DE102014116621A1 - Two-dimensional light section sensor with UV laser light - Google Patents
Two-dimensional light section sensor with UV laser light Download PDFInfo
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Abstract
Ein zweidimensionaler Lichtschnittsensor zur Messung der Oberflächenkontur eines Objekts weist eine UV-Laserlichtquelle (21), eine Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht, eine erste Optik (25), welche den Strahlengang (3a) des Lichts von der UV-Laserlichtquelle (21) und den Strahlengang (3b) des Lichts von der Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht zu einem gemeinsamen Strahlengang (3) zusammenführt, eine zweite Optik (26) zum Projizieren des Lichts von der UV-Laserlichtquelle (21) und des Lichts von der Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht in dem gemeinsamen Strahlengang (3) als Lichtlinie (4) auf eine Oberfläche des Objekts, einen zweidimensionalen Lichtsensor (8), und eine dritte Optik (7) zur Abbildung der Lichtlinie (4, 4a, 4b, 4c) auf dem Objekt auf den zweidimensionalen Lichtsensor (8) auf. Damit wird ein zweidimensionaler Lichtschnittsensor mit UV-Laserlicht mit hoher Betriebssicherheit bereitgestellt.A two-dimensional light section sensor for measuring the surface contour of an object has a UV laser light source (21), a visible light laser light source (22), a first optical system (25) which transmits the beam path (3a) of the light from the UV laser light source (21). and converging the optical path (3b) of the light from the visible light laser source (22) to a common optical path (3), second optics (26) for projecting the light from the UV laser light source (21) and the light from the laser light source (22) for visible light in the common beam path (3) as a light line (4) on a surface of the object, a two-dimensional light sensor (8), and a third optical system (7) for imaging the light line (4, 4a, 4b, 4c ) on the object on the two-dimensional light sensor (8). This provides a two-dimensional light section sensor with UV laser light with high reliability.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen zweidimensionalen Lichtschnittsensor mit UV-Laserlicht, mit dem nach dem Messprinzip der Triangulation eine Höhenkontur der Oberfläche eines Objekts bestimmt werden kann.The present invention relates to a two-dimensional light section sensor with UV laser light, with which a height contour of the surface of an object can be determined according to the measuring principle of triangulation.
Optische Abstandssensoren besitzen den Vorteil, dass mit ihnen eine berührungslose Abstandsmessung möglich ist. Bekannte Messprinzipien zur optischen Abstandsmessung sind die Triangulation sowie die chromatische konfokale Abstandsmessung. Dabei können zweidimensionale Lichtschnittsensoren mit einer einzelnen Messung gleichzeitig die gesamte Höhenkontur entlang einer Linie aufnehmen. Dazu ist es notwendig eine Lichtlinie auf das Objekt zu projizieren, dessen Abstand zu dem Abstandssensor gemessen werden soll.Optical distance sensors have the advantage that a non-contact distance measurement is possible with them. Known measurement principles for optical distance measurement are triangulation and chromatic confocal distance measurement. In this case, two-dimensional light-section sensors can simultaneously record the entire height contour along a line with a single measurement. For this purpose it is necessary to project a line of light onto the object whose distance to the distance sensor is to be measured.
Besonders geeignet zum Erzeugen einer feinen Lichtlinie ist bei den zweidimensionalen Lichtschnittsensoren die Verwendung einer Laserlichtquelle. Die auf die zu vermessende Oberfläche projizierte feine Lichtlinie wird seitlich mit einer Optik erfasst und auf einen zweidimensionalen Lichtsensor projiziert. Aus dem Signal des zweidimensionalen Lichtsensors wird dann mit einer Auswertelogik die Höhenkontur der Oberfläche mit dem Messprinzip der Triangulation bestimmt. Das Bild auf dem zweidimensionalen Lichtsensor ist dabei geometrisch verzerrt und muss daher meist in einer nachfolgenden Logik zunächst linearisiert werden.Particularly suitable for producing a fine light line is the use of a laser light source in the two-dimensional light section sensors. The fine light line projected onto the surface to be measured is detected laterally with an optical system and projected onto a two-dimensional light sensor. From the signal of the two-dimensional light sensor, the height contour of the surface is then determined with the evaluation principle of triangulation using an evaluation logic. The image on the two-dimensional light sensor is geometrically distorted and therefore usually first has to be linearized in a subsequent logic.
