DE4207332A1 - Einrichtung zum optischen erfassen eines laenglichen gegenstandes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum berührungslosen, optischen Erfassen eines länglichen Gegenstandes, insbesondere eines Holzbret­ tes, mit Matrixkameras, deren optische Achsen auf den Gegenstand ge­ richtet sind.

Eine derartige Einrichtung ist in dem Fachbuch Computer Control System for Log Processing and Lumber Manufacturing, "A Forest Industries Book", Ed M. Williston, Miller Freeman Publications, San Francisco, 1985, Seiten 228 bis 231 beschrieben. Dort weist die Beleuchtungsein­ richtung zwei Lichtquellen auf, die rechts bzw. links schräg oberhalb der Bezugsebene angeordnet sind. Dadurch werden zwar starke Kontraste erzeugt, jedoch ist die doppelte Anzahl von Bildern erforderlich, die ausgewertet werden müssen. Der Kontrast der Waldkanten ist bei einer solchen Anordnung schwach.

Soll bei ruhendem Gegenstand und ruhender Kamera der Gegenstand über seine gesamte Länge erfaßt werden, dann sind hierzu sehr viele Matrix­ kameras notwendig. Es ist mit einem erheblichen Aufwand hinsichtlich der Sensorik-Komponenten und der Hardware für die Bildverarbeitung verbunden. Wenn die Videobilder der Kameras mit hoher Geschwindigkeit eingelesen und verarbeitet werden sollen.

In der älteren Patentanmeldung P 41 26 988.8 ist ein Meßsystem be­ schrieben, mit dem die Waldkanten von Holzbrettern optisch erfaßt wer­ den und diese dann scharfkantig gesägt werden. Parallel zur Längsrich­ tung sind mehrere beabstandete Lichtquellen vorgesehen. Diese liegen alle auf einer Linie und sind schräg oberhalb der Bezugsebene angeord­ net.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der die Anzahl der notwendigen Matrixkameras verringert ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Matrixkamera eine Optik mit in ihren beiden zur optischen Achse senkrechten Koordinaten unterschied­ lichen Abbildungsmaßstäben aufweist und daß die Optik so ausgerichtet ist, daß die Koordinate mit dem weniger verkleinernden Abbildungsmaß­ stab etwa parallel zur Breite des Gegenstandes und die Koordinate mit dem stärker verkleinernden Abbildungsmaßstab etwa parallel zur Längs­ richtung des Gegenstandes liegt.

Die Optik ist also eine anamorphotische Optik. Es ist dadurch er­ reicht, daß die gesamte Oberfläche des Gegenstandes - bei ruhenden Kameras und ruhendem Gegenstand - mit weniger Matrixkameras abgebildet werden kann, als beim Stand der Technik. Es hat sich gezeigt, daß eine, zwei, drei oder vier Kameras genügen. Dadurch ist der Aufwand für die Kameras und die Erfassung und Verarbeitung ihrer einzelnen Videobilder beträchtlich verringert.

Die erfinderische Lösung ermöglicht es, längliche Gegenstände in einer Ruheposition auf einer Querförderstrecke in Sägewerken, das ist die Förderrichtung in der Y-Koordinate, zu erfassen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Auflösung in der Breite des Gegenstandes nicht schlechter ist als beim Stand der Technik. Die Auflösung in Längsrichtung ist gegenüber dem Stand der Technik herabgesetzt. Dies stört jedoch nicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Bilderfassung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 zwei Kameras über dem Gegenstand, mit orthogonalen, optischen Achsen in Seitenansicht,

Fig. 3 die Einrichtung nach Fig. 2 in Aufsicht,

Fig. 4 eine Fig. 2 entsprechende Seitenansicht mit schrägen Ach­ sen der beiden Kameras,

Fig. 5 eine Draufsicht der Einrichtung nach Fig. 4 und

Fig. 6 die Darstellung der Matrix der Kamera.

