DE102013002399B4 - Device for generating light patterns with a one-dimensionally focused illumination device - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Generierung von Lichtmustern zur mehrschrittigen photogrammetrischen 3D-Oberflächenrekonstruktion, umfassend eine Beleuchtungseinrichtung, die eine große Anzahl von in einer Zeile angeordneten Leuchtmitteln (1) aufweist, wobei die Leuchtmittel (1) derart ein- und ausschaltbar sind, dass verschiedene Lichtmuster (6) erzeugbar sind, die sich zur mehrschrittigen photogrammetrischen 3D-Oberflächenrekonstruktion eignen und nebeneinander in einer Zeile angeordnete Linsen (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (5) Zylinderlinsen sind und derart angeordnet sind, dass sie das von den Leuchtmitteln (1) emittierte Licht (3, 3') derart fokussieren, dass ein Lichtmuster (6, 11) aus parallel verlaufenden Lichtstreifen (6) erzeugt wird, und dass ein eindimensionaler Reflektor (2) oder eine Zylinderlinse zur Parallelisierung oder Fokussierung der Lichtstrahlen der Beleuchtungseinrichtung in Richtung quer zur Zeile vorgesehen ist.Apparatus for generating light patterns for multistep photogrammetric 3D surface reconstruction, comprising an illumination device which has a large number of light sources (1) arranged in a row, wherein the light means (1) can be switched on and off in such a way that different light patterns (6) can be generated, which are suitable for multi-step photogrammetric 3D surface reconstruction and juxtaposed in a row lenses (5), characterized in that the lenses (5) are cylindrical lenses and are arranged so that they from the light sources (1) emitted light (3, 3 ') in such a way that a light pattern (6, 11) of parallel light strips (6) is generated, and that a one-dimensional reflector (2) or a cylindrical lens for parallelizing or focusing the light beams of the illumination device in the direction transverse to Line is provided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Generierung von Lichtmustern mit einer eindimensional fokussierten Beleuchtungseinrichtung.The invention relates to a device for generating light patterns with a one-dimensionally focused illumination device.
Sogenannte Streifenmuster werden in der Nahbereichsphotogrammetrie benötigt, um bei homogener Oberflächentextur eindeutige Korrespondenzen zu finden. Eine hohe Lichtintensität ist Voraussetzung für kurze Integrations- und Messzeiten. Für die Anwendung mehrschrittiger Messverfahren müssen zudem auch unterschiedliche Streifenmuster generiert werden können.So-called stripe patterns are needed in close-range photogrammetry in order to find unique correspondences with homogeneous surface texture. A high light intensity is a prerequisite for short integration and measurement times. For the application of multi-step measuring methods also different stripe patterns must be generated.
Die Umschaltzeiten zwischen verschiedenen Mustern müssen entsprechend kurz sein, um die Messzeit über mehrere Schritte entsprechend einzuschränken. Bei großen Messfeldern sollten auch die generierten Lichtmuster eine entsprechende Fläche überdecken ohne dabei aber an Intensität zu verlieren. Voraussetzung hierfür ist es, dass bei einer Skalierung der Mustergenerierung auch eine Skalierung der Beleuchtungsstärke möglich ist.The switching times between different patterns must be correspondingly short in order to limit the measuring time accordingly over several steps. With large measuring fields, the generated light patterns should also cover a corresponding area without losing intensity. The prerequisite for this is that a scaling of the pattern intensity can also be used to scale the illuminance.
Im Allgemeinen kommen bei der Nahbereichsphotogrammetrie mit aktiver Beleuchtung Dia- oder Videoprojektoren, sogenannte Beamer zum Einsatz. Die Ergebnisse, die hier insbesondere mit mehrschrittigen Verfahren, z. B. Phasenshift oder Zeitkorrelation erzielt werden, sind für viele praktische Anwendungen ausreichend. Die Verfahrensgrundlagen werden z. B. beschrieben in Wiora, G.: Optical 3D-Metrology: Precise Shape Measurement with an extended Fringe Projection Method, University Heidelberg, Dissertation, 2001.In general, close-range photogrammetry with active illumination uses slide or video projectors, so-called beamers. The results, which here in particular with multi-step method, z. Phase shift or time correlation, are sufficient for many practical applications. The procedural bases are z. As described in Wiora, G .: Optical 3D Metrology: Precise Shape Measurement with an Extended Fringe Projection Method, University of Heidelberg, Dissertation, 2001.
