EP1485670A2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der absolut-koordinaten eines objekts - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der absolut-koordinaten eines objekts

Info

Publication number
EP1485670A2
EP1485670A2 EP03712057A EP03712057A EP1485670A2 EP 1485670 A2 EP1485670 A2 EP 1485670A2 EP 03712057 A EP03712057 A EP 03712057A EP 03712057 A EP03712057 A EP 03712057A EP 1485670 A2 EP1485670 A2 EP 1485670A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grating
sensor
grid
projection
vector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03712057A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Kraus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Steinbichler Optotechnik GmbH
Original Assignee
Steinbichler Optotechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steinbichler Optotechnik GmbH filed Critical Steinbichler Optotechnik GmbH
Publication of EP1485670A2 publication Critical patent/EP1485670A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2536—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object using several gratings with variable grating pitch, projected on the object with the same angle of incidence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2513—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with several lines being projected in more than one direction, e.g. grids, patterns

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the absolute coordinates of an object, in which the object is irradiated with light through a projection grating, the light reflected by the object is recorded by a sensor and the recording of the sensor is evaluated.
  • the invention further relates to a device for determining the absolute coordinates of an object with projection optics for projecting a projection grating onto the object and sensor optics with a sensor for recording the light reflected by the object.
  • the three-dimensional geometry of the surface of an object can be determined with the Moire technique and with projected lines.
  • the contour line images can be evaluated by a computer, for example using the so-called phase shift method.
  • phase-shifted images that is sensor recordings
  • the evaluation can also be carried out using other techniques in which only a contour line image, that is to say only a sensor image or only a video image, is necessary. Examples are given in DE 39 07 430 B1 and DE 38 43 396 B1.
  • the moire technique only provides the relative shape of the object surface. It generally cannot be used to determine the absolute distance between the sensor or the camera and the object from a contour line image. It is therefore not possible to determine the absolute coordinates (ie the absolute coordinates) of the object surface using the techniques and methods mentioned.
  • these absolute coordinates of the object are required to determine the absolute size of the object or, in the case of step-shaped cross sections, the depth of the object. Since there is no information about the imaging scale in the contour line image, additional information going beyond the contour line image is required for determining the absolute coordinates.
  • This additional information can be obtained by distance sensors or by changing the contour line distance or by moving the object or the camera. For this, however, masses have to be moved, which requires a stable construction of the test facility and takes a relatively long time. The mechanical effort is very high if a certain precision is to be achieved.
  • EP 0 181 553 A Another device, used in a triangulation method, is known from EP 0 181 553 A.
  • US 4,564,295 A discloses a method in which a grating is projected onto an object. The object is then imaged and overlaid with a reference grid (moire). For the evaluation, the reference grid is moved, or the projection grid and the reference grid are moved synchronously, which causes stationary contour lines on the object.
  • US 4,349,277 discloses a method in which colored gratings with at least two different wavelengths are projected onto the object.
  • the recording is made using color filters for wavelength selection on two rows of diodes.
  • Equidistant grids in different colors that are shifted from each other are projected in parallel.
  • the evaluation takes place via the ratio of the intensities of the respective colors.
  • An absolute coding of the light planes can also be achieved via color information of the projected grating, which however is bought with a dependency on the color properties of the object.
  • patterns are used that work with local coding, for example binary patterns or color patterns.
  • adjacent image elements are viewed in the sensor image and the projected light plane is identified by means of a neighborhood analysis.
  • US 4,802,759 discloses a method for determining the coordinates of an object, in which the object is irradiated with light through a projection grating and the light reflected by the object is recorded by a sensor.
  • a method for determining the absolute coordinates of an object according to the preamble of claim 1 is known from EP 0 534 284 B1 which, when the projection grating and the sensor are in a first position, a first recording and evaluation are carried out and in which the projection grating and / or the sensor are subsequently rotated by a certain angle and a second recording and evaluation of the sensor are carried out.
  • the absolute coordinates of the object can be determined from the evaluations.
  • the object of the invention is to propose an improved method and an improved device for determining the absolute coordinates of an object.
  • the projection grating comprises a first grating with a first grating vector and a second grating with a different second grating vector
  • the sensor is arranged at a distance from the projection grating such that the projections of the first and second grids base vector leading to the sensor on the associated gitters are of different sizes.
  • the projection grid can be applied to a slide or a glass plate or a similar device and can be projected onto the object with one or more light sources via one or more lenses. However, it can also be generated by the superimposition (interference) of coherent light radiation or in some other way.
  • the sensitivity increases with increasing base length and thus increasing triangulation angle.
  • the "base” is understood to mean the vector from the respective grating to the sensor.
  • the triangulation angle is the angle between the distance from the object point to the respective grid and the distance from the object point to the sensor.
  • Decisive for the sensitivity is the projection of the base vector, i.e. the vector from the respective grating to the sensor, on the associated grating / ector.
  • a grid projection method can be carried out, in which two phase images with freely selectable sensitivities are generated with a single image using the direct phase shift algorithm.
  • the invention is based on the knowledge that only the projection of the base vector onto the grid vector is included in the sensitivity, which increases with increasing base length.
  • the projection of the base vector leading from the first grid to the sensor onto the first grid vector is different from the projection of the base vector leading from the second grid to the sensor onto the second grid vector, so that consequently different sensitivities can be achieved.
  • two freely selectable independent sensitivities can be achieved.
  • the distance of the sensor from the grids is preferably selected such that the object or an essential region of interest of the object or a disc continuity of the object is covered by a period of the grating evaluated with less sensitivity.
  • the base vector for this grid is thus chosen such that the object or a substantial region of interest of the object or a discontinuity of the object is covered by a period of this grid.
  • the arrangement can be selected in such a way that the largest possible object, that is to say the entire measuring volume of the device, or the largest possible essential region of interest of the object or the largest possible discontinuity is covered by a period of this grating.
  • the sensitivity of the other grating can be set to a sufficient or the greatest possible evaluation accuracy.
  • a further advantageous development is accordingly characterized in that the distance of the sensor from the grids is selected such that the grating evaluated with greater sensitivity is evaluated with sufficient evaluation accuracy or with the greatest possible evaluation accuracy.
  • the distance of the sensor from the grids is selected such that the object or a substantial area of the object or a discontinuity of the object from a first number of periods of the first grating and from a different second number of periods of the second Grid is covered. If the first number and the second number are prime to each other, a clear assignment of the phases and thus a clear determination of the absolute coordinates is obtained via the selected area. In one example, the first number is 7 and the second number is 9. The ratio of the lattice periods is then 7: 9, which corresponds to a fractionally rational number.
  • the first number and the second number can be chosen such that the selected area is covered by a period of the beat frequency of the periods of the grids. In an example, this can be achieved by the first number being 8 and the second number being 9, so that the periods of the grids are in the ratio 8: 9.
  • the ratio of the first number and the second number corresponds to a transient number, that is to say a number that cannot be described by a fraction and whose decimal representation is not repeated, for example the Euler number e or the circle number ⁇ .
  • Transient numbers can only be approximated numerically. If the ratio of the first number to the second number corresponds to a transient number, the result is theoretically an infinitely large measurement volume. In practice, this possibility is limited by the measurement noise.
  • a further advantageous development is characterized in that the distance of the sensor from the grids is selected such that a period of the grating evaluated with lower sensitivity and / or of the grating evaluated with higher sensitivity covers four pixels on the sensor.
  • a particularly simple evaluation algorithm results.