Ein zu erfassendes Holzbrett (1) weist eine Länge (L) von beispiels­ weise bis zu 6 m und eine Breite von etwa 0,6 m auf. Länge zu Breite stehen also im Verhältnis von etwa 10:1. Das Holzbrett (1) ist Schnittholz (Seitenware, Modeln), wie es in einem Sägewerk nach dem Gatter entsteht. Das Holzbrett (1) weist dementsprechend in seiner Länge (L) die inneren und äußeren Waldkanten auf. Mittels der Kameras sollen die Waldkanten und/oder die Oberflächenstruktur erfaßt werden, um deren Qualität bestimmen zu können.

In Fig. 1 ist das Holzbrett strichpunktiert angedeutet. Seine Ober­ fläche wird nach dem Stand der Technik von 12 Matrixkameras erfaßt. Deren in der Länge (L) des Holzbrettes (1) aneinander anschließenden Objektfelder sind mit 2 bezeichnet. Die Zeilen (3) der Matrix der Ka­ meras verlaufen in Richtung der Breite (B), wie dies in Fig. 1 bei einem der Objektfelder (2) angedeutet ist. Senkrecht, also in Längs­ richtung hierzu, verlaufen dementsprechend die Spalten der jeweiligen Matrix.

Nach den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung genügen zwei CCD-Matrixkameras (4, 5) zur Erfassung der gesamten Oberfläche des Holzbrettes (1).

Jede Matrixkamera (4, 5) weist erfindungsgemäß eine anamorphotische Optik (6) auf. Diese liefert ein verzerrtes Bild, weil sie in der zur optischen Achse (A) senkrechten X-Koordinate einen anderen Abbildungs­ maßstab hat als in der Y-Koordinate. Die Optik (6) ist so hinsichtlich des Holzbrettes (1) ausgelegt, daß in der Breite (B) der weniger ver­ kleinernde Abbildungsmaßstab und in der Länge (L) der stärker verklei­ nernde Abbildungsmaßstab besteht. Dies ist aus dem Vergleich der Figu­ ren 2 und 3 bzw. der Fig. 4 und 5 ersichtlich. Es ist dabei eine hohe Auflösung in der Breite (B) gewährleistet. Die Auflösung der Län­ ge (L) ist weniger stark.

Als anamorphotische Optik kann, ein System aus gekreuzten Zylinderlin­ sen vorgesehen sein. Es ist möglich, vor das CCTV-Objekt der Matrixka­ mera (4, 5) ein Reduktionssystem zu setzen. Ein solches kann bei­ spielsweise als umgekehrtes, d. h. verkleinerndes Galilei-Fernrohr aufgebaut sein, welches aus Negativ- und Positiv-Zylinderlinsen mit parallelen Zylinderachsen besteht.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 stehen die optischen Achsen (A) senkrecht zur Oberfläche des Holzbrettes (1) (vgl. Fig. 2). In Fig. 3 ist das Holzbrett (1) strichpunktiert angedeutet. Die Objektfelder der beiden Kameras (4, 5) sind mit 7, 8 bezeichnet. Die anamorphotischen Optiken (6) der Matrixkameras (4, 5) weisen hier ein Verhältnis der Abbildungsmaßstäbe von etwa 6 : 1 auf. Dadurch ist es möglich, bei dem genannten Längen-Breiten-Verhältnis von etwa 10 : 1 des Holzbrettes (1) dessen gesamte Oberfläche mit beiden Matrixkameras (4, 5) zu erfassen. Die Zeilen (3) der Matrix verlaufen dabei parallel zur Breite (B) des Holzbrettes (1).

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 stehen die beiden optischen Achsen (A) der beiden Kameras (4, 5) schräg zur Oberfläche des Holzbrettes (1) und parallel zueinander. Die sich bei dieser schrägen Erfassung ergebenden Objektfelder (7, 8) der Kameras (4, 5) sind in Fig. 5 gezeigt. In diesem Fall genügt ein Verhältnis der Abbildungsmaßstäbe der anamorphotischen Optiken (6) von etwa 3 : 1.

