DE102018211913B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Objektoberfläche mittels elektromagnetischer Strahlung - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (10) zum Erfassen einer Objektoberfläche (16), mit:einer Strahlungserzeugungseinrichtung (17) mit wenigstens einer Strahlquelle (12), wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, erste elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und zweite elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge auf wenigstens einen zu vermessenden Messpunkt (32) einer Objektoberfläche (16) oder auf einen zu vermessenden Bereich einer Objektoberfläche (16), der zumindest einen zu vermessenden Messpunkt (32) aufweist, einzustrahlen, wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, in einem Wellenlängenbereich zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge keine oder keine für eine Oberflächenerfassung genutzte Strahlung auf den zu vermessenden Messpunkt (32) oder auf den Bereich der Objektoberfläche (16) einzustrahlen, sodass die erste und die zweite Wellenlänge unterschiedlich voneinander sind; undeiner Erfassungseinrichtung (31), die dazu eingerichtet ist, für den zu vermessenden Messpunkt (32) oder für die zu vermessenden Messpunkte (32) jeweils wenigstens einen ersten Messwert und wenigstens einen zweiten Messwert zu erfassen, wobei der erste Messwert auf von der Objektoberfläche (16) reflektierter Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der zweite Messwert auf von der Objektoberfläche (16) reflektierter Strahlung mit der zweiten Wellenlänge basiert, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Messwert jeweils Abstandswerte zur Objektoberfläche (16) sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Objektoberfläche mittels elektromagnetischer Strahlung. Insbesondere betrifft die Erfindung das Erfassen einer Objektoberfläche zum Bestimmen von Abstandsinformation, beispielsweise mittels zumindest eines Laserscanners, vorzugsweise eines Laserlinienscanners, der elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen aussendet.
  • Es ist bekannt, Objektoberflächen zum Beispiel von industriell hergestellten Werkstücken mittels optischer Sensoren (d.h. berührungslos) zu erfassen. Hierdurch können Daten gewonnen werden, um die Objektoberfläche zu vermessen und/oder abzubilden. Das Vermessen umfasst typischerweise ein Vermessen der Objektoberfläche in deren Tiefendimension (zum Beispiel einer sogenannten Z-Dimension) und/oder allgemein das Bestimmen von dreidimensionalen Eigenschaften der Objektoberfläche. Insbesondere können durch das Vermessen Informationen zu einem Abstand zwischen dem Objekt und dem optischen Sensor ermittelt werden und die gewonnenen Messwerte können in Form sogenannter 3D-Punktwolken zusammengefasst werden. Im Ergebnis können somit die dreidimensionalen Eigenschaften eine Objektoberfläche bestimmt werden, zum Beispiel deren Form. Insbesondere können die Messwerte verwendet werden, um Abmessungen und geometrische Größen (wie Durchmesser oder Breite) zu bestimmen, die Ergebnisse mit Vorgaben zu vergleichen und zu bewerten, Eigenschaften des Objektes zu berechnen (zum Beispiel Qualitätsparameter) und/oder um eine dreidimensionale grafische Darstellung des Objekts zu erzeugen.
  • Zum Vermessen der Objektoberfläche kommen optische Sensoren zum Einsatz. Eine Art von optischen Sensoren sind Lasersensoren, die Laserstrahlung aussenden und auf die Objektoberfläche richten, sowie einen von der Objektoberfläche reflektierten Strahlungsanteil erfassen. Die ausgesendete Strahlung wird dabei typischerweise relativ zu und entlang der Objektoberfläche bewegt, um diese berührungslos abzutasten. Vorrichtungen mit einem solchen Lasersensor werden auch als Laserscanner bezeichnet. Die Relativbewegung zwischen Strahlung und Objekt kann durch ein Bewegen des Lasersensors erzielt werden, was automatisch, maschinell gestützt und/oder durch manuelles Bewegen eines Lasersensor-Handgeräts realisiert werden kann. Zusätzlich oder alternativ können bewegliche Optiken vorgesehen sein, die zum Beispiel mittels beweglicher Spiegel die Strahlung entlang der Objektoberfläche führen.
  • Lasersensoren bzw. Laserscanner senden elektromagnetische Strahlung in Form von Laserstrahlung mit typischerweise lediglich einer einzigen definierten Wellenlänge oder einem einzigen definierten Wellenlängenbereich aus. Auf der Objektoberfläche bildet die auftreffende Strahlung einen Messbereich, der zum Beispiel punkt- oder linienförmig sein kann. Der Messbereich enthält in der Regel mehrere Messpunkte, die auf der Objektoberfläche liegen und für die jeweils ein Messwert ermittelt werden soll. Von der Objektoberfläche (bzw. von den Messpunkten) wird die auftreffende Laserstrahlung reflektiert und von einer geeigneten Erfassungseinrichtung des Sensors erfasst (z. B. umfassend eine Kamera).
  • In an sich bekannter Weise kann daraufhin als Abstandsinformation ein Abstand (oder auch Z-Wert) zwischen der Erfassungseinrichtung und der Objektoberfläche bestimmt werden. Dies kann unter Anwenden von Triangulationsprinzipien erfolgen. In Kenntnis von z. B. einer Position des Laserscanners, einer aktuellen Stellung einer etwaigen beweglichen Optik hiervon und/oder einer Position eines aktuell vermessenen Messpunkts auf der Objektoberfläche (zum Beispiel in der horizontalen bzw. X-Y-Raumebene) können ferner die vollständigen 3D-Koordinaten des vermessenen Punktes auf der Objektoberfläche ermittelt werden. Die für eine Objektoberfläche auf diese Weise insgesamt ermittelten Informationen können zu einem 3D-Datensatz oder einer bereits erwähnten 3D-Punktewolke zusammengefasst werden. Übergeordnet können z.B. basierend auf den Abstandsinformationen auch Tiefeninformationen der Objektoberfläche ermittelt werden, zum Beispiel in einem Objektkoordinatensystem. Von Tiefeninformation kann insbesondere dann gesprochen werden, wenn sich die Objektoberfläche wie üblich quer zur Ausbreitungsrichtung der Strahlung erstreckt, die auf die Objektoberfläche auftrifft und von der Objektoberfläche reflektiert wird.
  • Ein Beispiel für das Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung mittels Laserscanning findet sich in der DE 10 2015 214 857 A1 . Auch in diesem Fall entsteht eine diskrete Menge von Messwerten für Abtastpunkte (bzw. Messpunkte), die als Punktwolke bezeichnet wird. Die Koordinaten der gemessenen Punkte werden aus den Winkeln und der Entfernung in Bezug zu einem Ursprung ermittelt, wobei als Ursprung der Standort des Laserscanners betrachtet werden kann.
  • Mit den derzeit am Markt verfügbaren Lösungen ist jedoch nicht immer eine ausreichende Genauigkeit der Messergebnisse erzielbar. Dies liegt insbesondere daran, dass die zu vermessenden Objektoberflächen hinsichtlich ihrer vermessungsrelevanten Eigenschaften stark variieren können. Solche Eigenschaften betreffen zum Beispiel einen Reflexionsgrad für die auftreffende Strahlung, insbesondere wenn die Objektoberfläche verschiedene Materialien umfasst (bspw. eine Chromzierblende auf einem Kunststoffuntergrund). Weitere relevante Eigenschaften sind die Form und die Farbe der Objektoberfläche sowie das Vorhandensein unterschiedlich heller und/oder dunkler Bereich. Es hat sich gezeigt, dass sich mit den bisher verfügbaren Lösungen die mögliche Vielfalt an zu vermessenden Objektoberflächen nicht mit einer ausreichenden Genauigkeit erfassen lässt.
  • US 2005/0088529 A1 offenbart eine optische Oberflächenerfassung durch Einstrahlen einer Mehrzahl von strukturierten Lichtmustern, die regenbogenartigen Frequenzspektren entsprechen. Die US 2015/0103358 A1 offenbart eine optische Oberflächenerfassung, bei der mehrere sich überlappende Lichtmuster ausgestrahlt und Reflexionen hiervon erfasst werden. Die US 2012/0229606 A1 offenbart das Einstrahlen von zweidimensionalen Bildern mit wenigstens einem Wellenlängenband und variierenden Intensitäten zur Oberflächenerfassung. Die DE 10 2005 014 525 A1 offenbart zur Objektoberflächenerfassung das Einstrahlen einer Kombination von mindestens zwei Wellenlängen im nahen Infrarotbereich, um eine Störsicherheit gegenüber Umgebungslicht zu erzielen. Die US 6 094 270 A offenbart eine Oberflächenerfassung unter Verwendung eines Schwenkspiegels und Zuordnen von erfassten Reflexionssignalen zu einem aktuellen Winkel des Schwenkspiegels. Schließlich offenbart die EP 0 076 866 B1 ein interpolierendes Lichtschnitt-Verfahren unter Verwendung von Streifenlichtmustern.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Qualität der Messergebnisse bei einem dreidimensionalen Vermessen von Objektoberflächen zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ferner versteht es sich, dass die in der einleitenden Beschreibung erwähnten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination auch bei der vorliegend offenbarten Lösung vorgesehen sein können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.
  • Allgemein sieht die Erfindung vor, zum Vermessen einer Objektoberfläche elektromagnetische Strahlung mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen auszusenden und separate Messwerte basierend auf den unterschiedlichen reflektierten Strahlungen bzw. Strahlungsanteilen mit jeder dieser Wellenlängen zu erzeugen. Jede der reflektierten Strahlungen bei einer der unterschiedlichen Wellenlängen trägt zumindest zu einem der Messwerte bei. Dies schließt nicht aus, dass zu zumindest einem der Messwerte nicht nur die Strahlung bei einer der unterschiedlichen Wellenlängen beiträgt. Vielmehr kann zumindest einer der Messwerte den von einer Erfassungseinrichtung erfassten reflektierten Strahlungen innerhalb eines Wellenlängenbereichs entsprechen. Andererseits kann es so sein, dass zumindest einer der Messwerte lediglich durch Strahlung einer einzigen Wellenlänge bestimmt wird, die von einer Strahlungserzeugungseinrichtung ausgesendet und von der Objektoberfläche reflektiert wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Strahlung dieser Wellenlänge von einem Laser erzeugt wird. Dabei kann Streustrahlung und Strahlung aus der Umgebung den Messwert in unerwünschter Weise zusätzlich beeinflussen. Wenn im Folgenden daher von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge die Rede ist, dann enthält dies die Möglichkeit, dass die elektromagnetische Strahlung insbesondere in den Grenzen der Möglichkeiten der Erzeugung monochromatische Strahlung (z. B. mittels Laserdioden) lediglich eine einzige Wellenlänge aufweist oder dass die elektromagnetische Strahlung eine Strahlungsverteilung innerhalb eines Wellenlängenbereichs aufweist. In jedem Fall werden aber zumindest zwei elektromagnetische Strahlungen erzeugt und auf die Objektoberfläche eingestrahlt und für die reflektierten Strahlung jeder der (eingestrahlten) Strahlungen zumindest ein Messwert erzeugt.
  • Die Nutzung unterschiedlicher Wellenlängen und die Bestimmung zugeordneter separater Messwerte hat den Vorteil, dass dann, falls es bei der rückreflektierten Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge zu Störungen oder Ungenauigkeiten kommt, zusätzlich oder alternativ ein Messwert herangezogen werden kann, der basierend auf der rückreflektierten Strahlung mit einer anderen Wellenlänge erzeugt wurde.
  • Im Detail schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen einer Objektoberfläche vor. Die Vorrichtung umfasst eine Strahlungserzeugungseinrichtung mit wenigstens einer Strahlquelle, wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung dazu eingerichtet ist, eine erste elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und eine zweite elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge mindestens auf einen (vorzugsweise mehrere) zu vermessenden Messpunkt einer Objektoberfläche oder auf einen zu vermessenden Bereich einer Objektoberfläche, der zumindest einen zu vermessenden Messpunkt aufweist, einzustrahlen, wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem Wellenlängenbereich zwischen der ersten und zweiten Wellenlängen keine Strahlung oder keine für eine Oberflächenerfassung genutzte Strahlung auf den zu vermessenden Messpunkt oder auf den Bereich der Objektoberfläche einzustrahlen, sodass die erste und die zweite Wellenlänge unterschiedlich voneinander sind; und einer Erfassungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, für den Messpunkt oder jeden der Messpunkte wenigstens einen ersten Messwert und wenigstens einen zweiten Messwert zu erfassen (d.h. auch eine Mehrzahl von ersten und/oder zweiten Messwerten ist erfassbar), wobei der erste Messwert auf von der Objektoberfläche reflektierte Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der zweite Messwert auf von der Objektoberfläche reflektierte Strahlung mit der zweiten Wellenlänge basiert.
  • Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass je Messpunkt mindestens zwei Messwerte zur Verfügung stehen. Von diesen kann dann einer der Messwerte zum Beispiel ausgewählt oder es kann ein Gesamtmesswert basierend auf den insgesamt vorliegenden Messwerten berechnet werden kann. Insbesondere kann der ausgewählte Messwert derjenige der erfassten Messwerte sein, der zu einem genaueren oder genausten Ergebnis aller für den Messpunkt erfassten Messwerte führt und/oder mit dem eine geringere oder die geringste Messunsicherheit aller für den Messpunkt erfassten Messwerte verbunden ist.
  • Beispielsweise ist das Auftreten von Strahlungs- Interferenzen z.B. in Form von Speckleerscheinungen abhängig von der gewählten Wellenlänge der ausgesendeten Strahlung. Bei Speckleerscheinungen treten im bestrahlten Bereich der Objektoberfläche Flecken (engl.: speckle) mit unterschiedlicher Strahlungsintensität auf. Sie können darauf zurückzuführen sein, dass es bei einer ausgesendeten Strahlung aufgrund von Wechselwirkung mit einer Optik der Strahlungserzeugungseinrichtung zu Interferenzen kommt. Beispielsweise können Oberflächen von optischen Elementen aufgrund einer fertigungstechnisch nicht vermeidbaren Rauheit die erzeugte Strahlung streuen und somit bereits innerhalb der Strahlungserzeugungseinrichtung Interferenzen verursachen. Die Streuung kann insbesondere von der Wellenlänge abhängen. Die Intensität (bzw. die Strahlflussdichte) der Strahlung, welche schlussendlich die Erfassungseinrichtung des Sensors erreicht, kann deshalb schwanken, obwohl ursprünglich eine Strahlung mit konstanter Intensität erzeugt wurde. Anders ausgedrückt kann Strahlung, die mit einer bestimmten Intensität ausgesendet wurde, bereits innerhalb der Optik aufgrund der geschilderten Interferenzen abgeschwächt und/oder verstärkt werden, wobei diese Abschwächung und/oder Verstärkung zeitlich und räumlich sowie über den gesamten bestrahlten Objektbereich variieren kann. Aus Sicht der Erfassungseinrichtung wird daher trotz gleichbleibendem Messaufbau und konstanter Strahlungserzeugung nur ein unstetes Signal empfangen, was sich in den erfassten Bildern z.B. als örtlich und zeitlich variierende Intensitätsschwankung äußern kann. Derartige Intensitätsschwankungen können die Genauigkeit der Messergebnisse negativ beeinflussen.
  • Durch das erfindungsgemäße Einstrahlen von Strahlung mit mindestens zwei Wellenlängen wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die rückreflektierte Strahlung mindestens einer der Wellenlängen und daher mindestens einer der daraus erzeugten Messwerte in einem gegenüber dem weiteren Messwert geringeren Ausmaß durch Speckle oder andere wellenlängenabhängige Fehler verfälscht ist. Bei einer Weiterbildung kann der Einfluss solcher wellenlängenabhängiger Fehlerursachen durch Bilden eines Mittelwerts aus den von der Erfassungseinrichtung für den oder für jeden der Messpunkt(e) erfassten Messwerte reduziert werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Nutzung von Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen besteht dann, wenn ein Reflexionsgrad der auf der Objektoberfläche auftreffenden Strahlung wie häufig der Fall wellenlängenabhängig ist. Die von der Erfassungseinrichtung erfassten reflektierten Strahlungen können demnach unterschiedliche (d. h. wellenlängenspezifische) Intensitäten aufweisen, selbst wenn die auf den jeweiligen Oberflächenbereich einfallende Strahlung bei der ersten und zweiten Wellenlänge die gleiche spektrale Intensität aufweist. Weist einer der reflektieren Strahlungsanteile (der z.B. auf eine Strahlung mit der ersten Wellenlänge zurückzuführen ist) eine Intensität auf, die z.B. bei einer vorgegebenen Belichtungszeit zu einem Erreichen des Sättigungsbereichs des Sensors führt (d. h. die Oberfläche weist für die Wellenlänge dieses Strahlungsanteils einen besonders hohen Reflexionsgrad auf), kann zum Beispiel stattdessen auf denjenigen Messwert zurückgegriffen werden, der basierend auf Strahlung mit einer anderen Wellenlänge zurückzuführen ist.
  • Der Begriff Strahlungsanteil bringt zunächst zum Ausdruck, dass nicht sämtliche eingestrahlte Strahlung aufgrund von Streueffekten ausgehend von der Objektoberfläche in Richtung der Erfassungseinrichtung reflektiert wird. Ferner enthält die reflektierte Strahlung aber sämtliche der eingestrahlten Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche. Für das Ermitteln der Messwerte wird deshalb vorzugsweise jeweils nur ein Anteil aus der insgesamt reflektierten Strahlung ausgewertet, wobei dieser Anteil eine bestimmte Wellenlänge (oder einen bestimmten Wellenlängenbereich) aufweist.
  • Bei der elektromagnetischen Strahlung kann es sich jeweils um Laserstrahlung mit den entsprechenden ersten oder zweiten Wellenlängen handeln. Die Strahlungserzeugungseinrichtung kann eine individuelle Strahlquelle (z.B. in Form einer Laserquelle wie einer Laserdiode) je ausgesendeter Strahlung bzw. Wellenlänge umfassen (d.h. eine erste Strahlquelle für die erste Strahlung und eine zweite Strahlquelle für die zweite Strahlung). Allgemeiner formuliert kann daher mit Ausnahme der Tatsache, dass die Strahlung zwar vorzugsweise mit einer einzigen Wellenlänge erzeugt wird, jedoch wie zum Beispiel im Fall von Laserdioden keine exakt kohärente Strahlung erzeugt wird und daher eine entsprechende spektrale Linienverbreiterung auftritt, jeweils von einer Strahlquelle gesprochen werden, die elektromagnetische Strahlung einer einzigen Wellenlänge erzeugt. Prinzipiell kann vorgesehen sein, dass die eingestrahlte erste und zweite elektromagnetische Strahlung mit der ersten bzw. der zweiten Wellenlänge ausschließlich die entsprechende Wellenlänge enthält. Insbesondere können die erste und die zweite Strahlung monochrom (d. h. lediglich die jeweilige erste beziehungsweise zweite Wellenlänge enthalten) und/oder zumindest innerhalb eines Messbereichs der Vorrichtung kohärent sein. Allgemein können von der Strahlungserzeugungseinrichtung erzeugte Wellenlängenbereiche im Fall monochromer Strahlung somit lediglich eine einzige Wellenlänge umfassen. Übergeordnet kann die Strahlungserzeugungseinrichtung (vorzugsweise je ausgesendeter Wellenlänge) mindestens eine Strahlquelle (zum Beispiel eine Laserdiode) und eine Strahlformungsoptik umfassen. Es ist aber auch möglich, dass die Strahlungserzeugungseinrichtung nur eine Strahlquelle aufweist, die einen Wellenlängenbereich aussendet, aus dem dann eine entsprechende erste und zweite Strahlung optisch herausgetrennt wird.
  • Als Strahlquelle kommt insbesondere eine Laserdiode (oder auch ein Diodenlaser) in Betracht. Diese kann stabilisiert sein und/oder einen externen Resonator umfassen. Die Kohärenzlänge der Laserdiode kann mehrere Zentimeter oder auch wenigstens 1 m betragen.
  • Übergeordnet kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, auch weitere elektromagnetische Strahlung mit individuellen (d. h. voneinander verschiedenen) Wellenlängen oder Wellenlängenbereichen auszusenden, beispielsweise eine dritte und vierte elektromagnetische Strahlung mit einer dritten bzw. vierten Wellenlänge. Für jegliche der ausgesendeten Wellenlängen (d. h. zum Beispiel für jede der ersten bis vierten Wellenlänge) kann dann in der nachstehend erläuterten Weise ein einer Wellenlänge individuell zugeordneter Messwert je Messpunkt erzeugt werden. Im Fall einer dritten und vierten Wellenlänge kann somit auch ein dritter und vierter Messwert basierend auf reflektierten Strahlungsanteilen mit den jeweiligen Wellenlängen erzeugt und zum Beispiel bei dem Erstellen von Objektinformationen berücksichtigt werden
  • Die mindestens ersten und zweiten Wellenlängen der ausgesendeten Strahlung sind aufgrund eines spektralen Abstandes verschieden voneinander. Die ausgesendete erste und zweite elektromagnetische Strahlung (aber auch jegliche weitere optionale elektromagnetische Strahlung) kann jeweils einen Wellenlängenbereich umfassen, einschließlich der jeweiligen ersten und zweiten Wellenlänge, wobei diese Wellenlängenbereiche jedoch spektral voneinander beanstandet sind (d. h. sich nicht überschneiden). Allgemein ist vorgesehen, dass ein Wellenlängenbereich umfassend einen definierten Spektralbereich existiert, der zwischen der ersten und zweiten elektromagnetischen Strahlung liegt und in dem keine oder keine für eine Oberflächenerfassung genutzte und/oder für eine Messwerterzeugung relevante oder verwendbare und/oder verwendete (zum Beispiel keine für eine Messwerterzeugung durch die Erfassungseinheit erfassbare bzw. erfasste, umrechenbare oder allgemein auswertbare) Strahlung vorliegt oder ausgesendet wird. Im Fall noch weiterer ausgesendeter elektromagnetischer Strahlungen (d. h. zum Beispiel einer dritten und vierten Strahlung) ist vorzugsweise vorgesehen, dass zwischen jeglichen der insgesamt ausgesendeten Strahlungen wenigstens ein Wellenlängenbereich umfassend einen definierten Spektralbereich liegt, in dem keine oder keine für eine Oberflächenerfassung genutzte Strahlung vorliegt oder eingestrahlt wird.
  • Beispielsweise kann ein entsprechender Wellenlängenbereich dadurch erzielt werden, dass wenigstens ein Filter (ausgehend von der Objektoberfläche und entlang des reflektierten Strahlengangs betrachtet) vor der Erfassungseinheit positioniert ist und die nicht für eine Messwerterzeugung oder Oberflächenerfassung genutzte Strahlung bzw. deren Wellenlängen herausfiltert. Strahlung mit der oder den entsprechende(n) Wellenlänge(n) erreicht dann nicht mehr eine bildgebende Einheit der Erfassungseinheit und ist somit nicht für die Messwertwerterzeugung verwendbar. Anders ausgedrückt kann auf der Empfänger- bzw. Erfassungsseite ein Filter vorgesehen sein, der nur die Nutzsignale hindurchlässt.
  • Auch kann eine Mehrzahl von Erfassungseinheiten und/oder bildgebenden Einheiten vorgesehen sein, wobei jede über einen eigenen Filter verfügt, so dass nur die entsprechend gefilterte Strahlung für eine Oberflächenerfassung genutzt wird. Die Filter sollten dabei verschieden voneinander gewählt sein, sodass reflektierte Strahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge erfass- und auswertbar ist.
  • Gemäß einer Variante liegt die erste Wellenlänge der ersten Strahlung im Bereich von sichtbarem rotem Licht und die weitere Wellenlänge der zweiten Strahlung im Bereich von sichtbarem blauen Licht und die erste und zweite Strahlung umfassen vorzugsweise jeweils keine anderen Wellenlängen. Diese Strahlungen sind entsprechend durch einen Wellenlängenbereich zwischen rotem und blauen Licht voneinander beanstandet, in dem aber keine oder keine für eine Oberflächenerfassung genutzte und/oder für eine Messwerterzeugung relevante oder verwendbare Strahlung eingestrahlt wird. Für sämtliche ausgesendeten elektromagnetischen Strahlungen (bzw. deren dazugehörigen Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche) kann vorgesehen sein, dass zwei spektral bzw. entlang des Wellenlängenspektrums aufeinanderfolgende Strahlungen (bzw. zwei entlang des Wellenlängenspektrums benachbarte und zu einer ausgesendeten Strahlung gehörige Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereichen) um mindestens 50 nm, mindestens 100 nm oder mindestens 200 nm auseinanderliegen.