  • other configurations can also be used with advantage.
  • the grids can be different from one another.
  • the grids forming the projection grid, ie the first grid and the second grid, can therefore be different from one another, in particular spaced apart.
  • the recording of the sensor can be evaluated by a phase shift.
  • a temporal and / or spatial phase shift can be used.
  • a colored projection grid is preferably used. This is particularly advantageous if the evaluation of the sensor's recording is carried out by a phase shift.
  • the projection grating is rotated.
  • FIG. 1 shows a device for determining the absolute coordinates of an object in a schematic perspective view
  • FIG. 5 shows a device for determining the absolute coordinates of an object with two projectors in a schematic view from above
  • FIG. 6 shows a modification of the device according to FIG. 5 with a projector and three cameras in a representation corresponding to FIG. 5 and
  • FIG. 7 shows a further modification of the devices according to FIGS. 5 and 6 with a projector and two cameras in a representation corresponding to FIGS. 5 and 6.
  • an object 1 is irradiated with light 3 through a projection grating 2.
  • the light 4 reflected by the object 1 is picked up by a sensor 5, namely a surface sensor, in particular a CCD sensor.
  • the recording of the sensor 5 is evaluated (not shown in the drawing).
  • FIG. 3 An exemplary embodiment of the grating 2 is shown in FIG. 3, namely an ideal sine grating with two grating vectors Gi and G 2 running at right angles to one another.
  • the right-angled cross grating shown in FIG. 4 could also be used, a sine grating with two grating vectors Gi and G 2 running at right angles to one another with local, rough screening of the gray value curve.
  • the amounts of the grid vectors Gi and G 2 in FIGS. 3 and 4 are each of the same size.
  • the sensor 5 is arranged at a distance from the projection grid 2.
  • the base vector leading from the projection grid 2 to the sensor is denoted by b.
  • the sensor 5 is arranged at a distance b from the projection grid 2 such that the projection b x of the base vector b onto the first grid vector Gi is greater than the projection b y of the base vector b onto the second grid vector G 2 .
  • the vector a x of the evaluation in the x direction runs parallel or approximately parallel to the first grating factor Gi and the vector a y of the evaluation in the y direction runs parallel or approximately parallel to the second grating vector G 2 . It is important to ensure that the information of the grids can be separated sufficiently well.
  • the described choice of the base vector b ensures that the evaluation in the direction of. first grating vector G- t or in the x direction with a greater sensitivity than the evaluation in the direction of the second grating vector G 2 or in the y direction.
  • the sensitivity increases with increasing base length, that is to say with increasing length of the projection of the base vector b onto the respective grating vector or with increasing triangulation angle y, the triangulation angle y being the angle between the path 3 from the object point 6 to the grating 2 and the path 4 from object point 6 to sensor 5.
  • the distance b of the sensor 5 from the grids of the projection grating 2 is selected such that the object 1 is covered by a period of the grating evaluated with less sensitivity, that is to say the grating with the grating vector G 2 .
  • This distance b is also selected such that the evaluation of the grating evaluated with greater sensitivity, that is to say the grating with the grating vector Gi, is carried out with the greatest possible evaluation accuracy.
  • FIG. 6 there is a projector 8 which lies at the origin of the X-Y coordinate plane.
  • a first camera 10, a second camera 1 and a third camera 12 are arranged on the X axis at a distance from one another.
  • a projector 8 is arranged in the origin of the XY coordinate system.
  • the first camera 13 is located in the first quadrant of this coordinate system, closer to the X axis than to the Y axis.
  • the second camera 14 is also in the first quadrant of the XY plane, and also closer to the X axis than to the Y axis.
  • Projector 8 first camera 13 and second camera 14 lie approximately on one line, whereby however, the first camera 13 is located somewhat outside the connecting line between the projector 8 and the second camera 14, and is somewhat closer to the X axis.
  • the invention creates a method with which absolute coordinates of an object can be measured in terms of area, with only a single image having to be recorded. This is made possible using a grid which is static and which need not be manipulated at any time. In contrast to the known "single image" method, the method according to the invention does not require a colored grid or a color camera; so it is independent of the object color.
  • the transmission function of a grating for example the grating shown in FIG. 2, can be described as follows:
  • the sensitivity increases with increasing base length and thus increasing triangulation angle y and with a decreasing lattice constant.
  • the projection of the base vector onto the grid vector is included in the sensitivity.
  • the base vector is perpendicular to the grid vector, this results in zero sensitivity.
  • T (r) a + b * sin (G ⁇ * r) + c * sin (G 2 * r)
  • gectors are perpendicular to one another.
  • the sensitivity k is greater than for the first grating.
  • the projector with the projection grating 2 is at the coordinate origin.
  • the two grid vectors Gi and G 2 lie on the X-axis and the Y-axis, respectively.
  • the camera node, ie the sensor 5 of the camera, has the location vector in this coordinate system
  • FIG. 6 Another way of obtaining multiple phase images with different sensitivities is to use a projector with a grid vector and. to use two or more cameras that have different base vectors, as shown in an example in FIG. 6.
  • a projector 8 with a grating which has a grating vector G for example a grating of the type shown in FIG. 2 (ie in a line grating).
  • the evaluation is carried out by at least two cameras, in the example in FIG. 6 by three cameras which have different base vectors, the distance from which is different from the projector 8.
  • the method according to the invention can be implemented with a projection grating which has two grids which are preferably perpendicular to one another.
  • two projectors each of which has a strip grating (with a grating vector), the grating vectors of the strip grids preferably being perpendicular to one another.
  • Another possibility is to use a projector with a cross grating and to take the picture with several cameras, whereby a higher accuracy can be achieved.
  • the invention can also be implemented in that several projectors, each with a cross grating, are used and the evaluation is performed by a camera.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts (1) wird das Objekt (1) durch ein Projektionsgitter (2) mit Licht (3) bestrahlt. Das von dem Objekt (1) reflektierte Licht (4) wird von einem Sensor (5) aufgenommen. Die Aufnahme des Sensors wird ausgewertet. Um ein derartiges Verfahren zu verbessern, umfasst das Projektionsgitter (2) ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor (G1) und ein zweites Gitter mit einem davon veschiedenen zweiten Gittervektor (G2). Der Sensor (5) ist derart im Abstand (b) vom Projektionsgitter (2) angeordnet, dass die Projektionen (bx, by) des vom ersten und vom zweiten Gitter zum Sensor (5) führenden Basisvektors (b) auf die zugehörigen Gittervektoren (G1, G2) verschieden gross sind.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines
Objekts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts, bei dem das Objekt durch ein Projektionsgitter mit Licht bestrahlt wird, das von dem Objekt reflektierte Licht von einem Sensor aufgenommen wird und die Aufnahme des Sensors ausgewertet wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts mit einer Projektionsoptik zum Projizieren eines Projektionsgitters auf das Objekt und einer Sensoroptik mit einem Sensor zum Aufnehmen des von dem Objekt reflektierten Lichts.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen, mit denen die Absolut-Koordinaten eines Objekts oder der Oberfläche eines Objekts bestimmt werden können, sind bereits bekannt. Als Sensoren werden Flächensensoren verwendet, insbesondere CCD- Sensoren oder CMOS-Sensoren.
