DE102014207604A1

DE102014207604A1 - Schutzvorrichtung für einen Oberflächenspiegel eines optischen Messsystems

Info

Publication number: DE102014207604A1
Application number: DE102014207604.8A
Authority: DE
Inventors: Marc Luther; Arne Zender; Dimitrios Bariamis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Beissbarth GmbH
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-10-29
Also published as: WO2015161946A1; EP3134706A1

Abstract

Es wird eine Schutzvorrichtung für eine Reflexionsfläche (41) eines Oberflächenspiegels (40) vorgeschlagen. Der Oberflächenspiegel (40) ist zwischen einer Lichtquelle (21) und einem Messobjekt (10) angeordnet und dient zur Umlenkung eines Lichtstrahles (30). Beabstandet von der Reflexionsfläche (41) des Oberflächenspiegels (40) ist im Lichtstrahl (30) eine transparente Schutzscheibe (50) angeordnet, derart, dass eine an der Schutzscheibe (50) entstehende reflektierte Strahlung (60) in einen Bereich außerhalb des Messobjektes (10) gelenkt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Oberflächenspiegel eines optischen Messsystems und deren Verwendung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Im Stand der Technik werden dreidimensionale Oberflächen beispielsweise mit Hilfe von Triangulationsverfahren vermessen. Aus DE 102012202271 A1 ist beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Profiltiefe von Fahrzeugreifen bekannt, welche die Methode der Lasertriangulation nutzen. Dabei wird die Oberfläche des Fahrzeugreifens mit einem Laserstrahl beleuchtet und der von der Oberfläche reflektierte Lichtstrahl von einem bildgebenden Lichtempfänger bzw. von einer Kamera erfasst. Anhand der Verschiebung des reflektierten Lichtstrahls, die von der Lage des jeweiligen Reflexionspunktes an der Oberflächenstruktur abhängig ist, wird die Profiltiefe mittels des Triangulationsverfahrens ermittelt. Dabei ist die Messanordnung, die eine Lichtquelle und eine Kamera aufweist, in den Boden eingelassen, so dass der auszumessende Reifen des Fahrzeugs über eine Messfläche abrollen kann. Diese Messvorrichtungen weisen infolgedessen einen geringen Bauraum auf. In solch kleinen Bauräumen ist es erforderlich, den Lichtstrahl des Laserlichts mittels Oberflächenspiegel umzulenken. Der Einsatz von Oberflächenspiegeln ist bei diesen Messsystemen notwendig, damit bei der Reflektion des Lichtstrahls keine Doppelreflektion entsteht, die die Abbildung des Messobjektes und damit die Ermittlung der Profiltiefe verfälschen würde.
Oberflächenspiegel sind kratzempfindlich, so dass in einer Umgebung, in welcher eine Verschmutzung auftritt, die Oberfläche der Oberflächenspiegel durch Schmutzpartikel zerkratzt wird. Außerdem kann die Oberfläche auch bei einer Reinigung des Oberflächenspiegels zusätzlich verkratzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Oberflächenspiegel vor Verschmutzung zu schützen und ein Verkratzen der Oberfläche des Oberflächenspiegels weitgehend zu verhindern.
Offenbarung der Erfindung
Die Schutzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein Schutz der Reflexionsfläche des Oberflächenspiegels erzeugt und dadurch die Reflexionsfläche des Oberflächenspiegels vor dem Verkratzen geschützt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich.
Um die entstehende reflektierte Strahlung zusätzlich aus dem Sichtbereich des bildgebenden Lichtempfängers zu lenken, ist vorgesehen, die Schutzscheibe derart im Lichtstrahl anzuordnen, dass die an der besagten Schutzscheibe entstehende reflektierte Strahlung zusätzlich in einen Bereich außerhalb des bildgebenden Lichtempfängers gerichtet wird.
Eine weitere zusätzliche Schutzscheibe für den bildgebenden Lichtempfänger kann zusätzlich derart im Lichtstrahl angeordnet sein, dass die an der weiteren Schutzscheibe entstehende reflektierte Strahlung in einen Bereich außerhalb des Messobjektes und in einen Bereich außerhalb des bildgebenden Lichtempfängers gelenkt wird.
Eine Ausrichtung der an der Schutzscheibe entstehenden reflektierten Strahlung außerhalb der genannten Bereiche wird erreicht, indem die Schutzscheibe in einem entsprechenden Winkel zu dem einfallenden Lichtstrahl und zur Reflexionsfläche des Oberflächenspiegels angeordnet wird. Durch die Wahl des entsprechenden Winkels wird sichergestellt, dass die an der Schutzscheibe entstehende reflektierte Strahlung, die eine an einer vorderseitigen Oberfläche der Schutzscheibe entstehende Reflexion eines einfallenden Strahls als eine erste reflektierte Teilstrahlung und eine an einer rückseitigen Oberfläche der Schutzscheibe entstehende Reflexion eines reflektierten ausfallenden Strahls als eine zweite reflektierte Teilstrahlung umfasst, in den Bereich außerhalb des Messobjektes und gegebenenfalls in den Bereich außerhalb des bildgebenden Lichtempfängers gelenkt wird.
Die transparente Schutzscheibe kann eine Glasscheibe oder eine für den genutzten Wellenlängenbereich durchlässige Kunststoffscheibe sein. Die Glasscheibe oder die Kunststoffscheibe weist vorteilhafterweise eine vergütete Oberfläche auf, beispielsweise zur Minimierung der entstehenden reflektierten Strahlung eine Antireflexionsbeschichtung.
Als Lichtquelle wird zweckmäßigerweise ein Laser verwendet. Die Schutzvorrichtung findet vorteilhaft Anwendung in einer Messanordnung zur optischen Prüfung von Fahrzeugreifen, insbesondere zur berührungslosen optischen Bestimmung der Profiltiefe von Fahrzeugreifen.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Messplatzes zur optischen Prüfung eines Fahrzeugreifens.
Der in 1 gezeigte Messplatz zur Prüfung von Fahrzeugreifen 10 dient beispielsweise zur Messung der Profiltiefe des Fahrzeugreifens 10. Der Fahrzeugreifen 10 rollt auf einer Fahrbahnoberfläche 11, in welche eine Messanordnung 20 eingelassen ist. In der Fahrbahnoberfläche 11 ist weiterhin eine Öffnung 12 zu der in den Boden eingelassenen Messanordnung 20 vorgesehen. Der Fahrzeugreifen 10 stellt das Messobjekt dar. Die Messanordnung 20 weist eine Lichtquelle, beispielsweise einen Laser 21 und einen bildgebenden Lichtempfänger, beispielsweise eine Kamera 22 auf. Als Laser 21 kommt nicht nur ein Punkt- oder Linienlaser in Betracht, sondern jede andere Ausprägung des Laserstrahls, der zum Beispiel mit diffraktiven optischen Elementen erzeugt wird. Die Verwendung eines Lasers ist jedoch nicht zwingend. Es sind ebenso andere Lichtquellen möglich.
Ein vom Laser 21 ausgesendeter Lichtstrahl 30 wird auf den Fahrzeugreifen 10 geführt. Eine vom Fahrzeugreifen 10 diffus reflektierte Strahlung wird von der Kamera 22 erfasst. Das von der Kamera 22 aufgenommene Bild vom Fahrzeugreifen 10 wird von einer nicht dargestellten Auswerteeinheit ausgewertet und mittels einer Lasertriangulation die Profiltiefe des Fahrzeugreifens 10 ermittelt.
Zur Umlenkung des Lichtstrahls 30 ist ein Oberflächenspiegel 40 angeordnet, auf dessen Reflexionsfläche 41 der Lichtstrahl 30 mit einem einfallenden Strahl 32 trifft. Der einfallende Strahl 32 wird an der Reflexionsfläche 41 gespiegelt und fällt als reflektierter ausfallender Strahl 33 auf den Fahrzeugreifen 10. An der Oberfläche des Fahrzeugreifens 10 wird der ausfallende Strahl 33 reflektiert und als diffus reflektierte Strahlung in Form eines bildgebenden Lichtstrahls 34 von der Kamera 22 aufgenommen.
Im Verlauf des Lichtstrahls 30 ist zwischen dem Laser 21 und dem Fahrzeugreifen 10 einerseits und dem Oberflächenspiegel 40 andererseits beabstandet von der Reflexionsfläche 41 des Oberflächenspiegels 40 eine transparente Schutzscheibe 50 mit einer vorderseitigen Oberfläche 51 und einer rückseitigen Oberfläche 52 angeordnet. Die Schutzscheibe 50 erstreckt sich flächenhaft zumindest über der Reflexionsfläche 41, so dass die Reflexionsfläche 41 des Oberflächenspiegels 40 zumindest zum Laser 21 und zum Fahrzeugreifen 10, insbesondere zur Öffnung 12 hin abgedeckt wird. Dadurch wird die Reflexionsfläche 41 des Oberflächenspiegels 50 vor einer Verschmutzung geschützt.
Die Anordnung der Schutzscheibe 50 im Lichtstrahl 30 erfolgt derart, dass eine an der Schutzscheibe 50 entstehende reflektierte Strahlung 60 in einen Bereich außerhalb des Fahrzeugreifens 10 gelenkt ist, so dass die an der Schutzscheibe 50 entstehende Reflexion nicht das Messergebnis beeinflusst. Die reflektierte Strahlung 60 umfasst dabei mindestens eine an der vorderseitigen Oberfläche 51 der Schutzscheibe 50 entstehende Reflexion des einfallenden Strahls 32 als erste reflektierte Teilstrahlung 61 und eine an der rückseitigen Oberfläche 52 der Schutzscheibe 50 entstehende weitere Reflexion des reflektierten ausfallenden Strahls 33 als zweite reflektierte Teilstrahlung 62. Beide reflektierte Teilstrahlungen 61 und 62 sind dabei in einen Bereich außerhalb des Fahrzeugreifens 10 gerichtet.
Zusätzlich kann die Schutzscheibe 50 derart im Lichtstrahl 30 angeordnet sein, dass die an der Schutzscheibe 60 entstehende reflektierte Strahlung 60 mit der reflektierten Teilstrahlung 61 und 62 in einen Bereich außerhalb des Fahrzeugreifens 10 und in einen Bereich außerhalb der Kamera 22 gelenkt wird.
Weiterhin ist denkbar, eine nicht dargestellte weitere Schutzscheibe zum Schutz der Kamera 22 im Lichtstrahl 30 anzuordnen, derart, dass die an der weiteren Schutzscheibe entstehende reflektierte Strahlung in einen Bereich außerhalb des Fahrzeugreifens 10 und in einen Bereich außerhalb der Kamera 22 gelenkt wird.
Die Ausrichtung der an der Schutzscheibe 50 entstehenden reflektierten Strahlung 60 außerhalb der genannten Bereiche wird erreicht, indem die Schutzscheibe 50 in einem entsprechenden Winkel zum einfallenden Strahl 32 und zur Reflexionsfläche 41 des Oberflächenspiegels 40 angeordnet wird. Dadurch wird gewährleistet, dass sowohl die an der vorderseitigen Oberfläche 51 der Schutzscheibe 50 entstehende erste reflektierte Teilstrahlung 61 und die an der rückseitigen Oberfläche 52 der Schutzscheibe 50 entstehende zweite reflektierte Teilstrahlung 62 in einen Bereich außerhalb des Fahrzeugreifens 10 und gegebenenfalls in einen Bereich außerhalb der Kamera 22 gelenkt wird. Zusätzlich können im System Lichtfallen derart angeordnet werden, dass die an der Schutzscheibe 50 entstehenden reflektierenden Strahlungen 60 in diesen eliminiert werden.
Als transparente Schutzscheibe 50 eignet sich beispielsweise eine Glasscheibe oder eine für den genutzten Wellenlängenbereich durchlässige Kunststoffscheibe. Es können aber auch andere Materialien für die Schutzscheibe 50 in Betracht kommen, welche den Lichtstrahl 30 nicht zu stark dämpfen. Zweckmäßigerweise weist die Schutzscheibe 50 eine vergütete Oberfläche auf. Zur Minimierung der entstehenden reflektierten Strahlung 60 weist die Glasscheibe oder die Kunststoffscheibe beispielsweise eine Antireflexionsbeschichtung auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012202271 A1 [0002]

