DE9301901U1 - Device for measuring topography using projected patterns - Google Patents

Device for measuring topography using projected patterns

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Beschreibung: 93009 GDescription: 93009 G

Vorrichtung zur Topographiemessung mittels proiizierter MusterDevice for measuring topography using projected patterns

Zur großflächigen quantitativen optischen Messung der Topographie diffusreflektierender Oberflächen ist der Einsatz sogenannter Streifenprojektions-Meßvorrichtungen bekannt. Derartige Meßvorrichtungen weisen einen Projektor auf, der ein Muster, normalerweise ein Streifenmuster mit sinusförmigem Intensitätsverlauf senkrecht zur Streifenrichtung, auf die Meßoberfläche projiziert. Das entsprechend der zu vermessenden Topographie deformierte Streifenmuster wird mit einer Videokamera aufgezeichnet. Durch nachfolgende Auswertung der aufgezeichneten Kamerabilder mit Hilfe der aus der Interferometrie bekannten Auswertealgorithmen und unter Ausnutzung der als bekannt vorausgesetzten geometrischen Anordnung von Projektor und Kamera zueinander läßt sich die Topographie der Meßoberfläche, d.h. die Oberflächenkoordinaten relativ zu einem durch die Anordnung von Kamera und Projektor zueinander gegebenen Koordinatenursprung, berechnen. Derartige Meßvorrichtungen sind beispielsweise in der EP-Bl 0 182 469, der DE-Al 4 0 07 500 und in der älteren Anmeldung P 41 30 237 der Anmelderin beschrieben. Wesentlich für das Meßprinzip ist dabei, daß für jeden Objektpunkt die Projektionsrichtung und die Beobachtungsrichtung einen von Null verschiedenen Winkel aufweisen, da die Paralaxe für die Meßauflösung in Richtung der optischen Achse der Kamera verantwortlich ist. Bei fest vorgegebener Periodenlänge des projizierten Musters wird daher die Meßauflösung in Richtung der optischen Achse der Kamera um so feiner, je größer der Winkel zwischen der Projektions- und der Beobachtungsrichtung ist.The use of so-called strip projection measuring devices is known for large-scale quantitative optical measurement of the topography of diffusely reflecting surfaces. Such measuring devices have a projector that projects a pattern, normally a strip pattern with a sinusoidal intensity curve perpendicular to the direction of the strip, onto the measuring surface. The strip pattern, which is deformed according to the topography to be measured, is recorded with a video camera. By subsequently evaluating the recorded camera images using the evaluation algorithms known from interferometry and using the assumed known geometric arrangement of the projector and camera to each other, the topography of the measuring surface, i.e. the surface coordinates relative to a coordinate origin given by the arrangement of the camera and projector to each other, can be calculated. Such measuring devices are described, for example, in EP-Bl 0 182 469, DE-Al 4 0 07 500 and in the applicant's older application P 41 30 237. It is essential for the measuring principle that for each object point the projection direction and the observation direction have an angle other than zero, since the parallax is responsible for the measurement resolution in the direction of the optical axis of the camera. With a fixed period length of the projected pattern, the measurement resolution in the direction of the optical axis of the camera is therefore finer the larger the angle between the projection and observation directions.

Für die Vermessung großflächiger Oberflächen, z.B. von Karosserieteilen in der Automobilindustrie, ist es außerdemFor measuring large surfaces, e.g. body parts in the automotive industry, it is also

nützlich, sowohl für den Projektor als auch für die Kamera zentralperspektivische Projektionsoptiken zu verwenden, da bei der Zentralprojektion und der gleichzeitigen zentralperspektivischen Beobachtung die Größe des zur Verfügung stehenden Meßvolumens unabhängig von den Öffnungsweiten der Optiken ist. Sind jedoch zentralperspektivischer Projektor und zentralperspektivische Kamera unter großen Winkeln zueinander angeordnet, so ist ein ausgeprägter Abfall der Beleuchtungsintensität, d.h. der Grundhelligkeit der Muster in den Kamerabildern beobachtbar, wodurch ein Teil der Kameradynamik nicht für die eigentliche Phasenauswertung nutzbar ist.It is useful to use central perspective projection optics for both the projector and the camera, since with central projection and simultaneous central perspective observation the size of the available measurement volume is independent of the aperture widths of the optics. However, if the central perspective projector and central perspective camera are arranged at large angles to each other, a pronounced drop in the illumination intensity, i.e. the basic brightness of the patterns in the camera images, can be observed, which means that part of the camera dynamics cannot be used for the actual phase evaluation.

