DE102007007192A1

DE102007007192A1 - Measuring arrangement for detecting surface of e.g. pipe, has mirror arrangement with mirrors that are arranged such that part of measuring area is guided to surface of object to be detected through mirrors

Info

Publication number: DE102007007192A1
Application number: DE102007007192A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dipl.-Ing. Stautmeister; Tobias Dr.-Ing. Schüller
Original assignee: Micro Epsilon Optronic GmbH
Current assignee: Micro Epsilon Optronic GmbH
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-03-27

Abstract

The arrangement (1) has an optical sensor (4) e.g. distance sensor and optoelectrical detector, with a measuring area extending transverse to an optical axis (5). An object (3) to be detected is found in the measuring area of the optical sensor. A mirror arrangement with mirrors (9) that are arranged such that a part of the measuring area is guided to a surface (2) of the object to be detected through the mirrors. An independent claim is also included for a method for detecting a surface or a part of the surface of a three dimensionally expanded object.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Erfassen der Oberfläche oder Teile der Oberfläche von dreidimensional ausgedehnten Objekten mittels eines optischen Sensors, wobei der Sensor einen sich quer zu der optischen Achse des Sensors erstreckenden Messbereich aufweist und wobei sich das zu erfassende Objekt zumindest teilweise im Messbereich des Sensors befindet. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren.The The invention relates to a measuring arrangement for detecting the surface or Parts of the surface of three-dimensionally extended objects by means of an optical Sensors, where the sensor is a transverse to the optical axis having the sensor extending measuring range and wherein the to be detected object at least partially in the measuring range of the sensor located. The invention further relates to a corresponding method.

Es besteht häufig die Notwendigkeit, die Oberfläche oder Teile der Oberfläche von Objekten zu erfassen. Dabei wird die Struktur der Oberfläche, die Farbe, der Farbverlauf oder andere Eigenschaften der Oberfläche mit einem optischen Sensor erfasst. Meist werden die Ergebnisse der Erfassung in digitale Form umgewandelt, geeignet nachbearbeitet und abgespeichert. Die Erfassung kann den verschiedensten Zwecken dienen. So kann das Bestimmen des Profils der Oberfläche, das Erkennen einzelner Strukturen auf oder in der Oberfläche, das Vermessen der Dimension des Objekts, das Erkennen von Produktionsfehlern oder dergleichen im Vordergrund stehen.It is often the need to the surface or parts of the surface of objects. In doing so, the structure of the surface, the Color, the gradient or other properties of the surface with an optical sensor detected. Mostly the results of the Acquisition converted into digital form, appropriately reworked and stored. The detection can serve a variety of purposes. Thus, determining the profile of the surface, recognizing individual Structures on or in the surface, measuring the dimension of the object, the detection of production errors or the like stand in the foreground.

Insbesondere das Erkennen von Produktionsfehlern ist im industriellen Kontext von großer Bedeutung. Bei Erkennen eines Fehlers können fehlerhafte Teile frühzeitig in einer Fertigungskette ausgesondert oder einer Nachbearbeitung zugeführt werden, bevor die Fehler beispielsweise in späteren Fertigungsschritten zu hohen Kosten oder Produktionsausfällen führen. Problematisch bei derartigen Einsatzbedingungen ist, dass die Erfassung schnell und äußerst zuverlässig Informationen liefern muss, ohne die Fertigung zu behindern und hohe Kosten der Fertigungsanlage hervorzurufen. Beispielsweise bei der Herstellung von Rohren, Profilstäben oder Stranggut wird das Erzeugnis mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit an dem Sensor vorbeibewegt. Dies erfordert eine möglichst zeitgleiche Erfassung der Oberfläche an verschiedenen Stellen um den Umfang des Objekts herum.Especially the recognition of production errors is in the industrial context of great Importance. If an error is detected, defective parts can be detected early sorted out in a production chain or a post-processing supplied before the errors, for example, in later manufacturing steps high costs or production losses. Problematic with such Conditions of use is that the capture is fast and extremely reliable information supply without hindering the production and high costs of Produce production plant. For example, in the production of pipes, profiled bars or extruded material is the product at a comparatively high speed passed the sensor. This requires one as possible simultaneous detection of the surface in different places around the perimeter of the object.

