DE4233384A1

DE4233384A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Profils

Info

Publication number: DE4233384A1
Application number: DE19924233384
Authority: DE
Inventors: Konrad Kensy
Original assignee: Contraves GmbH
Current assignee: Brandt & Gehm 75382 Althengstett De GmbH
Priority date: 1992-10-05
Filing date: 1992-10-05
Publication date: 1994-04-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Profils, insbesondere zum Bestimmen seiner Breite und Höhe, sowie eine Einrichtung hierfür.

Für viele Anwendungsbereiche ist heute die Bestimmung eines Profils, d. h., mehrdimensionalen Körpers notwendig. In der Regel geschieht die Bestimmung durch ein Ausmessen von Länge, Höhe und Breite, was jedoch aufwendig ist und in vielen Fällen nicht genügt. Dies gilt vor allem dann, wenn von dem Profil auch innere Strukturen erfaßt werden sollen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art zu entwickeln, mit welchem auf einfache Art und Weise, jedoch in der Genauigkeit wesentlich verbessert, die Breite und Höhe eines Profils und auch sein Aufbau bestimmt werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß das Profil von einer Mehrzahl von Lichtquellen nacheinander ausgeleuchtet und die Reflektionen von einer Kamera erfaßt werden.

Bei diesem Verfahren werden zur Bestimmung die unterschiedlichen Reflektionen benutzt, welche von einem angestrahlten Profil ausgehen. Zum einen wirft das Profil und auch seine inneren Strukturen Schatten, die erfaßt werden können. Zum anderen reflektiert aber auch das Profil selbst das auftreffende Licht in unterschiedlicher Weise, was ebenfalls von der Kamera erfaßt wird. Das gleiche gilt selbstverständlich auch für eine Unterlage, auf der das Profil aufliegt, so daß die Randabgrenzungen besser erfaßt werden können. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt vor allem darin, daß die Mehrzahl von Lichtquellen das Profil nicht gleichzeitig sondern nacheinander ausleuchten. Die Kamera bleibt dabei statisch und nimmt durch ihr Meßfenster jeweils diejenige Ausleuchtung auf, die von der entsprechenden Lichtquelle erzeugt wird. Aus der Mehrzahl der Ausleuchtungsergebnisse erzeugt die Kamera wiederum eine Mehrzahl von Datensätzen, die dann in einem Rechner nach einem entsprechenden Algorithmus verglichen und summiert werden, so daß der Rechner danach eine exakte Angabe über die Kontur des Profils und seine Höhe gibt. In jedem Fall findet somit eine Erfassung der ersten und zweiten Dimension, d. h., von Breite und Höhe statt.

Die Ausleuchtung ist vor allem deshalb notwendig, damit die Konturen des Profils mit ausreichender Schärfe erfaßt werden können. In der Regel genügt hier ein normales Tageslicht nicht, zumal eine unterschiedliche Ausleuchtung durchgeführt werden kann.

Mit der Ausleuchtung werden vor allem Schatten erzeugt, die von der Kamera erfaßt werden. Die Länge der Schatten hängt von der Profilhöhe und vom Ausleuchtwinkel ab. Da der Ausleuchtwinkel bekannt bzw. steuerbar ist, können die gesuchten Höhen im Rechner ermittelt werden.

Von der vorliegenden Erfindung wird auch eine entsprechende Einrichtung umfaßt, bei der zum Ausleuchten des Profils eine Mehrzahl von Lichtquellen in unterschiedlichen Positionen zum Profil angeordnet sind und dem Profil eine Kamera zugeordnet ist. Bei dieser Kamera handelt es sich bevorzugt um eine hochauflösende Zeilenkamera, die das Profil in Zeilen abtasten kann. Diese Kameraerfassung kann dann in digitale Werte umgewandelt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Bestimmen eines Profils;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens schritts zum Bestimmen eines Profils;

Fig. 3 ein Ausschnitt aus einer CCD-Zeile sowie eine diagrammartige Darstellung dieses Ausschnitts im Schwellenwertbetrieb;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einer CCD-Zeile entsprechend Fig. 3, jedoch für ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Profils;

Fig. 5 einen Ausschnitt aus der CCD-Zeile gemäß Fig. 4 in diversen Interface-Einstellungen.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Bestimmen eines Profiles 1 weist im wesentlichen eine hochauflösende Zeilenkamera 2 und mehrere Lichtquellen 3 auf. Diese Lichtquellen 3 sind in unterschiedlichem Abstand und Winkel zu dem Profil 1 angeordnet. Das Profil 1 befindet sich zu seiner Bestimmung auf einer Unterlage 4. In Fig. 1 sind mehrere verschiedene Profile 1a, 1b und 1c angedeutet. Bei diesen Profilen handelt es sich beispielsweise um I-Träger. Jedoch ist hierauf die Erfindung nicht beschränkt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle möglichen mehrdimensionalen Körper bestimmt werden.