Die bei zweidimensionalen Lichtschnittsensoren verwendeten Laserlichtquellen werden je nach Laserleistung in die Schutzklassen
Bei zweidimensionalen Lichtschnittsensoren werden meist Laserwellenlängen in einem Bereich von 400 bis 900 nm verwendet. Die Verwendung von UV-Laserlicht mit Wellenlängen unterhalb von 400 nm ist grundsätzlich möglich, aber dabei zu verwendende UV-Laserlichtquellen fallen in die Laserschutzklasse
Es ist bekannt, dass das menschliche Auge bei starker Lichtreizung mit sichtbarem Licht einen Lidschlussreflex zeigt. Er äußert sich durch ein rasches Verschließen der Augenlider innerhalb von Millisekunden und dient dem Schutz des Auges. Bei Einwirkung von UV-Licht auf das Auge tritt jedoch kein Lidschlussreflex auf. Der Lidschlussreflex ist nur bei einem Lichtreiz mit sichtbarem Licht zu beobachten.It is known that the human eye shows a blinking reflex with strong light stimulation with visible light. It manifests itself by a rapid closure of the eyelids within milliseconds and serves to protect the eye. However, there is no blinking reflex when UV light is applied to the eye. The eyelid reflex can only be observed with a light stimulus with visible light.
Bei für sichtbares Licht durchsichtigen Objekten kann die Oberfläche dieses Objekts nicht oder jedenfalls nur mit einem großen Fehler behaftet mit einem zweidimensionalen Lichtschnittsensor vermessen werden, der mit sichtbarem Licht (Wellenlängenbereich von 400 nm bis 790 nm) arbeitet. So können z. B. die Oberflächen von Autoscheinwerfern, die aus Kunststoff hergestellt werden und für sichtbares Licht durchlässig sind, nicht mit sichtbarem Licht sondern nur mit UV-Licht vermessen werden.In the case of objects that are transparent to visible light, the surface of this object can not be measured, or at any rate only with a large error, using a two-dimensional light-section sensor that works with visible light (wavelength range from 400 nm to 790 nm). So z. B. the surfaces of car headlights, which are made of plastic and are transparent to visible light, are measured not with visible light but only with UV light.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen zweidimensionalen Lichtschnittsensor mit hoher Betriebssicherheit bereitzustellen, mit dem die Oberflächen von Objekten zuverlässig und genau vermessen werden können, die für sichtbares Licht durchlässig sind, wie z. B. Scheinwerferscheiben.It is an object of the invention to provide a two-dimensional light section sensor with high reliability, with the surfaces of objects can be reliably and accurately measured, which are transparent to visible light, such. B. headlight washers.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen zweidimensionalen Lichtschnittsensor nach Anspruch 1.The object is achieved by a two-dimensional light section sensor according to claim 1.
