EP4176580A1 - Modular multi-camera system - Google Patents

Modular multi-camera system

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Publication number
EP4176580A1
EP4176580A1 EP21742082.7A EP21742082A EP4176580A1 EP 4176580 A1 EP4176580 A1 EP 4176580A1 EP 21742082 A EP21742082 A EP 21742082A EP 4176580 A1 EP4176580 A1 EP 4176580A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
camera
carrier profile
module
modules
assembly
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.)
Pending
Application number
EP21742082.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lothar Howah
Marco BRINKER
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.)
Xaptec GmbH
Original Assignee
Xaptec 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 Xaptec GmbH filed Critical Xaptec GmbH
Publication of EP4176580A1 publication Critical patent/EP4176580A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/56Accessories
    • G03B17/561Support related camera accessories
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/04Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe with cameras or projectors providing touching or overlapping fields of view
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/51Housings
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50Constructional details
    • H04N23/52Elements optimising image sensor operation, e.g. for electromagnetic interference [EMI] protection or temperature control by heat transfer or cooling elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/56Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof provided with illuminating means
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/90Arrangement of cameras or camera modules, e.g. multiple cameras in TV studios or sports stadiums

Definitions

  • the invention generally relates to a contribution to the optimization of production processes.
  • the invention relates to a multi-camera system for industrial image processing with at least one beam-shaped carrier profile and a plurality of camera modules with image sensor and lens mounted thereon, and a method for positioning the modules.
  • an elementary task is often to inspect the surface of an object or to determine a dimensional variable such as an object dimension or a relative position of the object in relation to a reference point and to compare it with a reference variable, for example to check compliance with tolerances or to detect faulty objects.
  • Primary dimensional measurements such as the position, length, width or height of the object are used to determine secondary quantities such as area, volume, dimensional accuracy, completeness or the like.
  • Solving these metrological tasks quickly and without contact, and therefore without wear, is one of the features of a special technology that uses cameras to record images of a measurement object in a scene and evaluates them using methods and algorithms of digital image data processing. Technologies of this type are summarized under the title industrial image data processing (IIP) and have a wide range of technical applications.
  • IIP industrial image data processing
  • a simple machine vision camera system 1 for measuring and checking a measurement object 2a is shown in FIG.
  • the object 2a is captured by a camera 3 whose image data is transmitted to an evaluation computer 5 via a data line 4 .
  • Appropriate software runs on the evaluation computer 5 for the use, in particular the evaluation, of the image data.
  • the camera 3 is a digital camera and forms the combination of an image sensor with an optical imaging system (lens) and digital evaluation and transmission electronics, which result in a sub-functional unit in a camera housing.
  • CCD or CMOS image sensors are predominantly used as image sensors 6a, 6b.
  • the image data from the camera 3 are transmitted via standard interfaces such as GigE, USB, CoaX, IEEE1384, etc. using standardized protocols (e.g. GeniCam, etc.).
  • a large number of software packages, so-called machine vision libraries, with the appropriate algorithms are available on the market for digital image data evaluation, such as the proprietary HALCON program library developed by MVTec Software GmbH.
  • the image sensors of the camera 3 record and evaluate the light reflected from the surface of the measurement object 2a (test object).
  • Both LEDs and lasers can be used as light sources, which are arranged either as a spot, point or line. Likewise, emitters in the near infrared spectrum (NIR) are used.
  • NIR near infrared spectrum
  • Image sensors 6a, 6b concerned In the technology of the camera 3, a basic distinction is made between two variants, the arrangement of the light-sensitive picture elements (pixels). Image sensors 6a, 6b concerned. This arrangement may be in a row or in a matrix as Figures 2 and 3 illustrate.
  • Line image sensor 6a forms a line camera 3a together with the imaging system (lens) and analog/digital electronics installed in a housing. This is illustrated in FIG.
  • Line scan cameras 3a are characterized by a high line refresh rate and are mainly used for measurement tasks on moving objects 2a, where the movement of the measurement object 2 and continuously recorded image lines enable an evaluation of 2D images.
  • Matrix cameras 3b differ in their design from line cameras 3a only in that the image sensor is a matrix image sensor 6b, which acts as the primary image recorder. Matrix cameras 6b are the components primarily installed in machine vision.
  • the image points (pixels) of the matrix image sensors 6b arranged in the form of a matrix supply a two-dimensional image which can also be recorded and evaluated when the measuring objects 2a are stationary.
  • a higher resolution of the image scene or of the measurement area can be achieved, for example, with a plurality of cameras 3 directed at a scene, which together form a multi-camera system 30 .
  • the overall scene is divided into sub-scenes, each of which is assigned to one of the cameras 3 and is captured by it.
  • cameras 3 are arranged next to one another transversely to the direction of travel of the strip (cross direction, CD).
  • Figure 4 illustrates this using the example of a conveyor system.
  • a strip material 2a which forms the measurement object 2b here, is monitored by means of a camera bar 12 installed above the strip material 2b transversely to the strip running direction (CD).
  • a technology developed by the applicant is based on the fact that the camera bar 12 is a tubular housing for a large number of image sensors, each with its own lens, which are arranged side by side in a row.
  • the camera bar 12 is a single multi-lens camera.
  • Such a camera bar 12 can have, for example, 80 integrated image sensors and a single data interface 15 to a PLC (programmable logic controller).
  • PLC programmable logic controller
  • a light bar 13 corresponding to the camera bar 12 with light sources in a housing which is also designed as a hollow profile and is arranged parallel to the camera bar 12 .
  • the measurement system 30 shown in FIG. 4 has significant advantages over other known camera systems, such as in particular
  • belt features and their geometry can also be assigned to a geometric location in the direction of belt travel (Machine Direction, MD, x coordinate) and transverse to the direction of belt travel (Cross Direction, CD, y coordinate).
  • This method corresponds to a 2D recording of measured values, with the assessment of the product quality being able to be assigned to a section of the strip 2a online (in real time) or offline (after a recording sequence) using the xy coordinates.
  • a suitable arrangement of the cameras 3, including suitable lighting, also makes it possible to determine geometric data of the object 2 in three-dimensional space (3D scan). So-called laser triangulation, for example, can be used for this purpose, the basic principle of which is illustrated in FIG.
  • a laser 8 is used here as the light source, the light beam 9 of which falls perpendicularly onto the reference plane 10 .
  • the change in height Dz corresponds to the distance between the reference plane 10 and the point of intersection of the light beam 9 and the optical axis 7, where Dz is approximately equal to Ay/sin(a).
  • a laser line 16 is directed at the strip 2b transversely to the strip running direction MD, height information (z-direction) can also be determined for a strip feature with the aid of the triangulation method illustrated in FIG. measured value recording) are assigned.
  • a multi-camera system 30 developed by the applicant and using this principle is shown in FIG. It uses laser triangulation to determine extensive 3D geometry data from a scene.
  • many image sensors are combined to form a camera bar 12 in a tubular housing 32 .
  • a piece of goods 2a as in FIG. 1 can be geometrically recorded and checked in its three dimensions on a flat conveyor belt.
  • a modular multi-camera system for industrial image processing is proposed with at least one beam-shaped carrier profile and a plurality of assembly modules attached to it, at least some of which are camera modules each with an image sensor and a lens, the assembly modules being arranged individually on the carrier profile at discrete module positions so that they can be removed and can be lined up flush and have a width in the direction of the longitudinal axis of the carrier profile which corresponds to one or a multiple of a base unit.
  • a core idea of the invention is therefore to use defined module positions along the longitudinal extent of the carrier profile, to which the assembly modules are intended to be mounted in order to assume a specific and therefore known position relative to the carrier profile and its surroundings. This is achieved through a uniform shape and width of the assembly modules, which is a single or a multiple of the defined base unit. For example, the base unit is 1cm. Exact positioning of each individual assembly module, including those that are at a greater distance from the longitudinal ends of the carrier module, can then be achieved by aligning the assembly modules flush with one another. Thus, a first assembly module can serve to align a second assembly module without tilting, which rests against the first assembly module comes. The first placement module thus forms a reference.
  • the second assembly module is then automatically also given the necessary exact position in relation to the longitudinal extension of the carrier profile, at least if the first assembly module is positioned exactly, since the width of the assembly module corresponds to one or a multiple of the base unit. If a third assembly module is attached flush to the second assembly module, the second assembly module forms the reference. This assembly process can be carried out without any expense or difficulty. Positioning accuracies of less than 1mm, in particular a few tenths of a millimeter, can be achieved with this.
  • an assembly module can be a spacer plate on which another assembly module is placed flush.
  • the other assembly module can also be a spacer plate or an assembly module with more functions, such as a camera module or a lighting module, which then assumes its desired module position exactly.
  • the spacer plate or plates can remain on the carrier profile or be removed.
  • the second assembly module can also be precisely aligned transversely to the longitudinal axis of the carrier profile thanks to the identical length of the assembly module.
  • the assembly modules can be arranged arbitrarily along the longitudinal extension of the carrier profile, ie mechanically the positionability of the assembly modules is not necessarily limited to the defined module positions. Nevertheless, it is advantageous if there is a snap-in option at each module position.
  • the carrier profile and the assembly modules can be designed in this way be that an assembly module can enter into a latching connection with the carrier profile at each module position in order to assume the module position. The release of such a latching connection by longitudinal displacement of the assembly module relative to the carrier profile is then only possible by overcoming a certain force.
  • the locking connection can be mechanical.
  • At least one cavity in the form of a depression or a hole can be provided on the carrier profile at each module position, in which a spring-loaded latching means such as a ball or a pin on the assembly module can engage.
  • the cavity can be present on the part of the assembly module and the spring-loaded latching means can be present on the part of the carrier profile, but this variant does not make economic sense with regard to a possible partial assembly of the carrier profile.
  • the carrier profile can have the discrete module positions by predetermined markings at regular intervals, with the distance between two markings corresponding to the base unit.
  • a placement module can then be aligned with one marker or two adjacent markers. The markings thus also ensure, alternatively or additionally, an exact positioning of the assembly modules at the module positions, both when they are arranged at a distance from one another and when they are flush with one another.
  • the assembly modules can also have a marking, preferably at the edge, in particular in the middle of their width, so that this marking can be aligned with a marking on the carrier profile.
  • the markings can be, for example, lines that are applied to or introduced into the carrier profile at regular intervals, for example in the form of notches. Additionally or alternatively, position numbers or symbols can be applied to the carrier profile as markings assigned to the module positions, with a position number clearly defining a specific module position. The position numbers allow in the absence of a further marking a rough positioning of an assembly module, the fine positioning being possible via one or more spacer plates lined up next to one another and/or via the latching connection.
  • the modularity of the multi-camera system according to the invention is achieved in that any assembly module can be arranged at each of the module positions, it also being possible for each module position to remain free of an assembly module.
  • the multi-camera system according to the invention is not only scalable, but can be adapted to any application as required and on site.
  • An assembly module can be a camera module, a lighting module or a spacer plate. Furthermore, it is also possible for an assembly module to be a combination of a camera module and an illumination module. Furthermore, an assembly module can include two or more image sensors or lighting units. This results in different assembly variants for the carrier profile.
  • the carrier profile can be fully equipped within a section, i.e. have an assembly module at each defined module position of this section.
  • the carrier profile can only be partially equipped, i.e. only part of the module positions are occupied with assembly modules, whereas the remaining module positions of the section are free.
  • a continuous area between the axial ends of the carrier profile is to be considered as a section.
  • the assembly modules are camera modules.
  • all existing assembly modules can be camera modules. If all of the mounting modules are camera modules in the fully equipped version of the carrier profile, a maximum resolution of the observed scene is achieved. There is therefore no mixed shoring with lighting modules.
  • the carrier profile with its camera modules then functionally forms a camera bar, as mentioned above in relation to the prior art.
  • some of the assembly modules can be formed by camera modules and another part by spacer plates. This applies to both the fully equipped and the partially equipped version.
  • a spacer plate is used on the one hand to provide a defined system for another placement module in order to position it precisely and to bridge gaps between placement modules that are not directly adjacent, or between a placement module and the edge of the carrier profile.
  • a spacer plate is used to cover sections of the carrier profile in order to protect the side and rear of a camera module or lighting module from foreign objects.
  • some of the assembly modules can be camera modules and another part can be lighting modules.
  • camera modules and lighting modules are commonly arranged in a single carrier profile. No additional light bar is therefore required, which simplifies the installation work for the camera system.
  • the carrier profile can be partially or fully equipped.
  • a lighting module serves to illuminate the scene captured by a camera module.
  • an illumination module can have a light source in the form of a light-emitting diode (LED) or a laser, preferably a line laser.
  • some of the assembly modules can be camera modules, another part can be lighting modules and another part can be spacer plates.
  • the spacer plates can be arranged between camera modules, between a camera module and a lighting module, between two lighting modules or between the edge of the carrier profile and a camera or lighting module.
  • a second carrier profile identical to the first carrier profile can be provided, in which all assembly modules are lighting modules.
  • all assembly modules are lighting modules.
  • This also applies to both a fully equipped and a partially equipped variant of the second carrier profile, with a section of the second carrier profile being fully equipped with lighting modules in practice will not be required.
  • This second carrier profile is then to be installed in addition to the first carrier profile.