Mit der Moire-Technik und mit projizierten Linien kann die dreidimensionale Geo- meterie der Oberfläche eines Objektes bestimmt werden. Die Auswertung der Konturlinienbilder kann durch einen Rechner erfolgen, beispielsweise nach dem sogenannten Phasenshift-Verfahren. Dabei können, nach dem sogenannten zeitlichen Phasenshift-Verfahren, nacheinander phasenverschobene Bilder, also Sensor-Aufnahmen, über eine Videokamera in den Rechner eingelesen werden. Es ist auch möglich, die Konturlinienbilder über eine Fourier-Auswertung zu verarbeiten. Die Auswertung kann auch über andere Techniken erfolgen, bei denen nur ein Konturlinienbild, also nur eine Sensor-Aufnahme bzw. nur ein Videobild, notwendig sind. Beispiele sind in der DE 39 07 430 B1 und der DE 38 43 396 B1 angegeben.
Die Moire-Technik liefert allerdings nur die relative Form der Objektoberfläche. Mit ihr kann im allgemeinen nicht der absolute Abstand zwischen dem Sensor bzw. der Kamera und dem Objekt aus einem Konturlinienbild bestimmt werden. Es ist also nicht möglich, mit den erwähnten Techniken und Verfahren die Absolut-Koordinaten (also die absoluten Koordinaten) der Objektoberfläche zu bestimmen.
Diese Absolut-Koordinaten des Objekts werden jedoch benötigt, um die absolute Größe des Objekts oder, bei stufenförmigen Querschnitten, die Tiefe des Objekts zu bestimmen. Da im Konturlinienbild keine Informationen über den Abbildungsmaßstab enthalten sind, werden für die Bestimmung der Absolut-Koordinaten zusätzliche, über das Konturlinienbild hinausgehende Informationen benötigt.
Diese zusätzlichen Informationen können durch Abstandssensoren gewonnen werden oder durch Ändern des Konturlinienabstandes oder durch Verschieben des Objekts oder der Kamera. Hierfür müssen allerdings Massen bewegt werden, was einen stabilen Aufbau der Versuchsanlage erfordert und verhältnismäßig viel Zeit in Anspruch nimmt. Der mechanische Aufwand ist sehr hoch, wenn eine gewisse Präzision erreicht werden soll.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Absolut-Vermessung der dreidimensionalen Koordinaten eines Prüfobjekts mittels Moire-Technik ist in der DE 40 11 406 A1 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden der Verschiebeweg eines Eichkörpers und/oder des Prüfobjekts senkrecht zur Ebene der Gitter (Projektionsgitter und Referenzgitter) gemessen. Aus der EP 0 343 366 A ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem ebenfalls die Moire-Technik angewendet wird. Aus der US 4 802 759 A ist ein Verfahren zur Bestimmung der Koordinaten eines Punktes des Objekts bekannt, bei dem ein Projektionsgitter mit Licht durchstrahlt und auf das Objekt abgebildet wird. Das als Abbildung des Projektionsgitters auf dem Objekt entstehende Muster wird auf einen flächenhaften, ortsauflösenden Sensor abgebildet. Die Koordinaten des Punktes des Objekts werden durch Triangulation des Punktes, ausgehend vom Projektionsgitter und vom Sensor, ermittelt. Dabei wird jedoch lediglich ein einziges Sensorbild aufgenommen. Für die Durchführung dieses Verfahrens ist es erforderlich, eine Bezugslinie zu identifizieren.
Eine weitere Vorrichtung, bei einer Triangulationsverfahren angewendet wird, ist aus der EP 0 181 553 A bekannt.
Die US 4 564 295 A offenbart ein Verfahren, bei dem ein Gitter auf ein Objekt proji- ziert wird. Das Objekt wird dann abgebildet und mit einer Referenzgitter überlagert (Moire). Zur Auswertung wird das Referenzgitter bewegt, oder es werden Projektionsgitter und Referenzgitter synchron bewegt, wodurch stationäre Konturlinien auf dem Objekt hervorgerufen werden.
Aus der US 4 641 972 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein sinusförmiges Gitter auf das Objekt projiziert und das Objekt unter einem Winkel beobachtet wird. Die Auswertung erfolgt mit der Phasenshifttechnik. Eine Auswertung über eine Triangulation findet nicht statt.
Die US 4 349 277 offenbart ein Verfahren, bei dem farbige Gitter mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen auf das Objekt projiziert werden. Die Aufnahme erfolgt über Farbfilter zur Wellenlängenselektion auf zwei Diodenzeilen. Äquidistan- te Gitter in verschiedenen Farben, die zueinander verschoben sind, werden parallel projiziert. Die Auswertung geschieht über das Verhältnis der Intensitäten der jeweiligen Farben.
In mehreren Verfahren auf Triangulationsbasis kommt der kodierte Lichtansatz zum Einsatz, bei dem das projizierte Licht eines Gitterstreifens als eine Ebene im Raum angesehen wird. Das Licht, das vom Objekt reflektiert wird und auf ein bestimmtes Sensorelement gelangt, wird als Gerade betrachtet. Der mit der Kamera betrachtete Objektpunkt wird aus einem Schnitt der durch das Sensorelement definierten Gerade mit der betrachteten Lichtebene berechnet. Die Identifizierung der betrachteten Lichtebene wird über eine Kodierung mit dem sogenannten kodierten Lichtansatz erreicht. Dabei kann die absolute Kodierung der projizierten Ebene durch eine Sequenz von projizierten Binärmustern erfolgen. Zusätzlich kann ein Phasenshift durchgeführt werden, um die Genauigkeit zu erhöhen.
Eine absolute Kodierung der Lichtebenen kann auch über eine Farbinformation des projizierten Gitters erreicht werden, was jedoch mit einer Abhängigkeit von den Farbeigenschaften des Objektes erkauft wird. In ähnlicher Weise kommen Muster zum Einsatz, die mit einer örtlichen Kodierung arbeiten, beispielsweise Binärmuster oder Farbmuster. Hierbei werden im Sensorbild benachbarte Bildelemente betrachtet und eine Identifizierung der projizierten Lichtebene über eine Nachbarschaftsbetrachtung erreicht.
Die US 4,802,759 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Koordinaten eines Objekts, bei dem das Objekt durch ein Projektionsgitter mit Licht bestrahlt wird und das von dem Objekt reflektierte Licht von einem Sensor aufgenommen wird.
Aus der US 4,335,962 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Koordinaten eines Objekts bekannt, bei dem das Objekt durch ein Projektionsgitter mit Licht bestrahlt wird und das von dem Objekt reflektierte Licht von einem Sensor aufgenommen wird. Durch eine ebene Referenzplatte, die sich am Rand des Aufnahmeraums befindet, können die Absolut-Koordinaten bestimmt werden.
Die DE 196 37 682 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen, bei dem drei Sensoren verwendet werden können.
Aus der EP 0 534 284 B1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Absolut- Koordinaten eines Objekts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem bei einer ersten Stellung des Projektionsgitters und des Sensors eine erste Aufnahme und Auswertung vorgenommen werden und bei dem anschließend das Projektionsgitter und/oder der Sensor um einen bestimmten Winkel gedreht werden und eine zweite Aufnahme und Auswertung des Sensors vorgenommen werden. Aus den Auswertungen können die Absolut-Koordinaten des Objekts bestimmt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Projektionsgitter ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor und ein zweites Gitter mit einem davon verschiedenen zweiten Gittervektor umfaßt und daß der Sensor derart im Abstand vom Projektionsgitter angeordnet ist, daß die Projektionen des vom ersten und vom zweiten Gitter zum Sensor führenden Basisvektors auf die zugehörigen Gitteπ/ekto- ren verschieden groß sind.