Bei dem zweidimensionalen Lichtschnittsensor wird der Strahlengang des UV-Lichts von der UV-Laserlichtquelle mit dem Strahlengang des Lichts von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht zu einem gemeinsamen Strahlengang zusammengeführt. Wird ein Benutzer dem Licht in dem gemeinsamen Strahlengang ausgesetzt, so führt das Licht von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht zu einem Lidschlussreflex, der das Auge des Benutzers zuverlässig vor der schädlichen Wirkung des Lichts von der UV-Laserlichtquelle und von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht schützt. Daher weist der erfindungsgemäße zweidimensionale Lichtschnittsensor eine höhere Betriebssicherheit auf als ein vergleichbarer zweidimensionaler Lichtschnittsensor, der ausschließlich mit UV-Licht arbeitet, welches den Lidschlussreflex nicht auslösen kann. Die Verwendung der UV-Laserlichtquelle erlaubt dem erfindungsgemäßen zweidimensionalen Lichtschnittsensor die Vermessung der Oberfläche eines für sichtbares Licht durchsichtigen Objekts, sofern das Objekt aus einem für das Licht von der UV-Laserlichtquelle nicht durchlässigen Material ist.In the two-dimensional light section sensor, the beam path of the UV light from the UV laser light source is combined with the beam path of the light from the laser light source for visible light to form a common beam path. When a user is exposed to the light in the common optical path, the light from the visible light laser source results in a blinking reflex which reliably protects the user's eye from the harmful effects of light from the UV laser source and from the visible light laser source , Therefore, the two-dimensional light section sensor according to the invention has a higher reliability than a comparable two-dimensional light section sensor, which works exclusively with UV light, which can not trigger the eye closure reflex. The use of the UV laser light source allows the two-dimensional light section sensor according to the invention to measure the surface of an object transparent to visible light, provided that the object is made of a material which is impermeable to the light from the UV laser light source.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further developments of the invention are specified in the subclaims.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind für das Licht in dem gemeinsamen Strahlengang die Bedingungen für die Laserklasse
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweidimensionale Lichtschnittsensor eine Steuerung auf, welche die Abgabe des Lichts von der UV-Laserlichtquelle erst dann freigibt, wenn mit dem Licht von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht eine Oberflächenkontur erkannt wurde. Obwohl die alleine mit dem sichtbarem Licht erfasste Oberflächenkontur bei Vermessung von Objekten aus einem für sichtbares Licht durchlässigen Material möglicherweise sehr fehlerbehaftet ist, kann das Erfassen dieser fehlerbehafteten Oberflächenkontur dennoch dazu verwendet werden, sicherzustellen, dass der gemeinsame Strahlengang nicht unterbrochen ist und sich insbesondere kein Körperteil wie z. B. der Kopf mit dem besonders gefährdeten Auge eines Benutzers in dem gemeinsamen Strahlengang befindet.In a preferred embodiment, the two-dimensional light section sensor has a control which only releases the emission of the light from the UV laser light source when a surface contour has been detected with the light from the laser light source for visible light. Although the surface contour detected alone with the visible light may be very defective in measuring visible light transmissive material, the detection of this defective surface contour may still be used to ensure that the common beam path is uninterrupted and, in particular, no body part such as B. the head is located with the most vulnerable eye of a user in the common beam path.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Optik einen dichroitischen Filter/Spiegel auf, der durchlässig ist für das Licht von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht und spiegelnd ist für das Licht von der UV-Laserlichtquelle. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die erste Optik einen dichroitischen Filter/Spiegel auf, der durchlässig ist für das Licht von der UV-Laserlichtquelle und der spiegelnd ist für das Licht von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht. Mit den beiden zuletzt genannten alternativen bevorzugten Ausführungsformen kann der gemeinsame Strahlengang auf einfache Art und Weise mit hoher Genauigkeit und mit geringen Verlusten erzeugt werden.In a preferred embodiment, the first optic comprises a dichroic filter / mirror which is transparent to the light from the visible light laser light source and reflective to the light from the UV laser light source. In an alternative preferred embodiment, the first optic comprises a dichroic filter / mirror that is transmissive to the light from the UV laser light source and that is reflective to the light from the visible light laser light source. With the two last-mentioned alternative preferred embodiments, the common beam path can be generated in a simple manner with high accuracy and with low losses.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die UV-Laserlichtquelle und ist die Laserlichtquelle für sichtbares Licht jeweils als eine Laserdiode ausgebildet. Laserdioden stellen besonders platzsparende, kostengünstige Laserlichtquellen dar, die für die Verwendung in einem zweidimensionalen Lichtschnittsensor ausreichende Intensitäten bereitstellen können.In a preferred embodiment, the UV laser light source and the visible light laser light source are each formed as a laser diode. Laser diodes are particularly space-saving, inexpensive laser light sources that can provide sufficient intensities for use in a two-dimensional light section sensor.