Aus der US-Al 4 815 828 ist eine Spezialkamera zur Beobachtung des geschmolzenen Urans bei der Isotopentrennung bekannt. Durch ein im Kamerastrahlengang angeordnetes Filter, dessen Transmission mit zunehmender Lichtintensität abnimmt, ist der Intensitätsbereich der auf den Kamerasensor auftreffenden Strahlung so stark komprimiert, daß keine Übersteuerung des Kamerasensors auftritt. Hinweise hinsichtlich einer Anwendung derartiger Kameras in der Topographiemessung mittels Musterprojektion, bei der die aufgezeichneten Muster einer nachfolgenden Phasenauswertung unterzogen werden, sind dieser Schrift jedoch nicht entnehmbar.A special camera for observing molten uranium during isotope separation is known from US-Al 4 815 828. A filter arranged in the camera beam path, the transmission of which decreases with increasing light intensity, compresses the intensity range of the radiation hitting the camera sensor so much that the camera sensor is not overloaded. However, this document does not contain any information on the use of such cameras in topography measurement using pattern projection, in which the recorded patterns are subjected to a subsequent phase evaluation.

Aus der US-Al 4 771 308 ist außerdem eine Autofokuskamera mit einem aktiven Auotofokus bekannt. Die Kamera enthält ein Streifengitter und eine Projektionsoptik, mit der das Streifengitter in eine die optische Achse des Kameraobjektivs enthaldende Ebene abgebildet ist. Zur Einstellung der Fokussierung auf ein im Bildbereich des Kameraobjektivs angeordnetes Motiv wird das Kameraobjektiv in bekannter Weise so entlang der optischen Achse verschoben, daß ein scharfes Musterbild auf einem Sensor entsteht. Damit auch bei weit entfernten Motiven genügend Meßlicht für das AutofokussystemAn autofocus camera with an active autofocus is also known from US-Al 4 771 308. The camera contains a strip grid and a projection lens with which the strip grid is projected into a plane containing the optical axis of the camera lens. To adjust the focus on a subject arranged in the image area of the camera lens, the camera lens is moved in a known manner along the optical axis so that a sharp pattern image is created on a sensor. This ensures that there is enough measuring light for the autofocus system even for subjects that are far away.

detektiert wird, weist der Gitterträger zusätzlich zu dem Streifengitter einen derartigen Transmissionsgradienten auf, daß die Intensität des projizierten Musters mit dem Abstand zunimmt.is detected, the grating carrier has, in addition to the strip grating, a transmission gradient such that the intensity of the projected pattern increases with distance.

Eine Topographiemessung ist mit dieser Kamera nicht vorgesehen, und selbst wenn die Kamera zur Topographiemessungen verwendet würde, so könnten die Objektkoordinaten bestenfalls in einer sehr kleinen Umgebung um die optische Achse des Kameraobjektivs ermittelt werden.Topography measurement is not intended with this camera, and even if the camera were used for topography measurements, the object coordinates could at best be determined in a very small area around the optical axis of the camera lens.

Die vorliegende Erfindung soll eine Meßvorrichtung zur Topographiemessung mittels projizierter Muster angeben, bei der auch bei großen Winkeln zwischen der optischen Achse des Projektors und der optischen Achse der Kamera ein großer Teil der Kameradynamik für die Musterauswertung zur Verfügung steht.The present invention is intended to provide a measuring device for topography measurement by means of projected patterns, in which a large part of the camera dynamics is available for pattern evaluation even at large angles between the optical axis of the projector and the optical axis of the camera.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Meßvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen.To solve this problem, according to the present invention, a measuring device with the features of claim 1 is proposed.

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung enthält also mindestens einen Projektor zur Projektion eines Musters auf eine Objektoberfläche, wobei der Projektor eine erste optische Achse aufweist, und mindestens eine Kamera zur Aufzeichnung des an der Objektoberfläche deformierten Musters, wobei die Kameraoptik eine zweite, zur optischen Achse des Projektors geneigte, optische Achse aufweist. Desweiteren ist ein Auswerterechner zur Auswertung der Kamerabilder vorgesehen, mit dessen Hilfe aus den Streifenphasen der deformierten Muster die Koordinaten der Objektoberfläche relativ zu einem gerätenfesten Koordinatensystem berechnet werden. Zusätzlich ist eine Einrichtung vorgesehen, die die von der Kamera aufintegrierte Lichtenergiedichte innerhalb der Bildebene örtlich unterschiedlich beeinflußt. Durch diese EinrichtungThe measuring device according to the invention therefore contains at least one projector for projecting a pattern onto an object surface, the projector having a first optical axis, and at least one camera for recording the pattern deformed on the object surface, the camera optics having a second optical axis inclined to the optical axis of the projector. Furthermore, an evaluation computer is provided for evaluating the camera images, with the aid of which the coordinates of the object surface are calculated from the strip phases of the deformed patterns relative to a device-fixed coordinate system. In addition, a device is provided which influences the light energy density integrated by the camera differently at different locations within the image plane. This device

kann erreicht werden, daß die mittlere Intensität der aufgezeichneten Musterbilder innerhalb der gesamten Bildebene annähernd konstant ist.It can be achieved that the average intensity of the recorded pattern images is approximately constant within the entire image plane.