Das Projektionsgitter kann auf einem Dia oder einer Glasplatte oder einer ähnlichen Vorrichtung aufgebracht sein und mit einer oder mehreren Lichtquellen über eine oder mehrere Linsen auf das Objekt projiziert werden. Es kann allerdings auch durch die Überlagerung (Interferenz) von kohärenter Lichtstrahlung oder auf andere Weise erzeugt werden.
Bei der 3D-Messung mit Streifenprojektion wird die Empfindlichkeit mit wachsender Basislänge und damit wachsendem Triangulationswinkel größer. Unter der "Basis" wird dabei der Vektor vom jeweiligen Gitter zum Sensor verstanden. Der Triangulationswinkel ist der Winkel zwischen der Strecke vom Objektpunkt zum jeweiligen Gitter und der Strecke vom Objektpunkt zum Sensor. Maßgebend für die Empfindlichkeit ist die Projektion des Basisvektors, also des Vektors vom jeweiligen Gitter zum Sensor, auf den zugehörigen Gitten/ektor. Dadurch, daß der Sensor derart im Abstand vom Projektionsgitter angeordnet ist, daß die Projektionen des vom ersten Gitter zum Sensor führenden Basisvektors auf den ersten Gittervektor und des vom zweiten Gittervektor zum Sensor führenden Basisvektors auf den zweiten Gittervektor verschieden groß sind, sind auch die zugehörigen Empfindlichkeiten verschieden groß. Die Empfindlichkeiten können durch eine entsprechende Wahl des Basisvektors derart gewählt werden, daß die Absolut-Koordinaten des Objekts bestimmt werden können. Insbesondere ist es möglich, die Basisvektoren von den Gittern zu dem Sensor und damit die Empfindlichkeiten derart zu wählen, daß zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten des Objekts nur ein einziges Bild vom Sensor bzw. von der Kamera aufgenommen werden muß. Damit ist es möglich, mit statischen, unveränderten Gittern in einer einzigen Aufnahme die Absolut-Koordinaten des Objekts zu bestimmen. Ein farbiges Gitter oder eine Farbkamera werden nicht benötigt, so daß das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung von der Objektfarbe unabhängig sind.
Gemäß der Erfindung kann insbesondere ein Gitterprojektionsverfahren durchgeführt werden, bei dem mit einer einzigen Aufnahme mit Hilfe des direkten Phasen- shift-Algorithmus zwei Phasenbilder mit frei wählbaren Empfindlichkeiten erzeugt werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in die mit wachsender Basislänge größer werdende Empfindlichkeit nur die Projektion des Basisvektors auf den Gittervektor eingeht. Durch eine entsprechende Wahl des Basisvektors kann erreicht werden, daß die Projektion des vom ersten Gitter zum Sensor führenden Basisvektors auf den ersten Gittervektor von der Projektion des vom zweiten Gitter zum Sensor führenden Basisvektors auf den zweiten Gittervektor verschieden ist, so daß in Konsequenz hierzu verschiedene Empfindlichkeiten erreicht werden können. Insbesondere können zwei frei wählbare unabhängige Empfindlichkeiten erreicht werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorzugsweise ist der Abstand des Sensors von den Gittern derart gewählt, daß das Objekt oder ein wesentlicher, interessierender Bereich des Objekts oder eine Dis- kontinuität des Objekts von einer Periode des mit geringerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters abgedeckt wird. Der Basisvektor für dieses Gitter ist also derart gewählt, daß das Objekt oder ein wesentlicher, interessierender Bereich des Objekts oder eine Diskontinuität des Objekts von einer Periode dieses Gitters abgedeckt wird. Die Anordnung kann derart gewählt werden, daß auch das größtmögliche Objekt, also das gesamte Meßvolumen der Vorrichtung, oder der größtmögliche wesentliche, interessierende Bereich des Objekts oder die größtmögliche Diskontinuität von einer Periode dieses Gitters abgedeckt wird. Es ist allerdings auch möglich, bei einer verstellbaren Vorrichtung den Basisvektor so einzustellen, daß die genannte Bedingung für das jeweilige Objekt bzw. dessen wesentlichen Bereich bzw. dessen Diskontinuität zutrifft.
Durch diese vorteilhafte Weiterbildung ist gewährleistet, daß für jeden Punkt des Objekts bzw. des Meßvolumens bzw. des wesentlichen Bereichs des Objekts bzw. der Diskontinuität des Objekts eine eindeutige Zuordnung bzw. Bestimmung der Absolut-Koordinaten möglich ist, und zwar auch dann, wenn die Oberfläche des Objekts Sprünge oder Absätze oder ähnliche Diskontinuitäten aufweist.
Die Empfindlichkeit des anderen Gitters kann auf eine ausreichende oder auf die größtmögliche Auswertegenauigkeit eingestellt sein. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Sensors von den Gittern derart gewählt ist, daß die Auswertung des mit größerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters mit einer ausreichenden Auswertegenauigkeit oder mit größtmöglicher Auswertegenauigkeit erfolgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Abstand des Sensors von den Gittern derart gewählt, dass das Objekt oder ein wesentlicher Bereich des Objekts oder eine Diskontinuität des Objekts von einer ersten Anzahl von Perioden des ersten Gitters und von einer davon verschiedenen zweiten Anzahl von Perioden des zweiten Gitters abgedeckt wird. Wenn die erste Anzahl und die zweite Anzahl teilerfremd sind, erhält man über den gewählten Bereich eine eindeutige Zuordnung der Phasen und damit eine eindeutige Bestimmung der Absolut-Koordinaten. In einem Beispiel beträgt die erste Anzahl 7 und die zweite Anzahl 9. Das Verhältnis der Gitterperioden ist dann 7 : 9, was einer gebrochen-rationalen Zahl entspricht.
Die erste Anzahl und die zweite Anzahl können derart gewählt sein, dass der ausgewählte Bereich von einer Periode der Schwebungsfrequenz der Perioden der Gitter abgedeckt wird. In einem Beispielsfall kann dies dadurch erreicht werden, dass die erste Anzahl 8 und die zweite Anzahl 9 beträgt, so dass die Perioden der Gitter im Verhältnis 8 : 9 stehen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung entspricht das Verhältnis der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl einer transienten Zahl, also einer Zahl, die nicht durch einen Bruch beschreibbar ist und deren Dezimaldarstellung sich nicht wiederholt, beispielsweise der Euler'schen Zahl e oder der Kreiszahl π. Transiente Zahlen können numerisch nur genähert werden. Wenn das Verhältnis der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl einer transienten Zahl entspricht, ergibt sich theoretisch ein unendlich großes Messvolumen. In der Praxis wird diese Möglichkeit durch das Messrauschen eingeschränkt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Sensors von den Gittern derart gewählt ist, daß eine Periode des mit geringerer Empfindlichkeit augewerteten Gitters und/oder des mit größerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters vier Pixel auf dem Sensor abdeckt. In diesem Fall ergibt sich ein besonders einfacher Auswertealgorithmus. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen mit Vorteil anwendbar.
Vorteilhaft ist es, wenn die Gittervektoren rechtwinkelig zueinander verlaufen. Die Gitter können von einem Kreuzgitter gebildet werden. In diesem Fall werden das erste Gitter und das zweite Gitter auf einem gemeinsamen Projektionsgitter realisiert. Vorzugsweise handelt es sich um ein rechtwinkeliges Kreuzgitter, bei dem die Gitteπ/ektoren rechtwinkelig zueinander verlaufen. Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Gittervektoren denselben Betrag aufweisen, was insbesondere bei einem Projektionsgitter mit rechtwinkelig zueinander verlaufenden Gittervektoren von Vorteil ist.
