CN105026880B - 用于借助对菲涅尔衍射边界曲线的评估确定物体的至少一个边缘的位置的方法 - Google Patents

用于借助对菲涅尔衍射边界曲线的评估确定物体的至少一个边缘的位置的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105026880B
CN105026880B CN201380069529.2A CN201380069529A CN105026880B CN 105026880 B CN105026880 B CN 105026880B CN 201380069529 A CN201380069529 A CN 201380069529A CN 105026880 B CN105026880 B CN 105026880B
Authority
CN
China
Prior art keywords
curve
light source
method described
polymerization
referenced strength
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.)
Active
Application number
CN201380069529.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105026880A (zh
Inventor
W·布洛姆
H·西科拉
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.)
Sikora AG
Original Assignee
Sikora 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 Sikora AG filed Critical Sikora AG
Publication of CN105026880A publication Critical patent/CN105026880A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105026880B publication Critical patent/CN105026880B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • 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
    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • 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
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/028—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring lateral position of a boundary of the object
    • 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
    • G01B11/08—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/10—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
    • G01B11/105—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving using photoelectric detection means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘的位置的方法，其具有如下步骤：利用至少一个聚合的光源的光照亮物体，其中，在由物体引起的阴影的两个几何的界限上产生衍射边界；在一个实施方式中，强度曲线首先按照位置微分。可关于二次的位置轴线记录每个微分的强度分布并且将其与周期性的参考强度曲线比较，或者直接与由周期性函数构成的参考强度曲线比较。在第二实施例中，强度曲线与参考强度曲线比较，所述参考强度曲线由周期性的函数形成，如果所述函数具有与位置成基本上反线性的相关性的周期长度并且所述函数关于位置积分的话。

Description

用于借助对菲涅尔衍射边界曲线的评估确定物体的至少一个 边缘的位置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘的位置的方法。这样的条状体可以例如是线缆，其包括导体和包围所述导体的绝缘部。存在测量这样的条状体、尤其是确定位置或直径的需要。对条形的物体的光学测量例如由EP 0 924 493 B1已知，其中通过优选激光二极管的聚合的单色的光在没有成像的光学系统的情况下在光传感器上投影出要测量的条状体的阴影。相比于以成像的光学系统工作的测量方法，利用该方法在布置结构的相对小的尺寸的情况下可取得高的测量精度。基于光源的聚合的单色的辐射在条状体的几何的阴影界限上产生衍射边界。由接收的衍射边界可以确定几何的阴影界限。这例如通过与由衍射理论已知的参考衍射图案比较而成为可能。该参考图案的自由参数、尤其是延伸和地点的移动变化这样长时间，直到产生参考衍射图案和测得的衍射边界强度的曲线之间的优化的相关性。该相关性当然相对耗费计算时间，从而备选地评估衍射边界的典型的特征点、例如局部的最大强度和最小强度的位置，并且由此可以推断出几何的阴影界限的位置。
相关法如提到的是非常耗费计算时间的，而对衍射边界的典型的特征点的评估是快速并且在通常的使用情况中实现突出的测量精度。因为分析当然限制于衍射边界的典型的特征点的限定的数量，可能发生有缺陷的结果，如果典型的特征点被干扰的话。例如在光学系统的显著污染或在测量透明的或非常薄的条状体时会是这种情况。这样可以例如通过穿过透明的待测量物料到达的光分量导致干扰衍射边界并且借此也导致干扰典型的特征点。在非常薄的条状体中，可能出现基于两个衍射边界的相互影响的干扰。
发明内容
因此从解释的现有技术出发，本发明的任务是，提供一种开头所述类型的方法，其在衍射边界干扰时也提供可靠的测量结果并且在此实现高的测量和评估速度。
