DE102014116621A1 - Two-dimensional light section sensor with UV laser light - Google Patents

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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 1, 2, 3R und 3B eingeteilt. Ab der Laserschutzklasse 3R ist die zugängliche Laserstrahlung für das Auge und bei der Laserschutzklasse 3B möglicherweise auch für die Haut gefährlich. Gemäß bestehender Arbeitsschutzvorschriften ist es ab der Laserschutzklasse 3R notwendig, die Anwendung von einem Laserschutzbeauftragten überwachen zu lassen. Daher werden zweidimensionale Lichtschnittsensoren mit Laserlichtquellen der Laserschutzklassen 3R und 3B für industrielle Anwendungen selten und wenn dann nur mit strengen Sicherheitsauflagen verwendet.Depending on the laser power, the laser light sources used in two-dimensional light-section sensors become protection classes 1 . 2 . 3R and 3B assigned. From the laser protection class 3R is the accessible laser radiation for the eye and the laser protection class 3B possibly also dangerous for the skin. According to existing health and safety regulations, it is from the laser protection class 3R necessary to have the application monitored by a laser safety officer. Therefore, two-dimensional light section sensors with laser light sources of the laser protection classes 3R and 3B for industrial applications rarely and then only used with strict safety requirements.

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 3B, sodass deren Anwendung in der Praxis vermieden wird.In the case of two-dimensional light-section sensors, laser wavelengths in a range from 400 to 900 nm are mostly used. The use of UV laser light with wavelengths below 400 nm is basically possible, but to be used UV laser light sources fall into the laser protection class 3B so that their application is avoided in practice.

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 2 erfüllt. Damit erfüllt der zweidimensionale Laserschnittsensor hohe Betriebssicherheitskriterien und kann ohne aufwendige Sicherheitsmaßnahmen betrieben werden.In a preferred embodiment, the conditions for the laser class are for the light in the common beam path 2 Fulfills. Thus, the two-dimensional laser cutting sensor meets high Operational safety criteria and can be operated without complex security measures.

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:

1 einen erfindungsgemäßen zweidimensionalen Lichtschnittsensor; und 1 a two-dimensional light section sensor according to the invention; and

2 einen Lichtquellenabschnitt des erfindungsgemäßen Lichtschnittsensors aus 2 a light source portion of the light section sensor according to the invention

1 mit einer Optik zur Erzeugung eines gemeinsamen Strahlengangs für sichtbares Licht und UV-Licht. 1 with an optical system for generating a common beam path for visible light and UV light.

Der in 1 dargestellte erfindungsgemäße Lichtschnittsensor 1 gemäß einer Ausfürungsform der Erfindung weist einen Lichtquellenabschnitt 2, ein Objektiv 7, einen zweidimensionalen Lichtsensor 8 sowie eine Steuerung 9 auf. Der Lichtquellenabschnitt 2 weist wie in 2 dargestellt eine UV-Laserdiode 21 mit einer dazugehörigen ersten Laseroptik 23, eine rote Laserdiode 22 mit einer dazugehörigen zweiten Laseroptik 24, einen dichroitischen Filter/Spiegel 25, eine Linienoptik und ein Gehäuse 20 mit einer Lichtaustrittsöffnung 27 auf.The in 1 illustrated light section sensor according to the invention 1 According to an embodiment of the invention comprises a light source section 2 , a lens 7 , a two-dimensional light sensor 8th and a controller 9 on. The light source section 2 points as in 2 illustrated a UV laser diode 21 with a corresponding first laser optics 23 , a red laser diode 22 with a corresponding second laser optics 24 , a dichroic filter / mirror 25 , a line optic and a housing 20 with a light exit opening 27 on.