In einem ersten Ausführungsbeispiel ist das Filter ein Transmissionfilter, das örtlich unterschiedliche Transmissiongrade aufweist. Der Transmissionsgrad des Filters sollte nur in derjenigen Richtung, die in der durch die optischen Achsen von Kamera und Projektor aufgespannten Ebene liegt, unterschiedliche Werte aufweisen. In zu dieser Ebene senkrechter Richtung sollte dagegen der Transmissionsgrad des Filters konstante Werte haben.In a first embodiment, the filter is a transmission filter that has locally different transmission levels. The transmission level of the filter should only have different values in the direction that lies in the plane spanned by the optical axes of the camera and projector. In the direction perpendicular to this plane, however, the transmission level of the filter should have constant values.

Prinzipiell kann das Transmissionsfilter entweder im Projektor oder in der Kamera angeordnet sein. Eine Anordnung des Filters in der Kamera hat jedoch den Vorteil, daß keine oder nur äußerst geringe Wärmeprobleme auftreten. Bei Anordnung des Filters in der Kamera kann das Filter außerdem aus einem phototropen Material bestehen, dessen Transmissionsgrad automatisch bei zunehmender Lichtintensität abnimmt. Ein solches Filter ist dann außerhalb der Bild- oder Zwischenbildebenen des Prüflings anzuordnen. Dadurch wird erreicht, daß der örtlich unterschiedliche Transmissionsgrad des Filters keinen schädlichen Einfluß auf die mittlere Intensität des Musters innerhalb einer oder weniger Musterperioden hat, sondern lediglich über Bereiche wirksam wird, die wesentlich größer als die Musterperiode sind.In principle, the transmission filter can be arranged either in the projector or in the camera. However, arranging the filter in the camera has the advantage that no or only very few heat problems occur. If the filter is arranged in the camera, the filter can also consist of a phototropic material whose transmission factor automatically decreases as the light intensity increases. Such a filter must then be arranged outside the image or intermediate image planes of the test object. This ensures that the locally different transmission factor of the filter has no harmful influence on the average intensity of the pattern within one or a few pattern periods, but only takes effect over areas that are significantly larger than the pattern period.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Einrichtung vorgesehen, die eine ortsabhängige Belichtungszeit bzw. Integrationszeit der Kamera bewirkt. Als Kamerassensor kann ein CCD-Sensor mit in Zeilen und Spalten angeordneten optoelektronischen Detektoren vorgesehen sein. Innerhalb einer jeden senkrecht zur Ebene der optischen Achsen von Kamera und Projektor verlaufenden Detektorspalte ist dann die Integrationszeit konstant, während die einzelnenIn a second embodiment, a device is provided which causes a location-dependent exposure time or integration time of the camera. A CCD sensor with optoelectronic detectors arranged in rows and columns can be provided as the camera sensor. Within each detector column running perpendicular to the plane of the optical axes of the camera and projector, the integration time is then constant, while the individual

Detektorspalten unterschiedliche Integrationszeiten aufweisen. Anstelle des Filters ist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektronische Schaltung vorgesehen, mit deren Hilfe belichtungssteuernde Löschimpulse an die einzelnen Detektorspalten angelegt werden.Detector columns have different integration times. Instead of the filter, an electronic circuit is provided in this embodiment, with the help of which exposure-controlling erase pulses are applied to the individual detector columns.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei Streifenprojektionsmeßvorrichtungen vorteilhaft anwendbar, bei denen der Winkel zwischen der optischen Achse der Kamera und des Projektors größer als 45° ist. Denn bei derart großen Parallaxenwinkel fällt die Ausleuchtung, d.h. die mittlere Intensität über das Bildfeld besonders stark ab.The present invention is particularly advantageously applicable to strip projection measuring devices, in which the angle between the optical axis of the camera and the projector is greater than 45°. This is because with such large parallax angles, the illumination, i.e. the average intensity across the image field, drops particularly sharply.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist im Projektor ein Streifengitter, beispielsweise ein Ronchigitter, vorgesehen, das durch ein Projektionsobjektiv auf die Oberfläche des Meßobjektes projiziert wird. Das Steifengitter ist innerhalb des Projektors so angeordnet, daß die Seheimpflugbedingung für Ebenen senkrecht zur optischen Achse der Kamera erfüllt ist. Dadurch ist innerhalb dieser Ebene ein optimaler Streifenkontrast gewährleistet. Das Steifengitter sollte zusätzlich eine nichtäquidistante Teilung aufweisen, die an den Winkel zwischen der optischen Achse der Kamera und der des Projektors derart angepaßt ist, daß in Ebenen senkrecht zur optischen Achse der Kamera Muster mit äquidistanten Streifen entstehen.In a particularly preferred embodiment, a stripe grid, for example a Ronchi grid, is provided in the projector, which is projected onto the surface of the measuring object by a projection lens. The stripe grid is arranged within the projector in such a way that the Seheimpflug condition for planes perpendicular to the optical axis of the camera is fulfilled. This ensures optimal stripe contrast within this plane. The stripe grid should also have a non-equidistant division that is adapted to the angle between the optical axis of the camera and that of the projector in such a way that patterns with equidistant stripes are created in planes perpendicular to the optical axis of the camera.