本发明通过有利的特征解决该任务。
本发明按照第一方面通过一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘的位置的方法解决该任务，其具有步骤：
–利用至少一个聚合的光源的光照亮物体，其中，在由物体引起的阴影的两个几何的界限上产生衍射边界，
–利用至少一个单行或多行的光学的传感器接收至少一个衍射边界的空间的强度曲线，
–将所述至少一个接收的强度曲线按照位置微分并且关于二次的位置轴线描绘，
–将所述按照位置微分的并且关于二次的位置轴线记录的至少一个接收的强度曲线与至少一个周期性的参考强度曲线比较，
–基于进行的比较确定所述物体的至少一个边缘的位置。
本发明按照第二方面通过一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘的位置的方法解决该任务，其具有步骤：
–利用至少一个聚合的光源的光照亮物体，其中，在由物体引起的阴影的两个几何的界限上产生衍射边界，
–利用至少一个单行或多行的光学的传感器接收至少一个衍射边界的空间的强度曲线，
–将所述至少一个接收的强度曲线按照位置微分，
–将所述按照位置微分的至少一个接收的强度曲线与至少一个参考强度曲线比较，所述参考强度曲线如由周期性的函数得出，如果所述函数具有与位置成基本上反线性相关性的周期长度的话，
–基于进行的比较确定物体的至少一个边缘的位置。
本发明最后按照第三方面通过一种用于确定物体、尤其是条状体的至少一个边缘的位置的方法解决该任务，所述方法具有下述步骤：
–利用至少一个聚合的光源的光照亮物体，其中，在由物体引起的阴影的两个几何的界限上产生衍射边界，
–利用至少一个单行或多行的光学的传感器接收至少一个衍射边界的空间的强度曲线，
–将所述至少一个接收的强度曲线与至少一个参考强度曲线比较，如其由周期性的函数得出的，如果所述函数具有与位置成基本上反线性的相关性的周期长度并且所述函数关于位置积分的话，
–基于进行的比较确定物体的至少一个边缘的位置。
几何的阴影界限构成关于物体位置的直接信息。物体位置的确定在此也包括例如确定物体的仅一个边缘的位置。本发明利用如原则上由EP 0 924 493B1已知的测量构造。物体或者说条状体可以在横截面中大致为圆形。可以涉及线缆，尤其是涉及包括至少一个导体和至少一个包围所述导体的绝缘包封部的线缆。所述至少一个聚合的光源可以在此尤其是也发射单色的光。所述光源可以是激光器、尤其是二极管激光器。光学的传感器可以例如是CCD或CMOS传感器、尤其是CCD或CMOS行传感器。
按照本发明评估光强的菲涅尔衍射曲线，其在聚合的照明中在处于物体后面不太远处的传感器上产生。这些衍射曲线能够通过菲涅尔积分数学地说明。当然对于所述积分不存在由其能够简单计算衍射边界参考强度曲线的封闭的分析解法。如开头提到的，由EP0 924 493B1已知相关法，其中测量的衍射边界曲线与参考曲线比较。然而该方法对于亚微米范围中的测量精度是不切实际的，因为要存储非常大的数量的参考曲线。
物体的位置的确定按照本发明基于至少一个接收的强度曲线和至少一个参考强度曲线之间的比较或相关联进行。参考强度曲线可以例如经验地配置有确定的几何的阴影界限和物体的借此确定的位置。本发明的所有三个方面基于共同的认识，即，接收的衍射边界曲线的周期持续时间与使用的传感器上的位置坐标具有反线性的或几乎反线性的相关性。亦即周期持续时间随1/(x-xgeo)减小，其中x是位置并且xgeo是几何的阴影界限的位置。测得的强度曲线因此可以与参考强度曲线比较，所述参考强度曲线同样具有其周期持续时间与位置坐标的这样的逆线性的或几乎反线性的相关性。在参考强度曲线的函数的自变量中，这时位置坐标x尤其是以二次出现。
本发明按照所有三个方面此外共同的认识是，一方面由在边缘上引起的接收的衍射边界曲线I(x)通过按照位置的微分或求导和另一方面关于二次的x轴线的记录，能够产生尤其是非常好地接近正弦函数的周期性的函数。后一种行为(关于二次的位置轴线的记录提供周期性的曲线)导致，在周期性的函数的自变量中的位置x以二次出现，因此适用V(x)＝x2。因此对于在边缘上求导的衍射边界曲线适用通过正弦函数的近似：
对应地可以通过正弦函数产生参考曲线IRef(x)，所述参考曲线非常好地对应于接收的强度曲线。为此在正弦函数的自变量中的位置x以二次设置并且随后所述函数值关于位置积分：
在本发明的第一方面中，两个以上列举的运算(按照位置的微分和关于二次的位置轴线的记录)应用到接收的强度曲线上并且所述接收的强度曲线直接与周期性的函数、例如正弦函数比较。在本发明的第二方面中，两个运算中的第一运算、即按照位置的微分应用到接收的强度曲线上。这样获得的强度曲线与参考强度曲线比较，如其例如由正弦函数产生的，在所述正弦函数的自变量中，位置x以二次出现。因此参考强度曲线在该情况中是如下曲线，所述曲线的周期长度与位置具有反线性的相关性。在本发明的第三方面中，不同于第二方面，在产生参考强度曲线时对接收的强度曲线按照位置的微分通过关于位置的积分代替。因此在第三方面中，参考强度曲线对应于方程(1)产生。本发明的所述三个方面接着参考图6至8进一步解释。
明显的是，所有三个方面基于相同的认识。区别仅在于，测量的强度曲线在比较之前是否经历并且经受多少运算、尤其是数学的运算。对应地然后选择用于比较考虑的参考强度曲线。当然，参考强度曲线尤其是在本发明的第二和第三方面中不是必须实际上经受第一和第二运算的所述一个或两个反运算。而是它们可以对于按照本发明的方法已经作为存储的参考曲线存在。但它们对应于如下函数，所述函数由周期性的函数、例如周期性的正弦函数出发通过使用一个或两个数学的反函数可能产生。当然还有，本发明的一些或全部的方法步骤按照一个或多个、尤其是全部的三个方面也可以平行地、即局部或完全同时地实施。
周期性的函数、例如正弦函数比其他函数可显著更简单地评估，尤其是在透明的或非常薄的物体中，其方式为，所述至少一个接收的强度曲线与周期性的参考强度曲线、尤其是正弦形的参考强度曲线比较或相关。尤其是当最初接收的强度曲线具有显著的可能使评估变得困难或甚至成为不可能的干扰时，能够通过强度曲线的按照位置的一阶导数和关于二次的位置轴线的记录产生如下曲线，所述曲线能够非常好地接近正弦曲线。所述正弦曲线的重要信息、如相位和频率，也能够在存在强烈干扰的接收的衍射边界曲线时被提取。如解释的，本发明基于如下认识，即，在边缘的菲涅尔衍射图案中的强度波动的周期持续时间关于位置并且尤其是关于与几何的阴影界限的距离反线性地改变。基于该认识，能够在运行时间中生成对于相关联所需要的参考曲线。相关联借此不与之前对于离散的边缘位置存储的参考曲线结合，而是可以对于每个任意的边缘位置以需要的位置精度实施。这允许，对于直径测量实现希望的高的测量精度。
