CN110608681A - 借助于激发荧光进行表面测量 - Google Patents

Abstract

借助于激发荧光进行表面测量。一种测量物体的测量装置，其包括测距单元，该测距单元具有：射束发射单元，该射束发射单元生成测量辐射；和检测器(12)，该检测器检测在物体表面上反射的测量辐射，所述检测器具有至少一个第一传感器。所述测距单元生成距离测量数据，并可以根据三角测量原理，借助所述测量辐射和所述反射测量辐射来生成反射测量数据作为第一距离测量数据。可以生成具有这样的波长谱的所述测量辐射，即，能够通过所述测量辐射与所述物体材料的相互作用激发荧光并且可以发射荧光，所述荧光的光谱和所述测量辐射的波长谱不同。所述检测器检测所述荧光，并且可以基于所述荧光来生成荧光测量数据作为第二距离测量数据。

Description

借助于激发荧光进行表面测量

技术领域

本发明涉及基于利用荧光效应的混合测量技术来测量物体表面的测量装置和方法。

背景技术

在许多技术应用领域，存在以高准确度或针对物体的组成来测量物体的要求。这特别适用于制造业，对于制造业来说，测量和检查工件表面具有高度重要性，特别是为了质量控制的目的。

例如，使得能够通常以微米级准确度精确测量物体表面的几何形状的坐标测量机就被用于此类应用。待测量的物体例如可以是发动机缸体、变速箱以及工具。已知的坐标测量机通过建立机械接触并扫描表面来测量该表面。其示例是例如在DE 43 25 337或DE 4325 347中描述的龙门测量机。另一种系统基于关节臂的使用，该关节臂的测量传感器可以沿着所述表面移动，测量传感器设置在多部分臂的末端。一般关节臂例如在US 5,402,582或EP 1 474 650中进行了描述。

坐标表面测量准许确定工件上与对应目标值的几何偏差。因此，可以关于几何偏差来制定制造精度的高准确度规格。因此可以确定所生产的部件的形状和尺寸是否处于指定的公差内，并且组件是被视作废件还是良件。

在现有技术中，例如，与这种坐标测量装置一起使用的是作为标准测量传感器的触觉传感器，所述触觉传感器由安装在测量杆上的红宝石球体组成。触觉传感器的偏转(在设计用于沿彼此垂直的三个方向X、Y及Z进行三维测量的坐标测量机的情况下)在扫描期间通过开关部件或测距部件确定。基于切换点或偏转距离来计算接触的位置并进而计算表面坐标。

而且，已知特别是利用光学传感器的非接触式测量方法。借助于这种光学传感器，可以利用发射的测量光束，特别是激光束，非常精确地测量表面形貌。利用光学测量传感器测量表面轮廓的分辨率可以显著高于利用触觉测量传感器的分辨率。同时将光学传感器引入利用坐标测量机的计量学中例如是基于将激光发射到物体表面上以进行干涉测量(EP 2037 214)。还提出了基于白光干涉测量法(DE 10 2005 061 464)和彩色共焦法(FR 2738343)的方法。

对光学表面测量同样有效的方法基于光学传感器的使用，光学传感器的测量功能基于三角测量原理。为此，测量辐射被定向到待测量物体上并在物体上漫散射。在物体表面上按照特定角度进行对应反射之后，发射的测量光的一部分利用传感器处的检测器被检测到。为此，检测器的传感器可以捕捉因测量辐射入射在物体表面上而产生的照射的描绘(例如，作为图像)。可以根据射束发射器和检测器的已知相对布置，基于图像中所描绘的照射的位置来计算距离。

测量辐射可以以线的形式发射，并且对投射的线进行成像的图像传感器可以设计成表面传感器。这样，不仅可以在一个点处生成一项距离信息，而且可以检测多个测量值。

而且，这种三角测量传感器可以被设计为扫描器。在该实施方式变型例中，无论是作为移动点还是线，测量辐射都可以沿待测量表面上的扫描移动加以引导，同时基于在这种情况下产生的反射得出对应距离。然后，根据相对于物体表面的相对移动，将距离测量数据(例如，Z坐标)与相应横向物体位置(X坐标和Y坐标)相关联。作为该测量的结果，可以获得点云，该点云可以在空间维度和形状上表示受测物体表面。

通常，使用三角测量传感器的一个优点是相对高的测量速度和同时无接触的测量。

该测量原理的一个缺点例如导致需要测量不是漫反射或仅在有限程度上漫反射的表面。例如，如果要测量物体的反射区或透明区，那么可能不存在沿检测器方向的需要为此反射的至少一部分测量辐射，因为通常在所述表面上不发生漫散射或反射。这里只有采用传感器相对于表面的特殊布置，测量才可以成功，然而，所述特殊布置通常不存在或无法引导。