Im folgenden werden Einzelheiten der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.In the following, details of the invention are explained in more detail with reference to the drawings.

Im einzelnen zeigen:In detail:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit in der Kamera angeordnetem Transmissionsfilter;Fig. 1 is a schematic diagram of the measuring device according to the invention with a transmission filter arranged in the camera;

Fig. 2a-2b Diagramme des Transmissionsgrades des Filters aus Figur 1 als Funktion des Ortes;Fig. 2a-2b Diagrams of the transmittance of the filter of Figure 1 as a function of location;

Fig. 3a eine Aufsicht auf einen CCD-Sensor für ein zweites Ausführungsbeispiel mit spaltenweise unterschiedlicher Integrationszeit undFig. 3a a top view of a CCD sensor for a second embodiment with different integration times for each column and

Fig. 3b ein Diagramm der Integrationszeit als Funktion des Ortes.Fig. 3b is a diagram of the integration time as a function of location.

Die Steifenprojektionsmeßvorrichtung in Figur 1 hat einen Meßkopf (1) mit einem Projektor (Ib) und einer Kamera (la). Der Projektor (Ib) enthält ein Projektionsobjektiv (2), das ein von einer Lichtquelle (4) und einer Beleuchtungsoptik (5) ausgeleuchtetes Streifengitter (3) in Zentralprojektion auf die zu vermessende Objektoberfläche (6) projiziert. Das an der Oberfläche des Meßobjektes (6) deformierte Streifenmuster wird mit Hilfe des Kameraobjektivs (7) in Zentralprojektion auf den Kamerasensor (8), der als CCD-Sensor ausgebildet ist, abgebildet.The strip projection measuring device in Figure 1 has a measuring head (1) with a projector (Ib) and a camera (la). The projector (Ib) contains a projection lens (2) which projects a strip grid (3) illuminated by a light source (4) and an illumination optic (5) in central projection onto the object surface (6) to be measured. The strip pattern deformed on the surface of the measuring object (6) is imaged with the aid of the camera lens (7) in central projection onto the camera sensor (8), which is designed as a CCD sensor.

Mit dem Meßkopf (1) ist ein Auswerterechner (10) verbunden, in den die mit dem Kamerasensor (8) aufgezeichneten Streifenbilder eingelesen und nachfolgend ausgewertet werden. Durch die Auswertung der Streifenphasen in den aufgezeichneten Mustern wird die Topographie der Objektoberfläche quantitativ erfaßt. Die Auswertung selbst erfolgt mit den aus der Interferometrie bekannten Phasenauswertealgorithmen. Einzelheiten dieser Auswertealgorithmen sind in den eingangs genannten Druckschriften, insbesondere in DE-Al 40 07 500, der EP-Bl 0 182 469 und zusätzlich in der DE-Al 40 14 019 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Das Ergebnis der Phasenauswertung wird anschließend auf einem Monitor (11) graphisch oder numerisch dargestellt.An evaluation computer (10) is connected to the measuring head (1), into which the strip images recorded with the camera sensor (8) are read and subsequently evaluated. The topography of the object surface is quantitatively recorded by evaluating the strip phases in the recorded patterns. The evaluation itself is carried out using the phase evaluation algorithms known from interferometry. Details of these evaluation algorithms are described in the publications mentioned above, in particular in DE-Al 40 07 500, EP-Bl 0 182 469 and additionally in DE-Al 40 14 019, to which reference is hereby expressly made. The result of the phase evaluation is then displayed graphically or numerically on a monitor (11).

Im Unterschied zu den bisher bekannten Streifenprojektions-Meßvorrichtungen weisen hier die optische Achse (2a) des Projektionsobjektivs (2) und die optische Achse (z) des Kameraobjektivs (7) einen sehr großen Parallaxenwinkel ((f), der hier 55° beträgt, auf. Gleichzeitig ist das Steifengitter (3) so geneigt zur optischen Achse (2a) des Projektionsobjektivs (2) angeordnet, daß für eine senkrecht zur optischen Achse (z) des Kameraobjektivs (7) liegende Ebene (12) die Scheimpflugbedingung erfüllt ist (die Hauptebene des Projektionsobjektivs (2) und die Ebene des Gitters (3) schneiden die Ebene (12) entlang einer senkrecht zur Zeichenebene liegenden Geraden (12a). Das Gitter (3) ist dadurch scharf in die Ebene (12) abgebildet. Außerdem weist das Gitter (3) eine nichtäquidistante Teilung auf, die so bemessen ist, daß in der Ebene (12) ein Gitterbild mit äquidistanten Streifen entsteht. Die Streifenrichtung selbst ist senkrecht zur Zeichenebene.In contrast to the previously known stripe projection measuring devices, here the optical axis (2a) of the projection lens (2) and the optical axis (z) of the camera lens (7) have a very large parallax angle ((f), which is 55° here. At the same time, the stripe grid (3) is arranged at an angle to the optical axis (2a) of the projection lens (2) such that the Scheimpflug condition is fulfilled for a plane (12) lying perpendicular to the optical axis (z) of the camera lens (7) (the main plane of the projection lens (2) and the plane of the grid (3) intersect the plane (12) along a straight line (12a) lying perpendicular to the plane of the drawing). The grid (3) is thus sharply imaged in the plane (12). In addition, the grid (3) has a non-equidistant division, which is dimensioned such that a grid image with equidistant stripes is created in the plane (12). The stripe direction itself is perpendicular to the drawing plane.

