DE102020117791A1 - Modular multi-camera system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein modulares Multikamerasystem (30) für die industrielle Bildverarbeitung mit wenigstens einem balkenförmigen Trägerprofil (31) und einer Mehrzahl daran befestigter Bestückungsmodule (20, 40, 41), von denen wenigstens ein Teil Kameramodule (20) mit jeweils einem Bildsensor (6a, 6b) und einem Objektiv (21) sind. Die Bestückungsmodule (20, 40, 41) sind einzeln außen am Trägerprofil (31) an diskreten Modulpositionen abnehmbar angeordnet und bündig aneinanderreihbar. Zudem haben sie eine Breite in Richtung der Längsachse (39) des Trägerprofils (31), die dem Einfachen oder einem Vielfachen einer Basiseinheit (B) entspricht. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Positionieren der Bestückungsmodule (20, 40, 41) auf dem balkenförmigen Trägerprofil (31), bei dem sie einzeln außen am Trägerprofil (31) an diskreten Modulpositionen abnehmbar angeordnet werden, in dem sie bündig aneinander angelegt, oder an Markierungen am Trägerprofil (31) längs seiner Längsachse (39) ausgerichtet oder in eine Rastverbindung an der Modulposition gebracht werden.The invention relates to a modular multi-camera system (30) for industrial image processing, having at least one beam-shaped carrier profile (31) and a plurality of assembly modules (20, 40, 41) attached thereto, at least some of which are camera modules (20), each with an image sensor (6a , 6b) and a lens (21). The assembly modules (20, 40, 41) are arranged individually on the outside of the carrier profile (31) in discrete module positions so that they can be removed and are flush with one another. In addition, they have a width in the direction of the longitudinal axis (39) of the carrier profile (31) which corresponds to one or a multiple of a base unit (B). The invention also relates to a method for positioning the assembly modules (20, 40, 41) on the beam-shaped carrier profile (31), in which they are arranged individually on the outside of the carrier profile (31) in discrete module positions so that they can be removed by placing them flush against one another, or aligned with markings on the carrier profile (31) along its longitudinal axis (39) or brought into a snap-in connection at the module position.
Description
Die Erfindung betrifft allgemein einen Beitrag zur Optimierung von Produktionsverfahren. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Multikamerasystem für die industrielle Bildverarbeitung mit wenigstens einem balkenförmigen Trägerprofil und einer Mehrzahl daran montierter Kameramodule mit Bildsensor und Objektiv sowie ein Verfahren zur Positionierung der Module.The invention generally relates to a contribution to the optimization of production processes. In particular, the invention relates to a multi-camera system for industrial image processing with at least one beam-shaped carrier profile and a plurality of camera modules with image sensor and lens mounted thereon, and a method for positioning the modules.
Das Optimieren von industriellen Produktionsverfahren ist eine konkrete Herausforderung aus der Menge aller Applikationen der industriellen Fertigungsmesstechnik und bietet als Ergebnis die Reduktion von Ausschuss bzw. der primär eingesetzten Rohstoffe sowie der sekundären Faktoren, wie Energieeinsatz und Umweltbelastung. Mit dem Einsatz von leistungsfähigen Messmethoden wird eine Steigerung von Qualität und Produktivität der Produktionsanlagen angestrebt, was sich in einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit, der internationalen Wettbewerbsfähigkeit und Sicherung von Arbeitsplätzen widerspiegelt.The optimization of industrial production processes is a concrete challenge from the multitude of all applications of industrial production measurement technology and offers as a result the reduction of rejects or the primary raw materials used as well as secondary factors such as energy use and environmental pollution. With the use of powerful measurement methods, an increase in quality and productivity of the production facilities is aimed at, which is reflected in an increase in profitability, international competitiveness and job security.
Bei der Steuerung oder Qualitätskontrolle industrieller Anlagen besteht eine elementare Aufgabe häufig darin, die Oberfläche von einem Objekt zu inspizieren oder eine dimensionale Größe wie bzw. eine Objektabmessung oder eine relative Lage des Objekts bezogen auf einen Referenzpunkt zu ermitteln und mit einer Referenzgröße zu vergleichen, beispielsweis um die Einhaltung von Toleranzen zu überprüfen oder fehlerhafte Objekte zu erkennen. Primäre dimensionale Messgrößen wie die Lage, Länge, Breite oder Höhe des Objekts dienen somit dazu, sekundäre Größen wie Fläche, Volumen, Maßhaltigkeit, Vollständigkeit oder Ähnliches zu ermitteln.In the control or quality control of industrial systems, an elementary task is often to inspect the surface of an object or to determine a dimensional variable such as an object dimension or a relative position of the object in relation to a reference point and to compare it with a reference variable, for example to check compliance with tolerances or to detect faulty objects. Primary dimensional measurements such as the position, length, width or height of the object are used to determine secondary quantities such as area, volume, dimensional accuracy, completeness or the like.
Diese messtechnischen Aufgaben schnell und berührungslos, und damit verschleißfrei, zu lösen, gehört zu den Leistungsmerkmalen einer speziellen Technologie, die mit Hilfe von Kameras Bilder von einem Messobjekt in einer Szene aufzeichnet und diese mit Methoden und Algorithmen der digitalen Bilddatenverarbeitung auswertet. Technologien dieser Art werden unter dem Titel industrielle Bilddatenverarbeitung (IBV) zusammengefasst und besitzen ein breites Spektrum technischer Anwendungen.Solving these metrological tasks quickly and without contact, and therefore without wear, is one of the features of a special technology that uses cameras to record images of a measurement object in a scene and evaluates them using methods and algorithms of digital image data processing. Technologies of this type are summarized under the title industrial image data processing (IIP) and have a wide range of technical applications.
Ein einfaches Kamerasystem 1 der IBV zur Vermessung und Kontrolle eines Messobjekts 2a ist in
Die Bildsensoren der Kamera 3 zeichnen das von der Oberfläche des Messobjekts 2a (Prüfling) reflektierte Licht auf und werten es aus. Als Lichtquellen können sowohl LEDs als auch Laser dienen, die entweder als Spot, Punkt oder Linie angeordnet sind. In gleicher Weise werden Strahler im nahen Infrarot-Spektrum (NIR) verwendet.The image sensors of the
Bei der Technologie der Kamera 3 wird prinzipiell zwischen zwei Varianten unterschieden, die die Anordnung der lichtempfindlichen Bildpunkte (Pixel) der Bildsensoren 6a, 6b, betrifft. Diese Anordnung kann in einer Reihe oder einer Matrix sein, wie
Liegen die Pixel in einer einzigen Reihe, spricht man von einem Zeilen-Bildsensor 6a oder kurz Zeilensensor 6a. Der Zeilen-Bildsensor 6a bildet zusammen mit dem Abbildungssystem (Objektiv) und einer Analog/Digitalelektronik, verbaut in einem Gehäuse, eine Zeilenkamera 3a. Dies ist in
Sind die Pixel dagegen matrixförmig angeordnet, spricht man von einem Matrix-Bildsensor 6b oder kurz Matrixsensor 6b oder einer Matrixkamera 3b. Dies ist in
In vielen technischen Anwendungen genügt es nicht, mit nur einer Kamera 3 eine Szene zu betrachten. Mit mehreren auf eine Szene gerichteten Kameras 3, die gemeinsam ein Multikamerasystem 30 bilden, kann zum Beispiel eine höhere Auflösung der Bildszene bzw. des Messbereiches erreicht werden. Dabei wird die Gesamtszene in Teilszenen unterteilt, die jeweils einer der Kameras 3 zugeordnet ist und von dieser erfasst wird. Speziell zur Inspektion von band- bzw. bahnförmigem Material 2b, werden Kameras 3 nebeneinander quer zur Bandlaufrichtung (cross direction, CD) angeordnet.
Eine von der Anmelderin entwickelte Technologie basiert darauf, dass der Kamerabalken 12 ein rohrförmiges Gehäuse für eine große Anzahl Bildsensoren mit jeweils einem eigenen Objektiv ist, die nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind. Per Definition handelt es sich bei dem Kamerabalken 12 um eine einzelne Kamera mit einer Vielzahl von Objektiven (englisch: Multi Lens Kamera). Ein solcher Kamerabalken 12 kann z.B. 80 integrierte Bildsensoren und eine einzige Datenschnittstelle 15 zu einer SPS (Speicher-programmierbaren Steuerung) besitzen. Bekannt sind Kamerabalken mit bis zu 176 Matrixbildsensoren und eine gleiche Anzahl von Objektiven und Bildprozessoren mit einer Gesamtlänge von über 4400 mm, bei denen es sich bis dato wohl um die größten Kameras der Welt handelt.A technology developed by the applicant is based on the fact that the
Unterhalb des Bandes 2a ist ein zum Kamerabalken 12 korrespondierender Lichtbalken 13 mit Lichtquellen in einem Gehäuse, das ebenfalls als Hohlprofil ausgeführt und parallel zum Kamerabalken 12 angeordnet ist. Hiermit lassen sich Geometriekenndaten des Bandmaterials 2a, wie z.B. die Bandbreite, Lage, z.B. Bandmittenlage oder Merkmale wie Fehlstellen 14 oder Bandkantenrisse am laufenden Band 2a erkennen. Das in
- - einen geringen Abstand zwischen
Kamerabalken 12 undBand 2b - - eine hohe Geometrieauflösung quer zur Bandlaufrichtung (CD)
- - eine einfache mechanische Installation
- - eine Datenauswertung innerhalb des
Kamerabalkens 12, wobei eineSchnittstelle 15 einen Anschluss an eine SPS ermöglicht, und - - eine Minimierung von Kalibieraufgaben.