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Wellenlänge des Lichts von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht in einem Bereich von 500 nm bis 790 nm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 600 nm bis 700 nm. In diesen Wellenlängenbereichen kann der Lidschlussreflex besonders zuverlässig ausgelöst werden, wodurch die Betriebssicherheit erhöht ist.In a preferred embodiment, the wavelength of the light from the visible light laser light source is in a range of 500 nm to 790 nm and more preferably in a range of 600 nm to 700 nm. In these wavelength ranges, the blinking reflex can be triggered particularly reliably, whereby the Operating safety is increased.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Wellenlänge des Lichts von der UV-Laserlichtquelle oberhalb von 200 nm, und besonders bevorzugt in einem Bereich oberhalb von 300 nm. Diese Wellenlängen eignen sich besonders gut für die Vermessung der meisten für sichtbares Licht durchsichtigen Materialien.In a preferred embodiment, the wavelength of the light from the UV laser light source is above 200 nm, and more preferably in a range above 300 nm. These wavelengths are particularly well suited to the measurement of most visible light transparent materials.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweidimensionale Lichtschnittsensor ein Gehäuse auf, welches den Strahlengang des Lichts von der UV-Laserlichtquelle bis zum Austritt aus der ersten Optik für den Benutzer unzugänglich abdeckt, sodass sichergestellt ist, dass ein Benutzer dem Licht von der UV-Laserlichtquelle nur in dem gemeinsamen Strahlengang ausgesetzt sein kann. Dies erhöht die Betriebssicherheit des zweidimensionalen Lichtschnittsensors signifikant.In a preferred embodiment, the two-dimensional light section sensor has a housing which inaccessibly covers the beam path of the light from the UV laser light source to the exit from the first optics to the user, thus ensuring that a user only the light from the UV laser light source can be exposed in the common beam path. This significantly increases the reliability of the two-dimensional light section sensor.
Weitere Vorteile und Wirkungen der Erfindung werden anhand der detaillierten Beschreibung eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert und veranschaulicht. In den Figuren zeigen:Further advantages and effects of the invention will be explained and illustrated with reference to the detailed description of an embodiment shown in the figures. In the figures show:
Der in
Die UV-Laserdiode
Die Linienoptik
Mit dem seitlich angeordneten Objektiv
Zum Vermessen eines dreidimensionalen Oberflächenprofils bestehend aus einer Vielzahl von jeweils entlang einer Linie in x-Richtung aufgenommenen Oberflächenkonturen wird das Objekt, dessen Oberfläche vermessen werden soll, relativ zu dem zweidimensionalen Lichtschnittsensor
Die Lichtlinie
Um vor dem Einschalten der UV-Laserdiode
Weiter erhöht wird die Betriebssicherheit des zweidimensionalen Lichtschnittsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das Gehäuse
Der erfindungsgemäße zweidimensionale Lichtschnittsensor
Abwandlungen von der oben beschriebenen Ausführungsform eines zweidimensionalen Lichtschnittsensors sind möglich.Modifications of the above-described embodiment of a two-dimensional light section sensor are possible.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die Verwendung einer roten Laserdiode beschrieben, die sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 635 nm emittiert. Jedoch können auch andere Laserlichtquellen für sichtbares Licht verwendet werden. Insbesondere kann auch eine andere Laserlichtquelle verwendet werden, die Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 400 nm bis 790 nm emittiert. Bevorzugt ist eine Laserlichtquelle, die Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 500 nm bis 790 nm emittiert, und besonders bevorzugt ist eine Laserlichtquelle, die Licht in einem Bereich von 600 nm bis 700 nm emittiert.In the embodiment described above, the use of a red laser diode emitting visible light having a wavelength of 635 nm has been described. However, other visible light laser light sources may be used. In particular, another laser light source that emits light having a wavelength in a range of 400 nm to 790 nm may also be used. Preferred is a laser light source that emits light having a wavelength in a range of 500 nm to 790 nm, and particularly preferred is a laser light source that emits light in a range of 600 nm to 700 nm.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde die Verwendung einer UV-Laserdiode beschrieben, die UV-Licht mit einer Wellenlänge von 375 nm emittiert. Jedoch können auch andere Laserlichtquellen für UV-Licht verwendet werden. Insbesondere kann auch eine andere Laserlichtquelle verwendet werden, die UV-Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 200 nm emittiert. Bevorzugt ist eine Laserlichtquelle, die UV-Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 300 nm emittiert.In the embodiment described above, the use of a UV laser diode emitting UV light having a wavelength of 375 nm has been described. However, other laser light sources may also be used for UV light. In particular, it is also possible to use another laser light source which emits UV light having a wavelength of more than 200 nm. Preferred is a laser light source that emits UV light having a wavelength of more than 300 nm.