Aufgrund der unterschiedlichen Abbildungsverhältnisse des Gitters (3) in das zwischen (6a) und (6b) liegende Bildfeld der Kamera (la) weist das projizierte Muster in der Ebene (12) bzw. auf der Objektoberfläche (6) stark unterschiedliche Grundhelligkeiten auf. Insbesondere ist die Helligkeit bei (6b) wesentlich geringer als bei (6a). Entsprechend unterschiedliche Helligkeiten würden dann auch an den den Punkten (6a) und (6b) zugeordneten Bildpunkten (8a) bzw. (8b) auf dem Kamerasensor (8) vorliegen. Zum Ausgleich dieser unterschiedlichen Helligkeitsverhältnisse innerhalb des Bildfeldes ist vor dem Kamerasensor außerhalb einer Zwischenbildebene ein Transmissionsfilter (9) mit in einer Richtung linear ansteigendem Transmissionsgrad angeordnet. Der Transmissiongrad des Filter (9) nimmt, wie in der Figur 2a dargestellt isr., in der Richtung x, die in der Zeichenebene liegt, kontinuierlich von (9b) nach (9a) ab. Das im Bereich (6b) am Objekt gestreute Licht, das das Filter (9) im Bereich (9b) transmittiert, wird daher durch das FilterDue to the different imaging ratios of the grid (3) in the image field of the camera (la) lying between (6a) and (6b), the projected pattern in the plane (12) or on the object surface (6) has very different basic brightnesses. In particular, the brightness at (6b) is significantly lower than at (6a). Correspondingly different brightnesses would then also be present at the image points (8a) or (8b) assigned to the points (6a) and (6b) on the camera sensor (8). To compensate for these different brightness ratios within the image field, a transmission filter (9) with a transmittance that increases linearly in one direction is arranged in front of the camera sensor outside an intermediate image plane. The transmittance of the filter (9) decreases, as shown in Figure 2a, continuously from (9b) to (9a) in the direction x, which lies in the plane of the drawing. The light scattered by the object in area (6b) that the filter (9) transmits in area (9b) is therefore filtered out by the filter

(9) weniger abgeschwächt als das bei (6a) gestreute und das Filter (9) bei (9a) transmittierende Licht.(9) is less attenuated than the light scattered at (6a) and transmitted by the filter (9) at (9a).

In der zur Zeichenebene in Figur 1 senkrechten y-Richtung hat die Transmission des Filters (9) jeweils einen konstanten, nur von der x-Position abhängigen Wert. Dies ist in der iigur 2b für die zu den Bereichen (9a) und (9b) gehörigen x-Positionen dargestellt. Der Abfall der Transmission in Figur 2a zwischen (9b) und (9a) ist dabei gerade so gewählt, daß der durch den unterschiedlichen Abbildungsmaßstab des Gitters (3) auf die Objektoberfläche (6) verursachte Abfall der Grundhelligkeit über das Bildfeld kompensiert ist. Die Streifenhelligkeit des Gitterbildes auf dem Sensor (8) ist daher für alle Positionen des Bildfeldes konstant.In the y-direction perpendicular to the plane of the drawing in Figure 1, the transmission of the filter (9) has a constant value that depends only on the x-position. This is shown in Figure 2b for the x-positions belonging to the areas (9a) and (9b). The drop in transmission in Figure 2a between (9b) and (9a) is chosen so that the drop in the basic brightness over the image field caused by the different image scale of the grating (3) on the object surface (6) is compensated. The strip brightness of the grating image on the sensor (8) is therefore constant for all positions in the image field.

Prinzipiell wäre es möglich, anstelle des Filters (9) in der Kamera ein entsprechend gewähltes Transmissionsfilter im Projektor vorzusehen, beispielsweise in einer zum Gitter (3) parallelen Ebene. Aufgrund der Lichtabsorption im Filter und der relativ hohen Lichtleistung innerhalb des Projektors können dann jedoch sehr leicht Wärmeprobleme auftreten.In principle, it would be possible to use a suitably selected transmission filter in the projector instead of the filter (9) in the camera, for example in a plane parallel to the grid (3). However, due to the light absorption in the filter and the relatively high light output within the projector, heat problems can then very easily arise.

