DE102005013614A1 - Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen - Google Patents

Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen Download PDF

Info

Publication number
DE102005013614A1
DE102005013614A1 DE200510013614 DE102005013614A DE102005013614A1 DE 102005013614 A1 DE102005013614 A1 DE 102005013614A1 DE 200510013614 DE200510013614 DE 200510013614 DE 102005013614 A DE102005013614 A DE 102005013614A DE 102005013614 A1 DE102005013614 A1 DE 102005013614A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light sources
scattering body
diffuser
camera
light
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.)
Ceased
Application number
DE200510013614
Other languages
English (en)
Inventor
Christoph Wagner
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.)
OBE Ohnmacht and Baumgartner GmbH and Co KG
Original Assignee
OBE Ohnmacht and Baumgartner GmbH and Co KG
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 OBE Ohnmacht and Baumgartner GmbH and Co KG filed Critical OBE Ohnmacht and Baumgartner GmbH and Co KG
Priority to DE200510013614 priority Critical patent/DE102005013614A1/de
Priority to EP06723667.9A priority patent/EP1864081B1/de
Priority to CN2006800095749A priority patent/CN101147042B/zh
Priority to PCT/EP2006/002678 priority patent/WO2006100077A1/de
Priority to US11/886,196 priority patent/US7808644B2/en
Publication of DE102005013614A1 publication Critical patent/DE102005013614A1/de
Priority to HK08106490.4A priority patent/HK1116245A1/xx
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zur optischen Formvermessung und/oder Prüfung von Gegenständen, mit mindestens einer Kamera, mindestens einem Objektiv, einem Streukörper und mit mindestens zwei Lichtquellen, vorgesehen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass der Streukörper undurchsichtig ist und dass die mindestens zwei Lichtquellen im Inneren des Streukörpers angeordnet sind und dessen Innenseite beleuchten und dass entweder nur zwei Lichtquellen verwendet werden, die auf einer gedachten Durchmesserlinie einander gegenüberliegen, oder dass die Lichtquellen an den Ecken eines - vorzugsweise gleichseitigen - Dreiecks oder eines Kreuzes angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Formerfassung und/oder Beurteilung von Gegenständen und Oberflächen. Die meisten Verfahren und Vorrichtungen zur optischen Formerfassung und/oder Beurteilung von Gegenständen und Oberflächen lassen sich in zwei Kategorien einteilen:
    • • Vorrichtungen der Bildverarbeitung, insbesondere der industriellen Bildverarbeitung. Diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass innerhalb kürzester Zeit ein oder mehrere Bilder des Gegenstandes aufgenommen werden und dieses anschließend automatisch durch eine elektronische Recheneinheit beurteilt und geprüft wird. Hierfür sind Zeiten von Bruchteilen einer Sekunde für Bildaufnahme inklusive Beurteilung üblich. Die Vermessung von zweidimensionalen (2D) Merkmalen in der Bildebene wie Längen, Winkel, Flächen etc. sind Stand der Technik. Die Vermessung und Prüfung dreidimensionaler Merkmale bereitet Schwierigkeiten, da die aufgenommenen Bilder die dritte Dimension senkrecht zur Bildebene nur unzureichend wiedergeben.
    • • Demgegenüber sind Vorrichtungen der optischen 3D-Messtechnik darauf spezialisiert, neben den Merkmalen in der Bildebene auch Merkmale der dritten Dimension senkrecht zur Bildebene zu vermessen. Nachteilig ist dabei, dass diese Verfahren sehr viel mehr Zeit in Anspruch nehmen als die der Bildverarbeitung. Hier sind Zeiten von einer bis zu mehreren Sekunden und Minuten üblich. Auch eine automatische Bewertung der Messergebnisse ist in vielen Fällen nicht üblich.
  • Ziel ist es, die Vorteile beider Kategorien zu vereinigen und die Nachteile zu eliminieren. Damit können sowohl zweidimensionale als auch dreidimensionale Merkmale innerhalb kürzester Zeit geprüft, vermessen und automatisch beurteilt werden. Damit wird eine Brücke geschlagen zwischen den Bereichen der Bildverarbeitung und der optischen 3D-Messtechnik.
  • Hierbei werden insbesondere glänzende Gegenstände und Oberflächen aus Metall, Kunststoff etc. berücksichtigt, die sehr häufig im technischen Bereich zu finden sind. Diese Oberflächen bereiten sowohl in der Bildverarbeitung als auch in der optischen 3D-Messtechnik große Schwierigkeiten aufgrund von gerichteter Lichtreflexion. Genauso sind aber auch diffus streuende Gegenstände berücksichtigt, die im allgemeinen keine Schwierigkeiten bereiten.
  • Die Prüfung und/oder Vermessung von 2D- und/oder 3D-Merkmalen sowie optional eine automatische Bewertung kann gemäß dem in WO 2004/051186 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Bei diesem Verfahren, das als photometrische Deflektometrie bezeichnet wird, werden ein photometrisches Stereoverfahren, ein deflektometrisches Verfahren und ein Streukörper (S) so kombiniert, dass die Orte auf der Streukörperoberfläche flächig codiert werden.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses bekannte Verfahrens ist beispielsweise wie folgt aufgebaut. Eine Kamera K mit einem Objektiv Obj ist auf den Gegenstand G ausgerichtet. Der Gegenstand wird beleuchtet von einem Streukörper S, der seinerseits von mindestens einer, vorzugsweise mehreren, getrennt schaltbaren Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen 1, 2, 3, ... beleuchtet wird (1).
  • In 1 sind drei Lichtquellen 1, 2 und 3 dargestellt. Diese liegen vorzugsweise in einer Ebene, die senkrecht zur Bildebene von 1 verläuft. Sie liegen aber nicht alle in der Bildebene von 1. Beispielsweise ist die mittlere, die Lichtquelle 3, nach hinten aus der Bildebene von 3 versetzt.
  • Bei der Realisierung einer solchen Vorrichtung tauchen für den Fachmann eine Reihe von Fragen auf:
    • 1. An welchem Ort sind die Lichtquellen 1, 2, 3... zu platzieren, damit die bestmöglichen Mess- und Prüfergebnisse erreicht werden?
    • 2. Wie ist eine helle Ausleuchtung des Gegenstandes zu erreichen?
    • 3. Ist es vorteilhaft, den Strahl der Lichtquelle durch eine Optik auf den Gegenstand zu bündeln?
    • 4. An welchem Ort ist die Kamera K günstig zu platzieren?
    • 5. Welche Abmessungen der Sichtöffnung im Streukörper S sind vorteilhaft?
    • 6. Aus welchem Material lässt sich der Streukörper vorteilhaft fertigen und wie muss seine Oberfläche beschaffen sein?
    • 7. Wie kann man Verschmutzung und mechanische Beschädigungen des Streukörpers und damit schlechte Ergebnisse vermeiden?
  • Die besondere Schwierigkeit besteht darin, eine technische Lösung zu finden, die allen Fragestellungen gleichermaßen gerecht wird.
  • Dies ist insbesondere deshalb schwierig, weil zur Lösung der Fragen gegensätzliche Maßnahmen nötig sind.
  • Legt man beispielsweise besonderen Wert auf Fragestellung 1, dann sind die Lichtquellen in ausreichendem Abstand vom Streukörper zu platzieren (2). Damit ergibt sich von jedem Punkt der Lichtquelle annähernd derselbe Abstand zum Streukörper und eine nahezu parallele Beleuchtung. Für diesen Fall liegen nach dem in WO 2004/051186 beschriebenen Verfahren rechnerisch gut beherrschbare Verhältnisse vor, denn sowohl Richtung als auch Abstand der Lichtquelle können als konstant angesehen werden. Dies ist besonders wichtig, da die flächige Kodierung der Streukörperoberfläche aus dem Zusammenspiel der Streukörperneigung und der Beleuchtungsrichtung entsteht. Senkrechter Einfall der Beleuchtung auf das jeweilige Flächenstück des Streukörpers bewirkt eine Kodierung mit großer Helligkeit, streifender Einfall mit minimaler Helligkeit. Von großer Bedeutung ist auch, aus welcher Richtung die Lichtquellen den Streukörper beleuchten. Liegen diese Richtungen nahe beieinander, so sind die Unterschiede bei der Kodierung gering (geringe Empfindlichkeit der Messvorrichtung gegenüber der zu messenden Neigung), liegen sie weit auseinander sind sie groß (hohe Empfindlichkeit). Die Vorrichtung spricht dann sehr gut bereits auf geringe Variationen der lokalen Gegenstandsneigung an. Allerdings können dann große Bereiche des Streukörpers gar nicht ausgeleuchtet werden.
  • Für Fragestellung 2 wirkt sich ein großer Abstand der Lichtquellen dagegen negativ aus. Bei einer Verdopplung des Abstandes muss man damit rechnen, dass sich die Beleuchtungsstärke des Streukörpers und damit des Gegenstandes um den Faktor 4 reduziert.
  • Dies führt zu der Frage 3, ob sich das Licht vorteilhaft bündeln lässt. Die Beleuchtungsstärke lässt sich dann auch bei größeren Abständen aufrechterhalten. Dagegen spricht wiederum, dass die zur Bündelung erforderlichen optischen Einrichtungen und Reflektoren meist keine so gleichmäßige Ausleuchtung ermöglichen, wie es ohne sie möglich ist.
  • Zu berücksichtigen ist dabei auch die Frage 4. Die Position der Kamera ist so zu wählen, dass diese keinen Schattenwurf auf dem Streukörper erzeugt. Dies ist aber insbesondere dann der Fall, wenn die Kamera nahe am Streukörper positioniert wird (3). Andererseits ist es wünschenswert, die Kamera möglichst nahe am Streukörper und dem Gegenstand zu platzieren, um eine gute Auflösung des Gegenstandes zu erzielen.
  • Die Lösung dieser Frage ist gekoppelt mit der Frage 5. Bei geringem Abstand der Kamera kann die Sichtöffnung im Streukörper klein gewählt werden, bei größerem Abstand muss sie größer gewählt werden, damit sämtliche Bereiche des Gegenstandes erfassbar sind. Dadurch aber ist der Streukörper in weiten Bereichen unterbrochen. Diese Bereiche stehen dann nicht zur Beleuchtung des Gegenstands zur Verfügung. Ist die Oberfläche des Gegenstandes so geneigt, dass nur Licht von diesen Fehlstellen des Streukörpers in die Kamera reflektiert werden kann, so ist die Vorrichtung für alle betroffenen Neigungen blind (4).
  • In den Fragen 6 und 7 geht es um das Material des Streukörpers, dessen Beschaffenheit der Oberfläche, Verschmutzung und mögliche mechanische Beschädigungen. Denkbar ist z. B. ein aufgerauter, durchsichtiger Kunststoff (Oberflächenstreuer) oder ein milchig durchscheinender Kunststoff (Volumenstreuer). Eine günstige, gleichmäßige Streuung in alle Raumrichtungen wird beim Volumenstreuer erreicht, allerdings bleibt sehr viel Licht dabei ungenutzt. Darüber hinaus entsteht an der glatten Oberfläche ein unerwünschter Lichtreflex. Ein Oberflächenstreuer wiederum lenkt den Weg des Lichts in geringerem Maß ab, so dass mehr Licht genutzt werden kann. Dagegen spricht, dass keine gleichmäßige Abstrahlung in alle Richtungen erreicht wird und eine raue Oberfläche zur Verschmutzung durch Staub und Fingerabdrücke neigt und auch nur sehr schwer zu reinigen ist. Wählt man für den Streukörper statt Kunststoff Glas, so kann man bessere Eigenschaften bezüglich der mechanischen Beständigkeit und bezüglich der Reinigung erreichen. Andererseits ist die präzise Fertigung eines formgenauen Streukörpers bei Glas sehr viel aufwendiger als bei Kunststoff. Hinzu kommt die Bruchgefahr bei Glas.
  • Alle diese Fragen werden erfindungsgemäß wie folgt gelöst: Anstelle des durchscheinenden Streukörpers wird ein undurchsichtiger Streukörper verwendet, außerdem werden die Lichtquellen im Innern angeordnet. Diese Lösung ist besonders im Hinblick auf die besonders wichtige Frage 1 alles andere als nahe liegend. Je näher eine Lichtquelle am Streukörper, im Extremfall also sogar innerhalb des Streukörpers angeordnet ist, umso weniger kann man davon ausgehen, dass der Streukörper von einem parallelen Strahlenbündel beleuchtet wird. Stattdessen ist davon auszugehen, dass die Lichtquellen beispielsweise in die gesamte Hemisphäre abstrahlen (5). Je nach Lichtquelle und Abstrahlcharakteristik bezüglich der Richtung ergibt sich eine andere Beleuchtungsverteilung auf dem Streukörper. Die gesamte rechnerische Auswertung – wie sie sich aus WO 2004/051186 ergibt – würde hiermit unbrauchbar. Auch der Abstand der Lichtquellen zu jedem Punkt des Streukörper variiert je nach Lage der Lichtquelle in großem Maß. Die Lichtquellen im Mittelpunkt eines kugelförmigen Streukörpers zu platzieren scheidet aus, da der Mittelpunkt und seine Umgebung für den Gegenstand reserviert sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Problematik dadurch gelöst, dass die komplexen Einflussfaktoren, beispielsweise Beleuchtungsrichtung auf den Streukörper, jeweiliger Abstand des Streukörpers und seiner beleuchteten Oberfläche von der Lichtquelle und die räumliche Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle sich in geschickter Weise so kompensieren, dass eine Beleuchtungsverteilung nachgeahmt wird, wie sie bei einer Beleuchtung von außen mit paralleler Lichteinstrahlung ergibt (2). Dieses Vorhaben scheint anhand der großen Zahl voneinander abhängiger Parameter nahezu aussichtslos. Für eine spezielle Kombination der Parameter konnte erfindungsgemäß aber eine Lösung gefunden werden. Aufgrund der rechnerisch komplexen Zusammenhänge wurde eine Lösung anhand einer Simulation ermittelt und hier nur das Ergebnis dargestellt.
  • Als Beleuchtungseinrichtung wird eine als Lambertstrahler ausgebildete Lichtquelle bevorzugt. Das bedeutet, dass die Strahldichte mit dem Kosinus des Abstrahlwinkels variiert. Diese Verteilung ist häufig bei beleuchteten Körpern, nicht aber bei selbstleuchtenden Körpern und Lichtquellen anzutreffen. Am häufigsten findet man eine konstante Abstrahlung in alle Raumrichtungen (z.B. Glühlampen, Gasentladungslampen) oder eine stark gerichtete Abstrahlung bei Lasern und LEDs. Der Sonderfall der lambertförmigen Abstrahlung kann dennoch mit speziell dafür ausgelegten LEDs erreicht werden.
  • Die Form des Streukörpers wird bevorzugt in der Form einer Kugel, Halbkugel oder Teilen hiervon ausgeführt. Als Material werden bevorzugt Metall, undurchsichtiger Kunststoff oder andere Materialien gewählt, die fertigungstechnisch gut beherrschbar sind. Die kritische Frage liegt darin, den Ort und die Ausrichtung der Lichtquellen richtig zu wählen. Zur Orientierung auf der Oberfläche eines halbkugelförmigen Streukörpers werden die Begriffe Nordpol für den kameraseitig gelegenen Scheitel der Halbkugel und Äquator für die Abschlusskante der Halbkugel gewählt. Die Lichtquellen sind vorzugsweise in einer Ebene nahe der Äquatorebene zu platzieren. Ihr Hauptstrahl ist senkrecht zu dieser Ebene nach oben auszurichten. Es werden mehrere, vorzugsweise aber vier Lichtquellen verwendet, die vorzugsweise in Form eines Kreuzes, beispielsweise eines „+" oder „X", angeordnet sind. Der Mittelpunkt des Kreuzes liegt vorzugsweise auf einer Linie, die senkrecht auf der Äquatorebene steht und durch deren Mittelpunkt verläuft. Die Lichtquellen sind in einem bestimmten Abstand zum Kugelmittelpunkt anzuordnen, beispielsweise bei 20% bis 80%, vorzugsweise bei 30% bis 70% des Kugelradius. Besonders günstige Verhältnisse liegen in der Nähe von 50% des Kugelradius vor (6).
  • Zu der Darstellung der Lichtquellen 1, 2, 3, etc. ist auch hier Folgendes festzuhalten: Vorzugsweise sind vier Lichtquellen vorgesehen, die in einer Ebene angeordnet sind. Denkbar ist es, die Lichtquellen in der Äquatorebene des Streukörpers S anzuordnen oder etwas darüber oder darunter. In 6 sind die Lichtquellen nur scheinbar in einer Reihe angeordnet. Tatsächlich liegen beispielsweise die Lichtquellen 1 und 2 auf einer Durchmesserlinie der Äquatorebene. Die Lichtquelle 3 ist gegenüber der Bildebene von 6 nach hinten versetzt und ihrerseits vorzugsweise auf einer Durchmesserlinie angeordnet, gemeinsam mit einer hier nicht dargestellten Lichtquelle 4.
  • Betrachtet man die Lichtquellen senkrecht von oben, beispielsweise aus der Sicht der Kamera K, so sieht man, dass sie in einem Abstand zu dem durch ein Kreuz gekennzeichneten Mittelpunkt des Streukörpers in einer Ebene angeordnet sind und beispielsweise auf den Ecken eines vorzugsweise gleichseitigen Dreiecks oder an den Enden eines Kreuzes, das vorzugsweise die Form eines „+" oder eines „X" aufweist.
  • In 6 sind im Strahlengang zwischen den Lichtquellen 1 und 2 einerseits und dem Gegenstand G andererseits Abschattungen A vorgesehen, die eine direkte Beleuchtung des Gegenstands verhindern. In 6 ist die der Lichtquelle 3 zugeordnete Abschattung aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt.
  • Die Anordnung der hier dargestellten und auch bei anderen Ausführungsvarianten vorgesehenen Abschattung A ist beliebig. Entscheidend ist der Gesichtspunkt, eine direkte Beleuchtung des Gegenstands durch die Lichtquellen zu vermeiden. Es ist also möglich, die Abschattung an der Halterung einer Lichtquelle oder aber an der Halterung des Gegenstands anzubringen. Schließlich kann auch eine getrennte Halterung für die Abschattungen vorgesehen werden.
  • Mit dieser Wahl der Parameter wird erreicht, dass alle Punkte des Streukörpers flächig kodiert werden. Die Art der Kodierung und der Beleuchtungsverteilung entspricht weitgehend einer Beleuchtung von außen aus großer Entfernung, obwohl die Lichtquellen in Wirklichkeit aus geringster Entfernung im Innern den Streukörper beleuchten.
  • Damit ist Berechnung der Neigung entsprechend des bereits aus WO 2004/051186 bekannten Verfahrens möglich.
  • Alternativ können die Lichtquellen aber auch in der Nähe des Äquators platziert sein und die gegenüberliegende Seite des Streukörpers auf dem Äquator anstrahlen. In diesem Fall können die quellenfernen Punkte des Streukörpers heller ausgeleuchtet sein als die quellennahen.
  • Für Gegenstände mit vorwiegend streuender Oberfläche und/oder einer Kombination aus glänzender und streuender Oberfläche kann zusätzlich auch eine direkte Beleuchtung des Gegenstandes sinnvoll sein. Hierzu können Lichtquellen beispielsweise auf der Innenseite des Streukörpers befestigt werden oder durch Öffnungen in den Innenraum ragen, vorzugsweise mit der Lichtrichtung zum Gegenstand.
  • Vorteilhaft kann es in allen der genannten Fällen sein, die Lichtquellen verschiebbar zu befestigen, um die Position je nach Anwendung variieren zu können (6).
  • In Bezug auf Frage 2 wird eine sehr gute Ausleuchtung erreicht, da das Licht überall die Innenseite des Streukörpers erreichen kann. Eine Optik zum Bündeln des Lichts ist nicht nötig (Frage 3).
  • Die Kamera kann vorteilhaft direkt außerhalb des Streukörpers platziert werden, es tritt kein Schattenwurf auf (Frage 4).
  • Die Sichtöffnung kann daher minimal gehalten werden (Frage 5).
  • Als Materialien stehen sämtliche nicht durchscheinenden Materialien zur Verfügung, beispielsweise Metall, Kunststoff etc. (Frage 6).
  • Eine Reinigung ist im allgemeinen nicht nötig, da der Innenbereich des Streukörpers vor Schmutz und Berührung geschützt ist. Ein Beschädigung ist ebenfalls weitgehend auszuschließen (Frage 7).
  • Darüber hinaus bietet diese Anordnung der Lichtquellen weitere Vorteile. Man kann sicherstellen, dass der Benutzer der Vorrichtung nicht von einer Lichtquelle geblendet wird. Dies ist vor allem bei Hochleistungslichtquellen wie z. B. leistungsstarken LEDs von Bedeutung, für die unter Umständen bereits Laserschutzbestimmungen gelten. Zusätzlich wird eine Verfälschungen der Messung durch Umgebungslicht vermieden.
  • Weiterhin ist die Vorrichtung wie bevorzugt wie folgt aufgebaut.
  • Kamera:
  • Als Kamera wird vorzugsweise eine elektronisch arbeitende Kamera, insbesondere eine CCD- oder CMOS-Kamera verwendet. Deren Bilder können zur Weiterverarbeitung an eine elektronisch arbeitende Recheneinheit übermittelt werden oder innerhalb einer so genannten intelligenten Kamera selbst verarbeitet werden.
  • Objektiv:
  • Das Objektiv ist vorzugsweise als Makroobjektiv ausgeführt, da sich der Gegenstand vorzugsweise in geringem Arbeitsabstand vom Objektiv befindet. Ebenso können mehrere Kameras mit mehreren Ob jektiven verwendet werden. Denkbar sind auch Mikroobjektive, wenn sehr hohe Vergrößerungen gefordert sind.
  • Streukörper:
  • Dieser Streukörper ist vorzugsweise in Form einer Halbkugel, Kugel, Ellipsoids oder Teilen hiervon ausgebildet (6).
  • Der Streukörper bekannter Vorrichtungen kann bei Beleuchtung von außen aus durchsichtigem Material wie Mattglas, mattem durchscheinendem Kunststoff etc. bestehen (7). Erfindungsgemäß wird allerdings ein undurchsichtiges Material wie Metall, undurchsichtiger Kunststoff etc. verwendet (6). Der Streukörper kann unbeschichtet, beispielsweise mit rauer und damit diffus streuender Oberfläche ausgeführt sein. Vorzugsweise wird er allerdings mit einer diffus reflektierender Farbe beschichtet, die einfallendes Licht ungerichtet streut. Der bevorzugte Farbton ist Weiß, andere Farben sind aber ebenso möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Farbe fluoreszierende oder phosphoreszierende Eigenschaften aufweist. Auch das Material des Streukörpers selbst kann diese Eigenschaft zeigen, in diesem Fall ist eine Beschichtung nicht zwingend nötig. Hierdurch kann Licht von bevorzugt kurzer Wellenlänge wie z. B. blaues oder ultraviolettes Licht in längerwelliges Licht, insbesondere aber auch weißes Licht gewandelt werden. Besonders vorteilhaft ist es auch, die Kamera bzw. das Objektiv mit einem Sperrfilter für bestimmte Wellenlängen auszurüsten, vorzugsweise für kleine Wellenlängen. Damit wird direkter Lichteinfall der Lichtquelle in die Kamera verhindert, das durch Fluoreszenz und/oder Phosphoreszenz gestreute Licht aber durchgelassen.
  • Die Innenseite des Streukörpers wird von einer oder mehreren Lichtquellen beleuchtet. Vorzugsweise ist der Gegenstand G im oder nahe dem Zentrum des Streukörpers angeordnet. Die bevorzugte Form des Streukörpers ist eine Halbkugel. Zur einfacheren Bezeichnung werden auch hier die Begriffe Nordpol für den Scheitel der Halbkugel und der Begriff Äquator für den Rand der Halbkugel verwendet. Um den Gegenstand G einfach in einer Bewegung entlang der Äquatorebene ins Zentrum des Streukörpers führen zu können, ist es vorteilhaft, den Streukörper vom Nordpol nur bis zu einem Bereich leicht nördlich des Äquators reichen zu lassen, zumindest dort, wo der Gegenstand eingebracht werden soll.
  • Für die Kamera und das Objektiv, die sich vorzugsweise außerhalb des Streukörpers befinden, kann der Streukörper eine auch als Sichtöffnung bezeichnete Öffnung B aufweisen, welche die Sicht auf den Gegenstand ermöglicht (6). Die Öffnung B wirkt auch als Blende für das Objektiv. Die Öffnung B soll so groß ausgeführt sein, dass sie den ungestörten Blick auf den zu prüfenden Gegenstand oder auch Teilen hiervon ermöglicht. Eine große Öffnung bewirkt, dass viel Licht zur Kamera gelangt. Dies ist insbesondere für kurze Belichtungszeiten wünschenswert. Darüber hinaus steigt die beugungsbegrenzte Auflösung bei einer weiten Öffnung. Andererseits soll die Öffnung B so klein wie möglich sein, damit ein möglichst großer Teil der Streukörperoberfläche nutzbar bleibt. Gleichzeitig kann der Schärfentiefebereich bei einer kleinen Öffnung B ausgedehnt werden, so dass auch Gegenstände G mit großen Höhenunterschieden überall scharf abgebildet werden können. Diese Anforderungen lassen sich vereinbaren, wenn die Lage der Öffnung B und die Lage der Eintrittspupille EP des Objektivs identisch sind. Wahlweise kann es auch technischen Gründen auch vorteilhaft sein, die Ebene der Öffnung B nur in die Nähe der Eintrittspupille EP zu legen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Ort der Eintrittspupille physisch nicht zugänglich ist, weil sie innerhalb des Objektivs liegt. Der Durchmesser der Sichtöffnung ist vorzugsweise gleich oder kleiner als der Durchmesser der Eintrittspupille des Objektivs zu wählen, damit möglichst wenig der Streukörperoberfläche ungenutzt bleibt. Ist der Durchmesser der Sichtöffnung kleiner als die der Eintrittspupille des Objektivs, so stellt die Sichtöffnung die Aperturblende des optischen Gesamtsystems bestehend aus Objektiv und Sichtöffnung dar. Insbesondere bei einer weiten Öffnung der Kamerablende und einer kleinen Sichtöffnung kann somit die Lage der Eintrittspupille EP des Gesamtsystems an den Ort der Sichtöffnung gezwungen werden.
  • Ein weiterer günstiger Effekt trägt dazu bei, dass die nutzbare Fläche des Streukörpers möglichst groß sein kann. Es wird zunächst angenommen, der Gegenstand ist sehr stark glänzend und kann als ebener Spiegel betrachtet werden, der in der Äquatorebene liegt. Das Objektiv ist auf den Spiegel, d. h. die Äquatorebene fokussiert. Im Spiegel ist die Sichtöffnung unscharf zu erkennen. Es stellt sich die Frage, wie groß das Unschärfescheibchen ist. Aufgrund von Symmetrieüberlegungen kommt man zu dem Schluss, dass der Durchmesser des Unschärfescheibchens genau dem Durchmesser der Eintrittspupille des optischen Gesamtsystems entspricht, also der Sichtöffnung. Der Rand der Sichtöffnung verschwimmt damit bis ins Zentrum der Sichtöffnung, quasi so als ob der Streukörper keine Öffnung hätte. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn man auf eine Ebene etwas nördlich des Äquators fokussiert, das Unschärfescheibchen wird damit größer als die Sichtöffnung und gewährleistet einen sicheren Überlapp. Bisher wurde von einem Spiegel als Objekt ausgegangen, der ein klares Bild liefert. Für rauere glänzende Oberflächen verschwimmt das Bild der Sichtöffnung weiter, für diffus streuende Oberflächen völlig. Vorteilhaft ist es, wenn die Sichtöffnung des Streukörpers als wechselbarer Einsatz ausgeführt ist. So kann je nach Anforderung eine größere oder kleinere Sichtöffnung verwendet werden.
  • Alternativ zur kreisrunden Sichtöffnung sind Varianten denkbar, die nur einen Teil der Kreisfläche freilassen. Beispiele sind ein oder mehrere Kreissektoren. Unterteilungen sind auch in radialer Richtung denkbar, vorzugsweise kombiniert mit Kreissektoren. Es sind aber andere Formen möglich wie z. B. ein Loch exzentrisch bezüglich der optischen Achse des Objektivs bis hin zu beliebigen Formen. Diese Sichtöffnung wird vorzugsweise drehbar um die optische Achse des Objektivs ausgeführt, beispielsweise als drehbare Kalotte, die bündig in den Streukörper eingesetzt wird. Während der Belichtung eines Kamerabildes kann dann die sich drehende Sichtöffnung die Eintrittspupille des Objektivs überstreichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sichtöffnung die Eintrittspupille während einer Belichtung genau einmal, zweimal oder mit einem anderen ganzzahligen Vielfachen überstreicht, damit eine gleichmäßige Belichtung innerhalb der Eintrittspupille erreicht wird.
  • Ist ein transparenter Gegenstand zu prüfen, z. B. aus klarem Glas, Kunststoff etc. so wird die Kamera mit dem Objektiv vorzugsweise vom Südpol nach Norden blickend angeordnet. Die Kamera betrachtet den Streukörper durch den zu prüfenden Körper hindurch (8). In diesem Fall ist eine Sichtöffnung nicht zwingend nötig.
  • Lichtquellen:
  • Als Lichtquellen sind beispielsweise Glühlampen, Gasentladungslampen, Lichtquellen mit Lichtleitfaser, Blitzlampen, Laserlichtquellen sowie Halbleiterstrahlungsquellen denkbar. Insbesondere sind Lumineszenzdioden (LEDs) von Interesse, da sie eine geringe Baugröße aufweisen, schnell schaltbar sind und eine lange Lebensdauer besitzen. Insbesondere sind Hochleistungs-LEDs mit hoher Strahlungsleistung vorteilhaft. Die Lichtquellen können unabhängig voneinander eingeschaltet werden und lassen verschiedene Beleuchtungssituationen entstehen. Die Lichtquellen oder auch Gruppen von Lichtquellen sind unabhängig voneinander schaltbar. Je nachdem, welche Lichtquelle oder Gruppe von Lichtquellen eingeschaltet ist, entsteht eine andere Beleuchtungssituation. Ziel ist es, die Lichtquellen 1, 2, 3 ... so zu platzieren, dass alle Orte auf der Streukörperoberfläche flächig codiert werden können. Um diese Fläche beispielsweise in einem Punkt des Äquators entlang der Richtung zum Nordpol und weiter zum gegenüberliegenden Punkt des Äquators zu kodieren, ist eine stetig wachsende bzw. fallende Ausleuchtung entlang dieser Linie wünschenswert. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Lichtquelle außerhalb des Zentrums des Streukörpers platziert wird, vorzugsweise in der Äquatorebene mit der Lichtrichtung senkrecht dazu. Je näher die Lichtquelle sich am Zentrum befindet, umso gleichmäßiger ist die Verteilung, je weiter am Rand, umso ungleichmäßiger. Für die Codierung sind möglichst große Unterschiede der Ausleuchtung zwischen einem Endpunkt und dem anderen erwünscht, wobei aber der Übergang möglichst gleichmäßig sein soll. Gleichzeitig soll die Lichtquelle eine möglichst großen Bereich im Zentrum des Streukörpers für den zu prüfenden Gegenstand freilas sen. Ein guter Kompromiss hinsichtlich all dieser Kriterien wird erzielt, wenn die Lichtquelle bei etwa 20% bis 80%, vorzugsweise bei etwa 30% bis 70% des Kugelradius platziert wird. Insbesondere Positionen im Bereich von 50% sind günstig (6).
  • Alternativ kann eine Lichtquelle aber auch in der Nähe des Äquators platziert sein und die gegenüberliegende Seite des Streukörpers anstrahlen. In diesem Fall sind die quellenfernen Punkte des Streukörpers heller ausgeleuchtet sein als die quellennahen.
  • Vorteilhaft kann es in allen der genannten Fällen sein, die Lichtquellen verschiebbar zu befestigen, um die Position je nach Anwendung variieren zu können (6). Bei einer Verschiebung der Lichtquellen wird vorzugsweise darauf geachtet, dass deren symmetrische Anordnung erhalten bleibt.
  • Für Gegenstände mit vorwiegend streuender Oberfläche und/oder einer Kombination aus glänzender und streuender Oberfläche kann zusätzlich eine direkte Beleuchtung des Gegenstandes sinnvoll sein. Hierzu können Lichtquellen beispielsweise auf der Innenseite des Streukörpers befestigt werden oder durch Öffnungen in den Innenraum leuchten oder in diesen ragen, vorzugsweise mit der Lichtrichtung zum Gegenstand.
  • Neben dem Ort der Lichtquelle und der daraus resultierenden Entfernung zu jedem Ort der Streukörperoberfläche geht maßgeblich die jeweilige Neigung der Streukörperoberfläche zur Beleuchtungsrichtung und die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle in Abhängigkeit der verschiedenen Raumrichtungen ein. Vorteilhaft sind beispielsweise die kugelförmige Form des Streukörpers, bei der die Neigung jedes Oberflächenpunktes unterschiedlich ist und eine eindeutige Codierung ermöglicht. Gleichzeitig findet ein stetiger Übergang der Neigung von einem Punkt zu einem Nachbarpunkt statt, so dass die Beleuchtungsstärke gleichmäßig zu oder abnehmen kann. Eine vorteilhafte Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle ist die lambert'sche, da hier vom der Äquatorebene aus beispielsweise die gesamte Nordhalbkugel ausgeleuchtet werden kann. Alternativ dazu könnten auch seitlich abstrahlende Lichtquellen verwendet werden, die beispielsweise in der Nähe des Streukörperoberfläche platziert werden.
  • Eine zweite Lichtquelle kann bezüglich des Mittelpunkts des Streukörpers symmetrisch angeordnet werden. Bei zwei Lichtquellen kann die Streukörperoberfläche entlang einer Richtung codiert werden, entlang einer gedachten Richtung von einem Äquatorpunkt zum gegenüberliegenden Äquatorpunkt. Es kann also nur eine Neigungsrichtung erfasst werden.
  • Werden drei Lichtquellen verwendet, können diese vorzugsweise an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet werden, es sind aber auch andere Anordnungen möglich. Mit drei Lichtquellen können bereits zwei Richtungen auf der Streukörperoberfläche codiert werden. Drei Lichtquellen stellen somit die minimale Anzahl von Quellen dar, mit denen die Streukörperoberfläche flächig codiert werden kann.
  • Für die hier angesprochenen Lichtquellen gilt das oben Gesagte entsprechend: Sie sind in einer Ebene angeordnet, die beispielsweise der Äquatorebene eines Streukörpers entspricht oder in einem Abstand zu dieser parallel angeordnet ist. Das Dreieck weist einen Mittelpunkt auf, der auf einer Linie liegt, die den Mittelpunkt des Streu körpers schneidet und die senkrecht auf der Äquatorebene des Streukörpers steht.
  • Besonders vorteilhaft ist es allerdings, vier Lichtquellen zu verwenden, die in Form eines „X" oder eines „+" angeordnet werden. Bei dieser Anordnung liegen sich jeweils zwei Quellen gegenüber. Man kann beispielsweise ein solches Paar aktivieren, wenn nur die eine Codierungsrichtung von Interesse ist, wenn beide Richtungen gefragt sind, wird auch das andere Paar aktiviert. Auch für die Zuführung der zu prüfenden Gegenstände ist diese Anordnung von Vorteil, da sie mehr Zwischenraum bietet als beispielsweise die symmetrische Anordnung von drei Quellen. Eine größere Anzahl von Lichtquellen ist ebenfalls möglich, aber nicht zwingend nötig.
  • Bei Verwendung von vier Lichtquellen gilt grundsätzlich das oben Gesagte entsprechend: Die Lichtquellen sind in einer Ebene angeordnet, die der Äquatorebene entspricht oder parallel zu dieser liegt. Die Lichtquellen liegen jeweils einander paarweise gegenüber und sind vorzugsweise symmetrisch angeordnet. Bei der Anordnung in Form eines Kreuzes, sei es in Form eines „X" oder eines „+", so liegt der Mittelpunkt des Kreuzes auf einer Linie, die den Mittelpunkt der Äquatorebene schneidet und senkrecht auf dieser steht.
  • Als eine mögliche Lage der Lichtquellen wurde bisher die Äquatorebene genannt. Für eine einfache Zuführung der Prüfteile kann es aber sinnvoll sein, die Quellen in einer anderen Ebene zu platzieren, beispielsweise weiter nördlich, um die Äquatorebene als Messebene völlig frei zu lassen.
  • Um einen direkten Lichteinfall der Lichtquellen auf den zu prüfenden Gegenstand zu verhindern, können Abschattungen A nötig sein, die beispielsweise mit den Halterungen der Lichtquellen oder einem Halter des Prüfgegenstandes verbunden sind. Es können auch separate Halterungen für die Abschattungen A vorgesehen werden. Die Abschattungen A sind so groß zu wählen, dass keine direktes Licht einfällt, aber gleichzeitig möglichst klein, damit vom Gegenstand aus gesehen nicht ein Teil des Streukörpers verdeckt wird.
  • Der Streukörper S kann im Bereich der Öffnung B außen einen zylindrischen Ansatz aufweisen, der als Halterung für verschiedene Blenden zur Realisierung verschiedener Größen und Formen der Sichtöffnung (Öffnung B) und für die Kamera dienen kann.
  • Stereosystem:
  • Neben der Zahl der Lichtquellen kann auch die Zahl der Kameras bzw. Objektive variiert werden (9). Benutzt man beispielsweise zwei Kameras, so kann mit der Vorrichtung auch ein binokulares Stereoverfahren ausgeführt werden. Vorzugsweise werden für die beiden Kameras bzw. Objektive zwei Sichtöffnungen vorgesehen, die den Blick aus zwei verschiedenen Positionen in Richtung des zu prüfenden Gegenstandes ermöglichen. Die Disparität korrespondierender Punkte in den beiden Kameraansichten liefert eine Aussage über die Lage von Gegenstandspunkten bezüglich der dritten Dimension, also senkrecht zur Äquatorebene. Beim binokularen Stereoverfahren handelt es sich damit um ein höhenmessendes Verfahren im Unterschied zum neigungsmessenden Verfahren der photometrischen Deflektometrie. Beide Verfahren lassen sich vorteilhaft kombinieren, beispielsweise wie in US 6,590,669 beschrieben. Hierbei bietet das höhenmessende Verfahren Vorteile bei der Erfassung der globalen dreidimensionalen Gestalt des Gegenstandes, das nei gungsmessende bei der Erfassung der lokalen dreidimensionalen Gestalt. Die Zahl der Kameras kann weiter erhöht werden, beispielsweise auf drei oder vier Kameras.
  • Insbesondere eine Vorrichtung mit einer größeren oder gleichen Zahl an Kameras wie Lichtquellen bietet den Vorteil, dass für jede Lichtquelle eine einzelne Kamera zur Verfügung steht, was die Aufnahmezeit der Bilder enorm reduzieren kann (9). Bei typischen elektronischen Kameras (z.B. CCD- und CMOS-Kameras) besteht ein großer Unterschied zwischen der minimalen Belichtungszeit und der minimalen Zeit für einen gesamten Bildzyklus inklusive Auslesen des Bildsensors. Die Belichtungszeit lässt sich problemlos auf Werte unter 100 Mikrosekunden einstellen, während für den gesamten Bildzyklus Zeiten ab 10 Millisekunden üblich sind. Dies liegt daran, dass sehr viel mehr Zeit für das Auslesen des Bildsensors und die Übertragung der Daten benötigt wird als für die eigentliche Belichtung. Wird eine einzelne Kamera verwendet, so ist die Zeit für den Bildzyklus maßgeblich, da dieselbe Kamera mehre Bilder in Folge aufnehmen muss. Ist die Zahl der Kameras gleich der Zahl der Lichtquellen, so ist die reine Belichtungszeit maßgeblich. Die Bildaufnahme würde im Takt der Beleuchtungen mit sehr kurzer Verzögerung gestartet, man kann also von einer Triggerkaskade sprechen.
  • Kombination mit anderen höhenmessende Verfahren.
  • Alternativ kann die Vorrichtung auch dazu benutzt werden, die photometrische Deflektometrie mit einem anderen höhenmessenden Verfahren als dem binokularen Stereoverfahren zu kombinieren, beispielsweise dem Verfahren der Streifenprojektion, der Interferometrie, der Weißlichtinterferometrie, einem Laufzeitverfahren oder vorzugsweise dem Laserlichtschnittverfahren (10). Hierzu wird vorzugsweise eine Sichtöffnung im Streukörper für den beleuchtenden Laser vorgesehen. Besonders vorteilhaft sind Halbleiterlaser L, insbesondere solche, die bereits eine Optik zur Erzeugung einer oder mehrerer Laserlinien integriert haben. Solche Lichtquellen sind sehr kompakt und sind mit äußerst geringem zeitlichen Verzug elektronisch schaltbar. Üblicherweise arbeiten Laserlichtschnittverfahren mit einer Mechanik, die den Prüfling und eine einzelne Laserlinie relativ zueinander bewegen und so den Prüfling Profilschnitt für Profilschnitt nacheinander abtasten. Für jeden Profilschnitt ist eine einzelne Kameraaufnahme nötig, was dementsprechend Zeit kostet. Nachteilig ist zudem, dass eine präzise und auf die Kameraaufnahme synchronisierte Verschiebeeinheit benötigt wird. Es ist daher vorteilhaft, wenn mehrere Laserlinien gleichzeitig projiziert werden (11). Damit lassen sich mehre Profilschnitte des zu prüfenden Gegenstands gleichzeitig erfassen, beispielsweise 10 oder 20 Stück. In der erfindungsgemäßen Kombination mit der photometrischen Deflektometrie kann dann bereits eine einziges Kamerabild ausreichend sein, so dass die Verschiebeeinheit und der zeitliche Mehraufwand entfallen können. Dies ist deshalb möglich, weil das höhenmessende Verfahren nur globale Formdaten liefern muss, die lokalen Formdaten aber von der photometrischen Deflektometrie bereitgestellt werden.
  • Kalibrierung:
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann um einen Kalibriergegenstand Kal ergänzt werden (12). Er dient dazu, die gemessenen Neigungswerte anhand eines bekannten Referenzgegenstandes mit den wahren Neigungswerten abzugleichen. Hierdurch ist es möglich, u. a. Toleranzen der räumlichen Beleuchtungsverteilung der Lichtquellen, deren Strahlungsleistung, deren Position und Ausrichtung, der Form und Lage des Streukörpers, der Abstrahlcharakteristik seiner Oberfläche oder Beschichtung sowie der Position und Ausrichtung der Kamera zu kompensieren. Als Referenzgegenstände können Gegenstände bekannter Form verwendet werden, insbesondere solche, deren Oberfläche reflektierend ist und die eine große Zahl verschiedener Neigungen aufweisen. Hierbei wird eine präzise gefertigte, glänzende Metallkugel bevorzugt, da hier sämtliche möglichen Neigungen vorkommen. Werden matte oder teilweise matte Gegenstände untersucht, kann es von Vorteil sein, einen matten Kalibriergegenstand vorzusehen, beispielsweise eine matte oder teilweise matte Kugel. Für diesen Kalibriergegenstand werden die Neigungswerte flächig gemessen und anschließend mit den bekannten Werten abgeglichen. Die Zuordnung von gemessenen Werten zu den wirklichen Werten stellt die Kalibrierung dar. Darüber hinaus ist es möglich, die Kalibrierung auch während der Prüfung von Gegenständen zu überwachen, insbesondere auch eine mögliche Variation der Strahlungsleistung der Lichtquellen. Hierzu kann ein Referenzgegenstand zusätzlich zum Prüfgegenstand in das Sichtfeld der Kamera eingebracht werden (13), beispielsweise eine ebene spiegelnde Fläche oder eine spiegelnde Kugel, eine ganz oder teilweise matte Fläche oder Kugel. Andere Formen und Oberflächenbeschaffenheiten sind möglich.

Claims (29)

  1. Vorrichtung zur optischen Formvermessung und/oder Prüfung von Gegenständen, mit mindestens einer Kamera, mindestens einem Objektiv, einem Streukörper und mit mindestens zwei Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper undurchsichtig ist und dass die mindestens zwei Lichtquellen im Inneren des Streukörpers angeordnet sind und dessen Innenseite beleuchten, und dass entweder nur zwei Lichtquellen verwendet werden, die auf einer gedachten Durchmesserlinie einander gegenüberliegen oder dass die Lichtquellen an den Ecken eines – vorzugsweise gleichseitigen – Dreiecks oder eines Kreuzes angeordnet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Lichtquellen in Form eines „x" oder eines „+" angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen eine lambertsche Abstrahlcharakteristik aufweisen.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen vom Mittelpunkt des Streukörpers einen Abstand aufweisen, der 20% bis 80%, vorzugsweise 30% bis 70%, insbesondere ca. 50% des Abstandes zwischen Mittelpunkt des Streukörpers und dessen Innenfläche ausmacht.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen getrennt voneinander aktivierbar sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streukörper die Form einer Halbkugel, einer Kugel, eines Ellipsoids oder eines Teils hiervon aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch mehrere Kameras.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kameras vorgesehen sind, wobei die Anzahl der Kameras der Zahl der unabhängig schaltbaren Lichtquellen entspricht oder diese überschreitet.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch mehrere Sichtöffnungen.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung zur Höhenmessung.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung, die zumindest eine Linie projizieren kann.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Laserlichtquelle, die zumindest eine Linie projizieren kann.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Laserlichtquelle, die gleichzeitig mehrere Linien projizieren kann.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung zur Streifenprojektion.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein interferometrisches System.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lichtquellen verschiebbar befestigt ist.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Lichtquelle, die den Gegenstand direkt beleuchtet und vorzugsweise innen im Streukörper angeordnet ist oder durch eine Öffnung im Streukörper in dessen Innenraum leuchtet oder in diesen ragt.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Streukörper mit einer Sichtöffnung, welche identisch ist mit der Eintrittspupille des optischen Gesamtsystems bestehend aus Sichtöffnung und Objektiv.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Sichtöffnung im Streukörper variabel ist.
  20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Sichtöffnung im Streukörper variabel ist.
  21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sichtöffnung beweglich ist.
  22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine rotierenden Sichtöffnung.
  23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Kalibriereinrichtung, welche einen Referenzgegenstand umfasst.
  24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Kalibriereinrichtung, welche eine Kugel als Referenzgegenstand umfasst.
  25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Kalibriereinrichtung, welche einen Spiegel als Referenzgegenstand umfasst.
  26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Kalibriereinrichtung, welche einen ebenen Spiegel als Referenzgegenstand umfasst.
  27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen fluoreszierenden und/oder phosphoreszierenden Streukörper und/oder eine Beschichtung mit diesen Eigenschaften.
  28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen Sperrfilter für bestimmte Wellenlängen des Lichts.
  29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen Sperrfilter für die Wellenlängen mindestens einer der Lichtquellen.