Als zweidimensionaler Lichtsensor wurde bei der obigen Ausführungsform die Verwendung eines zweidimensionalen CMOS-Sensors beschrieben. Es ist jedoch auch die Verwendung eines anderen zweidimensionalen Lichtsensors, wie z. B. eines CCD-Sensors möglich, der die Lichtintensität ortsaufgelöst messen kann.As a two-dimensional light sensor, in the above embodiment, the use of a two-dimensional CMOS sensor has been described. However, it is also the use of another two-dimensional light sensor, such. B. a CCD sensor possible, which can measure the light intensity spatially resolved.
Als Linienoptik wurde bei der obigen Ausführungsform die Verwendung einer Zylinderlinse beschrieben. Es kann jedoch auch jede andere Optik verwendet werden, die geeignet ist zum Projizieren des Lichts von der UV-Laserlichtquelle und des Lichts von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht in dem gemeinsamen Strahlengang als Lichtlinie auf eine Oberfläche des Objekts.As line optics, the use of a cylindrical lens has been described in the above embodiment. However, any other optics suitable for projecting the light from the UV laser light source and the light from the visible light laser light source in the common optical path as a light line onto a surface of the object may also be used.
Ebenso kann anstatt des dichroitischen Filters/Spiegels auch eine andere Optik verwendet werden, welche dazu geeignet ist, den Strahlengang des Lichts von der UV-Laserlichtquelle und den Strahlengang des Lichts von der Laserlichtquelle für sichtbares Licht zu einem gemeinsamen Strahlengang zusammenführen.Likewise, instead of the dichroic filter / mirror, another optical system can be used, which is suitable for combining the optical path of the light from the UV laser light source and the optical path of the light from the laser light source for visible light to form a common optical path.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- zweidimensionaler Lichtschnittsensortwo-dimensional light-section sensor
- 22
- LichtquellenabschnittLight source section
- 33
- gemeinsamer Strahlgangcommon beam path
- 44
- Lichtlinielight line
- 4a4a
- Lichtlinie am oberen Ende des MessbereichsLight line at the upper end of the measuring range
- 4b4b
- Lichtlinie im Brennpunkt der linienerzeugenden OptikLight line at the focal point of the line-generating optics
- 4c4c
- Lichtlinie am unteren Ende des MessbereichsLight line at the lower end of the measuring range
- 55
- Messbereich in z-Richtung (Höhe)Measuring range in z-direction (height)
- 66
- Messbereich in x-RichtungMeasuring range in x-direction
- 77
- Objektivlens
- 88th
- zweidimensionaler Lichtsensortwo-dimensional light sensor
- 99
- Steuerungcontrol
- 2020
- Gehäusecasing
- 2121
- UV-LaserdiodeUV laser diode
- 2222
- rote Laserdiodered laser diode
- 2323
- erste Laseroptikfirst laser optics
- 2424
- zweite Laseroptiksecond laser optics
- 2525
- dichroitischer Filter/Spiegeldichroic filter / mirror
- 2626
- Linienoptikline optics
- 2727
- Austrittsöffnungoutlet opening
Claims (10)
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DE102014116621.3A DE102014116621A1 (en) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | Two-dimensional light section sensor with UV laser light |
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---|---|---|---|
DE102014116621.3A DE102014116621A1 (en) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | Two-dimensional light section sensor with UV laser light |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102014116621A1 true DE102014116621A1 (en) | 2016-05-19 |
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DE102014116621.3A Ceased DE102014116621A1 (en) | 2014-11-13 | 2014-11-13 | Two-dimensional light section sensor with UV laser light |
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-
2014
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Legal Events
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |