DE10107030A1

DE10107030A1 - Arrangement for generating telecentric illumination e.g. for surveying objects, by focussing light from source through pinhole

Info

Publication number: DE10107030A1
Application number: DE2001107030
Authority: DE
Inventors: Werner Frie
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-09-12

Abstract

The light from an LED (10) is focussed by a collimator lens (20) on to a pinhole. This assembly is enclosed in a diffusing screen (22) to avoid inhomogeneities. An exit lens (12) ensures that the emerging light beam (16) is parallel. By using a CCD camera the form of an object can be recorded with precision and fed to an electronic measurement system to record the dimensions of the object.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen einer telezentrischen Beleuchtung mit einer Lichtquelle und einer Austrittslinse. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Vermessen von Objekten.The invention relates to an arrangement for generating a telecentric lighting with a light source and an exit lens. The invention further relates to a Method for measuring objects.

State of the art

Durch die Anwendung von Bildverarbeitungssystemen ist es möglich, Objekte zu positionieren und zu vermessen. Will man etwa das Bild einer Bohrung mit einer herkömmlichen Optik auf eine CCD-Kamera abbilden, so hängt diese Abbil dung von der Positionierung der verschiedenen Komponenten entlang der optischen Achse ab. Eine ungenaue Positionie rung kann somit zu Fehlern bei der Vermessung des Objek tes, das heißt in diesem Falle der Bohrung führen. Eben falls kommt es zu Messfehlern aufgrund der perspektivi schen Projektionen, welche bei divergenten Strahlengängen naturgemäß auftreten.It is through the use of machine vision systems possible to position and measure objects. Want for example the image of a hole with a conventional one Imaging optics on a CCD camera, so this picture depends positioning of the various components along the optical axis. An inaccurate position This can lead to errors when measuring the object tes, that is, in this case, drilling. just if there are measurement errors due to the perspective projections, which with divergent beam paths occur naturally.

Diese Probleme können gelöst werden, indem man mit tele zentrischen Optiken arbeitet, welche paralleles Licht zur Verfügung stellen. Wird nur paralleles Licht auf den Kamera-Chip abgebildet, so erscheinen Objekte unabhängig von ihrer Positionierung immer in derselben Größe. Im Durchlicht verhindert eine telezentrische Beleuchtung, dass durch Reflektionen an den Kanten von Objekten ein falsches Maß ermittelt wird. Die ideale telezentrische Beleuchtung ist somit ein paralleles Lichtbündel, welches eine homogene Intensität aufweist.These problems can be solved by using tele centric optics works, which parallel light to Make available. Is only parallel light on the Mapped camera chip, objects appear independently from their positioning always in the same size. in the Transmitted light prevents telecentric lighting, that by reflections on the edges of objects wrong dimension is determined. The ideal telecentric Lighting is therefore a parallel light beam, which has a homogeneous intensity.

Die Erzeugung eines derartigen parallelen Lichtbündels mit homogener Intensität ist jedoch problematisch. Unter schiedliche Intensitäten in den verschiedenen Raumwinkeln können beispielsweise durch die verwendeten Lichtquellen erklärt werden, etwa durch in Inhomogenitäten einer Leuchtdiode als Lichtquelle. Kleine Winkelfehler in der Parallelität von Lichtstrahlen können zwar durch eine Blende beeinflusst werden. Dabei stößt man jedoch auch rasch an die Grenzen der Ausgleichsmöglichkeiten.The generation of such a parallel light beam with homogeneous intensity is problematic. below different intensities in the different solid angles can, for example, by the light sources used can be explained, for example, by inhomogeneities LED as light source. Small angular errors in the Parallelism of light rays can be determined by Aperture can be influenced. But you also come across quickly to the limits of compensation.