Derzeit werden Messsysteme mit ein oder zwei Kameras und einem Beamer von vielen Unternehmen kommerziell angeboten.Currently, measuring systems with one or two cameras and one projector are commercially offered by many companies.
Zur Lösung messtechnischer Probleme in industriellen Anwendungen stoßen Projektoren bezüglich ihrer maximalen Lichtintensität schnell an ihre Grenzen. Aus der geringen Lichtintensität resultieren verhältnismäßig lange Integrationszeiten zur Bildaufnahme, was zu langen Messzeiten und geringerer Messgenauigkeit, z. B. bei Schwingungen, führt. Wegen der konstanten Maximalleistung eines Projektors kann das Messfeld nur auf Kosten einer geringeren Lichtintensität vergrößert werden.To solve metrological problems in industrial applications, projectors quickly reach their limits with regard to their maximum light intensity. The low light intensity results in relatively long integration times for image acquisition, resulting in long measurement times and lower measurement accuracy, eg. B. vibrations, leads. Because of the constant maximum output of a projector, the field of view can only be increased at the cost of a lower light intensity.
Der gleichzeitige Einsatz mehrerer Projektoren ist im Allgemeinen aus messtechnischen Gründen nicht möglich, da die Lichtmuster sich zwischen den Projektoren überlagern.The simultaneous use of several projectors is generally not possible for metrological reasons, since the light patterns are superimposed between the projectors.
Eine Vorrichtung zur Lösung der oben genannten technischen Aufgabe mit Projektoren ist nicht bekannt. Eine Hauptursache hierfür liegt darin begründet, dass das projizierte Licht in einem einzelnen Objektiv gebündelt und auch nur von einer einzelnen Lichtquelle erzeugt wird.An apparatus for solving the above-mentioned technical problem with projectors is not known. One main reason for this is that the projected light is focused in a single lens and is also produced by only a single light source.
Eine Alternative zur Verwendung von Projektoren bietet der Einsatz von Laserlichtquellen. Laserlicht hat aber den Nachteil, dass es Speckleeffekte verursacht und bei großer Intensität entsprechende Sicherheitsstandards eingehalten werden müssen.An alternative to using projectors is the use of laser light sources. However, laser light has the disadvantage that it causes speckle effects and at high intensity appropriate safety standards must be met.
Bei Applikationen werden häufig Laserlichtschnittverfahren eingesetzt. Die Verfahren sind auch im industriellen Einsatz verhältnismäßig robust, die Messzeiten sind aber häufig noch länger als beim Einsatz von Projektoren.In applications, laser light section methods are often used. The methods are also relatively robust in industrial use, but the measurement times are often even longer than when using projectors.
Laserlicht kann aber auch indirekt eingesetzt werden. In Schaffer M, Grosse M, Kowarschik R: High-speed pattern projection for three-dimensional shape meas-urement using laser speckles. Appl Opt. 2010 Jun 20; 49(18): 3622–9. doi: 10.1364/AO.49.003622 wird ein System vorgestellt, dass Specklemuster generiert und sie dann über ein Objektiv projiziert, um stochastische Muster zu erzeugen.Laser light can also be used indirectly. In Schaffer M, Grosse M, Kowarschik R: High-speed pattern projection for three-dimensional shape measurement using laser speckles. Appl Opt. 2010 Jun 20; 49 (18): 3622-9. doi: 10.1364 / AO.49.003622 introduces a system that generates speckle patterns and then projects them through a lens to produce stochastic patterns.