In den Fig. 4 und 5 sind für die Kameras (4) weitere mögliche Stel­ lungen gezeigt. In diesen Stellungen sind die Kameras mit 4′, 5 be­ zeichnet. Die optischen Achsen (A, A′) der beiden Kameras (4′, 5) kreuzen sich hierbei.

Die Orientierungen der optischen Achsen (A, A′) können für alle Kameras beliebig kombiniert werden, um sie den speziellen Einsatzge­ gebenheiten anzupassen.

In Fig. 6 ist eine weitere Verbesserungsmöglichkeit schematisch ge­ zeigt. In diesem Fall ist die jeweilige Matrix der Matrixkameras (4, 5) so angeordnet, daß nicht ihre Zeilen, sondern ihre Spalten parallel zur Breite (B) verlaufen. Dementsprechend verlaufen dann die Zeilen (3) parallel zur Längsrichtung (L). Da in der CCD-Matrix ein Verhält­ nis der Zeilenlänge zu der Spaltenlänge von etwa 4 : 3 besteht, ermög­ licht die Anordnung nach Fig. 6 die Verwendung einer anamorphotischen Optik (6) mit einem kleineren Verhältnis der Abbildungsmaßstäbe (ana­ morphotischer Faktor) als bei den oben beschriebenen Beispielen. Bei senkrechter Betrachtung (vgl. Fig. 2, 3) genügt ein anamorphotischer Faktor von etwa 4 : 1. Bei schräger Betrachtung (vgl. Fig. 4, 5) genügt ein anamorphotischer Faktor von etwa 2 : 1. Dies hat den Vor­ teil, daß mit einfachen, handelsüblichen Reproduktionssystemen aus der Kino-Projektionstechnik gearbeitet werden kann.

Durch eine orthogonale faden- oder linienförmige Beleuchtung des Holz­ brettes (1) mittels einer Lichtquelle (9) (vgl. Fig. 2), beispiels­ weise Laserdioden oder lichtemittierende Dioden, kann zusätzlich eine Abstands- bzw. Dickenmessung und/oder Konturvermessung in einem Licht­ schnitt durchgeführt werden, ohne daß hierfür weitere Sensoren - außer denen der Kameras (4, 5) - verwendet werden müssen. Die Messung beruht in an sich bekannter Weise auf dem Triangulations-Prinzip.

Durch eine Scheinpfluganordnung der Kameras (4, 5), der Optik (6) und des Gegenstandes (1) kann eine Verbesserung der Bildschärfe erzielt werden.

Claims (7)

1. Einrichtung zum berührungslosen, optischen Erfassen eines läng­ lichen Gegenstandes, insbesondere eines Holzbrettes, mit einer Ma­ trixkamera, deren optische Achse auf den Gegenstand gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixkamera (4, 5) eine Optik (6) mit in ihren beiden zur Achse (A) senkrechten Koordinaten (X, Y) unterschiedlichen Abbil­ dungsmaßstäben aufweist und daß die Optik (6) so ausgerichtet ist, daß die Koordinate (Y) mit dem weniger verkleinernden Abbildungs­ maßstab etwa parallel zur Breite (B) des Gegenstandes (1) und die Koordinate (X) mit dem stärker verkleinernden Abbildungsmaßstab etwa parallel zur Längsachse (L) des Gegenstandes (1) liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A) der Optik (6) senkrecht auf die Oberfläche des Gegenstandes (1) gerichtet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (A) der Optik (6) schräg auf die Oberfläche des Ge­ genstandes (1) gerichtet ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei, drei oder vier Kameras (4, 5) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (A) der Kameras (4, 5) etwa parallel zueinander ver­ laufen.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (A, A′) der Kameras (4′, 5) sich kreuzen.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der Kameras (4, 5) jeweils so ausgerichtet ist, daß deren Spalten parallel zur Breite (B) des Gegenstandes (1) verlau­ fen, wogegen deren Zeilen (3) parallel zur Länge (L) verlaufen.