Advantages of the invention

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Anordnung dadurch auf, dass zwischen der Lichtquelle und der Aus trittslinse ein Pinhole angeordnet ist. Mit einem derar tigen Pinhole lässt sich das von der Lichtquelle zur Verfügung gestellte Licht in der Weise der Austrittslinse zuführen, dass das austretende Licht sowohl parallel als auch homogen ist.The invention is based on the generic arrangement in that between the light source and the off step lens a pinhole is arranged. With a derar pinhole, this can be done from the light source Light provided in the manner of the exit lens cause the emerging light to be both parallel and is also homogeneous.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen der Licht quelle und dem Pinhole eine Kollimatorlinse angeordnet ist. Mit dieser Kollimatorlinse kann das von der Lichtquelle ausgesandte Licht auf das Pinhole fokussiert wer den, so dass das austretende parallele und homogene Licht eine hohe Intensität aufweist.It is particularly advantageous if between the light source and the pinhole a collimator lens arranged is. With this collimator lens it can do that from the light source emitted light focused on the pinhole the so that the emerging parallel and homogeneous light has a high intensity.

Ebenfalls kann es nützlich sein, wenn zwischen der Kolli matorlinse und dem Pinhole eine Streuscheibe angeordnet ist. Mittels dieser Streuscheibe können Inhomogenitäten, welche aufgrund der Besonderheiten der Lichtquelle ent stehen, vermieden werden.It can also be useful if between the package mator lens and the pinhole a lens is. Using this lens, inhomogeneities, which ent due to the peculiarities of the light source stand, be avoided.

Aus demselben Grund kann es nützlich sein, wenn zwischen dem Pinhole und der Austrittslinse eine Streuscheibe angeordnet ist.For the same reason, it can be useful if between a diffuser for the pinhole and the exit lens is arranged.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle eine Leuchtdiode. Leuchtdioden (LEDs) sind zuverlässige und preiswerte Lichtquellen.In a preferred embodiment, the light source is a light emitting diode. Light emitting diodes (LEDs) are reliable and inexpensive light sources.

Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren, bei dem eine Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche verwendet wird. Die Erfindung wird also im Rahmen von Messverfahren vorteilhaft umgesetzt.The invention also consists in a method in which an arrangement according to one of the preceding claims is used. The invention is therefore within the scope of Measuring method implemented advantageously.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn bei dem erfindungsge mäßen Verfahren eine telezentrische Durchlichtbeleuchtung erzeugt wird. Bei der Verwendung von Durchlicht sollte entweder komplett diffus oder sehr gut kollimiert, das heißt telezentrisch beleuchtet werden.It is particularly advantageous if the inven tion a telecentric transmitted light system is produced. When using transmitted light should either completely diffuse or very well collimated, that means to be illuminated telecentrically.

Es kann aber auch nützlich sein, wenn das Verfahren zur Erzeugung einer telezentrischen Auflichtbeleuchtung ver wendet wird. Bei Auflicht können Lichtleiter oder Ringlichter verwendet werden. Zudem ist es möglich, Licht direkt ins Objektiv einzukoppeln und dadurch eine koaxia le telezentrische Auflichtbeleuchtung zu realisieren.But it can also be useful if the procedure for Generation of a telecentric incident light illumination ver is applied. With reflected light, light guides or ring lights can be used be used. It is also possible to light directly into the lens and thereby a coax to realize telecentric incident lighting.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein CCD-Sensor verwendet. Damit kann das Bild in exakter Form aufgenommen und einer Messelektronik zugeführt werden.A is preferably used in the method according to the invention CCD sensor used. So that the picture can be in exact form recorded and fed to measuring electronics.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Bereitstellen einer oder mehrerer zusätzlicher Kompo nenten eine erheblich verbesserte telezentrische Beleuch tung zur Verfügung gestellt werden kann. Die Verbesserung der telezentrischen Beleuchtung sowohl im Hinblick auf die Parallelität als auch die Homogenität ermöglicht, bessere Messungen durchzuführen. Letztlich führt dies beim Einsatz der Anordnung bei der Produktprüfung zu verbesserten Produkten.The invention is based on the finding that through the provision of one or more additional compos have significantly improved telecentric lighting can be made available. The improvement of telecentric lighting in terms of both allows parallelism as well as homogeneity, make better measurements. Ultimately, this leads when using the arrangement in product testing improved products.

drawings

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen bei spielhaft erläutert.The invention will now be described with reference to the accompanying Drawings based on preferred embodiments explained in a playful way.

Dabei zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Anordnung des Standes der Technik und Fig. 1 shows an arrangement of the prior art and

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung. Fig. 2 shows an arrangement according to the invention.