Aus der Praxis bekannte Ansätze zur Erfassung der Oberfläche, bei denen ein Sensor entlang der Oberfläche des zu erfassenden Objekts bewegt wird und die Oberfläche sukzessive abscannt, sind in diesen Fällen nicht anwendbar. Daher besteht die Notwendigkeit, mehrere Sensoren geschickt zu platzieren, um möglichst die gesamte Oberfläche oder zumindest die interessanten Teile der Oberfläche gleichzeitig erfassen zu können. Hier werden häufig vier und mehr Sensoren um das abzu tastende Objekt angeordnet und deren Messergebnisse in einer Signalverarbeitung zu einem Gesamtbild der Oberfläche des Objekts zusammengeführt. Die Anzahl der verwendeten Sensoren ist im Allgemeinen von der Komplexität der abzutastenden Oberfläche abhängig. Je komplizierter die Oberfläche ausgestaltet ist, desto mehr Sensoren werden notwendig. Da die in diesem Zusammenhang eingesetzten optischen Sensoren vergleichsweise teuer sind, entstehen erhebliche Kosten beim Aufbau der Fertigungsanlagen. Zudem muss für jeden Sensor die entsprechende Hardware zum Ansteuern des Sensors und zur Signalverarbeitung zur Verfügung stehen.Out practice known approaches for detecting the surface, where a sensor along the surface of the object to be detected is moved and the surface successively scanned, are not applicable in these cases. Therefore there is a need to skillfully place multiple sensors, as possible the entire surface or at least the interesting parts of the surface at the same time to be able to capture. Here are four often and more sensors arranged around the object to be scanned and their Measurement results in a signal processing to an overall picture of the Surface of the Object merged. The number of sensors used is generally of the complexity of the ones to be scanned surface dependent. The more complicated the surface is designed, the more sensors are necessary. Since the in comparatively used in this context optical sensors are expensive, incur considerable costs in the construction of the production facilities. In addition, must for each sensor has the appropriate hardware to drive the sensor and are available for signal processing.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Oberfläche oder Teile der Oberfläche von dreidimensional ausgedehnten Objekten auch bei dem Erfassen der Oberfläche über den gesamten Umfang möglichst kostengünstig und bei einfacher Konstruktion der Messanordnung erreicht werden kann. Ein entsprechendes Verfahren, insbesondere zum Betreiben einer derartigen Messanordnung, soll angegeben werden.Of the The present invention is therefore based on the object, a measuring arrangement of the type mentioned above to design and develop, that the surface or parts of the surface of three-dimensionally extended objects even when capturing the surface over the entire extent possible economical and be achieved with a simple construction of the measuring arrangement can. A corresponding method, in particular for operating a Such measuring arrangement should be specified.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die in Rede stehende Messanordnung derart weitergebildet, dass die Messanordnung eine Spiegelanordnung mit einem oder mehreren Spiegeln umfasst, wobei der/die Spiegel der Spiegelanordnung derart angeordnet sind, dass ein Teil des Messbereichs, der das zu erfassende Objekt ungenutzt passiert, durch den/die Spiegel auf die Oberfläche des zu erfassenden Objekts gelenkt wird.According to the invention above object solved by the features of claim 1. After that the measuring arrangement in question is developed such that the measuring arrangement is a mirror arrangement with one or more mirrors wherein the mirror (s) of the mirror arrangement are arranged in such a way are that part of the measuring range, which is the object to be detected Passed by the mirror (s) on the surface of the is directed to the object to be detected.

In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Messbereichs, der das zu erfassende Objekt ungenutzt passiert, mittels einer Spiegelanordnung auf die Oberfläche des zu erfassenden Objekts gelenkt wird und dadurch nicht direkt erfassbare Teile des Objekts erfassbar werden.In procedurally The object is achieved by the features of the claim 12 solved. Thereafter, the method in question is characterized that part of the measuring range that uses the object to be detected happens by means of a mirror arrangement on the surface of the is directed to the object to be detected and thus not directly detectable Parts of the object become detectable.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass insbesondere beim Einsatz von vier und mehr Sensoren in vielen Anwendungsfällen lediglich ein gerin ger Teil des Messbereichs der einzelnen Sensoren quer zu deren optischer Achse genutzt wird. In erfindungsgemäßer Weise ist ferner erkannt worden, dass gerade dieser üblicherweise als negativ empfundene Effekt bei der Verbesserung der Messanordnung genutzt werden kann. Dazu sind lediglich einfache konstruktive Maßnahmen notwendig. Es wird nämlich erfindungsgemäß zu der Messanordnung eine Spiegelanordnung mit einem oder mehreren Spiegeln hinzugefügt, mit der der Teil des Messbereichs, der das zu erfassende Objekt ungenutzt passiert, nutzbar gemacht wird. Die Spiegel sind dabei derart angeordnet, dass der sonst ungenutzt passierende Teil des Messbereichs auf die Oberfläche des zu erfassenden Objekts reflektiert wird. Dadurch wird bei geeigneter Anordnung des/der Spiegel die gleichzeitige Erfassung weiterer Bereiche der Oberfläche, die sonst nicht erfassbar waren, mit nur einem Sensor ermöglicht. Dies hat zur Folge, dass auf einfachste Art und Weise die zur Erfassung einer Oberfläche oder eines gewünschten Teils einer Oberfläche notwendige Anzahl von Sensoren reduziert werden kann. Voraussetzung ist, dass der optische Sensor derart angeordnet ist, dass das zu erfassende Objekt lediglich einen Teil des Messbereichs des Sensors quer zur optischen Achse des Sensors nutzt. Dies stellt in vielen Anwendungsfällen jedoch keine echte Einschränkung dar.In accordance with the invention, it has first been recognized that, in particular in the use of four and more sensors in many applications, only a clotting ger part of the measuring range of the individual sensors is used transversely to the optical axis. In accordance with the invention, it has also been recognized that it is precisely this effect, which is usually perceived as negative, that can be used to improve the measuring arrangement. For this purpose, only simple design measures are necessary. In fact, according to the invention, a mirror arrangement with one or more mirrors is added to the measuring arrangement with which the part of the measuring area which passes the object to be detected unused is made usable. The mirrors are arranged such that the otherwise unused passing part of the measuring range on the Surface of the object to be detected is reflected. As a result, with a suitable arrangement of the / the mirror, the simultaneous detection of other areas of the surface, which were otherwise not detectable, made possible with only one sensor. As a result, the number of sensors required to detect a surface or a desired part of a surface can be reduced in the simplest manner. The prerequisite is that the optical sensor is arranged such that the object to be detected uses only a part of the measuring range of the sensor transversely to the optical axis of the sensor. However, this is not a real limitation in many applications.

Prinzipiell legt die erfindungsgemäße Messanordnung keine Einschränkungen auf, wie das Verhältnis zwischen direkt genutztem Messbereich und über die Spiegelanordnung genutztem Messbereich sein muss. In vielen Fällen wird das Verhältnis derart gewählt sein, dass im Bereich von 40 bis 70% des Messbereichs eine direkte Erfassung des Objekts durchgeführt wird. Allerdings können auch höhere und niedrigere Prozentzahlen sinnvoll sein. So kann es bei besonders ausgestalteten zu erfassenden Objekten sinnvoll sein, die Oberfläche möglichst senkrecht zu erfassen. Dies kann durch die erfindungsgemäße Messanordnung dadurch erreicht werden, dass lediglich ein sehr geringer Anteil des verfügbaren Messbereiches zur direkten Erfassung der Oberfläche genutzt wird, während ein weitaus größerer Anteil zur Erfassung der Oberfläche über die Spiegelanordnung genutzt wird.in principle sets the measuring arrangement according to the invention no restrictions on how the relationship between directly used measuring range and via the mirror arrangement used Measuring range must be. In many cases, the relationship will be this way chosen be that in the range of 40 to 70% of the measuring range direct Capture of the object performed becomes. However, you can also higher and lower percentages make sense. So it can be special designed to be detected objects make sense, the surface as vertical as possible capture. This can be achieved by the measuring arrangement according to the invention, that only a very small proportion of the available measuring range is used for direct Capture of the surface is used while a much larger share for detecting the surface over the Mirror arrangement is used.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem in der erfindungsgemäßen Messanordnung eingesetzten Sensor um einen Abstandssensor. Dieser kann zur Erfassung von zwei- oder dreidimensionalen Daten ausgebildet sein. Vorzugsweise arbeitet der Sensor nach dem Lichtschnittverfahren, bei dem eine möglichst schmale und helle Linie auf das zu erfassende Projekt projiziert wird und der an der Oberfläche reflektierte Lichtstrahl durch ein Detektorarray detektiert wird. Aus der Verschiebung der Linie in dem detektierten Bild kann auf die dreidimensionale Beschaffenheit der Oberfläche geschlossen werden. Statt dieser so genannten Linientriangulatoren können jedoch auch andere Abstandssensoren verwendet werden. Lediglich beispielhaft sei auf konfokale, konfokal-chromatisch messende und Autofokussysteme hingewiesen. Dabei kann die Erfassung der Oberfläche sowohl punktweise als auch entlang einer beliebig gearteten Linie oder Fläche erfolgen. Gleichzeitig kann eine Erfassung sowohl mit als auch ohne Verschiebung des Sensors oder des zu erfassenden Objekts relativ zueinander erfolgen.Preferably this is the sensor used in the measuring arrangement according to the invention around a distance sensor. This can be used to capture two or two be formed three-dimensional data. Preferably works the sensor according to the light section method in which a possible narrow and bright line projected onto the project to be detected and the surface reflected light beam is detected by a detector array. From the shift of the line in the detected image can on the three-dimensional nature of the surface will be closed. Instead of However, these so-called Linientriangulatoren can also other distance sensors be used. For example, confocal, confocal chromatic pointed out measuring and autofocus systems. In this case, the detection the surface both pointwise and along any line or area respectively. At the same time, detection can take place both with and without displacement the sensor or the object to be detected relative to each other.

Der Sensor weist einen optoelektrischen Detektor auf, der als Zeilendetektor oder Matrixdetektor ausgebildet sein kann. Der Detektor kann als einfache Fotodiodenzeile ausgebildet sein, könnte jedoch auch eine CCD-Kamera umfassen. Prinzipiell sind sämtliche aus der Praxis bekannten optoelektrischen Detektoren einsetzbar.Of the Sensor has an opto-electrical detector, which serves as a line detector or matrix detector can be formed. The detector can as Simple photodiode array be formed, but could also be a CCD camera include. In principle, all used in practice known optoelectric detectors.

Vorzugsweise ist eine Beleuchtungseinrichtung vorhanden, die die zu erfassende Oberfläche beleuchtet. Diese Beleuchtungseinrichtung kann durch die verschiedensten aus der Praxis bekannten Lichtquellen realisiert sein. Lediglich beispielhaft sei auf die Verwendung eines Laserlinienprojektors, eines Punktlasers, einer Halogenlampe, einer Xenonlampe oder LEDs verwiesen. Im Allgemeinen wird die Beleuchtungsquelle in Abhängigkeit des verwendeten Messverfahrens ausgewählt werden. Bei dem zuvor beschriebenen, nach dem Linienschnittverfahren arbeitenden Abstandssensor umfasst die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise einen Linienlaserprojektor und ist integraler Bestandteil des Sensorsystems.Preferably There is a lighting device that contains the Illuminated surface. This lighting device can be characterized by the most diverse be realized in practice known light sources. Merely as an example be it the use of a laser line projector, a point laser, a halogen lamp, a xenon lamp or LEDs referenced. In general the illumination source becomes dependent on the measuring method used selected become. In the previously described, working according to the line intersection method Distance sensor includes the lighting device, for example a line laser projector and is an integral part of the sensor system.

Der Sensor könnte bereits von sich aus einen sich quer zu seiner optischen Achse erstreckenden Messbereich aufweisen. Allerdings könnte diese Ausdehnung des Messbereichs auch durch geeignete Maßnahmen erreicht werden. Beispielhaft sei auf die Verwendung einer Linse, eines Linsensystems oder einer Umlenkvorrichtung, die beispielsweise einen die Oberfläche abtastenden Laserlichtstrahl über die Oberfläche des zu erfassenden Gegenstands führt, verwiesen. Andererseits könnte die Ausdehnung des Messbereichs auch durch Bewegung des Sensors quer zu dessen optischer Achse erzielt werden. Je nach gewünschter Geschwindigkeit, mit der die Informationen durch den Sensor gewonnen werden sollen, wird hier ein geeignetes Mittel zu wählen sein.Of the Sensor could already by itself extending transversely to its optical axis Have measuring range. However, this extension of the measuring range could also by appropriate measures be achieved. An example is the use of a lens, a lens system or a deflection device, for example one the surface scanning laser light beam over the surface of the object to be recorded, directed. On the other hand could the extension of the measuring range also by movement of the sensor be achieved transverse to the optical axis. Depending on the desired Speed with which the information gained by the sensor should be an appropriate means to choose here.

Zum Erreichen eines ausreichend großen Messbereichs in Richtungen längs der optischen Achse könnte dem Sensor eine geeignete Optik, beispielsweise eine telezentrische Optik, nachgeschaltet sein.To the Achieving a sufficiently large measuring range in directions along the optical axis could the sensor a suitable optics, such as a telecentric Optics, be downstream.

Neben einer Ausgestaltung des Sensors als Abstandssensor sind weitere Ausgestaltungen des Sensors möglich. Lediglich beispielhaft sei auf die Verwendung einer CCD-/CMOS-Kamera mit zugeordneter Beleuchtungseinrichtung verwiesen, die die Farbe und/oder Struktur des Objekts erfasst. Auch hier kann durch die erfindungsgemäße Messanordnung der gleichzeitig abtastbare Bereich der Oberfläche vergrößert werden.Next an embodiment of the sensor as a distance sensor are more Embodiments of the sensor possible. For example, let us consider the use of a CCD / CMOS camera referenced with assigned lighting device that the color and / or structure of the object. Again, through the Measuring arrangement according to the invention the simultaneously scannable area of the surface can be increased.

Die eingesetzten Spiegel könnten die verschiedensten geometrischen Ausgestaltungen aufweisen. In der einfachsten Form ist die Oberfläche des Spiegels plan. Dadurch wird eine Rekonstruktion der Oberfläche besonders einfache erfolgen können. Allerdings könnten die Spiegel auch aus Ausschnitten aus Kugeln, Zylindern, Ellipsoiden, Hyperboloiden oder dergleichen bestehen. Die Wahl einer geeigneten Spiegeloberfläche wird im Allgemeinen von der Anwendungssituation abhängen.The mirrors used could have a wide variety of geometrical configurations. In the simplest form, the surface of the mirror is flat. As a result, a reconstruction of the surface can be done very easily. However, the mirrors could also be cut out consist of balls, cylinders, ellipsoids, hyperboloids or the like. The choice of a suitable mirror surface will generally depend on the application situation.

Besteht die Spiegelanordnung aus mehreren Spiegeln, so müssen nicht alle Spiegel auf gleiche Art und Weise ausgeführt sein. Vielmehr ist es möglich, dass verschieden ausgestaltete Spiegel in einer Spiegelanordnung Verwendung finden.Consists the mirror arrangement of several mirrors, so not all mirrors have to same way be. Rather, it is possible that differently configured mirror in a mirror arrangement use Find.

Darüber hinaus könnte zur Lenkung des Messbereichs auf die Oberfläche auch eine Reihe von mehreren Spiegeln in Folge eingesetzt werden. Ein erster Spiegel könnte demnach den Messbereich nicht auf die Oberfläche des Objekts sondern stattdessen auf einen zweiten Spiegel lenken. Dieser könnte dann den Messbereich auf das Objekt selbst oder einen weiteren Spiegel lenken.Furthermore could for directing the measuring area on the surface also a number of several Mirrors are used in succession. A first mirror could accordingly the measuring area not on the surface of the object but instead steer to a second mirror. This could then open the measuring range to steer the object itself or another mirror.

Die Spiegel können ebenso durch die verschiedensten reflektierenden Oberflächen gebildet sein. So können metallisierte Glasflächen ebenso Verwendung finden wie hochfein polierte Metalloberflächen. Hierzu sind prinzipiell sämtliche aus der Praxis bekannten Techniken einsetzbar.The Mirrors can also be formed by a variety of reflective surfaces. So can metallized glass surfaces as well as highly polished metal surfaces. For this are basically all used in practice known techniques.

Zum Erzielen einer möglichst flexiblen Messanordnung könnten die Spiegel bewegbar ausgestaltet sein. Diese Bewegung könnte translatorisch, rotatorisch oder als eine Kombination von beiden erfolgen. Die Rotations- und Translationsachsen können relativ beliebig orientiert sein. Durch die Bewegbarkeit der Spiegel kann die Messanordnung an das jeweils zu erfassende Objekt angepasst werden. Die Anpassung könnte auch während des Messvorgangs erfolgen. Die Bewegung der Spiegel kann dabei manuell oder automatisch erfolgen. Bei einer automatischen Verstellung der Spiegel könnte die Bewegung durch ein Steuergerät gesteuert werden. Dadurch könnte eine nachvollziehbare Veränderung der Spiegellage und Position gewährleistet werden.To the Achieve one as possible flexible measuring arrangement could the mirrors are designed to be movable. This movement could be translational, rotational or as a combination of both. The rotation and Translational axes can be relatively arbitrarily oriented. Due to the mobility of the mirrors the measuring arrangement can be adapted to the respective object to be detected become. The adaptation could even while of the measuring process. The movement of the mirror can be done manually or automatically. For an automatic adjustment of the Mirror could the movement through a control unit to be controlled. This could a comprehensible change the mirror position and position guaranteed become.

Zur Erfassung des gesamten zu erfassenden Bereichs könnten die Messanordnung und das zu erfassende Objekt relativ zueinander verschiebbar ausgestaltet sein. Es ist dabei unbedeutend, ob eine Verschiebung der Messanordnung oder des Objekts vorgenommen wird. Es wäre auch eine Bewegung sowohl der Messanordnung als auch des Objekts denkbar. Auch die Richtung der Bewegung ist prinzipiell unerheblich. Hier wird der jeweilige Anwendungsfall entscheiden, welche Vorgehensweise sinnvoll ist. Es wäre zudem denkbar, dass die Messanordnung an einen Roboterarm angebracht ist und im Bedarfsfall in Richtung des zu erfassenden Objekts geschwenkt wird.to Detection of the entire area to be detected could be the measuring arrangement and designed to be detected object relative to each other displaceable be. It is insignificant, whether a shift of the measuring arrangement or the object is made. It would be a movement as well the measuring arrangement as well as the object conceivable. Also the direction the movement is in principle irrelevant. Here is the respective Use case decide which approach makes sense. It would be also conceivable that the measuring arrangement attached to a robot arm is pivoted and, if necessary, in the direction of the object to be detected becomes.

Durch die Verwendung der Spiegelanordnung zum Erfassen der Oberfläche oder Teile der Oberfläche eines Objekts enthält ein durch den Sensor gewonnenes Bild verschieden zu interpretierende Anteile. So sind Anteile vorhanden, die die Oberfläche selbst wiedergeben. Diese resultieren aus der direkten Erfassung der Oberfläche. Daneben sind jedoch auch Anteile vorhanden, deren Informationen erst nach einer Nachbearbeitung eindeutig verwendbar sind. Diese Anteile resultieren von der Erfassung der Oberfläche unter Verwendung der Spiegelanordnung. Eine der Erfassung nachfolgende Signalverarbeitung könnte diese Anteile entsprechend trennen. Handelt es sich bei dem Sensor um einen Abstandssensor, so wird sich der Wechsel zwischen den direkt und den über die Spiegelanordnung erfassten Bereichen in einem deutlichen Abstandssprung äußern. Dieser Sprung kann dann zur Trennung der Bereiche verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ könnte Wissen über die Geometrie der Messanordnung Verwendung finden. So ist es beispielsweise möglich, dass bei der Verwendung eines Abstandssensors das zu erfassende Objekt hinter dem Spiegel erscheint. Dies äußert sich darin, dass ein größerer Abstand zwischen Sensor und Objekt bestimmt wird, als der Abstand zwischen Sensor und Spiegel zulassen würde. Ist der Abstand des Sensors von einer Spiegelfläche bekannt, kann diese Information zum Trennen der Anteile des Sensorbildes genutzt werden. Da kein Messobjekt hinter dem Spiegel erfasst werden kann, handelt es sich um einen Anteil, der über einen Spiegel erfasst wurde. Insbesondere bei der Verwendung anderer Sensoren kann eventuell die Verwendung von Wissen über das zu erfassende Objekt notwendig sein.By the use of the mirror arrangement for detecting the surface or Parts of the surface contains an object an image obtained by the sensor different parts to be interpreted. So there are shares that reflect the surface itself. These result from the direct detection of the surface. Besides However, there are also shares whose information is only after a post-processing are clearly usable. These shares result from the detection of the surface using the mirror assembly. One of the detection subsequent Signal processing could separate these shares accordingly. Is it the sensor around a distance sensor, so will the change between the direct and the over express the mirror array detected areas in a significant distance jump. This Jump can then be used to separate the areas. Additionally or Alternatively, knowledge about the Use the geometry of the measuring arrangement. That's the way it is, for example possible that when using a distance sensor, the object to be detected behind the mirror appears. This manifests itself in that a greater distance between sensor and object is determined as the distance between Sensor and mirror would allow. If the distance of the sensor from a mirror surface is known, this information can be used to separate the portions of the sensor image. There no Measuring object behind the mirror can be detected, it is to a share, over a mirror was detected. Especially when using others Sensors may possibly require the use of knowledge about that be necessary to be detected object.

Vor einer Signalverarbeitung müssen die Signale des Sensors gegebenenfalls durch einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert werden. Hierzu sind aus der Praxis die verschiedensten Verfahren bekannt. Die Signalverarbeitung selbst könnte in geeigneten Digitalrechnern vorgenommen werden. Dazu stehen ebenso sämtliche aus der Praxis bekannten Rechner zur Verfügung. Lediglich beispielhaft sei auf den Einsatz von DSPs (Digitale Signalprozessor), Mikrocontroller, FPGAs (Field Programmable Gate Array), CPLD (Complex Programmable Logic Device), ASICs (Application Specific Integrated Circuit) oder Kombinationen dieser Technologien hingewiesen. Allerdings könnte eine Signalverarbeitung auch auf einem PC mit eventuell zusätzlicher Hardware durchgeführt werden.In front need a signal processing optionally the signals of the sensor by an analog-to-digital converter be digitized. These are the most diverse in practice Known method. The signal processing itself could be in suitable digital computers are made. There are as well all known from the computer available. Merely as an example be aware of the use of DSPs (Digital Signal Processor), microcontrollers, FPGAs (Field Programmable Gate Array), CPLD (Complex Programmable Logic Device), ASICs (Application Specific Integrated Circuit) or combinations pointed out these technologies. However, a signal processing could also on a PC with possibly additional hardware.

Aus den durch den Sensor gewonnenen und eventuell aufbereiteten Informationen könnten verschiedene Informationen über die Oberfläche des abgetasteten Objekts rekonstruiert werden. So kann beispielsweise unter Verwendung der geometrischen Ausgestaltung der Messanordnung aus einem Abstandsbild des Sensors ein Gesamtprofil der Oberfläche errechnet werden. Andererseits könnten auch die Abmessungen des Objekts oder einzelner Bereiche des Objekts bestimmt werden. Diese Abmessungen können beispielsweise die Dicke des Objekts umfassen. Ferner könnten die durch den Sensor gewonnenen Informationen dazu genutzt werden, um bestimmte Stellen an dem Objekt zu finden. Diese Stellen können beispielsweise Herstellungsfehler bei einem Objekt oder besondere Markierungen umfassen.From the information obtained and possibly processed by the sensor, various information about the surface of the scanned object could be reconstructed. For example, an overall profile of the surface can be calculated using the geometric configuration of the measuring arrangement from a distance image of the sensor. On the other hand, the dimensions of the object or individual Berei surface of the object. These dimensions may include, for example, the thickness of the object. Furthermore, the information obtained by the sensor could be used to find specific locations on the object. These locations may include, for example, manufacturing defects in an object or special markings.

Ähnlich wie bei den aus der Praxis bekannten Messanordnungen zum Erfassen der Oberfläche eines Objekts kann auch die erfindungsgemäße Messanordnung mehrfach eingesetzt werden. So kann zur Erfassung eines Objekts entlang seines Umfangs die Messanordnung mehrfach eingesetzt werden. Im Gegensatz zu den aus der Praxis bekannten Anordnungen ist durch den vergrößerten durch einen Sensor gleichzeitig erfassbaren Bereich auf der Oberfläche die Zahl der benötigten Sensoren erheblich reduzierbar. Durch die Reduzierung der benötigten Sensoren reduziert sich auch die Anzahl der benötigten Steuergeräte zum Ansteuern der einzelnen Sensoren sowie der notwendigen Zusatzgeräte wie beispielsweise Analog-Digital-Wandler. Auch die Signalnachbearbeitung kann rationeller und günstiger erfolgen. Durch all diese Effekte reduziert sich verständlicherweise auch die Baugröße der gesamten Anordnung, wodurch die Anordnung beispielsweise wesentlich einfacher in eine Fertigungsanlage einbaubar wird.Similar to in the known from practice measuring arrangements for detecting the Surface of a Object can also be used multiple times the measuring device according to the invention become. So, to capture an object along its circumference the measuring arrangement can be used several times. In contrast to the From the practice known arrangements is through the enlarged by a sensor simultaneously detectable area on the surface of the Number of needed Sensors considerably reduced. By reducing the required sensors also reduces the number of required control units for driving the individual sensors and the necessary accessories such as Analog to digital converter. The signal processing can also be more efficient and cheaper respectively. Understandably, all of these effects are reduced also the size of the whole Arrangement, whereby the arrangement, for example, much easier can be installed in a production plant.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 12 jeweils nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigenIt are now different ways to design the teaching of the present invention in an advantageous manner and further education. On the one hand to the claims 1 and 12 each subordinate claims and on the other hand on the following explanation a preferred embodiment of the invention with reference to the drawing. In conjunction with the explanation of the preferred embodiment The invention with reference to the drawings are also generally preferred Embodiments and developments of the teaching explained. In show the drawing

1 eine erfindungsgemäße Messanordnung zum Erfassen von Teilen der Oberfläche eines Objekts und 1 a measuring arrangement according to the invention for detecting parts of the surface of an object and

2 eine paarweise Verwendung einer Messanordnung gemäß 1 zur Erfassung der Oberfläche eines Objekts über dessen gesamten Umfang. 2 a pairwise use of a measuring arrangement according to 1 for detecting the surface of an object over its entire circumference.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zur Erfassung der Oberfläche 2 eines Objekts 3 mittels eines Sensors 4. Der Sensor 4 weist einen sich quer zu dessen optischer Achse 5 erstreckenden Messbereich auf, dessen Randstrahlen durch die Lichtstrahlen 6 und 7 gegeben sind. Ein weiterer Lichtstrahl 8 in dem Messbereich ist in 1 zwischen den Randstrahlen 6, 7 dargestellt. Lichtstrahl 8 charakterisiert den Lichtstrahl, der gerade noch das Objekt 3 passiert. Die zwischen den Lichtstrahlen 7 und 8 gelegenen Beleuchtungsstrahlen werden durch die Oberfläche 2 des Objekts 3 reflektiert und treffen in einen Detektor des Sensors 4. Diese Lichtstrahlen dienen also der direkten Erfassung der Oberfläche. Die Lichtstrahlen zwischen den Lichtstrahlen 6 und 8 passieren das Objekt 3 und wären bei aus dem Stand der Technik bekannten Messanordnungen ungenutzt verloren. In der erfindungsgemäßen Messanordnung ist ein Spiegel 9 vorgesehen, der die passierenden Lichtstrahlen wieder zurück auf das Objekt 3 lenkt. Diese Beleuchtungslichtstrahlen werden dann von der Oberfläche 2 des Objekts 3 reflektiert und erneut über Spiegel 9 reflektiert. Von hier gelangen sie in den Detektor des Sensors 4. Die zwischen den Lichtstrahlen 6 und 8 gelegenen Lichtstrahlen dienen also zur indirekten Erfassung der Oberfläche. 1 shows a measuring arrangement according to the invention 1 for detecting the surface 2 an object 3 by means of a sensor 4 , The sensor 4 has a transverse to the optical axis 5 extending measuring range, the marginal rays through the light rays 6 and 7 given are. Another ray of light 8th in the measuring range is in 1 between the marginal rays 6 . 7 shown. beam of light 8th characterizes the ray of light that just left the object 3 happens. The between the rays of light 7 and 8th located illumination rays are passing through the surface 2 of the object 3 reflected and hit in a detector of the sensor 4 , These light beams thus serve the direct detection of the surface. The rays of light between the rays of light 6 and 8th pass the object 3 and would be lost unused in known from the prior art measuring arrangements. In the measuring arrangement according to the invention is a mirror 9 provided that the passing rays of light back to the object 3 directs. These illuminating light beams are then removed from the surface 2 of the object 3 reflected and again on mirrors 9 reflected. From here you get into the detector of the sensor 4 , The between the rays of light 6 and 8th located light beams thus serve for indirect detection of the surface.

1 lässt deutlich erkennen, dass durch die erfindungsgemäße Messanordnung zum einen der nicht genutzte Messbereich des Sensors nutzbar wird. Zum anderen wird die sonst nicht erfassbare Unterseite des Objekts 3 erfassbar. Aus den derart gewonnenen Informationen können Eigenschaften der Oberfläche 2 des Objekts 3 rekonstruiert werden. So kann, wenn es sich bei dem verwendeten Sensor 4 um einen Abstandssensor handelt, das Profil der Oberseite und Unterseite des Objekts 3 rekonstruiert werden. Andererseits kann aus den durch den Sensor 4 gewonnenen Informationen die Dicke d des Objekts 3 bestimmt werden. 1 clearly shows that the unused measuring range of the sensor can be used by the measuring arrangement according to the invention on the one hand. On the other hand, the otherwise undetectable underside of the object 3 detectable. From the information obtained in this way properties of the surface 2 of the object 3 be reconstructed. So, if it is the sensor used 4 is a distance sensor, the profile of the top and bottom of the object 3 be reconstructed. On the other hand, from the through the sensor 4 obtained information the thickness d of the object 3 be determined.