Mit dem System werden sehr schnelle Umschaltzeiten und große Lichtintensitäten erreicht.The system achieves very fast switching times and high light intensities.
Allerdings wird bei höherer Intensität auch schnell eine hohe Laserschutzklasse notwendig, was für viele Applikationen problematisch ist. Zudem sind die Muster immer zweidimensional stochastisch verteilt. Die Generierung eindimensionaler Muster also Streifenmuster ist mit dieser Technik nicht möglich.However, at higher intensities, a high laser protection class quickly becomes necessary, which is problematic for many applications. In addition, the patterns are always stochastically distributed in two dimensions. The generation of one-dimensional patterns, ie stripe patterns, is not possible with this technique.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Lichtmustern besteht in der Verwendung einzelner Lichtspots. Mit Lichtspots kann die technische Aufgabe bezüglich Lichtintensität, Skalierbarkeit und Umschaltgeschwindigkeit gelöst werden, allerdings sind die generierten Lichtmuster vergleichsweise grob strukturiert und nicht eindimensional, d. h. nicht streifenförmig.Another possibility for generating patterns of light is the use of individual light spots. With light spots, the technical task can be solved with respect to light intensity, scalability and switching speed, but the generated light patterns are relatively coarse structured and not one-dimensional, d. H. not strip-shaped.
Dies erlaubt eine photogrammetrische Auswertung der Muster nur ein einem sehr eingeschränkten Bereich. Die grob strukturierten Muster können bei ungeeigneten Oberflächen zu systematischen Messfehlern führen.This allows a photogrammetric evaluation of the patterns only in a very limited area. The coarsely structured patterns can lead to systematic measurement errors on unsuitable surfaces.
Aus der
In der
Die
Die
Aus der
In der
Aus der
In der
Aus der
In der
Aus der
Ähnliche Vorrichtungen gehen auch aus der
In der
Aus der
Die
Alternative Vorrichtungen sehen vor, die bildgebenden Einheiten bezüglich ihrer Position zu verändern, um verschiedene Lichtmuster auf einer Objektoberfläche aufzunehmen. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise aus der
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels derer die zuvor genannten Nachteile überwunden werden können.Against this background, the object of the present invention is to provide a device by means of which the aforementioned disadvantages can be overcome.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie den weiteren vorteilhaften Ausführungsformen gemäß der Unteransprüche.This object is achieved by a device according to
Vorgeschlagen wird ein Vorrichtung zur Generierung von Lichtmustern, wobei das von einer eindimensional fokussierten Beleuchtungseinrichtung erzeugte homogene Licht über ein Feld von nebeneinander angeordneten Linsen orthogonal zur Beleuchtungseinrichtung derart gebündelt vorliegt, dass parallel verlaufende Lichtstreifen abbildbar und spezifische eindimensionale Lichtmuster erzeugbar sind.A device for generating light patterns is proposed, wherein the homogeneous light generated by a one-dimensionally focused illumination device is bundled over a field of juxtaposed lenses orthogonal to the illumination device such that parallel light strips can be imaged and specific one-dimensional light patterns can be generated.
Die Lichtmuster unterscheiden sich
- – in verschiedenen Höhen,
- – und bei Variation der räumliche Verteilung der Lichtquellen in der Beleuchtung deutlich voneinander.
- - at different heights,
- - And with variation of the spatial distribution of the light sources in the lighting clearly from each other.
Zudem erlaubt die Vorrichtung die Erzeugung von Lichtmustern mit hoher Intensität.In addition, the device allows the generation of light patterns with high intensity.
Zwar sind aus dem Bereich von zeilenbasierten Bilderfassungssystemen Zeilenbeleuchtungen mit sehr hoher Lichtintensität bekannt. In vielen Applikationen sind Zeilenbeleuchtungen so konstruiert, dass sie das Licht in einer Dimension parallel bündeln.Although line illumination with very high light intensity is known from the field of line-based image acquisition systems. In many applications, line lighting is designed to bundle the light in one dimension in parallel.