  • Mittels der vorstehenden Varianten kann das Bereitstellen eines strahlungsfreien Wellenlängenbereichs und/oder das spektrale Beanstanden der ausgesendeten Strahlungen erreicht werden. Dies ist zum Beispiel dahingehend vorteilhaft, als dass die Intensität der einzelnen ausgesendeten Strahlungen präzise individuell eingestellt werden kann, z.B. über den Strahlungen jeweils zugeordnete und diese erzeugende Strahlquellen. Die Strahlungen mit den einzelnen Wellenlängen können von der Strahlungserzeugungseinrichtung jeweils in Form eines sogenannten Strahlungsfächers ausgesendet werden, also eines sich ausgehend von der Strahlungserzeugungseinrichtung im Wesentlichen zweidimensional aufweitenden Strahls. Eine Erstreckung quer zu dem Strahlungsfächer kann vernachlässigbar sein und/oder sehr gering ausfallen und zum Beispiel wenige hundert um umfassen. Trifft ein solcher Strahlungsfächer auf eine Objektoberfläche, wird er dort als linienförmiger und/oder längliches schmales Messfeld abgebildet. Die Strahlungsfächer können auch als im Wesentlichen dreiecksförmig beschrieben werden, wobei die Dreiecksspitze im Bereich der Strahlungserzeugungseinrichtung liegt. Prinzipiell kann die Vorrichtung somit dazu eingerichtet sein, ein mindestens eindimensionales Messfeld auf der Objektoberfläche zu erzeugen oder, mit anderen Worten, auf die Objektoberfläche zu projizieren, insbesondere in Form einer Laserlinie. Ein solches Messfeld kann mehrere aneinandergereihte zu vermessende Messpunkte der Objektoberfläche enthalten.
  • Übergeordnet kann es sich bei der Vorrichtung um einen Laserscanner und insbesondere einen Laserlinienscanner handeln, bei dem ein erzeugtes Messfeld linienförmig und/oder eindimensional ist sowie vorzugsweise einen im Wesentlichen geradlinigen Verlauf aufweist (zumindest beim Bestrahlen einer ebenen Oberfläche).
  • Im Falle eines linienförmigen und/oder eindimensionalen Messfelds kann dieses allgemein durch eine Aneinanderreihung einzelner Messpunkte definiert sein. Die Breite eines solchen Messfelds kann eine Größe bzw. einen Durchmesser der Messpunkte nicht oder nur geringfügig überschreiten. Anders ausgedrückt können entlang oder, mit anderen Worten, in Längsrichtung des Messfelds nur einzelne Messpunkte vorliegen, ohne dass beispielsweise mehrere Messpunkte quer zu der Längsrichtung des Messfelds aneinandergereiht sind.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass für die Messpunkte auf der Objektoberfläche im Wesentlichen gleichzeitig Messwerte erzeugt werden. Ein Bereich der Objektoberfläche, der von dem Messbereich abgedeckt ist, ist dann im Wesentlichen in einem einzigen Schritt vermessbar. Es ist aber ebenso möglich, nacheinander die erste und zweite Strahlung zu projizieren und bei jeder Projektion gesondert für die entsprechende Strahlung bzw. Wellenlänge einen Messwert zu ermitteln.
  • Die Messpunkte können allgemein einen Ort innerhalb eines etwaigen linienförmigen Messfelds betreffen, für den ein Messwert ermittelt werden soll. Die Messpunkte (oder auch Abtastpunkte) können allgemein diejenigen Stellen oder Orte im Messfeld und somit auf der Objektoberfläche betreffen, an denen oder, anders ausgedrückt, für die ein Messwert erzeugt werden soll. Der Messwert ist ein Abstandsmesswert zwischen der Vorrichtung und der Objektoberfläche (z.B. in Form eines Z-Wertes). Werden derartige Messwerte analog zu den Messpunkten im Messfeld angeordnet oder, anders ausgedrückt, in analoger Weise aneinandergereiht, kann darauf basierend der vermessene Bereich der Objektoberfläche zum Beispiel grafisch abgebildet werden.
  • Die Erfassungseinrichtung kann mindestens eine fotosensitive Einheit umfassen, zum Beispiel eine Kamera und/oder einen fotosensitiven Sensor in Form eines CCD- oder CMOS-Sensors. Die bildgebende Einheit kann allgemein flächig ausgebildet sowie vorzugsweise in Zeilen und Spalten unterteilt sein. Die bildgebende Einheit kann mehrere Bildpunkte bzw. Pixel umfassen, für die zum Beispiel einzelne Intensitätswerte erfassbar sind, wobei die Bildpunkte jeweils eine bestimmte Zeilen- und Spaltenposition aufweisen können (oder, mit anderen Worten, definierte Zeilen- und Spaltenkoordinaten). Die Erfassungseinrichtung kann zum Anwenden von Triangulationsprinzipien in bekannter Weise dazu ausgebildet sein, einen Auftreffort der reflektierten Strahlungsanteile je Messpunkt auf der fotosensitiven Einheit zu ermitteln (z.B. rechnerisch per Gauß-Fit als Ort der maximalen Intensität zu ermitteln). Ein projiziertes Messfeld zum Beispiel in Form einer Linie kann in einer Spaltenrichtung auf der bildgebenden Einheit abgebildet werden, wobei ein einzelner Messpunkt einer einzelnen Zeilenposition entlang dieser Linie entsprechend oder, anders ausgedrückt, auf eine einzelne Zeilenposition abgebildet werden kann. Alternativ kann die Linie auch in Zeilenrichtung abgebildet werden und der Messpunkt eine Spaltenposition aufweisen.
  • Die Erfassungseinrichtung kann je zu erfassendem Strahlungsanteil (bzw. je Wellenlänge) eine individuell zugeordnete fotosensitive Einheit umfassen (zum Beispiel eine Mehrzahl von Kameras). Alternativ kann eine einzige fotosensitive Einheit (zum Beispiel ein einziger bildgebender oder fotosensitiver Sensor) bereitgestellt sein, die Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen erfassen kann, wobei die Strahlungen vorzugsweise auf unterschiedliche Bereiche der fotosensitiven Einheit gerichtet werden oder richtbar sind. Somit können mit nur einer, nicht-notwendigerweise farbsensitiven fotosensitiven Einheit aufgrund der unterschiedlichen Auftreffbereiche eine Mehrzahl von messpunktbezogenen Messwerten erzeugt werden, da z. B. zwei nachfolgend erläuterte Messkurven auf derselben fotosensitiven Einheit abgebildet werden können. Die fotosensitive Einheit kann allgemein monochrom ausgebildet sein und/oder lediglich einen begrenzten Wellenlängenbereich umfassend wenige hundert nm erfassen (z.B. nicht mehr als 400 nm)
  • Die fotosensitive Einheit kann auch dazu eingerichtet sein, je Bildpunkt ein wellenlängenspezifisches Erfassen der auftreffenden Strahlung vorzunehmen. Hierfür kann sie als Farbkamera ausgebildet sein oder einen farbauflösenden fotosensitiven Sensor umfassen. In Fall eines wellenlängenspezifischen Erfassens ist bei einer solchen Farbauflösung auch dann eine individuelle Messwerterzeugung je erfasster Strahlung (bzw. wellenlängenspezifischen Strahlungsanteil) möglich, wenn Strahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen gemeinsame Auftrefforte oder -bereiche auf der fotosensitiven Einheit aufweisen.
  • Die Erfassungseinrichtung kann eine Recheneinheit umfassen oder mit einer solchen verbunden sein, um aus den je Strahlungsanteil erfassten Messsignalen einen dazugehörigen ersten und zweiten Messwert zu bestimmen (z.B. per Triangulation).
  • Übergeordnet kann die Erfassungseinrichtung dazu eingerichtet sein, den Messwert als oder basierend auf einer erfassten Intensität (d. h. Strahlungsflussdichte) eines rückreflektierten Strahlungsanteils zu erzeugen. Insbesondere kann diese Intensität über eine Belichtungszeit aufintegriert werden. Erfindungsgemäß ist der Messwert ein Abstandswert zu der Objektoberfläche (zum Beispiel einen Abstand der Objektoberfläche zu der Erfassungseinrichtung und/oder der gesamten Vorrichtung). Dieser Abstandswert kann in bekannter Weise mittels Triangulation und anhand eines Auftrefforts der Strahlung in einer Erfassungsebene der Erfassungseinrichtung ermittelt werden. Der Auftreffort kann z.B. als Ort einer maximalen erfassten Intensität in der Erfassungsebene bestimmt und/oder beispielsweise rechnerisch aus einer erfassten örtlichen Intensitätsverteilung ermittelt werden (zum Beispiel mittels eines nachstehend erläuterten Gauss-Fits). Die Erfassungsebene kann durch eine bildgebende Einheit definiert sein (zum Beispiel einen CCD- oder CMOS Sensor). Alternativ kann der Messwert der Auftreffort als solches sein, also zum Beispiel die Koordinaten des Auftreffortes in der Erfassungsebene angeben. Weiter alternativ kann der Messwert die erfasste und insbesondere zeitlich aufintegrierte Intensität und/oder örtliche Intensitätsverteilung sein, die je Messpunkt aus den rückreflektierten Strahlungsanteil ermittelt wird, oder, mit anderen Worten, allgemein ein Strahlungsmesswert sein.
  • Zumindest die Erfassungseinrichtung und die Strahlungserzeugungseinrichtung können in einem gemeinsamen Modul bereitgestellt sein, insbesondere in einem manuell oder maschinell handhabbaren Modul oder einem Handgerät, wie beispielsweise einem manuell handhabbaren Laserlinienscanner. Mit anderen Worten können die Erfassungseinrichtung und die Strahlungserzeugungseinrichtung bautechnisch zusammengefasst sein. Für eine maschinelle Handhabung (d. h. einen maschinengebundenen Einsatz zum Beispiel an einer Bewegungsvorrichtung oder einem Manipulator) können die Module zum Beispiel an einer Messmaschine, einem Roboter oder einer Werkzeugmaschine angeordnet werden.
  • Die Vorrichtung kann auch eine Informationsermittlungseinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den Messwerten Objektinformationen zu ermitteln, wobei je Messpunkt mindestens einer von dem dazugehörigen (d.h. zu diesem Messpunkt gehörenden) ersten und zweiten Messwert berücksichtigt wird. Die Informationsermittlungseinrichtung kann ebenfalls in ein vorstehend erläutertes Modul integriert sein. Alternativ kann sie separat hiervon bereitgestellt sein (zum Beispiel als ein separater Computer) und signalübertragend mit zumindest der Erfassungseinrichtung verbunden sein, um von dieser die ermittelten Messwerte zu erhalten. Die Objektinformationen können einen Ergebnisdatensatz bilden. Darin können die für den oder jeden Messpunkt z.B. für eine weitere Auswertung oder Darstellung zu betrachtenden (Mess-)Informationen zusammengefasst sein.
  • In einer Ausführungsform von Vorrichtung und Verfahren ist die Informationsermittlungseinrichtung dazu ausgebildet, entweder den ersten oder den zweiten Messwert je Messpunkt zu berücksichtigen. Mit anderen Worten kann die Informationsermittlungseinrichtung dazu eingerichtet sein, für einen (oder jeden) Messpunkt eine Auswahl zwischen den insgesamt verfügbaren Messwerten zu treffen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass beide Messwerte für einen (oder jeden) gegebenen Messpunkt betrachtet werden (d.h. nicht lediglich einer) und zum Beispiel miteinander verrechnet werden (beispielsweise durch Bilden eines Mittelwertes). Auch Mischformen der erläuterten Varianten können erfindungsgemäß vorgesehen sein, bei denen die Informationsermittlungseinrichtung für einzelne Messpunkte zwischen den Messwerten auswählt und für andere Messpunkte beide Messwerte betrachtet und gegebenenfalls miteinander verrechnet. Beispielsweise kann das Bilden eines Mittelwertes als standardgemäßes Vorgehen vorgegeben sein, außer einer der Messwerte erfüllt für einen gegebenen Messpunkt ein Fehlerkriterium. Daraufhin kann für diesen Messpunkt eine Auswahl zwischen den Messwerten stattfinden und/oder standardmäßig den anderen Messwert verwendet werden.
  • Welche der genannten Strategien gewählt wird (zum Beispiel entweder Auswählen zwischen den ermittelten Messwerten oder Verrechnen bzw. Mittelwertbildung) kann von einem Benutzer vor dem Vermessen der Objektoberfläche festgelegt werden. Geht der Benutzer zum Beispiel davon aus, dass es bei einer gegebenen Objektoberfläche während des Vermessens zu starken Schwankungen hinsichtlich der Intensität der rückreflektierten Strahlung kommt, kann ein Auswählen zwischen den Messwerten je Messpunkt vorteilhaft sein. Ein derartiges Festlegen der Auswertestrategie kann auch einen gesonderten Schritt des nachstehend erläuterten Verfahrens bilden (zum Beispiel in Form des Festlegens, dass dann, wenn eine Objektoberfläche Reflexionseigenschaften besitzt, die ein vorbestimmtes Grenzkriterium erfüllen (zum Beispiel einen zulässigen (insbesondere lokalen) Änderungsschwellenwert oder (insbesondere lokalen) Gradienten überschreiten), zwischen den Messwerten je Messpunkt ausgewählt wird). Hierdurch kann zum Beispiel vermieden werden, dass Messwerte in einem Sättigungsbereich der Erfassungseinrichtung der weiteren Auswertung zugrunde gelegt werden, welche basierend auf rückreflektierter Strahlung mit einer unzulässig hohen Intensität gebildet wurden. Wird hingegen von Speckleerscheinungen als einem Hauptfehlerpotenzial ausgegangen, kann ein Verrechnen der Messwerte bevorzugt sein.