Bei Anordnung des Transmissionsfilters in der Kamera ist es außerdem möglich, anstelle des vorstehend beschriebenen Filters mit definiert voreingestelltem örtlich unterschiedlichem Transmissionsgrad ein Filter aus einem phototropen Glas zu verwenden. Der Transmissionsgrad des Glases nimmt dann automatisch mit zunehmender Lichtintensität ab. Bei einem solchen außerhalb einer Bildebene angeordneten Filter stellt sich dann automatisch ein örtlich unterschiedlicher Transmissionsgrad ein, der den in den Figuren 2a und 2b dargestellten Verläufen entspricht. Die Anordnung des Filters (9) außerhalb von Bild- oder Zwischenbildebenen des Objektes (6) ist dann jedoch wichtig, da andernfalls das Filter die auszuwertenden Streifenmuster auslöschen bzw. abschwächen würde.When arranging the transmission filter in the camera, it is also possible to use a filter made of phototropic glass instead of the filter described above with a defined, preset, locally different degree of transmission. The degree of transmission of the glass then automatically decreases with increasing light intensity. With such a filter arranged outside an image plane, a locally different degree of transmission is then automatically established, which corresponds to the curves shown in Figures 2a and 2b. However, the arrangement of the filter (9) outside of the image or intermediate image planes of the object (6) is then important, since otherwise the filter would erase or weaken the stripe patterns to be evaluated.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist anstelle eines physischen Transmissionsfilters ein Kamerasensor (80) (Figur 3a) mit spaltenweise unterschiedlicher Integrationszeit vorgesehen. Der Kamerasensor (80) besitzt eine Vielzahl (beispielsweise 512 &khgr; 512 oder 1024 &khgr; 1024) zeilen- und spaltenweise angeordneter photoelektrischer Detektorelemente. Zur Vereinfachung sind in der Figur 3a lediglich acht Sensorspalten (80s) und acht Sensorzeilen (80z) dargestellt. Über eine hier nicht dargestellte Ansteuereinrichtung sind für die unterschiedlichen Detektorspalten (80s) unterschiedliche Integrationszeiten für die freigesetzten Ladungsträger einstellbar.In an alternative embodiment, instead of a physical transmission filter, a camera sensor (80) (Figure 3a) with a different integration time for each column is provided. The camera sensor (80) has a large number (for example 512 x 512 or 1024 x 1024) of photoelectric detector elements arranged in rows and columns. For the sake of simplicity, only eight sensor columns (80s) and eight sensor rows (80z) are shown in Figure 3a. Different integration times for the released charge carriers can be set for the different detector columns (80s) using a control device (not shown here).

Die Herstellung derartiger Kamerasensoren (80) stellt imgrunde keine Probleme dar, denn bereits bei den herkömmlichen CCD-Kamerachips sind im Prinzip Einrichtungen vorhanden, um die Integrationszeit eines jeden einzelnen Empfängerelementes anzusteuern. Allerdings sind dort die Ansteuerleitungen zunächst jeweils spaltenweise und dann die Ansteuerleitungen einer jeden Spalte mit der Ansteuerleitung der übernächsten Nachbarspalte verbunden. Bei dem in der Figur 3a dargestellten Sensorchip (80) sind dagegen lediglich die Ansteuerleitungen innerhalb einer jeden Spalte (80s) miteinander verbunden, so daß für jede Spalte (80s) eine unterschiedliche Integrationszeit einstellbar ist.The manufacture of such camera sensors (80) does not pose any problems, because in principle, devices are already available in conventional CCD camera chips to control the integration time of each individual receiver element. However, the control lines are initially connected column by column and then the control lines of each column are connected to the control line of the next but one neighboring column. In the sensor chip (80) shown in Figure 3a, however, only the control lines within each column (80s) are connected to one another, so that a different integration time can be set for each column (80s).

Die Gesamtanordnung der Meßvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen der Anordnung nach Figur 1, bei der anstelle des Sensors (8) der Sensor (80) aus Figur 3a so angeordnet ist, daß die Detektorspalten (80s) senkrecht zur Ebene der optischen Achsen (2a, z) von Kameraobjektiv (7) und Projektorobjektiv (2), d.h. senkrecht zur Zeichenebene, angeordnet sind. Diese Orientierung des Kamerasensors (80) ist in Figur 3a durch die beiden nebenstehenden Koordinatenachsen angedeutet. Wie bereitsThe overall arrangement of the measuring device according to the second embodiment essentially corresponds to the arrangement according to Figure 1, in which instead of the sensor (8), the sensor (80) from Figure 3a is arranged so that the detector columns (80s) are arranged perpendicular to the plane of the optical axes (2a, z) of the camera lens (7) and projector lens (2), i.e. perpendicular to the plane of the drawing. This orientation of the camera sensor (80) is indicated in Figure 3a by the two adjacent coordinate axes. As already

weiter oben ausgeführt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel das physische Transmissionsfilter (9) durch eine elektronische Schaltung, die die Integrationszeit der Detektorspalten (80s) steuert, ersetzt.As stated above, in this embodiment the physical transmission filter (9) is replaced by an electronic circuit that controls the integration time of the detector columns (80s).