非常好地接近理论上精确的曲线的衍射边界参考曲线能够(在运行时间)产生，其方式为，对于光强I的位置的求导使用接着的方程：
其中T是周期长度并且xgeo是由物体引起的阴影的几何的阴影界限的位置。对于与位置相关的周期长度T(Δx)适用：T(Δx)＝T0/(x-xgeo)，其中T0是此外解释的常数。
要与测得的强度曲线比较的参考强度曲线例如如下获得，其方式为，对按照方程(2)的曲线数字积分。以这种方式能够相比于现有技术更简单和更快速地实施评估。这尤其是也在衍射边界的干扰时适用，所述干扰例如在透明的条状体或非常薄的条状体(少于1mm、尤其是少于0.5mm的直径)中出现。
在制造线缆时例如通过挤压过程施加绝缘包封部到电导体上。在此达到高的生产速度。通常必需的是，检查物体的位置并且借此也检查按照规定的绝缘部。检查在此优选在生产期间进行，因此在线进行。尤其是物体可以沿其纵向方向输送，其中与此同时连续确定物体的位置。因此连续进行对物体照明和接收衍射边界的强度曲线以及对所述强度曲线的按照本发明的评估。因此位置和/或直径的在线监控是可能的。强度曲线的测量和按照本发明的评估可以在此例如以通常的距离或尽可能连续地进行。
借助按照本发明的比较可以获得不同的信息。例如可以为了确定物体的直径确定由物体引起的阴影的两个几何的阴影界限。物体投射出阴影，当物体被以光被照亮时。两个通过物体在尤其是垂直于纵向方向进行的照明时产生的阴影界限给出关于物体直径的重要信息。基于衍射效果，几何的阴影界限不可以直接地在光学的传感器上读取，而是必须以按照本发明的方式评估。由衍射边界可以分别确定几何的阴影界限。如果两个在对物体照明时产生的衍射边界被评估，则可以因此确定两个几何的阴影界限或其位置。原则上被照亮的物体的两个进行衍射的边缘的两个衍射边界可以单独或共同评估。尤其是可以例如分别进行一个衍射边界与对应的参考强度曲线的关联或比较。备选地，两个在测量技术上接收的衍射边界也可以共同与对应的参考强度曲线对于物体的两个边缘相关联或比较。
数学上能够对于接收的衍射边界曲线的位置求导给出如下近似：
其中适用：
I：光强
A：幅值系数
x：位置轴线(位置)
xgeo：几何的阴影界限
T0：正弦曲线的周期长度
周期长度T0依赖于物体衍射的边缘在测量空间中的位置。例如通过测得的衍射边界曲线I的位置导数与按照方程(2)的参考正弦曲线的关联，其方式为使自由的参数T0和xgeo变化，能够确定几何的阴影界限xgeo并且另一方面确定周期长度T0。因此必须进行二维的相关。如果引入与位置相关的频率f＝1/T0·(x-xgeo)，则能够将几何的阴影界限xgeo作为正弦曲线的相位移解释：
如果确定了接收的衍射边界曲线的频率f0＝1/T0和相位移则这给出一方面对几何的阴影界限的位置xgeo的直接推断并且另一方面给出对引起衍射的物体在测量空间中的位置的直接推断。实施对于两个接收的衍射边界的所述评估，则可以由此确定物体的直径和物体在测量空间中的位置。
如已经提到的，所述至少一个周期性的参考强度曲线可以是正弦形的参考强度曲线或所述周期性的函数可以是正弦函数。评估于是特别简单和快速地可能。但也可能的是，所述至少一个周期性的参考强度曲线是周期性的矩形曲线、三角形曲线或梯形曲线和/或所述周期性的函数是周期性的矩形函数、三角形函数或梯形函数。也可以在与参考强度曲线比较之前通过限幅由接收的强度曲线产生二进制的信号。对于二值化可以例如在按照位置求导之后和/或在关于二次的位置轴线标度(Skalieren)之后确定强度阈值。只要强度信号处于阈值上方，则二值化的强度信号设置为1，只要强度信号处于阈值之下，则二值化的强度信号设置为0。这样的矩形曲线简化和加速评估，因为这样的数字信号可更简单地处理。这尤其是在数字的锁相环路中的处理时适用。
在按照本发明的比较的过程中，可以使所述至少一个接收的强度曲线和/或所述至少一个参考强度曲线的表征通过物体引起的阴影的相应的几何的界限特性的参数变化，直到相互比较的强度曲线的尽可能很大程度上的一致。在关联方法的范围中，表征通过物体引起的阴影的几何的界限特性的参数的变化可以在此分别以如下值开始，所述值在前面紧接的变化中导致与参考强度曲线的尽可能很大程度上的一致。因此比较在该设计中分别以如下参数开始，所述参数在最后的测量中最好地对应于参考强度曲线。在这里利用如下事实，即，在尤其是以短的距离的相继的测量之间，物体的位置和直径并且借此强度曲线的决定性的参数只轻微地改变。用于比较的出发点因此已经相对接近寻求的结果。由此可以减少与评估关联的时间上的和计算上的花费。在第一比较中，亦即因此当还不存在“上一参数”时，可以以提前定义的标准值开始。
作为表征通过物体引起的阴影的相应的几何的界限特性的参数，可以在实施按照本发明的比较的过程中尤其是使所述至少一个接收的强度曲线和/或所述至少一个参考强度曲线的相位变化。例如在本发明的第一方面中，该变化可以借助按照位置微分的接收的强度曲线进行，直到产生正弦函数。当位置轴线的原点对应于几何的阴影界限时，按照上述的方程是这种情况。相位因此直接与几何的阴影界限相关联。通过相关联可以寻求正弦参考曲线，所述正弦参考曲线优化地对应于该产生的正弦函数。由此可以确定几何的阴影界限的绝对值。也可以在实施按照本发明的比较的过程中使至少一个接收的强度曲线和/或至少一个参考强度曲线的频率变化。所述频率直接与物体在光学的传感器的测量空间中的位置相关。
不仅考虑几何的阴影界限而且考虑位置、尤其是物体与传感器的距离，尤其是对于确定物体的直径可能是必需的。该距离尤其是在物体的向前运动自然经受波动，从而可能必须对距离连续地监控。只要不仅几何的阴影界限而且位置应该通过相关联确定，则必须如阐述的实施二维的比较或二维的相关。这相对耗费计算时间并且因此尤其是在高的生产速度时提出高的要求。因此可以设置，利用至少一个聚合的第二光源的光照亮物体，所述第二光源的主光束方向基本上垂直于所述聚合的第一光源的主光束方向，其中，也通过聚合的第二光源在由物体引起的阴影的两个几何的界限上产生衍射边界，其中利用至少一个单行或多行的光学的第二传感器接收至少一个通过聚合的第二光源产生的衍射边界的空间的强度曲线，并且由此确定物体与光学的第一传感器的距离。以这种方式可以特别简单地确定物体在测量空间中的位置，尤其是由通过第二光源产生的第二衍射边界。因此按照本发明评估的衍射边界曲线的频率f0＝1/T0已经已知。需要的比较或需要的相关联于是限制于相位移或几何的阴影界限。这时只还涉及一维的相关联，其相应较少耗费计算时间。