DE200510013614 2005-03-24 2005-03-24 Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen Ceased DE102005013614A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510013614 DE102005013614A1 (de) 2005-03-24 2005-03-24 Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen
EP06723667.9A EP1864081B1 (de) 2005-03-24 2006-03-23 Vorrichtung zur optischen formerfassung von gegenständen und oberflächen
CN2006800095749A CN101147042B (zh) 2005-03-24 2006-03-23 用于光学测量物体的形状和表面的设备
PCT/EP2006/002678 WO2006100077A1 (de) 2005-03-24 2006-03-23 Vorrichtung zur optischen formerfassung von gegenständen und oberflächen
US11/886,196 US7808644B2 (en) 2005-03-24 2006-03-23 Device for optically measuring the shapes of objects and surfaces
HK08106490.4A HK1116245A1 (en) 2005-03-24 2008-06-12 Device for optically measuring shapes of objects and surfaces

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510013614 DE102005013614A1 (de) 2005-03-24 2005-03-24 Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005013614A1 true DE102005013614A1 (de) 2006-10-05

Family

ID=36998733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200510013614 Ceased DE102005013614A1 (de) 2005-03-24 2005-03-24 Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN101147042B (de)
DE (1) DE102005013614A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011051781A1 (de) * 2011-07-12 2013-01-17 Göpel electronic GmbH Deflektometrische Anordnung zur Oberflächeninspektion
DE102011117894A1 (de) 2011-11-04 2013-05-08 OBE OHNMACHT & BAUMGäRTNER GMBH & CO. KG Vorrichtung und Verfahren zur optischen Formerfassung von bewegten Gegenständen
DE102013018569A1 (de) * 2013-10-30 2015-04-30 Technische Universität Ilmenau Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen
DE102017210558B3 (de) * 2017-06-22 2018-11-08 PDR-Team GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung von Karosserieschäden

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2539669A1 (de) * 2010-02-25 2013-01-02 Tesa Sa Optisches messsystem
CN102322593B (zh) * 2011-08-30 2013-06-19 成都四星液压制造有限公司 一种用于磁瓦的在线自动检测自适应光源装置及其控制方法
CN104685335A (zh) * 2012-08-07 2015-06-03 雀巢产品技术援助有限公司 用于密封检查的系统和方法
US9467609B2 (en) * 2013-05-10 2016-10-11 Mettler-Toledo, LLC Machine vision inspection systems and methods and aperture covers for use therewith
DE102014202679A1 (de) * 2014-02-13 2015-08-27 Dr. Wirth Grafische Technik Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Bildinformationen aus einem zu erfassenden Gegenstand
CN103978430B (zh) * 2014-05-21 2016-05-04 成都精密光学工程研究中心 全口径平面抛光中抛光盘表面形状的检测方法
CN104677872A (zh) * 2015-02-27 2015-06-03 中国科学院自动化研究所 多光子激发多向照明显微成像系统
CN111855659A (zh) * 2020-08-04 2020-10-30 湖南视杰智能科技有限公司 一种圆柱形物料的光学检测系统
CN114227353B (zh) * 2022-02-23 2022-05-10 江苏捷威特工程机械有限公司 一种基于光破碎流向定位反探寻式机械加工装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4004922A1 (de) * 1989-02-17 1990-08-23 Hajime Industries Fotoabtastvorrichtung
US5461417A (en) * 1993-02-16 1995-10-24 Northeast Robotics, Inc. Continuous diffuse illumination method and apparatus
DE4413832C2 (de) * 1994-04-20 2000-05-31 Siemens Ag Vorrichtungen zur Kontrolle von Halbleiterscheiben
DE10217068A1 (de) * 2002-04-17 2004-05-19 Michael Gandyra Verfahren zum optischen Messen der Form reflektierender und streuender Freiformflächen
WO2004051186A1 (de) * 2002-11-29 2004-06-17 OBE OHNMACHT & BAUMGäRTNER GMBH & CO. KG Verfahren und vorrichtung zur optischen formvermessung und/oder beurteilung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60159637A (ja) * 1984-01-31 1985-08-21 Kirin Brewery Co Ltd 欠陥検出方法および装置
US5598265A (en) * 1995-04-06 1997-01-28 Zygo Corporation Method for profiling an object surface using a large equivalent wavelength and system therefor
JPH0961363A (ja) * 1995-08-29 1997-03-07 Bridgestone Sports Co Ltd ゴルフボールの外観検査方法及び該検査方法に用いる照明装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4004922A1 (de) * 1989-02-17 1990-08-23 Hajime Industries Fotoabtastvorrichtung
US5461417A (en) * 1993-02-16 1995-10-24 Northeast Robotics, Inc. Continuous diffuse illumination method and apparatus
DE4413832C2 (de) * 1994-04-20 2000-05-31 Siemens Ag Vorrichtungen zur Kontrolle von Halbleiterscheiben
DE10217068A1 (de) * 2002-04-17 2004-05-19 Michael Gandyra Verfahren zum optischen Messen der Form reflektierender und streuender Freiformflächen
WO2004051186A1 (de) * 2002-11-29 2004-06-17 OBE OHNMACHT & BAUMGäRTNER GMBH & CO. KG Verfahren und vorrichtung zur optischen formvermessung und/oder beurteilung

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011051781A1 (de) * 2011-07-12 2013-01-17 Göpel electronic GmbH Deflektometrische Anordnung zur Oberflächeninspektion
DE102011117894A1 (de) 2011-11-04 2013-05-08 OBE OHNMACHT & BAUMGäRTNER GMBH & CO. KG Vorrichtung und Verfahren zur optischen Formerfassung von bewegten Gegenständen
EP2589926A1 (de) 2011-11-04 2013-05-08 OBE Ohnmacht & Baumgärtner GmbH & Co. KG Vorrichtung und Verfahren zur optischen Formerfassung von bewegten Gegenständen
DE102013018569A1 (de) * 2013-10-30 2015-04-30 Technische Universität Ilmenau Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen
DE102013018569B4 (de) * 2013-10-30 2015-07-16 Technische Universität Ilmenau Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen
DE102017210558B3 (de) * 2017-06-22 2018-11-08 PDR-Team GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung von Karosserieschäden
WO2018233780A1 (de) * 2017-06-22 2018-12-27 PDR-Team GmbH Verfahren und vorrichtung zur vermessung von karosserieschäden

Also Published As

Publication number Publication date
CN101147042A (zh) 2008-03-19
CN101147042B (zh) 2010-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1864081B1 (de) Vorrichtung zur optischen formerfassung von gegenständen und oberflächen
DE102005013614A1 (de) Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen
DE10291985B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur berührungsfreien Untersuchung eines Gegenstandes, insbesondere hinsichtlich dessen Oberflächengestalt
DE102005061834B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum optischen Prüfen einer Oberfläche
EP3017273B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur optischen formerfassung und/oder prüfung eines gegenstandes
DE19725633C1 (de) Verfahren und Anordnung zur Analyse der Beschaffenheit einer Oberfläche
EP1567827A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur optischen formvermessung und/oder beurteilung
EP3346230B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung einer drahtkrümmung
DE10133104C2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Inspektion transparenter Böden von gefüllten und/oder verschlossenen Flaschen
DE202004011811U1 (de) Vorrichtung zur goniometrischen Untersuchung optischer Oberflächeneigenschaften
EP0892929A1 (de) Anordnung zur vermessung der koordinaten eines oder mehrerer, an einem objekt angebrachten, retroreflektor(en)
DE102013212827B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Formerfassung und/oder Prüfen eines Gegenstandes
DE10258130A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Formerfassung von Gegenständen und Oberflächen
DE202005011807U1 (de) Dunkelfeld-Beleuchtungseinrichtung
DE10014964C2 (de) Verfahren zum optischen Messen der Form spiegelnder Oberflächen
DE102008022292B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Formerfassung und/oder zur Bestimmung des diffusen und/oder des gerichteten Reflexionsanteils eines Objekts
DE10356765A1 (de) Optische Messvorrichtung und optisches Messverfahren
DE102015105128B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Glanzgrads und/oder der Mattheit von Gegenständen
DE102008031412A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Beobachtung mehrerer auf einer Linie angeordneter Messpunkte auf einer zu vermessenden Objektoberfläche
DE102017111819B4 (de) Bohrungsinspektionsvorrichtung
DE102013018569B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung zumindest teilweise reflektierender Oberflächen
WO1995012809A1 (de) Anordnung zur beleuchtung und abbildung
DE102008063118B4 (de) Verbesserte Vorrichtung mit einem Feldspiegel zum optischen Prüfen einer Oberfläche
DE102008036927B3 (de) Streulichtmessvorrichtung zur Prüfung technischer Oberflächen
WO2014023345A1 (de) Verbesserte vorrichtung zum inspizieren eines objekts und verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final