Es ist allerdings auch möglich, daß die Gitter voneinander verschieden sind. Die das Projektionsgitter bildenden Gitter, also das erste Gitter und das zweite Gitter, können also voneinander verschieden, insbesondere voneinander beabstandet sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren vorgesehen sind. Vorzugsweise werden zwei Sensoren verwendet. Durch die Verwendung mehrerer Sensoren kann eine höhere Genauigkeit bei der Auswertung erreicht werden. Die Sensoren sind vorzugsweise voneinander beabstandet. Vorzugsweise gehören zu den verschiedenen Sensoren unterschiedliche Basisvektoren. Die Basisvektoren können allerdings auf einer Linie liegen, insbesondere auf einer durch das Projektionsgitter verlaufenden Linie. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung werden unter Verwendung eines Kreuzgitters und zweier Sensoren vier unterschiedliche Phasenbilder erhalten, die auf besonders vorteilhafte Weise ausgewertet werden können.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind mehrere Projektionsgitter vorgesehen.
Die Aufnahme des Sensors kann durch einen Phasenshift ausgewertet werden. Es kann ein zeitlicher und/oder räumlicher Phasenshift angewendet werden. Vorzugsweise wird ein farbiges Projektionsgitter verwendet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Auswertung der Aufnahme des Sensors durch einen Phasenshift erfolgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das Projektionsgitter gedreht.
Vorteilhaft ist es, wenn mehrere Aufnahmen gemacht werden. Hierdurch kann die Genauigkeit der Auswertung erhöht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
Fig. 2 ein Liniengitter mit einem Gittervektor,
Fig. 3 ein rechtwinkeliges Kreuzgitter mit zwei Gittervektoren,
Fig. 4 eine Abwandlung eines rechtwinkeligen Kreuzgitters mit zwei Gittervektoren,
Fig. 5 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts mit zwei Projektoren in einer schematischen Ansicht von oben,
Fig. 6 eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 5 mit einem Projektor und drei Kameras in einer der Fig. 5 entsprechenden Darstellung und
Fig. 7 eine weitere Abwandlung der Vorrichtungen gemäß Fig. 5 und 6 mit einem Projektor und zwei Kameras in einer den Figuren 5 und 6 entsprechenden Darstellung. Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird ein Objekt 1 durch ein Projektionsgitter 2 mit Licht 3 bestrahlt. Das von dem Objekt 1 reflektierte Licht 4 wird von einem Sensor 5, nämlich einem Flächensensor, insbesondere einem CCD-Sensor, aufgenommen. Die Aufnahme des Sensors 5 wird ausgewertet (in der Zeichnung nicht dargestellt).
Ein Ausführungsbeispiel des Gitters 2 ist in Fig. 3 gezeigt, nämlich ein ideales Sinusgitter mit zwei rechtwinkelig zueinander verlaufenden Gittervektoren Gi und G2. Stattdessen könnte auch das in Fig. 4 gezeigte rechtwinkelige Kreuzgitter verwendet werden, ein Sinusgitter mit zwei rechtwinkelig zueinander verlaufenden Gittervektoren Gi und G2 mit örtlicher grober Rasterung des Grauwertverlaufs. Die Beträge der Gittervektoren Gi und G2 in den Figuren 3 und 4 sind jeweils gleich groß.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist der Sensor 5 im Abstand vom Projektionsgitter 2 angeordnet. Der vom Projektionsgitter 2 zum Sensor führende Basisvektor ist mit b bezeichnet. Der Sensor 5 ist derart im Abstand b vom Projektionsgitter 2 angeordnet, daß die Projektion bx des Basisvektors b auf den ersten Gittervektor Gi größer ist als die Projektion by des Basisvektors b auf den zweiten Gittervektor G2. Auf dem Sensor 5 verläuft der Vektor ax der Auswertung in x-Richtung parallel oder annähernd parallel zum ersten Gitten/ektor Gi und der Vektor ay der Auswertung in y-Richtung parallel oder annähernd parallel zum zweiten Gittervektor G2. Dabei ist darauf zu achten, dass die Information der Gitter hinreichend gut getrennt werden kann. Durch die beschriebene Wahl des Basisvektors b ist gewährleistet, daß die Auswertung in Richtung des . ersten Gittervektors G-t bzw. in x-Richtung mit einer größeren Empfindlichkeit erfolgt als die Auswertung in Richtung des zweiten Gittervektors G2 bzw. in y-Richtung. Die Empfindlichkeit nimmt mit wachsender Basislänge, also mit wachsender Länge der Projektion des Basisvektors b auf den jeweiligen Gittervektor bzw. mit wachsendem Triangulationswinkel y zu, wobei der Trian- gulationswinkel y der Winkel zwischen der Strecke 3 vom Objektpunkt 6 zum Gitter 2 und der Strecke 4 vom Objektpunkt 6 zum Sensor 5 ist. Der Abstand b des Sensors 5 von den Gittern des Projektionsgitters 2 ist derart gewählt, daß das Objekt 1 von einer Periode des mit geringerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters, also des Gitters mit dem Gittervektor G2, abgedeckt wird. Dieser Abstand b ist ferner derart gewählt, daß die Auswertung des mit größerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters, also des Gitters mit dem Gittervektor Gi, mit größtmöglicher Auswertegenauigkeit erfolgt.
Anstelle eines einzigen Projektionsgitters, welches zwei Gitter enthält, können auch voneinander verschiedene Gitter verwendet werden, beispielsweise Gitter der in Fig. 2 gezeigten Art, die nur einen Gittervektor G aufweisen. Diese Gitter werden derart angeordnet, daß die Gitteπ/ektoren G voneinander verschieden sind. Sie können im Abstand voneinander angeordnet werden. Vorzugsweise verlaufen die Gittervektoren G rechtwinkelig zueinander. Ein Beispiel ist in Fig. 5 gezeigt, bei dem ein erster Projektor 8 mit einem Gitter mit einem ersten Gittervektor Gi und ein zweiter Projektor 9 mit einem zweiten Gitter mit einem rechtwinkelig zum ersten Gittervektor verlaufenden zweiten Gittervektor G2 vorhanden sind, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Die Verbindungslinie zwischen dem ersten Projektor 8 und dem zweiten Projektor 9, die in der Y-Achse liegt, verläuft senkrecht zur Verbindungslinie zwischen dem ersten Projektor 8 und dem Sensor 5 der Kamera; diese Linie ist Bestandteil der X-Achse.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist ein Projektor 8 vorhanden, der im Ursprung der X-Y-Koordinatenebene liegt. Auf der X-Achse sind eine erste Kamera 10, eine zweite Kamera 1 und eine dritte Kamera 12 im Abstand voneinander angeordnet.
Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist ein Projektor 8 im Ursprung des X-Y-Koordinatensystems angeordnet. Die erste Kamera 13 liegt im ersten Quadranten dieses Koordinatensystems, und zwar näher an der X-Achse als an der Y-Achse. Die zweite Kamera 14 liegt ebenfalls im ersten Quadranten der X-Y- Ebene, und zwar ebenfalls näher an der X-Achse als an der Y-Achse. Projektor 8, erste Kamera 13 und zweite Kamera 14 liegen annähernd auf einer Linie, wobei allerdings die erste Kamera 13 etwas außerhalb der Verbindungslinie zwischen dem Projektor 8 und der zweiten Kamera 14 liegt, und zwar etwas näher an der X- Achse.
Durch die Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, mit dem flächenhaft absolute Koordinaten eines Objekts gemessen werden können, wobei nur ein einziges Bild aufgenommen werden muß. Dies wird ermöglicht unter Verwendung eines Gitters, welches statisch ist und welches zu keinem Zeitpunkt manipuliert werden muß. Im Gegensatz zum bekannten "Einbild"-Verfahren benötigt das erfindungsgemäße Verfahren kein farbiges Gitter und auch keine Farbkamera; es ist also unabhängig von der Objektfarbe.
Die Transmissionsfunktion eines Gitters, beispielsweise des in Fig. 2 gezeigten Gitters, läßt sich wie folgt beschreiben:
T(r) = a + b * sm G * r + Φn)
Hierin bedeuten:
Gittervektor G = — re g
G Gitterkonstante re Einheitsvektor in Richtung des Gittervektors φn Phase des Gitters r Vektor zu einem Ort auf dem Gitter a Mittelwert b Amplitude b/a Kontrast * Skalarprodukt-Operator
Es gilt: b>0 und a>=b und a+b<=1.
Bei der 3D-Messung mit Streifenprojektion wird die Empfindlichkeit mit wachsender Basislänge und damit wachsendem Triangulationswinkel y sowie mit kleiner werdender Gitterkonstante größer. In die Empfindlichkeit geht dabei allerdings nur die Projektion des Basisvektors auf den Gittervektor ein. Wenn beispielsweise der Basisvektor senkrecht auf dem Gittervektor steht, ergibt dies die Empfindlichkeit null. Mit diesen Grundlagen läßt sich ein Gitterprojektionsverfahren entwickeln, welches mit einer Aufnahme mit Hilfe eines Auswertealgorithmus wie beispielsweise des direkten Phasenshiftalgorithmus zwei Phasenbilder mit frei wählbaren Empfindlichkeiten erzeugt.
Dazu kann ein sogenanntes Kreuzgitter mit folgender Transmissionsfunktion verwendet werden:
T(r) = a + b * sin(Gχ * r) + c * sin(G2 * r)
Hierin bedeuten:
Gi Gittervektor des ersten Vektors G2 Gittervektor des zweiten Vektors T (r) Transmissionsfunktion
Hierbei gilt: b>0 und c>0 und a >= b+c und a+b+c<=1. Im gewählten Beispiel stehen die Gitteπ/ektoren aufeinander senkrecht.
Wählt man die Basis b der Kamera b = λ * G + k * λ * G2
mit der Laufvariablen λ, erhält man für das zweite Gitter mit dem Gittervektor G2 (der Betrag des zweiten Gittervektors G2 ist gleich dem Betrag des ersten Gittervektors Gi) eine um den Faktor k größere Empfindlichkeit als für das erste Gitter. Die Auswertung der Kamerabilder, also der Aufnahmen des Sensors, durch den Auswertealgorithmus, insbesondere den Phasenshift, erfolgt dabei für die beiden verschiedenen Gitter jeweils in Richtung des dazugehörenden Gittervektors Gi und G2.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel steht der Projektor mit dem Projektionsgitter 2 im Koordinatenursprung. Die beiden Gittervektoren Gi und G2 liegen auf der X- Achse bzw. der Y-Achse. Der Kameraknotenpunkt, also der Sensor 5 der Kamera, hat in diesem Koordinatensystem den Ortsvektor
Die Kanten des Sensors 5, also des CCD-Chips, liegen ebenfalls parallel zur X- Achse und zur Y-Achse. Im Ausführungsbeispiel sind die Gitterkonstanten der Gitter, die Brennweite des Projektors und die Brennweite der Kamera so gewählt, daß eine Gitterperiode auf dem CCD-Sensor jeweils vier Pixel in X-Richtung und in Y- Richtung entspricht. Wertet man das Kamerabild mit dem Auswertealgorithmus, beispielsweise dem direkten Phasenshiftalgorithmus, in X-Richtung aus, erhält man eine Empfindlichkeit entsprechend der X-Komponente des Basisvektors, also der Projektion bx des Basisvektors b auf den Gittervektor Gi des ersten Gitters. Bei der Auswertung in Y- Richtung mit dem Auswertealgorithmus, insbesondere dem direkten Phasenshiftalgorithmus, erhält man eine Empfindlichkeit entsprechend der Y-Komponente des Basisvektors b, also der Projektion by des Basisvektors b auf den Gittervektor G2 des zweiten Gitters. Die beiden Empfindlichkeiten verhalten sich wie bx/by . Dies gilt, wenn die Pixel auf dem Sensor 5 quadratisch sind bzw. quadratisch angeordnet sind und die beiden Gittervektoren Gi und G2 dem Betrag nach gleich sind. Bei nicht quadratischen Pixeln müssen die einzelnen Gitter in ihrer Frequenz angepaßt werden. Die Empfindlichkeit ergibt sich dann zu (bx* gy )/(by * gx) mit den zur Anpassung der Frequenzen erforderlichen Faktoren gyund gx.
Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn zwei Projektoren mit jeweils einem Gitter, beispielsweise einem Liniengitter gemäß Fig. 2, zur Beleuchtung des Objekts 1 benutzt werden, wobei die Gittervektoren der beiden Projektoren voneinander verschieden sind und vorzugsweise senkrecht aufeinander stehen, wie dies in einem Ausführungsbeispiel in Fig. 5 gezeigt ist. Die Empfindlichkeiten ergeben sich dann wie oben aus den Projektionen des Basisvektors auf den entsprechenden Gittervektor. Die Auswertung erfolgt analog zur beschriebenen Auswertung.
Eine weitere Möglichkeit, mehrere Phasenbilder mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten zu erhalten, besteht darin, einen Projektor mit einem Gittervektor und. zwei oder mehr Kameras, die unterschiedliche Basisvektoren besitzen, zu verwenden, wie dies in Fig. 6 in einem Beispiel dargestellt ist. Hier ist ein Projektor 8 mit einem Gitter vorhanden, das einen Gittervektor G besitzt, beispielsweise ein Gitter der in Fig. 2 gezeigten Art (also in Liniengitter). Die Auswertung erfolgt durch mindestens zwei Kameras, im Bespiel der Fig. 6 durch drei Kameras, die unterschiedliche Basisvektoren besitzen, deren Abstand vom Projektor 8 also verschieden groß ist. Es ist ferner möglich, einen Projektor mit einem Kreuzgitter mit zwei Kameras zu kombinieren, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Auf diese Weise erhält man bei geeigneter Wahl der Positionen der Kameras 13, 14 vier unterschiedliche Phasenbilder.
Wenn die spektrale Remission des Meßobjektes bekannt ist, kann der direkte Phasenshift durch einen "Farbphasenshift" ersetzt werden. Hierzu werden drei Bilder des Phasenshifts in den Farbkanälen (beispielsweise RGB entsprechend rot-grünblau) des Gitters abgelegt und mit einer Farbkamera aufgenommen. Bei dem farbigen Gitter, beispielsweise dem RGB-Gitter, beträgt die Phasendifferenz zwischen den einzelnen farbigen Phasenbildern vorzugsweise 120°. Hieraus kann dann, nachdem die spektrale Remission berücksichtigt wurde, ein Phasenbild berechnet werden.