所述至少一个接收的强度曲线与参考强度曲线的比较或相关联可以借助锁相环路(Phase Locked Loop PLL)进行。利用这样的锁相环路可以快速确定频率和/或相位需要的变化，以便获得接收的和必要时数学处理的强度曲线与周期性的参考曲线、尤其是正弦形的参考曲线尽可能很大程度上的一致。按照另一种设计，所述至少一个接收的强度曲线与参考强度曲线的比较也可以借助傅立叶分析进行。
所述至少一个聚合的光源的主光束方向可以基本上垂直于物体的纵向方向。所述至少一个聚合的光源可以基本上是点状的。备选或附加地，所述至少一个聚合的光源可以以扇形的光束照亮物体。只要设置有多个光源，则这点可以分别对于全部的光源适用。此外可以设置，在所述至少一个聚合的光源和物体之间和/或在物体和所述至少一个光学的传感器之间不设置使光辐射变形或转向的光学元件。尤其是在该设计中，在所述至少一个聚合的光源和物体之间和/或在所述物体和所述至少一个光学的传感器之间不设置成像的光学系统。由此产生较简单的和较紧凑的构造，而按照本发明的评估方法同时能够实现对物体的位置和/或直径的可靠确定。
如已经提到的，所述至少一个光学的传感器可以是行传感器。所述至少一个光学的传感器可以与所述至少一个聚合的光源对置地设置。此外所述至少一个光学的传感器的测量轴线可以基本上垂直于所述至少一个聚合的光源的主光束方向。测量轴线在此尤其是通过传感器的行方向确定。当然也可能使用多行的传感器(面阵列传感器)。这时多个行垂直于光源的主光束方向定向。在面阵列传感器中可以单独地评估每行。
所述物体可以至少对于所述至少一个聚合的光源的光至少部分地透明。所述物体也可以具有少于1mm、优选少于0.5mm的直径。如已经解释的，按照本发明的评估方法尤其是在透明的和非常薄的条状体中是有利的，其在常规的评估方法中产生误差。
按照本发明的方法利用衍射边界的几乎整个的信息含量，因此其是极度窄带的。如开头描绘的，衍射边界的干扰实际上对分析结果、尤其是几何的阴影界限的评估没有或只有小的影响，因为干扰的频谱主要处于通过按照本发明的评估提供的窄带的滤波器外。利用按照本发明的方法，比在现有技术中明显较精确地并且较不易受干扰地确定阴影界限并且借此确定直径。测量精度和可靠性被提高。此外这样的评估方法的应用范围扩大并且尤其是也允许测量透明的产品、例如玻璃纤维、棒、软管或类似物。
接着借助附图进一步解释本发明的实施例。示意性示出：
图1用于实施按照本发明的方法的测量装置；
图2按照图1的光学的传感器的强度曲线的理想化的示图；
图3用于形象说明按照本发明的评估方法的三个图表；
图4按照本发明的锁相环路的示意图；
图5用于实施按照本发明的方法的装置的另一种设计；
图6用于形象说明本发明的第一方面的图表；
图7用于形象说明本发明的第二方面的图表；以及
图8用于形象说明本发明的第三方面的图表。
只要没有另外给出，在图中相同的附图标记表示相同的物体。在图1中可看出条状体10、例如线缆10的横截面，所述条状体垂直于图平面延伸和以例如10mm每秒至30m每秒输送。用于制造线缆以及用于产生进给的装置未示出，因为它们对于本领域技术人员原则上已知。条状体10可以例如具有少于1mm、优选少于0.5mm的直径。也可能，所述条状体10是透明的条状体10。
在条状体10的图1中的左侧可看出点状的光源12。所述光源可以由例如产生红外光的激光二极管形成。光源12尤其是在通过扇形的由光源12发射的光束14形成的测量平面中为点状。在该平面中，光源12、尤其是激光二极管12的激活的区的延伸可以尽可能小。垂直于此、即平行于条状体10的纵轴线可以存在光源12的光学激活的区的较大的延伸、例如0.5mm。
在条状体10的与光源12对置的一侧上示出光学的传感器16、例如CCD行传感器16，所述传感器的通过传感器行形成的纵轴线处于投影面中并且垂直于光源12的主光束方向延伸。传感器16的各个传感元件18构成用于接收由光源12发射的激光。通过光源12的扇形的光束14照亮的条状体10在行传感器16上产生阴影，所述阴影的延伸对于条状体10的直径有代表性。阴影的延伸当然由于扇形扩张的光路不相同于条状体10的直径。因此在评估中要考虑条状体10的纵轴线与行传感器16的距离，并且更确切地说是以如下方式，即，测量到的阴影延伸尺寸与由光束组导出的、尤其是小于1的因数相乘。因为替代阴影遮光板相对于条状体横截面的中点同样随光源12和条状体10之间的距离变化，同样要考虑该相关性。
光源12、尤其是激光二极管12发射聚合的、单色的光。在条状体10的外部的边缘上，所述聚合的、单色的光得到衍射。由此在光学的传感器16上产生强度曲线，如其在图2中理想化地示出的。在图2中从左向右示出的位置轴线x在图1中从上向下延伸。通过条状体10形成的几何的阴影的曲线――如其在没有衍射现象的情况下产生的――在图2中划成虚线标绘并且以20表示。这样形成的几何的阴影界限xgeo基于衍射现象在光学的传感器16上不可直接测量。在几何的阴影区域中衍射进入的光旁边在几何的阴影界限xgeo的左边或右边记录具有缓慢衰减的、交替相继的最大强度和最小强度的强度曲线。该基于运行时间区别(干涉)产生的图案称为衍射边界22。通过各个光线的叠加产生的最大值以24表示，以相消干涉为依据的最小值以26表示。最大值24和最小值26彼此跟随的频率依赖于条状体10的衍射的边缘和传感器16的测量平面之间的距离。衍射边界22的强度曲线在平均的水平28附近变化，如其在没有测量对象的情况下产生的。
借助在图3中示出的图表，应该进一步解释按照本发明的评估方法。在此在图3的上面的图表中示出图2的衍射边界。尤其是强度I关于位置x示出，如其由光学的传感器16接收的。在示出的示例中，光学的传感器16具有包括N＝300像素的测量行。在图3中中间的图表示出上面的图表的强度曲线按照位置的一阶导数。所述导数在此作为差分商按照下述的公式计算：
其中n＝1...299
在中间的图表中，关于线性的位置轴线x记录按照位置求导的强度。该曲线现在关于二次的x轴线、即(x-xgeo)2记录。尤其是在图3的上面的图表中在纵坐标上记录的强度值分别配置有如下值作为横坐标值，所述值由其在图3的上面的图表中分别配置的x值通过函数(x-xgeo)2得出。由此获得在图3的下面的图表中示出的大致正弦形的信号变化曲线。