Die Vorrichtung umfasst ein Feld parallel angeordneter Zylinderlinsen, das in den Strahlengang einer Zeilenbeleuchtung mit LED's oder Faseroptik gebracht wird. Die Zylinderlinsen fokussieren das homogene Licht von jedem einzelnen Leuchtmittel, beispielsweise LED oder Lichtleitfaser am Austritt auf kleine Bereiche in Zeilenrichtung. Das vom Reflektor der Zeilenbeleuchtung parallel gebündelte Licht weitet die von den Zylinderlinsen fokussierten Bereiche in Streifen in y-Richtung auf.The device comprises a field of parallel cylindrical lenses, which is brought into the beam path of a line illumination with LED's or fiber optics. The cylindrical lenses focus the homogeneous light from each individual illuminant, such as LED or optical fiber at the exit to small areas in the row direction. The light bundled in parallel by the reflector of the line illumination widens the areas focused by the cylindrical lenses into strips in the y direction.
Durch den Linsenvorsatz wird für jedes Leuchtmittel in Kombination mit jeder Zylinderlinse des Linsenvorsatzes genau ein Lichtstreifen erzeugt.The lens attachment produces exactly one light strip for each lamp in combination with each cylindrical lens of the lens attachment.
In Abhängigkeit von der Brennweite der Zylinderlinsen und dem Abstand des Linsenarrays von der Zeilenbeleuchtung wird ein unterschiedlich breiter Lichtstreifen abgebildet. Die Überlagerung der abgebildeten Lichtstreifen ergibt ein spezifisches Streifenmuster.Depending on the focal length of the cylindrical lenses and the distance of the lens array from the line illumination, a light strip of different widths is imaged. The superimposition of the imaged light stripes results in a specific fringe pattern.
Das Streifenmuster entspricht einer eindimensionalen Helligkeitsverteilung, die im Wesentlichen von den folgenden Größen abhängig ist:
- 1. Verteilung der Leuchtmittel, d. h. von der Positionen in Zeilenrichtung,
- 2. Größe der Leuchtmittel, beispielsweise von der Breite in Zeilenrichtung,
- 3. Verteilung der Linsen, d. h. von der Positionen in Zeilenrichtung,
- 4. Größe der Linsen, von der Breite in Zeilenrichtung,
- 5. Brennweite der Linsen,
- 6. Abstand der Linsen zum Leuchtmittel,
- 7. Abstand der Linsen zur Messobjektoberfläche.
- 1. Distribution of the lamps, ie from the positions in the row direction,
- 2. size of the lamps, for example, the width in the row direction,
- 3. distribution of the lenses, ie from the positions in the row direction,
- 4. Size of the lenses, from the width in the row direction,
- 5. focal length of the lenses,
- 6. distance of the lenses to the illuminant,
- 7. Distance of the lenses to the target surface.
Die erzeugten Streifenmuster eignen sich prinzipiell zur stereoskopischen Auswertung mit photogrammetrischen 3D-Messverfahren. Die Vorrichtung bietet gegenüber bekannten Messsystemen mit Projektoren im Wesentlichen zwei entscheidene Vorteile.
- – Es wird eine sehr hohe Lichtintensität erreicht, da die Lichtmuster nicht durch Abschattung oder Ablenkung entstehen und kein zentrales Leuchtmittel existiert. Im Gegensatz zu Projektoren wird die maximale Lichtleistung aller eingesetzten Leuchtmittel prinzipiell nur durch den optischen Verlust an den Zylinderlinsen abgeschwächt.
- – Das System lässt sich in einer Dimension ohne Einschränkungen der Lichtintensität beliebig räumlich erweitern. Damit kann im Gegensatz zu Projektoren nach dem Stand der Technik die Messfläche vergrößert werden, ohne dass die Lichtintensität proportional abnimmt.