Die Auswertung der Sensoraufnahmen kann für die verschiedenen Gitter gleichzeitig erfolgen, insbesondere innerhalb eines Videotaktes bzw. einer Bildaufnahmezeit des Sensors bzw. CCD-Sensors.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mit einem Projektionsgitter, das zwei aufeinander vorzugsweise senkrecht stehende Gitten ektoren aufweist, realisiert werden. Es ist allerdings auch möglich, zwei Projektoren zu verwenden, die jeweils ein Streifengitter (mit einem Gittervektor) aufweisen, wobei die Gittervektoren der Streifengitter vorzugsweise aufeinander senkrecht stehen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Projektor mit einem Kreuzgitter zu verwenden und die Aufnahme mit mehreren Kameras durchzuführen, wodurch eine höhere Genauigkeit erreicht werden kann. Die Erfindung kann auch dadurch realisiert werden, daß mehrere Projektoren mit jeweils einem Kreuzgitter verwendet werden und die Auswertung durch eine Kamera erfolgt. Vorteilhaft ist es, wenn die Projektionen der mehreren Projektoren voneinander unterscheidbar sind, beispielsweise dadurch, daß sie jeweils nacheinander in Aktion treten und die Auswertung entsprechend zeitlich gesteuert erfolgt, oder daß für jeden Projektor eine andere Farbe oder eine andere Polarisation des Lichtes verwendet wird, so daß auf diese Weise die verschiedenen Projektionen bei der Auswertung unterschieden werden können.
Die Auswertung kann durch einen Phasenshiftalgorithmus erfolgen, beispielsweise durch Phasenschieben über ein farbiges Gitter. In diesem Fall kann in jeder Farbe ein Gitter stecken, wobei die Gitter vorzugsweise um 120° voneinander verschieden sind. Es ist auch möglich, einen zeitlichen Phasenshift durchzuführen, wobei mindestens drei getrennte Bilder mit zeitlichem Versatz aufgenommen werden. Zusätzlich kann das Gitter noch gedreht werden, und es können mehrere Aufnahmen bei verschiedenen Drehungen des Gitters gemacht werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts (1), bei dem
das Objekt (1 ) durch ein Projektionsgitter (2) mit Licht (3) bestrahlt wird,
das von dem Objekt (1 ) reflektierte Licht (4) von einem Sensor (5) aufgenommen wird
und die Aufnahme des Sensors (5) ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Projektionsgitter (2) ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor (Gi) und ein zweites Gitter mit einem davon verschiedenen zweiten Gittervektor (G2) umfaßt
und daß der Sensor (5) derart im Abstand (b) vom Projektionsgitter (2) angeordnet ist, daß die Projektionen (bx, by) des vom ersten und vom zweiten Gitter zum Sensor (5) führenden Basisvektors (b) auf die zugehörigen Gitter- vekto-ren (Gi, G2 ) verschieden groß sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b) des Sensors (5) von den Gittern derart gewählt ist, daß das Objekt (1) oder ein wesentlicher Bereich des Objekts oder eine Diskontinuität des Objekts von einer Periode des mit geringerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters abgedeckt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b) des Sensors (5) von den Gittern derart gewählt ist, daß die Auswertung des mit größerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters mit einer ausreichenden Auswertegenauigkeit oder mit größtmöglicher Auswertegenauigkeit erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (b) des Sensors (5) von den Gittern derart gewählt ist, dass das Objekt (1) oder ein wesentlicher Bereich des Objekts oder eine Diskontinuität des Objekts von einer ersten Anzahl von Perioden des ersten Gitters und von einer davon verschiedenen zweiten Anzahl von Perioden des zweiten Gitters abgedeckt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl und die zweite Anzahl teilerfremd sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl einer transienten Zahl entspricht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b) des Sensors (5) von den Gittern derart gewählt ist, daß eine Periode des mit geringerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters und/oder des mit größerer Empfindlichkeit ausgewerteten Gitters vier Pixel auf dem Sensor (5) abdeckt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittervektoren (Gi, G2 ) rechtwinkelig zueinander verlaufen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter von einem Kreuzgitter gebildet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter voneinander verschieden sind.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, vorzugsweise zwei Sensoren (10, 11 , 12; 13, 14) vorgesehen sind.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Projektionsgitter (8, 9) vorgesehen sind.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme des Sensors durch einen Phasenshift ausgewertet wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein farbiges Projektionsgitter verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsgitter gedreht wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aufnahmen gemacht werden.
17. Vorrichtung zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts (1 ) mit einer Projektionsoptik zum Projizieren eines Projektionsgitters (2) auf das Objekt (1 ) und einer Sensoroptik mit einem Sensor (5) zum Aufnehmen des von dem Objekt (1 ) reflektierten Lichts,
dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionsgitter (2) ein erstes Gitter mit einem ersten Gittervektor (Gi) und ein zweites Gitter mit einem davon verschiedenen zweiten Gittervektor (G2) umfaßt
und daß der Sensor (5) derart im Abstand (b) vom Projektionsgitter (2) angeordnet ist, daß die Projektionen (bx, by) des vom ersten und vom zweiten Gitter zum Sensor (5) führenden Basisvektors (b) auf die zugehörigen Gittervek- to-ren (Gi, G2 ) verschieden groß sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Merkmale eines oder mehrerer der Ansprüche 2 bis 16.