Die UV-Laserdiode 21 erzeugt UV-Licht mit einer Wellenlänge von 375 nm. Mit der ersten Laseroptik 23 wird der UV-Laserstrahl 3a gebündelt zur Fokussierung auf eine Objektoberfläche. Nach dem Austritt des gebündelten UV-Laserstrahls 3a von der Laseroptik 23 trifft dieser auf den zum UV-Laserstrahl 3a schräg gestellten dichroitischen Filter/Spiegel 25 und wird von diesem mit einem geringen Verlust von 1% in Richtung Linienoptik 26 reflektiert. Die rote Laserdiode 22 erzeugt sichtbares, rotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 635 nm, das geeignet ist, bei einem in den Laserstrahl blickenden Benutzer einen Lidschlussreflex auszulösen. Mit der zweiten Laseroptik 24 wird der rote Laserstrahl gebündelt zur Fokussierung auf die Objektoberfläche. Nach dem Austritt des gebündelten roten Laserstrahls aus der Laseroptik 22 trifft dieser auf den zum roten Laserstrahl schräg gestellten dichroitischen Filter/Spiegel 25, der nun als Filter wirkt, und wird von diesem mit einem geringen Verlust von 4% in Richtung Linienoptik 26 ohne Ablenkung durchgelassen, sodass mittels des dichroitischen Filters/Spiegels 25 der Strahlengang 3b des roten Laserstrahls mit dem Strahlengang 3a des UV-Laserstrahls zu einem gemeinsamen Strahlengang 3 zusammengeführt wird.The UV laser diode 21 generates UV light with a wavelength of 375 nm. With the first laser optics 23 becomes the UV laser beam 3a bundled to focus on an object surface. After the exit of the bundled UV laser beam 3a from the laser optics 23 this applies to the UV laser beam 3a slanted dichroic filter / mirror 25 and is by this with a small loss of 1% towards line optics 26 reflected. The red laser diode 22 produces visible, red laser light with a wavelength of 635 nm, which is suitable for triggering a blinking reflex in the case of a user looking into the laser beam. With the second laser optics 24 The red laser beam is focused to focus on the object surface. After the exit of the bundled red laser beam from the laser optics 22 this hits the dichroic filter / mirror tilted to the red laser beam 25 , which now acts as a filter, and is characterized by this with a small loss of 4% towards line optics 26 passed without distraction, so by means of the dichroic filter / mirror 25 the beam path 3b of the red laser beam with the beam path 3a of the UV laser beam to a common beam path 3 is merged.

Die Linienoptik 26 erzeugt aus dem Laserstrahl, der sich aus dem roten Laserstrahl und dem UV-Laserstrahl zusammensetzt, durch Aufweitung in x-Richtung in 1 eine dünne, in der y-Richtung senkrecht zur Aufweitungsrichtung fokussierte Lichtlinie 4 auf der Objektoberfläche. Die Linienoptik kann z. B. eine Zylinderlinse sein.The line optics 26 generated from the laser beam, which is composed of the red laser beam and the UV laser beam, by widening in the x direction in 1 a thin, in the y-direction perpendicular to the expansion direction focused light line 4 on the object surface. The line optics can z. B. be a cylindrical lens.

Mit dem seitlich angeordneten Objektiv 7 wird die Lichtlinie 4 auf der Objektoberfläche auf den zweidimensionalen Lichtsensor 8 abgebildet. Der zweidimensionale Lichtsensor 8 ist als ein ortsauflösender CMOS-Sensor ausgebildet. Eine Auswertelogik in der Steuerung 9 berechnet aus dem Signal des Lichtsensors 8 mit Hilfe des Messprinzips der Triangulation eine Höhenkontur der Oberfläche entlang der Lichtlinie 4. Wie in 1 veranschaulicht, hängt die Position der Abbildung des Lichtstrahls 4 auf dem zweidimensionalen Lichtsensor 8 von der Position der Lichtlinie in z-Richtung (d. h. der Höhe der Oberfläche) ab. In 1 sind drei Lichtlinien 4a, 4b und 4c dargestellt, die an unterschiedlichen Positionen in z-Richtung angeordnet sind. Die Lichtlinie 4b stellt die (in y-Richtung) exakt auf die Oberfläche fokussierte Lichtlinie dar, während die Lichtlinien 4a und 4b die Lichtlinien mit gerade noch tolerierbarer Unschärfe in y-Richtung darstellen, sodass der Bereich zwischen den Lichtlinien 4a und 4c der maximale Messbereich 5 der Vorrichtung in z-Richtung ist. In 1 ist weiter der maximale Messbereich 6 der Vorrichtung in x-Richtung angegeben, welcher durch die Länge der Lichtlinie 4 bestimmt wird.With the side-mounted lens 7 becomes the light line 4 on the object surface on the two-dimensional light sensor 8th displayed. The two-dimensional light sensor 8th is designed as a spatially resolving CMOS sensor. An evaluation logic in the controller 9 calculated from the signal of the light sensor 8th Using the measuring principle of triangulation, a contour of the surface along the light line 4 , As in 1 illustrates the position of the image of the light beam depends 4 on the two-dimensional light sensor 8th from the position of the light line in the z direction (ie, the height of the surface). In 1 are three lines of light 4a . 4b and 4c represented, which are arranged at different positions in the z-direction. The light line 4b represents the (in y-direction) exactly focused on the surface light line, while the light lines 4a and 4b the light lines with just tolerable blur in y-direction represent, so the area between the light lines 4a and 4c the maximum measuring range 5 the device is in the z direction. In 1 is still the maximum measuring range 6 the device in the x-direction, which by the length of the light line 4 is determined.