- - It is achieved a very high light intensity, since the light patterns are not caused by shading or distraction and no central bulb exists. In contrast to projectors, the maximum light output of all lamps used is only attenuated by the optical loss at the cylindrical lenses.
- - The system can be expanded in any dimension in any dimension without limiting the light intensity. Thus, in contrast to state-of-the-art projectors, the measurement area can be increased without the light intensity decreasing proportionally.
Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass die entstehenden Lichtmuster sich zur photogrammetrischen 3D-Oberflächenrekonstruktion mittels Ein- oder Mehrkamerasystemen in einem vorgegebenen Messvolumen eignen.It is provided that the device is designed such that the resulting light patterns are suitable for photogrammetric 3D surface reconstruction by means of single or multiple camera systems in a predetermined measurement volume.
Die photogrammetrische Oberflächenrekonstruktion ist Hauptanwendungsgebiet für die Vorrichtung. Die Verbesserungen gegenüber anderen Musterprojektionen können bei der 3D-Vermessung von großen Oberflächen zu einer höheren Messgeschwindigkeit, einer höheren Messgenauigkeit und einer besseren Robustheit gegen Schwingungen und andere äußere Einflüsse führen. Insbesondere ermöglichen sie den Einsatz von Zeilenkameras. Unter anderem werden damit im industriellen Umfeld neue Möglichkeiten für Qualitätssicherung auf Basis von 3D-Oberflächenrekonstruktionen geschaffen. Photogrammetric surface reconstruction is the main field of application for the device. The improvements over other pattern projections can result in higher measurement speeds, higher measurement accuracy and robustness against vibration and other external influences when 3D surveying large surfaces. In particular, they allow the use of line scan cameras. Among other things, this will create new opportunities for quality assurance based on 3D surface reconstructions in the industrial environment.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich die Lichtmuster in verschiedenen Höhen und bei Variation der räumlichen Verteilung der Lichtquellen in der Beleuchtung deutlich voneinander unterscheiden.A further embodiment of the invention provides that the light patterns differ significantly from one another at different heights and with variation of the spatial distribution of the light sources in the illumination.
Die Generierung unterschiedlicher Lichtmuster ist eine Grundvoraussetzung für die Anwendung mehrschrittiger 3D-Messverfahren. Durch Wahl einer geeigneten räumlichen Verteilung ist es möglich auch geeignete Lichtmuster zu generieren. In einem begrenzten Höhenbereich ist es so auch möglich klassische Phasenshiftmuster zu erzeugen.The generation of different light patterns is a basic requirement for the application of multi-step 3D measuring methods. By choosing a suitable spatial distribution, it is also possible to generate suitable light patterns. In a limited height range, it is also possible to generate classical phase shift patterns.
Durch die Abhängigkeit in z-Richtung kann das Messvolumen entscheidend erweitert, da die Mustererzeugung dann nicht von einem eingeschränkten Tiefenschärfebereich abhängt. Es ermöglicht zudem auch mehrschrittige Messverfahren mit nur einer Kamera.Due to the dependence in the z-direction, the measurement volume can be decisively extended, since the pattern generation then does not depend on a limited depth of focus range. It also enables multi-step measurement with just one camera.
Es ist vorgesehen, dass die in der Beleuchtungseinrichtung eingesetzten LED's so ein- und ausschaltbar sind, dass für ein vorgegebenes Messvolumen verschiedene Lichtmuster erzeugbar sind, die sich zur photogrammetrischen 3D-Oberflächenrekonstruktion mit mehrschrittigen Verfahren bei Ein oder Mehrkamerasystemen eignen.It is envisaged that the LEDs used in the illumination device can be switched on and off so that different light patterns can be generated for a given measurement volume, which are suitable for photogrammetric 3D surface reconstruction with multi-step methods in single or multiple camera systems.
Mehrschrittige photogrammetrische Messverfahren haben gegenüber einschrittigen Messverfahren eine höhere laterale Auflösung und sind in der Anwendung robuster gegen systematische Messfehler.Multi-step photogrammetric measuring methods have a higher lateral resolution compared to single-step measuring methods and are more robust in use against systematic measuring errors.