EP03712057A 2002-03-20 2003-03-19 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der absolut-koordinaten eines objekts Withdrawn EP1485670A2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10212364A DE10212364A1 (de) 2002-03-20 2002-03-20 Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Absolut-Koordinaten eines Objekts
DE10212364 2002-03-20
PCT/EP2003/002877 WO2003078920A2 (de) 2002-03-20 2003-03-19 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der absolut-koordinaten eines objekts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1485670A2 true EP1485670A2 (de) 2004-12-15

Family

ID=27815803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03712057A Withdrawn EP1485670A2 (de) 2002-03-20 2003-03-19 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der absolut-koordinaten eines objekts

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6876458B2 (de)
EP (1) EP1485670A2 (de)
JP (1) JP2005520142A (de)
DE (1) DE10212364A1 (de)
WO (1) WO2003078920A2 (de)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7187437B2 (en) 2003-09-10 2007-03-06 Shearographics, Llc Plurality of light sources for inspection apparatus and method
US7436504B2 (en) * 2003-09-10 2008-10-14 Shear Graphics, Llc Non-destructive testing and imaging
US20070023716A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-01 Icos Vision Systems N.V. Apparatus for three dimensional measuring on an electronic component
US7525114B2 (en) 2006-02-14 2009-04-28 Lmi Technologies Ltd. Multiple axis multipoint non-contact measurement system
CA2536411C (en) * 2006-02-14 2014-01-14 Lmi Technologies Inc. Multiple axis multipoint non-contact measurement system
EP2084491A2 (de) 2006-11-21 2009-08-05 Mantisvision Ltd. Geometrische modellierung in 3d und videoinhaltserzeugung in 3d
US8090194B2 (en) 2006-11-21 2012-01-03 Mantis Vision Ltd. 3D geometric modeling and motion capture using both single and dual imaging
EP2026034B1 (de) 2007-08-16 2020-04-29 Carl Zeiss Optotechnik GmbH Vorrichtung zur Ermittlung der 3D-Koordinaten eines Objekts, insbesondere eines Zahns
DE102007060263A1 (de) 2007-08-16 2009-02-26 Steinbichler Optotechnik Gmbh Vorrichtung zur Ermittlung der 3D-Koordinaten eines Objekts, insbesondere eines Zahns
EP2051042B1 (de) * 2007-10-18 2010-11-03 Nectar Imaging S.r.l. Vorrichtung zur tomografischen Erfassung von Objekten
US8294082B2 (en) 2007-11-14 2012-10-23 Boulder Innovation Group, Inc. Probe with a virtual marker
DE102007054907A1 (de) * 2007-11-15 2009-05-28 Sirona Dental Systems Gmbh Verfahren zur optischen Vermessung von Objekten unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens
DE102008047816B4 (de) 2008-09-18 2011-08-25 Steinbichler Optotechnik GmbH, 83115 Vorrichtung zur Ermittlung der 3D-Koordinaten eines Objekts, insbesondere eines Zahns
JP5545932B2 (ja) * 2009-06-08 2014-07-09 株式会社マクシス・シントー 三次元形状計測装置
US8649025B2 (en) 2010-03-27 2014-02-11 Micrometric Vision Technologies Methods and apparatus for real-time digitization of three-dimensional scenes
US8638450B2 (en) 2010-08-04 2014-01-28 Boulder Innovation Group Inc. Methods and systems for realizing reduced complexity in three-dimensional digitizer systems
US8687172B2 (en) 2011-04-13 2014-04-01 Ivan Faul Optical digitizer with improved distance measurement capability
US10447040B2 (en) 2014-10-15 2019-10-15 Cummins Power Generation Ip, Inc. Programmable inverter for controllable grid response
DE102016208049A1 (de) 2015-07-09 2017-01-12 Inb Vision Ag Vorrichtung und Verfahren zur Bilderfassung einer vorzugsweise strukturierten Oberfläche eines Objekts
CN109323691B (zh) * 2017-07-31 2022-08-09 华为技术有限公司 一种定位系统以及定位方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4259589A (en) * 1979-07-20 1981-03-31 Solid Photography, Inc. Generation of contiguous data files of three-dimensional information
US4335962A (en) * 1979-07-20 1982-06-22 Robotic Vision Systems, Inc. Method and apparatus for determining spatial information
US4349277A (en) * 1980-06-11 1982-09-14 General Electric Company Non-contact measurement of surface profile
US4402608A (en) * 1980-10-02 1983-09-06 Solid Photography Inc. Room scanning system using multiple camera and projector sensors
JPS57110908A (en) * 1980-12-27 1982-07-10 Agency Of Ind Science & Technol Measuring method for shape of object
US4564295A (en) * 1983-03-07 1986-01-14 New York Institute Of Technology Apparatus and method for projection moire topography
US4641972A (en) * 1984-09-14 1987-02-10 New York Institute Of Technology Method and apparatus for surface profilometry
US4593967A (en) 1984-11-01 1986-06-10 Honeywell Inc. 3-D active vision sensor
JPH0615968B2 (ja) * 1986-08-11 1994-03-02 伍良 松本 立体形状測定装置
DE3817559C1 (de) 1988-05-24 1989-12-07 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev, 8000 Muenchen, De
DE3907430C1 (de) 1988-12-23 1991-03-21 Klaus 8206 Bruckmuehl De Pfister
DE3843396C1 (en) 1988-12-23 1990-07-26 Klaus 8206 Bruckmuehl De Pfister Method and device for observing moiré patterns of surfaces under investigation in conjunction with the application of the projection moiré method with phase shifts
DE4011406A1 (de) 1990-04-09 1992-03-05 Steinbichler Hans Vorrichtung zur quantitativen absolutvermessung der dreidimensionalen koordinaten eines pruefobjekts mittels moire-technik
US5289246A (en) * 1991-02-26 1994-02-22 Canon Kabushiki Kaisha Color mixing and fixing device preventing gloss unevenness
GB9116151D0 (en) * 1991-07-26 1991-09-11 Isis Innovation Three-dimensional vision system
DE4134546A1 (de) 1991-09-26 1993-04-08 Steinbichler Hans Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der absolut-koordinaten eines objektes
JPH0758172B2 (ja) * 1992-05-01 1995-06-21 工業技術院長 形状測定方法およびその装置
EP1009969B1 (de) * 1996-06-13 2003-11-05 K.U. Leuven Research & Development Verfahren und vorrichtung zum erhalten einer dreidimensionalen form
DE19637682B4 (de) * 1996-09-05 2004-04-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher Änderung und Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens
WO2000014478A1 (de) * 1998-09-04 2000-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Anordnung und verfahren zur ermittlung einer tiefen- und farbinformation eines aufzunehmenden objekts
JP4197788B2 (ja) * 1999-02-25 2008-12-17 オリンパス株式会社 色再現システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03078920A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003078920A3 (de) 2004-02-05
WO2003078920A2 (de) 2003-09-25
JP2005520142A (ja) 2005-07-07
DE10212364A1 (de) 2003-10-16
US20040150836A1 (en) 2004-08-05
US6876458B2 (en) 2005-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1485670A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der absolut-koordinaten eines objekts
EP2167948B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum optischen inspizieren einer oberfläche an einem gegenstand
DE4134546C2 (de)
EP0897524B1 (de) Vorrichtung zum berührungsfreien vermessen einer dreidimensionalen objektoberfläche
EP1971820B1 (de) Erstellung eines abstandsbildes
EP0076866B1 (de) Interpolierendes Lichtschnitt-Verfahren
DE102012217240B4 (de) Vorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form
DE19637682B4 (de) Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher Änderung und Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens
DE102008002730A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Rekonstruktion
EP0449859B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beobachtung von moiremustern von zu untersuchenden oberflächen unter anwendung des moireverfahrens mit phasenshiften
WO2010094658A1 (de) Monitoring von kippbaren spiegeln
EP3775767B1 (de) Verfahren und system zur vermessung eines objekts mittels stereoskopie
DE102008002725B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Rekonstruktion
WO2015155070A1 (de) Verfahren und sensor zum erzeugen und erfassen von mustern auf einer oberfläche
DE102018123717B4 (de) Kalibriervorlage und Kalibrierverfahren zum geometrischen Kalibrieren einer Vielzahl von Kameras eines Kamera-Arrays
WO2016202562A1 (de) Streifenprojetionsverfahren, streifenprojektionsvorrichtung und computerprogrammprodukt
DE10025741C2 (de) Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Koordinaten von Gegenständen und/oder deren zeitlicher Änderung
DE102011078052B4 (de) Erfassung der Oberflächenstruktur einer Objekt-Oberfläche
DE10301094B4 (de) Vorrichtung zur Messung des Abstandes von Entfernungspunkten zu einer Kamera
DE102014223747A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung eines Höhenprofils einer Oberfläche unter Verwendungeiner länglichen Blende
DE102018115673A1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Musterprojektion
DE4129796A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beruehrungslosen vermessung von objektoberflaechen
DE19521551A1 (de) Speckle-Interferometrie-Verfahren zur Gewinnung topographischer Informationen von einer Objektoberfläche sowie dafür geeignete Speckle-Interferometrie-Vorrichtung
DE102018205191A1 (de) Verfahren und Anordnung zum Erfassen von Koordinaten einer Objektoberfläche mittels Triangulation
DE102004052486A1 (de) Moiréverfahren und Messsystem zur Vermessung der Verzeichnung eines optischen Abbildungssystems

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20031007

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

17Q First examination report despatched

Effective date: 20101105

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20110517