Meßsysteme, die nach dem Lichtschnittverfahren arbeiten, werden zur berüh- rungslosen Profilvermessung von Bauteilen eingesetzt. Dabei werden eine oder mehrere von einer Lasereinrichtung erzeugte Laserstrahlebenen auf die zu vermessende Oberfläche projiziert und die sich auf dem Profil darstellende Laserlinie von einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen. Eine Rechnerein- richtung wertet die aufgenommene Laserlinie aus und berechnet dabei einen kalibrierten 2D-Profilschnitt der vermessenen Oberfläche. In der Regel wird jede Messung protokolliert und steht zum Beispiel für Maßnahmen der Qua- litätssicherung zur Verfügung. Vorhandene Meßsysteme, die nach dem Licht- schnittverfahren arbeiten, weisen eine starre Anordnung der Lasereinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung mit genau definierten Abmessungen auf. Da- durch ist eine geometrische Zuordnung und somit die anschließende Entzer- rung der aufgenommenen Laserlinie anhand der Aufnahme möglich. Die Pa- rameter der Aufnahmeeinrichtung müssen allerdings vor der Messung exakt festgelegt und kalibriert werden. Wird die Anordnung der Aufnahmeeinrich- tung verändert oder eine andere Aufnahmeeinrichtung eingesetzt, muß sowohl die Aufnahmeeinrichtung als auch der zur Entzerrung der aufgenommenen Laserlinie vorgesehene Auswertungsalgorithmus neu kalibriert werden. Das ist aufwendig und führt zu hohen Kosten bei der berührungslosen Profiler- messung. Darüber hinaus zeichnen sich die bekannten Meßvorrichtungen durch einen hohen apparativen Aufwand und somit hohe Investitions-und

Betriebskosten aus. Schließlich weisen die bekannten Meßvorrichtungen ein großes Bauvolumen auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Meßvor- richtung jeweils der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der die berührungslose Vermessung einer Kontur einer Oberflä- che in einfacher Weise und kostengünstig durchführbar ist.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgesehen, daß eine Mehrzahl von Kali- brierbereichen vorgesehen wird, wobei die Kalibrierbereiche in wenigstens ei- ner gemeinsamen Kalibrierebene angeordnet sind und wobei die Kalibrierebe- ne die zu vermessende Oberfläche unter einem Winkel schneidet, daß Refe- renzkoordinaten der Kalibrierbereiche in der Kalibrierebene bestimmt werden, daß die Kalibrierbereiche und die Laserlinie in wenigstens einer Aufnahme gemeinsam aufgenommen werden, daß die Koordinaten der Kalibrierbereiche und die Koordinaten der Laserlinie in der Aufnahme ermittelt werden, daß aus den Referenzkoordinaten und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der <BR> <BR> Aufnahme eine Transformationsmatrix bzw. -berechnungsvorschrift berechnet wird und daß mit der Transformationsmatrix die Koordinaten der Laserlinie in der Aufnahme entzerrt werden. Bei einer Meßvorrichtung gemäß dem Ober- begriff des Patentanspruchs 8 ist dementsprechend vorgesehen, daß wenig- stens eine Kalibriereinrichtung mit einem Träger für eine Mehrzahl von Kali- briermitteln vorgesehen ist, daß jedes Kalibriermittel einen Kalibrierbereich aufweist und daß die Kalibriermittel derart auf dem Träger angeordnet sind, daß die Kalibrierbereiche in einer Kalibrierebene angeordnet sind und die Ka- librierebene im Meßzustand der Meßvorrichtung die Oberfläche unter einem Winkel schneidet, so daß die Kalibrierbereiche gemeinsam mit der Laserlinie in einer Aufnahme aufnehmbar sind.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Meßvor- richtung kann die berührungslose Vermessung einer Kontur einer Oberfläche wesentlich kostengünstiger und mit geringerem Aufwand durchgeführt wer- den, als dies mit den aus dem Stand der Technik bekannten Meßverfahren und Meßvorrichtungen der Fall ist. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ein geringeres Bauvolumen auf. Erfindungswesentlich ist,