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist eine Anordnung des Standes der Technik dargestellt. Die Anordnung umfasst eine Lichtquelle 110 und eine Austrittslinse 112. Die Lichtquelle 110 sendet Licht 114 aus, welches durch die Austrittslinse 112 aus tritt. Das aus der Austrittslinse 112 austretende Licht 116 ist nicht vollständig parallel beziehungsweise homo gen.In Fig. 1, an arrangement of the prior art is illustrated. The arrangement comprises a light source 110 and an exit lens 112 . The light source 110 emits light 114 , which exits through the exit lens 112 . The light 116 emerging from the exit lens 112 is not completely parallel or homo gene.

Demgegenüber zeigt Fig. 2 eine Anordnung gemäß der Er findung. Hier ist ebenfalls ein Lichtquelle 10 gezeigt, welche als LED ausgebildet ist. Ebenfalls ist eine Aus trittslinse 12 vorhanden. Zwischen der Lichtquelle 10 und der Austrittslinse 12 ist zusätzlich zu der Anordnung des Standes der Technik gemäß Fig. 1 ein Pinhole 18 angeord net. Durch dieses Pinhole 18 wird eine nahezu punktförmi ge Lichtquelle realisiert, so dass das aus der Austritts linse 12 austretende Licht 16 eine hohe Qualität im Hin blick auf die Parallelität aufweist. Ferner ist zwischen der Lichtquelle 10 und dem Pinhole 18 eine Kollimatorlin se 20 angeordnet, welche das aus der Lichtquelle 10 aus tretende Licht 14 auf das Pinhole 18 fokussiert. Zwischen der Kollimatorlinse 20 und dem Pinhole 18 ist weiterhin ein Streuscheibe 22 vorgesehen. Die Bereitstellung einer solchen Streuscheibe 22 dient der Verbesserung der Homo genität des aus der Austrittslinse 12 austretenden paral lelen Lichtes 16. Es ist ebenso möglich, die Streuscheibe 22 hinter dem Pinhole 18, das heißt zwischen dem Pinhole 18 und der Austrittslinse 12 anzuordnen. In contrast, Fig. 2 shows an arrangement according to the invention. A light source 10 is also shown here, which is designed as an LED. An exit lens 12 is also present. Between the light source 10 and the exit lens 12 , in addition to the arrangement of the prior art according to FIG. 1, a pinhole 18 is net angeord. Through this pinhole 18 , an almost punctiform light source is realized, so that the light 16 emerging from the exit lens 12 has a high quality with regard to the parallelism. Furthermore, a collimator lens 20 is arranged between the light source 10 and the pinhole 18 , which focuses the light 14 emerging from the light source 10 onto the pinhole 18 . A diffusing screen 22 is also provided between the collimator lens 20 and the pinhole 18 . The provision of such a lens 22 serves to improve the homo genity of the paral lel light emerging from the exit lens 12 16th It is also possible to arrange the lens 22 behind the pinhole 18 , that is to say between the pinhole 18 and the exit lens 12 .

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.The preceding description of the exemplary embodiments according to the present invention is only for illustrati purposes and not for the purpose of limiting the Invention. Various are within the scope of the invention Changes and modifications possible without the scope leave the invention and its equivalents.

Claims

1. Arrangement for generating a telecentric lighting with
a light source ( 10 ) and
an exit lens ( 12 ),
characterized in that a pinhole ( 18 ) is arranged between the light source ( 10 ) and the exit lens ( 12 ).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a collimator lens ( 20 ) is arranged between the light source ( 10 ) and the pinhole ( 18 ).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a lens ( 22 ) is arranged between the collimator lens ( 20 ) and the pin hole ( 18 ).

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a lens is arranged between the pinhole ( 18 ) and the exit lens ( 12 ).

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 10 ) is a light emitting diode.

6. Method for measuring objects, in which a Use arrangement according to one of the preceding claims det.

7. The method according to claim 6, wherein a telecentric Transmitted light illumination is generated.

8. The method according to claim 6 or 7, wherein a tele centric reflected light is generated.

9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized characterized that a CCD sensor is used.