- - a small distance between
camera bar 12 andband 2b - - a high geometry resolution transverse to the tape running direction (CD)
- - a simple mechanical installation
- - A data evaluation within the
camera bar 12, wherein aninterface 15 allows a connection to a PLC, and - - a minimization of calibration tasks.
Durch die Verknüpfung der Kameradaten mit der aktuellen Bandgeschwindigkeit lassen sich zudem Bandmerkmale und ihre Geometrie einem geometrischen Ort in Bandlaufrichtung (Machine Direction, MD, x Koordinate) und quer zur Bandlaufrichtung (Cross Direction, CD, y Koordinate) zuordnen. Diese Methode entspricht einer 2D-Messwertaufnahme, wobei anhand der xy-Koordinaten anschließend online (in Echtzeit) oder offline (im Anschluss an eine Aufnahmesequenz) die Beurteilung der Produktqualität einem Abschnitt des Bandes 2a zugeordnet werden kann.By linking the camera data with the current belt speed, belt features and their geometry can also be assigned to a geometric location in the direction of belt travel (Machine Direction, MD, x coordinate) and transverse to the direction of belt travel (Cross Direction, CD, y coordinate). This method corresponds to a 2D recording of measured values, whereby the assessment of the product quality can then be assigned to a section of the
Durch eine geeignete Anordnung der Kameras 3 einschließlich einer geeigneten Beleuchtung lassen sich zudem Geometriedaten des Objekts 2 im dreidimensionalen Raum (3D-Scan) ermitteln. Hierzu kann z.B. die sogenannte Lasertriangulation verwendet werden, deren Grundprinzip in
Wird quer zur Bandlaufrichtung MD eine Laserlinie 16 auf das Band 2b gerichtet, kann mit Hilfe des in
Den genannten Messverfahren ist gemein, dass ihre Messwertunsicherheit von der präzisen und bekannten Lage der Kameras und der Beleuchtungskomponenten absolut zueinander und relativ im 3D-Beobachtungs- bzw. Koordinatensystem bekannt ist.What the measurement methods mentioned have in common is that their measured value uncertainty is known from the precise and known position of the cameras and the lighting components in absolute terms relative to one another and in the 3D observation or coordinate system.
Heutige Multikamerasysteme lassen sich nur eingeschränkt präzise skalieren, reproduzieren, montieren und kalibrieren. Eine Skalierung erfolgt durch Erhöhung oder Reduzierung der Kameraanzahl des Systems. Dabei ist eine Erhöhung der Messwertauflösung mit einer Erhöhung der Anzahl von Kameras in dem System möglich. Die Erweiterung eines Systems von beispielsweise drei auf vier Kameras erfordert allerdings eine Neupositionierung und folgemäßig die Neukalibrierung aller Kameras. Oftmals scheitert dies zudem daran, dass die Kameras nicht beliebig dicht aneinander angeordnet werden können, weil ihre baulichen Abmessungen oder Halterungen an Montageflanschen dies nicht zulassen. Eine beliebige Skalierung ist somit nicht möglich. Bei der Reproduzierbarkeit eines Kamerasystems geht es vor allem um die exakte Wiedereinahme der ursprünglichen Kameraposition nach einem Reparatur- bzw. Servicefall. Fällt in einem Multikamerasystem eine Kamera aus, muss sie exakt an derselben Stelle durch eine neue Kamera ersetzt werden können, was bei heutigen Kamerasystemen nur schwer möglich ist, so dass eine aufwändige Neukalibrierung aller Kameras erforderlich ist. Dies ist mit einem entsprechenden zeitlichen Aufwand verbunden.Today's multi-camera systems can only be precisely scaled, reproduced, assembled and calibrated to a limited extent. Scaling takes place by increasing or reducing the number of cameras in the system. In this case, an increase in the measured value resolution is possible with an increase in the number of cameras in the system. However, expanding a system from three to four cameras, for example, requires repositioning and consequently recalibration of all cameras. In addition, this often fails because the cameras cannot be arranged arbitrarily close to each other because their structural dimensions or brackets on mounting flanges do not allow this. Any scaling is therefore not possible. The reproducibility of a camera system is primarily about the exact resumption of the original camera position after a repair or service case. If a camera fails in a multi-camera system, it must be possible to replace it with a new camera at exactly the same point, which is difficult to do with today's camera systems, so that a complex recalibration of all cameras is necessary. This is associated with a corresponding expenditure of time.
In den zuvor skizzieren IBV-Messsystemen zur Bandinspektion ist es von großer Bedeutung, dass die genaue Position aller Kameras und aller Laser bzw. Lichtquellen im Anlagenkoordinatensystem genau bekannt ist. In konventionellen Systemen sind die Installation und die Justage der Komponenten vor Ort mit großem Aufwand verbunden. Dieser Aufwand ist bei den Mess- bzw. Kamerabalken 12 gemäß
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Multikamera-Messsystem für die industrielle Bildverarbeitung bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile überwindet, insbesondere in hohem Maß skalierbar ist, eine exakte Positionierung der Kameras des Systems ermöglicht und einen minimalen Aufwand bei der mechanischen Justage und softwaretechnischen Kalibrierung erfordert. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur exakten Positionierung der Kameras bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide a multi-camera measuring system for industrial image processing that overcomes the aforementioned disadvantages, in particular is highly scalable, enables the cameras of the system to be positioned precisely and requires minimal effort for mechanical adjustment and software calibration . Furthermore, it is the object of the invention to provide a method for the exact positioning of the cameras.
Diese Aufgabe wird durch das Multikamerasystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben und werden nachfolgend angesprochen.This object is achieved by the multi-camera system having the features of
Erfindungsgemäß wird ein modulares Multikamerasystem für die industrielle Bildverarbeitung mit wenigstens einem balkenförmigen Trägerprofil und einer Mehrzahl daran befestigter Bestückungsmodule vorgeschlagen, von denen wenigstens ein Teil Kameramodule mit jeweils einem Bildsensor und einem Objektiv sind, wobei die Bestückungsmodule einzeln außen am Trägerprofil an diskreten Modulpositionen abnehmbar angeordnet und bündig aneinanderreihbar sind und eine Breite in Richtung der Längsachse des Trägerprofils aufweisen, die dem Einfachen oder einem Vielfachen einer Basiseinheit entspricht.According to the invention, a modular multi-camera system for industrial image processing is proposed with at least one beam-shaped carrier profile and a plurality of assembly modules attached to it, at least some of which are camera modules each with an image sensor and a lens, the assembly modules being arranged individually on the carrier profile at discrete module positions so that they can be removed and can be lined up flush and have a width in the direction of the longitudinal axis of the carrier profile which corresponds to one or a multiple of a base unit.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist es somit, definierte Modulpositionen entlang der Längserstreckung des Trägerprofils zu verwenden, an die die Bestückungsmodule bestimmungsgemäß zu montieren sind, um eine bestimmte und damit bekannte Position relativ zum Trägerprofil und seiner Umgebung einzunehmen. Dies wird durch eine einheitliche Form und Breite der Bestückungsmodule erreicht, die ein Ein- oder Vielfaches der definierten Basiseinheit ist. Beispielsweise beträgt die Basiseinheit 1cm. Eine exakte Positionierung jedes einzelnen Bestückungsmoduls, auch von denjenigen, die einen größeren Abstand zu den Längsenden des Trägermoduls haben, kann dann dadurch erreicht werden, dass die Bestückungsmodule bündig aneinandergereiht werden. So kann ein erstes Bestückungsmodul der verkantungsfreien Ausrichtung eines zweiten Bestückungsmoduls dienen, das an dem ersten Bestückungsmodul zur Anlage kommt. Das erste Bestückungsmodule bildet somit eine Referenz. Das zweite Bestückungsmodul erhält dann automatisch ebenfalls die notwendige exakte Position bezogen auf die Längserstreckung des Trägerprofils, jedenfalls sofern das erste Bestückungsmodul exakt positioniert ist, da die Breite der Bestückungsmodule dem Einfachen oder einem Vielfachen der Basiseinheit entspricht. Wird ein drittes Bestückungsmodul bündig an das zweite Bestückungsmodul angesetzt, bildet das zweite Bestückungsmodul die Referenz. Dieses Bestückungsverfahren kann ohne Aufwand und Schwierigkeiten ausgeführt werden. Positioniergenauigkeiten von weniger als 1 mm, insbesondere von wenigen zehntel Millimetern, sind hiermit erreichbar.A core idea of the invention is therefore to use defined module positions along the longitudinal extent of the carrier profile, to which the assembly modules are intended to be mounted in order to assume a specific and therefore known position relative to the carrier profile and its surroundings. This is achieved through a uniform shape and width of the assembly modules, which is a single or multiple of the defined base unit. For example, the base unit is 1cm. Exact positioning of each individual assembly module, including those that are at a greater distance from the longitudinal ends of the carrier module, can then be achieved by aligning the assembly modules flush with one another. A first assembly module can thus serve to align a second assembly module without tilting, which comes to rest on the first assembly module. The first placement module thus forms a reference. The second assembly module is then automatically also given the necessary exact position in relation to the longitudinal extension of the carrier profile, at least if the first assembly module is positioned exactly, since the width of the assembly module corresponds to one or a multiple of the base unit. If a third assembly module is attached flush to the second assembly module, the second assembly module forms the reference. This assembly process can be carried out without any expense or difficulty. Positioning accuracies of less than 1 mm, in particular a few tenths of a millimeter, can be achieved with this.