Beim Einsatz von Zeilenkameras, werden aber verschiedene Muster benötigt, die ihre Form mit jeder aufgenommenen Zeile ändern. Damit ist schnelles Umzeitschalten der Muster eine Grundvoraussetzung für zeiteffiziente Messverfahren. Die Muster können bei Verwendung von LED's sehr schnell geändert werden, da LED's als Leuchtmittel sich im Allgemeinen durch sehr kurze Schaltzeiten auszeichnen.When using line scan cameras, however, different patterns are needed, which change their shape with each recorded line. Fast turnaround of patterns is therefore a prerequisite for time-efficient measuring procedures. The patterns can be changed very quickly when using LED's, since LED's as light sources are generally characterized by very short switching times.
Damit hat die Vorrichtung einen weiteren entscheidenden Vorteil gegenüber Projektoren nach dem aktuellen Stand der Technik. Die Möglichkeit, die sich daraus ergibt, mehrschrittige 3D-Messverfahren mit Zeilenkameras umzusetzen, stellt eine wichtige Voraussetzung für viele neue Einsatzgebiete der 3D-Messtechnik dar.Thus, the device has another decisive advantage over state-of-the-art projectors. The possibility that results from implementing multi-step 3D measuring methods with line scan cameras is an important prerequisite for many new areas of application of 3D measuring technology.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass Lichtleitfasern anstelle der LED's verwendet werden, deren Primärlichtquellen schnell an- und abschaltbar sind.A further embodiment of the invention provides that optical fibers are used instead of the LEDs whose primary light sources can be quickly switched on and off.
Neben LED's sind Lichtleiterfasern ein häufig verwendetes Hilfsmittel, um Linienbeleuchtungen zu konstruieren. Jede einzelne Faser ist an ihrem Ausgang eine kleine Lichtquelle. Werden benachbarte Lichtleiter von unterschiedlichen Primärlichtquellen gespeist, dann ist es auch beim Einsatz von Lichtleitern möglich, unterschiedliche Muster äquivalent zur Ausführungsform mit LED's zu erzeugen.In addition to LEDs, optical fiber is a commonly used tool to construct line lighting. Each individual fiber is a small light source at its output. If adjacent light guides fed by different primary light sources, then it is also possible when using optical fibers to produce different patterns equivalent to the embodiment with LED's.
Lichtleiter haben im Vergleich zu LED's den Vorteil eine deutlich kleinere Emissionsfläche zu haben und als Kaltlicht eingesetzt zu werden. Daher gibt es Anwendungen bei denen die Vorteile der Vorrichtung nur in Verbindung mit Lichtleitern genutzt werden könnenLight guides have the advantage compared to LED's to have a much smaller emission area and be used as cold light. Therefore, there are applications in which the advantages of the device can only be used in conjunction with optical fibers
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Baugruppe vorgesehen, die mehrere oder zumindest zwei Vorrichtungen der zuvor genannten Art umfasst, wobei die Vorrichtungen parallel zueinander angeordnet sind und ein Streifenmuster orthogonal zu einer Zeile ausdehnbar ist.In a further embodiment of the invention, an assembly is provided which comprises a plurality or at least two devices of the aforementioned type, wherein the devices are arranged parallel to each other and a stripe pattern is extendable orthogonal to a row.
Die Vorrichtung kann nicht nur im Zusammenhang mit Zeilenkamerasystemen sondern auch mit Matrixkamerasystemen eingesetzt werden. Da sich Matrixkamerasysteme durch eine Flächenhafte Bilderfassung auszeichnen, ist die Ausdehnung der Streifenmuster orthogonal zu Zeile notwendig. Durch die bereits genannten Vorteile der Vorrichtung können damit auch Matrixkamerasysteme zur 3D-vermessung entscheidend verbessert werden.The device can be used not only in conjunction with line scan camera systems but also with matrix camera systems. Since matrix camera systems are characterized by a surface image acquisition, the extension of the stripe pattern orthogonal to line is necessary. By virtue of the already mentioned advantages of the device, it is thus also possible to decisively improve matrix camera systems for 3D surveying.