此外，由于诸如划痕或灰尘的表面缺陷造成的漫散射可能占主导地位，由此可以大大降低测量准确度。

因此物体的测量产生了另一缺点，物体的表面仅部分地漫反射，而在其它部分中是反射或透明的。对于这种表面的光学测量，在每种情况下都必须在局部地满足非常具体的边界条件。这关乎很大的技术努力，并导致相应的长测量时间。

上述限制造成光学(三角测量)传感器显得不适合于测量汽车构造或飞机构造领域的许多部件。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种对物体进行表面测量的改进测量装置，其中，可以克服或减少上述缺点。

具体地，本发明的目的是详细说明一种测量装置，该测量装置针对表面测量提供增强的鲁棒性和可靠性，特别是更广泛的使用范围。

本发明基于以下概念：除了借助于反射测量辐射(例如，激光辐射)进行的典型三角测量外，还利用荧光效应和在这种情况下发射的荧光辐射，以借助于荧光辐射来生成附加距离信息。因此，利用关于射束源的已知布置定位的检测器(例如具有CCD或CMOS)以这样的方式来捕捉荧光辐射：基于荧光的距离测量数据也能够根据三角测量原理导出。

具体地，塑料基或玻璃基材料吸收UV范围内或者紫光或蓝光光谱范围内的光，由此材料中的电子短暂地占据较高的能级并再次回落到最初能级。由于返回到较低能级，吸收的能量然后以荧光的自发发射形式再次发射。荧光具有比用于激发的辐射大的波长。因此，可以借助于适应的检测来生成和检测源自透明或反射玻璃或塑料表面的辐射。

因此，例如，设置有反射或非漫反射涂层的表面可以变得能够进行对应测量。

而且，举例来说，提到了诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA：polymethylmethacrylate，丙烯酸玻璃)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET：polyethylene terephthalate)以及玻璃陶瓷材料的材料。所述材料的吸收谱以这样的方式形成，即，提供针对UV、紫光或蓝光光谱范围内的电磁辐射的相对大的吸收能力，并且在吸收相应辐射时诱发和/或激发荧光。在这种情况下，荧光的激发基于材料中存在的有机化合物的特征。

如前所示，优选使用具有处于约250nm至450nm之间的蓝光或紫外范围内的中心波长的辐射来激发荧光。

通常，对于所使用的测量波长具有足够高的吸收系数并且对于荧光具有足够高的发射系数的那些材料能够利用这样的实施方式来测量。

而且，可以利用根据本发明的方法来执行对检测到的辐射的区分。这导致基于源自物体的辐射的不同起点和特性的距离测量显著更可靠且准确。反射的测量光在表面上反射，由此三角测量的参考点直接是物体上的表面点。然而，荧光大部分在物体材料内部产生，由此距离测量的参考点不再能明确地与表面相关联。此外，测量辐射的空间长度分布(例如，高斯分布)通常不同于荧光辐射的空间长度分布(相对于测量辐射进入材料的穿透深度，荧光辐射强度降低且分布更宽)。

因此，区分检测到的辐射对于得出准确的距离值是有利的。

本发明由此涉及一种测量物体的混合测量装置，其中，该测量装置包括测距单元。所述测距单元具有：射束发射单元，该射束发射单元被配置成生成具有规定波长谱的测量辐射；以及检测器，该检测器被配置成检测在所述物体表面上反射的、特别是漫反射的测量辐射，所述检测器具有至少一个第一传感器。所述测距单元还被设计成生成距离测量数据，其中，根据三角测量原理，借助于发射所述测量辐射和检测到所述反射测量辐射，可以生成反射测量数据作为第一距离测量数据。

可以生成具有这样的波长谱的所述测量辐射，所述波长谱使得可以通过所述测量辐射与所述物体材料的相互作用产生荧光并且可以发射荧光。激发荧光的能力通常还取决于物体包括哪种材料。因此，特别地，指示将入射测量辐射的波长调谐到物体材料以产生荧光。优选的是，至少部分地知道待测量物体由哪些材料制造或构成，并且相应地选择使用的测量辐射。优选地，所述荧光的光谱和所述测量辐射的波长谱是不同的。

此外，所述检测器被设计成检测荧光，即，被设计为对具有荧光波长的光敏感。因此，可以基于荧光的检测来生成荧光测量数据作为第二距离测量数据(借助于三角测量)。

所述传感器例如可以被设计为平面图像传感器(CCD或CMOS)。因此，在将所述测量辐射投射为光线时，不仅可以针对一个测量点而是可以针对沿着所述线的多个测量点来生成距离信息。所述信息能够作为来自一位置的线和来自图像中的利用传感器检测到的并在物体上反射的测量辐射的曲线的线。

