[发明专利]无接触式三维测量物体的装置和确定测量点坐标的坐标系统的方法

说明书

本发明涉及按权利要求1前序部分所述的无接触式三维测量物体的装置和按权利要求9前序部分所述的在无接触式三维测量物体的装置上确定测量点坐标的坐标系统的方法。

三角测量法无论是在距离和长度的测量上，还是在二维和三维的轮廓测定上，都是应用最广泛的方法之一。在此方面使用了三角测量传感器，它是将一只激光器二极管的射线通过一个透镜聚焦到工件上。此时射线产生一个明亮的光点。如果利用定位检测器或者摄像机对在固定的角度下观察光点，只要激光器射线的切点和工件相对于传感器运动，那么其投影位置就会在图像中移动。通过测量这一移动就可确定工件的距离，或者说能够通过照射的激光器射线垂直于运动而测定表面轮廓。

在DE 43 01 538 A1中(无接触式三维测量，特别是测量牙齿咬模的方法和结构)使用了一种旋转台，所要测量的物体布置其上，一三角测量传感器和一与此相连的数据处理和控制单元用于确定圆形部件的几何形状。在此方面，测量或者基于

-单个测量头的局部校准，汇总时可以考虑通过坐标变换测量面在空间中的实际位置，或者基于

-整个测量装置利用至少一个校准物体进行校准，所有想了解的空间点都汇入一个总校准表中。在此方面校准是必要的。

在DE 44 07 518 A1中，介绍了一种以光学三角测量为基础的无接触式三维测量物体的装置和方法。三角测量传感器可以沿一个方向(y-方向)移行，并且可以X平面中在一个可选择的点摆动过一个预定的角度。为此存在三角测量传感器的两个相互独立的运动。所要测量的物体位于一旋转台上。旋转台一方面保证旋转运动，另一方面旋转台可借助于其他的传动装置沿与三角测量传感器的运动垂直方向上移动。随着三角测量传感器和旋转台的运动，确定放射源测量点的坐标。三角测量传感器的翻转运动导致尽可能从尺寸上确定物体的背面切割、掩盖的部位、盲孔或者类似部位。

在DE 40 37 383 A1中(连续无接触式测量外形的方法和实施此种测量法的装置)，利用三角测量的方法确定一运动着的截面的外形。在此方面只是由传感器测定截面的距离并由此测定其外形。不能在坐标系统中排列测量点。

在DE 195 04 126 A1(基于光学三角进行三维物体的无接触式测量的装置和方法)、DE 197 27 226 A1(无接触式测定中心插座槽的三维空间造型的测量设备和方法)和US 5 270 560(测定工件表面结构的方法和装置)中，有步聚地测量工件或者工件部件的所要测定的轮廓。在此方面只是相对测量各自的工件或者工件的各自部件。

物体表面上的坐标测量在DE 40 26 942 A1(无接触式测量物体表面的方法)中是借助摄像机摄取图像进行的。摄像机位于一种坐标测量仪的可沿三个空间方向(x-，y-方向，回转)移行的测量臂上。所要测量的物体布置在一旋转台上。

权利要求1和9给出的本发明基于在三维上简单测量物体的尺寸并将三角测量数据上简单且精确地分配到该物体的几行尺寸的问题。

这一问题利用权利要求1和9所实施的特征得以解决。

无接触式三维测量物体的装置和在无接触式三维测量物体的装置上确定测量点坐标的坐标系统以其特别简单的实施为特征。因此，它们也可有益地应用于特殊工件的生产厂家。结构非常简单，而且方法以简单的和经济的结构为条件，从而具有广阔的应用范围。

基础是一个光学三角测量传感器。在此方面通过一个透镜把一只激光器二极管的射线聚焦到工件上。在工件上产生一个光点。该光点被固定角度的辐射检测器所接收。如果工件相对三角测量传感器运动，那么光点的投影位置就会在图像中移动。通过测量移动就可确定工件的轮廓。在进行工件测量之前，通过第一次测量得出工件几何形状尺寸值的坐标系统。为此将具有已知尺寸的边或线的物体在旋转台上定位，并在旋转期间通过三角测量传感器进行测定。物体在旋转台上的定位是任意的。在旋转台的表面也可堆放或插入线条代替物体。

随着三角测量传感器只在一个轴线上的运动和工件的旋转运动，工件可通过三角测量传感器扫描。通过有目的地控制各自的传动装置和坐标系统，由此得到很高的测量速度和测量精度的工件几何形状的连续测定。因此，依据本发明的装置的特征在于其最小的结构。通过仅以三角测量传感器的移动和旋转台的旋转的形式来确定物体外形所必须的运动的数量很小，来达到最小的测量误差。该装置的优点是特别适用于旋转对称的工件。该方法的优点是可用于测量旋转对称的工件。

控制和测定工件的几何形状的优点是在一台计算机上进行。