Dabei müssen allerdings nicht zwingend alle Bestückungsmodule nach dieser Aneinanderreihung auf dem Trägerprofil verbleiben. Vielmehr kann eine bündige Aneinanderreihung auch nur zum Zwecke der exakten Positionierung längs der Längserstreckung erfolgen.However, it is not absolutely necessary for all the assembly modules to remain on the carrier profile after they have been lined up. Rather, a flush juxtaposition can also only take place for the purpose of exact positioning along the longitudinal extension.
Beispielsweise kann ein Bestückungsmodul eine Distanzplatte sein, an der ein anderes Bestückungsmodul bündig angelegt wird. Das andere Bestückungsmodul kann ebenfalls eine Distanzplatte oder eine funktionsreicheres Bestückungsmodul wie ein Kameramodul oder ein Beleuchtungsmodul sein, welches dann dessen gewünschte Modulposition exakt einnimmt. Die Distanzplatte oder -platten können auf dem Trägerprofil verbleiben oder abgenommen werden.For example, an assembly module can be a spacer plate on which another assembly module is placed flush. The other assembly module can also be a spacer plate or an assembly module with more functions, such as a camera module or a lighting module, which then assumes its desired module position exactly. The spacer plate or plates can remain on the carrier profile or be removed.
Zusätzlich zu dem bündigen Anlegen eines zweiten Bestückungsmoduls an ein erstes Bestückungsmodul, wodurch die Position des zweiten Bestückungsmoduls längs der Längsachse des Trägerprofils festgelegt ist, kann das zweite Bestückungsmodul dank der identischen Länge der Bestückungsmodul auch quer zur Längsachse des Trägerprofils exakt ausgerichtet werden.In addition to the flush application of a second assembly module to a first assembly module, whereby the position of the second assembly module is fixed along the longitudinal axis of the carrier profile, the second assembly module can also be precisely aligned transversely to the longitudinal axis of the carrier profile thanks to the identical length of the assembly module.
Die Bestückungsmodule können grundsätzlich beliebig entlang der Längserstreckung des Trägerprofils angeordnet werden, d.h. mechanisch ist die Positionierbarkeit der Bestückungsmodule nicht unbedingt auf die definierten Modulpositionen beschränkt. Gleichwohl ist es von Vorteil, wenn an jeder Modulposition eine Einrastmöglichkeit besteht. So können das Trägerprofil und die Bestückungsmodule derart ausgebildet sein, dass ein Bestückungsmodul an jeder Modulposition eine Rastverbindung mit dem Trägerprofil eingehen kann, um die Modulposition einzunehmen. Das Lösen einer solchen Rastverbindung durch Längsverschiebung des Bestückungsmoduls relativ zum Trägerprofil ist dann nur unter Überwindung einer bestimmten Kraft möglich.In principle, the assembly modules can be arranged in any way along the length of the carrier profile, i.e. mechanically, the positionability of the assembly modules is not necessarily limited to the defined module positions. Nevertheless, it is advantageous if there is a snap-in option at each module position. The carrier profile and the assembly modules can be designed in such a way that an assembly module can engage in a latching connection with the carrier profile at each module position in order to assume the module position. The release of such a latching connection by longitudinal displacement of the assembly module relative to the carrier profile is then only possible by overcoming a certain force.
Die Rastverbindung kann mechanisch erfolgen. So kann seitens des Trägerprofils an jeder Modulposition wenigstens eine Kavität in Form einer Vertiefung oder einem Loch vorgesehen sein, in welches ein federnd gelagertes Rastmittel wie z.B. eine Kugel oder ein Stift seitens des Bestückungsmoduls eingreifen kann. Alternativ kann die Kavität seitens des Bestückungsmoduls vorliegen und das federnd gelagerte Rastmittel seitens des Trägerprofils vorliegen, jedoch ist diese Variante im Hinblick auf eine mögliche Teilbestückung des Trägerprofils wirtschaftlich nicht sinnvoll.The locking connection can be mechanical. At least one cavity in the form of a depression or a hole can be provided on the carrier profile at each module position, in which a spring-loaded latching means such as a ball or a pin on the assembly module can engage. Alternatively, the cavity can be present on the part of the assembly module and the spring-loaded latching means can be present on the part of the carrier profile, but this variant does not make economic sense with regard to a possible partial assembly of the carrier profile.
Zusätzlich oder alternativ kann das Trägerprofil die diskreten Modulpositionen durch vorgebende Markierungen in regelmäßigen Abständen aufweisen, wobei der Abstand zwischen zwei Markierungen der Basiseinheit entspricht. Ein Bestückungsmodul kann dann an einer Markierung oder zwei benachbarten Markierungen ausgerichtet werden. Die Markierungen gewährleisten somit ebenfalls, alternativ oder zusätzlich, eine exakte Positionierung der Bestückungsmodule an den Modulpositionen und zwar sowohl, wenn sie beabstandet zueinander angeordnet sind, als auch wenn sie bündig aneinander liegen.In addition or as an alternative, the carrier profile can have the discrete module positions by predetermined markings at regular intervals, with the distance between two markings corresponding to the base unit. A placement module can then be aligned with one marker or two adjacent markers. The markings thus also ensure, alternatively or additionally, an exact positioning of the assembly modules at the module positions, both when they are arranged at a distance from one another and when they are flush with one another.
In einer Ausführungsvariante können auch die Bestückungsmodule eine Markierung aufweisen, vorzugsweise randseitig insbesondere in der Mitte ihrer Breite, so dass diese Markierung fluchtend mit einer Markierung auf dem Trägerprofil ausgerichtet werden kann.In one embodiment variant, the assembly modules can also have a marking, preferably at the edge, in particular in the middle of their width, so that this marking can be aligned with a marking on the carrier profile.
Bei den Markierungen kann es sich beispielsweise um Striche handeln, die in regelmäßigen Abständen auf das Trägerprofil auf- oder eingebracht sind, z.B. in Form von Kerben. Zusätzlich oder alternativ können Positionsnummern oder Symbole als Markierungen den Modulpositionen zugeordnet auf das Trägerprofil aufgebracht sein, wobei eine Positionsnummer eindeutig eine bestimmte Modulposition definiert. Die Positionsnummern ermöglichen in Ermangelung einer weiteren Markierung eine grobe Positionierung eines Bestückungsmoduls, wobei die Feinpositionierung über eine oder mehrere aneinander gereihte Distanzplatten und/ oder über die Rastverbindung möglich ist.The markings can be, for example, lines that are applied to or introduced into the carrier profile at regular intervals, e.g. in the form of notches. Additionally or alternatively, position numbers or symbols can be applied to the carrier profile as markings assigned to the module positions, with a position number clearly defining a specific module position. In the absence of a further marking, the position numbers enable a rough positioning of an assembly module, with fine positioning being possible via one or more spacer plates lined up next to one another and/or via the latching connection.
Die Modularität des erfindungsgemäßen Multikamerasystems wird dadurch erreicht, dass an jeder der Modulpositionen ein beliebiges Bestückungsmodul angeordnet werden kann, wobei jede Modulposition auch frei von einem Bestückungsmodul bleiben kann. Somit ist das erfindungsgemäße Multikamerasystem nicht nur skalierbar, sondern kann an jede Anwendung bedarfsweise und vor Ort angepasst werden.The modularity of the multi-camera system according to the invention is achieved in that any assembly module can be arranged at each of the module positions, it also being possible for each module position to remain free of an assembly module. Thus, the multi-camera system according to the invention is not only scalable, but can be adapted to any application as required and on site.