当然只如下适用，即，几何的阴影界限xgeo已经被发现并且在图3中下面的图表以几何的阴影界限xgeo作为原点记录。只要几何的阴影界限还不已知，尤其是在按照本发明的评估的开始时通常是这种情况，则在图3的下面的图表中还没有产生正弦形的曲线。而是按照图3的下面的图表记录的曲线的频率这时还示出地点相关性，尤其是、频率随位置增加。为了按照本发明的评估，对于通常首先还不是正弦形的、按照图3的下面的图表记录的曲线，使相位移(x-xgeo)变化这样长时间，直到产生(周期性的)正弦曲线。需要的相位移是寻求的几何的阴影界限xgeo，其在该时刻当然还未作为绝对值已知。因此该在图3中已经发现的并且示出的正弦曲线例如与一群正弦形的参考曲线比较，直到接收的强度曲线和正弦形的参考曲线之间存在优化的一致。借此这时也确定几何的阴影界限的绝对值。在按照本发明的评估的过程中，相位移(x-xgeo)的相关和移动平行进行，如进一步在下面更详细解释的。必要时频率也必须变化，以便也识别条状体10与光学的传感器16的距离。如果已知在图3的下面的图表中示出的强度曲线的频率和相位移，则能够由此确定条状体10的直径，如同样在上面解释的。
比较可以在此以特别简单的方式借助锁相环路(锁相环Phase Locked Loop PLL)进行。对应的测量构造在图4中示出。附图标记30在此表示乘法器并且附图标记32表示低通滤波器。附图标记34示出电压控制的振荡器(Voltage Controlled Oscillator VCO)。利用在图4中示出的锁相环路，可以以本身已知的方式确定需要的频率变化和/或需要的相位移，以用于接收的和数学处理的强度曲线和正弦形的参考曲线之间优化的补偿。锁相环路的功能对于本领域技术人员本身已知，从而对其不进一步解释。为了进一步简化评估也可能的是，将在图3的下面的图表中示出的信号数字化成矩形曲线并且输送给数字的锁相环路。
在图5中示出用于实施按照本发明的方法的装置另一种设计。在那里示出聚合的、单色的点状的第二光源12b、例如同样为激光二极管，所述激光二极管同样产生扇形的光束14b。在图5中可看出，光源12b的在图5中以附图标记36b示出的主光束方向垂直于光源12的以附图标记36示出的主光束方向。光学的第二传感器16b、例如同样为电荷藕合器件(CCD)行传感器接收由第二光源12b发射的聚合的单色的光。通过行传感器16b的行形成的测量轴线在此垂直于第二光源12b的主光束方向36b。利用该装置，能够按照本发明不仅在两个位置上测量条状体10的直径，而且也可以确定条状体10和行传感器16或行传感器16b之间的距离，所述距离在条状体10向前运动时当然发生波动。在投影到接收行上的条状体阴影两侧的衍射边界的强度曲线大致对称。因此可以例如由对称地在左边的或右边的衍射边界中对置的特征点的位置推断出投射的阴影的中心位置。条状体10处于该位置和激光二极管12之间的连接线上。对应的连接线可以设计用于光源12b的以90°旋转的测量布置结构。两条线的交点构成条状体10在测量空间中的中心位置。借此相对于相应的行传感器16或16b的距离已知。如上面解释的，因为该距离直接与在图3的下面的图表中示出的强度曲线的频率关联，在使用该测量布置结构用于在图3的下面的图表中示出的强度曲线时，只还必须确定相位移。这简化评估。
如此外直接由各图可看出的，在此一方面在光源12、12b和条状体10之间以及另一方面在条状体10和光学的传感器16、16b之间没有设置使光辐射变形的或转向的光学元件、尤其是成像的光学元件。构造由此进一步简化。
在图6中示出用于形象说明按照本发明的方法的第一方面的图表。可看出，按照本发明的方法基于测量到的衍射曲线开始，如其例如图3的上面的图表中示出的。在下一个步骤中，进行按照位置的微分，其中产生曲线，如也在图3的中间的图表中示出的。随后进行关于二次的位置轴线(x-xgeo)2的标度，其中，通常首先还不产生在图6中或图3的下面的图表中示出的正弦形的曲线，如以上解释的。在按照本发明的评估的过程中，现在将正弦形的参考曲线与如在图6的图表中按照区块“关于二次的位置轴线的标度”产生的测得的衍射曲线比较，尤其是通过测得的衍射曲线――如其在图6的图表中按照区块“关于二次的位置轴线的标度”产生――移动，直到存在优化的一致。在此，寻求如下周期性的正弦形的参考曲线，其优化地与如解释的数学处理的测量到的衍射曲线一致。平行地跟踪二次的位置轴线的参数xgeo(根据在相关过程中参考曲线的零点正处于哪儿)。所述相关可以例如在锁相环路(phase-locked loop(PLL))中进行。在相关的过程中可以确定进行的相位移。如上解释的，该相位移对应于寻求的几何的阴影界限xgeo。
在图7中示出的图表形象地说明按照本发明的方法的第二方面。可看出，该方法也以测得的衍射曲线开始，如对于图6解释的。此外在这里也首先进行按照位置的微分，如对于图6解释的。在按照本发明的方法的在图7中形象说明的第二方面中，现在当然实现该微分的测得的衍射曲线与参考曲线相关性，所述参考曲线在本示例中如下产生，即，正弦曲线这样关于位置记录，使得所述正弦曲线的周期长度基本上反线性地与地点相关。在该相关的过程中再次寻求如下参考曲线，所述参考曲线最好地配合所述测得的并且数学处理的衍射曲线。基于此于是又可以确定几何的阴影界限xgeo的对于参考曲线例如经验确定的并且存储的绝对值。
图8示出用于形象说明按照本发明的方法的第三方面的图表。该方法也以测得的衍射曲线开始，如以上对于图6解释的。当然该衍射曲线按照在图8中形象说明的方法不以上面解释的方式数学处理。代替地，该测量的衍射曲线直接与参考曲线相互作用。该参考曲线如下产生，即，这样记录正弦曲线，使得其周期长度反线性地与地点相关，并且具有周期长度的反线性的地点相关性的该正弦曲线关于位置积分。然后再次在相关的过程中寻求如下参考曲线，所述参考曲线优化地与测得的衍射曲线一致。由此于是可以再次对于几何的阴影界限xgeo确定对于参考曲线例如经验确定的和存储的绝对值。
由图6至8再次变得清楚的是，按照本发明的方法的三个方面基于相同的想法。其在于，通过两种运算或其反运算由测得的衍射曲线可以构建正弦曲线或反之。该基本思想简化和加速按照本发明对衍射图案的评估，如以上解释的。

Claims (24)

1.用于确定物体(10)的至少一个边缘的位置的方法，所述方法具有如下步骤：
–利用至少一个聚合的光源(12、12b)的光照亮物体(10)，其中，在由物体(10)引起的阴影的两个几何界限上产生衍射边界(22)，