daß zusammen mit der von einer Lasereinrichtung auf die zu vermessende Oberfläche projizierten Laserlinie eine Mehrzahl von Kalibrierbereichen ge- meinsam mit der Laserlinie in einer Aufnahme aufgenommen werden. Um ei- nen Maßstabsbezug zu erhalten und eine Transformation der in der Aufnahme "gezerrt"dargestellten Koordinaten der die Oberflächenkontur abbildenden Laserlinie in solche Koordinaten der Laserlinie zu ermöglichen, die der realen bzw. der nicht-gezerrten Oberflächenkontur entsprechen, werden in der glei- chen Aufnahme die Laserlinie und die Kalibrierbereiche gemeinsam aufge- nommen. Die Kalibrierbereiche werden in wenigstens einer gemeinsamen Kalibrierebene angeordnet, welche die zu vermessende Oberfläche unter ei- nem Winkel schneidet. Dadurch ist es möglich, auf eine starre Anordnung der Aufnahmeeinrichtung relativ zu der Lasereinrichtung zu verzichten.

Die Laserlinie kann zusammen mit den Kalibrierbereichen unter einem belie- bigen Winkel zur Oberfläche von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden. Die Aufnahmeeinrichtung kann von einem Bediener beispielsweise in der Hand gehalten werden, um eine Aufnahme zu machen, wobei der Bedie- ner von jedem beliebigen Blickwinkel aus die Laserlinie zusammen mit den Kalibrierbereichen aufnehmen kann. Die Anordnung der Aufnahmeeinrich- tung ist also beliebig, so daß nur eine Aufnahmeeinrichtung erforderlich ist, um die gesamte Kontur der zu vermessenden Oberfläche von mehreren Seiten aufzunehmen. Grundsätzlich kann die Aufnahmeeinrichtung allerdings auch ortsfest angeordnet sein. Ein Wechsel der Aufnahmeeinrichtung ist ebenso unproblematisch durchführbar, da weder die geometrische Lage der Aufnah- meeinrichtung relativ zu der Lasereinrichtung noch die spezifischen Orts- bzw. Lageparameter der Aufnahmeeinrichtung vor der Durchführung der Messung erfaßt werden müssen.

Die Kalibrierung erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Auswertung der zusammen mit der Laserlinie aufgenommenen Kalibrierbe- reiche. Die Kalibrierbereiche sind in wenigstens einer gemeinsamen Kali- brierebene angeordnet, wobei die Kalibrierebene die zu vermessende Oberflä- che unter einem Winkel schneidet. Die Anordnung der Kalibrierbereiche in einer gemeinsamen Ebene und der festgelegte Schnittwinkel der Kalibrierebe- ne mit der zu vermessenden Oberfläche vereinfacht die spätere Entzerrung der

Koordinaten der aufgenommenen Laserlinie, worauf nachfolgend noch im einzelnen eingegangen wird.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die Kalibrierbereiche in einer Mehrzahl von Kalibrierebenen angeordnet werden, wobei die Kalibrierebenen die zu vermessende Oberfläche auch unter verschiedenen Winkeln schneiden können. Voraussetzung dabei ist jedoch, daß die Ortkoordinaten der Kali- brierbereiche und/oder die Abstände der Kalibrierebenen und/oder die Schnittwinkel der Kalibrierebenen mit der zu vermessenden Oberfläche be- kannt sein müssen, um eine anschließende Entzerrung der gezerrten Koordi- naten der Laserlinie in der Aufnahme durchführen zu können.

Grundsätzlich ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kalibrierbereiche von der Oberfläche des Bauteils beabstandet angeordnet werden, also nicht auf der Oberfläche aufliegen bzw. sich auf dieser befinden, so daß die Auf- nahme der Kalibrierbereiche zusammen mit der Laserlinie auch bei wechseln- den Aufnahmewinkeln der Aufnahmeeinrichtung relativ zu der Laserlinie in einem großen Winkelbereich möglich ist. Darüber hinaus wird die Entzerrung vereinfacht.

Die Entzerrung der Koordinaten der aufgenommenen Laserlinie läuft nun wie folgt ab. Zunächst ist es erforderlich, Referenzkoordinaten der Kalibrierberei- che in der Kalibrierebene zu bestimmen, wobei es sich im einfachsten Fall bei den zu bestimmenden Koordinaten um Abstandsmaße zwischen den Kali- brierbereichen handeln kann. Um die Ermittlung der Referenzkoordinaten zu erleichtern, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Kalibrierbereiche in regelmäßigen Abständen angeordnet vorgesehen werden. Eine weitere Ver- einfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß punkt- förmige Kalibrierbereiche vorgesehen werden, deren Koordinaten mit einer hohen Präzision ermittelbar sind. Dies trägt auch dazu bei, daß die Auswerte- genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr hoch ist.

Nach der gemeinsamen Aufnahme der Kalibrierbereiche und der Laserlinie in wenigstens einer digitalen Bild-und/oder Videoaufnahme werden die Koordi- naten der Kalibrierbereiche und die Koordinaten der Laserlinie in der Auf- nahme ermittelt, so daß bei Kenntnis der Referenzkoordinaten und der Koor-

dinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme eine Transformationsmatrix zur Entzerrung der gezerrten Koordinaten der aufgenommenen Laserlinie be- rechenbar ist.

Die Entzerrung kann gemäß den aus der Fotogrametrie an sich bekannten Ver- fahren erfolgen. Die Entzerrung dient dazu, die in der Aufnahme-aufgrund der Abhängigkeit der Koordinaten der Laserlinie in der Aufnahme von dem Winkel der Aufnahmeeinrichtung relativ zur Laserlinie-nicht-realen bzw. gezerrten Koordinaten umzurechnen in eine Profildarstellung der vermessenen Oberfläche, die die realen Größenverhältnisse bzw. die entzerrte Kontur wie- dergibt.

Grundsätzlich kann es sich bei der Aufnahmeeinrichtung um eine Fotokamera und/oder um eine Videokamera handeln, die zur digitalen Bild-und/oder Vi- deoaufnahme geeignet ist. Vorzugsweise ist jede beliebige digitale Fotokame- ra bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar, was zur Einfachheit und zu den geringen Kosten des erfindungsgemäßen Verfahrens beiträgt.

Eine besonders einfache Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Kalibrierebene in die Laserstrahlebene gelegt wird bzw. daß die Kalibrierbereiche in der Laserstrahlebene angeordnet werden. Dadurch sinkt der Aufwand zur Berechnung der Transformationsmatrix, da lediglich die Koordinaten der Kalibrierbereiche und der Laserlinie in X/Y-Richtung be- kannt sein müssen. Es ist grundsätzlich jedoch auch möglich, daß die Kali- brierebene nicht in der Laserstrahlebene liegt, wobei der Schnittwinkel und/oder der Abstand zwischen der Laserstrahlebene und der Kalibrierebene ermittelt werden muß.

Um eine Transformationsmatrix aus den Referenzkoordinaten der Kalibrierbe- reiche und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme ermitteln zu können, ist es bei den üblicherweise zur Entzerrung eingesetzten mathe- matischen Verfahren notwendig, daß wenigstens vier Kalibrierbereiche in der Kalibrierebene vorgesehen werden, wobei, vorzugsweise, höchstens zwei Ka- librierbereiche auf einer gemeinsamen Geraden liegend angeordnet werden.

Im einfachsten Fall kann es jedoch bereits ausreichend sein, zwei oder drei Kalibrierbereiche vorzusehen, um die Entzerrung der aufgenommenen Laser-

linie durchführen zu können. Die Anzahl der benötigten Kalibrierbereiche und deren Anordnung steht in Abhängigkeit zu dem zur Berechnung der Trans- formationsmatrix eingesetzten Algorithmus und die tolerierbare Rechenlei- stung und-dauer. Im übrigen können bedarfsweise die aus der projektiven Geometrie an sich bekannten Algorithmen zur Berechnung der Transformati- onsmatrix bzw. zur Entzerrung der Koordinaten der Bildpunkte der aufge- nommenen Laserlinie eingesetzt werden.

Die Erfindung läßt es vorzugsweise zu, daß die Laserlinie aus mehreren Blickwinkeln bzw. Perspektiven und Stellungen der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen wird. Ebenso gut ist es möglich, daß die Laserlinie-vor allem bei größeren Oberflächen-abschnittsweise aufgenommen wird oder daß eine Mehrzahl von Laserlinien aufgenommen wird. Die aufgenommenen Laserlini- en können nach der Entzerrung zumindest bereichsweise überlagert werden, um die Kontur der vermessenen Oberfläche möglichst vollständig zu be- schreiben. Der Begriff Oberfläche kann sich auf die Oberfläche eines Bauteils, eines Lebewesens oder auf jede denkbare Oberfläche beziehen, deren Kontur bzw. Höhenprofil vermessen werden soll.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ist bei dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 vorgesehen, daß Bildpunkte gemein- sam mit Kalibrierbereichen mit bekannten Referenzkoordinaten aufgenommen werden, wobei die Koordinaten der Kalibrierbereiche und der Bildpunkte in der Aufnahme vorzugsweise automatisch bestimmt werden, wobei eine Trans- formationsmatrix aus den Referenzkoordinaten und den Koordinaten der Ka- librierbereiche in der Aufnahme vorzugsweise automatisch berechnet wird und wobei die Entzerrung der Koordinaten der Bildpunkte in der Aufnahme automatisch auf Grundlage der Transformationsmatrix erfolgt. Dabei ist vor- gesehen, daß eine Aufnahme einer Laserlinie einer zu vermessenden Oberflä- che zunächst ausgewählt und auf einem Bildschirm der Rechnereinrichtung für einen Benutzer sichtbar dargestellt wird. Die Ermittlung der Kalibrierbe- reiche im Bild erfolgt vorzugsweise automatisch, wobei es die Erfindung auch zuläßt, daß der Benutzer den Auswertebereich kennzeichnet, in dem die Kali- brierbereiche und/oder die Laserlinie in der Aufnahme abgebildet sind. Der Benutzer kann auch manuell einzelne Bildpunkte bzw. Kalibrierbereiche aus- wählen. Die Position der Kalibrierbereiche kann darüber hinaus in einem Me-

nü hinterlegt werden, wobei diese Daten in einer Eingabemaske abgefragt und auf einer Speichereinrichtung der Rechnereinrichtung gespeichert werden können.

Die Kalibrierbereiche in der Aufnahme können ebenso wie die Bildpunkte der Laserlinie in der Aufnahme anhand von Kontrastwerten und/oder Helligkeits- werten automatisch erkannt und/oder markiert und/oder dem Benutzer ange- zeigt werden. Dies trägt zur einfachen Auswertung der Messung bzw. Entzer- rung der aufgenommenen Laserlinie bei und erhöht den Benutzerkomfort bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Ergebnis werden die gezerrten Koordinaten der Kalibrierbereiche und der Bildpunkte der La- serlinie in der Aufnahme vorzugsweise automatisch detektiert.

Von Vorteil ist weiterhin, daß ein Schwellenwert für den Kontrast und/oder die Helligkeit, bei dessen Über-oder Unterschreiten ein Kalibrierbereich und/oder ein Bildpunkt in der Aufnahme erkannt und/oder markiert und/oder angezeigt wird, automatisch in Abhängigkeit von Kontrastwerten oder Hellig- keitswerten der Aufnahme, also der Bildqualität der Aufnahme, verändert wird. Es ist jedoch auch möglich, daß Kontraste, Helligkeit und Ansprech- schwellen für das Erkennen, das Markieren oder die Anzeige der Kalibrierbe- reiche und/oder der Bildpunkte der Laserlinie in der Aufnahme benutzerge- steuert eingestellt werden, um bei wechselnden Verhältnissen im Bild die Ka- librierbereiche und/oder die Bildpunkte der Laserlinie mit hoher Genauigkeit und hoher Sicherheit erkennen zu können.

Um die Einfachheit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu erhöhen, ist es erfindungsgemäß möglich, daß aus den Referenzkoordinaten der Kalibrier- bereiche und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme auto- matisch von der Rechnereinrichtung die Transformationsmatrix ermittelt wird.

Nach Berechnung der Kalibrationsmatrix wird die Laserlinie vorzugsweise punktweise abgetastet, wobei die Bildpunkte der Laserlinie automatisch ent- zerrt werden. Dabei werden die gezerrten Koordinaten der Bildpunkte in der Aufnahme mittels der Transformationsmatrix in entzerrte Koordinaten umge- rechnet, die die wahren Längen-, Größen-und Abstandsmaße der messenen Oberflächenkontur wiedergeben. Die automatische Abtastung der Laserlinie erfolgt der Kontur der Bildpunkte in der Aufnahme folgend, wobei der Aus-

wertebereich in der Aufnahme, in dem die Kalibrierbereiche und/oder die Bildpunkte der Laserlinie erkannt und/oder markiert und/oder angezeigt wer- den, automatisch durch die Rechnereinrichtung oder auch bedarfsweise benut- zergesteuert festgelegt werden kann. Liegen beispielsweise die Helligkeits- werte und/oder die Kontrastwerte der Laserlinie in der Aufnahme und die Helligkeitswerte und/oder Kontrastwerte anderer Bildpunkte in der Aufnahme sehr nahe beieinander, ist es erfindungsgemäß von Vorteil, eine benutzerge- steuerte Eingrenzung der Auswertebereiche in der Aufnahme vorzusehen.

Somit kann in jedem Fall sichergestellt werden, daß die gewünschte Laserlinie und die Kalibrierbereiche entzerrt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß eine automatische und/oder benutzergesteuerte Korrektur von falsch erkannten Bildpunkten und/oder Kalibrierflächen der Aufnahme vorge- sehen wird. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit und Sicherheit bei der Aus- wertung der Messung erreicht. Beispielsweise können die Helligkeitswerte und/oder die Kontrastwerte der Bildpunkte der Laserlinie und/oder der Kali- brierbereiche in der Aufnahme mit Sollwerten oder Grenzwerten verglichen werden, wobei bei Abweichung der Helligkeits-und/oder Kontrastwerte der Bildpunkte und/oder der Kalibrierflächen von vorgegebenen Sollwerten oder Grenzwerten derjenige Bildpunkt bzw. diejenige Kalibrierfläche nicht in die Auswertung der Aufnahme einbezogen wird. Auch eine visuelle Kontrolle des Benutzers ist möglich und vorteilhaft.

Im übrigen ist es nicht erforderlich, das eine eine Laserlinie zeigende Auf- nahme unmittelbar nach der Messung ausgewertet wird. Es ist ebenso gut möglich, daß die Auswertung nur bedarfsweise erfolgt, wobei zu einem späte- ren Zeitpunkt darüber entschieden werden kann, welche Aufnahme ausge- wertet werden soll und welche nicht. Das trägt dazu bei, den Aufwand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermessung einer Oberflächenkontur möglichst gering zu halten. Die Aufnahmen können in einfacher Weise archi- viert und bedarfsweise ausgewertet werden. Dabei darf darauf hingewiesen werden, daß unter dem Begriff"auswerten"nicht nur die Entzerrung der auf- genommenen Laserlinie anhand der Transformationsmatrix verstanden wer- den kann, sondern auch alle der Entzerrung folgenden, üblicherweise bei der berührungslosen Vermessung von Oberflächenkonturen vorgesehenen Aus-

wertungsabläufe, beispielsweise die visuelle Darstellung der Meßergebnisse und/oder deren Weiternutzung. Um auch zu einem späteren Zeitpunkt die Aufnahmen auswerten zu können, ist es erfindungsgemäß weiter von Vorteil, daß die Aufnahme als solche und/oder die Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme und/oder die Koordinaten der Bildpunkte in der Aufnahme und/oder die Referenzkoordinaten und/oder die Transformationsmatrix vor- zugsweise gemeinsam gespeichert bzw. auf einem Speicher der Rechnerein- richtung hinterlegt werden. Es ist auch möglich, daß die Transformationsma- trix auf einem Speicher der Rechnereinrichtung hinterlegt wird, und die Er- mittlung der Koordinaten der Kalibrierbereiche und der Bildpunkte in der Aufnahme erst zu einem späteren Zeitpunkt erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 im einzelnen be- schrieben, ohne daß dadurch die Erfindung auf die beschriebenen Ausfüh- rungsformen beschränkt wird. Es zeigen Fig. 1 das Grundprinzip der berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche nach dem Lichtschnittverfahren, Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche un- ter Verwendung einer Ausführungsform einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung zur Vermessung der Oberflächenkontur nach dem Lichtschnittverfahren und Fig. 3 eine Seitenansicht der in Fig. 2 dargestellten Meßvorrichtung zur Vermessung einer Oberflächenkontur.

In Fig. 1 ist das Grundprinzip der berührungslosen Oberflächenvermessung nach dem Lichtschnitt-Verfahren dargestellt. Gemäß der in Fig. 1 dargestell- ten Ausführungsform wird von einer Lasereinrichtung 1 eine Laserstrahlebene 2 erzeugt, die eine Laserlinie 3 auf eine profilierte Oberfläche 4 projiziert. Die Laserlinie 3 wird von einer Aufnahmeeinrichtung 5, bei der es sich beispiels- weise um eine digitale Foto-und/oder Videokamera handeln kann, aufge- nommen. Mit der Aufnahmeeinrichtung 5 ist eine Anzeigeeinrichtung 6 ver- bunden, die eine Aufnahme der Laserlinie 3 abbildet. Die in der Aufnahme

abgebildete Laserlinie 3'unterscheidet sich von der auf die Oberfläche 4 pro- jizierten Laserlinie 3 dadurch, daß die Laserlinie 3'eine perspektivisch ge- zerrte Abbildung der realen Kontur der vermessenen Oberfläche 4 darstellt.

Dabei wird die durch die Laserlinie 3'dargestellte Oberflächenkontur des Meßobjektes in"gezerrten"Koordinaten angezeigt. Um aus der angezeigten Laserlinie 3'Rückschlüsse auf die Oberflächenkontur der Oberfläche 4 ziehen zu können, ist es notwendig, die Laserlinie 3'zu entzerren, wobei bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur berührungslosen Vermes- sung einer Oberflächenkontur nach dem Lichtschnittverfahren eine starre An- ordnung der Lasereinrichtung 1 relativ zu der Aufnahmeeinrichtung 5 vorge- sehen sein muß.

Die bei den bekannten Verfahren vorgesehene bzw. festgelegte geometrische Zuordnung der Aufnahmeeinrichtung 5 zur Lasereinrichtung 1 und deren An- ordnung relativ zu der zu vermessenden Oberfläche 4 ermöglicht die Kalibrie- rung des Meßverfahrens. Durch die Kalibrierung und einen auf der Kalibrie- rung beruhenden Auswertungsalgorithmus ist es möglich, die beim Aufneh- men der Laserlinie 3 auftretenden perspektivischen Verzerrungen zu entzerren bzw. die gezerrten Koordinaten in der Aufnahme in vorzugsweise zweidimen- sionale entzerrte X/Y-Koordinaten zu transformieren, wobei die entzerrten Koordinaten der Bildpunke der Laserlinie 3'den wahren Größen-, Längen- und Abstandsverhältnissen der vermessenen Oberflächenkontur entsprechen.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 zur berührungslosen Vermessung einer Kontur einer Oberfläche 4, im vor- liegenden Fall zur Profilvermessung einer Schiene 8 dargestellt. Die Meßein- richtung 7 weist gemäß der Fig. 2 zwei Lasereinrichtungen 1 auf, die jeweils eine Laserstrahlebene 2 erzeugen. Die Lasereinrichtungen 1 sind derart ange- ordnet, daß in dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Meßzustand der Meßvor- richtung 7 jeweils eine Laserlinie 3 auf die zu vermessende Oberfläche der Schiene 8 projiziert wird.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung 7 weist weiterhin eine Kalibrierein- richtung 9 mit einem Träger 10 für eine Mehrzahl von Kalibriermitteln 11 auf.

Die Kalibriermittel 11 weisen jeweils einen Kalibrierbereich auf. Die Kali- briennittel 11 sind derart auf dem Träger 10 angeordnet, daß die zur Kalibra-

tion vorgesehenen Kalibrierbereiche in einer gemeinsamen Kalibrierebene an- geordnet sind und die Kalibrierebene im Meßzustand der Meßvorrichtung 7 die Oberfläche der Schiene 8 unter einem Winkel schneidet. Gemäß den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 ist die Meßvorrichtung 7 derart angeordnet, daß die Laser- strahlebene 2 und die die Kalibrierbereiche aufweisende Kalibrierebene senk- recht zur Oberfläche der Schiene 8 angeordnet sind. Grundsätzlich wäre aber auch jede andere winklige Anordnung möglich.

Wesentlich ist, daß die Kalibrierbereiche 11 zusammen mit der Laserlinie 3 in einer Aufnahme mit der Aufnahmeeinrichtung 5 aufnehmbar sind bzw. aufge- nommen werden. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, wobei darauf hingewiesen wird, daß es mit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 nicht notwendig ist, die Aufnahmeeinrichtung 5 mit der Meßvorrichtung 7 zu verbinden. Die Aufnahmeeinrichtung 5 kann dadurch frei in beliebigen Winkeln relativ zu der Laserlinie 3 angeordnet werden, so daß Aufnahmen der Laserlinie 3 aus jeder gewünschten Perspektive möglich sind. Dies gilt solange, als daß zusammen mit der Laserlinie 3 die Kalibrierbereiche aufnehmbar sind. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die Aufnahmeeinrichtung 5 mit der Meßvorrich- tung 7 fest verbunden ist.

Gemäß der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Träger 10 pa- rallel zur Laserstrahlebene 2 angeordnet, wobei die Lasereinrichtung 1 fest mit dem Träger 10 verbunden ist. Die feste Anordnung der Lasereinrichtung 1 re- lativ zum Träger 10 erleichtert die Berechnung einer Transformationsmatrix zum Entzerren der Koordinaten der aufgenommenen Laserlinie 3'in der Auf- nahme.

Wie aus Fig. 3 weiter hervorgeht, fallen die Kalibrierebene und die Laser- strahlebene 2 zusammen, die Kalibrierebene liegt also in der Laserstrahlebene 2. Es ist jedoch auch möglich, daß die Kalibrierebene und die Laserstrahlebe- ne 2 durch einen Abstand voneinander beabstandet sind. Zur Entzerrung der Koordinaten der Laserlinie 3'in der Aufnahme ist es dann jedoch erforderlich, den Abstand zwischen der Kalibrierebene und der Laserstrahlebene 2 bei der Berechnung der Transformationsmatrix zu ermitteln.

Um eine Kalibrierung in einfacher Weise zu ermöglichen, weist der Träger 10 Kalibriermittel 11 auf, die vorzugsweise als Kalibrierstifte ausgebildet und senkrecht zur Laserstrahlebene 2 angeordnet sind. Die Kalibrierstifte sind an dem der Laserstrahlebene 2 zugewandten freien Ende 12 kugelförmig ausge- bildet. Dadurch wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 7 sichergestellt, daß beim Eintauchen des freien Endes 12 der Kalibrierstifte in die Laserstrahlebene 2 ein Teil der La- serstrahlen von dem kugelförmigen freien Ende 12 der Kalibrierstifte reflek- tiert wird. Dadurch wird in einfacher Art und Weise an jedem freien Ende 12 eines Kalibriermittels 11 ein Kalibrierbereich in der Art einer punktförmigen Lichtquelle geschaffen, wobei die von dem freien Ende 12 reflektierten Strahlen der Laserebene 2 zusammen mit der Laserlinie 3 aufgenommen wer- den und in der Aufnahme anschließend als leicht erkennbare punktförmige Kalibrierflächen oder-bereiche erkennbar sind. Die Kalibrierbereiche und die projizierte Laserlinie 3 liegen bei dieser Ausführungsform der Erfindung in der gleichen geometrischen Ebene. Die Laserlinie 3'und die von den reflek- tierten Laserstrahlen erzeugten punktförmigen Kalibrierflächen in der Auf- nahme weisen in etwa dieselben Helligkeitswerte und/oder Kontrastwerte auf, so daß eine Erkennung leicht möglich ist.

Die senkrechte Anordnung der Kalibrierstifte auf dem Träger 10 stellt dabei sicher, daß alle freien Enden 12 gleichzeitig in die Laserstrahlebene 2 eintau- chen können. Dabei tangieren die freien Enden 12 gerade die Laserstrahlebene 2, wobei es bei entsprechender Ausbildung der Kalibriermittel 11 auch mög- lich ist, daß die Kalibriermittel 11 die Laserstrahlebene 2 zumindest bereichs- weise schneiden. Wie bereits zuvor erläutert, sind die Kalibriermittel 11 derart angeordnet, daß zumindest vier freie Enden in die Laserstrahlebene 2 eintau- chen, wobei höchstens zwei freie Enden 12 auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Aus der Fig. 3 ist weiter zu ersehen, daß die Kalibriermittel 11 in re- gelmäßigen Abständen auf dem Träger 10 angeordnet sind, was die Ermitt- lung der Referenzkoordinaten der freien Enden 12 der Kalibriermittel 11 bzw. der Kalibrierbereiche erleichtert.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Meßvorrichtung eine Klemmein- richtung 13 auf, mit der die Meßvorrichtung 7 an eine nicht im einzelnen dar- gestellte Winkelmeßeinrichtung, wie beispielsweise eine Wasserwaage, ange-

klemmt werden kann, wobei durch die Winkelmeßeinrichtung die vorzugs- weise rechtwinklige Anordnung der Meßvorrichtung 7 auf der Oberfläche 4 der Schiene 8 eingestellt werden kann bzw. vorgegeben ist. Der Einfachheit halber handelt es sich bei der Winkelmeßeinrichtung um ein Spurweiten- Meßgerät, mit dem die Meßvorrichtung 7 über die Klemmeinrichtung 13 ver- bunden wird.

Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsge- mäßen Meßvorrichtung 7 sind zwei Lasereinrichtungen 1 dargestellt, bei de- nen es sich beispielsweise um Linienlaserprojektoren handeln kann. Grund- sätzlich können auch mehr als zwei Lasereinrichtungen vorgesehen sein. Die Lasereinrichtungen 1 sind derart zueinander angeordnet, daß im Meßzustand der Meßvorrichtung 7 die von den Lasereinrichtungen 1 erzeugten Laser- strahlebenen 2 in derselben geometrischen Ebene liegen und sich bereichswei- se schneiden. Werden mehrere Lasereinrichtung 1 eingesetzt, ist es möglich, daß jeder Laserstrahlebene 2 eine Mehrzahl von Kalibriermitteln 11 zugeord- net ist und/oder das ein Kalibriermittel 11 mehrere Laserstrahlebenen 2 schneidend oder tangierend angeordnet ist.

Nicht im einzelnen dargestellt ist, daß die Meßvorrichtung 7 mit einer Rech- nereinrichtung verbunden sein kann, die zur Auswertung der Aufnahmen vor- gesehen wird. Dabei wird die aufgenommene Laserlinie 3', die die Oberflä- chenkontur bzw. das Höhenprofil der Schiene 8 quer zur Längsachse der Schiene 8 in gezerrten Koordinaten abbildet, in einem Koordinatensystem punktweise erfaßt und mit einer aus den Referenzkoordinaten der Kalibrierbe- reiche und den Koordinaten der Kalibrierbereiche in der Aufnahme ermittelten Transformationsmatrix bzw.-berechnungsvorschrift entzerrt. Die Entzerrung kann nach den Gesetzmäßigkeiten der projektiven Geometrie stattfinden.

Für den Fall, daß in einer Aufnahme nicht die gesamte Kontur der Oberfläche 4 sichtbar ist, können von der Oberfläche 4 mehrere Aufnahmen aus unter- schiedlichen Perspektiven gemacht werden. Die entzerrten Koordinaten der Konturenlinien können dann überlagert werden.