Bei einem Bestückungsmodul kann es sich um ein Kameramodul, ein Beleuchtungsmodul oder eine Distanzplatte handeln. Es ist ferner auch möglich, dass ein Bestückungsmodul eine Kombination aus einem Kamera- und einem Beleuchtungsmodul ist. Ferner kann ein Bestückungsmodul zwei oder mehr Bildsensoren oder Beleuchtungseinheiten umfassen. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Bestückungsvarianten für das Trägerprofil.An assembly module can be a camera module, a lighting module or a spacer plate. Furthermore, it is also possible for an assembly module to be a combination of a camera module and an illumination module. Furthermore, an assembly module can include two or more image sensors or lighting units. This results in different assembly variants for the carrier profile.
Das Trägerprofil kann innerhalb eines Abschnitts vollbestückt sein, d.h. an jeder definierten Modulposition dieses Abschnitts ein Bestückungsmodul aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann das Trägerprofil nur teilweise bestückt sein, d.h., dass nur ein Teil der Modulpositionen mit Bestückungsmodulen belegt ist, wohingegen die übrigen Modulpositionen des Abschnitts frei sind. Als Abschnitt ist dabei ein zusammenhängender Bereich zwischen den axialen Enden des Trägerprofils zu betrachten.The carrier profile can be fully equipped within a section, ie have an assembly module at each defined module position of this section. According to another embodiment variant, the carrier profile can only be partially equipped, ie only some of the module positions are occupied with assembly modules, whereas gen the other module positions of the section are free. A continuous area between the axial ends of the carrier profile is to be considered as a section.
Erfindungsgemäß sind zumindest ein Teil der Bestückungsmodule Kameramodule. Vorzugsweise können jedoch alle vorhandenen Bestückungsmodule Kameramodule sein. Sind in der vollbestückten Variante des Trägerprofils alle Bestückungsmodule Kameramodule, wird eine maximale Auflösung der beobachteten Szene erreicht. Es liegt somit kein Mischverbau mit Beleuchtungsmodulen vor. Das Trägerprofil mit seinen Kameramodulen bildet dann funktional einen Kamerabalken, wie er in Bezug zum Stand der Technik zuvor erwähnt wurde.According to the invention, at least some of the assembly modules are camera modules. Preferably, however, all existing assembly modules can be camera modules. If all of the mounting modules are camera modules in the fully equipped version of the carrier profile, a maximum resolution of the observed scene is achieved. There is therefore no mixed shoring with lighting modules. The carrier profile with its camera modules then functionally forms a camera bar, as mentioned above in relation to the prior art.
In einer Ausführungsvarianten kann ein Teil der Bestückungsmodule durch Kameramodule und ein anderer Teil durch Distanzplatten gebildet sein. Dies gilt sowohl für die vollbestückte als auch für die teilbestückte Variante. Dabei dient eine Distanzplatte einerseits dazu, eine definierte Anlage für ein anderes Bestückungsmodul bereitzustellen, um dieses genau zu positionieren, und Abstände zwischen Bestückungsmodulen, die nicht unmittelbar benachbart sind, oder zwischen einem Bestückungsmodul und dem Rand des Trägerprofils zu überbücken. Andererseits dient eine Distanzplatte dazu, das Trägerprofil abschnittsweise abzudecken, um die Seite und Rückseite eines Kameramoduls oder Beleuchtungsmoduls vor Fremdkörpern zu schützen.In an embodiment variant, some of the assembly modules can be formed by camera modules and another part by spacer plates. This applies to both the fully equipped and the partially equipped version. A spacer plate is used on the one hand to provide a defined system for another placement module in order to position it precisely and to bridge gaps between placement modules that are not directly adjacent, or between a placement module and the edge of the carrier profile. On the other hand, a spacer plate is used to cover sections of the carrier profile in order to protect the side and rear of a camera module or lighting module from foreign objects.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann ein Teil der Bestückungsmodule Kameramodule und ein anderer Teil Beleuchtungsmodule sein. Somit sind Kameramodule und Beleuchtungsmodule gemeinem in einem einzigen Trägerprofil angeordnet. Es wird also kein zusätzlicher Lichtbalken benötigt, was den Montageaufwand des Kamerasystems vereinfacht. Auch in dieser Ausführungsvariante kann das Trägerprofil teilbestückt oder vollbestückt sein. Ein Beleuchtungsmodul dient dazu, die von einem Kameramodul erfasste Szene zu beleuchten. Hierzu kann ein Beleuchtungsmodul eine Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode (LED) oder eines Lasers, vorzugsweise eines Linienlasers aufweisen.According to an embodiment variant, some of the assembly modules can be camera modules and another part can be lighting modules. Thus, camera modules and lighting modules are commonly arranged in a single carrier profile. No additional light bar is therefore required, which simplifies the installation work for the camera system. In this embodiment variant, too, the carrier profile can be partially or fully equipped. A lighting module serves to illuminate the scene captured by a camera module. For this purpose, an illumination module can have a light source in the form of a light-emitting diode (LED) or a laser, preferably a line laser.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann ein Teil der Bestückungsmodule Kameramodule, ein anderer Teil Beleuchtungsmodule und ein weiterer Teil Distanzplatten sein. Die Distanzplatten können zwischen Kameramodulen, zwischen einem Kameramodul und einem Beleuchtungsmodul, zwischen zwei Beleuchtungsmodulen oder zwischen dem Rand des Trägerprofils und einem Kamera- oder Beleuchtungsmodul angeordnet sein.According to an embodiment variant, some of the assembly modules can be camera modules, another part can be lighting modules and another part can be spacer plates. The spacer plates can be arranged between camera modules, between a camera module and a lighting module, between two lighting modules or between the edge of the carrier profile and a camera or lighting module.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann ein zum ersten Trägerprofil identisches zweites Trägerprofil vorgesehen sein, bei dem alle Bestückungsmodule Beleuchtungsmodule sind. Auch dies gilt sowohl für eine vollbestückte als auch für eine teilbestückte Variante des zweiten Trägerprofils, wobei eine Vollbestückung eines Abschnitts des zweiten Trägerprofils mit Beleuchtungsmodulen in der Praxis nicht erforderlich sein wird. Dieses zweite Trägerprofil ist dann zwar zusätzlich zum ersten Trägerprofil zu montieren. Es hat jedoch den Vorteil, dass die Ausrichtung der Lichtemissionsrichtung der Lichtquelle unabhängig vom ersten Trägerprofil und gleichzeitig für alle Beleuchtungsmodule erfolgen kann.According to another embodiment variant, a second carrier profile identical to the first carrier profile can be provided, in which all assembly modules are lighting modules. This also applies both to a fully equipped and to a partially equipped variant of the second carrier profile, in which case it will not be necessary in practice to fully equip a section of the second carrier profile with lighting modules. This second carrier profile is then to be installed in addition to the first carrier profile. However, it has the advantage that the light emission direction of the light source can be aligned independently of the first carrier profile and simultaneously for all lighting modules.
Schließlich kann in einer Ausführungsvariante ein Teil der Bestückungsmodule durch Beleuchtungsmodule und ein anderer Teil durch Distanzplatten gebildet sein. Die Distanzplatten können zwischen zwei Beleuchtungsmodulen oder zwischen dem Rand des Trägerprofils und einem Beleuchtungsmodul angeordnet sein.Finally, in one embodiment variant, part of the assembly modules can be formed by lighting modules and another part by spacer plates. The spacer plates can be arranged between two lighting modules or between the edge of the carrier profile and a lighting module.
Ein Kameramodul stellt eine Digitalkamera mit einem Bildsensor, einem Objektiv, einem Prozessor und einer Datenschnittstelle dar, um die Bilddaten an eine externe Auswerteeinheit zu übertragen. Der Bildsensor kann ein Zeilenbildsensor oder ein Matrixbildsensor sein, beispielsweise eine CCD- oder CMOS-Bildsensor. In einer Ausführungsvariante können alle Kameramodule Zeilen-Bildsensoren oder Matrix-Bildsensoren haben. In einer anderen Ausführungsvariante kann ein Teil der Kameramodule Zeilen-Bildsensoren und ein anderer Teil der Kameramodule Matrix-Bildsensoren haben. Somit kann das Multikamerasystem optimal bedarfsweise an die entsprechende Anwendung angepasst werden.A camera module represents a digital camera with an image sensor, a lens, a processor and a data interface to transmit the image data to an external evaluation unit. The image sensor can be a line image sensor or a matrix image sensor, for example a CCD or CMOS image sensor. In an embodiment variant, all camera modules can have line image sensors or matrix image sensors. In another embodiment variant, some of the camera modules can have line image sensors and another part of the camera modules can have matrix image sensors. Thus, the multi-camera system can be optimally adapted to the corresponding application as required.