–利用至少一个单行或多行的光学的传感器(16、16b)接收至少一个衍射边界(22)的空间的强度曲线，
–将所述至少一个接收的强度曲线按照位置微分并且关于二次的位置轴线记录，
–将所述按照位置微分的并且关于二次的位置轴线记录的至少一个接收的强度曲线与至少一个周期性的参考强度曲线比较，
–基于进行的比较确定所述物体(10)的至少一个边缘的位置。
2.用于确定物体(10)的至少一个边缘的位置的方法，所述方法具有下述步骤：
–利用至少一个聚合的光源(12、12b)的光照亮物体(10)，其中，在由物体(10)引起的阴影的两个几何的界限上产生衍射边界(22)，
–利用至少一个单行或多行的光学的传感器(16、16b)接收至少一个衍射边界(22)的空间的强度曲线，
–将所述至少一个接收的强度曲线按照位置微分，
–将所述按照位置微分的至少一个接收的强度曲线与至少一个参考强度曲线比较，如所述参考强度曲线由周期性的函数得出，如果所述函数具有与位置成基本上反线性的相关性的周期长度的话，
–基于进行的比较确定物体(10)的至少一个边缘的位置。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，物体(10)沿其纵向方向被输送并且与此同时物体(10)的位置被连续确定。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个周期性的参考强度曲线是正弦形的参考强度曲线和/或所述周期性的函数是正弦函数。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个周期性的参考强度曲线是周期性的矩形曲线、三角形曲线或梯形曲线和/或所述周期性的函数是周期性的矩形函数、三角形函数或梯形函数。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在与参考强度曲线比较之前，通过限幅由接收的强度曲线产生二进制的信号。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述比较的过程中，使所述至少一个接收的强度曲线和/或所述至少一个参考强度曲线的表征通过物体(10)引起的阴影的相应的几何界限特性的参数变化，直到相互比较的强度曲线尽可能很大程度上一致。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，表征通过物体(10)引起的阴影的几何界限特性的参数的变化分别以如下值开始，所述值在前面紧接的变化中导致与参考强度曲线的尽可能很大程度上的一致。
9.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在实施比较的过程中，使所述至少一个接收的强度曲线和/或所述至少一个参考强度曲线的相位变化。
10.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在实施比较的过程中，使所述至少一个接收的强度曲线和/或所述至少一个参考强度曲线的频率变化。
11.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定由物体(10)引起的阴影的两个几何阴影界限。
12.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定物体(10)与所述至少一个光学的传感器(16、16b)的距离。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，利用至少一个聚合的第二光源(12b)的光照亮物体(10)，所述第二光源的主光束方向(36b)基本上垂直于所述聚合的第一光源(12)的主光束方向(36)，其中，也通过聚合的第二光源(12b)在由物体(10)引起的阴影的两个几何界限上产生衍射边界(22)，其中，利用至少一个单行或多行的光学的第二传感器(16b)接收至少一个通过聚合的第二光源产生的衍射边界(22)的空间的强度曲线，并且由此确定物体(10)与光学的第一传感器(16)的距离。
14.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助锁相环路(PLL)实现所实施的比较。
15.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助傅立叶分析实现实施的比较。
16.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个聚合的光源(12、12b)的主光束方向(36、36b)基本上垂直于物体(10)的纵向方向。
17.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个聚合的光源(12、12b)基本上是点状的和/或利用扇形的光束(14、14b)照亮所述物体(10)。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述至少一个聚合的光源(12、12b)和物体(10)之间和/或在物体(10)和所述至少一个光学的传感器(16、16b)之间不设置使光辐射变形或转向的光学元件。
19.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个光学的传感器(16、16b)与所述至少一个聚合的光源(12、12b)对置地设置。
20.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个光学的传感器(16、16b)的测量轴线基本上垂直于所述至少一个聚合的光源(12、12b)的主光束方向(36、36b)。
21.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，物体(10)至少部分地是透明的。
22.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，物体(10)具有小于1mm的直径。
23.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述物体是条状体。
24.按照权利要求22所述的方法，其特征在于，所述物体具有小于0.5mm的直径。