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 1 entlang der y-Richtung, also senkrecht zu der Lichtlinie 4 verfahren. Das Oberflächenprofil kann dann zusammengesetzt werden aus zu verschiedenen Zeiten aufgenommenen Oberflächenkonturen.In order to measure a three-dimensional surface profile consisting of a multiplicity of surface contours respectively recorded along a line in the x direction, the object whose surface is to be measured is relative to the two-dimensional light section sensor 1 along the y-direction, ie perpendicular to the light line 4 method. The surface profile can then be composed of surface contours recorded at different times.

Die Lichtlinie 4 weist den Lichtanteil des roten Lasterstrahls und des UV-Laserstrahls auf. Insbesondere ist Licht von der UV-Laserdiode 21 nach der Zusammenführung des Strahlengangs 3b des roten Laserstrahls mit dem Strahlengang 3a des UV-Laserstrahls zu einem gemeinsamen Strahlengang 3 überall mit Licht von der roten Laserdiode gemischt. Die Bereiche, die der rote Laserstrahl überstreicht beinhalten also nach der Zusammenführung der beiden Laserstrahlen alle Bereiche, die der UV-Laserstrahl überstreicht. Idealerweise überstreichen beide Laserstrahlen exakt den gleichen Bereich. Die Intensität der roten Laserdiode 22 und der UV-Laserdiode 21 sind so ausgewählt, dass das gemischte Licht in dem gemeinsamen Strahlengang 3 die Bedingungen der Laserschutzklasse 2 erfüllt. Bei der Bestimmung der Laserschutzklasse des Lichts in dem gemeinsamen Strahlengang 3 kann von einer sehr kurzen Belichtungszeit des Auges ausgegangen werden, da der Lidschlussreflex des Auges die Belichtung der empfindlichen Netzhaut begrenzt. Beim Blick in das Licht des gemeinsamen Strahlengangs 3 wird der Lidschlussreflex durch den roten Laserstrahlanteil ausgelöst und die Netzhaut wird schon Millisekunden nach der Belichtung durch das Schließen des Lids geschützt.The light line 4 has the light content of the red beam and the laser beam. In particular, light is from the UV laser diode 21 after merging the beam path 3b of the red laser beam with the beam path 3a of the UV laser beam to a common beam path 3 mixed with light from the red laser diode everywhere. The areas covered by the red laser beam therefore contain all areas swept by the UV laser beam after the merging of the two laser beams. Ideally, both laser beams cover exactly the same area. The intensity of the red laser diode 22 and the UV laser diode 21 are selected so that the mixed light in the common beam path 3 the conditions of the laser protection class 2 Fulfills. When determining the laser protection class of the light in the common beam path 3 It can be assumed that the eye has a very short exposure time, since the eye blinking reflex limits the exposure of the sensitive retina. When looking into the light of the common beam path 3 the red eye is triggered by the red-eye reflection, and the retina is protected by closing the eyelid within milliseconds of exposure.

Um vor dem Einschalten der UV-Laserdiode 21 sicherzustellen, dass der Strahlengang 3 frei ist und sich insbesondere kein Körperteil wie z. B. der Kopf des Benutzers in dem Strahlgang 3 befindet, wird zunächst nur die rote Laserdiode 22 eingeschaltet und lediglich mit dem sichtbaren roten Licht von der roten Laserdiode 22 eine Oberflächenkonturmessung vorgenommen. Erst nachdem die Steuerung 9 eine bestimmte Oberflächenkontur erkannt hat, gibt die Steuerung 9 das Einschalten der UV-Laserdiode 21 frei. Die Oberflächenkontur einer Oberfläche wird dabei von der Steuerung 9 nur dann erkannt, wenn sich die Oberfläche im maximalen Messbereich 5 in z-Richtung befindet. Befindet sich z. B. der Kopf eines Benutzers im Strahlengang 3, so wird die Lichtlinie auf dem Kopf des Benutzers außerhalb des maximalen Messbereichs 5 in z-Richtung sein und daher von der Steuerung 9 kein Höhenprofil erkannt werden.To before turning on the UV laser diode 21 make sure the beam path 3 is free and in particular no body part such. B. the head of the user in the beam path 3 is located, initially only the red laser diode 22 switched on and only with the visible red light from the red laser diode 22 made a surface contour measurement. Only after the controller 9 has detected a certain surface contour, gives the controller 9 turning on the UV laser diode 21 free. The surface contour of a surface is determined by the controller 9 only recognized if the surface is in the maximum measuring range 5 located in z-direction. Is z. B. the head of a user in the beam path 3 , so the line of light on the user's head is outside the maximum measuring range 5 be in the z-direction and therefore from the controller 9 no elevation profile can be detected.

Weiter erhöht wird die Betriebssicherheit des zweidimensionalen Lichtschnittsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das Gehäuse 20, welches den Strahlengang des Lichts von der UV-Laserdiode 21 bis zur Austrittsöffnung 27 für den Benutzer unzugänglich abdeckt, sodass sichergestellt ist, dass ein Benutzer dem Licht von der UV-Laserdiode 21 nur in dem gemeinsamen Strahlengang 3 ausgesetzt sein kann.Further, the reliability of the two-dimensional light section sensor according to the present embodiment is increased by the housing 20 , which detects the beam path of the light from the UV laser diode 21 to the outlet 27 covering the user inaccessible to ensure that a user is exposed to the light from the UV laser diode 21 only in the common beam path 3 can be exposed.

Der erfindungsgemäße zweidimensionale Lichtschnittsensor 1 kann verwendet werden zur Vermessung von Oberflächen, die für sichtbares Licht durchlässig aber für das dabei verwendete UV-Licht nicht durchlässig sind. Der zweidimensionale Lichtschnittsensor 1 kann z. B. verwendet werden zur Vermessung einer Oberflächenkontur einer Scheinwerferscheibe aus Kunststoff. Um ein Vergilben dieser klar durchsichtigen Scheinwerferscheibe aus Kunststoff zu verhindern wird die Oberfläche der Scheinwerferscheibe vor der Vermessung mit dem zweidimensionalen Lichtschnittsensor mit einer für UV-Licht undurchlässigen Beschichtung versehen.The two-dimensional light section sensor according to the invention 1 can be used to measure surfaces that are transparent to visible light but impermeable to UV light. The two-dimensional light section sensor 1 can z. B. used to measure a surface contour of a headlight lens made of plastic. In order to prevent yellowing of this clear plastic headlamp lens, the surface of the headlamp lens is provided with a two-dimensional light-section sensor before the measurement with a UV-opaque coating.

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)

Zweidimensionaler Lichtschnittsensor zur Messung der Oberflächenkontur eines Objekts mit: einer UV-Laserlichtquelle (21), wobei das Licht von der UV-Laserlichtquelle (21) eine Wellenlänge unterhalb von 400 nm aufweist; einer Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht, wobei das Licht von der Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht eine Wellenlänge in einem Bereich von 400 nm bis 790 nm aufweist; einer ersten 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; einer zweiten 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, 4a, 4b, 4c) auf eine Oberfläche des Objekts; einem zweidimensionalen Lichtsensor (8); und einer dritten Optik (7) zur Abbildung der Lichtlinie (4, 4a, 4b, 4c) auf dem Objekt auf den zweidimensionalen Lichtsensor (8).Two-dimensional light section sensor for measuring the surface contour of an object, comprising: a UV laser light source ( 21 ), the light from the UV laser light source ( 21 ) has a wavelength below 400 nm; a laser light source ( 22 ) for visible light, the light from the laser light source ( 22 ) for visible light has a wavelength in a range from 400 nm to 790 nm; a first optic ( 25 ), which the beam path ( 3a ) of the light from the UV laser light source ( 21 ) and the beam path ( 3b ) of the light from the laser light source ( 22 ) for visible light to a common beam path ( 3 ) merges; a second optic ( 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 . 4a . 4b . 4c on a surface of the object; a two-dimensional light sensor ( 8th ); and a third optic ( 7 ) for imaging the light line ( 4 . 4a . 4b . 4c ) on the object on the two-dimensional light sensor ( 8th ). Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach Anspruch 1, wobei für das Licht in dem gemeinsamen Strahlengang (3) die Bedingungen für die Laserklasse 2M erfüllt sind.Two-dimensional light section sensor according to claim 1, wherein for the light in the common beam path ( 3 ) the conditions for the laser class 2M are met. Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Steuerung (9), welche die Abgabe des Lichts von der UV-Laserlichtquelle (21) erst dann freigibt, wenn mit dem Licht von der Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht eine Oberflächenkontur erkannt wurde.Two-dimensional light section sensor according to claim 1 or 2 with a controller ( 9 ), which control the emission of light from the UV laser light source ( 21 ) releases only when with the light from the laser light source ( 22 ) a surface contour was detected for visible light. Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Optik (25) einen dichroitischen Filter/Spiegel aufweist, der durchlässig ist für das Licht von der Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht und spiegelnd ist für das Licht von der UV-Laserlichtquelle (21).Two-dimensional light section sensor according to one of claims 1 to 3, wherein the first optics ( 25 ) has a dichroic filter / mirror that is transparent to the light from the laser light source ( 22 ) for visible light and is reflective for the light from the UV laser light source ( 21 ). Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Optik (25) einen dichroitischen Filter/Spiegel aufweist, der durchlässig ist für das für Licht von der UV-Laserlichtquelle (21) und spiegelnd ist für das Licht von der Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht.Two-dimensional light section sensor according to one of claims 1 to 3, wherein the first optics ( 25 ) has a dichroic filter / mirror that is transparent to that for light from the UV laser light source ( 21 ) and is reflective of the light from the laser light source ( 22 ) for visible light. Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die UV-Laserlichtquelle (21) eine UV-Laserdiode ist.Two-dimensional light section sensor according to one of claims 1 to 5, wherein the UV laser light source ( 21 ) is a UV laser diode. Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht eine Laserdiode ist.Two-dimensional light section sensor according to one of claims 1 to 6, wherein the laser light source ( 22 ) is a laser diode for visible light. Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Wellenlänge des Lichts von der Laserlichtquelle (22) für sichtbares Licht in einem Bereich von 500 nm bis 790 nm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 550 nm bis 650 nm liegt.Two-dimensional light section sensor according to one of claims 1 to 7, wherein the wavelength of the light from the laser light source ( 22 ) for visible light in a range of 500 nm to 790 nm, and more preferably in a range of 550 nm to 650 nm. Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wellenlänge des Lichts von der UV-Laserlichtquelle (21) größer als 200 nm, und besonders bevorzugt mehr als 300 nm ist.Two-dimensional light section sensor according to one of claims 1 to 8, wherein the wavelength of the light from the UV laser light source ( 21 ) is greater than 200 nm, and more preferably more than 300 nm. Zweidimensionaler Lichtschnittsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Gehäuse (20) welches den Strahlengang (3a) des Lichts von der UV-Laserlichtquelle (21) bis zum Austritt aus der ersten Optik (25) für einen Benutzer unzugänglich abdeckt, sodass der Benutzer im Betrieb des zweidimensionalen Lichtschnittsensors dem Licht von der UV-Laserlichtquelle (21) nur in dem gemeinsamen Strahlengang (3) ausgesetzt sein kann.Two-dimensional light-section sensor according to one of Claims 1 to 9, having a housing ( 20 ) which the beam path ( 3a ) of the light from the UV laser light source ( 21 ) until the exit from the first optic ( 25 ) is inaccessible to a user such that, during operation of the two-dimensional light slit sensor, the user is exposed to the light from the UV laser light source (FIG. 21 ) only in the common beam path ( 3 ) may be exposed.
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