Es ist des Weiteren möglich, dass eines der Kameramodule eine Wärmebildkamera ist. So können Wärmequellen detektiert oder bei Objekten, die eine bestimmte Temperatur haben müssen, deren Temperatur geprüft und überwacht werden.It is also possible that one of the camera modules is a thermal imaging camera. In this way, heat sources can be detected or, in the case of objects that need to have a certain temperature, the temperature can be checked and monitored.
Das Trägerprofil kann vorzugsweise eine Längsnut aufweisen, in der die Bestückungsmodule zumindest teilweise einliegen und in Richtung der Längsachse des Trägerprofils verschieblich sind. Die Längsnut dient somit als Aufnahme für die Bestückungsmodule nach dem Prinzip einer Nut-Feder Verbindung, so dass sie nur in die Richtung längs der Trägerprofilachse beweglich sind. Alternativ kann die Längsnut zumindest an einer Längsseite einen hinterschneidenden Formschluss bilden. Dies hat den Vorteil, dass eine Befestigung nur auf der gegenüberliegenden Längsseite erforderlich ist. Durch Verwendung eines hinterschneidenden Formschlusses auf beiden Längsseiten z.B. in der Form eines Schwalbenschwanzprofils kann eine Befestigung ganz entfallen, da eine Halterung über den Formschluss erfolgt. Jedoch sind die Bestückungsmodule dann von einem Längsende einzusetzen und an die entsprechende Position zu schieben und können somit nicht mehr einzeln demontiert werden. Um diesen Nachteil zu überwinden, kann der Formschluss an wenigstens einer Längsseite durch einen zurückziehbaren Vorsprung gebildet sein. Um den Formschluss zu lösen und das einzelne Modul zu entnehmen ist dann lediglich der Vorsprung zurückzuziehen.The carrier profile can preferably have a longitudinal groove in which the assembly modules lie at least partially and can be displaced in the direction of the longitudinal axis of the carrier profile. The longitudinal groove thus serves as a receptacle for the assembly modules according to the principle of a tongue and groove connection, so that they can only be moved in the direction along the carrier profile axis. Alternatively, the longitudinal groove can form an undercut form fit at least on one longitudinal side. This has the advantage that attachment is only required on the opposite long side. By using an undercut form fit on both long sides, for example in the form of a dovetail profile, an attachment can be omitted entirely, since a bracket on the Form closure takes place. However, the assembly modules must then be inserted from one longitudinal end and pushed to the appropriate position and can therefore no longer be dismantled individually. In order to overcome this disadvantage, the form fit can be formed by a retractable projection on at least one longitudinal side. In order to release the form fit and to remove the individual module, the projection simply has to be pulled back.
Ist ein Bestückungsmodul auf das Trägerprofil gesetzt, bildet das Trägerprofil ein Gehäuse in Form einer rückseitigen Abdeckung für das Bestückungsmodul.If an assembly module is placed on the carrier profile, the carrier profile forms a housing in the form of a rear cover for the assembly module.
Die Befestigung der Bestückungsmodule am Trägerprofil kann auf beliebige Art erfolgen, die eine lösbare Verbindung bewirkt, beispielsweise mittels Schrauben, einem lösbaren Formschluss wie einer lösbaren Rastverbindung, oder mittels einer Klemmverbindung mit Exzenter.The assembly modules can be attached to the carrier profile in any way that causes a detachable connection, for example by means of screws, a detachable form fit such as a detachable snap-in connection, or by means of a clamp connection with an eccentric.
Von Vorteil ist es, wenn das Trägerprofil ein Hohlprofil ist. So kann das Hohlprofil dazu verwendet werden, einzelne Leitungen zu den Bestückungsmodulen in einem Hohlraum im Inneren des Trägerprofils zu führen und damit geschützt unterzubringen. Bei den Leitungen kann es sich um Datenleitungen zu den Kameramodulen, Steuerleitungen zu den Beleuchtungseinheiten, Versorgungsleitungen oder Kombinationen der genannten Leitungen handeln. Gegebenenfalls können weitere elektronische Komponenten für die digitale Bilddatenverarbeitung z.B. für eine Vorverarbeitung der Bilddaten ebenfalls in dem Hohlprofil untergebracht werden. Um die Leitungen zu den einzelnen Modulpositionen aus dem Hohlraum herauszuführen, können an den Modulpositionen Öffnungen in das Trägerprofil eingebracht sein.It is advantageous if the carrier profile is a hollow profile. The hollow profile can thus be used to guide individual lines to the assembly modules in a cavity inside the carrier profile and thus accommodate them in a protected manner. The lines can be data lines to the camera modules, control lines to the lighting units, supply lines or combinations of the lines mentioned. If necessary, further electronic components for digital image data processing, e.g. for pre-processing of the image data, can also be accommodated in the hollow profile. In order to lead the lines to the individual module positions out of the cavity, openings can be made in the carrier profile at the module positions.
Ideal ist es, wenn das Trägerprofil ein sogenanntes Konstruktionsprofil ist. Konstruktionsprofile besitzen viele Kammern im inneren und Nuten am Außenumfang, die sich über die gesamte axiale Länge erstrecken und für unterschiedliche Zwecke, z.B. zur Befestigung von Komponenten an dem Trägerprofil, zur Befestigung des Trägerprofils selbst oder zur Durchströmung mit einem Kühlmittel zwecks Kühlung des Trägerprofils.It is ideal if the carrier profile is a so-called construction profile. Structural profiles have many chambers on the inside and grooves on the outer circumference, which extend over the entire axial length and for different purposes, e.g. for fastening components to the carrier profile, for fastening the carrier profile itself or for coolant to flow through in order to cool the carrier profile.
Geeigneterweise besteht das Trägerprofil aus einem Metall, vorzugsweise Aluminium.Suitably, the carrier profile consists of a metal, preferably aluminium.
Die Bestückungsmodule weisen vorzugsweise eine rechteckige, insbesondere langgestreckte Grundform mit ebenen parallelen Längsseiten auf. Dies ermöglicht, dass sie bündig aneinandergereiht werden können.The assembly modules preferably have a rectangular, in particular elongated, basic shape with flat, parallel longitudinal sides. This allows them to be lined up flush against each other.
In einer Ausführungsvariante kann ein Bestückungsmodul eine Trägerplatte aufweisen, mit welcher es an dem Trägerprofil befestigt ist, wobei eine Leiterplatte an der dem Trägerprofil zugewandten Rückseite der Trägerplatte gehalten ist, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Vorzugsweise bildet die Trägerplatte das einzige mechanische Bauteil des Bestückungsmoduls, das insoweit einen sehr einfachen konstruktiven Aufbau besitzt. Die Trägerplatte deckt zudem eine Elektronik der Kameramodule oder Beleuchtungsmodule auf der Leiterplatte schützend ab.In one embodiment variant, an assembly module can have a carrier plate with which it is attached to the carrier profile, with a circuit board being held on the rear side of the carrier plate facing the carrier profile, for example by means of a screw connection. The carrier plate preferably forms the only mechanical component of the placement module, which to this extent has a very simple structural design. The carrier plate also protectively covers the electronics of the camera modules or lighting modules on the printed circuit board.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Trägerplatte Teil eines Gehäusekörpers sein, innerhalb dem eine Elektronik der Kameramodule oder Beleuchtungsmodule angeordnet ist. Beispielsweise kann ein Rahmen an der zum Trägerprofil gerichteten Unterseite von der Trägerplatte vorstehen und die Elektronik seitlich einfassen, wobei der Gehäusekörper aus der Trägerplatte und dem Rahmen gebildet ist, insbesondere besteht. So kann der Gehäuseköper auf seiner zum Trägerprofil gerichteten Rückseite offen sein und die Leiterplatte den Gehäusekörper verschließen. Somit bildet die Leiterplatte ein Teil des Gehäuses. Dies ist möglich, weil auch das Trägerprofil als ein Gehäuse für die Bestückungsmodule fungiert und wiederum die Leiterplatte schützt. Auf ein vollständig geschlossenes Gehäuse für ein Kamera- oder Beleuchtungsmodul kann somit verzichtet werden. Dies hat den Vorteil, dass Gewicht und Materialkosten bei jedem Bestückungsmodul eingespart werden können.According to a further development, the carrier plate can be part of a housing body, within which electronics of the camera modules or lighting modules are arranged. For example, a frame can protrude from the carrier plate on the underside facing the carrier profile and laterally enclose the electronics, the housing body being formed, in particular consisting of, the carrier plate and the frame. Thus, the housing body can be open on its rear side facing the carrier profile and the printed circuit board can close the housing body. The printed circuit board thus forms part of the housing. This is possible because the carrier profile also acts as a housing for the assembly modules and in turn protects the circuit board. A completely closed housing for a camera or lighting module can therefore be dispensed with. This has the advantage that weight and material costs can be saved for each assembly module.
Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn das Trägerprofil als Kühlkörper für die Bestückungsmodule verwendet wird. Obgleich ein Kameramodul oder ein Beleuchtungsmodul selbst vergleichsweise geringe Verlustwärme erzeugt und damit in der Praxis nicht gekühlt werden muss, kann eine Zwangskühlung in bestimmten Anwendungen des erfindungsgemäßen Multikamerasystems notwendig oder vorteilhaft sein, um die Lebensdauer der Kameramodule und/ oder Beleuchtungsmodule zu erhöhen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Multikamerasystem bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben wird oder zur Überwachung oder Vermessung heißer Objekte. Zur Kühlung kann ein Bestückungsmodul über eine Wärmebrücke mit dem Trägerprofil in wärmeleitender Verbindung stehen. Als Wärmebrücke kann z.B. eine Wärmeleitpaste verwendet werden.It is also advantageous if the carrier profile is used as a heat sink for the assembly modules. Although a camera module or a lighting module itself generates comparatively little heat loss and therefore does not have to be cooled in practice, forced cooling can be necessary or advantageous in certain applications of the multi-camera system according to the invention in order to increase the service life of the camera modules and/or lighting modules. This is the case, for example, when the multi-camera system is operated at high ambient temperatures or for monitoring or measuring hot objects. For cooling, an assembly module can be in thermally conductive connection with the carrier profile via a thermal bridge. A heat-conducting paste, for example, can be used as a thermal bridge.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann eine Dichtung zwischen zwei benachbarten Bestückungsmodulen angeordnet sein und dichtend an diesen anliegen. Somit kann verhindert werden, dass Staub oder andere Schmutzpartikel an die Elektronik gelangen.According to a further advantageous development, a seal can be arranged between two adjacent assembly modules and can rest against them in a sealing manner. This prevents dust or other dirt particles from getting into the electronics.
Vorzugsweise weist die Leiterplatte bei einem Kameramodul an ihrer dem Trägerprofil zugewandten Seite eine Datenschnittstelle auf, um Bilddaten zu übertragen. Vorzugsweise erfolgt über die Datenschnittstelle gleichzeitig eine Bestromung des Kameramoduls. Die Schnittstelle kann eine GigE (Gigabit-Ethernet), eine USB, CoaX oder IEEE1384 Schnittstelle sein.In the case of a camera module, the printed circuit board preferably has a data interface on its side facing the carrier profile in order to transmit image data. Power is preferably supplied to the camera module at the same time via the data interface. The interface can be a GigE (Gigabit Ethernet), a USB, CoaX or IEEE1384 interface.
Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zum Positionieren von Bestückungsmodulen auf einem balkenförmigen Trägerprofil zur Herstellung eines modularen Multikamerasystems für die industrielle Bildverarbeitung vorgeschlagen, bei dem die Bestückungsmodule einzeln außen am Trägerprofil an diskreten Modulpositionen abnehmbar angeordnet werden, in dem sie bündig aneinander angelegt, oder an Markierungen am Trägerprofil längs seiner Längsachse ausgerichtet oder in eine Rastverbindung an der Modulposition gebracht werden.According to the invention, a method for positioning assembly modules on a beam-shaped carrier profile for the production of a modular multi-camera system for industrial image processing is also proposed, in which the assembly modules are individually arranged in a removable manner on the carrier profile at discrete module positions on the outside, in which they are flush with one another, or on markings aligned on the carrier profile along its longitudinal axis or brought into a snap-in connection at the module position.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert. Bei den Figuren behalten identische oder funktionsgleiche Elemente von Figur zu Figur dasselbe Bezugszeichen.Further features, properties and advantages of the invention are explained in more detail below using exemplary embodiments and the attached figures. In the figures, elements that are identical or have the same function retain the same reference number from figure to figure.
Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Begriffe „aufweisen“, „umfassen“ oder „beinhalten“ keinesfalls das Vorhandensein weiterer Merkmale ausschließen. Ferner schließt die Verwendung des unbestimmten Artikels bei einem Gegenstand nicht dessen Plural aus.It should be pointed out that, in the context of the present description, the terms “have”, “comprise” or “contain” in no way exclude the presence of other features. Furthermore, the use of the indefinite article with an object does not exclude its plural form.
Es zeigen:
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1 : eine IBV-Messanordnung zur Vollständigkeitskontrolle an einem Objekt -
2 : einen Zeilen-Bildsensor (links) und Zeilenkamera (rechts) -
3 : einen Matrix-Bildsensor (links) und Matrixkamera (rechts) -
4 : einen Kamerabalken und gegenüberliegenden Lichtbalken in einem Bandinspektionssystem -
5 : das Funktionsprinzip einer Lasertriangulation -
6 : eine Messbalkenanordnung zur lückenlosen 3D-Messung quer zum Band -
7 : ein erfindungsgemäßes Kameramodul in Seitenansicht -
8 : das erfindungsgemäße Kameramodul in perspektivischer Ansicht von unten -
9 : das erfindungsgemäße Kameramodul montiert auf einem Trägerprofil in Seitenansicht -
10 : ein erfindungsgemäßes Multikamerasystem mit einer Vielzahl an Kameramodulen auf dem Trägerprofil (Vollbestückung) -
11 : ein erfindungsgemäßes Multikamerasystem mit einzelnen Kameramodulen auf dem Trägerprofil alle drei Modulpositionen (Teilbestückung) -
12 : Sechs Kameramodule an den Längsenden des Trägerprofils als Kamerabalken -
13 : Mischbestückung des Trägerprofils mit unterschiedlichen Kameramodulen -
14 : Kameramodule auf dem Trägerprofil mit zwischenliegenden Distanzplatten -
15 : Distanzplatten unterschiedlicher Breite als Abstandhalter -
16 : ein vollbestücktes Trägerprofil mit abwechselnder Folge von drei Kameramodulen und einem Beleuchtungsmodul -
17 : ein vollbestücktes Trägerprofil mit Kamera- und Beleuchtungsmodulen und Distanzplatten -
18 : teilbestücktes Trägerprofil mit Markierungen und Kavitäten für eine Rastverbindung -
19 : Draufsicht auf den Anfangsabschnitt eines teilbestückten Trägerprofils mit Markierungen und Kavitäten für eine Rastverbindung -
20 : Querschnitt entlang Schnittlinie B-B in19 -
21 : perspektivische Ansicht des Anfangsabschnitts eines Trägerprofils gemäß19 -
22 : teilbestücktes Trägerprofil mit Markierungen und Distanzplatten -
23 : perspektivische Ansicht des Anfangsabschnitts des Trägerprofils gemäß22 -
24 : perspektivische Ansicht der Distanzplatte gemäß22 -
25 :Seitenansicht einer Distanzplatte mit Exzenterbefestigung
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1 : an IBV measurement arrangement for checking the completeness of an object -
2 : a line image sensor (left) and line scan camera (right) -
3 : a matrix image sensor (left) and matrix camera (right) -
4 : a camera bar and opposing light bar in a conveyor inspection system -
5 : the functional principle of a laser triangulation -
6 : a measuring bar arrangement for a complete 3D measurement across the strip -
7 : a camera module according to the invention in side view -
8th : the camera module according to the invention in a perspective view from below -
9 : the camera module according to the invention mounted on a carrier profile in side view -
10 : a multi-camera system according to the invention with a large number of camera modules on the carrier profile (fully equipped) -
11 : a multi-camera system according to the invention with individual camera modules on the carrier profile in all three module positions (partial assembly) -
12 : Six camera modules at the longitudinal ends of the carrier profile as camera bars -
13 : Mixed assembly of the carrier profile with different camera modules -
14 : Camera modules on the carrier profile with intermediate spacer plates -
15 : Spacer plates of different widths as spacers -
16 : a fully equipped carrier profile with an alternating sequence of three camera modules and one lighting module -
17 : a fully equipped carrier profile with camera and lighting modules and spacer plates -
18 : partially equipped carrier profile with markings and cavities for a snap-in connection -
19 : Top view of the beginning section of a partially assembled carrier profile with markings and cavities for a snap-in connection -
20 : cross-section along section line BB in19 -
21 : perspective view of the initial section of a beam profile according to FIG19 -
22 : partially equipped carrier profile with markings and spacer plates -
23 : perspective view of the initial section of the beam profile according to FIG22 -
24 : perspective view of the spacer plate according to22 -
25 :Side view of a spacer plate with eccentric fastening
Die Erfindung beschreibt eine Anordnung bzw. ein Anordnungsverfahren, in der bzw. bei dem Kameramodule 20, die jeweils einen Bildsensor ein Objektiv 21 und eine Datenschnittstelle 26 aufweisen, nicht innerhalb eines Hohlprofils wie im Stand der Technik, sondern einzeln außen auf ein Trägerprofil 31 an diskreten Modulpositionen präzise montiert sind bzw. montiert werden, einzeln wieder demontiert werden können, beispielsweise zu Reparaturzwecken, und anschließend wieder exakt auf dem Trägerprofil replatziert werden können. Alternativ zu den Kameramodulen 20 können Beleuchtungsmodule und Distanzplatten identisch montiert werden. Die Kameramodule 20, Beleuchtungsmodule 41 und Distanzplatten 40 bilden Bestückungsmodule für das Trägerprofil 31.The invention describes an arrangement and an arrangement method in which
Trägerplatte 22 und Rahmen 23 sind einstückig. Der Gehäusekörper 22, 23 besteht aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium. Er kann jedoch auch in Kunststoff ausgeführt und im Spritzgussverfahren hergestellt sein. Der Innenraum kann dadurch Fräsen erzeugt worden sein. Auch eine additive Herstellung (3D-Druck) des Gehäusekörpers 22, 23 möglich, z.B. durch selektives Lasersintern (SLS).