所述检测器可以包括光学组装件，具体为物镜，所述光学组装件具有一个或多个光学组件(例如，透镜、光圈等)。所述检测器被具体设计为摄像头。

在一个实施方式中，所述波长谱的中心波长可以选自250nm至500nm之间的范围，具体可以为450nm。所述测量辐射的波长优选处于可见蓝光范围(约450nm)内。在这种情况下，例如借助于激光二极管产生测量辐射。另选地，可以将所述波长指派到UV范围，即，例如，该波长可以<400nm。利用提到的波长，特别是可以在聚合物基或塑料基材料中也可以在玻璃中可以产生荧光。

所述测量装置的检测器可以包括第一滤光器组件，其中。所述第一滤光器组件与所述第一传感器协作地提供反射测量辐射和荧光的波长相关分离。因此，所述滤波器能够实现源自物体的两种辐射的分离。特别是如果在测量辐射入射时发生辐射的漫反射而且激发荧光并因此可以借助于两种方法生成距离测量数据，那么这是有利的。特别地，所述第一滤光器组件被设计为空间分布多色滤波器，特别是RGB滤波器。这也可以是采用RGB矩阵形式的表面传感器的组件。

所述滤波器可以是具有不同的透射谱的多个空间分布像素级滤色器的组合，或者可以利用具有Bayer图案的彩色摄像头来实现。

在一个变型例中，所述检测器可以包括第二滤光器组件，其中，所述第二滤光器组件被设计成具有第一滤波器区和第二滤波器区的两部分交替滤波器。所述第二滤光器组件可以相对于所述第一滤光器组件另选地或附加地设置。所述第一滤波器区提供基本上针对所述波长谱、特别是对于所述波长谱的所述中心波长专有的透射。所述第二滤波器区提供针对所述荧光的光谱的透射率。所述第一滤波器区和所述第二滤波器区可以在所述第一传感器的视场中交替地，特别是顺序地定位。因此，若需要的话，可以按这样的方式对入射在所述检测器中的光进行滤波，即，荧光辐射或者仅反射的测量辐射入射在所述传感器上。所述滤波器组件可以手动操作或者自动地或以受控方式定位。

所述射束发射单元还可以包括第一射束源和第二射束源，并且所述测量辐射能够生成为可利用所述第一射束源生成的、具有规定波长谱的测量辐射与可利用所述第二射束源生成的、具有与规定波长谱不同的另一波长谱的另一测量辐射的组合，特别是交叠。

除了使用两个射束源外，还可以设置单个射束源，该单个射束源例如按两个不同波长发射测量辐射。

以这种方式，就可以在所述发射器处提供荧光激发辐射和待反射的辐射的分离(针对波长)。所述检测器例如可以被设计成对测量波长的光进行检测(例如，借助于匹配滤波器)，其中，例如，对于该波长来说，不期望产生荧光，而是产生反射。另选地，所述检测器例如可以被设计用于检测荧光。

关于这点，所述测距单元可以被设计成按这样的方式启用所述第一射束源和所述第二射束源，即，可以按特定间隔交替地依次发射具有规定波长谱的测量辐射和具有另一波长谱的另一测量辐射(荧光辐射)。此外，所述测距单元可以被设计成按这样的方式启用所述检测器，即，可以顺序执行第一检测和第二检测并且与启用所述第一射束源和所述第二射束源同步。通过这种方式，所述检测器例如可以被设计成检测两种辐射现象(反射和荧光)，但是，检测可以与相应的发射同步，使得仅利用图像检测就检测出荧光或反射光，并且可以明确地对检测到的辐射进行区分。

所述检测器可以包括第二传感器，并且所述检测器可以按这样的方式配置，即，能够利用所述第一传感器检测所述反射测量辐射，并且能够利用所述第二传感器检测所述荧光，特别是其中，一个滤波器单元与所述第一传感器和所述第二传感器中的每方相关联，并且相应滤波器单元能够分别针对所述反射测量辐射或所述荧光基本上专有地透射。

所述检测器可以包括二向色(dichroic)分束器或二色性(dichromatic)分束器，并且所述分束器可以被设计用于反射测量辐射与荧光的波长相关分离。

通常，还能够想到例如根据干涉原理工作的其它类型的分束器或滤波器。

在一个实施方式中，所述传感器包括特别是空间上分离的第一检测区和第二检测区，并且所述检测器可以按这样的方式配置，即，通过与所述第一检测区的相互作用，能够检测所述反射测量辐射，并且通过与所述第二检测区的相互作用，能够检测所述荧光。针对该目的，可以将相应的辐射分量偏转到相应检测区上。

根据本发明，所述测量装置可以包括控制和处理单元，该控制和处理单元被特别配置成执行此后描述的方法。

所述控制和处理单元可以包括数据融合功能，该数据融合功能按以下方式配置：在执行时，连续监测对所述测量辐射和所述荧光的检测，连续得出所述测量辐射和所述荧光的相应检测的相应强度信息，并且通过基于所述强度信息选择性处理所述反射测量数据和所述荧光测量数据来生成表示所述物体表面的点云，特别是其中，针对相应物体点，对得出较大强度的距离测量数据进行处理。