Für eine Profilerkennung ist normalerweise die Bestimmung von Höhen und Breiten ausreichen. Dabei bildet Zeilenkamera 2 und Lichtwellen 3 eine zweidimensionale Meßanordnung, bei der von der Profilkontur die erste und über geworfene Schatten die zweite Dimension abgeleitet wird. D.h., die Bestimmung der Breite erfolgt über die erste und die Bestimmung der Höhe mittels der Schatten über die zweite Dimension.

In Fig. 2 ist eine Lichtquelle 3 angedeutet, welche das Profil 1 ausleuchtet. Dieses Profil 1 wird von der Kamera 2 betrachtet. Von links her ist ersichtlich, daß die Kamera 2 zuerst die Lichtreflexe der Unterlage 4 aufnimmt. Die Stärke dieser Lichtreflexe hängt im wesentlichen von der Farbgestaltung der Unterlage 4 ab. Ist die Unterlage 4 stark lichtreflektierend, so erkennt die Zeilenkamera 2 sofort den Übergang auf das Profil 1 bei einem Fußpunkt 5. Zwischen dem Fußpunkt 5 und einer Kante 6 des Profils erfolgt vom Profil 1 aus eine starke Reflektion, die von der Zeilenkamera 2 erfaßt wird.

Dagegen liegt dann ein Bereich des Profiles 1 zwischen der Kante 6 und einem Schattenrand 7 im Schatten, so daß eine in Fig. 2 ebenfalls schematisch gezeigte entsprechende Kurve 8 in den dunklen Bereich abfällt.

Vom Schattenrand 7 bis zu einer weiteren Kante 9 ist der Bereich des ausgeleuchteten Profils immer noch relativ dunkel, jedoch bereits durch entsprechende Reflektionen zum Hellen hin verschoben.

Ganz hell ist dann wieder der Bereich zwischen der Kante 9 und einem weiteren Fußpunkt 10, auf den ein langer Schattenbereich 11 folgt. Erst an dessen Schattenrand 12 schließt wieder die Reflektion durch die Unterlage 4 an.

In Fig. 3, oberer Teil, ist ein entsprechender Ausschnitt aus einer CCD-Zeile zu erkennen, im unteren Teil ist diese Zeile abgeglichen. Dort sind dann die entsprechenden Fußpunkte, Kanten und Schattenränder zu erkennen.

Wird nun eine derartige Ausleuchtung von mehreren Lichtquellen 3 nacheinander und eine entsprechende Erfassung durch die Zeilenkamera 2 durchgeführt, so erzeugt die Kamera Datensätze, die nach einem Algorithmus ausgewertet werden und genaue Angaben über das Profil geben. Insbesondere die Länge der Schatten hängt von der Profilhöhe und vom Ausleuchtwinkel ab. Der Ausleuchtwinkel ist eine Funktion des Abstandes der Lichtquelle 3 von der Unterlage 4 und ihres Abstandes von dem Profil 1. Dieser Ausleuchtwinkel ist bekannt bzw. steuerbar.

Zu jeder Ausleuchtung der verschiedenen Lichtquellen 3 nimmt die Kamera 2 die Konturen und Schatten auf und speichert die entsprechenden Daten in einem Rechner ab. Diese Daten werden mit einem Toleranzband versehen und können mit anderen bereits gespeicherten Daten zur Profilerkennung verglichen werden oder sie werden selbst als Lehrdaten abgelegt.

In Fig. 4 ist ein weiterer Ausschnitt aus einer CCD-Zeile eines weiteren Profils erkennbar. Darunter ist die abgeglichene Kurve dargestellt. Mit der Kamera 2 werden eine Vielzahl derartiger Zeilen aufgenommen, die dann, aneinandergereiht, das in Fig. 5 dargestellte Bild ergeben. Auf diese Weise läßt sich sehr einfach ein Profil bestimmen.

Positionszahlenliste

1 Profil
2 Zeilenkamera
3 Lichtquelle
4 Unterlage
5 Fußpunkt
6 Kante
7 Schattenrand
8 Kurve
9 Kante
10 Fußpunkt
11 Schattenbereich
12 Schattenrand

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen eines Profils, insbesondere zum Bestimmen seiner Breiten und Höhen, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil von einer Mehrzahl von Lichtquellen nacheinander ausgeleuchtet und die Reflektionen von einer Kamera erfaßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausleuchtung über die Kamera eine Mehrzahl von Datensätzen an Informationen erzeugt, welche Angaben über Konturen des Profils und Schatten enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den Konturen die erste Dimension, d. h., die Breite, und von den Schatten die zweite Dimension, d. h., die Höhe, des Profils abgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Algorithmus die Datensätze in einem Rechner zu einer Einheit bindet und zur Erkennung des Profils vereint.

5. Einrichtung zum Bestimmen eines Profils, insbesondere zum Bestimmen seiner Breiten und Höhen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausleuchten des Profils (1) eine Mehrzahl von Lichtquellen (3) in unterschiedlichen Positionen zum Profil (1) angeordnet sind und dem Profil eine Kamera (2) zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (2) eine hochauflösende Zeilenkamera ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (3) nacheinander schaltbar sind.