In dem Diagramm nach der Figur 3b sind die für die einzelnen Detektorspalten unterschiedlichen Integrationszeiten &tgr; als Funktion des Ortes aufgetragen. Die Integrationszeit &tgr; nimmt von der Spalte (80a), auf die der Objektpunkt (6a) abgebildet ist, jeweils zur nächsten Spalte zu und ist für die Spalte (80b), auf die der Objektpunkt (6b) abgebildet ist, maximal. Die einzelnen Integrationszeiten jeder Kameraspalte sind dabei so eingestellt, daß die über das Bildfeld ungleichmäßige Grundhelligkeit ausgeglichen ist und nirgends im Bildfeld eine Übersteuerung der Kamera auftritt.In the diagram in Figure 3b, the different integration times τ for the individual detector columns are plotted as a function of location. The integration time τ increases from the column (80a) on which the object point (6a) is imaged to the next column and is maximum for the column (80b) on which the object point (6b) is imaged. The individual integration times of each camera column are set so that the uneven basic brightness across the image field is balanced out and the camera is not overloaded anywhere in the image field.

Gegenüber dem Ausführungsbeispiel mit einem Transmissionsfilter liefert die Steuerung der Integrationszeit den Vorteil, daß die Integrationszeit einer jeden Spalte abhängig von der Lichtintensität eines zuvor aufgenommenen Bildes wählbar ist. Dadurch kann die gesamte Kameradynamik stets für die Phasenauswertung genutzt werden. Nachteilig ist dagegen jedoch, daß bei der nachfolgenden Auswertung die spaltenweise unterschiedlichen Belichtungszeiten zu berücksichtigen sind.Compared to the embodiment with a transmission filter, the control of the integration time provides the advantage that the integration time of each column can be selected depending on the light intensity of a previously recorded image. This means that the entire camera dynamics can always be used for the phase evaluation. The disadvantage, however, is that the different exposure times for each column must be taken into account in the subsequent evaluation.

Alternativ zu dem geradlinigen Gitter (3) kann auch ein nichtgeradliniges Gitter im Projektor vorgesehen sein, das so angeordnet ist, daß auf einer nicht-ebenen Prüflingsfläche ein äquidistantes Streifenmuster projiziert ist. Bei der Prüfung von Karosserieteilen ist dann beispielsweise als Bezugsfläche ein prismatischer Körper mit einem Flankenprofil gewählt, das dem Flankenprofil des zu prüfenden Bereiches entspricht.As an alternative to the straight grid (3), a non-straight grid can also be provided in the projector, which is arranged in such a way that an equidistant stripe pattern is projected onto a non-flat test surface. When testing body parts, for example, a prismatic body with a flank profile that corresponds to the flank profile of the area to be tested is then selected as the reference surface.

Claims (10)