因此，可以将数据库用于物体表面的每个检测区，根据该数据库可以预期更准确且完整的表面描绘。

所述控制和处理单元还可以包括切换功能，该切换功能按以下方式配置：在执行时，连续检测所述测量辐射或所述荧光，分别生成对应反射测量数据或荧光测量数据，针对信号强度，连续监测对所述测量辐射或所述荧光的检测，连续比较所述信号强度与规定阈值，并且根据所述比较在所述测量辐射的检测与所述荧光的检测之间切换。

因此，如果确定没有可检测到的荧光信号，则可以相应地切换到反射测量，并且如果确定没有可检测到的测量辐射，则可以相应地切换到荧光测量。

而且，本发明涉及一种测量物体的混合测量方法，是物体包括相对于已知波长范围发荧光的材料。所述测量方法包括以下步骤：至少生成和发射具有规定波长谱的测量辐射；利用所述测量辐射扫描照射物体区；检测在所述物体的表面上反射的、特别是漫反射的所述测量辐射；以及并且根据三角测量原理，基于检测到的所述反射测量辐射来生成反射测量数据作为第一距离测量数据。

在所述测量方法的范围中，生成具有波长谱的所述测量辐射，使得在所述扫描照射的范围内，因所述测量辐射与所述物体材料的相互作用而激发荧光，并且在所述物体处发射荧光。检测所述荧光，并且根据三角测量原理，基于检测到的所述荧光生成荧光测量数据作为第二距离测量数据。

在一个实施方式中，可以基于所述反射测量数据生成反射点云，并且可以基于所述荧光测量数据生成荧光点云。然后，可以通过组合所述反射点云和所述荧光点云生成所述物体表面的表示。因此可以执行数据融合，其中，作为结果，部分透明物体的表面可以通过光学的、非接触测量完全成像。

具体地，所述反射测量数据和所述荧光测量数据就检测到的所述物体区而言，可以针对所述反射测量数据和所述荧光测量数据的相应形式、质量或密度，根据位置来进行分析，其中，可以基于所述分析执行所述物体区的分割。然后，可以基于所述分割执行所述反射测量数据的至少一部分与所述荧光测量数据的至少一部分的组合。

本发明还涉及一种存储在机器可读载体上的或者通过电磁波具体实施的计算机程序产品，该计算机程序产品用于控制和/或执行上述测量方法的至少以下步骤：检测所述反射测量辐射；生成反射测量数据；检测荧光；以及生成荧光测量数据。上述计算机程序产品尤其可以在混合测量装置的控制和处理单元上执行。

附图说明

下面，基于附图中示意性地例示的具体示例性实施方式，完全通过示例的方式，对根据本发明的方法和根据本发明的装置进行更详细描述，其中，还讨论了本发明的进一步优点。在具体图中：

图1示出了根据本发明的测量物体的测量装置的一个实施方式；

图2示出了根据本发明的测量物体的测量装置的另一实施方式；

图3示出了根据本发明的测量物体的测量装置的另一实施方式；

图4示出了根据本发明的测量物体的测量装置的另一实施方式；

图5示出了根据本发明的测量物体的测量装置的另一实施方式；

图6示出了根据本发明的测量物体的测量装置的另一实施方式；

图7示出了利用根据本发明的混合三角测量扫描器的、根据本发明的测量策略的实施方式；以及

图8示出了在荧光情况下用于数据分析的强度分布模型。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的测量物体2的测量装置1的实施方式。测量装置1包括测距单元10，该测距单元被设计成借助于三角测量生成测量数据。测距单元10包括射束发射单元11和检测器12。射束发射单元11和检测器12相对于彼此按照已知位置和取向布置。

射束发射器11被设计成发射测量辐射13，特别是激光辐射。可以利用测量辐射13提供对物体2的特定照射。例如，测量辐射13可以以线的形式生成，并且可以将对应光线投射在物体2上。

测量辐射13在此被生成为具有450nm波长的蓝色激光辐射。

待测量物体2包括至少部分可以被激发以发射荧光的材料。所述物体材料的吸收谱以这样的方式形成，即，可以具体借助于使用具有来自250nm至500nm的波长范围(特别是300nm至450nm的波长范围)的波长的电磁辐射的照射来激发荧光。这种荧光行为适用于许多塑料型材料或塑料基材料。因此，激发测量光的波长优选为选自紫外或蓝光光谱范围。

测量辐射13入射在物体上并与物体材料相互作用。根据当前被照射的物体部分的相应测量特性，即，该物体部分是漫反射还是激发荧光或者两种效应同时发生，在物体的该部分上，测量辐射13的一部分被反射为沿检测器12的方向的反射辐射14，并且/或者测量辐射13被(至少部分地)吸收并且发射荧光辐射15。使用检测器2也能够检测荧光辐射15。

在所示的测量例中，测量辐射被漫反射并且还激发荧光。因此，能够利用检测器12检测反射的测量辐射14和荧光15两者。两个信号可以借助于连接在传感器17前面的多色滤波器16(例如，RGB滤波器)进行采样，并且选择性检测。这种滤波器16提供信号的波长相关分离。与(反射的)测量辐射相比，荧光具有更长的波长。

以这种方式，测量装置1使能根据直接反射的测量辐射并且还基于发射的荧光来生成距离测量数据。如果测量辐射例如作为线入射在物体2上，那么可以在检测器12的一部分上，在对应于发射测量辐射13的波长谱检测物体表面2上的线，并且可以检测具有不同波长谱的(激发的)线。传感器17上的相应图像可以基于不同的光谱特性与相应测量原理(反射和荧光)相关联。

图2示出了根据本发明的测量物体2的测量装置1的另一实施方式。测量装置1包括第一射束源11a和第二射束源11b。第一射束源11a被设计成发射具有蓝光或紫外光谱范围内的波长的荧光诱发测量辐射13a，特别是被设计为激光二极管。第二射束源11b被设计成发射第二较长波长(例如，在红光光谱范围内)的测量辐射13b，特别是也被设计为激光二极管。

用于相应发射的辐射的射束引导部可以按这样的方式设计，即，测量辐射13a和13b二者相对于共同的光轴同轴地或平行地发射。射束的这种组合例如可以借助于部分透射的偏转部件(例如，分束器)来提供。因此，两个射束例如入射到相同位置或者在物体表面上具有限定的平行偏移。

当用于直接三角测量的第二测量辐射13b可以借助于射束反射来发射时，提供第一测量辐射13a以诱发可能的荧光效应。在所示示例中，第二测量辐射13的直接反射以及荧光的诱发都会发生。

因此，作为利用两个测量辐射13a和13b照射的结果，第一测量辐射14a和第二测量辐射的反射部分14b以及因与第一测量辐射13a的相互作用而产生的荧光辐射15导致从物体2发射和/或反射的辐射分量。这三个分量通过观察窗辐射到测量装置1中并且入射在检测器12上。

设置滤波器组件16，该滤波器组件具有对应于荧光光谱和第二测量辐射的光谱的辐射透射率。第二测量辐射的波长被优选地选择为该波长位于预期的荧光光谱内。

传感器17被设计用于检测对应辐射。

第一辐射源11a和第二辐射源11ab可以按这样的方式调制，即，第一辐射源的测量辐射13a和第二辐射源的测量辐射13b交替地和顺序地发射，即，总是仅发射第一测量辐射13a或者第二测量辐射13b。检测器12又可以对应地以这样的方式进行调节，即，与所述两个测量辐射的交替发射同步地，交替地(顺序地)检测传感器的两次曝光。因此，传感器照射的相应检测可以与反射测量或者荧光测量相关联。

在这种情况下，第二测量辐射13b的波长使得在利用该辐射照射物体时，优选不发生荧光。特别地，利用第二射束源11b产生红色激光线，并且利用第一射束源11a产生蓝色激光线。

因此，摄像头12可以检测两种波长的光，从而可以使直接反射的光和荧光都可测量。因此，也可以测量不包含荧光的表面，例如，金属表面。射束源11b的波长优选地不过度接近荧光激发波长。

因此，第二辐射源11b具体提供具有更长波长(相对于第一射束源11a)的第二激光的发射，因此能够利用同一摄像头12测量可以由此产生的反射(没有荧光)。

图3示出了根据本发明的测量物体2的测量装置1的另一实施方式。射束发射单元11、与物体2的可能相互作用以及从物体2发射的测量光基本上对应于根据图1的实施方式。

该实施方式在检测包括物体信息的测量辐射14和15方面不同。检测器12包括单个传感器17，该单个传感器被设计成检测具有测量辐射谱(特别是中心测量辐射波长)的光和具有荧光光谱(其具体为更宽的频带)的光。

为了分离相应信号，检测器12包括具有两个滤波器部件16a和16b的滤波器单元。滤波器部件16a和16b可以被交替地引入射束路径或者被引入检测器或传感器的光学轴的路线中。检测器中的部件16a和部件16b两者的动作可以相互交换多次。这可以手动进行或者(自动)借助于机械定位装置来控制。

滤波部件的顺序交换尤其可以根据要使用的测量法(反射或荧光)来进行。

例如，首先可以使用典型的三角测量法来测量物体，该三角测量法利用测量辐射在物体上的漫反射。然后，如果在测量过程中确定在检测器上测量到具有低的强度不足的信号或者强度水平显著下降(强烈和迅速)，则这可以是到达透明或反射物体区的指示。而且，测量装置的操作者例如可以单独地(通过物体2的视觉评估)确定要测量透明区域。响应于上述确定之一，然后可以启动或执行迄今为止分别使用的滤波器16a或16b的改变。在改变之后，例如，还可以从反射测量到荧光测量来改变所述装置的对应测量功能。

接收的辐射(即，反射辐射和荧光辐射)的区分与根据三角测量原理来确定距离数据相关，然而，由于反射辐射是从物体表面辐射的，而荧光辐射主要出现在低层材料层中，因此该辐射起点要被考虑用于信号分析。对于荧光的分析，特别是存储特定的校准参数，该校正参数还准许基于荧光来精确确定物体表面。

此外，区分所述信号以进行信号处理和分析是相关的，因为反射测量辐射的光谱特别是在使用激光的情况下相当明确，而荧光出现时的光谱显著偏离了发射测量辐射的光谱。

在标准模式(即，利用射束反射)中，通常投射对称的细激光线，并且在物体上反射之后在检测器的部分上检测到所述线的图像。在此，有关所述线图像的强度分布通常是高斯分布。强度最大值的位置反映了物体上的相关高度坐标，并且可以借助于高斯近似或抛物线近似来确定。

对于借助于荧光进行距离确定来说，需要适合荧光光谱的分析。基于强度最大值或强度焦点的确定进行的分析(如通常在经典反射中发生的那样)在此可能会导致有缺陷的结果，因为强度分布取决于荧光激发辐射的穿透深度，进而取决于荧光的发生位置。因此，强度焦点与物体表面不相关，而是通常被指派给低层材料层。

为此，图8通过例子示出了荧光的强度分布81，如可以利用测量装置1的传感器12在测量可以激发出荧光的物体期间检测到的。利用传感器和/或特定摄像头芯片收集发射的荧光。针对辐射进入物体材料中的穿透深度83(这里：以毫米为单位测量的)来标绘强度。线82标记材料表面的坐标。如可以看出的，强度最大值的位置或强度焦点的位置不对应于物体表面上的点，而是指示物体内部的坐标。因此，优选通过应用该模型或类似模型来执行对借助于荧光检测到的测量点的分析。图4示出了根据本发明的测量物体2的测量装置1的另一实施方式。该实施方式与图3的实施方式不同之处仅在于检测器。

检测器12包括两个摄像头18a和18b。摄像头18a和18b中的每一个又分别具有一个传感器、一个光学组装件以及一个滤波器部件16a或16b。滤波器部件16a和16b在电磁辐射的透射率方面不同。

滤波器16a透射测量波长的光并因此也透射其反射14。因此，如果使用激光射束源，则可以将该滤波器设计为窄带，以最小化或排除可能的外部射束影响。

滤波器16b被设计成透射产生的荧光15。该滤波器16b尤其可以被配置成测量具有特定材料的物体，即，如果物体2的材料特性和与其相关的可激发荧光特性是已知的，则滤波器16b可以因此设计为恰当透射的。与滤波器16a相比，滤波器16b通常是更宽的频带透射率范围。

因此，相应摄像头传感器可以分别被配置成检测反射光或荧光，例如，所述摄像头传感器可以在特定波长范围内敏感。

因此，该配置提供荧光测量数据(借助于摄像头18b)和反射测量数据(借助于摄像头18a)的同时导出。

图5示出了根据本发明的测量物体2的测量装置1的另一实施方式。该实施方式与图4的实施方式的不同之处在于检测器12的构造。

检测器12包括两个传感器17a和17b。而且，检测器12包括分束器19，特别是二色性的和/或二向色的。分束器19提供入射在检测器12中的反射测量辐射14与同样入射的荧光15的波长选择分离。反射测量辐射14借助于分束器19偏转到传感器17b上。荧光15可以透射过分束器19(至少相当大的部分)，并且可以利用传感器17a来检测(作为图像)。另选地，可以想到的是，分束器被设计成仅透射处于测量辐射的波长范围内的光。

利用这种布置，可以执行基于发射的荧光15的测量以及基于反射的测量光14的测量。两种测量选项可以单独操作，例如随时间交替地操作，或者例如同时地组合操作。

图6示出了根据本发明的测量至少部分透明或反射的物体2的测量装置1的另一实施方式。该实施方式与图5的实施方式的不同之处在于检测器12的构造。

在这种情况下，检测器12包括单个传感器17和分束器19。信号(荧光15和反射14)借助于分束器19分离。各个分离的信号被偏转部件(例如，反射镜)偏转到单个传感器17上，而且被反射到传感器17的不同检测区域上。因此，可以利用一个传感器17将荧光辐射15以及反射的辐射14二者检测为图像。

由于空间分离的信号检测，因此利用一个传感器17，可以检测每个信号的图像(即，从物体反射的射束的轮廓或物体上发射的射束的轮廓)。然后，可以基于图像中的线曲线，以点状方式针对所述线来计算物体2的形貌。

图7示出了根据本发明的测量策略的实施方式，其利用根据本发明的混合三角测量扫描器，特别是根据图1至图6之一所示的构造。

混合三角测量扫描器被理解为测量装置，该混合三角测量扫描器被设计成发射测量辐射和检测反射测量辐射二者，并且还被设计成发射荧光激发辐射(特别是就波长而言，该荧光激发辐射可以与测量辐射相同)和检测荧光。可以通过检测反射测量辐射并且还通过检测荧光来生成相应距离测量数据，即，例如，可以确定至物体的距离。

测量辐射可以在每种情况下以线的形式发射。因此，可以针对整条线导出测量数据。可以基于射束源和检测器的已知相对定位并且基于传感器的先前校准，根据在传感器处检测到的图像中的线的形状(曲线)和位置来计算距离。

所述线可以相对于物体在其表面上移动，即，物体可以相对于扫描器移动，扫描器可以相对于物体移动，或者扫描器包括偏转装置，该偏转装置使得所述线能够移动。可以通过以这种方式进行扫描来检测物体表面。

一方面，为了检测物体表面，借助于测量辐射50的反射来执行三角测量，其中，生成对应的反射图像数据51。

另一方面，为了检测物体表面，借助于诱发荧光60并且检测在这种情况下产生的光来执行(进一步的)三角测量，其中，生成对应的荧光图像数据61。

联合处理这两个原始数据集(反射图像数据51、荧光图像数据61)，并且基于整个处理，特别是利用相应执行的算法自动地执行将物体表面(假想)分割70成反射区和荧光区。为此，例如，可以执行信号强度的平均。

可以为分别与所述测量法之一有关的表面区域导出对应掩模52和掩模62。然后，与原始数据集一起，可以生成反射点云53(漫反射表面区域)和荧光点云63(透明或反射表面区域)两者。

在下游组合步骤71中，可以将点云53和点云63融合以形成整体点云72。以这种方式，获得点云72，该点云表示物体表面的漫反射部分以及表面的透明或反射部分，即，能够完整地表示相关物体。

通常，反射测量数据可以由反射图像数据51和/或反射点云53来体现。因此，荧光测量数据可以由荧光图像数据61和/或荧光点云63来体现。

显见的，这些例示图仅示意性地例示了可能示例性实施方式。根据本发明，各种方法也可以彼此组合，并且与现有技术的三角测量或荧光测量法组合。

Claims (15)

1.一种测量物体(2)的测量装置(1)，所述测量装置(1)包括测距单元(10)，所述测距单元具有：

·射束发射单元(11)，所述射束发射单元被配置为生成具有规定波长谱的测量辐射(13、13a、13b)；以及

·检测器(12)，所述检测器被配置为检测所述物体的表面上的反射测量辐射(14、14a、14b)，所述反射测量辐射特别是漫反射测量辐射，所述检测器具有至少一个第一传感器(17、17a、17b)，

其中，所述测距单元(10)被设计为生成距离测量数据，并且能够根据三角测量原理，通过发射所述测量辐射(13、13a、13b)并检测所述反射测量辐射(14、14a、14b)来生成反射测量数据作为第一距离测量数据，

其特征在于，

·能够生成具有如下的波长谱的所述测量辐射(13、13a、13b)：通过所述测量辐射(13、13a、13b)与所述物体的材料的相互作用，能够激发荧光，并且能够发射荧光(15)，其中，所述荧光的光谱与所述测量辐射的波长谱不同，

·所述检测器(12)被设计为检测所述荧光，并且

·能够基于所述荧光(15)的检测来生成荧光测量数据作为第二距离测量数据。

2.根据权利要求1所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述波长谱的中心波长选自250nm至500nm之间的范围，特别是405nm或450nm。

3.根据权利要求1或2所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述检测器(12)包括第一滤光器组件(16)，并且所述第一滤光器组件(16)与所述第一传感器协作地提供所述反射测量辐射与所述荧光的波长相关分离，特别是其中，所述第一滤光器组件(16)被设计成空间分布多色滤波器，特别是RGB滤波器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述检测器(12)包括第二滤光器组件，并且所述第二滤光器组件被设计成具有第一滤波器区(16a)和第二滤波器区(16b)的两部分交替滤波器，其中，

·所述第一滤波器区(16a)提供基本上专门针对所述波长谱、特别是对于所述波长谱的中心波长的透射性，

·所述第二滤波器区(16b)对于所述荧光的光谱具有透射性，并且

·所述第一滤波器区(16a)和所述第二滤波器区(16b)能够在所述第一传感器(17)的视场中交替地设置，特别是顺序地设置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述射束发射单元包括第一射束源(11a)和第二射束源(11b)，并且所述测量辐射(13)能够被生成为能够利用所述第一射束源(11a)生成的、具有所规定的波长谱的所述测量辐射(13a)与能够利用所述第二射束源(11b)生成的、具有与所规定的波长谱不同的另一波长谱的另一测量辐射(13b)的组合、特别是叠加，

特别是其中，

·所述测距单元(10)被设计为按如下方式启用所述第一射束源(11a)和所述第二射束源(11b)：能够按特定间隔交替地依次发射具有所规定的波长谱的所述测量辐射(13a)和具有所述另一波长谱的所述另一测量辐射(13b)，并且

·所述测距单元(10)被设计为按如下方式启用所述检测器(12)：能够与所述第一射束源和所述第二射束源的启用同步地依次执行第一检测和第二检测。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述检测器(12)包括第二传感器(17b)，并且所述检测器被配置为能够利用所述第一传感器(17、17a)检测所述反射测量辐射(14、14a、14b)，并且能够利用所述第二传感器(17b)检测所述荧光(15)，特别是其中，为所述第一传感器(17、17a)和所述第二传感器(17b)中的各方分配了一个滤波器单元(16a、16b)，并且各个滤波器单元(16a、16b)能够分别提供基本上专门针对所述反射测量辐射或所述荧光的透射性。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述检测器(12)包括分束器(19)，并且所述分束器(19)被特别设计为二向色的，以对所述反射测量辐射(14、14a、14b)与所述荧光(15)进行波长相关分离。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述至少一个第一传感器(17、17a)包括特别是空间上分离的第一检测区和第二检测区，并且所述检测器(12)被配置为：能够通过与所述第一检测区的相互作用检测所述反射测量辐射(14、14a、14b)，并且能够通过与所述第二检测区的相互作用检测所述荧光(15)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述测量装置(1)包括控制和处理单元，所述控制和处理单元被特别配置成执行根据权利要求12至14中任一项所述的方法。

10.根据权利要求9所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述控制和处理单元具有数据融合功能，所述数据融合功能被配置成在执行时，

·连续监测针对所述测量辐射的检测和针对所述荧光的检测，

·连续导出针对所述测量辐射和所述荧光的相应检测的相应强度信息，并且

·通过基于所述强度信息选择性地处理所述反射测量数据和所述荧光测量数据来生成表示所述物体的表面的点云，特别是其中，针对导出了较大强度的相应物体点来处理所述距离测量数据。

11.根据权利要求9或10所述的测量装置(1)，

其特征在于，

所述控制和处理单元包括切换功能，所述切换功能被配置成在执行时，

·连续检测所述测量辐射或所述荧光，

·分别生成相应的反射测量数据或荧光测量数据，

·针对信号强度，连续监测针对所述测量辐射的检测或针对所述荧光的检测，

·连续将所述信号强度与规定阈值进行比较，并且

·根据所述比较，在针对所述测量辐射的检测与针对所述荧光的检测之间切换。

12.一种测量物体(2)的混合测量方法，所述物体包括针对已知波长范围发荧光的材料，所述混合测量方法包括以下步骤：

·生成并发射具有规定的波长谱的测量辐射(13、13a、13b)；

·利用所述测量辐射(13、13a、13b)扫描照射物体区；

·检测表面上的反射测量辐射(14、14a、14b)，特别是漫反射测量辐射；

·根据三角测量原理，基于所述反射测量辐射(14、14a、14b)的检测来生成反射测量数据作为第一距离测量数据，

其特征在于，

·生成具有如下波长谱的所述测量辐射(13、13a、13b)：在所述扫描照射的范围内，因所述测量辐射(13、13a、13b)与所述物体的材料的相互作用而激发荧光，并且在所述物体处发射荧光(15)，

·检测所述荧光(15)，并且

·根据三角测量原理，基于检测到所述荧光(15)来生成荧光测量数据作为第二距离测量数据。

13.根据权利要求12所述的测量方法，

其特征在于，

·基于所述反射测量数据(51)生成反射点云(53)，

·基于所述荧光测量数据(61)生成荧光点云(63)，并且

·通过所述反射点云与所述荧光点云的组合，生成所述物体的表面的表示。

14.根据权利要求12或13所述的测量方法，

其特征在于，

·关于对所述物体区的检测，根据位置，就所述反射测量数据(51)和所述荧光测量数据(61)的相应质量，特别是密度，对所述反射测量数据和所述荧光测量数据进行分析，

·基于所述分析执行所述物体区的分割(70)，

·基于所述分割执行所述反射测量数据(51)的至少一部分与所述荧光测量数据(61)的至少一部分的组合。

15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品存储在机器可读载体上或者通过电磁波具体实施，特别是当所述计算机程序产品在根据权利要求1至11中任一项所述的测量装置(1)的控制和处理单元上执行时，所述计算机程序产品控制和/或执行根据权利要求12至14中任一项所述的测量方法的至少以下步骤：

·检测所述反射测量辐射(14、14a、14b)；

·生成反射测量数据；

·检测所述荧光(15)；以及

·生成荧光测量数据。