2 zeigt die Erfassung der Oberfläche 2 eines Objekts 3 über dessen gesamten Umfang. Das erfasste Objekt 3 kann beispielsweise ein Rohr sein, das nach der Fertigung untersucht werden soll und sich senkrecht zur Zeichenebene in 2 bewegt. Dazu wird die Messanordnung gemäß 1 in zweifacher Ausführung eingesetzt, wobei die beiden Messanordnungen um 180° gedreht sind. Ein Sensor 4.1 bzw. 4.2 beleuchtet wiederum die Oberfläche 2 eines Objekts 3. Die Lichtstrahlen beleuchten zu einem Teil das Objekt 3 direkt, zu einem anderen Teil werden sie über einen Spiegel 9.1 bzw. 9.2 auf die Oberfläche 2 des Objekts 3 gelenkt. 2 shows the detection of the surface 2 an object 3 over its entire circumference. The detected object 3 may be, for example, a pipe to be inspected after fabrication and perpendicular to the plane of the drawing 2 emotional. For this purpose, the measuring arrangement according to 1 used in duplicate, the two measuring arrangements are rotated by 180 °. A sensor 4.1 respectively. 4.2 in turn illuminates the surface 2 an object 3 , The light rays partially illuminate the object 3 directly, to another part they will have a mirror 9.1 respectively. 9.2 on the surface 2 of the object 3 directed.

2 zeigt deutlich, dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Messanordnung die Oberfläche 2 des Objekts 3 über den gesamten Umfang erfassbar ist. Im Gegensatz zu der Verwendung üblicher Messanordnungen kann durch die erfindungsgemäße Messanordnung die Anzahl der verwendeten Sensoren auf zwei reduziert werden. Dennoch ist der gesamte Umfang des Objekts 3 erfassbar. 2 clearly shows that by using the measuring arrangement according to the invention, the surface 2 of the object 3 is comprehensible over the entire circumference. In contrast to the use of conventional measuring arrangements, the number of sensors used can be reduced to two by the measuring arrangement according to the invention. Nevertheless, the entire scope of the object 3 detectable.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.Finally, be expressly pointed out that the embodiment described above for discussion only the claimed teaching is, but not on the embodiment limits.

Claims

Measuring arrangement for detecting the surface or parts of the surface of three-dimensionally extended objects ( 3 ) by means of an optical sensor ( 4 ), whereby the sensor ( 4 ) one transverse to the optical axis ( 5 ) of the sensor ( 4 ) and wherein the object to be detected ( 3 ) at least partially in the measuring range of the sensor ( 4 ), characterized in that the measuring arrangement ( 1 ) a mirror arrangement with one or more mirrors ( 9 ), the mirror (s) ( 9 ) of the mirror arrangement are arranged in such a way that a part of the measuring area which contains the object to be detected ( 3 ) passes unused, through the mirror (s) ( 9 ) on the surface ( 2 ) of the object to be detected ( 3 ) is directed.

Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the sensor ( 4 ) comprises a distance sensor.

Measuring arrangement according to claim 2, characterized in that the sensor ( 4 ) works according to the line cutting procedures.

Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor ( 4 ) comprises an opto-electrical detector.

Measuring arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that for generating or enlarging the measuring range transversely to the optical axis ( 5 ) of the sensor ( 4 ) a deflection device is provided and / or the sensor ( 4 ) transverse to the optical axis ( 5 ) is movable.

Measuring arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring arrangement ( 1 ) comprises a lighting device.

Measuring arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the mirror (s) ( 9 ) plan or as a section of a ball, a cylinder or an ellipsoid is formed.

Measuring arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the mirror (s) ( 9 ) is designed movable.

Measuring arrangement according to claim 8, characterized in that the movement of the mirror (s) ( 9 ) is controllable by a control unit.

Measuring arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that parts of the measuring area guided by mirrors over several Mirror is steerable.

Measuring arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that for the separation of the measuring range of the sensor ( 4 ) transverse to the optical axis ( 5 ) into areas with direct scanning and areas with indirect scanning of the surface of the object ( 3 ) Signal processing is provided in an evaluation unit.

Method for detecting the surface or parts of the surface of three-dimensionally extended objects ( 3 ) by means of an optical sensor ( 4 ), in particular for operating a measuring arrangement according to one of claims 1 to 11, wherein the sensor ( 4 ) one transverse to the optical axis ( 5 ) of the sensor ( 4 ) and wherein the object to be detected ( 3 ) at least partially in the measuring range of the sensor ( 4 ), characterized in that a part of the measuring area which contains the object to be detected ( 3 ) unused, by means of a mirror arrangement on the surface of the object to be detected ( 3 ) is directed and thereby not directly detectable parts of the object can be detected.

Method according to claim 12, characterized in that the position and the position of the mirror (s) ( 9 ) of the mirror arrangement as a function of the object to be detected ( 3 ).

Method according to claim 13, characterized in that the adjustment of the position and / or position of the mirror (s) ( 9 ) of the mirror assembly is performed manually or electrically controlled.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that by the sensor ( 4 ) information processed in a signal processing.

Method according to Claim 15, characterized in that the profile of the surface ( 2 ) of the scanned object ( 3 ) is reconstructed.

A method according to claim 15 or 16, characterized in that by the signal processing information about the dimensions of the object ( 3 ), in particular its thickness, are determined.