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DE2514930A1 - Verfahren zur optischen ermittlung und zum vergleich von formen und lagen von objekten - Google Patents

Verfahren zur optischen ermittlung und zum vergleich von formen und lagen von objekten

Info

Publication number
DE2514930A1
DE2514930A1 DE19752514930 DE2514930A DE2514930A1 DE 2514930 A1 DE2514930 A1 DE 2514930A1 DE 19752514930 DE19752514930 DE 19752514930 DE 2514930 A DE2514930 A DE 2514930A DE 2514930 A1 DE2514930 A1 DE 2514930A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
shape
lines
arrangement
line
arrangements
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.)
Withdrawn
Application number
DE19752514930
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Dr Ing Rottenkolber
Hans Dr Ing Steinbichler
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.)
OPTO PRODUKTE AG
Original Assignee
OPTO PRODUKTE AG
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 OPTO PRODUKTE AG filed Critical OPTO PRODUKTE AG
Priority to DE19752514930 priority Critical patent/DE2514930A1/de
Priority to FR7606176A priority patent/FR2306427A1/fr
Priority to CH281476A priority patent/CH604128A5/xx
Priority to GB11604/76A priority patent/GB1513523A/en
Priority to US05/670,104 priority patent/US4111557A/en
Priority to JP51037324A priority patent/JPS51139355A/ja
Publication of DE2514930A1 publication Critical patent/DE2514930A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • 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
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

HUBERT FREIHERR VON WELSE« RECHTSANWALT
ZUOELAaSEN AN DEN LANDQERIOHTEN MÜNCHEN I UNO It1
AM OBERLANDESQERIOHT MÜNOHEN UND AM
BAYERiSOHKN OBERSTEN LANDESQERiOHT
MÜNOHEN 4O OANZIQER 8TRA88E IB TRMiPON oeo/a ei so so
26. März 1975
25H930
Beschreibung der Erfindung
Verfahren zur optischen Ermittlung und zum Vergleich von Formen und Lagen von Objekten
Anmelder;
Firma OPTO Produkte AG Walchestraße 19 CH-8006 Zürich/Schweiz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Ermittlung von Formabweichungen/ Formänderungen und Lageänderungen/ bei dem mittels Lichtstrahlen auf dem Objekt Muster erzeugt und diese durch eine photoelektronische Einrichtung abgebildet werden.
609842/0486
BANKKONTO! OBUTiOHe BANK AO MÜNCHEN 88/808*9 (BLZ 7OO70010) ■ POSTSCHgCKKONTO: ΜΟΝΟΗβΝ Ιθβββ«-βΟ3
dsütsohc bank ao munohcn sa/seeeo (blz 7oo7ooio)
25U93Q
Unter Ermittlung der Formabweichung ist ein Vergleich der Istform eines Objektes gegenüber seiner Sollform zu verstehen, die durch ein Meisterobjekt, ein Modell nach Maßstabstransformation oder durch ein nur rechnerisch oder zeichnerisch bestimmtes ideelles Objekt repräsentiert wird.
Unter Ermittlung der Formänderung und der Lageänderung ist ein Vergleich der Form oder Lage ein und desselben Objektes in ihren zeitlichen Veränderungen zu verstehen.
Neben der Formabweichung ist eine Lageabweichung eines Objektes gegenüber seinem durch Meisterobjekt, Modell, Rechenwert oder Zeichnung definierten Sollzustand möglich, oder auch eine bloße Lageabweichung ohne Formänderung, z.B. wenn eine zu vermessende Turbinenschaufel in ihrem Winkel zur Rotationsachse der Turbine verdreht ist. Die Lageabweichung ist aber von der hier behandelten Verfahrenstechnik her gesehen nur ein Unterfall der Formabweichung.
Möglichst exakte Ermittlung und Vergleich der Form und Lage von Objekten hat in der Technik eine hohe Bedeutung erlangt und es seien im Folgenden wichtige Anwendungsbeispiele genannt:
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25U930
Bei Herstellung komplizierter technischer Formen, wie Turbinenschaufeln oder Flügel von Schiffspropellern muß die Abweichung vom Sollzustand, sowohl was Form wie Lage betrifft in einer Formtreueprüfung ermittelt werden. Schwingungen von Bauteilen können besonders in der Nähe des Resonanzbereiches zu deren Bruch führen. Sie können durch Schallabstrahlung schwerwiegende Umweltstörungen hervorrufen oder die Funktionsunfähigkeit ganzer Anlagen, wie z.B. Druckmaschinen, zur Folge haben. Um solche Schwingungen zu beherrschen, ist Kenntnis ihrer Form und Amplitude notwendig. In einer Schwingungsanalyse können durch Vergleich beispielsweise zweier Positionen des schwingenden Bauteiles die notwendigen Informationen erhalten werden. Die Verformung von Bauteilen unter statischer Belastung kann zu deren Zerstörung führen. Es ist daher notwendig, bei der Konstruktion örtliche Spitzenbelastungen zu vermeiden. Die Möglichkeiten rechnerischer Lösungen sind oft begrenzt. Es ist jedoch möglich, im Versuch die Stellen maximaler Belastung durch Formvergleich des belasteten Zustands mit dem unbelasteten zu ermitteln. Durch Werkstofffehler, z.B. Gußfehler bei Metallen oder Schichtablösungen bei Autoreifen,können unregelmäßige Verformungen unter vorgegebener Belastung auftreten, die durch Formvergleich des Zustandes des Objektes vor und bei Änderung z.B. des Umgebungsdruckes oder des Wärmezustandes des Objektes oder seiner statischen Belastung in einer Werkstoffprüfung festgestellt werden können.
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Das wohl gängigste bekannte Verfahren des Formtreue-Vergleichs ist das berührende Abtasten des Prüflings längs einer Koordinate, wobei Bezugspunkte festzustellen sind. Man erhält dadurch die Kontur in absoluten Werten durch Anzeige einer Uhr oder digital und der so gewonnene Istwert kann mit den Werten eines Meisterstückes oder mit rechnerischen Werten verglichen werden. Der Zeit- und Personalaufwand ist aber erheblich. Die Lasertechnik ermöglicht eine Reihe von berührungsfreien Verfahren des Formtreue-Vergleichs. Bei einem dieser Verfahren wird der Laserstrahl auf einen Punkt der Oberfläche fokussiert und die Laufzeit des reflektierten Strahles nach dem Radarprinzip elektronisch gemessen. Dieses Verfahren findet beispielsweise Anwendung zum Vermessen von Reifenform-Kokillen. Holographische Verfahren haben bisher wegen ihrer komplizierten Handhabung noch keinen Eingang in die Praxis gefunden. Sie können nur unter erheblichem rechnerischen Aufwand mit Hilfe von Verschiebevektoren zu digitalen Ergebnissen führen (vergleiche Steinbichler u.a.: "Quantitative Auswertung von Hologrammen" in Laser+Elektro-Optik Nr. 5/1973). In dem noch nicht zum veröffentlichten Stand der Technik gehörenden Gitterprojektionsverfahren werden diese Nachteile zwar weitgehend vermieden. Eine automatische Auswertung ist hier zwar möglich, erfordert aber einen hohen Aufwand (DP-Anmeldung 24 10 947.5). Schließlich sei noch auf ein
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25U930
nicht-lasertechnisches Verfahren nach Takasaki hingewiesen, welches zwar vom Aufwand und der Handhabung her einfach ist, dessen Messgenauigkeit jedoch nicht befriedigen kann(Takasaki: Moire Topography "In Applied Optics" 1970 Seite 1467 bis 72).
Zur Schwingungsanalyse verwendet man zur Ausmessung von Schwingungen sogenannte Beschleunigungsaufnehmer, welche punktweise angebracht werden können. Schallabstrahlungen werden mit geeigneten Mikrofonen gemessen. Die Feststellung von Feldern setzt einen stationären Zustand voraus. Die holographische Timeaver age-Methode und die Doppelimpuls-Holographie für aperiodische Schwingungen brachten zwar erhebliche Fortschritte. Jedoch gelten auch hier die für holographische Methoden gemachten Einschränkungen.
Für die statische Konstruktionsoptimierung stehen zahlreiche Messverfahren zur Verfügung. Diese reichen von der punktweisen Bestimmung der Verformung mit Hilfe von Tastern über den Messtreifen hin bis zur Spannungsoptik. Erhebliche Vorteile bietet/diesem Zusammenhang die holographische Interferometrie. Gegenüber der Spannungsoptik ergeben sich Messmöglichkeiten am wirklichen Objekt, gegenüber dem Dehnmessstreifen-Verfahren der Vorteil der bildmäßigen Erfassung. Von Nachteil ist jedoch, vom Aufwand abgesehen, die übergroße Empfindlichkeit der holographischen Anordnung. Problematisch ist auch die Auswertung holographischer Interferogramme, da der totale Verformungsvektor zur Interferenzanzeige beiträgt, im allgemeinen
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aber nur Vektorkomponenten interessieren. Vorallem bereitet jedoch die digitale Darstellung große Schwierigkeiten.
Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung standen zunächst Verfahren mit Anwendung von Ultraschall/ Röntgenstrahlen, Thermographie und Schallemission zur Verfügung, die durch holographische Methoden ergänzt wurden. Deren hohe Empfindlichkeit hat zwar den Vorteil, daß die zur Fehleranzeige notwendige Verformung weitab von jeder Zerstörung liegt. Sie hat aber auch den Nachteil, daß mit großem Aufwand der Einfluß von Randbedingungen, wie z.B. Bodenschwingungen, ausgeschaltet werden müssen.
Die holographische Interferometrie ist derzeit das am weitesten fortgeschrittene Verfahren auf dem in Frage stehenden Gebiet. Dem Vorteil der mit ihr erzielbaren bildmäßigen Information und der sehr hohen Genauigkeit der Messung steht der Nachteil großen apparativen Aufwandes und der nicht einfachen Gerätehandhabung sowie der Notwendigkeit des Aussteuerns und Vermeidens von Raumeinflüssen gegenüber. Diese Nachteile erschweren oder verhindern aber den unmittelbaren Einsatz dieser Verfahren in der industriellen Produktion.
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Die sich für die Erfindung stellende Aufgabe war demnach die Entwicklung eines mittels einfacher unmittelbar in der industriellen Produktion einsetzbarer nicht störanfälliger Geräte arbeitenden Verfahrens, mit dem unter Erhaltung der mit holographischen Verfahren vergleichbaren Messgenauigkeit Formabweichungen, Formänderungen und Lageänderungen auf optischem Weg ermittelt und in digitale Werte umgesetzt werden können.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von einer kohärenten Lichtquelle ausgehende Lichstrahlen durch Linsen oder Spiegel oder holographisch als Linie oder Linien und/oder Punkteanordnungen auf ein Objekt aufprojiziert werden, und daß diese Linie, Linien oder Punkteanordnungen mittels eines Objektivs auf einer optoelektronischen Aufnahmevorrichtung abgebildet und dort in elektrische Impulse umgesetzt werden, und daß diese Impulse nach einer Analog-Digital-Umwandlung in einem elektronischen Rechenwerk gespeichert und Raumkoordinaten digital zugeordnet werden,
und daß die sich so ergebenden Werte mit den in gleicher Weise erhaltenen Werten des gleichen Objektes vor dessen Form- oder Lageänderung oder mit denen eines anderen ideellen oder reellen, seine Sollform bestimmenden Objektes verglichen werden.
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Als Quelle für die verwendeten Lichstrahlen wird zweckmäßigerweise ein Laser verwendet. Auf Grund seiner räumlich-kohärenten Eigenschaften kann der Laserstrahl zu sehr scharf begrenzten Punkten oder Linien fokussiert werden. Obwohl diese Fokussierung oder Abbildung streng nur für eine Ebene gilt, erreicht man wegen der kleinen Apertur des Strahles die relativ große Tiefenschärfe/ die zur Ausmessung gekrümmter Oberflächen notwendig ist. Die Punkte oder Linien können sowohl mit Linsen- oder Spiegeloptik als auch holographisch erzeugt werden. Einen Einzelpunkt oder eine Einzellinie wird man der Einfachheit halber mit einer Linsen- oder Spiegeloptik erzeugen. Werden mehrere Punkte oder Linien oder gekrümmte Linien für die Messung gleichzeitig benötigt/ so ist eine holographischen Projektion besonders geeignet. Das holographische Verfahren hat darüberhinaus den Vorteil/ daß durch einfaches Auswechseln des Hologramms eine rasche Anpassung an sich ändernde Verhältnisse am Objekt oder an den Objekten möglich ist. Durch Veränderung des Winkels des Referenzstrahles zur Bildebene des Hologramms läßt sich ebenfalls eine solche Anpassung erzielen. Da Hologramme mit sehr hohen Wirkungsgraden hergestellt werden können, ist der Lichverlust bei diesem Verfahren vernachlässigbar.
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Linien oder Punkte können durch Verdrehen der Projektionseinrichtung oder durch sonstige Maßnahmen, z.B. durch Strahlablenkung, ganze Bereiche am Objekt durchfahren. Durch diese zeitliche Auflösung, die jedoch stationäre Verhältnisse voraussetzt, können auch große Bereiche am Objekt ausgemessen werden. Eine Kontrolle der stationären Verhältnisse kann dadurch erfolgen, daß auf sich nicht verformende Oberflächenbereiche ein und desselben Objektes oder bei verschiedenen zu vergleichenden Objekten auf nicht einer Formabweichung unterliegende, einander entsprechende Oberflächenbereiche gleichzeitig mit den aufprojizierten Linien mindestens drei Bezugspunkte aufprojiziert werden, deren Lage im Rechenwerk gespeichert und von diesem mit ihrer veränderten Lage bei ein und demselben Objekt oder mit der Lage der entsprechenden Punkte auf dem Vergleichsobjekt nach Durchführung einer Koordinatentransformation verglichen werden, durch die die Lageänderung des Objektes und des Vergleichsobjektes im Verhältnis zum Objekt unterdrückt werden, um nur die reine Formänderung oder nur die reine Formabweichung zu ermitteln.
Die Abbildung der auf das Objekt aufprojizierten Linien und Punkteanordnungen auf der Aufnahmefläche der optoelektronischen Anordnung können mit der Abbildung der Linien oder Punkteanordnungen nach Formabweichung, Formänderung oder Lageänderung des oder der Objekte
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im Rechenwerk durch eine Koordinatentransformation in größter Annäherung zur Deckung gebracht werden. Dadurch können ebenfalls Lageänderungen zu Gunsten der Untersuchung der Formänderung unterdrückt oder aber umgekehrt unter Vernachlässigung der Formänderung die Lageänderung oder -Abweichung ermittelt werden. Andererseits können die aufprojizierten Bezugspunkte zum Justieren des Objektes verwendet werden, indem die aufprojizierten Punkte mit Marken des Objektes oder bestimmten Formmerkmalen dieses Objektes, z.B. Ecken, in Deckung gebracht werden.
Das die Sollform bestimmende Vergleichsobjekt bei Ermittlung von Formabweichungen braucht keineswegs ein maßstäblich gleiches reelles Objekt zu sein. Die Sollform kann als digitale Werte in das Rechenwerk eingegeben werden. Auch können die Linie, die Linien oder die Punkteanordnungen auf ein die vergrößerte oder verkleinerte Sollform des Objektes darstellendes Modell aufprojiziert und die sich in der optoelektronischen Anordnung ergebenden Werte der Abbildung der Linien oder Punkteanordnungen im Rechenwerk in einer Maßstabstransformation in die Werte der Sollform des Objektes umgerechnet werden.
Das beschriebene Verfahren kann für die Messung der absoluten Form eines Objektes, zur Formtreueprüfung und zur Form- und Lageänderung sowohl statischer wie dynamischer Art, z.B. als Schwingungsmessung, verwendet werden. Ein Unterfall der Lageänderung ist
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die Messung der Füllstandshöhe von Flüssigkeiten, bei der die Lage oder Verlagerung der Oberfläche der Flüssigkeit ermittelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner zur Messung der Geschwindigkeit eines bewegten Objektes verwendet werden, wobei dessen Lageänderung innerhalb einer bestimmten Zeit oder die Zeitdauer einer bestimmten Lageänderung ermittelt werden kann.
Sollen größere Flächen vermessen werden, so können statt einer einzelnen Linie mehrere z.B. parallele Linien gleichzeitig aufprojiziert oder mit einer Linie durch Schwenken der Projektionseinrichtung die ganze Fläche abgegriffen werden. Auch lassen sich bei größeren Objekten mehr als eine Projektionsanordnung mit jeweils ihnen zugeordneten Aufnahmeanordnungen verwenden, denen wiederum ein Rechenwerk zugeordnet ist, wobei Projektions- und Aufnahmeanordnung untereinander eine feste räumliche Zuordnung aufweisen müssen, die in das Rechenwerk als Zubezugswerte eingegeben werden muß.
Die fotoelektronische Aufnahmevorrichtung kann eine Fernsehkamera sein oder aber eine einzelne, eine Ja-Nein-Aussage liefernde Fotodiode, wenn nur die Lage eines bestimmten aufprojizierten Punktes
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ermittelt werden soll, wie dies bei Schwingungsanalysen der Fall sein kann. Mit der einzelnen Fotodiode kann das Bild auch schritt- und zeilenweise abgefahren werden. Zur Abbildung ausgedehnter Linien- oder Punktemuster kann ein Fotodiodenarray oder eine Fotodiodenmatrix oder ein Schottky-Dedektor Verwendung finden. Um bei einer Fernsehkamera digitale Werte zu erhalten, können dem abtastenden Elektronenstrahl im Rechenwerk gezählte Takte über einen Taktgeber überlagert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden näher beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
Fig. 1
bis 3 verschiedene Darstellungen des Strahlenganges in einer erfindungsgemäßen Projektionsanordnung mit Linsen und Spiegeln.
Fig. 4
und 5 verschiedene Darstellungen des Strahlenganges in einer erfindungsgemäßen holographischen Projektionsanordnung.
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Geräte· anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Wie in Fig. 6 dargestellt ist, wird durch die Projektionsanordnung 1 eine Linie auf das Objekt 2 aufprojiziert, das eine Turbinenschaufel ist, die auf Formtreue untersucht wird. Die Projektionsanordnung ist in einem kastenförmigen Behältnis untergebracht, in dem ein Laser als Lichtquelle vorgesehen ist. Die von ihm ausgehenden Strahlen 3 (Fig. 1 bis 3) werden, wenn eine punktförmige Projektion gewünscht wird, gemäß Darstellung in Fig. 1 durch die Linse 4 auf eine Lochblende 5 mit sehr enger öffnung fokussiert. Mit dem Objektiv 6 wird dieser Fokus auf dem Objekt in 7 als Punkt abgebildet. Wird eine Projektion in Form einer Linie gewünscht, so wird nach dem Objektiv 6 eine Zylinderlinse 8 eingeschaltet, durch die der aufprojizierte Punkt zu einer Linie auseinandergezogen wird, die auf das Objekt in 9 aufprojiziert wird. An Stelle der Zylinderlinse 8 kann, wie Fig. 3 dies zeigt, ein Zylinderspiegel 10 im Strahlengang nach Durchgang der Strahlen durch den Teilerwürfel 11 angeordnet sein. Die von ihm reflektierten eine Linie projezierenden Strahlen werden von dem Teilerwürfel 11 seitlich abgelenkt.
Sollen kompliziertere Muster aufprojiziert werden, wie dies meistens notwendig sein wird, z.B. eine Linie und drei Punkte, so ist die holographische Projektion vorzuziehen, wie sie in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. In dem Hologramm 12 sind Punkte bzw. Linien gespeichert.
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Durch Beleuchtung des Hologramms 12 mit einem Referenzstrahl 13 entstehen die Punkte oder Linien durch Beugung. Es kann sodann deren reelles Bild, wie dies Fig. 4 zeigt, oder unter Zwischenschalten des Objektivs 14 deren virtuelles Bild auf das Objekt aufprojiziert werden, wie dies Fig. 5 darstellt.
Durch die kleine Apertur bei den Anordnungen nach Fig. 1 bis 3 sowie im holographischen Verfahren entsteht eine ausreichende Tiefenschärfe, um über die gesamte Krümmung der Oberfläche des Objektes 2 eine sehr scharfe genaueste Messungen gestattende Abbildung der Punkte und Linien zu erhalten.
Die Aufnahmeanordnung 15, die ihrerseits in einem kastenförmigen Behältnis untergebracht ist, weist ein Objektiv 16 auf, daß das auf dem Objekt aufprojizierte Linien- und Punktemuster auf einer fotoelektronischen Aufnahmefläche abbildet, die die einer Fernsehkamera oder eine Fotodxodenmatrix sein kann. Im ersteren Falle läuft mit jeder Zeile des Fernsehbildes ein Taktgenerator, der tausend Takte je Zeile liefert. Gleichzeitig registriert im Rechenwerk 18 ein Zähler die Takte. Das Ortsignal χ erfolgt dann nach einer bestimmten Anzahl von Takten am Schnittpunkt der Zeile mit dem Bild des aufprojizierten Punktes oder der aufprojizierten Linie. Die bis dahin
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gezählte Taktzahl ist der gesuchte digitale Wert.
Bei einem Fotodiodenarray wird jede Zeile mit einem Schrittschaltmotor abgefahren. Das Ortsignal χ fällt dann durch die angesprochene Fotodiode an und liegt damit bereits als digitaler Wert ebenso wie der digitale Wert der jeweiligen Zeile vor.
Die erhaltenen digitalen Werte werden dem Rechenwerk 18 zugeleitet, wobei die gemessenen Werte χ als Funktion von y und ζ in den Speicher 19 eingegeben werden. Bei Verwendung von nur einer Fotodiode, z.B. bei Füllstandsmessung, fällt nur ein Wert von χ an, der dann in einer digitalen Anzeige erscheinen kann. Bei Formabweichung, Verformung oder Lageänderung werden zunächst die Werte des Meisterobjektes oder des ursprünglichen Zustandes des Objektes gespeichert, wobei diese Werte auch unmittelbar, beispielsweise als rechnerisch ermittelte Werte über den Speicher 19 eingegeben werden können. Am Testobjekt bzw. nach der Verformung oder Lageänderung am Prüfobjekt werden in gleicher Weise die Werte für x, y und ζ ermittelt und in den Speicher 19 überführt. Die gespeicherten Werte fließen sodann dem Rechner 20 zu, der den Vergleich zwischen Ist- und Sollzustand bzw. zwischen dem ursprünglichen und dem Testzustand durch Differenzbildung durchführt. Diese
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25H93Ü
stellt das Maß der Formabweichung bzw. des Lageunterschiedes dar, das in Längeneinheiten, z.B. in Millimeter umgerechnet wird. Durch eine Koordinatentransformation kann der Einfluß der Relativbewegung zwischen Objekt und Messanlage berücksichtigt werden.
Die Datenausgabe 21 kann schließlich ein Kurvenschreiber (x, y-Schreiber), ein Drucker oder eine Digitalanzeige mit Leuchtdiodenziffern sein. Zur Kontrolle kann mit der Aufnahmeanordnung ein Monitor verbunden sein.
um Relativbewegungen zwischen dem Objekt 2 einerseits und der Projektionsanordnung 1 und der Aufnahmeanordnung 15 andererseits auszuschalten, können
oder
Projektionsanordnung und/die Aufnahmeanordnung fest auf dem Objekt angeordnet sein.
Patentansprüche
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Claims (16)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur optischen Ermittlung von Formabweichungen, Formänderungen und Lageänderungen, bei dem mittels Lichtstrahlen auf dem Objekt Muster erzeugt und diese durch eine optoelektronische Vorrichtung abgebildet werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß von einer kohärenten Lichtquelle ausgehende Lichstrahlen (3) durch Linsen (4,6,8) oder Spiegel (10,11) oder holographisch als Linie oder Linien und/oder Punkteanordnungen auf ein Objekt aufprojiziert werden,
    und daß diese Linie, Linien oder Punkteanordnungen mittels eines Objektivs (16) auf einer optoelektronischen Aufnahmevorrichtung abgebildet und dort in elektrische Impulse umgesetzt werden, und daß diese Impulse nach einer Analog-Digitalumwandlung in einem elektronischen Rechenwerk (18) gespeichert und Raumkoordinaten digital zugeordnet werden, und daß die sich so ergebenden Werte mit den in gleicher Weise erhaltenen Werten des gleichen Objektes vor dessen Form- oder Lageänderung oder mit denen eines anderen ideellen oder reellen seine Sollform bestimmenden Objektes vergleichen werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlen (3) durch Beugung in einem Hologramm (12) als Linie oder Linien
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    oder Punkteanordnungen unter Anpassung an die Form des Objektes (2) auf dieses als virtuelles oder reelles Bild aufprojiziert werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet/ daß die Anpassung an die Form des Objektes (3) durch Veränderung des Winkels des Referenzstrahles (13) zur Bildebene des Hologramms (12) erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,
    dadurch gekennzeichnet, daß auf sich nicht verformende Oberflächenbereiche ein und desselben Objektes (2) oder auf Oberflächenbereiche mit bekannter Verformung
    de oder bei verschiedenen zu vergleichen/Objekten (2) auf nicht einer Formabweichung unterliegende einander entsprechende Oberflächenbereiche oder auf Oberflächenbereiche mit bekannter Formabweichung gleichzeitig mit den aufprojizierten Linien mindestens drei Bezugspunkte aufprojiziert werden, deren Lage im Rechenwerk (18) gespeichert und von diesem mit ihrer veränderten Lage bei ein und demselben Objekt oder mit der Lage der entsprechenden Punkte auf dem Vergleichsobjekt nach Durchführung einer Koordinantentransformation vergliehen werden, durch die Lageveränderungen des Objektes oder des Vergleichsobjektes im Verhältnis zum Objekt unterdrückt werden, um nur die reine Formänderung oder nur die reine Formabweichung zu ermitteln.
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    4$ 25U930
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3/4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung der auf das Objekt aufprojizierten Linien und Punkteanordnungen auf der Aufnahmefläche der optoelektrischen Anordnung mit der Abbildung der Linien und/oder Punkteanordnungen nach Formabweichung, Formänderung oder Lageänderung des oder der Objekte im Rechenwerk (18) durch eine Koordinatentransformation in größter Annäherung zur Deckung gebracht wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (2) mittels der auf dieses aufprojizierten Punkteanordnung justiert wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Sollform des ideellen Objektes als digitale Werte in das Rechenwerk (18) eingegeben wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Linie, die Linien oder die Punkteanordnungen auf ein die vergrößerte oder verkleinerte Sollform des Objektes (2) darstellendes Modell aufprojiziert und die sich in der optoelektronischen Anordnung ergebenden Werte der Abbildung der Linien oder Punkteanordnungen im Rechenwerk (18) in einer Maßstabstransformation in die Werte der Sollform des Objektes (2) umgerechnet werden.
    609842/0486
    10 25Η930
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1,2,3/4,5,6,7,8, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Messung der absoluten Form eines Objektes verwendet wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,7,8,
    dadurch gekennzeichnet, daß es zur Messung der Formtreue eines Objektes verwendet wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,7,8, dadurch gekennzeichnet, daß es für statische und dynamische Verformungsmessungen verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,7,8,
    dadurch gekennzeichnet, daß es zur Messung der Füllstandshöhe von Flüssigkeiten verwendet wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,7,8, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Messung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objektes verwendet wird.
  14. 14. Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Projektionsanordnung (1) vorgesehen ist, die als Lichtquelle einen Laser aufweist, in dessen Strahlengang (3) Linsen (4,6,8), Spiegel (10,11) und/oder ein Hologramm (12) vorgesehen sind, die die von dem Laser ausgehenden Strahlen als Linie oder Linien oder eine Punkteanordnung auf ein Objekt (2) aufprojizieren,
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    ferner, daß eine optische Aufnahmeanordnung (15) vorgesehen ist, in der die Linie, Linien oder die Punkteanordnung auf einer photoelektronischen Fläche abgebildet werden und in der diese Abbildung in elektrische Impulse umgesetzt werden kann, und daß schließlich ein elektronisches Rechenwerk (18) vorgesehen ist, das diese Impulse nach einer Analog-Digitalumwandlung speichern und mit den in gleicher Weise gewonnenen digitalen Werten der Form des in seiner Lage oder Form veränderten Objektes oder mit der Form eines anderen Objektes vergleichen kann.
  15. 15. Meßanordnung nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Projektionsanordnung (1) mit jeweils dieser Projektionsanordnung zugeordneten Aufnahmeanordnungen (15) vorgesehen ist, sowie eine dieser Aufnahmevorrichtung zugeordnetes Rechenwerk (18) zur Aufnahme der in der Aufnahmevorrichtung umgesetzten elektrischen Impulse, wobei diese Projektions- und Aufnahmeanordnungen (1,15) untereinander eine feste räumliche Zuordnung aufweisen, die als Bezugswert in das Rechengerät eingegeben ist.
  16. 16. Messvorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß sie auf dem Objekt (2) selbst befestigt ist.
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    Leerseite
DE19752514930 1975-04-05 1975-04-05 Verfahren zur optischen ermittlung und zum vergleich von formen und lagen von objekten Withdrawn DE2514930A1 (de)

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JP51037324A JPS51139355A (en) 1975-04-05 1976-04-05 Method of and apparatus for optically exploring object and comparing shape with position thereof

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