Die Fertigung einer solchen Vorrichtung kann beispielsweise in folgenden Schritten erfolgen:
- – Zur Grundkonstruktion kann eine handelsübliche Zeilenbeleuchtung mit einem Reflektor oder einer Zylinderlinse verwendet werden.
- – Ein Array mit Zylinderlinsen kann im Spitzgussverfahren hergestellt werden. Handelsübliches Rillenglas kann auch verwendet werden.
- – Das Zylinderlinsenarray wird so montiert, dass es im Strahlengang der Zeilenbeleuchtung liegt und bei eingeschalteter Zeilenbeleuchtung ein Streifenmuster erzeugt.
- – Wenn zwischen verschiedenen Mustern umgeschaltet werden soll, muss eine elektronische Ansteuerung gebaut werden, die es erlaubt, alle verwendeten Leuchtmittel einzeln oder in Gruppen anzusteuern.
- – Wenn spezielle Muster und Musterabfolgen generiert werden sollen, dann ist die räumliche Anordnung von Leichtmittel und Zylinderlinsen entsprechend zu ändern bzw. zu optimieren.
- - For the basic construction, a commercial line lighting with a reflector or a cylindrical lens can be used.
- - An array of cylindrical lenses can be made by injection molding. Commercially available grooved glass can also be used.
- - The cylindrical lens array is mounted so that it lies in the beam path of the line illumination and generates a striped pattern when the line illumination is switched on.
- - If you want to switch between different patterns, an electronic control must be built that allows all used bulbs individually or in groups to control.
- - If special patterns and pattern sequences are to be generated, then the spatial arrangement of light and cylindrical lenses must be changed accordingly or optimized.
Beispielhaft werden Ausführungsformen der Erfindung in den nachfolgenden Figuren dargestellt und näher beschrieben.By way of example, embodiments of the invention are illustrated in the following figures and described in more detail.
Es zeigen:Show it:
In
Alternativ kann die Fokussierung bzw. Parallelisierung der Lichtstrahlen
In
Da die Lichtstrahlen
Die Zylinderlinsen
In
Hierbei sind die sieben Größen
- 1. Verteilung der Leuchtmittel, d. h. von der Positionen in Zeilenrichtung,
- 2. Größe der Leuchtmittel, beispielsweise von der Breite in Zeilenrichtung,
- 3. Verteilung der Linsen, d. h. von der Positionen in Zeilenrichtung,
- 4. Größe der Linsen, von der Breite in Zeilenrichtung,
- 5. Brennweite der Linsen,
- 6. Abstand der Linsen zum Leuchtmittel,
- 7. Abstand der Linsen zur Messobjektoberfläche.
- 1. Distribution of the lamps, ie from the positions in the row direction,
- 2. size of the lamps, for example, the width in the row direction,
- 3. distribution of the lenses, ie from the positions in the row direction,
- 4. Size of the lenses, from the width in the row direction,
- 5. focal length of the lenses,
- 6. distance of the lenses to the illuminant,
- 7. Distance of the lenses to the target surface.
Die Menge an Eingangsgrößen macht das System verhältnismäßig komplex. Die Eingänge können so gewählt werden, dass die entstehenden Streifenmuster für das anzuwendende photogrammetrische Verfahren möglichst gute Ergebnisse liefern. Wegen der Kompliziertheit des Systems sind herfür mehrdimensionale Optimierungsverfahren zu verwenden. Eine wichtige feste Randgröße ist hierbei das Messvolumen bzw. die maximale Höhe der zu messenden Objektoberfläche.The amount of input makes the system relatively complex. The inputs can be selected so that the resulting stripe patterns provide the best possible results for the photogrammetric method to be used. Because of the complexity of the system, multidimensional optimization methods are to be used. An important fixed edge size here is the measurement volume or the maximum height of the object surface to be measured.