  • Weiter ist ein (wahlweises) Verrechnen oder Auswählen möglich, da es sich bei den Messwerten um Abstandswerte handelt. Handelt es sich bei den Messwerten hingegen um Intensitätswerte bzw. Strahlungsmesswerte oder Auftrefforte kann ein Auswählen vorgesehen sein und insbesondere ausschließlich vorgesehen sein (d.h. es kann keine Möglichkeit zum Verrechnen vorgesehen sein).
  • Die Vorrichtung und das Verfahren können auch vorsehen, eine geeignete Strategie hinsichtlich Auswählen oder Verrechnen der Messwerte vorzuschlagen und/oder festzulegen. Dies kann zum Beispiel in Abhängigkeit von Eigenschaften der zu vermessenden Objektoberfläche erfolgen, wobei Informationen zu diesen Eigenschaften zum Beispiel aus CAD-Daten des Objekts ermittelt werden können. Zusätzlich oder alternativ kann im Rahmen einer Testmessung mit der Vorrichtung oder einer anderweitigen Einrichtung für eine gegebene Objektoberfläche festgestellt werden, welche Strategie zum Umgang mit der Mehrzahl an Messwerten je Messpunkt vorteilhaft ist. Beispielsweise kann im Rahmen einer solchen Testmessung die Gefahr von einem Messen im Sättigungsbereich der Erfassungseinrichtung und/oder das mögliche Ausmaß von Speckleerscheinungen ermittelt werden.
  • Zusammengefasst kann somit vorgesehen sein, dass verschiedene Betriebsmodi zum Umgang mit der Mehrzahl an Messwerten für den oder jeden Messpunkt vorgesehen sind, wobei zwischen den Betriebsmodi (automatisch oder manuell) wahlweise gewechselt werden kann. Die Wahl eines der Betriebsmodi kann individuell je Messpunkt erfolgen und/oder für vollständige Vermessungsvorgänge einer gegebenen Objektoberfläche oder eines Oberflächenbereichs. Die Betriebsmodi können das geschilderte Auswählen zwischen den Messwerten oder aber deren Verrechnen betreffen. Erfindungsgemäß können die Vorrichtung und das Verfahren aber auch lediglich das Ausführen einer dieser Betriebsmodi vorsehen (d. h. nicht wahlweise zwischen mehreren Betriebsmodi wechseln).
  • Die von der Informationsermittlungseinrichtung erzeugten Objektinformationen können für eine weitere Verarbeitung, Auswertung und/oder Darstellung vorgesehene Zusammenfassung von Informationen sein. Insbesondere können die Objektinformationen eine Zusammenfassung ausgewählter Messwerte oder von Messwerten enthalten, die basierend auf den ursprünglich erfassten Messwerten z.B. per Verrechnen bestimmt wurde. Weiter können die Objektinformationen Informationen enthalten, die basierend auf Messwerten gemäß jeglicher der vorstehenden Varianten bestimmt wurden. Wird lediglich ein Messpunkt vermessen, versteht es sich, dass die Objektinformationen auch lediglich Informationen oder (einen) Messwert(e) für diesen einen Messpunkt enthalten können. Die Objektinformationen können in Form eines Datensatzes erstellt und/oder zusammengefasst werden. Die Objektinformationen können zum Erstellen einer grafischen Darstellung und/oder Abbildung der Objektoberfläche verwendbar sein, insbesondere zum Erstellen einer dreidimensionalen Darstellung.
  • Bildlich gesprochen können die Objektinformationen somit denjenigen Datensatz betreffen, der die für den oder für jeden Messpunkt schlussendlich ermittelten Informationen enthält, die zum Beispiel für eine weitere Auswertung vorgesehen sind. Anders ausgedrückt können die Objektinformationen das Resultat eines Auswählens, Verrechnens oder anderweitigen Umgangs mit der Mehrzahl von Messwerten je Messpunkt darstellen, um die für den oder jeden Messpunkt im Folgenden zu berücksichtigenden Informationen zusammenzufassen. Vorzugsweise enthalten daher die Objektinformationen je Messpunkt lediglich einen Messwert oder lediglich eine Information, die auf der ursprünglich vorhandenen Mehrzahl von Messwerten je Messpunkt ermittelt wurde.
  • In einer Weiterbildung der Vorrichtung und des Verfahrens wird die elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Wellenlänge zumindest temporär gleichzeitig ausgesendet und auf die Objektoberfläche eingestrahlt. Zusätzlich oder alternativ kann die Projektion bzw. das Aussenden der Strahlung derart erfolgen, dass das Messfeld zumindest zeitweise und vorzugsweise zu jedem Zeitpunkt durch Strahlung mit sowohl der ersten als auch der zweiten Wellenlänge gebildet wird. Mit anderen Worten, kann vorgesehen sein, dass zumindest zeitweise und vorzugsweise stets Strahlungsanteile mit beiden Wellenlängen auf die Objektoberfläche eingestrahlt werden.
  • Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass mindestens ein definierter Zeitpunkt existiert, bei dem Messwerte basierend auf beiden Wellenlänge erzeugt werden können. Ferner kann hierdurch die notwendige Gesamtmessdauer zum Vermessen der Objektoberfläche reduziert werden.
  • In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen sein, dass die reflektierte Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge während dem gleichzeitigen Einstrahlen erfasst werden. Anders ausgedrückt kann das Aussenden der beiden Wellenlängen wie auch deren Erfassung zumindest teilweise zeitlich überlappend, insbesondere aber im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Erfassungseinrichtung nur dann eine Erfassung vornimmt, wenn Strahlung mit beiden Wellenlängen erfasst wird und somit auch Messwerte basierend auf beiden Wellenlängen abgeleitet werden können. Auch dies kann dazu beitragen, die erforderliche Gesamtmessdauer zum Vermessen der Objektoberfläche zu reduzieren.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung und des Verfahrens werden die Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge mit voneinander abweichenden Intensitäten auf die Objektoberfläche eingestrahlt. Anders ausgedrückt kann die Strahlung mit der ersten Wellenlänge eine geringere oder höhere Intensität aufweisen, als die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge. Der Unterschied zwischen den Intensitäten kann mindestens 10 %, mindestens 30 % oder mindestens 50 % betragen. Welche Intensitäten (bzw. welcher Intensitätsunterschied) gewählt wird, kann in Abhängigkeit der zu vermessenden Oberfläche bestimmt werden, insbesondere unter Berücksichtigung von deren Material, Reflexionsgrad und/oder Form.
  • Durch das Bestrahlen mit unterschiedlichen Intensitäten kann erreicht werden, dass eine zu geringe oder zu starke lokale Reflexion der elektromagnetischen Strahlungen ausgeglichen werden kann. Beispielsweise kann die Strahlung mit der höheren Intensität vorteilhaft sein, um schwach reflektierende Oberflächenbereiche zu erfassen. Zum Erzeugen der schlussendlichen Objektinformationen kann in einem Messpunkt mit entsprechend schwacher Reflexion folglich derjenige Messwert ausgewählt werden, der durch das Bestrahlen mit der höheren Intensität gewonnen wurde. Die niedrigere Intensität kann hingegen für Oberflächenbereiche vorteilhaft sein, die sich durch ein erhöhtes Reflexionsvermögen auszeichnen. In diesem Fall kann eine zu hohe Intensität zu einem sogenannten Überstrahlen führen und durch die Erfassungseinrichtung nicht korrekt erfasst werden. Zum Erzeugen der schlussendlichen Objektinformationen kann in einem Messpunkt mit entsprechend starker Reflexion folglich derjenige Messwert ausgewählt werden, der durch die Bestrahlung mit der geringeren Intensität gewonnen wurde. Es versteht sich allerdings, dass auch in diesem Fall die Messwerte miteinander verrechnet werden können, insbesondere durch Bilden eines Mittelwertes. Hierdurch kann der Einfluss einer etwaigen zu starken oder zu schwachen Refraktion zumindest teilweise reduziert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, unterschiedliche Intensitäten durch Verwenden eines Strahlungsschwächers zu erzeugen, wobei mindestens eine von der elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der elektromagnetischen Strahlung mit der zweiten Wellenlänge vor einem Erfassen durch die Erfassungseinrichtung durch den Strahlungsschwächer abgeschwächt wird. Bei dem Strahlungsschwächer kann es sich um einen optischen Filter handeln, der für die abzuschwächende Wellenlänge zumindest teilweise undurchlässig ist. Der Strahlungsschwächer kann innerhalb der oder im Bereich der Strahlungserzeugungseinrichtung positioniert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlungsschwächer in oder im Bereich der Erfassungseinrichtung positioniert sein und insbesondere zwischen einem Eintrittsbereich für einfallende Strahlung und einer fotosensitiven Einheit der Erfassungseinrichtung. Auch auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass zum Erzeugen von der Messwerte Strahlungsanteile mit unterschiedlichen Intensitäten verfügbar sind.
  • Eine weitere Variante zum Erzeugen unterschiedlicher Intensitäten, die alternativ zu oder in Kombination mit sämtlichen der vorstehenden Varianten vorgesehen sein kann, betrifft das Bereitstellen einer Erfassungseinrichtung, die eine wellenlängenspezifische Empfindlichkeit aufweist. Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung und insbesondere eine fotosensitive Einheit hiervon für Strahlung mit der ersten Wellenlänge eine größere Empfindlichkeit aufweisen als für Strahlung mit der zweiten Wellenlänge oder umgekehrt. Auch wenn diese Strahlungen ursprünglich mit der gleichen Intensität ausgesendet und/oder von der Objektoberfläche reflektiert wurden, werden in diesem Fall unterschiedlich starke Messsignale von der Erfassungseinrichtung erfasst, aus denen schlussendlich die Messwerte gebildet werden können. Somit liegt stets ein Messwert vor, der auf Basis von Strahlung mit einer geringeren Intensität (oder zumindest einer geringeren erfassten Intensität) erzeugt wurde, sowie ein Messwert, der auf Basis von Strahlung mit einer höheren Intensität (oder zumindest einer höheren erfassten Intensität) erzeugt wurde. Es ergeben sich somit analoge Vorteile, wie vorstehend erläutert.
  • Gemäß einer Weiterbildung von Vorrichtung und Verfahren werden die Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge in einem Winkel zueinander auf die Objektoberfläche eingestrahlt. Beispielsweise kann die Strahlungserzeugungseinrichtung dazu eingerichtet sein, eine derartige Ausrichtung mittels einer geeigneten Optik und/oder dem Anwinkeln der einzelnen Laserquellen bzw. Laser-Dioden zueinander zu erzeugen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich die Strahlungen in einer im Wesentlichen identischen Raumebene erstrecken oder ausbreiten. Der Winkel zwischen den Strahlungen kann dabei derart gewählt sein, dass sich diese auch innerhalb der Raumebene überschneiden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Strahlungen jeweils einen (vorzugsweise ebenen) Strahlungsfächer bilden oder als ein solcher ausgesendet werden. Diese Strahlungsfächer können sich wiederum in einer im Wesentlichen identischen Raumebene erstrecken, verlaufen dabei aber in einem Winkel zueinander und überschneiden sich.
  • Ein Überschneidungsbereich der Strahlungen und/oder der Strahlungsfächer kann ein etwaiges Messfeld bilden oder enthalten, in dem je Messpunkt ein Messwert basierend auf sowohl der ersten als auch auf der zweiten Wellenlänge ermittelt werden kann. Ausgehend von der Strahlungserzeugungseinrichtung betrachtet und insbesondere von etwaigen wellenlängenindividuellen Strahlquellen hiervon, können die Strahlungen und/oder Strahlungsfächer zunächst in einem Abstand zueinander und in Richtung der zu vermessenden Objektoberfläche verlaufen. Wie geschildert, können sie sich aber aufgrund des gewählten Winkels überschneiden, um in dem Überschneidungsbereich ein Messfeld auf der Objektoberfläche bereitzustellen. Außerhalb des Überschneidungsbereichs liegende Strahlungsanteile können hingegen bei der Messwerterzeugung unberücksichtigt bleiben.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Vorrichtung und des Verfahrens werden die Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge entlang oder parallel zu einer gemeinsamen Strahlungsachse auf die Objektoberfläche gerichtet. Die Strahlungsachse kann auch als Strahlungslängsachse oder Ausbreitungsachse der Strahlung bezeichnet werden. Sie kann eine Achse und/oder Richtung bezeichnen, entlang derer sich die Strahlung ausgehend von der Strahlungserzeugungseinrichtung ausbreitet und in Richtung der zu vermessenen Objektoberfläche erstreckt. Durch Aussenden der Strahlungen entlang einer gemeinsamen Strahlungsachse können diese im Wesentlichen in einer gemeinsamen Raumebene verlaufen und/oder einander überlappen. Insbesondere können damit zusammenhängende Strahlungsfächer im Wesentlichen kongruent zueinander ausgerichtet sein. Weiter können die erste und zweite elektromagnetische Strahlung (aber auch eine beliebige Vielzahl von elektromagnetischen Strahlungen mit jeweils einer spezifischen bzw. individuellen Wellenlänge, zum Beispiel zusätzlich eine dritte oder vierte elektromagnetische Strahlung) über optische Komponenten derart ineinander eingekoppelt werden, dass sie sich entlang einer gemeinsamen Strahlungsachse erstrecken und kongruent bzw. deckungsgleich in wenigstens einem gemeinsamen Punkt oder als wenigstens eine gemeinsame Linie auf der Objektoberfläche abgebildet werden.
  • Zum Bereitstellen einer gemeinsamen Strahlungsachse können die Strahlungen ineinander eingekoppelt werden. Dies kann zum Beispiel über mindestens einen teildurchlässigen Spiegel erfolgen. Insbesondere im Kontext von maschinell oder manuell bewegten Vorrichtungen kann (zusätzlich oder alternativ) das Einkoppeln in einen gemeinsamen Lichtleiter vorgesehen sein.
  • Eine Weiterbildung der Vorrichtung und des Verfahrens sieht vor, dass die Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge parallel zueinander auf die Objektoberfläche gerichtet werden oder, anders ausgedrückt, jeweils parallel zu einer gemeinsamen Achse. Die gemeinsame Achse kann zwischen den Strahl- bzw. Laserquellen für die einzelnen Strahlungen verlaufen und/oder parallel zu den jeweiligen Strahlungsachsen der Strahlungen. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn sich die Strahlungen ausgehend von der Strahlungserzeugungseinrichtung aufweiten, zum Beispiel in Form der geschilderten Strahlungsfächer, sodass trotz der zunächst parallelen Ausrichtung ein Überschneidungsbereich entsteht. Insbesondere können die Strahlungsfächer sich nach einer vorbestimmten Distanz derart aufweiten, dass sie die gemeinsame Achse und auch einander überschneiden. Der Überschneidungsbereich enthält dann wiederum Strahlungsanteile mit beiden Wellenlängen, sodass der Messbereich innerhalb des Überschneidungsbereichs definiert werden kann.
  • Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung und des Verfahrens ist die von der Objektoberfläche reflektierte Strahlung in den ersten und den zweiten Strahlungsanteil aufteilbar, zum Beispiel mittels eines optischen Trennelements der Erfassungseinrichtung. Das optische Trennelement kann einen Strahlteiler umfassen, um die reflektierte Strahlung in ihre wellenlängenabhängigen Anteile aufzuteilen. Insbesondere kann das Trennelement ein Prisma (bzw. Dispersionsprisma) umfassen der als ein solches ausgebildet sein. Das optische Trennelement kann auch eine schräggestellte Glasplatte umfassen oder als eine solche ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Objektiv der Erfassungseinrichtung als optisches Trennelement dienen. In diesem Fall können Linsen innerhalb des Objektivs die auftreffende Strahlung unterschiedlich brechen (z. B. im Sinne einer chromatischen Aberration) und somit in ihre Wellenlängenbestandteile aufteilen.
  • Wie erwähnt, kann bei der Vorrichtung und dem Verfahren zum Erzeugen der Objektinformation für mindestens einen Messpunkt nur einer von dem ersten oder zweiten Messwert berücksichtigt oder herangezogen werden, wobei der berücksichtigte Messwert ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt. Bei dem Kriterium kann es sich um ein Qualitätskriterium des Messwerts handeln, dass zum Beispiel einen vorbestimmten Mindestbetrag definieren kann. Zusätzlich oder alternativ kann für mindestens einen Messpunkt ein Gesamtmesswert auf Basis des ersten und des zweiten Messwerts ermittelt werden. Der Gesamtmesswert kann in der vorstehend geschilderten Weise durch ein Verrechnen der Messwerte gebildet werden, beispielsweise durch Bilden eines Mittelwertes und/oder Addieren der unterschiedlich gewichteten Messwerte. Der ausgewählte Messwert und/oder der Gesamtmesswert können dann in die Objektinformationen einfließen und/oder diese bilden bzw. in Form der Objektinformationen zusammengefasst werden. Anders ausgedrückt können die Objektinformationen auf Basis des ausgewählten Messwerts und/oder des Gesamtmesswerts gebildet werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erfassen einer Objektoberfläche, umfassend: Einstrahlen von einer ersten elektromagnetischen Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und von einer zweiten elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge, mindestens auf einen zu vermessenden Messpunkt einer Objektoberfläche oder auf einen zu vermessenden Bereich einer Objektoberfläche, der zumindest einen zu vermessenden Messpunkt aufweist, wobei in einem Wellenlängenbereich zwischen dem ersten und zweiten Wellenlängenbereich keine oder keine für eine Oberflächenerfassung genutzte und/oder keine für eine Messwerterzeugung verwendbare (z.B. keine für eine Messwerterzeugung erfassbare, umrechenbare oder allgemein auswertbare) Strahlung eingestrahlt wird; Erfassen von wenigstens einem ersten Messwert und wenigstens einem zweiten Messwert je Messpunkt, wobei der erste Messwert auf von der Objektoberfläche reflektierter Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der zweite Messwert auf von der Objektoberfläche reflektierter Strahlung mit der zweiten Wellenlänge basiert. Zusätzlich kann ein Schritt des Ermittelns von Objektinformationen (z.B. bezüglich der dreidimensionalen Eigenschaften der Objektoberfläche) basierend auf mindestens einem von dem ersten und dem zweiten Messwert je Messpunkt vorgesehen sein.
  • Das Verfahren kann jeglichen weiteren Schritt und jegliches weitere Merkmal umfassen, um sämtliche der vorstehenden und nachstehenden Wechselwirkungen, Betriebszustände und Funktionen bereitzustellen. Insbesondere können jegliche vorstehenden und nachstehenden Erläuterungen und Weiterbildungen der Vorrichtungsmerkmale auch auf die gleichlautenden Verfahrensmerkmale zutreffen bzw. bei diesen vorgesehen sein. Ferner kann das Verfahren mit einer Vorrichtung gemäß jeglichem der vorstehenden und nachstehenden Aspekte ausführbar sein oder ausgeführt werden.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. In Ihrer Art und/oder Funktion übereinstimmende Merkmale können dabei ausführungsformübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Es stellen dar:
    • 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt, gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2a-b Detaildarstellungen zum Erläutern einer Erfassungseinrichtung der Vorrichtung aus 1;
    • 3 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt, gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • 4 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt, gemäß einer dritten Ausführungsform;
    • 5A-C Darstellungen zum Erläutern erfassbarer Signale bei herkömmlichen Lösungen gemäß dem Stand der Technik; und
    • 6A-C Darstellungen zum Erläutern erfassbarer Signale bei erfindungsgemäßen Lösungen.
  • In 1 ist eine Vorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, die ein Verfahren gemäß einer erfindungsgemäßen Variante ausführt. Die Vorrichtung 10 ist in dem gezeigten Beispiel als ein Laserlinienscanner ausgebildet, wobei der Laserlinienscanner ein manuell oder maschinell handhabbares Gerät ist bzw. als eine integrierte manuell oder maschinell handhabbare Einheit ausgebildet ist.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst eine Strahlungserzeugungseinrichtung 17, die zwei separate Strahlquellen 14 (oder auch Strahlungserzeuger) umfasst. Die Strahlquellen 14 sind jeweils dazu eingerichtet, monochromatische elektromagnetische Strahlung in Form von Laserstrahlung auszusenden und auf eine lediglich schematisch angedeutete Objektoberfläche 16 zu richten. Jede der Strahlquellen 14 ist dabei als eine einzelne Laserdiode ausgebildet. Weiter kann jede der Strahlquellen 14 optische Elemente umfassen, um die Strahlung in eine Linie aufzufächern bzw. die nachstehend erläuterten Strahlungsfächer zu bilden.
  • Im Detail sendet die in 1 obere Strahlquelle 14 monochrome Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge entlang einer Strahlungsachse 18 aus. Ausgehend von der Laserquelle 14 weitet sich die Strahlung in Form eines dreieckförmigen Strahlfächers 20 auf. In analoger Weise sendet die in 1 untere Strahlquelle 14 monochrome Laserstrahlung mit einer zweiten Wellenlänge aus, die von der ersten Wellenlänge abweicht. Die Strahlung verläuft dabei entlang einer Strahlungsachse 22 und weitet sich dabei wiederum in Form eines Strahlungsfächers 24 auf. Beide Strahlungsfächer 20, 24 sind dabei zweidimensional und verlaufen in einer gemeinsamen Raumebene.
  • In dem gezeigten Fall handelt es sich bei der ausgesendeten Strahlung um rote Laserstrahlung und um blaue Laserstrahlung, mit einer einzigen Wellenlänge in den entsprechenden Spektralbereichen von sichtbarem Licht (z.B. 450 nm und 640 nm). Es wäre aber auch der Einsatz von nicht sichtbarer Strahlung möglich. Die Wellenlängen sind somit spektral voneinander beanstandet (z.B. durch einen Wellenlängenbereich zwischen 450 nm und 700 nm voneinander beanstandet, in dem keine Strahlung eingestrahlte wird). Es existiert folglich ein Wellenlängenbereich zwischen den ausgesendeten Wellenlängen, in dem keine für eine Oberflächenerfassung genutzte sowie für eine Messwerterzeugung relevante oder verwendbare (z.B. keine für eine Auswertung verwendbare) elektromagnetische Strahlung erzeugt und auf das Objekt eingestrahlt wird.
  • Ferner erkennt man, dass die Strahlungsachsen 18, 22 in einem Winkel W zueinander verlaufen. Als Resultat überschneiden sich auch die Strahlungsfächer 20, 24. In dem Überschneidungsbereich liegt folglich Laserstrahlung mit sowohl der ersten als auch mit der zweiten Wellenlänge vor.
  • Ein möglicher Messbereich 29 der Vorrichtung 10, innerhalb derer die Objektoberfläche 16 mit einer ausreichenden Genauigkeit vermessen werden kann, liegt in 1 zwischen den beiden gezeigten (virtuellen) Grenzlinien 26, 28. Diese Grenzlinien 26, 28 definieren einen Ausschnitt des Überschneidungsbereiches der beiden Strahlfächer 20, 24, in dem Strahlung mit beiden ausgesendeten Wellenlängen vorliegt. Da sich bei der Darstellung von 1 die Objektoberfläche 16 außerhalb des von den Grenzlinien 26, 28 begrenzten Messbereichs 29 befindet, kann in dem abgebildeten Zustand noch keine aussagekräftige Objekterfassung vorgenommen werden.
  • Zu beachten ist ferner, dass die Strahlfächer 20, 24 in 1 leicht in die Blattebene hinein geneigt sind. Sie verlaufen somit bezogen auf die Blattebene schräg nach unten. Treffen sie im Bereich des Messbereichs 29 auf die Objektoberfläche 16, definiert deren auftreffende Strahlung ein eindimensionales (d.h. linienförmiges) Messfeld 30, das auch als Laserlinie bezeichnet werden kann. In 1 ist ein möglicher Verlauf des linienförmigen Messfelds 30 entlang der Objektoberfläche 16 strichliert angedeutet. Dieses folgt der Kontur der Objektoberfläche 16. Eine solche Neigung der Strahlfächer 20, 24 ist aber nicht zwingend, da auch bei einem senkrechten oder unter einem anderen Winkel erfolgenden Auftreffen der Strahlung auf die Objektoberfläche diffus reflektierte Strahlung entsteht, die für eine Messwerterzeugung ausreichen kann (d.h. es entsteht insbesondere in Richtung der Erfassungseinheit diffus reflektierte Strahlung).
  • Das Messfeld 30 enthält mehrere aneinandergereihte Messpunkte 32, die auch als Abtastpunkte bezeichnet werden können. Erneut ist zu beachten, dass sich das lediglich beispielhaft gezeigte Messfeld 30 erst dann auf der Objektoberfläche 16 ausbildet bzw. für ein präzises Ermitteln von Messwerten auswertbar ist, wenn diese gegenüber der Darstellung von 1 näher in Richtung der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 bewegt und vorzugsweise innerhalb des Messbereichs 29 positioniert wird.
  • Die in dem Messfeld 30 enthaltene Strahlung wird von der Objektoberfläche 16 in Richtung einer nachfolgend anhand von 2a erläuterten Erfassungseinrichtung 31 reflektiert. Insbesondere werden sowohl Strahlung (bzw. ein Strahlungsanteil) mit der ersten Wellenlänge als auch Strahlung (bzw. ein Strahlungsanteil) mit der zweiten Wellenlänge in Richtung der Erfassungseinrichtung 31 reflektiert. In den Messpunkten 32 wird dann jeweils gemäß einem herkömmlichen Triangulationsprinzip ein Abstandswert zwischen der Erfassungseinrichtung 31 und der Objektoberfläche 16 ermittelt. Die Position und/oder Verteilung der Messpunkte 32 wird dabei zum Beispiel durch ein Auflösungsvermögen der Erfassungseinrichtung 31 bestimmt und ist in 1 lediglich beispielhaft dargestellt.
  • 2a enthält eine gegenüber 1 um 90° in die Blattebene hineingedrehte Ansicht der Vorrichtung 10. Die beiden Strahlquellen 14 der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 sind deshalb hintereinander angeordnet, wobei in 2a lediglich die untere Strahlquelle 14 aus 1 erkennbar ist. Man erkennt zunächst den Strahlverlauf der Strahlungsfächer 20, 24, der in der gezeigten Ansicht linienförmigen ist und sich in Richtung der Objektoberfläche 16 erstreckt. Weiterhin sind die Positionen der Grenzlinien 26, 28 markiert, welche den Messbereich 29 begrenzen.
  • Ferner erkennt man die Erfassungseinrichtung 31, welche eine flächige fotosensitive Einheit 34 umfasst. Beispiele für eine solche fotosensitive Einheit 34 sind ein CCD- oder CMOS-Sensor. Zu Erläuterungszwecken ist in 2a auch ein möglicher Strahlenverlauf ausgehend von den Positionen der Grenzlinien 26, 28 gezeigt. Die Strahlenverläufe stellen jeweils den Verlauf von reflektierten Strahlungsanteilen enthaltend sowohl Strahlung mit der ersten als auch mit der zweiten Wellenlänge dar, wenn die Objektoberfläche 16 an den entsprechenden Grenzlinien 26, 28 positioniert wird. Konkret erkennt man, dass ein möglicher reflektierter Strahlungsanteil ausgehend von der in 2a linken Grenzlinie 26 auf einen unteren Randbereich der fotosensitiven Einheit 34 fällt. Dort bildet er auf der fotosensitiven Einheit 34 eine sich in die Blattebene und somit in Spaltenrichtung der fotosensitiven Einheit 34 erstreckende Linie ab, welche in Zeilenrichtung der fotosensitiven Einheit 34 (d. h. in der Blattebene) je Messpunkt 32 eine Gauß-ähnliche Intensitätsverteilung aufweist (siehe auch nachfolgende 5A-C und 6A-C).
  • Ein von der in 2a rechten Grenzlinie 28 ausgehender reflektierter Strahlungsanteil fällt hingegen auf einen oberen Randbereich der fotosensitiven Einheit 34 und bildet dort eine analoge Linie ab, wie im Fall der linken Grenzlinie 26. Strahlungsanteile, die von außerhalb der Grenzlinien 26, 28 bzw. des Messfelds 29 liegenden Punkten reflektiert werden, sind folglich nicht mehr mit der fotosensitiven Einheit 34 erfassbar, da sie nicht mehr auf die hiervon definierte Fläche fallen (d.h. an den Randbereichen vorbei bzw. außerhalb hiervon verlaufen würden).
  • In an sich bekannter Weise kann aus den messpunktindividuellen Auftrefforten der Strahlung auf der fotosensitiven Einheit 34 unter Anwendung eines Triangulationsprinzips ein Abstand der Erfassungseinheit 31 von den einzelnen Messpunkten 32 auf der Objektoberfläche 16 berechnet werden und bei ortsfester Positionierung der Erfassungseinheit 31 innerhalb der Vorrichtung 10 auch ein Abstand der Vorrichtung 10 oder beliebiger anderer Einheiten hiervon von der Objektoberfläche 16 (bzw. den dortigen Messpunkten 32). Ein entsprechender Abstandswert bildet in dem gezeigten Fall den Messwert je Messpunkt 32, der von der Erfassungseinrichtung 31 (zum Beispiel einer nicht gesondert dargestellten Recheneinheit hiervon) erfasst und/oder per Triangulation berechnet wird. Da eine solche Triangulation an sich bekannt ist, wird vorliegend von einer näheren Erläuterung abgesehen. Allerdings besteht eine Besonderheit des gezeigten Falls darin, dass je Messpunkt 32 ein entsprechender Abstandswert basierend auf Strahlung mit der ersten als auch ein Abstandswert basierend auf Strahlung mit der zweiten Wellenlänge erfasst wird (sh. a. nachfolgende Erläuterung von 2b).
  • Eine Informationsermittlungseinrichtung 60, die dazu eingerichtet ist, basierend auf den ermittelten Messwerten Objektinformationen der Objektoberfläche 16 zu ermitteln und/oder die insgesamt vorliegenden Messwerte für eine weitere Auswertung geeignet zusammenzufassen, ist lediglich schematisch in 1 angedeutet. Die Informationsermittlungseinrichtung 60 ist ebenfalls in die Vorrichtung 10 integriert und datenübertragend zumindest mit der nachstehend erläuterten Erfassungseinrichtung 31 verbunden.
  • Zu beachten ist in dem gezeigten Fall schließlich, dass die Strahlung mit der ersten und die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge gleichzeitig von der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 ausgesendet und auf die Objektoberfläche 16 gerichtet wird. Ferner findet zeitlich überlappend hiermit auch eine Erfassung der entsprechenden reflektierten Strahlungsanteile 40, 44 durch die Erfassungseinheit 31 statt. Insgesamt kann somit ohne eine signifikante Messzeiterhöhung die Anzahl der je Messpunkt 32 erfassten Messwerte verdoppelt werden.
  • Die reflektierte Strahlung, welche auf die fotosensitive Einheit 34 trifft, enthält somit auch stets Anteile beider ursprünglich von der Strahlungserzeugungseinrichtung 17 ausgesendeten Strahlungen und somit auch beider damit zusammenhängender Wellenlängen. Um je Wellenlänge einen individuellen (d. h. wellenlängenspezifischen) Messwert zu erfassen, umfasst die Erfassungseinrichtung 31 ein optisches Trennelement 36 in Form eines lediglich schematisch angedeuteten Dispersionsprismas. Das Trennelement 36 ist derart positioniert, dass es von der reflektierten Strahlung durchlaufen wird, bevor diese auf die fotosensitive Einheit 34 trifft.
  • Der Effekt des Trennelements 36 wird anhand der Prinzipskizze von 2b deutlich. Man erkennt wiederum die Erfassungseinrichtung 31 sowie eine ausgehend von der in dieser Darstellung nicht gezeigten Objektoberfläche 16 reflektierte Strahlung 38, die in die Erfassungseinrichtung 31 eintritt. Dort durchläuft die reflektierte Strahlung 38 das Trennelement 36 in Form des Dispersionsprismas und wird daraufhin in ihre wellenlängenindividuellen Strahlungsanteile aufgeteilt.
  • Konkret erkennt man eine erste Strahlung (bzw. ersten Strahlungsanteil) 40, der in einem in 2b oberen Auftreffort 42 auf der fotosensitiven Einheit 34 auftrifft. Ferner ist eine zweite Strahlung (bzw. zweiten Strahlungsanteil) 44 gezeigt, der in einem zu dem oberen Auftreffort 42 versetzten Auftreffort 46 auf der fotosensitiven Einheit 34 auftrifft. Die erste und die zweite Strahlung 40, 44 weisen dabei unterschiedliche Wellenlängen auf, die identisch zu den ursprünglich ausgesendeten Wellenlängen sind. In dem gezeigten Fall ist die eine Strahlung 40 Strahlung mit der ursprünglich ausgesendeten ersten Wellenlänge und die andere Strahlung 44 Strahlung mit der ursprünglich ausgesendeten zweiten Wellenlänge. Zu Erläuterungszwecken wird in diesem Zusammenhang davon ausgegangen, dass die Strahlungen 40, 44 auf Reflektionen an einzelnen Messpunkten 32 zurückzuführen sind. Tatsächlich würden bei einer projizierten Linie auch linienförmige Strahlungsanteile reflektiert und entsprechende Auftrefflinien (und nicht nur einzelnen Auftrefforte 42, 46) auf der fotosensitiven Einheit 34 abgebildet werden.
  • Da die Auftrefforte 42, 46 auf der fotosensitiven Einheit 34 auseinanderfallen (bzw. örtlich beanstandet sind), können für jede der Strahlungen 40, 44 und somit für jede der ersten und zweiten Wellenlänge individuelle Messwerte in Form der vorstehend erläuterten Abstandswerte je Messpunkt 32 ermittelt werden. Alternativ können die Messwerte die nachfolgend erläuterten Intensitätswerte und/oder Intensitätswertmaxima oder aber die darauf basierend ermittelten Auftrefforte betreffen.
  • Im Detail ist die fotosensitive Einheit 34 in dem gezeigten Fall in einzelne Bereiche A, B unterteilt. Diese Bereiche sind derart definiert, dass innerhalb des Messbereichs 29 der Vorrichtung 10 erzeugte bzw. reflektierte Strahlung 40, die lediglich Strahlung mit der ersten Wellenlänge umfasst, nach Durchlaufen des Trennelements 36 stets innerhalb des Bereiches A auf der fotosensitiven Einheit 34 auftrifft. Reflektierte Strahlung 44 mit der zweiten Wellenlänge trifft hingegen stets in dem zweiten Bereich B auf die fotosensitive Einheit 34, sofern sie von einer Position innerhalb des Messbereichs 29 der Vorrichtung 10 von der Objektoberfläche 16 reflektiert wird.
  • Mit anderen Worten werden die reflektierten Strahlungsanteile 40, 44 mit den unterschiedlichen Wellenlängen (und auch jegliche hiervon auf der fotosensitiven Einheit 34 jeweils abgebildete Linien) auf unterschiedliche Bereiche A, B der fotosensitiven Einheit 34 gelenkt und somit örtlich bzw. räumlich getrennt. Es kann aber auch vorgesehen sein, individuelle fotosensitive Einheiten 34 je Strahlung 40, 44 und der damit zusammenhängenden Wellenlänge vorzusehen, wobei die einzelnen fotosensitiven Einheiten 34 beispielsweise gemäß den Bereichen A, B in 2b positioniert sein können.
  • Zu beachten ist schließlich, dass entsprechende Bereiche A, B auch beidseits einer Mittenachse M positioniert sein können, wie sie in 2a gezeigt ist, um sämtliche mögliche Ablenkungen bzw. Brechungen der Strahlungsanteile 40, 44 durch das Trennelement 36 erfassen zu können. Zusätzlich oder alternativ können sich die Bereiche A, B auch zumindest teilweise überlappen, wobei im Überlappungsbereich auftreffende Strahlung in die einzelnen Wellenlängen aufgeteilt bzw. diesen zugeordnet werden kann, z.B. durch Verwenden von Erfassungspixeln (z.B. RGB-Pixeln) mit unterschiedlichen Wellenlängen-Sensitivitäten. Wie vorstehend erläutert, können die Strahlungen aufgrund der Wirkung des Prismas 36 aber grundsätzlich auf räumliche getrennte Bereiche ein und derselben Erfassungseinrichtung 31 bzw. fotosenstiven Einheit 34 abgebildet werden. Letztere muss daher nicht notwendiger Weise farbsensitiv sein, sondern kann z. B. als eine monochrome Kamera ausgebildet sein und/oder nur einen begrenzten Wellenlängenbereich von bspw. 400-800 nm erfassen. In diesem Fall können aus der Mehrzahl der erfassten Strahlungsanteile bzw. Messkurven dann auch eine Mehrzahl von Messwerten je (Objekt-) Messpunkt erzeugt werden. Falls eine genaue Zuordnung dieser Messwerte zu der ausgesendeten Wellenlänge gewünscht ist (was nicht zwingend erforderlich ist), kann z. B. auf Kalibrierinformationen und/oder Informationen zur Objektgeometrie zurückgegriffen werden.
  • Im Ergebnis kann die Vorrichtung 10 des gezeigten Ausführungsbeispiels somit die Objektoberfläche 16 berührungslos abtasten und Erfassen. Dabei ermittelt sie für eine Mehrzahl von Messpunkten 32 Abstandswerte, welche in bekannter Weise zum Definieren einer 3D-Punktwolke der Objektoberfläche 16 und/oder zum Erzeugen von Informationen zu oder Darstellungen von einer dreidimensionalen Gestalt der Objektoberfläche 16 verwendet werden können. Wie geschildert, sendet die Vorrichtung 10 hierfür Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge aus. Für jede dieser Strahlungen bzw. Wellenlängen wird daraufhin je Messpunkt 32 ein separater und somit individueller Messwert bestimmt. Dies gelingt durch Aufteilen der rückreflektierten Strahlung 38 in Strahlungsanteile 40, 44 mit der ersten bzw. zweiten Wellenlänge, wie anhand von 2b erläutert.
  • Um schlussendlich Objektinformation für eine weitere Mess-Auswertung und/oder als ein Ergebnisdatensatz zu erzeugen, kann für jeden der Messpunkte 32 in dem Messfeld 30 entweder der Messwert berücksichtigt werden, der basierend auf der Strahlung 40 mit der ersten Wellenlänge erzeugt wurde, oder derjenige Messwert, der basierend auf der Strahlung 44 mit der zweiten Wellenlänge erzeugt wurde. Ebenso ist es möglich, beide dieser Messwerte zu berücksichtigen und z.B. durch Bilden eines Mittelwertes miteinander zu verrechnen. Die Wahl der schlussendlichen Strategie bezüglich des Umgangs mit der Mehrzahl von Messwerten je Messpunkt 32 kann dabei gemäß jeglicher der vorstehend allgemein erläuterten Varianten erfolgen. Lediglich beispielhaft kann das Bilden eines Mittelwertes für die Mehrzahl von Messwerten je Messpunkt 32 bevorzugt werden, wenn davon ausgegangen wird, dass ein hohes Potential für Messverfälschungen durch die vorstehend erläuterten Speckleerscheinungen besteht. Erfindungsgemäß wird in diesem Fall die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass wenigstens eine der ausgesendeten Strahlungen an einem betrachteten Messpunkt 32 keine oder nur gering ausgeprägte Speckleerscheinungen aufweist und dass somit brauchbare (Gesamt-) Messwerte (bzw. Objektinformationen) für diesen Messpunkt ermittelt werden können. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu dem Fall, dass lediglich eine einzige Strahlung vorliegt, mittels derer im Fall von Speckleerscheinungen unter Umständen nicht für jeden Messpunkt 32 brauchbare Messwerte ermittelbar sind.
  • In dem gezeigten Fall ist die Vorrichtung 10 ferner dazu eingerichtet, eine Intensität (bzw. Strahlflussdichte) der ausgesendeten Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der ausgesendeten Strahlung mit der zweiten Wellenlänge unterschiedlich voneinander zu wählen. Die Vorrichtung 10 kann aber ebenso die Intensität der Strahlungen im Wesentlichen einander angleichen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 10 wahlweise in einem Betriebsmodus betreibbar ist, bei dem unterschiedliche Intensitäten bereitgestellt werden, oder in einem Betriebsmodus, bei dem ähnliche oder identische Intensitäten bereitgestellt werden. Die Wahl eines geeigneten Betriebsmodus kann zum Beispiel durch einen Bediener der Vorrichtung 10 erfolgen.
  • Der Ablauf des Vermessens der Objektoberfläche 16 erfolgt auch im Fall unterschiedlicher Intensitäten analog zu der vorstehend geschilderten Variante. Genauer gesagt werden erneut je Messpunkt 32 des Messfelds 30 wellenlängenindividuelle bzw.-spezifische Messwerte erzeugt, wobei einer jedoch auf der Strahlung mit einer höheren Intensität und der andere auf der Strahlung mit der niedrigeren Intensität beruht. Weist die Objektoberfläche 16 stark variierende Reflexionsgrade auf, so kann dies u.U. durch die Wahl der unterschiedlichen Intensitäten kompensiert werden. Liegt ein Messpunkt 32 beispielsweise in einem Bereich mit einem hohen Reflexionsgrad, kann Strahlung mit einer hohen Intensität zu Strahlung 40, 44 führen, die in einem Sättigungsbereich der fotosensitiven Einheit 34 liegt und folglich keine genaue Messwerterfassung mehr ermöglicht. In diesem Fall müsste auf die Strahlung 40, 44 mit der geringeren Intensität für das Erzeugen der schlussendlichen Objekt Information zurückgegriffen werden. Bei einem niedrigen Reflexionsgrad kann hingegen Strahlung 40, 44 mit einer geringen Strahlungsintensität das Erfassen eines geeigneten Messwertes erschweren, sodass auf die Strahlung 40, 44 mit der höheren Intensität für das Erzeugen der schlussendlichen Objektinformation zurückgegriffen werden müsste.
  • Zusammengefasst kann bei der Variante mit unterschiedlichen Strahlungsintensitäten somit vorgesehen sein, dass zwischen den je Messpunkt 32 erzeugten Messwerten ausgewählt wird, beispielsweise durch die Informationsermittlungseinrichtung 60.
  • Zum Bereitstellen der unterschiedlichen Intensitäten können entweder die Strahlquellen 14 geeignet angesteuert werden, sodass diese Strahlung mit unterschiedlichen Intensitäten aussenden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Strahlungsschwächer 55 bereitgestellt werden, der mindestens eine der von den Strahlquellen 14 ausgesendeten Strahlungen vor einem Erfassen durch die fotosensitive Einheit 34 abschwächt. Eine mögliche Position eines Strahlungsschwächers 55 in Form eines optischen Filters ist in 2b schematisch angedeutet. Der Filter ist dabei innerhalb der Erfassungseinrichtung 31 angeordnet, und zwar derart, dass einfallende Strahlung den Filter vor einem Auftreffen auf die fotosensitive Einheit 34 durchläuft. Ein solcher optischer Filter kann auch zwischen einer der Strahlquellen 14 und der Objektoberfläche 16, aber vorzugsweise außerhalb des Überschneidungsbereiches der Strahlfächer 20, 24 positioniert werden.
  • Im Folgenden werden alternative Ausführungsformen anhand der 3 und 4 erläutert. Die Unterschiede zu der vorangehenden Ausführungsform beschränken sich dabei auf die Strahlungserzeugungseinrichtung 17. Die Erfassungseinrichtung 31 sowie der allgemeine Messablauf sind hingegen analog zu dem vorgehenden Beispiel und werden daher nicht noch einmal erläutert.
  • In 3 ist eine Strahlungserzeugungseinrichtung 17 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Diese umfasst wiederum zwei Strahlquellen 14. Eine der Strahlquellen 14 sendet monochromatische elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge aus (z.B. einen roten Laserstrahl), während die andere Strahlquelle 14 monochromatische Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge aussendet (z.B. einen blauen Laserstrahl). Die Strahlquellen 14 sind lichtleitend mit einem Strahlkoppler 16 verbunden.
  • Über den Strahlkoppler 16 werden die jeweils ausgesendeten Strahlungen ineinander eingekoppelt und in Richtung einer nicht dargestellten Objektoberfläche 16 ausgesendet. Dies erfolgt derart, dass sich beide Strahlungen entlang einer gemeinsamen Strahlungsachse 18, 22 erstrecken sowie in Form kongruenter Strahlfächer 20, 24 aufweiten. An jeder räumlichen Position der ausgesendeten Strahlung liegt somit ein Strahlung mit sowohl der ersten als auch Strahlung mit der zweiten Wellenlänge vor. Wird eine Objektoberfläche 16 innerhalb der kongruenten Strahlfläche 20, 24 positioniert und vorzugsweise in einem Messbereich 29 der Vorrichtung 10 (jeweils nicht gezeigt), können somit in der vorstehend geschilderten Weise wellenlängenindividuelle bzw. -spezifische Messwerte je Messpunkt 32 erfasst werden.
  • In 4 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 10 gezeigt, bei der die Strahlungserzeugungseinrichtung 17 wiederum zwei Strahlquellen 14 umfasst. Die Strahlquellen 14 sind dabei nebeneinander positioniert und senden elektromagnetische Strahlung in die Umgebung aus (und nicht in einen etwaigen Lichtleiter oder Strahlkoppler 16 wie in 3). Genauer gesagt sendet eine der Strahlquellen 14 monochromatische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge aus (z.B. einen roten Laserstrahl), während die zweite Strahlquelle 14 monochromatische Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge aussendet (z.B. einen blauen Laserstrahl). Die Strahlungen weiten sich dabei wiederum in Form von zweidimensionalen Strahlungsfächern 20, 24 auf. In dem gezeigten Fall verlaufen diese Strahlungsfächer 20, 24 bzw. die dazugehörigen Strahlungsachsen 18, 22 parallel zueinander und auch parallel zu einer gemeinsamen Achse 50 der Strahlungserzeugungseinrichtung 17. Die Strahlquellen 14 sind jedoch derart positioniert, dass sich deren Strahlungsfächer 20, 24 im Bereich der gemeinsamen Achse 50 überschneiden. In dem Überschneidungsbereich liegt erneut Strahlung mit sowohl der ersten Wellenlänge als auch mit der zweiten Wellenlänge vor. Wird eine Objektoberfläche 16 in diesem Überschneidungsbereich und vorzugsweise in einem dort definierten Messbereich 29 der Vorrichtung 10 positioniert (jeweils nicht gezeigt), können erneut für jeden Messpunkt 32 wellenlängenindividuelle Messwerte bestimmt werden.
  • Ferner ist darauf hinzuweisen, dass das vorstehend anhand der 2a, 2b erläuterte Verwenden eines optischen Trennelements 36 nicht zwingend ist. Stattdessen kann auch eine farbsensitive fotosensitive Einheit 34 verwendet werden (z.B. bei einer Erfassungseinrichtung 31 in Form einer Farbkamera). Diese kann in bekannter Weise an jedem Auftreffort 42, 46 die Intensität der einzelnen Farben (bzw. der einzelnen Wellenlängen) innerhalb der auftreffenden Strahlung 38 ermitteln und insbesondere eine Intensitätsverteilung über ein Spektrum mit mehreren Wellenlängen bestimmen (z.B. über das sichtbare Spektrum). Dies betrifft insbesondere den Fall, dass ein jeweiliger Auftreffort 42, 46 auf der fotosensitiven Einheit 34 durch ein Pixel definiert wird, das eine Mehrzahl von Detektoreinheiten enthält, wobei jede Detektoreinheit für mehrere individuelle Wellenlänge oder Farben sensitiv ist (z.B. ein sogenanntes RGB-Pixel bzw. Detektor-Pixel). Somit kann für jeden Auftreffort 42, 46 auf der fotosensitiven Einheit 34 die Auftreffintensität für jede der unterschiedlichen Wellenlängen separat bestimmt werden, woraus wiederum ein wellenlängenindividueller Messwert je Messpunkt 32 bestimmbar ist.
  • In den 5A-C sind Diagramme zum Erläutern von Signalen gezeigt, die mit herkömmlichen Lösungen gemäß dem Stand der Technik erfassbar sind. Dabei ist jeweils eine zeilenweise Intensitätsverteilung gezeigt, die sich aus an einzelnen Pixelpositionen in einer Zeile der Erfassungseinrichtung 31 (und insbesondere einer fotosensitiven Einheit 34 oder Sensorfläche hiervon) erfassten Intensitätswerte zusammensetzt. Die Intensitätswerte je Pixelposition sind dabei mit nicht ausgefüllten Kreisen markiert. In an sich bekannter Weise ist eine Zeile (beziehungsweise das Zeilensignal) der Erfassungseinrichtung 31 einem einzelnen Messpunkt 32 auf der Objektoberfläche 16 zugeordnet, wohingegen in Spaltenrichtung der Erfassungseinrichtung 31 die je Messpunkt 32 empfangenen Signale (bzw. Intensitätsverteilungen) aneinandergereiht sind. Wie geschildert, wird in Spaltenrichtung somit die auf die Objektoberfläche 16 projizierte und von dieser rückreflektierten Laserlinie abgebildet.
  • Folglich wird in 5A das von der Objektoberfläche 16 rückreflektierte Licht mittels der Erfassungseinrichtung 31 erfasst, und zwar derart, dass für einen einzelnen Messpunkt 32 eine zeilenweise Intensitätsverteilung erhalten wird, bei der je Pixel bzw. je Pixelposition in Zeilenrichtung ein einzelner Intensitätswert vorliegt. Der Intensitätswert kann als ein Grauwert angegeben sein. Hierbei wird über eine im gezeigten Fall als konstant angenommene Belichtungszeit die einfallende Intensität zu dem Intensitätswert aufintegriert.
  • Anschließend wird basierend auf der entsprechend ermittelten diskreten örtlichen Verteilung der Intensitätswerte (siehe nicht ausgefüllte Kreise in 5A) eine Gaußverteilung der Intensität berechnet, beispielsweise mittels eines herkömmlichen Gauß-Fits oder, mit anderen Worten, mittels einer herkömmlichen Gauß-Kurvenanpassung. Der eigentliche Maximalwert der Intensität wird somit rechnerisch ermittelt und ist in 5A durch einen ausgefüllten Kreis dargestellt. Diesem Maximalwert wird auch ein rechnerisch ermittelter Auftreffort (bzw. Pixelposition) der maximalen Intensität in der betrachteten Zeile der Erfassungseinrichtung zugeordnet. Dieser Auftreffort liegt im gezeigten Fall bei ca. 10,3 und wird auch der weiteren Triangulation in an sich bekannter Weise zugrunde gelegt (d. h. einem betrachteten Messpunkt 32 als tatsächlicher Auftreffort zugeordnet). Das geschilderte Vorgehen kann auch als Lichtschnittverfahren bezeichnet werden.
  • In 5A ist der Fall einer herkömmlichen Strahlungsreflektion von einer Objektoberfläche 16 gezeigt. In 5B wird hingegen eine ungewöhnlich stark reflektierende Objektoberfläche 16 bestrahlt. Man erkennt, dass zwischen den Pixelpositionen 8 und 13 jeweils Intensitätswerte erhalten werden, die in einem Sättigungsbereich der Erfassungseinrichtung liegen. Folglich wird an diesen Pixelpositionen jeweils ein maximaler Intensitätswert ausgegeben, obwohl die Punkte auf der Oberfläche, von denen die an den Pixelpositionen 8 bis 13 erfassten Strahlungsanteile reflektiert werden, in unterschiedlichem Ausmaß von der Erfassungseinrichtung 31 beanstandet sein können. Diese unterschiedlichen Abstände können aber aufgrund des Erreichens des Sättigungsbereichs aber nicht mehr sensorisch erfasst und rekonstruiert werden.
  • Beim Versuch, basierend auf der Intensitätsverteilung aus 5B einen Gauß-Fit auszuführen, würde man (sofern dieser überhaupt gelingt) daher auch eine plateauartige Intensitätsverteilung im Bereich der Pixelpositionen 9 bis 11 erhalten, da dort jeweils die maximal erfassbare Intensität vorliegt. Entsprechend würde man auch nicht einen einzelnen Intensitätsmaximalwert, sondern nur einen Wertebereich der maximalen Intensität bestimmen können (siehe ausgefüllte Kreise in 5B). Es ist somit nicht möglich (oder zumindest nicht ausreichend genau möglich), einen einzelnen Auftreffort mit der maximalen Intensität zu ermitteln, diesen einem betrachteten Messpunkt 32 zuzuordnen und für eine Triangulation zu verwenden. Stattdessen müsste ein beliebiger Ort zwischen den Pixeln 9 bis 11 ausgewählt werden, was die erzielbare Genauigkeit entsprechend reduziert.
  • In 5C ist ferner der Fall einer schwach reflektierenden Oberfläche gezeigt. In diesem Fall erkennt man, dass die Intensitätswerte derart niedrig sind, dass im Bereich der Pixelpositionen 9 bis 11 wiederum lediglich eine Maximalwertverteilung feststellbar ist (siehe ausgefüllte Kreise). Erneut müsse daher ein beliebiger Ort zwischen den Pixeln 9 bis 11 ausgewählt werden, anstatt den tatsächlichen Ort, an dem die Maximalintensität vorliegt, präzise ermitteln zu können.
  • In den 6A-6C sind Darstellungen zum Erläutern der erfindungsgemäß erfassbaren Signale gezeigt. In 6A ist dabei zunächst eine Intensitätsverteilung der ausgesendeten Strahlung auf der Objektoberfläche 16 bzw. entlang einzelner Objektpositionen gezeigt. Eine derartige Intensitätsverteilung kann sich quer zur Laserlinienrichtung ergeben und im Bereich eines einzelnen zu erfassenden Messpunkts 32 vorliegen. Man erkennt, dass Strahlung mit einer ersten Wellenlänge 100 und Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge 120 ausgesendet wird. Entlang der Objektoberfläche betrachtet ist die auftreffende Strahlungsintensität wiederum gaußförmig verteilt, wobei die Strahlung mit der ersten Wellenlänge 100 allgemein eine höhere Intensität aufweist als die Strahlung mit der zweiten Wellenlänge 120.
  • In den 6B-6C sind analog zu den 5A-C zeilenweise Intensitätsverteilungen gezeigt (d. h. für einen einzelnen Messpunkt 32 ermittelte Intensitätsverteilungen), die mittels der Erfassungseinrichtung 31 basierend auf der rückreflektierten Strahlung erfassbar sind. Da die rückreflektierte Strahlung mittels des vorstehend erläuterten Prismas bzw. dem Trennelement 36 in einzelne Strahlungsanteile 40, 44 aufgetrennt wird, entstehen auf der fotosensitiven Einheit bzw. der Sensorfläche der Erfassungseinrichtung 31 auch zwei örtlich getrennte gaußähnliche Intensitätsverteilungen. Diese Intensitätsverteilungen sind entsprechend der Auftreffbereiche A, B aus 2b angeordnet.
  • In 6B ist eine sensorisch erfasste Intensitätsverteilung bei einer schwach reflektierenden Objektoberfläche 16 gezeigt. Man erkennt, dass für die erste Wellenlänge 100 im Bereich der Pixelpositionen 4 bis 5 hohe Intensitätswerte gemessen werden. Basierend auf der Bestrahlung mit der zweiten Wellenlänge 120, die ohnehin mit der deutlich geringeren Intensität ausgesendet wurde (siehe 6A), werden hingegen kaum auswertbare und nur sehr geringe Intensitäten im Bereich der Pixelpositionen 14 bis 16 ermittelt. Die rechnerische Auswertung beschränkt sich deshalb auf die in 6B linke Intensitätsverteilung, die basierend auf der Strahlung mit der ersten Wellenlänge 100 erzeugt wurde. Erneut kann darauf basierend ein Intensitätsmaximalwert berechnet werden und ist mit einem ausgefüllten Kreis dargestellt (ca. bei Pixelposition 4,8). dieser kann als rechnerisch ermittelter Auftreffort für den betrachteten Messpunkt 32 einer weiteren Triangulation zugrunde gelegt werden.
  • In 6C ist der Fall einer stark reflektierenden Objektoberfläche 16 gezeigt. In diesem Fall führt die Strahlung mit der ersten Wellenlänge 100 aufgrund ihrer höheren Intensität in ihrem dazugehörigen Auftreffbereich zwischen den Pixelpositionen 1 bis 9 zu demselben Sättigungsphänomen, wie anhand von 5B beschrieben. Basierend auf der rückreflektierten Strahlung mit der zweiten Wellenlänge 120 wird in dem dazugehörigen Auftreffbereich zwischen den Pixelpositionen 11 bis 19 hingegen eine präzise auswertbare Gauß-Intensitätsverteilung erhalten, für die der Auftreffort der maximalen Intensität in der vorstehend erläuterten Weise rechnerisch ermittelbar ist (ca. bei 15,2).
  • Es versteht sich, dass die vorstehenden zeilenweisen Betrachtungen für jede Zeile und somit auf jeden Messpunkt 32 erfolgen können, wobei die Messpunkte 32 bzw. die hierfür ermittelten zeilenweisen Intensitätsverteilungen in Spaltenrichtung der Erfassungseinrichtung 31 aneinandergereiht sind.
  • Dies verdeutlicht, dass die vorgestellte Lösung das zuverlässige Vermessen von Objektoberflächen mit unterschiedlichsten Eigenschaften ermöglicht.

Claims (13)

  1. Vorrichtung (10) zum Erfassen einer Objektoberfläche (16), mit: einer Strahlungserzeugungseinrichtung (17) mit wenigstens einer Strahlquelle (12), wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, erste elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und zweite elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge auf wenigstens einen zu vermessenden Messpunkt (32) einer Objektoberfläche (16) oder auf einen zu vermessenden Bereich einer Objektoberfläche (16), der zumindest einen zu vermessenden Messpunkt (32) aufweist, einzustrahlen, wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, in einem Wellenlängenbereich zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge keine oder keine für eine Oberflächenerfassung genutzte Strahlung auf den zu vermessenden Messpunkt (32) oder auf den Bereich der Objektoberfläche (16) einzustrahlen, sodass die erste und die zweite Wellenlänge unterschiedlich voneinander sind; und einer Erfassungseinrichtung (31), die dazu eingerichtet ist, für den zu vermessenden Messpunkt (32) oder für die zu vermessenden Messpunkte (32) jeweils wenigstens einen ersten Messwert und wenigstens einen zweiten Messwert zu erfassen, wobei der erste Messwert auf von der Objektoberfläche (16) reflektierter Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der zweite Messwert auf von der Objektoberfläche (16) reflektierter Strahlung mit der zweiten Wellenlänge basiert, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Messwert jeweils Abstandswerte zur Objektoberfläche (16) sind.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die erste elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die zweite elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Wellenlänge zumindest temporär gleichzeitig auf die Objektoberfläche (16) einzustrahlen.
  3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung (31) dazu eingerichtet ist, die reflektierte Strahlung mit der ersten und der zweiten Wellenlänge während dem gleichzeitigen Einstrahlen zu erfassen.
  4. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, die erste elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die zweite elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Wellenlänge mit voneinander abweichenden Intensitäten auf die Objektoberfläche (16) einzustrahlen.
  5. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Strahlungsschwächer (55), um mindestens eine von der ersten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der zweiten elektromagnetischen Strahlung mit der zweiten Wellenlänge vor einem Erfassen durch die Erfassungseinrichtung (31) abzuschwächen; und/oder wobei die Erfassungseinrichtung (31) unterschiedliche Empfindlichkeiten für die erste elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die zweite elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Wellenlänge aufweist.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die erste elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die zweite elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Wellenlänge in einem Winkel zueinander auf die Objektoberfläche (16) einzustrahlen, sodass sich die Strahlungen überschneiden.
  7. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, die erste elektromagnetische Strahlung mit der ersten Wellenlänge und die zweite elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Wellenlänge im Wesentlichen entlang oder parallel zu einer gemeinsamen Strahlungsachse (18, 22) auf die Objektoberfläche (16) einzustrahlen.
  8. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinrichtung (31) ein optisches Trennelement (36) umfasst, um die von der Objektoberfläche (16) reflektierte Strahlung in den ersten und den zweiten Strahlungsanteil aufzuteilen.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Informationsermittlungseinrichtung (60), die dazu eingerichtet ist, basierend auf den Messwerten Objektinformationen zu ermitteln, wobei für den oder für jeden der Messpunkte (32) mindestens einer von dem dazugehörigen ersten und zweiten Messwert berücksichtigt wird.
  10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei die Informationsermittlungseinrichtung (60) dazu eingerichtet ist, für mindestens einen Messpunkt (32) nur einen von dem ersten oder zweiten Messwert zu berücksichtigen und/oder für mindestens einen Messpunkt (32) einen Gesamtmesswert auf Basis des ersten und des zweiten Messwerts zu ermitteln.
  11. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlungserzeugungseinrichtung (17) zum Erzeugen der ersten elektromagnetischen Strahlung eine erste Strahlquelle (12) und zum Erzeugen der zweiten elektromagnetischen Strahlung eine zweite Strahlquelle (12) umfasst und wobei die Strahlquellen (12) jeweils als Laserquellen ausgebildet sind.
  12. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wellenlängenbereich, in dem keine Strahlung eingestrahlt wird und der zwischen der ersten und der zweiten Wellenlänge liegt, mindestens 50 nm, mindestens 100 nm oder mindestens 200 nm umfasst.
  13. Verfahren zum Erfassen einer Objektoberfläche (16), umfassend: - Einstrahlen von einer ersten elektromagnetischen Strahlung mit einer ersten Wellenlänge und von einer zweiten elektromagnetischen Strahlung mit einer zweiten Wellenlänge auf wenigstens einen zu vermessenden Messpunkt (32) einer Objektoberfläche (16) oder auf einen zu vermessenden Bereich einer Objektoberfläche (16), der zumindest einen zu vermessenden Messpunkt (32) aufweist, wobei in einem Wellenlängenbereich zwischen der ersten Wellenlänge und der zweiten Wellenlänge keine oder keine für eine Oberflächenerfassung genutzte Strahlung auf den zu vermessenden Messpunkt (32) oder auf den Bereich der Objektoberfläche (16) eingestrahlt wird, sodass die erste und die zweite Wellenlänge unterschiedlich voneinander sind; - Erfassen von wenigstens einem ersten Messwert und von wenigstens einem zweiten Messwert für den Messpunkt (32) oder jeden der Messpunkte (32), wobei der erste Messwert (32) auf von der Objektoberfläche (16) reflektierter Strahlung mit der ersten Wellenlänge und der zweite Messwert auf von der Objektoberfläche (16) reflektierter Strahlung mit der zweiten Wellenlänge basiert, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Messwert jeweils Abstandswerte zur Objektoberfläche (16) sind.
DE102018211913.9A 2018-07-17 2018-07-17 Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Objektoberfläche mittels elektromagnetischer Strahlung Active DE102018211913B4 (de)

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