet werden.

8. Optoelektronisches Entfernungs-Meßverfahren nach mindestens einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Bestimmung von Sicht- bzw. Konturlinien eingesetzt wird, wobei eine Meßwertverarbeitung zur Bestimmung von Sichtlinie und Konturlinien auf einem Objekt derart erfolgt, daß vordefinierte Abstandsänderungsmuster erkannt, die Symmetrieachse letzterer sowie deren räumliche Lage bezogen auf die Mittelachse der abgetasteten geometrischen Figur berechnet werden.

9. Entfernungs-Meßeinrichtung zur Durchführung eines optoelektronischen Entfernungs-Meßverfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, die ein Gestell und mindestens einen Meßkopf (1) sowie mindestens eine Auswerte- (18) und eine Steuereinheit (19), die miteinander mittels Signalleitungen in Verbindung stehen, aufweist, und deren Meßkopf (1) Mittel zur Erzeugung, Aus sendung und Projizierung von mindestens einem Strahlenbündel (5) entlang der Umfangslinie (L) einer vorgebbaren geometrischen Figur auf einem Objekt (12) sowie Mittel zur Abbildung des vom angestrahlten Objekt (12) reflektierten Strahlen bündels (15) auf mindestens eine optoelektronische Wandlungseinheit (17) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Projizierung des gesendeten Strahlenbündels (5) entlang der Umfangslinie (L) einer vorgebbaren Figur und die Mittel zur Ab bildung des reflektrierten Strahlenbündels (15) auf die optoelektronische Wandlungseinheit (17) derart gewählt und so angeordnet sind, daß system bedingte Abbildungsfehler, insbesondere bei Messungen nach dem Triangulationsprinzip wesentlich minimiert bzw. eliminiert werden.

10. Entfernungs-Meßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten Mittel zur Projizierung und die besagten Mittel zur Abbildung jeweils mindestens eine planparallele Platte beinhalten.

11. Entfernungs-Meßeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßkopf (1) vorgesehenen Mittel zur Projizierung des gesendeten Strahlenbündels (5) und die Mittel zur Abbildung des reflektierten Strahlenbündels (15) zumindest teilweise ein und dieselben optischen Teile bzw. Baugruppen sind, die zudem verstellbar gehaltert sind.