Schutzansprüche:Protection claims: 1. Vorrichtung zur Topographiemessung mit mindestens einem Projektor (Ib) zur Projektion eines Musters auf die Objektoberfläche (6), wobei der Projektor (Ib) eine erste optische Achse (2a) aufweist, mindestens einer Kamera (la) zur Aufzeichnung des an der Objektoberfläche1. Device for topography measurement with at least one projector (Ib) for projecting a pattern onto the object surface (6), the projector (Ib) having a first optical axis (2a), at least one camera (la) for recording the pattern on the object surface (6) deformierten Musters, wobei die Kamera (la) eine zweite optische Achse (z) aufweist, einen Auswerterechner (10) zur Auswertung der Kamerabilder, wobei aus den Streifenphasen der deformierten Muster die Koordinaten der Objektoberfläche (6) relativ zu einem gerätefesten Koordinatensystem berechnet werden und mit einer Einrichtung (9), die die von der Kamera integrierte Lichtenergiedichte innerhalb der Bildebene örtlich unterschiedlich beeinflußt.(6) deformed pattern, wherein the camera (la) has a second optical axis (z), an evaluation computer (10) for evaluating the camera images, wherein the coordinates of the object surface (6) relative to a device-fixed coordinate system are calculated from the strip phases of the deformed pattern, and with a device (9) which locally influences the light energy density integrated by the camera within the image plane in different ways. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die die integrierte Lichtenergiedichte beeinflussende Einrichtung ein Transmissionsfilter (9) ist.2. Device according to claim 1, wherein the device influencing the integrated light energy density is a transmission filter (9). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Transmission (T) des Filters (9) entlang einer Richtung (x), die in der durch die optischen Achsen (2a, z) von Kamera (la) und Projektor (Ib) aufgespannten Ebene liegt, unterschiedliche Werte und in zu dieser Ebene senkrechter Richtung (y) konstante Werte hat.3. Device according to claim 2, wherein the transmission (T) of the filter (9) has different values along a direction (x) which lies in the plane spanned by the optical axes (2a, z) of the camera (la) and projector (Ib) and has constant values in the direction perpendicular to this plane (y). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Filter (9) in der Kamera (la) außerhalb einer Bildebene angeordnet ist und aus einem phototropen Material besteht.4. Device according to one of claims 2 or 3, wherein the filter (9) in the camera (la) is arranged outside an image plane and consists of a phototropic material. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die die integrierte Lichtenergiedichte beeinflussende Einrichtung eine5. Device according to claim 1, wherein the device influencing the integrated light energy density comprises a ortsabhängige Belichtungs- oder Integrationszeit &tgr; der Kamera (80) bewirkt.location-dependent exposure or integration time &tgr; of the camera (80). 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Kamera in Zeilen6. Device according to claim 5, wherein the camera in lines (80z) und Spalten (80s) angeordnete optoelektronische Detektoren aufweist und eine elektronische Schaltung zur ortsabhängigen Steuerung der Belichtungs- oder Integrationszeit &tgr; vorgesehen ist, wobei die Belichtungs- oder Integrationszeit &tgr; innerhalb jeder senkrecht zur Ebene der optischen Achsen (z, 2a) von Kamera (la) und Projektor (Ib) angeordneten Detektorspalte (80s) konstant, die Integrationszeiten der einzelnen Detektorspalten (80s) jedoch verschieden sind.(80z) and columns (80s) arranged optoelectronic detectors and an electronic circuit for the location-dependent control of the exposure or integration time &tgr; is provided, wherein the exposure or integration time &tgr; is constant within each detector column (80s) arranged perpendicular to the plane of the optical axes (z, 2a) of the camera (la) and projector (Ib), but the integration times of the individual detector columns (80s) are different. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Winkel (&psgr;)zwischen den optischen Achsen (z, 2a) von Kamera (la) und Projektor (Ib) größer als 45° ist.7. Device according to one of claims 1-6, wherein the angle (ψ) between the optical axes (z, 2a) of camera (la) and projector (Ib) is greater than 45°. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Projektor ein Streifengitter (3) mit abwechselnd transmittierenden und absorbierenden Streifen aufweist und wobei das Gitter (3) und das Objektiv (2) des Projektors (Ib) derart geneigt zueinander angeordnet sind, daß die Scheimpflugbedingung für Ebenen (12) senkrecht zur optischen Achse (z) der Kamera (la) erfüllt ist.8. Device according to one of claims 1-7, wherein the projector has a strip grating (3) with alternating transmitting and absorbing strips and wherein the grating (3) and the lens (2) of the projector (Ib) are arranged inclined to one another in such a way that the Scheimpflug condition for planes (12) perpendicular to the optical axis (z) of the camera (la) is fulfilled. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Gitter (3) eine nichtäquidistante Teilung aufweist, die an den Winkel (Cf) zwischen den optischen Achsen (z, 2a) von Kamera (la) und Projektor (Ib) derart angepaßt ist, daß in Ebenen9. Device according to claim 8, wherein the grating (3) has a non-equidistant pitch which is adapted to the angle (Cf) between the optical axes (z, 2a) of the camera (la) and the projector (Ib) in such a way that in planes (12) senkrecht zur optischen Achse (z) der Kamera (la) Muster mit äquidistanten Streifen entstehen.(12) perpendicular to the optical axis (z) of the camera (la) patterns with equidistant stripes are formed. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor (16) für zentralperspektivische Projektion und die Kamera (la) für zentralperspektivische Beobachtung ausgebildet sind.10. Device according to one of claims 1-9, characterized in that the projector (16) is designed for central perspective projection and the camera (1a) is designed for central perspective observation.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4338307C1 (en) * 1993-11-10 1995-05-18 Mierswa Klaus Dipl Ing Methods for the optical detection of objects or object streams, the surfaces of which are capable of reflecting or scattering light, which have self-affine or self-similar or fractal patterns or structures
DE102005054337A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-16 Opto Control Elektronik Pruefs Three-dimensional object measurement system
WO2016012590A3 (en) * 2014-07-25 2016-03-24 E. Zoller Gmbh & Co. Kg Light-projector with optical correction

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4338307C1 (en) * 1993-11-10 1995-05-18 Mierswa Klaus Dipl Ing Methods for the optical detection of objects or object streams, the surfaces of which are capable of reflecting or scattering light, which have self-affine or self-similar or fractal patterns or structures
DE102005054337A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-16 Opto Control Elektronik Pruefs Three-dimensional object measurement system
WO2016012590A3 (en) * 2014-07-25 2016-03-24 E. Zoller Gmbh & Co. Kg Light-projector with optical correction

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