CN201380069529.2A 2012-11-08 2013-10-09 用于借助对菲涅尔衍射边界曲线的评估确定物体的至少一个边缘的位置的方法 Active CN105026880B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012021892.3 2012-11-08
DE102012021892.3A DE102012021892A1 (de) 2012-11-08 2012-11-08 Verfahren zur Auswertung Fresnelscher Beugungssaumverläufe
PCT/EP2013/071016 WO2014072144A1 (de) 2012-11-08 2013-10-09 Verfahren zur bestimmung der lage mindestens einer kante eines gegenstandes mittels auswertung fresnelscher beugungssaumverläufe

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105026880A CN105026880A (zh) 2015-11-04
CN105026880B true CN105026880B (zh) 2018-03-06

Family

ID=49322380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380069529.2A Active CN105026880B (zh) 2012-11-08 2013-10-09 用于借助对菲涅尔衍射边界曲线的评估确定物体的至少一个边缘的位置的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9797712B2 (zh)
EP (1) EP2917687B1 (zh)
JP (1) JP6228222B2 (zh)
KR (1) KR101833396B1 (zh)
CN (1) CN105026880B (zh)
DE (1) DE102012021892A1 (zh)
RU (1) RU2616070C2 (zh)
WO (1) WO2014072144A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017201750A1 (de) 2017-02-03 2018-08-09 Siemens Healthcare Gmbh Positionsermittlung eines Untersuchungsobjekts bei Durchführung eines medizinischen Bildgebungsverfahrens
EP3726241A1 (de) * 2019-04-19 2020-10-21 Siemens Mobility GmbH Verfahren und system zur lokalisierung eines gegenstandes
CN114383517A (zh) * 2021-12-29 2022-04-22 南京大学 一种基于光学成像的电池膨胀实时检测方法及装置
CN116358417A (zh) * 2023-03-01 2023-06-30 钛玛科（北京）工业科技有限公司 一种通过菲涅尔衍射原理判断物体边沿位置的装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0185167A1 (de) * 1984-12-20 1986-06-25 Georg Fischer Aktiengesellschaft Optisch-elektronisches Messverfahren, eine dafür erforderliche Einrichtung und deren Verwendung
US5015867A (en) * 1989-08-30 1991-05-14 Ppg Industries, Inc. Apparatus and methods for measuring the diameter of a moving elongated material
CN1225999A (zh) * 1997-12-20 1999-08-18 斯考拉电子工业有限公司 圆形截面细长物体直径的测量方法
CN1673669A (zh) * 2004-03-25 2005-09-28 斯考拉股份公司 用于测量细长物品特别是电缆非圆形横截面尺寸的方法
CN101655506A (zh) * 2008-08-21 2010-02-24 斯考拉股份公司 无接触测量沿纵向运动的管线的速度和/或长度的方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3982816A (en) 1974-06-21 1976-09-28 Western Electric Company, Inc. Method for measuring the parameters of optical fibers
JPS52149149A (en) * 1976-06-06 1977-12-12 Asahi Optical Co Ltd Measuring apparatus for diameter of fine wire
US4394683A (en) * 1980-06-26 1983-07-19 Diffracto Ltd. New photodetector array based optical measurement systems
JPS62149149A (ja) 1985-12-23 1987-07-03 Nec Corp 半導体装置
JP2903283B2 (ja) * 1993-04-02 1999-06-07 東京特殊電線株式会社 細線径測定装置
RU2104479C1 (ru) * 1995-10-24 1998-02-10 Белоусов Петр Яковлевич Способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката
ATE286239T1 (de) * 2002-02-04 2005-01-15 Area Sistemi S R L Optische methode und vorrichtung zur messung geometrischer grössen