Die Elektronik umfasst zumindest einen Bildsensor und einen Prozessor, wobei sie weitere Komponenten aufweisen kann. Die Leiterplatte 25 ist mittels Schrauben 26 an der Trägerplatte 22 gehalten. Allerdings kann die Befestigung auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise mittels einer Klemm- oder Rastverbindung. Ferner weist die Leiterplatte 25 an ihrer Rückseite die Datenschnittstelle 28 in Gestalt einer Steckverbindung auf, über die das Kameramodul 20 mit einer Datenleitung 29 steckverbunden werden kann. Die Datenleitung 29 versorgt das Kameramodul 20 auch mit Strom. Sie ist eine Koaxialleitung, kann jedoch auch anders ausgeführt sein. Die Datenübertragung erfolgt in serieller Form.The electronics include at least one image sensor and one processor, and may have additional components. The printed
Der Gehäusekörper 22, 23, genauer gesagt dessen Trägerplatte 22 besitzt eine langgestreckte rechteckige Grundform konstanter Höhe und mit einer Breite, die dem Zweifachen der Basiseinheit B entspricht. Die Längsenden der Trägerplatte 22 sind oberseitig gefast. Der Rahmen 23 ist von den Längsenden zurückgesetzt, so dass die Trägerplatte 22 den Rahmen 23 unter Bildung von Montageflügeln 24 überragt. Die Unterseite der Montageflügel 24 bildet eine Montagefläche, die zur Anlage auf dem Trägerprofil 31 gelangt. In den Montageflügeln 24 sind Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben oder Stiften 27 vorgesehen, um das Kameramodul 20 auf dem Trägerprofil 31 zu befestigen.The
Infolge der Rechteckform liegen die Längsseiten der Trägerplatte 22 parallel. Sie sind außerdem eben und liegen senkrecht zur Montagefläche, so dass mehrere Kameramodule 20 bündig aneinandergereiht werden können.Due to the rectangular shape, the long sides of the
Erfindungsgemäß besitzen alle Bestückungsmodule eine identische Grundform, so dass sie prinzipiell gegeneinander austauschbar sind, wobei allerdings die Breite variieren kann. Im Falle der Distanzplatten kann die Breite sogar gleich oder größer ihrer Länge sein, siehe
Auf der der Leiterplatte 25 gegenüberliegenden Vorderseite der Trägerplatte 22 ist ein Objektiv 21 angeordnet, das von dieser Vorderseite vorsteht. Das Objektiv 21 ist mit einem Gewinde in eine Gewindebohrung der Trägerplatte 22 eingeschraubt. Die Gewindebohrung liegt über dem Bildsensor, so dass das Objektiv mit dem Bildsensor fluchtet. Bezogen auf die Längserstreckung und die Breite ist das Objektiv 21 mittig auf der Trägerplatte 22 angeordnet. Allerdings sind beliebige außermittige Anordnungen möglich. Ferner kann die Trägerplatte in einer Ausführungsvariante eine zu einem Längsende ansteigende Höhe aufweisen, so dass das Objektiv 21 gegenüber der Montagefläche gekippt angeordnet ist. In einer gemeinsamen Anordnung mit einem Beleuchtungsmodul 41 kann auf diese Weise ein Winkel zwischen der optischen Achse des Kameramoduls 20 und der Lichtemissionsrichtung des Beleuchtungsmoduls 40 realisiert werden, um eine Lasertriangulation durchzuführen.A
Das Trägerprofil 31 besitzt an drei seiner Seiten jeweils zwei parallele Längsnuten 35 zur Aufnahme von Nutensteinen bzw. zur Befestigung weiterer Komponenten an dem Trägerprofil 31 oder zur Befestigung des Trägerprofils 31 selbst. Eine der Seiten des Trägerprofils 31 weist eine Längsnut 36 zur Aufnahme der Bestückungsmodule 20, 40, bzw. der Kamera- oder Beleuchtungsmodule auf. Der Gehäusekörper 22, 23 eines Kameramoduls erstreckt sich teilweise in diese Längsnut 36 in der Art einer Nut-Feder Verbindung hinein. Somit kann jedes Bestückungsmodul 20, 41 auf das Trägerprofil 31 verkantungsfrei aufgesetzt werden und ist nur in eine Richtung längs der Hohlprofilachse 39 beweglich. Genauer gesagt, liegt der Rahmen 23 des Gehäusekörpers 22, 23 in der Längsnut 36 ein, wobei die Montageflächen der Montageflügel 24 außen auf dem Trägerprofil 31 aufliegen.The
Der Nutboden 38 erhebt sich in einem mittleren Bereich zum Kameramodul 20, so dass er jenseits dieser Erhebung tiefer ist, um ausreichend Platz für die Halteschrauben 26 der Leiterplatte 25 zu gewährleisten. Über eine Wärmebücke 37 besteht eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem Kameramodul 20 und dem Trägerprofil 31, insbesondere zwischen der Leiterplatte 25 und dem erhabenen Nutboden 38.The groove bottom 38 rises in a middle area to the
Ähnlich zu
Obgleich
Vor allem bei großen Abständen zwischen Bestückungsmodulen bzw. zwischen einem Bestückungsmodul 20, 41 und einem Längsende des Trägerprofils 31 sind die Distanzplatten 40 hilfreich, damit ein Bestückungsmodul nicht versehentlich an eine falsche Position gesetzt wird. Die Distanzplatten 40 sind ebenso wie die anderen Module 20, 41 auf dem Trägerprofil 31 frei verschiebbar. Durch eine oder mehrere Distanzplatten 40 zwischen den Kamera- oder Beleuchtungsmodulen 20, 41 kann jedes dieser Module 20, 41 exakt auf einer der Modulpositionen auf dem Trägerprofil 31 angeordnet werden.The
Die Distanzplatten 40 können unterschiedliche Breiten haben. Rein beispielhaft sind in
In beiden Varianten ist das Trägerprofil 31 vollbestückt, d. h. an jeder Modulposition befindet sich ein Bestückungsmodul 20, 40 41, wobei in der Variante 16 zusätzlich Distanzplatten 40 verbaut sind. In der Variante gemäß
In den beiden Varianten gemäß den
In der Ausführungsvariante nach
Wie
Die Modulpositionen für die Bestückungsmodule 20, 40, 41 werden in der Ausführungsvariante nach
Zusätzlich trägt jedes Kameramodul 20 eine Markierung 43 in Form eines Schlitzes oder Kerbe mittig seiner gefasten Stirnseite 46. Eine genaue Positionierung ist dadurch möglich, dass ein Kameramodul 20 mittig zwischen zwei Markierungen des Trägerprofils 31 angeordnet und an diesen ausgerichtet wird oder dass die Markierung 43 des Kameramodul 20 in einer Flucht mit einer Markierung 17 des Trägerprofils 31 ausgerichtet wird.In addition, each
Schließlich trägt das Trägerprofil 31 Positionsnummern 18, die jeweils einer Modulposition zugeordnet sind und aufgedruckt oder eingraviert sein können.Finally, the carrier profile carries 31
In
Die Exzenterscheiben 44 und Exzenterstifte 45 erfüllen des Weiteren die Aufgabe der Halteschrauben 26 in
Wie anhand von
In den
Anhand von
Zusammengefasst stellt sich Erfindung somit darin dar, dass durch die besondere Bauform der Kameramodule 20 Bildsensoren 6a, 6b und Beleuchtungsmodule 41 in definiertem Abstand zueinander auf einem Trägerprofil 31 montiert und wieder demontiert werden können. Ein so bestücktes Trägerprofil 31 bildet damit einen Kamerabalken. Eine zu den Kameramodulen 20 vergleichbare Bauform wird für die Beleuchtungsmodule 41 verwendet, so dass Kameramodule 20 und Beleuchtungsmodule 41 in definierten Abständen auf demselben Trägerprofil 31 angeordnet werden können. Ferner können auf einem zweiten Trägerprofil 31 ausschließlich Beleuchtungsmodule 41 angeordnet sein, um auf diese Weise einen reinen Licht- bzw. Laserbalken zu bilden, der gemeinsam mit dem Kamerabalken in dem Multikamerasystem 30 verwendet wird. Auch ist ein Mischbetrieb von unterschiedlichen Bildsensorprinzipien bei den Kameramodulen 20, also Zeilen- und Matrixsensoren möglich.In summary, the invention is thus that the special design of the
Die genaue Positionierung der Kamera- und Beleuchtungsmodule 20, 41 auf dem Trägerprofil 31 wird neben ihrer Bauform durch grafische Markierungen 17 wie Striche, Kerben, Maßangaben oder Positionsnummern 18 entlang des Trägerprofils 31, durch eine Einrastmöglichkeit an jeder Modulposition z. B. in Gestalt von Kavitäten 19 entlang des Trägerprofils 31, in welche die Module 20, 41 an den Modulpositionen einrasten können, und/ oder durch die Verwendung von Distanzplatten 40 definierter Breite (1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 [cm]) unterstützt.The exact positioning of the camera and
Die Erfindung soll einen Anwender in die Lage versetzen, eine große Anzahl von Bildsensoren oder Lichtquellen (inkl. Laser) präzise und reproduzierbar zueinander anzuordnen bzw. aneinanderzufügen, um damit Messaufgaben der industriellen Bildverarbeitung, insbesondere bei der Qualitätskontrolle bandförmiger Materialien oder transportierter Stückgüter, zu lösen.The invention is intended to enable a user to arrange or join together a large number of image sensors or light sources (including lasers) in a precise and reproducible manner in order to solve measuring tasks in industrial image processing, in particular in the quality control of strip-shaped materials or transported piece goods .
Die definierte und vorwiegend äquidistante Aneinanderreihung der bildgebenden Sensoren ist in der Messtechnik von außerordentlicher Bedeutung, weil nur hierdurch mathematische Algorithmen zur Auswertung der Bilddaten angewendet werden können, die eine Position oder geometrische Maßerfassung von Objekten im 2D- oder 3D-Raum ermöglichen. (z. B. Bandoberflächeninspektion, Lasertriangulation, Triangulation, stereoskopisches Messen, 3D-Messtechnik usw.). Aber auch in der Fertigung, Montage und Inbetriebnahme von Multikamerasystemen entstehen durch die baukastenartige Architektur der Komponenten des erfindungsgemäßen Multikamerasystems technische und wirtschaftliche Vorteile, da durch das Verfahren nahezu beliebig viele Bildsensoren gegebenenfalls sogar mit unterschiedlichen Wirkprinzipien schnell zu einem System zusammengebaut werden können. Durch diese neuartige Anordnung von Kameramodulen und gegebenenfalls Beleuchtungsmodulen wird ein Messsystem geschaffen, das modular skalierbar ist und schnell kalibriert werden kann. Ferner können die Zeit zur Inbetriebnahme oder von Serviceeinsätzen verkürzt werden sowie Stillstandzeiten von Produktionsanlagen verringert werden.The defined and predominantly equidistant arrangement of the imaging sensors is of exceptional importance in metrology, because only in this way can mathematical algorithms be used to evaluate the image data, which enable a position or geometric measurement of objects in 2D or 3D space. (e.g. strip surface inspection, laser triangulation, triangulation, stereoscopic measurement, 3D metrology, etc.). However, the modular architecture of the components of the multi-camera system according to the invention also results in technical and economic advantages in the manufacture, assembly and commissioning of multi-camera systems, since the method can be used to quickly assemble almost any number of image sensors, possibly even with different operating principles, to form a system. This novel arrangement of camera modules and, if necessary, lighting modules creates a measuring system that is modularly scalable and can be calibrated quickly. Furthermore, the time for commissioning or service calls can be shortened and downtimes of production plants can be reduced.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als „kann“, „beispielhaft“, „bevorzugt“, „optional“, „ideal“, „vorteilhaft“, „gegebenenfalls“ oder „geeignet“ angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt.It should be understood that the foregoing description is given by way of example for purposes of illustration and does not limit the scope of the invention in any way. Features of the invention that are indicated as "may", "exemplary", "preferred", "optional", "ideal", "advantageous", "optional" or "suitable" are to be considered purely optional and also limit the does not include a scope of protection, which is defined solely by the claims. Insofar as elements, components, process steps, values or information are mentioned in the above description which have known, obvious or foreseeable equivalents, these equivalents are also included in the invention. The invention also includes any changes, alterations or modifications of exemplary embodiments which have the exchange, addition, alteration or omission of elements, components, method steps, values or information as their subject matter, as long as the basic idea according to the invention is retained, regardless of whether the change, alteration, or modifications improves or degrades an embodiment.
Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen.Although the above description of the invention mentions a large number of physical, non-physical or procedural features in relation to one or more specific exemplary embodiments, these features can also be used in isolation from the specific exemplary embodiment, at least insofar as they do not necessarily require the presence of further features. Conversely, these features mentioned in relation to one or more specific exemplary embodiment(s) can be combined as desired with one another and with other disclosed or undisclosed features of exemplary embodiments shown or not shown, at least insofar as the features are not mutually exclusive or lead to technical incompatibilities.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kamerasystem der industriellen Bildverarbeitung (IBV)Industrial image processing camera system
- 2a2a
- Objekt, Zahnradobject, gear
- 2b2 B
- Objekt, Bandobject, tape
- 33
- Kameracamera
- 3a3a
- Zeilenkameraline scan camera
- 3b3b
- Matrixkameramatrix camera
- 44
- Datenleitungdata line
- 55
- Auswerterechnerevaluation computer
- 6a6a
- Zeilen-Bildsensorline image sensor
- 6b6b
- Matrix-BildsensorMatrix image sensor
- 77
- Optische Achse der KameraOptical axis of the camera
- 88th
- Lichtquelle, Laserlight source, laser
- 99
- Lichtstrahlbeam of light
- 1010
- Bezugsebenereference plane
- 1111
- Bildebenepicture plane
- 1212
- Kamerabalkencamera bar
- 1313
- Lichtbalken, LaserbalkenLight bar, laser bar
- 1414
- Fehlstellen, Defektflaws, defects
- 1515
- Serielle SchnittstelleSerial interface
- 1616
- Laserlinielaser line
- 1717
- Strichmarkierungtick mark
- 1818
- PositionsnummerPosition number
- 1919
- Kavität einer RastverbindungCavity of a locking connection
- 2020
- Kameramodulcamera module
- 20a20a
- LichtbildkameramodulPhotographic camera module
- 20b20b
- Wärmebildkameramodulthermal imager module
- 2121
- Objektivlens
- 2222
- Trägerplattebacking plate
- 2323
- Rahmenframework
- 2424
- Montageflügelassembly wings
- 2525
- Leiterplattecircuit board
- 2626
- Halteschraube für LeiterplatteRetaining screw for circuit board
- 2727
- Befestigungsschraube für KameramodulFixing screw for camera module
- 2828
- Datenschnittstelledata interface
- 2929
- Datenleitung, Koaxialleitungdata line, coaxial line
- 3030
- Multikamerasystemmulti-camera system
- 3131
- Trägerprofilcarrier profile
- 3232
- Stützstruktursupport structure
- 3333
- Kammernchambers
- 3434
- Zentraler HohlraumCentral cavity
- 3535
- Längsnut für NutensteineLongitudinal slot for sliding blocks
- 3636
- Längsnut für BestückungsmoduleLongitudinal slot for assembly modules
- 3737
- Wärmebrückethermal bridge
- 3838
- Nutbodengroove bottom
- 3939
- Längsachselongitudinal axis
- 4040
- Blindplatteblank panel
- 40a40a
- Blindplatte erster BreiteDummy panel of first width
- 40b40b
- Blindplatte zweiter BreiteBlind plate of second width
- 40c40c
- Blindplatte dritter BreiteThird width blind plate
- 40d40d
- Blindplatte vierter BreiteFourth width blind plate
- 4141
- Beleuchtungsmodullighting module
- 4242
- äußere Kabeldurchführungouter cable bushing
- 42a42a
- innere Kabeldurchführunginner cable gland
- 4343
- Markierung, Kerbe am BestückungsmodulMarking, notch on assembly module
- 4444
- Exzenterscheibeeccentric disc
- 4545
- Exzenterstifteccentric pin
- 4646
- Gefaste Stirnseite eines BestückungsmodulsChamfered end face of an assembly module
- 4747
- Rücksprungreturn
Claims (16)
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