CN105527248A - 用于确定局部折射值的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于利用图案确定透明物件(12)的体积元中的局部折射值的方法，所述图案透过所述透明物件(12)借助第一摄像机(13)进行观察。为了更简单及更节省成本地实施对局部折射值的精确测量，确定透明物件的各体积元的朝向所述图案的表面(17)的三维形状和位置并使用所述三维形状和位置以确定局部折射值。此外还描述了一种相应的装置。

Description

用于确定局部折射值的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种用于利用图案确定透明物件的体积元中的局部/本地的折射值/光焦度(Brechwert)的方法，所述图案借助摄像机透过透明物件观察。此外本发明还涉及一种用于该方法的装置。
背景技术
为了对透明物件、例如汽车窗玻璃进行质量检查，经常利用图1示出的装置测量光学畸变，该畸变可以换算为局部折射值。根据在准则ECE-R43中规定的已知方法，使用一个投影仪1，该投影仪将预给定的图案透过透明物件(例如风挡玻璃)投影到投影壁3上。在那里利用电子装置或者人工地观察投影仪1穿过风挡玻璃2的光。经常在安装位置上对风挡玻璃2进行检验。因为风挡玻璃2具有不能忽略的延展尺寸，所以投影仪1与风挡玻璃2之间的已知距离(传播长度)R1以及风挡玻璃2与投影壁3之间的已知距离(传播长度)R2仅对于风挡玻璃2的位于投影仪1和投影壁3之间的光轴上的区域是正确的。风挡玻璃的远离光轴的体积元与投影仪1和投影壁3之间的距离较大，因此在上述准则中规定：仅在光轴上实施对折射值的精确测量。就是说，要么必须使风挡玻璃2运动，要么必须使投影仪1以及投影壁3运动，以检查风挡玻璃的更大区域。这尤其在测量时长方面极其费事。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种更简单和更节省成本的方法，利用该方法可以实施对透明物件上的局部折射值的精确测量。对应地，本发明的目的还在于，提供一种成本低的用于该方法的装置。
上述目的通过一种方法得以实现，在该方法中，确定透明物件的各体积元的朝向所述图案的表面的三维形状和位置并用以确定局部折射值。局部折射值的确定在此用于例如在透明物件的自动质量检查范围内对导致光学畸变的光学瑕疵/缺陷进行确定和分类。为此自动比较所确定的局部折射值与预给定的折射值。如果这两个折射值相互不一致或者在用于透明物件的被选出的区域或各体积元的、所确定的局部折射值和预给定的折射值之间存在过大差异，则例如报告瑕疵(例如光学地和/或声学地指示出瑕疵)和/或从生产过程剔除相应物件。在此，体积元是透明物件的三维元/元件，其中，透明物件由多个体积元组成。
在此，局部折射值(折光力)理解为所述物件的各体积元中的折射值，该折射值由各体积元的表面的弯曲、体积元的特性和折射率(物件的光学材料属性)得出并且是(本地)焦距的倒数。在此，局部折射值可在任意方向(光轴)上被确定，例如在各个质量检查中规定的方向、例如穿过处于安装位置上的风挡玻璃的透视方向。
在一种优选实施例中，表面的三维形状和关于各体积元的位置借助于摄像机利用反射测量术/反射计来确定。备选的是，表面的三维形状和位置可以借助具有参考标记的方法、借助纯机械的触觉测量或借助通过三角测量法进行的漫反射表面的测量来确定。
根据本发明的方法基于以下知识，即当可以测量透明的镜反射物件的三维几何形状时，有利的是可以使用这些形状数据来修正透射中的折射值测量。如果物件的形状是已知的，则可以进行相应的几何修正。不必强制实施光轴上所有体积元的折射值测量。针对在上述折射值确定中不在光轴上的体积元，可以基于物件的各体积元的已知三维形状和位置进行对应于与光轴的距离或对应于表面弯曲的折射值修正。这大大缩短了测量时间并且同时提高了测量的准确性，因为可以使用正确的传播长度。此外根据本发明的做法因此还具有更高的工艺过程可靠性。此外空间需求也更小。
基于对透明物件表面的形状和各个体积元的位置的认识，可以为这些体积元分配真实的坐标。
有利之处还在于，根据本发明测量的光学效果不但由物件的大面积的形状造成而且也由表面上或物件体积中的局部变形造成。根据本发明，当物件的三维整体形状(单个体积元的表面形状和其位置)已知时，可以通过该装置减去由物件的整体形状引起的全局效果。换言之，每个体积元的折光力可以被分成由物件的全局整体形状引起的分量和仅由局部变形(例如表面上或体积中的缺陷)导致的光学效果对其有意义的分量。据此可以利用本发明区分大面积的光学效果和局部的光学效果。
透明物件的表面的三维形状的确定可以在透射中的折射值测量之前进行或与这种测量同时进行。
此外可以立体地、修正地示出透射光学系统的测量结果、即所确定的折光力，因为透明物件的表面的形状是已知的。
在一种优选实施例中，为生成图案而使用动态格栅/光栅。这可以例如针对例如任务发出者的关于质量检查的不同要求而生成用于折射值确定的不同图案。通过该动态格栅生成适用于各测量目的的电子图案。局部折射值针对每个体积元由在透射中观察到的图案的局部畸变来确定。
在使用动态格栅时针对每个图案需要各一个单独/分开的测量，其中，这些测量在时间上依次进行。在一种优选实施例中，可以对不同的图案进行颜色编码和/或关于其偏振进行编码，从而可以同时投影和测量，这进一步节省了时间。例如可以借助三个光电二极管(红的、黄的、蓝的)生成三个不同的格栅。由此可以同时测量这三个格栅。拍摄格栅透射图像的摄像机可以借助颜色滤波器和/或偏振滤波器实现对不同格栅的区分。
在另一优选实施例中，通过拼合/组合起所有体积元的表面的三维形状来确定透明物件的朝向所述图案的表面的三维整体形状。透明物件的表面的整体形状因此在考虑各体积元的位置的情况下由单个体积元形状拼合而成。必要时在透明物件较大和/或在物件的表面中存在较大弯曲的情况下需要多台摄像机，以确定透明物件的整体形状，其中，每台摄像机观察透明物件的一个子区域。
此外有利之处还在于，基于对透明物件的表面的三维整体形状的了解，这些表面的弯曲和进而透明物件关于不同视角的折光力都是已知的。由此可以计算出仅由通过物件的特定形状设计而导致的窗玻璃的光学特性。
在本发明的一种改进方案中，将透明物件的朝向所述图案的表面的三维整体形状与关于透明物件的CAD数据进行比较，并从中确定出待为确定局部折射值而选出的观察区域。这样一个观察区域(视域)为检查透明物件而部分地被规定，这是因为为了进行质量检查通常不是整个透明物件而是仅该物件的大多针对相应要求而定义的特殊区域才是有意义的。
上述目的此外还通过一种用于确定透明物件的体积元中的局部折射值的装置得以实现，其中，所述装置被设置用于，借助于预给定的图案(所述图案可透过所述透明物件借助第一摄像机进行观察)确定局部折射值，并确定(例如在反射中)所述透明物件的各体积元的朝向所述图案的表面的三维形状和位置并用以确定局部折射值。
如上文已经阐述过的，根据本发明的装置可以在透明物件的自动质量检查的范围内使用。
根据本发明的装置具有上面关于根据本发明的方法所述的优点。该装置被设置用于实施上述方法步骤。
本发明的其它优点、特征和应用可能性也可以由对一种实施例的下述描述和附图得出。在此，所有描述的和/或图示的特征自身或以任意组合构成本发明的主题，并且也独立于其在权利要求书中的综合或其引用关系。
附图说明
在附图中：
图1以侧视图示意性示出根据现有技术的用于确定透明物件的体积元中的局部折射值的装置，和
图2以侧视图示意性示出根据本发明的用于确定透明物件的体积元中的局部折射值的装置。
附图标记列表：
1投影仪
2透明物件
3投影壁
R1投影仪与透明物件之间的距离
R2透明物件与投影壁之间的距离
11动态格栅
12风挡玻璃
12a风挡玻璃的体积元
13第一摄像机
15第二摄像机
17风挡玻璃的表面
具体实施方式
在图2示出的装置中，由第一摄像机13透过风挡玻璃12形式的透明物件观察由动态格栅11生成的任意图案。由此以已知的方式确定风挡玻璃12的体积元12a的局部折射值，而且也确定位于光轴外部的体积元的局部折射值。此外还设置有第二摄像机15，该第二摄像机和动态格栅11布置在风挡玻璃12的相同侧上并且该第二摄像机观察由风挡玻璃12反射的光。
通过第二摄像机15同时借助反射测量术/反射计确定风挡玻璃12的表面17的形状。在此针对每个体积元12a确定朝向图案/格栅11的表面的三维形状和各体积元12a的位置。透明物件12的表面17的形状进入对各个在透射测量中一起考虑的体积元12a的局部折射值的确定中。由此可以针对不位于光轴19上的体积元进行对所确定的局部折射值的修正，如果局部折射值在光轴外很远处被确定，则这种修正由风挡玻璃12的表面17的形状和风挡玻璃中体积元的位置得出。因此风挡玻璃12以及第一摄像机13和动态格栅11都不必为了确定折射值而在测量期间运动。由此大大缩短了测量时间并且提高了所确定的折射值的准确性。
利用第一摄像机13借助格栅11的畸变测量光学效果，所述光学效果不但由风挡玻璃12的大面积的形状造成而且也由表面17上或风挡玻璃12体积中的局部变形造成。当根据本发明将所有体积元12a的表面17的局部三维形状拼合成风挡玻璃12的表面17的三维整体形状时，可以在根据本发明的装置中减去由物件的大面积的形状引起的全局效果。由此可以在确定局部折射值时给出由局部变形导致的光学效果。据此可以利用本发明区分大面积的光学效果和局部光学效果。
在透明物件的质量检查的范围内，将针对(例如观察区域的)预给定的体积元确定的折射值与预给定的折射值或折射值范围进行比较。如果所确定的折射值与预给定的折射值或折射值范围不对应，则相应透明物件不满足质量要求并且发出瑕疵信号和/或将该物件剔除出生产过程。

Claims (10)

1.一种用于利用图案确定透明物件(12)的体积元中的局部折射值的方法，所述图案借助第一摄像机(13)透过所述透明物件(12)进行观察，其特征在于，确定透明物件的各体积元(12a)的朝向所述图案的表面(17)的三维形状和位置，并使用所述三维形状和位置以确定局部折射值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于第二摄像机(15)利用反射测量术来确定所述表面(17)的三维形状和位置。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用动态格栅(11)以生成所述图案。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过拼合起所有体积元(12a)的三维形状来确定透明物件(12)的朝向所述图案的表面的三维整体形状。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述三维整体形状与关于透明物件(12)的CAD数据进行比较并由此确定出待为确定局部折射值而选出的观察区域。
6.一种用于确定透明物件(12)的体积元中的局部折射值的装置，其中，所述装置被设置用于：借助于预给定的、能透过所述透明物件(12)借助第一摄像机(13)进行观察的图案确定局部折射值，确定透明物件(12)的各体积元(12a)的朝向所述图案的表面(17)的三维形状和位置并使用所述三维形状和位置以确定局部折射值。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于，该装置被设置用于：借助于第二摄像机(15)利用反射测量术来确定所述表面的三维形状和位置。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的装置，其特征在于，设有动态格栅(11)以生成所述图案。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，该装置被设置用于：通过拼合起所有体积元(12a)的三维形状来确定透明物件(12)的朝向所述图案的表面(17)的三维整体形状。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置被设置用于：将所述三维整体形状与关于透明物件(12)的CAD数据进行比较并由此确定出待为确定局部折射值而选出的观察区域。
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