US20050117162A1 (en) * 2003-09-30 2005-06-02 Bing Zhao Diffractive non-contact laser gauge
DE10360690A1 (de) * 2003-12-19 2005-07-28 Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Messung dünner Fasern
JP4465676B2 (ja) * 2004-02-13 2010-05-19 株式会社山武 エッジ検出方法
JP4726063B2 (ja) * 2005-11-25 2011-07-20 株式会社山武 エッジ検出方法およびエッジ検出装置
EP2187524A1 (en) * 2008-11-14 2010-05-19 Fujitsu Microelectronics Limited Phase detector circuitry

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0185167A1 (de) * 1984-12-20 1986-06-25 Georg Fischer Aktiengesellschaft Optisch-elektronisches Messverfahren, eine dafür erforderliche Einrichtung und deren Verwendung
US5015867A (en) * 1989-08-30 1991-05-14 Ppg Industries, Inc. Apparatus and methods for measuring the diameter of a moving elongated material
CN1225999A (zh) * 1997-12-20 1999-08-18 斯考拉电子工业有限公司 圆形截面细长物体直径的测量方法
CN1673669A (zh) * 2004-03-25 2005-09-28 斯考拉股份公司 用于测量细长物品特别是电缆非圆形横截面尺寸的方法
CN101655506A (zh) * 2008-08-21 2010-02-24 斯考拉股份公司 无接触测量沿纵向运动的管线的速度和/或长度的方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2616070C2 (ru) 2017-04-12
KR20150082585A (ko) 2015-07-15
US20150268034A1 (en) 2015-09-24
EP2917687B1 (de) 2019-05-22
EP2917687A1 (de) 2015-09-16
RU2015117954A (ru) 2016-12-27
JP6228222B2 (ja) 2017-11-08
US9797712B2 (en) 2017-10-24
CN105026880A (zh) 2015-11-04
KR101833396B1 (ko) 2018-02-28
JP2015534086A (ja) 2015-11-26
WO2014072144A1 (de) 2014-05-15
DE102012021892A1 (de) 2014-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105026880B (zh) 用于借助对菲涅尔衍射边界曲线的评估确定物体的至少一个边缘的位置的方法
Koch et al. Filament identification through mathematical morphology
JP2016050935A (ja) 検査装置、および、検査方法
CN101878420A (zh) 分析装置及分析方法
JP5194529B2 (ja) 表面欠陥検査システム、方法及びプログラム
WO2021064893A1 (ja) ワークの表面欠陥検出装置及び検出方法、ワークの表面検査システム並びにプログラム
CN106932363A (zh) 一种钻石纯度检测系统及方法
CN109061220B (zh) 一种基于激光吸收光谱层析成像技术的气流二维速度分布测量方法
CN103412137B (zh) 旋转因子中和测速方法和装置
CN108254281A (zh) 一种皮带机物料水分率的在线检测方法与装置
CN103471532B (zh) 测量飞行器表面波纹度的系统以及相应方法
CN102954846A (zh) 利用可调谐激光二极管进行温度和压力测量的系统和方法
CN102072710A (zh) 角度光学测量装置及角度测量方法
CN112113511B (zh) 一种半透明物体表面轮廓线提取方法、系统及终端
KR20210125428A (ko) 광학 측정 시스템 및 광학 측정 방법
JPH04161832A (ja) 光位相差測定法
US9784577B2 (en) Measuring distance from object by using size of pattern projected onto object
Patiño et al. A Gaussian filtering method to reduce directionality on high-density point clouds digitized by a conoscopic holography sensor
CN109211806A (zh) 一种用于激光吸收光谱层析成像的谱线选取方法
CN115389457A (zh) 基于变区域锁相放大的开放式激光气体检测方法及系统
CN109211151B (zh) 型材的检测装置、方法、设备和介质
CN109416332A (zh) 热扩散率测定装置、热扩散率测定方法以及程序
CN105102965B (zh) 用于确定气流内的碳颗粒的至少一个浓度的方法和设备
JP2021089234A (ja) 検出器の出力を補正する方法、および多角度光散乱検出器
CN101925823A (zh) 根据空间频率滤波方法用以光学测量速度的方法和传感器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant