(57)【要約】本発明は、測定物（１０）を載物面（１２）の上に配置し、測定物（１０）の下で載物面（１２）と平行に延びる平面で調整可能な映像処理検出器（１４）により載物面側から測定する、映像処理検出器（１４）によるおおむね二次元の物体（１０）の幾何学的形状又は構造の測定のための装置及び方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定物（１０）を載物面（１２）の上に配置するとともに映像処理検出器（１４）例えばＣＣＤカメラ（１６）を測定物の片側に配置した、映像処理検出器（１４）によるおおむね二次元の物体（１０）の幾何学的形状又は構造の測定のための装置において、該映像処理検出器（１４）が物体（１０）の下側に配置され、載物面（１２）と平行をなす平面内で調整可能であることを特徴とする装置。
【請求項２】
映像処理検出器（１４）がマトリクス状の映像処理センサからなり、特に該センサがＣＣＤマトリクスカメラ（１６）であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
座標測定装置のＸ及びＹ方向に移動可能な映像処理検出器（１４）が、閉じたケースの中に配置されており、該ケースは物体側において透明又は半透明であって、載物面（１２）であるか又は載物面と平行をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
測定物又は載物面（１２）の上側に、好ましくは発光面の形の照明装置（２２）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
照明装置（２２）がケースの載物面側を閉じるカバーに組み込まれていることを特徴とする少なくとも請求項４に記載の装置。
【請求項６】
映像処理検出器（１４）の結像光学系に、大きな焦点深度を有するテレセントリック対物レンズを使用したことを特徴とする前記請求項の少なくとも１つに記載の装置。
【請求項７】
結像光学系（１８）が物体（１０）の映像処理センサ側の面の照明のための照明素子例えば発光ダイオードによって、好ましくは同心に取り囲まれていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
映像処理センサ（１６）の位置がこれに配属されたＸ−Ｙ駆動装置によって調整可能であり、この位置を相応の尺度系により測定し得ることを特徴とする少なくとも請求項１に記載の装置。
【請求項９】
所望の測定範囲（４０、４２）、特に装置の全測定範囲の大きさを表示する映像記憶装置が映像処理センサ（１６）に接続されていることを特徴とする少なくとも請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
測定範囲を表示する映像記憶装置（４０、４２）に評価演算装置が配属され、全映像内容の幾何学的評価を行うことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
映像処理検出器（１４）を使用し、測定物を載物面（１２）に配置するとともに映像処理検出器例えばＣＣＤカメラを測定物の片側に配置する、おおむね二次元の物体の幾何学的形状又は構造の測定方法において、映像処理検出器（１４）を載物面（１２）の下側に、かつ載物面と平行をなす平面内で調整し得るように配置することを特徴とする方法。
【請求項１２】
映像処理検出器（１４）が座標測定装置のＸ及びＹ方向に移動され、閉じた固定ケースの中に配置され、該ケースは物体側において透明の面によって閉鎖され、この面の上に物体（１０）が載置され、又はこの面から間隔を置いてこの面と平行な平面に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
載物面（１２）又は測定物（１０）の上側に、好ましくは発光面の形の照明装置（２２）を配置することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
照明装置（２２）がケースを覆うカバーに組み込まれており、該カバーが載物面（１２）を露出させると、物体（１０）の測定が中止されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
映像処理検出器（１６）の結像光学系（１８）として、大きな焦点深度を有するテレセントリック対物レンズを使用することを特徴とする少なくとも請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
映像処理検出器（１６）の位置をこれに配属されたＸ−Ｙ駆動装置によって調整し、この位置を相応の尺度系によって測定することを特徴とする少なくとも請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
装置の所望の又は全測定範囲（４０、４２）を表す映像記憶装置が映像処理センサ（１４）に接続されることを特徴とする少なくとも請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
所望の又は全測定範囲（４０、４２）のための映像記憶装置に、特に全映像内容の幾何学的評価を行う評価演算装置を配属することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
映像処理センサ（１４）によって測定範囲の複数の位置（２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８）で映像を記録し、これを映像記憶装置で計算により組み合わせて１つの全体像（４０、４２）とすることを特徴とする少なくとも請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
全測定範囲に分散して像（２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８）を記録し、これを１つの全体像（４０、４２）に統合することを特徴とする少なくとも請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
全体像（４０、４２）の幾何学的特徴を映像処理システムによって評価することを特徴とする少なくとも請求項１１に記載の方法。
【請求項２２】
物体（１０）又は物体の区域の測定のために次の手順を行うこと、即ち
−映像処理センサ（１４）を物体（１０）の測定位置におおまかに整列させ、整列の際に映像処理センサを加速ａ1＞０ｍｍ／ｓ2で移動し、
−測定位置で映像処理センサを減速し、映像処理センサを０ｍｍ／ｓ2≦ａ2＜ａ1の加速ａ2で移動する
ことを特徴とする少なくとも請求項１１に記載の方法。
【請求項２３】
測定時に物体（１０）にフラッシュライトを作用させるか、又は映像処理センサ（１６）としてシャッタ付きＣＣＤカメラを使用することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
可変の作動距離を有する結像光学系、特に軸方向にそれぞれ別個に電動移動可能な少なくとも２組のレンズ群を含むズームレンズ装置を有する結像光学系を使用することを特徴とする少なくとも請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定物を載物面上に、映像処理検出器、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを測定物の片側に配置した、おおむね二次元の物体の幾何学的形状又は構造の映像処理検出器による測定のための装置に関する。また本発明は、映像処理検出器を使用し、測定物を載物面上に、映像処理検出器、例えばＣＣＤカメラを測定物の片側に配置する、おおむね二次元の物体の幾何学的形状又は構造の測定のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
おおむね二次元の物体、例えば加工品又は工具の幾何学的形状の測定、特に品質的特徴の測定技術的検出のために、とりわけ映像処理検出器例えばＣＣＤカメラを備えた座標測定装置が使用される。この装置は通常、測定物が下から照明され、複合テーブルによって移動させられ、当該測定物の構造が上から映像処理検出器によって測定されるようになっている。上記の構造原理の欠点は、物体の厚さに差異があると、映像処理センサの焦点を再調整しなければならないことである。物体にごく僅かな高低差が現われた場合も再度の焦点調整が必要なため、測定の進行が遅い。
【０００３】
また、ある特徴の測定のために映像処理検出器をこの特徴の当該の部位に配置し、次に加工品の輪郭を記録し、後で計算するのが普通である。これでは測定物の全体的概観が得られない。
【０００４】
また互いに近接する特徴を逐次記録するために、測定物の個々の区域に何回もアプロ−チする。これも測定時間を長引かせる。
【０００５】
列状に配した複数のセンサで区域の大部分を走査するいわゆるスキャナシステムも知られている。このようなシステムの欠点は、映像情報が第１の方向の直線走査運動と第２の方向のセンサの幾何学的形状で構成されることである。また検出器の特殊な幾何学的形状は結像光学系を必要とするが、この結像光学系では原則として高級な像は不可能である。その結果、この原理に基づいて製作する測定装置は低い精度のものしかできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、二次元の物体又はその幾何学的形状、特に物体の稜と角及び周縁を高い測定精度で極めて迅速に測定できるように、冒頭に挙げた種類の装置及び方法を改良することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
上記課題の解決のために、本発明の装置においては、映像処理検出器が物体の下側に配置され、載物面と平行をなす平面内で調整できるように構成される。
【０００８】
特に移動可能な映像処理検出器を閉じたケースの中に配置し、そのケースは物体側において透明の面によって閉鎖されており、この面の上に物体を載置することができる。又、透明の面から間隔を置いた別個の載物台の上に物体を配置することももちろん可能である。
【０００９】
本発明においては更に、物体又は加工品の支持面の上側にとりわけ発光面の形の照明装置を配置することも提案される。
【００１０】
特に本発明の装置は閉じた下部とカバーを有するケースを具備するものとする。閉じた下部は検出器と光学系及び駆動装置を収容し、カバー側に透明な覆い、例えばガラス板を備え、ガラス板の上に測定物を配置することができる。カバー自体が照明装置を有し、カバーがケースの下部を覆った時、即ち閉鎖した時に初めて測定を行うことができる。こうして測定の際に物体の外周側がケース、即ちケース下部とカバーによって完全に取り囲まれるから、意図せぬ物体のずれ又は測定に影響するその他の変化が起こることはない。
【００１１】
また物体のセンサ側を照明するために、物体の方向へ放出する光源、例えば発光ダイオードで物体を同心に取り囲むようにすることができる。
【００１２】
映像処理センサのための結像光学系として、大きな焦点深度を有するテレセントリック対物レンズを使用することができる。焦点深度は例えば５０ｍｍである。但しこれに限定されるものではない。
【００１３】
映像処理センサの位置はこれに配属されたＸ−Ｙ駆動装置によって調整することができ、この位置を適当な相応の尺度系で測定することができる。
【００１４】
所望の測定範囲、特に装置の全測定範囲の大きさを表す映像記憶装置を映像処理センサに接続することができる。また測定範囲、特に全測定範囲のための映像記憶装置に、全映像内容の幾何学的評価を行う評価演算装置を配属することができる。
【００１５】
映像処理検出器はマトリクス状の映像処理センサからなり、ＣＣＤマトリクスカメラとして構成されることが好ましい。
【００１６】
冒頭に挙げた種類のおおむね二次元の物体の幾何学的形状の測定方法は、映像処理検出器を載物面の下側に、かつ載物面と平行をなす平面内で調整し得るように配置することを特徴とする。
【００１７】
従って映像処理センサは視線方向を上向きにして、測定物の下で１つの平面で移動可能に配置される。
【００１８】
その場合映像処理検出器によって測定範囲の複数の位置で映像を記録し、これを映像記憶装置で計算により１つの全体像に組み立てることができる。全測定範囲に分散して像を記録し、これを組み合わせて１つの全測定像とすることも可能である。その場合全体像の幾何学的特徴を映像処理システムによって評価することができる。単なる一例として数字を挙げれば、例えばセンサの視野は５０×８０ｍｍ2、測定範囲は４００×２００ｍｍ2である。
【００１９】
本発明によれば、先行技術に内在する欠点を減少又は回避することが可能になる。これは本発明に基づき次のように行われる。即ち移動する映像処理検出器を物体の下側、例えばガラス板の下に、視線を物体に向けて、即ち上方に向けて配置する。その結果、物体の測定区域例えば物体の端縁が、厚さに関係なく常に同じ平面にある。従って検出器の焦点合わせは不要である。
【００２０】
また本発明に基づき十分な焦点深度を有する光学系を使用することによって、段状の部材でも焦点合わせ操作なしで１つの位置で測定することが可能になる。
【００２１】
測定時間の最適化のために、本発明に基づき映像処理センサの位置を並列させることによって、選択に応じて全測定域又は測定域の一部が走査される。これに基づき、接続された映像処理コンピュータで仮想的に全体像が作られる。測定技術的評価は全体像で一挙に行われる。かくして位置決め操作が省略され、測定物の全体的概観が得られる。
【００２２】
測定域自体の部分も部分全体像として表示し、その上で映像処理システムで評価することができる。
【００２３】
特にマトリクス状の映像処理センサの正確な位置決めによる先行技術の欠点が回避される。
【００２４】
物体又は物体の区域を検出するために、可変の作動距離を有する光学系を利用することが好ましい。特にそれぞれ別個に軸方向に電動移動可能な少なくとも２組のレンズ群を含むズームレンズ装置を有する光学系を使用することができる。この点についてはこれを明瞭に開示する国際出願ＷＯ９９／５３２６８を参照されたい。
【００２５】
本発明においては更に、まず映像処理センサを物体又は物体の一部の測定位置におおまかに整列し、映像処理センサの整列の際にこれを加速ａ1＞０ｍｍ／ｓ2で移動し、次に映像処理センサを減速し、０ｍｍ／ｓ2≦ａ2＜ａ1の加速ａ2で映像処理センサを移動して上記の位置を測定する。また場合によっては物体にさらにフラッシュライトを作用させるか、又は映像処理センサとしてシャッタ付きＣＣＤカメラを使用することができる。これに関する処置によってセンサの運動とそれぞれ記録される映像との間に相関が生じ、フラッシュライト又はシャッタによって映像処理センサの見掛けの停止が実現され、その結果測定時に映像処理センサが静止しているかのようにして測定が行なわれる。
【００２６】
本発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲及び特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組み合わせとして−だけでなく、図面に見られる好ましい実施例の下記の説明からも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
載物面１２の上に配置されたおおむね二次元の物体１０の測定装置のごく概要を図１に示す。物体１０を下側から測定できるように、載物面１２は本発明に基づき透明に、特にガラス板として形成されている。載物面１２の下に映像処理検出器１４が、座標測定装置のＸ及びＹ方向に調整し得るように配置されている。映像処理検出器はＣＣＤマトリクスカメラ１６からなり、特に大きな焦点深度を有するテレセントリック対物レンズの形の光学系１８をこれに前置することが好ましい。
【００２８】
その場合載物面１２はケースの面であって、映像処理検出器１４はケースの中で物体１４に対してＸ及びＹ方向に調整することができる。またケースの面は透明であり、ケースの面の上に物体１０が直接載置されるか、又は面に対して等距離の間隔で平行をなす状態で配置される。
【００２９】
移動する映像処理検出器１４は物体１０の下、かつ特にガラス板として形成された載物面１２の下に、視線を物体１０に向けて配置されているから、対物レンズ１８の焦点深度が十分ならば、検出器１６の焦点合わせはもはや必要でない。測定される物体区域、例えば本例では穴２０の端縁は、物体１２の厚さに関係なく同じ平面即ち載物面１２にあり、この平面は映像処理検出器１４の位置に関係なく、映像処理検出器１４に対して一定不変の間隔を有するからである。
【００３０】
本例では物体１０が載物面をなすガラス板上に直接配置されているが、物体１０をガラス板から引き離して、これと平行をなす等距離の間隔で配置することももちろん可能である。
【００３１】
物体の照明のために物体の上側に、即ち映像処理検出器１４に関して物体１０の反対側に、特に偏平な発光パネル２２の形の照明が設けられている。
【００３２】
その場合偏平な発光パネルはケースを閉じるカバーに組み込むものとする。この閉じた固定ケースの中に光学系１８を備えた映像処理検出器１４及び駆動装置が配置され、ケースの照明パネル側は透明部材例えばガラス板によって閉鎖され、ガラス板の上に測定物が配置される。また測定は通常、発光パネル２２を含むカバーがケースを完全に隠蔽した時、即ちガラス板側を閉鎖した時にだけ行なわれる。カバーが載物面１２を露出させると、物体１０の測定が中止される。
【００３３】
正確な測定を高速で行うために、本発明に基づき映像処理検出器１４が物体１０の測定区域の複数の位置２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８で映像を記録するようにした。図２ａ）及び３ａ）でこれらの映像は原則として映像処理検出器１４のそれぞれの視野２５、３７に相当し、破線で囲んだ正方形で表され、次に映像記憶装置で各像を計算により組み合わせて図２ｂ）の全体像とし、又は像を分散的に記録した場合（図３ａ））は図３ｂ）の全測定像とする。次に各全体像４０又は４２から幾何学的特徴、例えば測定部位４４、４６の位置もしくは測定点又は測定部位の間隔を評価することができる。視野２４、２５、２６、２８、３０、３２、３４、３７、３８は例えば５０×８０ｍｍ2の大きさ及び４００×２００ｍｍ2の測定範囲となる。但し本発明はこれに限定されるものではない。
【００３４】
換言すれば測定時間の最適化のために本発明に基づき映像処理センサ、例えばマトリクスＣＣＤカメラ１６の位置を並列させることによって、選択に応じて全測定域（図２ａ））又は測定域の一部（図３ａ））が走査される。これに基づき接続された映像処理コンピュータで仮想的に全体像４０、４２が作られ、全体像で測定技術的評価が一挙に行われる。こうして位置決め操作が省略され、測定物１０の全体的概観が得られる。この処置によって、マトリクス状の映像処理センサの正確な位置決めが不可欠であるという先行技術の欠点が回避される。
【００３５】
これとは別に、まず映像処理センサを物体の測定位置におおまかに整列し、映像処理センサの整列の際にこれを加速ａ1＞０ｍｍ／ｓ2で移動し、次に映像処理センサを減速し、０ｍｍ／ｓ2≦ａ2＜ａ1の加速ａ2で映像処理センサを移動して上記の位置を測定することによって、測定方法を最適化することができる。その場合シャッタ付きＣＣＤカメラの形の映像処理センサを使用することができ、それによって測定時にセンサの運動にかかわらずセンサの見掛けの停止が起こるという利点が生じる。同じことをフラッシュライトでも実現することができる。
【００３６】
換言すれば、映像処理センサを測定位置にごくおおまかに移動し、次に映像処理センサを原則として加速せずに引続き移動し、例えば５０ないし２００ｍｍ／ｓの速度ｖ1で移動して、測定するのである。その場合目標区域に到達することによって、測定のために必要な映像処理センサでの映像記憶を認識することができる。上記の位置を含む物体区域を映像処理センサで光学的に検出することによって、減速を開始することができる。
【００３７】
その場合映像処理センサの運動を次のように行うことができる。即ち速度ｖ1で物体もしくは物体の測定区域又は測定点を測定し、続いて映像処理センサを例えば約５０００ないし１５０００ｍｍ／ｓの値に大幅に加速し、次に加速０ｍｍ／ｓ2で４００ないし６００ｍｍ／ｓの速度ｖ2で測定区域又は測定点に対しておおまかに整列する。次に映像処理センサをとりわけ５０ｍｍ／ｓないし１５０ｍｍ／ｓの範囲の速度ｖ1に減速して測定する。この期間の間に物体又は測定区域にフラッシュライトを働かせ、又は映像処理センサのシャッタを所望の頻度で開閉する。測定を行った後、次に新しい測定点又は測定区域に対して整列するために、映像処理センサを前述のように加速する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】二次元物体の測定装置の原理図を示す。
【図２】測定方法の第１の実施形態の原理図をａ）及びｂ）でそれぞれ示す。
【図３】測定方法の第２の実施形態の原理図をａ）及びｂ）でそれぞれ示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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