Da der Abstand der Linsen
Für einschrittige Messverfahren ist die Vorrichtung damit bereits vollständig, da hier in der Regel zeitinvariante Lichtmuster genutzt werden.For one-step measuring methods, the device is thus already complete, since time-invariant light patterns are generally used here.
Durch die deutliche Änderung der Muster in Abhängigkeit von der Höhe eines Messobjektes ergeben sich bessere Möglichkeiten zur photogrammetrischen Auswertung als bei Verwendung von Projektoren.The significant change in the pattern as a function of the height of a measured object gives better possibilities for photogrammetric evaluation than when using projectors.
Durch das Prinzip der Zeilenbeleuchtung lässt sich das System zumindest in Zeilenrichtung problemlos skalieren ohne an Lichtintensität zu verlieren. Orthogonal zur Zeile können mehrere baugleiche Beleuchtungen parallel angeordnet und betrieben werden, wodurch auch hier eine Skalierung möglich ist. Bei identischen Mustern gehen die Streifen dann ineinander über.Thanks to the principle of line illumination, the system can be easily scaled, at least in the line direction, without losing its light intensity. Orthogonal to the line, a plurality of identical lighting can be arranged and operated in parallel, whereby a scaling is possible here as well. With identical patterns, the strips then merge.
Eine maximale Lichtintensität wird bei der vorgeschlagenen Vorrichtung nicht zuletzt dadurch erzielt, dass die Lichtmuster nicht durch Verdeckung bzw. Abschattung entstehen, wie bei Projektion, sondern durch Bündelung von Licht. Ein Leistungsverlust ist lediglich an Linsen und Reflektor zu verzeichnen. Dieser Leistungsverlust ist aber verhältnismäßig gering.A maximum light intensity is achieved not least in the proposed device in that the light patterns are not caused by occlusion or shading, as in projection, but by bundling of light. A loss of power is recorded only on lenses and reflector. This power loss is relatively low.
Für photogrammetrische Mehrschrittverfahren werden zeitvariante Muster benötigt. Eine Zeitvarianz des Systems lässt sich aber nur durch eine Änderung der Eingangsgrößen erzielen. Sofern kein mechanischer Aufwand betrieben werden soll, lässt sich nur die Verteilung der Leuchtmittel verändern, was durch das ein- und abschalten einzelner Leuchtmittel realisiert werden kann.For photogrammetric multi-step processes, time-variant patterns are needed. However, a time variance of the system can only be achieved by changing the input variables. If no mechanical effort is to be operated, only the distribution of the light source can be changed, which can be realized by switching on and off individual lamps.
Beim Einsatz von LED's ist dies durch eine entsprechende Elektronik umsetzbar. Beim Einsatz von Lichtleitern, sind entsprechend unterschiedliche Primärlichtquellen zu verwenden, die sich unabhängig voneinander an- bzw. ausschalten lassen.When using LEDs, this can be implemented by appropriate electronics. When using optical fibers, correspondingly different primary light sources are to be used, which can be switched on and off independently of each other.
Durch die Verwendung von LED's können kurze Umschaltzeiten garantiert werden. Damit sind beste Voraussetzungen gegeben, die Vorrichtung auch für mehrschrittige Verfahren einzusetzen.By using LEDs short switching times can be guaranteed. Thus, the best conditions are given to use the device for multi-step processes.
Die dargestellten Figuren zeigen die Anwendbarkeit der entwickelten Vorrichtung und belegen Möglichkeiten zu deren Herstellung, wobei die Erfindung nicht auf die aufgezeigten Verwendungsmöglichkeiten und Materialien sowie Kombinationen dieser beschränkt ist.The illustrated figures show the applicability of the developed device and demonstrate possibilities for their production, the invention being not limited to the indicated uses and materials and combinations thereof.
Claims (5)
Priority Applications (3)
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