Claims

Schutzvorrichtung für eine Reflexionsfläche (41) eines Oberflächenspiegels (40), welcher zwischen einer Lichtquelle (21) und einem Messobjekt (10) zur Umlenkung eines Lichtstrahls (30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet von der Reflexionsfläche (41) des Oberflächenspiegels (40) eine transparente Schutzscheibe (50) im Lichtstrahl (30) angeordnet ist, derart, dass eine an der Schutzscheibe (50) entstehende reflektierte Strahlung (60) in einen Bereich außerhalb des Messobjektes (10) gelenkt ist.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzscheibe (50) derart im Lichtstrahl (30) angeordnet ist, dass die an der Schutzscheibe (50) entstehende reflektierte Strahlung (60) zusätzlich in einen Bereich außerhalb des bildgebenden Lichtempfängers (22) gelenkt ist.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Schutzscheibe (50) derart im Lichtstrahl (30) angeordnet ist, dass die an der weiteren Schutzscheibe entstehende reflektierte Strahlung in einen Bereich außerhalb des Messobjektes (10) und in einen Bereich außerhalb des bildgebenden Lichtempfängers (22) gelenkt ist.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzscheibe (50) in einem Winkel zum einfallenden Lichtstrahl (33) und zur Reflexionsfläche (41) des Oberflächenspiegels (40) angeordnet ist, derart, dass die an der Schutzscheibe (50) entstehende reflektierte Strahlung (60) in einen Bereich außerhalb des Messobjektes (10) und gegebenenfalls in einen Bereich außerhalb des bildgebenden Lichtempfängers (22) gelenkt ist.
Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Schutzscheibe (50) entstehende reflektierte Strahlung (60) eine an einer vorderseitigen Oberfläche (51) der Schutzscheibe (50) entstehende Reflexion als eine erste reflektierte Teilstrahlung (61) und eine an einer rückseitigen Oberfläche (52) der Schutzscheibe (50) entstehende weitere Reflexion als eine zweite reflektierte Teilstrahlung (62) umfasst.
Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Schutzscheibe (50) eine Glasscheibe oder eine für den genutzten Wellenlängenbereich durchlässige Kunststoffscheibe ist.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe oder die Kunststoffscheibe eine vergütete Oberfläche aufweist.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vergütete Oberfläche eine Antireflexionsbeschichtung der Glasscheibe oder der Kunststoffscheibe ist.
Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (22) ein Laser ist.
Verwendung der Schutzvorrichtung in einer Messanordnung zur optischen Prüfung von Fahrzeugreifen, insbesondere zur optischen Bestimmung der Profiltiefe von Fahrzeugreifen.