  • it has the advantage that the light emission direction of the light source can be aligned independently of the first carrier profile and simultaneously for all lighting modules.
  • part of the assembly modules can be formed by lighting modules and another part by spacer plates.
  • the spacer plates can be arranged between two lighting modules or between the edge of the carrier profile and a lighting module.
  • a camera module represents a digital camera with an image sensor, a lens, a processor and a data interface to transmit the image data to an external evaluation unit.
  • the image sensor can be a line image sensor or a matrix image sensor, for example a CCD or CMOS image sensor.
  • all camera modules can have line image sensors or matrix image sensors.
  • some of the camera modules can have line image sensors and another part of the camera modules can have matrix image sensors.
  • the multi-camera system can be optimally adapted to the corresponding application as required.
  • one of the camera modules is a thermal imaging camera.
  • heat sources can be detected or, in the case of objects that need to have a certain temperature, the temperature can be checked and monitored.
  • the carrier profile can preferably have a longitudinal groove in which the assembly modules lie at least partially and can be displaced in the direction of the longitudinal axis of the carrier profile.
  • the longitudinal groove thus serves as a receptacle for the assembly modules according to the principle of a tongue and groove connection, so that they can only be moved in the direction along the carrier profile axis.
  • the longitudinal groove can form an undercut form fit at least on one longitudinal side. This has the advantage that attachment is only required on the opposite long side. By using an undercut form fit on both long sides, for example in the form of a dovetail profile, attachment can be dispensed with entirely, since a holder via the form closure.
  • the assembly modules must then be inserted from one longitudinal end and pushed to the appropriate position and can therefore no longer be dismantled individually.
  • the form fit can be formed by a retractable projection on at least one longitudinal side. In order to release the form fit and to remove the individual module, the projection simply has to be pulled back.
  • the carrier profile forms a housing in the form of a rear cover for the assembly module.
  • the assembly modules can be attached to the carrier profile in any way that causes a detachable connection, for example by means of screws, a detachable form fit such as a detachable snap-in connection, or by means of a clamp connection with an eccentric.
  • the carrier profile is a hollow profile.
  • the hollow profile can thus be used to guide individual lines to the assembly modules in a cavity inside the carrier profile and thus accommodate them in a protected manner.
  • the lines can be data lines to the camera modules, control lines to the lighting units, supply lines or combinations of the lines mentioned. If necessary, further electronic components for digital image data processing, e.g. for pre-processing of the image data, can also be accommodated in the hollow profile.
  • openings can be made in the carrier profile at the module positions.
  • the carrier profile is a so-called construction profile.
  • Structural profiles have many inner chambers and grooves on the outer circumference, which extend over the entire axial length and for different purposes, e.g. for fastening components to the carrier profile, for fastening the carrier profile itself or for coolant to flow through in order to cool the carrier profile.
  • the carrier profile consists of a metal, preferably aluminium.
  • the assembly modules preferably have a rectangular, in particular elongated, basic shape with flat, parallel longitudinal sides. This allows them to be lined up flush against each other.
  • an assembly module can have a carrier plate with which it is attached to the carrier profile, with a circuit board being held on the rear side of the carrier plate facing the carrier profile, for example by means of a screw connection.
  • the carrier plate preferably forms the only mechanical component of the placement module, which to this extent has a very simple structural design.
  • the carrier plate also protectively covers the electronics of the camera modules or lighting modules on the printed circuit board.
  • the carrier plate can be part of a housing body, within which electronics of the camera modules or lighting modules are arranged.
  • a frame can protrude from the carrier plate on the underside facing the carrier profile and laterally enclose the electronics, the housing body being formed, in particular consisting of, the carrier plate and the frame.
  • the housing body can be open on its rear side facing the carrier profile and the printed circuit board can close the housing body.
  • the printed circuit board thus forms part of the housing.
  • the carrier profile also acts as a housing for the assembly modules and in turn protects the circuit board.
  • a completely closed housing for a camera or lighting module can therefore be dispensed with. This has the advantage that weight and material costs can be saved for each assembly module.
  • the carrier profile is used as a heat sink for the assembly modules.
  • forced cooling may or may not be necessary in certain applications of the multi-camera system according to the invention be advantageous in order to increase the service life of the camera modules and/or lighting modules. This is the case, for example, when the multi-camera system is operated at high ambient temperatures or for monitoring or measuring hot objects.
  • an assembly module can be in thermally conductive connection with the carrier profile via a thermal bridge.
  • a heat-conducting paste for example, can be used as a thermal bridge.
  • a seal can be arranged between two adjacent assembly modules and can rest against them in a sealing manner. This prevents dust or other dirt particles from getting into the electronics.
  • the printed circuit board preferably has a data interface on its side facing the carrier profile in order to transmit image data. Power is preferably supplied to the camera module at the same time via the data interface.
  • the interface can be a GigE (Gigabit Ethernet), a USB, CoaX or IEEE1384 interface.
  • a method for positioning assembly modules on a beam-shaped carrier profile for the production of a modular multi-camera system for industrial image processing is also proposed, in which the assembly modules are individually arranged in a removable manner on the carrier profile at discrete module positions on the outside, in which they are flush with one another, or on markings aligned on the carrier profile along its longitudinal axis or brought into a snap-in connection at the module position.
  • Figure 1 an IBV measuring arrangement for checking the completeness of an object
  • Figure 2 a line image sensor (left) and line camera (right)
  • Figure 3 a matrix image sensor (left) and matrix camera (right)
  • Figure 4 a camera bar and opposing light bar in a belt inspection system
  • Figure 5 the functional principle of a laser triangulation
  • FIG. 6 a measuring bar arrangement for uninterrupted 3D measurement transverse to the strip
  • FIG. 7 a camera module according to the invention in a side view
  • FIG. 8 the camera module according to the invention in a perspective view from below
  • FIG. 9 the camera module according to the invention mounted on a carrier profile in a side view
  • FIG. 10 a multi-camera system according to the invention with a large number of camera modules on the carrier profile (fully equipped)
  • FIG. 11 a multi-camera system according to the invention with individual
  • Figure 12 Six camera modules at the longitudinal ends of the carrier profile as a camera bar
  • Figure 13 Mixed assembly of the carrier profile with different camera modules
  • Figure 14 Camera modules on the carrier profile with intermediate spacer plates
  • Figure 15 spacer plates of different widths as spacers
  • Figure 16 a fully equipped carrier profile with an alternating sequence of three camera modules and one lighting module
  • Figure 17 a fully equipped carrier profile with camera and lighting modules and spacer plates
  • FIG. 18 Partially equipped carrier profile with markings and cavities for a snap-in connection
  • Figure 19 Top view of the beginning section of a partially equipped carrier profile with markings and cavities for a snap-in connection
  • Figure 20 Cross section along section line BB in Figure 19
  • Figure 21 Perspective view of the beginning section of a carrier profile according to Figure 19
  • Figure 22 Partially equipped carrier profile with markings and spacer plates
  • Figure 23 Perspective view of the beginning section of the carrier profile according to Figure 22
  • Figure 24 Perspective view of the spacer plate according to Figure 22
  • Figure 25 Side view of a spacer plate with eccentric attachment not within a hollow profile as in the prior art, but individually mounted or mounted precisely on the outside of a carrier profile 31 at discrete module positions, can be individually dismantled again, for example for repair purposes, and then can be repositioned exactly on the carrier profile.
  • lighting modules and spacer plates can be mounted identically.
  • the camera modules 20, lighting modules 41 and spacer plates 40 form assembly modules for the carrier profile 31.
  • FIGS. 7 and 8 show a camera module 20 according to the invention in a side view.
  • the camera module 20 has a housing body 22 , 23 , a lens 21 , electronics on a printed circuit board 25 and a data interface 28 .
  • the housing body 22, 23 consists of a support plate 22, from the underside of which a frame 23 protrudes, which encloses an interior space of the housing body 22, 23.
  • the housing body 22, 23 is thus open to the underside.
  • the printed circuit board 25 closes the interior so that the electronics lie protected in the interior.
  • Support plate 22 and frame 23 are in one piece.
  • the housing body 22, 23 consists of metal, preferably aluminum. However, it can also be made of plastic and manufactured by injection molding. The interior may have been created by milling. Additive manufacturing (3D printing) of the housing body 22, 23 is also possible, for example by selective laser sintering (SLS).
  • the electronics include at least one image sensor and one processor, and may have additional components.
  • the printed circuit board 25 is held on the carrier plate 22 by means of screws 26 . However, the attachment can also be designed differently, for example by means of a clamp or snap-in connection.
  • the printed circuit board 25 has the data interface 28 on its rear side in the form of a plug connection, via which the camera module 20 can be plugged into a data line 29 .
  • the data line 29 also supplies the camera module 20 with power. It is a coaxial line, but can also be designed differently.
  • the data is transmitted in serial form.
  • the housing body 22, 23, more precisely its support plate 22, has an elongated rectangular basic shape of constant height and with a width which corresponds to twice the base unit B.
  • the longitudinal ends of the support plate 22 are chamfered on the upper side.
  • the frame 23 is set back from the longitudinal ends, so that the support plate 22 protrudes beyond the frame 23 with the formation of mounting wings 24 .
  • the underside of the mounting wings 24 forms a mounting surface that comes to rest on the carrier profile 31 . Bores for accommodating screws or pins 27 are provided in the mounting wings 24 in order to fasten the camera module 20 on the carrier profile 31 .
  • the long sides of the support plate 22 are parallel. They are also flat and are perpendicular to the mounting surface, so that several camera modules 20 can be lined up flush.
  • all assembly modules have an identical basic shape, so that they can in principle be exchanged for one another, although the width can vary.
  • the width can even be the same as or greater than their length, see FIG.
  • a lens 21 is arranged on the front side of the carrier plate 22 opposite the printed circuit board 25 and protrudes from this front side.
  • the lens 21 is screwed into a threaded hole in the support plate 22 with a thread.
  • the Threaded hole overlies image sensor so lens aligns with image sensor.
  • the lens 21 is arranged centrally on the carrier plate 22 in relation to the longitudinal extent and the width.
  • the support plate can have a height that increases towards one longitudinal end, so that the lens 21 is arranged tilted relative to the mounting surface.
  • an angle can be realized in this way between the optical axis of the camera module 20 and the light emission direction of the illumination module 40 in order to carry out laser triangulation.
  • FIG. 9 shows a carrier profile 31 according to the invention in cross section or in an uncovered side view with a camera module 20 mounted on the carrier profile 31 according to FIGS. 7 and 8.
  • the cross section is square here, for example, but it can also be rectangular or any other.
  • the carrier profile 31 is a modified hollow profile or construction profile made of metal, in particular aluminum, as is commonly used in industrial plant and special machine construction. It consists of a support structure 32 with numerous chambers 33 and a central cavity 34 which extend along the longitudinal axis 39 over the entire axial length of the profile 31.
  • the central cavity 34 is used as a cable duct for the data lines 29 to the camera modules 20 and, if necessary, further electrical lines to other assembly modules, which are thus protected in the carrier profile 31 .
  • the carrier profile is mirror-symmetrical in relation to a center plane, which also extends through the camera module 20 .
  • the carrier profile 31 has two parallel longitudinal grooves 35 on each of three of its sides for accommodating sliding blocks or for fastening further components to the carrier profile 31 or for fastening the carrier profile 31 itself.
  • One of the sides of the carrier profile 31 has a longitudinal groove 36 for accommodating the assembly modules 20 , 40, or the camera or lighting modules.
  • the housing body 22, 23 of a camera module extends partially into this longitudinal groove 36 in the manner of a tongue and groove connection.
  • each assembly module 20, 41 can be placed on the carrier profile 31 without tilting and is only lengthwise in one direction the hollow profile axis 39 movable.
  • the frame 23 of the housing body 22, 23 lies in the longitudinal groove 36, with the mounting surfaces of the mounting wings 24 resting on the carrier profile 31 on the outside.
  • the groove bottom 38 rises in a middle area to the camera module 20 so that it is deeper beyond this elevation in order to ensure sufficient space for the retaining screws 26 of the printed circuit board 25 .
  • a thermal bridge 37 provides a thermally conductive connection between the camera module 20 and the carrier profile 31, in particular between the printed circuit board 25 and the raised groove base 38.
  • FIG. 10 shows a multi-camera system 30 according to the invention with a carrier profile 31 according to FIG. 9, which is fully equipped in section A with twelve structurally identical camera modules 20 according to FIGS.
  • a camera module 20 can be removed at any time in the event of repairs without changing the arrangement relative to one another.
  • the camera modules 20 can also be identical with regard to their image sensors. Alternatively, some of the camera modules 20 can contain a line image sensor and the remaining part can contain a matrix image sensor. In another embodiment, it is possible for the image sensors to differ in terms of pixel resolution.
  • FIGS. 11, 12 and 13 show alternative assembly variants in which camera modules 20, 20a, 20b are arranged on the carrier profile (31).
  • the carrier profile 31 itself can have any length, in particular form a camera bar, as was mentioned in the introductory part with regard to the prior art.
  • FIGS. 11 and 12 show partially equipped carrier profiles 31, while FIGS. 13 and 14 show fully equipped carrier profiles 31.
  • FIG. 11 several camera modules 20 are arranged equidistantly from one another.
  • FIG. 12 only three camera modules 20 are flush next to one another at the longitudinal ends. Further camera modules 20 are not available.
  • FIG. 13 shows a fully equipped carrier profile 31 on which a camera module 20 with a lower resolution and a camera module 20a with a higher resolution are arranged alternately.
  • the higher resolution camera module 20a is, for example, a 5x5 (25) megapixel still camera. It has a width four times that of Base unit B and thus corresponds to twice the width of the camera module 20 with lower resolution.
  • FIG. 14 Similar to FIG. 12, in FIG. 14 only camera modules 20 are arranged flush next to one another at the longitudinal ends, specifically four camera modules 20, 20b in each case. Furthermore, these camera modules 20, 20b differ in that a thermal imaging camera 20b is arranged next to a photographic camera 20.
  • the width of the spacer plates 40d corresponds here to ten times the base unit B, which corresponds to five times the width of a camera module 20, 20b.
  • the spacer plates 40d are used on the one hand to close the longitudinal groove 36 so that no foreign bodies can get to the side of or behind the camera modules 20.
  • the spacer plates 40 are also used here for the precise positioning of the camera modules 20, 20b along and transversely to the carrier profile axis 39.
  • FIGS. 11, 12 and 14 each show a multi-camera system 30 with an assembly of the carrier profile 31 that is symmetrical to the center of the carrier profile, an asymmetrical assembly can also be possible and desired in other embodiment variants.
  • the spacer plates 40 are helpful, especially in the case of large distances between assembly modules or between an assembly module 20, 41 and a longitudinal end of the carrier profile 31, so that an assembly module is not accidentally placed in the wrong position.
  • the spacer plates 40 like the other modules 20, 41, can be moved freely on the carrier profile 31.
  • each of these modules 20, 41 can be arranged exactly on one of the module positions on the carrier profile 31.
  • the spacer plates 40 can have different widths. Purely as an example, four spacer plates 40 of different widths are shown in FIG. In relation to a camera module 20, which is shown to the left of the spacer plates 40 and here has twice the width of the base unit B, the spacer plate width corresponds a simple, integer or half-integer multiple of the camera module width.
  • a first spacer plate 40a has half the width B of the camera module 20.
  • a second spacer plate 40b has the width 2B of the camera module 20.
  • a third spacer plate 40c has 2.5 times and a fourth spacer plate has 5 times the width of the camera module 20
  • the camera module width is 2cm, so the width of the camera modules is 1, 2, 5 and 10cm.
  • two 10cm spacer plates 40d are installed.
  • FIGS. 16 and 17 show further configuration variants of multi-camera systems 30 according to the invention. These differ from the previous ones in that lighting modules 41 are arranged on the carrier profile 31 in addition to the camera modules 20 .
  • An illumination module 41 has a light source in the form of a light-emitting diode (LED) or a laser, preferably a point or line laser. The light source is arranged here in the center in relation to the longitudinal extent of the carrier plate.
  • LED light-emitting diode
  • laser preferably a point or line laser.
  • the light source is arranged here in the center in relation to the longitudinal extent of the carrier plate.
  • the carrier profile 31 is fully equipped, i. H.
  • three camera modules 20 are each followed by a lighting module 41, so that each lighting module 41 has an adjacent camera module 20 on both sides.
  • a camera module 20 is arranged on the outermost longitudinal ends and a lighting module 41 is arranged adjacent to it.
  • Groups of three assembly modules are arranged at a distance from one another between the longitudinal ends, with each group consisting of two camera modules 20 and a lighting module 41 lying between them.
  • the spacer plates 40 bridge the distances between the groups and between a group and the lighting module arranged at the longitudinal end.
  • position numbers 18 from 1 to 23 are assigned to the individual module positions. These are arranged here by way of example, for example printed or engraved, that they remain visible when the assembly module 20, 40, 41 is mounted, so that one can look at the position of the corresponding placement module can be assured at any time.
  • the position numbers 18 can be used on the one hand for the target position-oriented assembly of the carrier profile 31 according to instructions, in that the target position of an assembly module 20, 40, 41 is addressed by the corresponding position number 18 (e.g. camera module with matrix sensor at position 18).
  • specifying the position number 18 can be useful when setting up the multi-camera system 30 by software, since the software knows the position of an assembly module 20, 40, 41 in relation to the longitudinal extent 39 of the carrier profile 31 by specifying the position number 18.
  • an assembly module 20, 40, 41 can engage in a latching connection with the carrier profile 31 at each module position in order to latch in at the defined module position. From this position, the module 20,
  • Such a latching connection is formed here by a cavity 19 in the groove base 38 at each module position of the carrier profile 31 in the form of a recess or blind hole and a spring-loaded latching means, e.g. a ball, on the side of the respective assembly module 20, 40, 41.
  • the cavities 19 are equidistantly spaced and together form a row. If the assembly module 20, 40, 41 is displaced longitudinally in the longitudinal groove 36, the latching means automatically engages in the corresponding cavity 19 at each module position.
  • the cavities 19 thus ensure the discrete module position of a camera module 20 or lighting module 41 on the carrier profile 31 as the installation site.
  • openings 42 in the form of oblong holes are made equidistant from one another in the groove base 38 and provide a connection to the cavity 34 and serve as a cable bushing 42 for the respective data or coaxial line 29 .
  • the carrier profile 31 has a further, inner cable bushing 42a, which is aligned with the outer cable bushing 42.
  • the module positions for the assembly modules 20, 40, 41 are additionally identified visually by markings 17 on the carrier profile 31, which are present at regular intervals are where the distance between two marks 17 defines the base unit B.
  • the width B of the assembly modules 20 used here corresponds to twice the base unit.
  • the markings 17 are in the form of lines and are formed by slots or notches in the carrier profile 31 . Their distance is 1cm here, for example.
  • each camera module 20 has a marking 43 in the form of a slot or notch in the middle of its chamfered end face 46. Precise positioning is possible by arranging a camera module 20 in the middle between two markings on the carrier profile 31 and aligning them with them, or by marking 43 on the Camera module 20 is aligned in alignment with a marking 17 of the carrier profile 31.
  • the carrier profile carries 31 position numbers 18, which are each assigned to a module position and can be printed or engraved.
  • Figures 19 to 21 show the carrier profile 31 according to Figure 18 in the assembly variant according to Figure 11, in Figure 19 only the beginning section of the carrier profile 31, in Figure 20 the cross section in the middle of the first discrete module position 01 along the section line BB in Figure 19 and in Figure 21 shows an enlargement of the camera module 20 mounted at this first module position 01.
  • the cavity 19 is an indentation in the groove base 38.
  • the outer cable bushing 42 and the inner cable bushing 42a aligned therewith to the inner cavity space 34 can be seen in FIG.
  • the markings 17 are on or introduced on the two outer longitudinal sides of the carrier profile 31 . Furthermore, the camera module 20 also has a central marking 43 on both end faces 46 . The distance between two adjacent markings 17 corresponds to the base unit B. And each marking 17 indicates a discrete module position.
  • FIG. 20 illustrates a fastening variant of the camera module 20 by clamping using eccentrics 44, 45.
  • the camera module 20 has an eccentric pin 45 and an eccentric disk 44.
  • the eccentric pin 45 has on the the support profile 31 facing away from the support plate 22 an accessible head.
  • the eccentric disk 44 is firmly connected to the end of the eccentric pin 45 opposite the head and is arranged eccentrically to the axis of the eccentric pin 45 .
  • a rotation of the eccentric pin 45 results in a pivoting of the eccentric disc 45 in such a way that the eccentric disc 44 protrudes increasingly from the housing body 22 , 23 as the rotation of the eccentric pin 45 progresses and thereby clamps it on the inside of the longitudinal groove 36 .
  • the longitudinal inner side of the longitudinal groove 36 has a recess 47, the transition from the longitudinal inner side of the longitudinal groove 36 to this recess forming a chamfer.
  • the two eccentric disks 44 rest against this bevel in a clamping manner when pivoted out.
  • the eccentric discs 44 and eccentric pins 45 also fulfill the task of the retaining screws 26 in Figure 9 and hold the circuit board 25 on the housing body 22, 23.
  • FIG. 20 also shows that the lens 21 extends through the carrier plate 22 and projects as far as the image sensor 6b.
  • the lens 21 has an external thread and is screwed into the carrier plate 22 .
  • the camera module 20 cut in FIG. 20 is located at the module position with the number 01.
  • This position number 18 is arranged on a longitudinal side of the carrier profile 31 below the module position, in particular below the marking assigned to this module position.
  • Figure 21 shows an enlarged representation of the exact positioning of the camera module 20 by aligning the marking 43 on the camera module 20 with the corresponding marking 17 on the carrier profile 31.
  • the carrier profile 31 is equipped alternately with a camera module 20 and a spacer plate 40d.
  • the Camera module is at the 1st, 13th, 25th, etc. module position.
  • FIG. 23 shows an enlarged view of the camera module 20 at the module position 01. The only difference from FIG.
  • the spacer plate 40d is aligned on the first camera module 20 without offset transversely to the longitudinal axis 39 of the carrier profile 31, so that the end face 46 of the spacer plate 40d and the end face 46 of the camera module are aligned with one another.
  • FIG. 24 shows a perspective view of a single spacer plate 40d, as arranged on the carrier profile 31 in FIGS. 22 and 23.
  • Figure 25 shows its side view.
  • FIG. 24 makes it clear that the spacer plate 40d also has a marking 43 on its end face 46, which must be aligned with a corresponding marking 17 on the carrier profile 31 for exact positioning along the profile axis 39.
  • the spacer plate 40d in FIGS. 22 and 23 already has its exact positioning due to the flush contact with the first camera module 20, so that the markings 43, 17 are automatically aligned.
  • FIG. 25 makes it clear that the spacer plates 40 can also be clamped in an identical manner to the camera module 20 in FIG. 20 with the aid of eccentrics 44, 45. Reference is therefore made to the explanations for FIG.
  • the lighting modules 41 can also have this type of attachment.
  • the invention is thus that due to the special design of the camera modules 20, image sensors 6a, 6b and lighting modules 41 can be mounted on a carrier profile 31 at a defined distance from one another and can be dismantled again.
  • a carrier profile 31 equipped in this way thus forms a camera bar.
  • a design that is comparable to the camera modules 20 is used for the lighting modules 41, so that the camera modules 20 and lighting modules 41 can be arranged at defined distances on the same carrier profile 31.
  • only lighting modules 41 can be arranged on a second carrier profile 31 in order to form a pure light or laser bar in this way, which together with the camera bar in the multi-camera system 30 is used.
  • Mixed operation of different image sensor principles in the camera modules 20, ie line and matrix sensors, is also possible.
  • the invention is intended to enable a user to arrange or join together a large number of image sensors or light sources (including lasers) in a precise and reproducible manner in order to solve measuring tasks in industrial image processing, in particular in the quality control of strip-shaped materials or transported piece goods .
  • the defined and predominantly equidistant arrangement of the imaging sensors is of exceptional importance in metrology, because only in this way can mathematical algorithms be used to evaluate the image data, which enable a position or geometric measurement of objects in 2D or 3D space (e.g Strip surface inspection, laser triangulation, triangulation, stereoscopic measurement, 3D metrology, etc.).
  • the modular architecture of the components of the multi-camera system according to the invention also results in technical and economic advantages in the manufacture, assembly and commissioning of multi-camera systems, since the method can be used to quickly assemble almost any number of image sensors, possibly even with different operating principles, to form a system.
  • This novel arrangement of camera modules and, if necessary, lighting modules creates a measuring system that is modularly scalable and can be calibrated quickly.
  • the invention also includes any changes, alterations or modifications of exemplary embodiments which have the exchange, addition, alteration or omission of elements, components, method steps, values or information as their subject matter, as long as the basic idea according to the invention is retained, regardless of whether the change, alteration, or modifications improves or degrades an embodiment.

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Abstract

The invention relates to a modular multi-camera system (30) for industrial image processing, comprising at least one beam-shaped girder section (31) and a plurality of equipping modules (20, 40, 41) fastened thereto, at least some of said equipping profiles being camera modules (20) which each have an image sensor (6a, 6b) and a lens (21). The equipping modules (20, 40, 41) are individually arranged in removable fashion at discrete module positions on the outside of the girder profile (31) and are able to be strung together so as to be flush. Moreover, in the direction of the longitudinal axis (39) of the girder profile (31), they have a width corresponding to one or more base units (B). Moreover, the invention relates to a method for positioning the equipping modules (20, 40, 41) on the beam-shaped girder section (31), within the scope of which they are individually arranged in removable fashion at discrete module positions on the outside of the girder profile (31) by virtue of being placed flush against one another or by virtue of being aligned with markings on the girder profile (31) along the longitudinal axis (39) thereof or by virtue of being put into a latching connection at the module position.

Description

Modulares Multikamerasystem Modular multi-camera system
Die Erfindung betrifft allgemein einen Beitrag zur Optimierung von Produktionsverfahren. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Multikamerasystem für die industrielle Bildverarbeitung mit wenigstens einem balkenförmigen Trägerprofil und einer Mehrzahl daran montierter Kameramodule mit Bildsensor und Objektiv sowie ein Verfahren zur Positionierung der Module. The invention generally relates to a contribution to the optimization of production processes. In particular, the invention relates to a multi-camera system for industrial image processing with at least one beam-shaped carrier profile and a plurality of camera modules with image sensor and lens mounted thereon, and a method for positioning the modules.
Das Optimieren von industriellen Produktionsverfahren ist eine konkrete Herausforderung aus der Menge aller Applikationen der industriellen Fertigungsmesstechnik und bietet als Ergebnis die Reduktion von Ausschuss bzw. der primär eingesetzten Rohstoffe sowie der sekundären Faktoren, wie Energieeinsatz und Umweltbelastung. Mit dem Einsatz von leistungsfähigen Messmethoden wird eine Steigerung von Qualität und Produktivität der Produktionsanlagen angestrebt, was sich in einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit, der internationalen Wettbewerbsfähigkeit und Sicherung von Arbeitsplätzen widerspiegelt. The optimization of industrial production processes is a concrete challenge from the multitude of all applications of industrial production measurement technology and offers as a result the reduction of rejects or the primary raw materials used as well as secondary factors such as energy use and environmental pollution. With the use of powerful measurement methods, an increase in quality and productivity of the production facilities is aimed at, which is reflected in an increase in profitability, international competitiveness and job security.
Bei der Steuerung oder Qualitätskontrolle industrieller Anlagen besteht eine elementare Aufgabe häufig darin, die Oberfläche von einem Objekt zu inspizieren oder eine dimensionale Größe wie bzw. eine Objektabmessung oder eine relative Lage des Objekts bezogen auf einen Referenzpunkt zu ermitteln und mit einer Referenzgröße zu vergleichen, beispielsweis um die Einhaltung von Toleranzen zu überprüfen oder fehlerhafte Objekte zu erkennen. Primäre dimensionale Messgrößen wie die Lage, Länge, Breite oder Höhe des Objekts dienen somit dazu, sekundäre Größen wie Fläche, Volumen, Maßhaltigkeit, Vollständigkeit oder Ähnliches zu ermitteln. Diese messtechnischen Aufgaben schnell und berührungslos, und damit verschleißfrei, zu lösen, gehört zu den Leistungsmerkmalen einer speziellen Technologie, die mit Hilfe von Kameras Bilder von einem Messobjekt in einer Szene aufzeichnet und diese mit Methoden und Algorithmen der digitalen Bilddatenverarbeitung auswertet. Technologien dieser Art werden unter dem Titel industrielle Bilddatenverarbeitung (IBV) zusammengefasst und besitzen ein breites Spektrum technischer Anwendungen. In the control or quality control of industrial systems, an elementary task is often to inspect the surface of an object or to determine a dimensional variable such as an object dimension or a relative position of the object in relation to a reference point and to compare it with a reference variable, for example to check compliance with tolerances or to detect faulty objects. Primary dimensional measurements such as the position, length, width or height of the object are used to determine secondary quantities such as area, volume, dimensional accuracy, completeness or the like. Solving these metrological tasks quickly and without contact, and therefore without wear, is one of the features of a special technology that uses cameras to record images of a measurement object in a scene and evaluates them using methods and algorithms of digital image data processing. Technologies of this type are summarized under the title industrial image data processing (IIP) and have a wide range of technical applications.
Ein einfaches Kamerasystem 1 der IBV zur Vermessung und Kontrolle eines Messobjekts 2a ist in Figur 1 dargestellt. Das Objekt 2a wird von einer Kamera 3 erfasst, deren Bilddaten über eine Datenleitung 4 zu einem Auswerterechner 5 übertragen werden. Zur Nutzung, insbesondere Auswertung der Bilddaten läuft auf dem Auswerterechner 5 eine entsprechende Software. Die Kamera 3 ist eine Digitalkamera und bildet die Kombination von einem Bildsensor mit einem optischen Abbildungssystem (Objektiv) sowie einer digitalen Auswerte- und Übertragungselektronik, die in einem Kameragehäuse eine subfunktionale Einheit ergeben. Als Bildsensoren 6a, 6b kommen vorwiegend CCD- oder CMOS- Bildsensoren zur Anwendung. Die Bilddaten der Kamera 3 werden über Standardschnittstellen wie z.B. GigE, USB, CoaX, IEEE1384, usw., über genormte Protokolle (z.B. GeniCam, usw.) übertragen. Für die digitale Bilddatenauswertung sind eine Vielzahl von Softwarepaketen, sogenannte IBV-Bibliotheken, mit entsprechenden Algorithmen am Markt verfügbar, wie z.B. die von dem Unternehmen MVTec Software GmbH entwickelte, proprietäre Programmbibliothek HALCON. A simple machine vision camera system 1 for measuring and checking a measurement object 2a is shown in FIG. The object 2a is captured by a camera 3 whose image data is transmitted to an evaluation computer 5 via a data line 4 . Appropriate software runs on the evaluation computer 5 for the use, in particular the evaluation, of the image data. The camera 3 is a digital camera and forms the combination of an image sensor with an optical imaging system (lens) and digital evaluation and transmission electronics, which result in a sub-functional unit in a camera housing. CCD or CMOS image sensors are predominantly used as image sensors 6a, 6b. The image data from the camera 3 are transmitted via standard interfaces such as GigE, USB, CoaX, IEEE1384, etc. using standardized protocols (e.g. GeniCam, etc.). A large number of software packages, so-called machine vision libraries, with the appropriate algorithms are available on the market for digital image data evaluation, such as the proprietary HALCON program library developed by MVTec Software GmbH.
Die Bildsensoren der Kamera 3 zeichnen das von der Oberfläche des Messobjekts 2a (Prüfling) reflektierte Licht auf und werten es aus. Als Lichtquellen können sowohl LEDs als auch Laser dienen, die entweder als Spot, Punkt oder Linie angeordnet sind. In gleicherweise werden Strahler im nahen Infrarot-Spektrum (NIR) verwendet. The image sensors of the camera 3 record and evaluate the light reflected from the surface of the measurement object 2a (test object). Both LEDs and lasers can be used as light sources, which are arranged either as a spot, point or line. Likewise, emitters in the near infrared spectrum (NIR) are used.
Bei der Technologie der Kamera 3 wird prinzipiell zwischen zwei Varianten unterschieden, die die Anordnung der lichtempfindlichen Bildpunkte (Pixel) der Bildsensoren 6a, 6b, betrifft. Diese Anordnung kann in einer Reihe oder einer Matrix sein, wie Figuren 2 und 3 veranschaulichen. In the technology of the camera 3, a basic distinction is made between two variants, the arrangement of the light-sensitive picture elements (pixels). Image sensors 6a, 6b concerned. This arrangement may be in a row or in a matrix as Figures 2 and 3 illustrate.
Liegen die Pixel in einer einzigen Reihe, spricht man von einem Zeilen-Bildsensor 6a oder kurz Zeilensensor 6a. Der Zeilen-Bildsensor 6a bildet zusammen mit dem Abbildungssystem (Objektiv) und einer Analog/Digitalelektronik, verbaut in einem Gehäuse, eine Zeilenkamera 3a. Dies ist in Figur 2 veranschaulicht. Zeilenkameras 3a zeichnen sich durch eine hohe Zeilenwiederholrate aus und werden vorwiegend für Messaufgaben an bewegten Objekten 2a verwendet, wo durch die Bewegung des Messobjektes 2 und kontinuierlich aufgezeichnete Bildzeilen eine Auswertung von 2D-Bildern möglich ist. If the pixels are in a single row, one speaks of a line image sensor 6a, or line sensor 6a for short. The line image sensor 6a forms a line camera 3a together with the imaging system (lens) and analog/digital electronics installed in a housing. This is illustrated in FIG. Line scan cameras 3a are characterized by a high line refresh rate and are mainly used for measurement tasks on moving objects 2a, where the movement of the measurement object 2 and continuously recorded image lines enable an evaluation of 2D images.
Sind die Pixel dagegen matrixförmig angeordnet, spricht man von einem Matrix- Bildsensor 6b oder kurz Matrixsensor 6b oder einer Matrixkamera 3b. Dies ist in Figur 3 veranschaulicht. Matrixkameras 3b unterscheiden sich in ihrer Bauweise gegenüber Zeilenkameras 3a also lediglich darin, dass der Bildsensor ein Matrix- Bildsensor 6b ist, der als primärer Bildaufnehmer fungiert. Matrixkameras 6b sind die in der IBV vorwiegend verbauten Komponenten. Die matrixförmig angeordneten Bildpunkte (Pixel) der Matrix-Bildsensoren 6b liefern ein zweidimensionales Bild, das auch bei unbewegten Messobjekten 2a aufgezeichnet und ausgewertet werden kann. If, on the other hand, the pixels are arranged in a matrix, one speaks of a matrix image sensor 6b or matrix sensor 6b for short or a matrix camera 3b. This is illustrated in FIG. Matrix cameras 3b differ in their design from line cameras 3a only in that the image sensor is a matrix image sensor 6b, which acts as the primary image recorder. Matrix cameras 6b are the components primarily installed in machine vision. The image points (pixels) of the matrix image sensors 6b arranged in the form of a matrix supply a two-dimensional image which can also be recorded and evaluated when the measuring objects 2a are stationary.
In vielen technischen Anwendungen genügt es nicht, mit nur einer Kamera 3 eine Szene zu betrachten. Mit mehreren auf eine Szene gerichteten Kameras 3, die gemeinsam ein Multikamerasystem 30 bilden, kann zum Beispiel eine höhere Auflösung der Bildszene bzw. des Messbereiches erreicht werden. Dabei wird die Gesamtszene in Teilszenen unterteilt, die jeweils einer der Kameras 3 zugeordnet ist und von dieser erfasst wird. Speziell zur Inspektion von band- bzw. bahnförmigem Material 2b, werden Kameras 3 nebeneinander quer zur Bandlaufrichtung (cross direction, CD) angeordnet. Figur 4 veranschaulicht dies am Beispiel einer Bandanlage. Dabei wird ein Bandmaterial 2a, welches hier das Messobjekt 2b bildet, mittels eines über dem Bandmaterial 2b quer zur Bandlaufrichtung (CD) installierten Kamerabalkens 12 überwacht. Eine von der Anmelderin entwickelte Technologie basiert darauf, dass der Kamerabalken 12 ein rohrförmiges Gehäuse für eine große Anzahl Bildsensoren mit jeweils einem eigenen Objektiv ist, die nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind. Per Definition handelt es sich bei dem Kamerabalken 12 um eine einzelne Kamera mit einer Vielzahl von Objektiven (englisch: Multi Lens Kamera). Ein solcher Kamerabalken 12 kann z.B. 80 integrierte Bildsensoren und eine einzige Datenschnittstelle 15 zu einer SPS (Speicher-programmierbaren Steuerung) besitzen. Bekannt sind Kamerabalken mit bis zu 176 Matrixbildsensoren und eine gleiche Anzahl von Objektiven und Bildprozessoren mit einer Gesamtlänge von über 4400 mm, bei denen es sich bis dato wohl um die größten Kameras der Welt handelt. In many technical applications it is not sufficient to view a scene with just one camera 3 . A higher resolution of the image scene or of the measurement area can be achieved, for example, with a plurality of cameras 3 directed at a scene, which together form a multi-camera system 30 . The overall scene is divided into sub-scenes, each of which is assigned to one of the cameras 3 and is captured by it. Specifically for the inspection of material 2b in the form of a strip or web, cameras 3 are arranged next to one another transversely to the direction of travel of the strip (cross direction, CD). Figure 4 illustrates this using the example of a conveyor system. In this case, a strip material 2a, which forms the measurement object 2b here, is monitored by means of a camera bar 12 installed above the strip material 2b transversely to the strip running direction (CD). A technology developed by the applicant is based on the fact that the camera bar 12 is a tubular housing for a large number of image sensors, each with its own lens, which are arranged side by side in a row. By definition, the camera bar 12 is a single multi-lens camera. Such a camera bar 12 can have, for example, 80 integrated image sensors and a single data interface 15 to a PLC (programmable logic controller). Camera bars with up to 176 matrix image sensors and an equal number of lenses and image processors with a total length of over 4400 mm are known, which are probably the largest cameras in the world to date.
Unterhalb des Bandes 2a ist ein zum Kamerabalken 12 korrespondierender Lichtbalken 13 mit Lichtquellen in einem Gehäuse, das ebenfalls als Hohlprofil ausgeführt und parallel zum Kamerabalken 12 angeordnet ist. Hiermit lassen sich Geometriekenndaten des Bandmaterials 2a, wie z.B. die Bandbreite, Lage, z.B. Bandmittenlage oder Merkmale wie Fehlstellen 14 oder Bandkantenrisse am laufenden Band 2a erkennen. Das in Figur 4 gezeigte Messsystem 30 besitzt wesentliche Vorteile gegenüber anderen bekannten Kamerasystemen, wie insbesondere Below the band 2a is a light bar 13 corresponding to the camera bar 12 with light sources in a housing which is also designed as a hollow profile and is arranged parallel to the camera bar 12 . This makes it possible to identify geometric characteristics of the strip material 2a, such as the strip width, position, e.g. strip center position or features such as defects 14 or strip edge cracks on the running strip 2a. The measurement system 30 shown in FIG. 4 has significant advantages over other known camera systems, such as in particular
- einen geringen Abstand zwischen Kamerabalken 12 und Band 2b - a small distance between camera bar 12 and band 2b
- eine hohe Geometrieauflösung quer zur Bandlaufrichtung (CD) - a high geometry resolution transverse to the tape running direction (CD)
- eine einfache mechanische Installation - a simple mechanical installation
- eine Datenauswertung innerhalb des Kamerabalkens 12, wobei eine Schnittstelle 15 einen Anschluss an eine SPS ermöglicht, und - A data evaluation within the camera bar 12, wherein an interface 15 allows a connection to a PLC, and
- eine Minimierung von Kalibieraufgaben. - a minimization of calibration tasks.
Durch die Verknüpfung der Kameradaten mit der aktuellen Bandgeschwindigkeit lassen sich zudem Bandmerkmale und ihre Geometrie einem geometrischen Ort in Bandlaufrichtung (Machine Direction, MD, x Koordinate) und quer zur Bandlaufrichtung (Cross Direction, CD, y Koordinate) zuordnen. Diese Methode entspricht einer 2D-Messwertaufnahme, wobei anhand derxy-Koordinaten anschließend online (in Echtzeit) oder offline (im Anschluss an eine Aufnahmesequenz) die Beurteilung der Produktqualität einem Abschnitt des Bandes 2a zugeordnet werden kann. Durch eine geeignete Anordnung der Kameras 3 einschließlich einer geeigneten Beleuchtung lassen sich zudem Geometriedaten des Objekts 2 im dreidimensionalen Raum (3D-Scan) ermitteln. Hierzu kann z.B. die sogenannte Lasertriangulation verwendet werden, deren Grundprinzip in Figur 5 veranschaulicht ist. Dabei wird eine vertikale Änderung zwischen der Messanordnung bzw. der Kamera 3 und der Bezugsebene 10, und somit eine Höhenänderung Dz, in eine Änderung Dg auf der Abbildungsebene 11 des Bildsensors bzw. der Kamera 3 transformiert. Als Lichtquelle dient hier ein Laser 8, dessen Lichtstrahl 9 senkrecht auf die Bezugsebene 10 fällt. Im Winkel a zum Lichtstrahl 9 liegt die optische Achse 7 der Kamera 3, zu welcher die Abbildungsebene 11 orthogonal ist. Die Höhenänderung Dz entspricht dem Abstand zwischen der Bezugsebene 10 und dem Schnittpunkt von Lichtstrahl 9 und optischer Achse 7, wobei Dz ungefähr gleich Ay/sin(a) ist. By linking the camera data with the current belt speed, belt features and their geometry can also be assigned to a geometric location in the direction of belt travel (Machine Direction, MD, x coordinate) and transverse to the direction of belt travel (Cross Direction, CD, y coordinate). This method corresponds to a 2D recording of measured values, with the assessment of the product quality being able to be assigned to a section of the strip 2a online (in real time) or offline (after a recording sequence) using the xy coordinates. A suitable arrangement of the cameras 3, including suitable lighting, also makes it possible to determine geometric data of the object 2 in three-dimensional space (3D scan). So-called laser triangulation, for example, can be used for this purpose, the basic principle of which is illustrated in FIG. A vertical change between the measuring arrangement or the camera 3 and the reference plane 10, and thus a change in height Dz, is transformed into a change Dg on the imaging plane 11 of the image sensor or the camera 3. A laser 8 is used here as the light source, the light beam 9 of which falls perpendicularly onto the reference plane 10 . The optical axis 7 of the camera 3, to which the imaging plane 11 is orthogonal, lies at the angle a to the light beam 9. The change in height Dz corresponds to the distance between the reference plane 10 and the point of intersection of the light beam 9 and the optical axis 7, where Dz is approximately equal to Ay/sin(a).
Wird quer zur Bandlaufrichtung MD eine Laserlinie 16 auf das Band 2b gerichtet, kann mit Hilfe des in Figur 4 veranschaulichten Triangulationsverfahren für ein Bandmerkmal auch eine Höheninformation (z-Richtung) ermittelt werden und somit jedem Merkmal des Bandes 2b eine xyz-Position (3D-Messwertaufnahme) zugeordnet werden. Ein von der Anmelderin entwickeltes, dieses Prinzip verwendendes Multikamerasystem 30 ist in Figur 6 dargestellt. Es ermittelt mit Hilfe der Lasertriangulation aus einer Szene umfangreiche 3D-Geometriedaten. Auch hier sind viele Bildsensoren zu einem Kamerabalken 12 in einem rohrförmigen Gehäuse 32 zusammengefasst. Ferner befindet sich in einem weiteren Balken 13 eine Reihe von Linienlasern, der im Gegensatz zur Figur 4 oberhalb des Bandes 2b liegt. Diese Anordnung aus einem Kamerabalken 12 und einem Laserbalken 13 gemäß Figur 6 über einem Band 2a kann selbst bei hohen Bandgeschwindigkeiten lückenlos die Geometrie des Bandes 2a in xyz-Koordinaten und damit zum Beispiel die Planheit des Bandes 2a ermitteln und aufzeichnen. In gleicherweise kann beispielsweise ein Stückgut 2a wie in Figur 1 auf einem ebenen Transportband in seinen drei Dimensionen geometrisch erfasst und überprüft werden. If a laser line 16 is directed at the strip 2b transversely to the strip running direction MD, height information (z-direction) can also be determined for a strip feature with the aid of the triangulation method illustrated in FIG. measured value recording) are assigned. A multi-camera system 30 developed by the applicant and using this principle is shown in FIG. It uses laser triangulation to determine extensive 3D geometry data from a scene. Here, too, many image sensors are combined to form a camera bar 12 in a tubular housing 32 . There is also a row of line lasers in another bar 13 which, in contrast to FIG. 4, is above the strip 2b. This arrangement of a camera bar 12 and a laser bar 13 according to FIG. 6 over a strip 2a can determine and record the geometry of the strip 2a in xyz coordinates and thus, for example, the flatness of the strip 2a without gaps even at high strip speeds. In the same way, for example, a piece of goods 2a as in FIG. 1 can be geometrically recorded and checked in its three dimensions on a flat conveyor belt.
Den genannten Messverfahren ist gemein, dass ihre Messwertunsicherheit von der präzisen und bekannten Lage der Kameras und der Beleuchtungskomponenten absolut zueinander und relativ im 3D-Beobachtungs- bzw. Koordinatensystem bekannt ist. What the measurement methods mentioned have in common is that their measured value uncertainty depends on the precise and known position of the cameras and the lighting components is known absolutely to each other and relative to the 3D observation or coordinate system.
Heutige Multikamerasysteme lassen sich nur eingeschränkt präzise skalieren, reproduzieren, montieren und kalibrieren. Eine Skalierung erfolgt durch Erhöhung oder Reduzierung der Kameraanzahl des Systems. Dabei ist eine Erhöhung der Messwertauflösung mit einer Erhöhung der Anzahl von Kameras in dem System möglich. Die Erweiterung eines Systems von beispielsweise drei auf vier Kameras erfordert allerdings eine Neupositionierung und folgemäßig die Neukalibrierung aller Kameras. Oftmals scheitert dies zudem daran, dass die Kameras nicht beliebig dicht aneinander angeordnet werden können, weil ihre baulichen Abmessungen oder Halterungen an Montageflanschen dies nicht zulassen. Eine beliebige Skalierung ist somit nicht möglich. Bei der Reproduzierbarkeit eines Kamerasystems geht es vor allem um die exakte Wiedereinahme der ursprünglichen Kameraposition nach einem Reparatur- bzw. Servicefall. Fällt in einem Multikamerasystem eine Kamera aus, muss sie exakt an derselben Stelle durch eine neue Kamera ersetzt werden können, was bei heutigen Kamerasystemen nur schwer möglich ist, so dass eine aufwändige Neukalibrierung aller Kameras erforderlich ist. Dies ist mit einem entsprechenden zeitlichen Aufwand verbunden. Today's multi-camera systems can only be precisely scaled, reproduced, assembled and calibrated to a limited extent. Scaling takes place by increasing or reducing the number of cameras in the system. In this case, an increase in the measured value resolution is possible with an increase in the number of cameras in the system. However, expanding a system from three to four cameras, for example, requires repositioning and consequently recalibration of all cameras. In addition, this often fails because the cameras cannot be arranged arbitrarily close to each other because their structural dimensions or brackets on mounting flanges do not allow this. Any scaling is therefore not possible. The reproducibility of a camera system is primarily about the exact resumption of the original camera position after a repair or service case. If a camera fails in a multi-camera system, it must be possible to replace it with a new camera at exactly the same point, which is difficult to do with today's camera systems, so that a complex recalibration of all cameras is required. This is associated with a corresponding expenditure of time.
In den zuvor skizzieren IBV-Messsystemen zur Bandinspektion ist es von großer Bedeutung, dass die genaue Position aller Kameras und aller Laser bzw. In the previously outlined machine vision measuring systems for strip inspection, it is of great importance that the exact position of all cameras and all lasers or
Lichtquellen im Anlagenkoordinatensystem genau bekannt ist. In konventionellen Systemen sind die Installation und die Justage der Komponenten vor Ort mit großem Aufwand verbunden. Dieser Aufwand ist bei den Mess- bzw. Kamerabalken 12 gemäß Figuren 4 und 6 zwar deutlich reduziert, weil alle Bildsensoren bereits ab Werk hochgenau in einer gemeinsamen Baugruppe bzw. auf einer Leiterkarte montiert und in einem gemeinsamen Gehäuse verbaut sind. Die Architektur dieses Kamerabalkens hat jedoch stets eine feste Anzahl von Kameras pro Längeneinheit, die nachträglich nicht geändert werden kann. Einzelne Kameras sind im Reparaturfall vor Ort nicht einzeln auswechselbar, sondern können lediglich im Werk repariert werden. Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Multikamera-Messsystem für die industrielle Bildverarbeitung bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile überwindet, insbesondere in hohem Maß skalierbar ist, eine exakte Positionierung der Kameras des Systems ermöglicht und einen minimalen Aufwand bei der mechanischen Justage und softwaretechnischen Kalibrierung erfordert. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur exakten Positionierung der Kameras bereitzustellen. Light sources in the plant coordinate system is known exactly. In conventional systems, installing and adjusting the components on site involves a great deal of effort. This effort is significantly reduced in the case of the measuring or camera bar 12 according to FIGS. 4 and 6, because all image sensors are mounted with high precision in a common assembly or on a printed circuit board and installed in a common housing ex works. However, the architecture of this camera bar always has a fixed number of cameras per unit of length, which cannot be changed afterwards. In the event of repairs, individual cameras cannot be replaced individually on site, but can only be repaired in the factory. It is therefore the object of the present invention to provide a multi-camera measuring system for industrial image processing that overcomes the aforementioned disadvantages, in particular is highly scalable, enables the cameras of the system to be positioned precisely and requires minimal effort for mechanical adjustment and software calibration . Furthermore, it is the object of the invention to provide a method for the exact positioning of the cameras.
Diese Aufgabe wird durch das Multikamerasystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben und werden nachfolgend angesprochen. This object is achieved by the multi-camera system having the features of claim 1 and a method according to claim 16. Advantageous developments are set out in the dependent claims and are addressed below.
Erfindungsgemäß wird ein modulares Multikamerasystem für die industrielle Bildverarbeitung mit wenigstens einem balkenförmigen Trägerprofil und einer Mehrzahl daran befestigter Bestückungsmodule vorgeschlagen, von denen wenigstens ein Teil Kameramodule mit jeweils einem Bildsensor und einem Objektiv sind, wobei die Bestückungsmodule einzeln außen am Trägerprofil an diskreten Modulpositionen abnehmbar angeordnet und bündig aneinanderreihbar sind und eine Breite in Richtung der Längsachse des Trägerprofils aufweisen, die dem Einfachen oder einem Vielfachen einer Basiseinheit entspricht. According to the invention, a modular multi-camera system for industrial image processing is proposed with at least one beam-shaped carrier profile and a plurality of assembly modules attached to it, at least some of which are camera modules each with an image sensor and a lens, the assembly modules being arranged individually on the carrier profile at discrete module positions so that they can be removed and can be lined up flush and have a width in the direction of the longitudinal axis of the carrier profile which corresponds to one or a multiple of a base unit.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist es somit, definierte Modulpositionen entlang der Längserstreckung des Trägerprofils zu verwenden, an die die Bestückungsmodule bestimmungsgemäß zu montieren sind, um eine bestimmte und damit bekannte Position relativ zum Trägerprofil und seiner Umgebung einzunehmen. Dies wird durch eine einheitliche Form und Breite der Bestückungsmodule erreicht, die ein Ein oder Vielfaches der definierten Basiseinheit ist. Beispielsweise beträgt die Basiseinheit 1cm. Eine exakte Positionierung jedes einzelnen Bestückungsmoduls, auch von denjenigen, die einen größeren Abstand zu den Längsenden des Trägermoduls haben, kann dann dadurch erreicht werden, dass die Bestückungsmodule bündig aneinandergereiht werden. So kann ein erstes Bestückungsmodul der verkantungsfreien Ausrichtung eines zweiten Bestückungsmoduls dienen, das an dem ersten Bestückungsmodul zur Anlage kommt. Das erste Bestückungsmodule bildet somit eine Referenz. Das zweite Bestückungsmodul erhält dann automatisch ebenfalls die notwendige exakte Position bezogen auf die Längserstreckung des Trägerprofils, jedenfalls sofern das erste Bestückungsmodul exakt positioniert ist, da die Breite der Bestückungsmodule dem Einfachen oder einem Vielfachen der Basiseinheit entspricht. Wird ein drittes Bestückungsmodul bündig an das zweite Bestückungsmodul angesetzt, bildet das zweite Bestückungsmodul die Referenz. Dieses Bestückungsverfahren kann ohne Aufwand und Schwierigkeiten ausgeführt werden. Positioniergenauigkeiten von weniger als 1mm, insbesondere von wenigen zehntel Millimetern, sind hiermit erreichbar. A core idea of the invention is therefore to use defined module positions along the longitudinal extent of the carrier profile, to which the assembly modules are intended to be mounted in order to assume a specific and therefore known position relative to the carrier profile and its surroundings. This is achieved through a uniform shape and width of the assembly modules, which is a single or a multiple of the defined base unit. For example, the base unit is 1cm. Exact positioning of each individual assembly module, including those that are at a greater distance from the longitudinal ends of the carrier module, can then be achieved by aligning the assembly modules flush with one another. Thus, a first assembly module can serve to align a second assembly module without tilting, which rests against the first assembly module comes. The first placement module thus forms a reference. The second assembly module is then automatically also given the necessary exact position in relation to the longitudinal extension of the carrier profile, at least if the first assembly module is positioned exactly, since the width of the assembly module corresponds to one or a multiple of the base unit. If a third assembly module is attached flush to the second assembly module, the second assembly module forms the reference. This assembly process can be carried out without any expense or difficulty. Positioning accuracies of less than 1mm, in particular a few tenths of a millimeter, can be achieved with this.
Dabei müssen allerdings nicht zwingend alle Bestückungsmodule nach dieser Aneinanderreihung auf dem Trägerprofil verbleiben. Vielmehr kann eine bündige Aneinanderreihung auch nur zum Zwecke der exakten Positionierung längs der Längserstreckung erfolgen. However, it is not absolutely necessary for all the assembly modules to remain on the carrier profile after they have been lined up. Rather, a flush juxtaposition can also only take place for the purpose of exact positioning along the longitudinal extension.
Beispielsweise kann ein Bestückungsmodul eine Distanzplatte sein, an der ein anderes Bestückungsmodul bündig angelegt wird. Das andere Bestückungsmodul kann ebenfalls eine Distanzplatte oder eine funktionsreicheres Bestückungsmodul wie ein Kameramodul oder ein Beleuchtungsmodul sein, welches dann dessen gewünschte Modulposition exakt einnimmt. Die Distanzplatte oder -platten können auf dem Trägerprofil verbleiben oder abgenommen werden. For example, an assembly module can be a spacer plate on which another assembly module is placed flush. The other assembly module can also be a spacer plate or an assembly module with more functions, such as a camera module or a lighting module, which then assumes its desired module position exactly. The spacer plate or plates can remain on the carrier profile or be removed.
Zusätzlich zu dem bündigen Anlegen eines zweiten Bestückungsmoduls an ein erstes Bestückungsmodul, wodurch die Position des zweiten Bestückungsmoduls längs der Längsachse des Trägerprofils festgelegt ist, kann das zweite Bestückungsmodul dank der identischen Länge der Bestückungsmodul auch quer zur Längsachse des Trägerprofils exakt ausgerichtet werden. In addition to the flush application of a second assembly module to a first assembly module, whereby the position of the second assembly module is fixed along the longitudinal axis of the carrier profile, the second assembly module can also be precisely aligned transversely to the longitudinal axis of the carrier profile thanks to the identical length of the assembly module.
Die Bestückungsmodule können grundsätzlich beliebig entlang der Längserstreckung des Trägerprofils angeordnet werden, d.h. mechanisch ist die Positionierbarkeit der Bestückungsmodule nicht unbedingt auf die definierten Modulpositionen beschränkt. Gleichwohl ist es von Vorteil, wenn an jeder Modulposition eine Einrastmöglichkeit besteht. So können das Trägerprofil und die Bestückungsmodule derart ausgebildet sein, dass ein Bestückungsmodul an jeder Modulposition eine Rastverbindung mit dem Trägerprofil eingehen kann, um die Modulposition einzunehmen. Das Lösen einer solchen Rastverbindung durch Längsverschiebung des Bestückungsmoduls relativ zum Trägerprofil ist dann nur unter Überwindung einer bestimmten Kraft möglich. In principle, the assembly modules can be arranged arbitrarily along the longitudinal extension of the carrier profile, ie mechanically the positionability of the assembly modules is not necessarily limited to the defined module positions. Nevertheless, it is advantageous if there is a snap-in option at each module position. The carrier profile and the assembly modules can be designed in this way be that an assembly module can enter into a latching connection with the carrier profile at each module position in order to assume the module position. The release of such a latching connection by longitudinal displacement of the assembly module relative to the carrier profile is then only possible by overcoming a certain force.
Die Rastverbindung kann mechanisch erfolgen. So kann seitens des Trägerprofils an jeder Modulposition wenigstens eine Kavität in Form einer Vertiefung oder einem Loch vorgesehen sein, in welches ein federnd gelagertes Rastmittel wie z.B. eine Kugel oder ein Stift seitens des Bestückungsmoduls eingreifen kann. Alternativ kann die Kavität seitens des Bestückungsmoduls vorliegen und das federnd gelagerte Rastmittel seitens des Trägerprofils vorliegen, jedoch ist diese Variante im Hinblick auf eine mögliche Teilbestückung des Trägerprofils wirtschaftlich nicht sinnvoll. The locking connection can be mechanical. At least one cavity in the form of a depression or a hole can be provided on the carrier profile at each module position, in which a spring-loaded latching means such as a ball or a pin on the assembly module can engage. Alternatively, the cavity can be present on the part of the assembly module and the spring-loaded latching means can be present on the part of the carrier profile, but this variant does not make economic sense with regard to a possible partial assembly of the carrier profile.
Zusätzlich oder alternativ kann das Trägerprofil die diskreten Modulpositionen durch vorgebende Markierungen in regelmäßigen Abständen aufweisen, wobei der Abstand zwischen zwei Markierungen der Basiseinheit entspricht. Ein Bestückungsmodul kann dann an einer Markierung oder zwei benachbarten Markierungen ausgerichtet werden. Die Markierungen gewährleisten somit ebenfalls, alternativ oder zusätzlich, eine exakte Positionierung der Bestückungsmodule an den Modulpositionen und zwar sowohl, wenn sie beabstandet zueinander angeordnet sind, als auch wenn sie bündig aneinander liegen. In addition or as an alternative, the carrier profile can have the discrete module positions by predetermined markings at regular intervals, with the distance between two markings corresponding to the base unit. A placement module can then be aligned with one marker or two adjacent markers. The markings thus also ensure, alternatively or additionally, an exact positioning of the assembly modules at the module positions, both when they are arranged at a distance from one another and when they are flush with one another.
In einer Ausführungsvariante können auch die Bestückungsmodule eine Markierung aufweisen, vorzugsweise randseitig insbesondere in der Mitte ihrer Breite, so dass diese Markierung fluchtend mit einer Markierung auf dem Trägerprofil ausgerichtet werden kann. In one embodiment variant, the assembly modules can also have a marking, preferably at the edge, in particular in the middle of their width, so that this marking can be aligned with a marking on the carrier profile.
Bei den Markierungen kann es sich beispielsweise um Striche handeln, die in regelmäßigen Abständen auf das Trägerprofil auf- oder eingebracht sind, z.B. in Form von Kerben. Zusätzlich oder alternativ können Positionsnummern oder Symbole als Markierungen den Modulpositionen zugeordnet auf das Trägerprofil aufgebracht sein, wobei eine Positionsnummer eindeutig eine bestimmte Modulposition definiert. Die Positionsnummern ermöglichen in Ermangelung einer weiteren Markierung eine grobe Positionierung eines Bestückungsmoduls, wobei die Feinpositionierung über eine oder mehrere aneinander gereihte Distanzplatten und/ oder über die Rastverbindung möglich ist. The markings can be, for example, lines that are applied to or introduced into the carrier profile at regular intervals, for example in the form of notches. Additionally or alternatively, position numbers or symbols can be applied to the carrier profile as markings assigned to the module positions, with a position number clearly defining a specific module position. The position numbers allow in the absence of a further marking a rough positioning of an assembly module, the fine positioning being possible via one or more spacer plates lined up next to one another and/or via the latching connection.
Die Modularität des erfindungsgemäßen Multikamerasystems wird dadurch erreicht, dass an jeder der Modulpositionen ein beliebiges Bestückungsmodul angeordnet werden kann, wobei jede Modulposition auch frei von einem Bestückungsmodul bleiben kann. Somit ist das erfindungsgemäße Multikamerasystem nicht nur skalierbar, sondern kann an jede Anwendung bedarfsweise und vor Ort angepasst werden. The modularity of the multi-camera system according to the invention is achieved in that any assembly module can be arranged at each of the module positions, it also being possible for each module position to remain free of an assembly module. Thus, the multi-camera system according to the invention is not only scalable, but can be adapted to any application as required and on site.
Bei einem Bestückungsmodul kann es sich um ein Kameramodul, ein Beleuchtungsmodul oder eine Distanzplatte handeln. Es ist ferner auch möglich, dass ein Bestückungsmodul eine Kombination aus einem Kamera- und einem Beleuchtungsmodul ist. Ferner kann ein Bestückungsmodul zwei oder mehr Bildsensoren oder Beleuchtungseinheiten umfassen. Hieraus ergeben sich unterschiedliche Bestückungsvarianten für das Trägerprofil. An assembly module can be a camera module, a lighting module or a spacer plate. Furthermore, it is also possible for an assembly module to be a combination of a camera module and an illumination module. Furthermore, an assembly module can include two or more image sensors or lighting units. This results in different assembly variants for the carrier profile.
Das Trägerprofil kann innerhalb eines Abschnitts vollbestückt sein, d.h. an jeder definierten Modulposition dieses Abschnitts ein Bestückungsmodul aufweisen. Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann das Trägerprofil nur teilweise bestückt sein, d.h., dass nur ein Teil der Modulpositionen mit Bestückungsmodulen belegt ist, wohingegen die übrigen Modulpositionen des Abschnitts frei sind. Als Abschnitt ist dabei ein zusammenhängender Bereich zwischen den axialen Enden des Trägerprofils zu betrachten. The carrier profile can be fully equipped within a section, i.e. have an assembly module at each defined module position of this section. According to another embodiment variant, the carrier profile can only be partially equipped, i.e. only part of the module positions are occupied with assembly modules, whereas the remaining module positions of the section are free. A continuous area between the axial ends of the carrier profile is to be considered as a section.
Erfindungsgemäß sind zumindest ein Teil der Bestückungsmodule Kameramodule. Vorzugsweise können jedoch alle vorhandenen Bestückungsmodule Kameramodule sein. Sind in der vollbestückten Variante des Trägerprofils alle Bestückungsmodule Kameramodule, wird eine maximale Auflösung der beobachteten Szene erreicht. Es liegt somit kein Mischverbau mit Beleuchtungsmodulen vor. Das Trägerprofil mit seinen Kameramodulen bildet dann funktional einen Kamerabalken, wie er in Bezug zum Stand der Technik zuvor erwähnt wurde. In einer Ausführungsvarianten kann ein Teil der Bestückungsmodule durch Kameramodule und ein anderer Teil durch Distanzplatten gebildet sein. Dies gilt sowohl für die vollbestückte als auch für die teilbestückte Variante. Dabei dient eine Distanzplatte einerseits dazu, eine definierte Anlage für ein anderes Bestückungsmodul bereitzustellen, um dieses genau zu positionieren, und Abstände zwischen Bestückungsmodulen, die nicht unmittelbar benachbart sind, oder zwischen einem Bestückungsmodul und dem Rand des Trägerprofils zu überbücken. Andererseits dient eine Distanzplatte dazu, das Trägerprofil abschnittsweise abzudecken, um die Seite und Rückseite eines Kameramoduls oder Beleuchtungsmoduls vor Fremdkörpern zu schützen. According to the invention, at least some of the assembly modules are camera modules. Preferably, however, all existing assembly modules can be camera modules. If all of the mounting modules are camera modules in the fully equipped version of the carrier profile, a maximum resolution of the observed scene is achieved. There is therefore no mixed shoring with lighting modules. The carrier profile with its camera modules then functionally forms a camera bar, as mentioned above in relation to the prior art. In an embodiment variant, some of the assembly modules can be formed by camera modules and another part by spacer plates. This applies to both the fully equipped and the partially equipped version. A spacer plate is used on the one hand to provide a defined system for another placement module in order to position it precisely and to bridge gaps between placement modules that are not directly adjacent, or between a placement module and the edge of the carrier profile. On the other hand, a spacer plate is used to cover sections of the carrier profile in order to protect the side and rear of a camera module or lighting module from foreign objects.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann ein Teil der Bestückungsmodule Kameramodule und ein anderer Teil Beleuchtungsmodule sein. Somit sind Kameramodule und Beleuchtungsmodule gemeinem in einem einzigen Trägerprofil angeordnet. Es wird also kein zusätzlicher Lichtbalken benötigt, was den Montageaufwand des Kamerasystems vereinfacht. Auch in dieser Ausführungsvariante kann das Trägerprofil teilbestückt oder vollbestückt sein. Ein Beleuchtungsmodul dient dazu, die von einem Kameramodul erfasste Szene zu beleuchten. Hierzu kann ein Beleuchtungsmodul eine Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode (LED) oder eines Lasers, vorzugsweise eines Linienlasers aufweisen. According to an embodiment variant, some of the assembly modules can be camera modules and another part can be lighting modules. Thus, camera modules and lighting modules are commonly arranged in a single carrier profile. No additional light bar is therefore required, which simplifies the installation work for the camera system. In this embodiment variant, too, the carrier profile can be partially or fully equipped. A lighting module serves to illuminate the scene captured by a camera module. For this purpose, an illumination module can have a light source in the form of a light-emitting diode (LED) or a laser, preferably a line laser.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann ein Teil der Bestückungsmodule Kameramodule, ein anderer Teil Beleuchtungsmodule und ein weiterer Teil Distanzplatten sein. Die Distanzplatten können zwischen Kameramodulen, zwischen einem Kameramodul und einem Beleuchtungsmodul, zwischen zwei Beleuchtungsmodulen oder zwischen dem Rand des Trägerprofils und einem Kamera- oder Beleuchtungsmodul angeordnet sein. According to an embodiment variant, some of the assembly modules can be camera modules, another part can be lighting modules and another part can be spacer plates. The spacer plates can be arranged between camera modules, between a camera module and a lighting module, between two lighting modules or between the edge of the carrier profile and a camera or lighting module.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann ein zum ersten Trägerprofil identisches zweites Trägerprofil vorgesehen sein, bei dem alle Bestückungsmodule Beleuchtungsmodule sind. Auch dies gilt sowohl für eine vollbestückte als auch für eine teilbestückte Variante des zweiten Trägerprofils, wobei eine Vollbestückung eines Abschnitts des zweiten Trägerprofils mit Beleuchtungsmodulen in der Praxis nicht erforderlich sein wird. Dieses zweite Trägerprofil ist dann zwar zusätzlich zum ersten Trägerprofil zu montieren. Es hat jedoch den Vorteil, dass die Ausrichtung der Lichtemissionsrichtung der Lichtquelle unabhängig vom ersten Trägerprofil und gleichzeitig für alle Beleuchtungsmodule erfolgen kann. According to another embodiment variant, a second carrier profile identical to the first carrier profile can be provided, in which all assembly modules are lighting modules. This also applies to both a fully equipped and a partially equipped variant of the second carrier profile, with a section of the second carrier profile being fully equipped with lighting modules in practice will not be required. This second carrier profile is then to be installed in addition to the first carrier profile. However, it has the advantage that the light emission direction of the light source can be aligned independently of the first carrier profile and simultaneously for all lighting modules.
Schließlich kann in einer Ausführungsvariante ein Teil der Bestückungsmodule durch Beleuchtungsmodule und ein anderer Teil durch Distanzplatten gebildet sein. Die Distanzplatten können zwischen zwei Beleuchtungsmodulen oder zwischen dem Rand des Trägerprofils und einem Beleuchtungsmodul angeordnet sein. Finally, in one embodiment variant, part of the assembly modules can be formed by lighting modules and another part by spacer plates. The spacer plates can be arranged between two lighting modules or between the edge of the carrier profile and a lighting module.
Ein Kameramodul stellt eine Digitalkamera mit einem Bildsensor, einem Objektiv, einem Prozessor und einer Datenschnittstelle dar, um die Bilddaten an eine externe Auswerteeinheit zu übertragen. Der Bildsensor kann ein Zeilenbildsensor oder ein Matrixbildsensor sein, beispielsweise eine CCD- oder CMOS-Bildsensor. In einer Ausführungsvariante können alle Kameramodule Zeilen-Bildsensoren oder Matrix- Bildsensoren haben. In einer anderen Ausführungsvariante kann ein Teil der Kameramodule Zeilen-Bildsensoren und ein anderer Teil der Kameramodule Matrix- Bildsensoren haben. Somit kann das Multikamerasystem optimal bedarfsweise an die entsprechende Anwendung angepasst werden. A camera module represents a digital camera with an image sensor, a lens, a processor and a data interface to transmit the image data to an external evaluation unit. The image sensor can be a line image sensor or a matrix image sensor, for example a CCD or CMOS image sensor. In an embodiment variant, all camera modules can have line image sensors or matrix image sensors. In another embodiment variant, some of the camera modules can have line image sensors and another part of the camera modules can have matrix image sensors. Thus, the multi-camera system can be optimally adapted to the corresponding application as required.
Es ist des Weiteren möglich, dass eines der Kameramodule eine Wärmebildkamera ist. So können Wärmequellen detektiert oder bei Objekten, die eine bestimmte Temperatur haben müssen, deren Temperatur geprüft und überwacht werden. It is also possible that one of the camera modules is a thermal imaging camera. In this way, heat sources can be detected or, in the case of objects that need to have a certain temperature, the temperature can be checked and monitored.
Das Trägerprofil kann vorzugsweise eine Längsnut aufweisen, in der die Bestückungsmodule zumindest teilweise einliegen und in Richtung der Längsachse des Trägerprofils verschieblich sind. Die Längsnut dient somit als Aufnahme für die Bestückungsmodule nach dem Prinzip einer Nut-Feder Verbindung, so dass sie nur in die Richtung längs der Trägerprofilachse beweglich sind. Alternativ kann die Längsnut zumindest an einer Längsseite einen hinterschneidenden Formschluss bilden. Dies hat den Vorteil, dass eine Befestigung nur auf der gegenüberliegenden Längsseite erforderlich ist. Durch Verwendung eines hinterschneidenden Formschlusses auf beiden Längsseiten z.B. in der Form eines Schwalbenschwanzprofils kann eine Befestigung ganz entfallen, da eine Halterung über den Formschluss erfolgt. Jedoch sind die Bestückungsmodule dann von einem Längsende einzusetzen und an die entsprechende Position zu schieben und können somit nicht mehr einzeln demontiert werden. Um diesen Nachteil zu überwinden, kann der Formschluss an wenigstens einer Längsseite durch einen zurückziehbaren Vorsprung gebildet sein. Um den Formschluss zu lösen und das einzelne Modul zu entnehmen ist dann lediglich der Vorsprung zurückzuziehen. The carrier profile can preferably have a longitudinal groove in which the assembly modules lie at least partially and can be displaced in the direction of the longitudinal axis of the carrier profile. The longitudinal groove thus serves as a receptacle for the assembly modules according to the principle of a tongue and groove connection, so that they can only be moved in the direction along the carrier profile axis. Alternatively, the longitudinal groove can form an undercut form fit at least on one longitudinal side. This has the advantage that attachment is only required on the opposite long side. By using an undercut form fit on both long sides, for example in the form of a dovetail profile, attachment can be dispensed with entirely, since a holder via the form closure. However, the assembly modules must then be inserted from one longitudinal end and pushed to the appropriate position and can therefore no longer be dismantled individually. In order to overcome this disadvantage, the form fit can be formed by a retractable projection on at least one longitudinal side. In order to release the form fit and to remove the individual module, the projection simply has to be pulled back.
Ist ein Bestückungsmodul auf das Trägerprofil gesetzt, bildet das Trägerprofil ein Gehäuse in Form einer rückseitigen Abdeckung für das Bestückungsmodul. If an assembly module is placed on the carrier profile, the carrier profile forms a housing in the form of a rear cover for the assembly module.
Die Befestigung der Bestückungsmodule am Trägerprofil kann auf beliebige Art erfolgen, die eine lösbare Verbindung bewirkt, beispielsweise mittels Schrauben, einem lösbaren Formschluss wie einer lösbaren Rastverbindung, oder mittels einer Klemmverbindung mit Exzenter. The assembly modules can be attached to the carrier profile in any way that causes a detachable connection, for example by means of screws, a detachable form fit such as a detachable snap-in connection, or by means of a clamp connection with an eccentric.
Von Vorteil ist es, wenn das Trägerprofil ein Hohlprofil ist. So kann das Hohlprofil dazu verwendet werden, einzelne Leitungen zu den Bestückungsmodulen in einem Hohlraum im Inneren des Trägerprofils zu führen und damit geschützt unterzubringen. Bei den Leitungen kann es sich um Datenleitungen zu den Kameramodulen, Steuerleitungen zu den Beleuchtungseinheiten, Versorgungsleitungen oder Kombinationen der genannten Leitungen handeln. Gegebenenfalls können weitere elektronische Komponenten für die digitale Bilddatenverarbeitung z.B. für eine Vorverarbeitung der Bilddaten ebenfalls in dem Hohlprofil untergebracht werden. Um die Leitungen zu den einzelnen Modulpositionen aus dem Hohlraum herauszuführen, können an den Modulpositionen Öffnungen in das Trägerprofil eingebracht sein. It is advantageous if the carrier profile is a hollow profile. The hollow profile can thus be used to guide individual lines to the assembly modules in a cavity inside the carrier profile and thus accommodate them in a protected manner. The lines can be data lines to the camera modules, control lines to the lighting units, supply lines or combinations of the lines mentioned. If necessary, further electronic components for digital image data processing, e.g. for pre-processing of the image data, can also be accommodated in the hollow profile. In order to lead the lines to the individual module positions out of the cavity, openings can be made in the carrier profile at the module positions.
Ideal ist es, wenn das Trägerprofil ein sogenanntes Konstruktionsprofil ist. Konstruktionsprofile besitzen viele Kammern im inneren und Nuten am Außenumfang, die sich über die gesamte axiale Länge erstrecken und für unterschiedliche Zwecke, z.B. zur Befestigung von Komponenten an dem Trägerprofil, zur Befestigung des Trägerprofils selbst oder zur Durchströmung mit einem Kühlmittel zwecks Kühlung des Trägerprofils. Geeigneterweise besteht das Trägerprofil aus einem Metall, vorzugsweise Aluminium. It is ideal if the carrier profile is a so-called construction profile. Structural profiles have many inner chambers and grooves on the outer circumference, which extend over the entire axial length and for different purposes, e.g. for fastening components to the carrier profile, for fastening the carrier profile itself or for coolant to flow through in order to cool the carrier profile. Suitably, the carrier profile consists of a metal, preferably aluminium.
Die Bestückungsmodule weisen vorzugsweise eine rechteckige, insbesondere langgestreckte Grundform mit ebenen parallelen Längsseiten auf. Dies ermöglicht, dass sie bündig aneinandergereiht werden können. The assembly modules preferably have a rectangular, in particular elongated, basic shape with flat, parallel longitudinal sides. This allows them to be lined up flush against each other.
In einer Ausführungsvariante kann ein Bestückungsmodul eine Trägerplatte aufweisen, mit welcher es an dem Trägerprofil befestigt ist, wobei eine Leiterplatte an der dem Trägerprofil zugewandten Rückseite der Trägerplatte gehalten ist, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. Vorzugsweise bildet die Trägerplatte das einzige mechanische Bauteil des Bestückungsmoduls, das insoweit einen sehr einfachen konstruktiven Aufbau besitzt. Die Trägerplatte deckt zudem eine Elektronik der Kameramodule oder Beleuchtungsmodule auf der Leiterplatte schützend ab. In one embodiment variant, an assembly module can have a carrier plate with which it is attached to the carrier profile, with a circuit board being held on the rear side of the carrier plate facing the carrier profile, for example by means of a screw connection. The carrier plate preferably forms the only mechanical component of the placement module, which to this extent has a very simple structural design. The carrier plate also protectively covers the electronics of the camera modules or lighting modules on the printed circuit board.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Trägerplatte Teil eines Gehäusekörpers sein, innerhalb dem eine Elektronik der Kameramodule oder Beleuchtungsmodule angeordnet ist. Beispielsweise kann ein Rahmen an der zum Trägerprofil gerichteten Unterseite von der Trägerplatte vorstehen und die Elektronik seitlich einfassen, wobei der Gehäusekörper aus der Trägerplatte und dem Rahmen gebildet ist, insbesondere besteht. So kann der Gehäuseköper auf seiner zum Trägerprofil gerichteten Rückseite offen sein und die Leiterplatte den Gehäusekörper verschließen. Somit bildet die Leiterplatte ein Teil des Gehäuses. Dies ist möglich, weil auch das Trägerprofil als ein Gehäuse für die Bestückungsmodule fungiert und wiederum die Leiterplatte schützt. Auf ein vollständig geschlossenes Gehäuse für ein Kamera- oder Beleuchtungsmodul kann somit verzichtet werden. Dies hat den Vorteil, dass Gewicht und Materialkosten bei jedem Bestückungsmodul eingespart werden können. According to a further development, the carrier plate can be part of a housing body, within which electronics of the camera modules or lighting modules are arranged. For example, a frame can protrude from the carrier plate on the underside facing the carrier profile and laterally enclose the electronics, the housing body being formed, in particular consisting of, the carrier plate and the frame. Thus, the housing body can be open on its rear side facing the carrier profile and the printed circuit board can close the housing body. The printed circuit board thus forms part of the housing. This is possible because the carrier profile also acts as a housing for the assembly modules and in turn protects the circuit board. A completely closed housing for a camera or lighting module can therefore be dispensed with. This has the advantage that weight and material costs can be saved for each assembly module.
Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn das Trägerprofil als Kühlkörper für die Bestückungsmodule verwendet wird. Obgleich ein Kameramodul oder ein Beleuchtungsmodul selbst vergleichsweise geringe Verlustwärme erzeugt und damit in der Praxis nicht gekühlt werden muss, kann eine Zwangskühlung in bestimmten Anwendungen des erfindungsgemäßen Multikamerasystems notwendig oder vorteilhaft sein, um die Lebensdauer der Kameramodule und/ oder Beleuchtungsmodule zu erhöhen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Multikamerasystem bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben wird oder zur Überwachung oder Vermessung heißer Objekte. Zur Kühlung kann ein Bestückungsmodul über eine Wärmebrücke mit dem Trägerprofil in wärmeleitender Verbindung stehen. Als Wärmebrücke kann z.B. eine Wärmeleitpaste verwendet werden. It is also advantageous if the carrier profile is used as a heat sink for the assembly modules. Although a camera module or a lighting module itself generates comparatively little heat loss and therefore does not have to be cooled in practice, forced cooling may or may not be necessary in certain applications of the multi-camera system according to the invention be advantageous in order to increase the service life of the camera modules and/or lighting modules. This is the case, for example, when the multi-camera system is operated at high ambient temperatures or for monitoring or measuring hot objects. For cooling, an assembly module can be in thermally conductive connection with the carrier profile via a thermal bridge. A heat-conducting paste, for example, can be used as a thermal bridge.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann eine Dichtung zwischen zwei benachbarten Bestückungsmodulen angeordnet sein und dichtend an diesen anliegen. Somit kann verhindert werden, dass Staub oder andere Schmutzpartikel an die Elektronik gelangen. According to a further advantageous development, a seal can be arranged between two adjacent assembly modules and can rest against them in a sealing manner. This prevents dust or other dirt particles from getting into the electronics.
Vorzugsweise weist die Leiterplatte bei einem Kameramodul an ihrer dem Trägerprofil zugewandten Seite eine Datenschnittstelle auf, um Bilddaten zu übertragen. Vorzugsweise erfolgt über die Datenschnittstelle gleichzeitig eine Bestromung des Kameramoduls. Die Schnittstelle kann eine GigE (Gigabit-Ethernet), eine USB, CoaX oder IEEE1384 Schnittstelle sein. In the case of a camera module, the printed circuit board preferably has a data interface on its side facing the carrier profile in order to transmit image data. Power is preferably supplied to the camera module at the same time via the data interface. The interface can be a GigE (Gigabit Ethernet), a USB, CoaX or IEEE1384 interface.
Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zum Positionieren von Bestückungsmodulen auf einem balkenförmigen Trägerprofil zur Herstellung eines modularen Multikamerasystems für die industrielle Bildverarbeitung vorgeschlagen, bei dem die Bestückungsmodule einzeln außen am Trägerprofil an diskreten Modulpositionen abnehmbar angeordnet werden, in dem sie bündig aneinander angelegt, oder an Markierungen am Trägerprofil längs seiner Längsachse ausgerichtet oder in eine Rastverbindung an der Modulposition gebracht werden. According to the invention, a method for positioning assembly modules on a beam-shaped carrier profile for the production of a modular multi-camera system for industrial image processing is also proposed, in which the assembly modules are individually arranged in a removable manner on the carrier profile at discrete module positions on the outside, in which they are flush with one another, or on markings aligned on the carrier profile along its longitudinal axis or brought into a snap-in connection at the module position.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert. Bei den Figuren behalten identische oder funktionsgleiche Elemente von Figur zu Figur dasselbe Bezugszeichen. Further features, properties and advantages of the invention are explained in more detail below using exemplary embodiments and the attached figures. In the figures, elements that are identical or have the same function retain the same reference number from figure to figure.
Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Begriffe „aufweisen“, „umfassen“ oder „beinhalten“ keinesfalls das Vorhandensein weiterer Merkmale ausschließen. Ferner schließt die Verwendung des unbestimmten Artikels bei einem Gegenstand nicht dessen Plural aus. It should be noted that, in the context of the present description, the terms “have”, “comprise” or “include” in no way imply the presence exclude other features. Furthermore, the use of the indefinite article with an object does not exclude its plural form.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 : eine IBV-Messanordnung zur Vollständigkeitskontrolle an einem Objekt Figur 2: einen Zeilen-Bildsensor (links) und Zeilenkamera (rechts) Figure 1: an IBV measuring arrangement for checking the completeness of an object Figure 2: a line image sensor (left) and line camera (right)
Figur 3: einen Matrix-Bildsensor (links) und Matrixkamera (rechts) Figure 3: a matrix image sensor (left) and matrix camera (right)
Figur 4: einen Kamerabalken und gegenüberliegenden Lichtbalken in einem Bandinspektionssystem Figure 4: a camera bar and opposing light bar in a belt inspection system
Figur 5: das Funktionsprinzip einer Lasertriangulation Figure 5: the functional principle of a laser triangulation
Figur 6: eine Messbalkenanordnung zur lückenlosen 3D-Messung quer zum Band Figur 7: ein erfindungsgemäßes Kameramodul in Seitenansicht Figur 8: das erfindungsgemäße Kameramodul in perspektivischer Ansicht von unten FIG. 6: a measuring bar arrangement for uninterrupted 3D measurement transverse to the strip FIG. 7: a camera module according to the invention in a side view FIG. 8: the camera module according to the invention in a perspective view from below
Figur 9: das erfindungsgemäße Kameramodul montiert auf einem Trägerprofil in Seitenansicht FIG. 9: the camera module according to the invention mounted on a carrier profile in a side view
Figur 10: ein erfindungsgemäßes Multikamerasystem mit einer Vielzahl an Kameramodulen auf dem Trägerprofil (Vollbestückung) FIG. 10: a multi-camera system according to the invention with a large number of camera modules on the carrier profile (fully equipped)
Figur 11: ein erfindungsgemäßes Multikamerasystem mit einzelnenFIG. 11: a multi-camera system according to the invention with individual
Kameramodulen auf dem Trägerprofil alle drei Modulpositionen (Teilbestückung) camera modules on the carrier profile in all three module positions (partial assembly)
Figur 12: Sechs Kameramodule an den Längsenden des Trägerprofils als Kamerabalken Figure 12: Six camera modules at the longitudinal ends of the carrier profile as a camera bar
Figur 13: Mischbestückung des Trägerprofils mit unterschiedlichen Kameramodulen Figur 14: Kameramodule auf dem Trägerprofil mit zwischenliegenden Distanzplatten Figure 13: Mixed assembly of the carrier profile with different camera modules Figure 14: Camera modules on the carrier profile with intermediate spacer plates
Figur 15: Distanzplatten unterschiedlicher Breite als Abstandhalter Figur 16: ein vollbestücktes Trägerprofil mit abwechselnder Folge von drei Kameramodulen und einem Beleuchtungsmodul Figur 17: ein vollbestücktes Trägerprofil mit Kamera- und Beleuchtungsmodulen und Distanzplatten Figure 15: spacer plates of different widths as spacers Figure 16: a fully equipped carrier profile with an alternating sequence of three camera modules and one lighting module Figure 17: a fully equipped carrier profile with camera and lighting modules and spacer plates
Figur 18: teilbestücktes Trägerprofil mit Markierungen und Kavitäten für eine Rastverbindung Figur 19: Draufsicht auf den Anfangsabschnitt eines teilbestückten Trägerprofils mit Markierungen und Kavitäten für eine Rastverbindung Figur 20: Querschnitt entlang Schnittlinie B-B in Figur 19 FIG. 18: Partially equipped carrier profile with markings and cavities for a snap-in connection Figure 19: Top view of the beginning section of a partially equipped carrier profile with markings and cavities for a snap-in connection Figure 20: Cross section along section line BB in Figure 19
Figur 21 : perspektivische Ansicht des Anfangsabschnitts eines Trägerprofils gemäß Figur 19 Figure 21: Perspective view of the beginning section of a carrier profile according to Figure 19
Figur 22: teilbestücktes Trägerprofil mit Markierungen und Distanzplatten Figur 23: perspektivische Ansicht des Anfangsabschnitts des Trägerprofils gemäß Figur 22 Figure 22: Partially equipped carrier profile with markings and spacer plates Figure 23: Perspective view of the beginning section of the carrier profile according to Figure 22
Figur 24: perspektivische Ansicht der Distanzplatte gemäß Figur 22 Figur 25: Seitenansicht einer Distanzplatte mit Exzenterbefestigung Die Erfindung beschreibt eine Anordnung bzw. ein Anordnungsverfahren, in der bzw. bei dem Kameramodule 20, die jeweils einen Bildsensor ein Objektiv 21 und eine Datenschnittstelle 26 aufweisen, nicht innerhalb eines Hohlprofils wie im Stand der Technik, sondern einzeln außen auf ein Trägerprofil 31 an diskreten Modulpositionen präzise montiert sind bzw. montiert werden, einzeln wieder demontiert werden können, beispielsweise zu Reparaturzwecken, und anschließend wieder exakt auf dem Trägerprofil replatziert werden können. Alternativ zu den Kameramodulen 20 können Beleuchtungsmodule und Distanzplatten identisch montiert werden. Die Kameramodule 20, Beleuchtungsmodule 41 und Distanzplatten 40 bilden Bestückungsmodule für das Trägerprofil 31. Figure 24: Perspective view of the spacer plate according to Figure 22 Figure 25: Side view of a spacer plate with eccentric attachment not within a hollow profile as in the prior art, but individually mounted or mounted precisely on the outside of a carrier profile 31 at discrete module positions, can be individually dismantled again, for example for repair purposes, and then can be repositioned exactly on the carrier profile. As an alternative to the camera modules 20, lighting modules and spacer plates can be mounted identically. The camera modules 20, lighting modules 41 and spacer plates 40 form assembly modules for the carrier profile 31.
Figuren 7 und 8 zeigen ein erfindungsgemäßes Kameramodul 20 in Seitenansicht. Das Kameramodul 20 weist einen Gehäusekörper 22, 23, ein Objektiv 21 , eine Elektronik auf einer Leiterplatte 25 und eine Datenschnittstelle 28 auf. Der Gehäusekörper 22, 23 besteht aus einer Trägerplatte 22, von deren Unterseite ein Rahmen 23 vorsteht, der einen Innenraum des Gehäusekörpers 22, 23 umschließt. Der Gehäusekörper 22, 23 ist somit zur Unterseite offen. Die Leiterplatte 25 verschließt den Innenraum, so dass die Elektronik geschützt im Innenraum einliegt. FIGS. 7 and 8 show a camera module 20 according to the invention in a side view. The camera module 20 has a housing body 22 , 23 , a lens 21 , electronics on a printed circuit board 25 and a data interface 28 . The housing body 22, 23 consists of a support plate 22, from the underside of which a frame 23 protrudes, which encloses an interior space of the housing body 22, 23. The housing body 22, 23 is thus open to the underside. The printed circuit board 25 closes the interior so that the electronics lie protected in the interior.
Trägerplatte 22 und Rahmen 23 sind einstückig. Der Gehäusekörper 22, 23 besteht aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium. Er kann jedoch auch in Kunststoff ausgeführt und im Spritzgussverfahren hergestellt sein. Der Innenraum kann dadurch Fräsen erzeugt worden sein. Auch eine additive Herstellung (3D-Druck) des Gehäusekörpers 22, 23 möglich, z.B. durch selektives Lasersintern (SLS). Die Elektronik umfasst zumindest einen Bildsensor und einen Prozessor, wobei sie weitere Komponenten aufweisen kann. Die Leiterplatte 25 ist mittels Schrauben 26 an der Trägerplatte 22 gehalten. Allerdings kann die Befestigung auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise mittels einer Klemm- oder Rastverbindung. Ferner weist die Leiterplatte 25 an ihrer Rückseite die Datenschnittstelle 28 in Gestalt einer Steckverbindung auf, über die das Kameramodul 20 mit einer Datenleitung 29 steckverbunden werden kann. Die Datenleitung 29 versorgt das Kameramodul 20 auch mit Strom. Sie ist eine Koaxialleitung, kann jedoch auch anders ausgeführt sein. Die Datenübertragung erfolgt in serieller Form. Support plate 22 and frame 23 are in one piece. The housing body 22, 23 consists of metal, preferably aluminum. However, it can also be made of plastic and manufactured by injection molding. The interior may have been created by milling. Additive manufacturing (3D printing) of the housing body 22, 23 is also possible, for example by selective laser sintering (SLS). The electronics include at least one image sensor and one processor, and may have additional components. The printed circuit board 25 is held on the carrier plate 22 by means of screws 26 . However, the attachment can also be designed differently, for example by means of a clamp or snap-in connection. Furthermore, the printed circuit board 25 has the data interface 28 on its rear side in the form of a plug connection, via which the camera module 20 can be plugged into a data line 29 . The data line 29 also supplies the camera module 20 with power. It is a coaxial line, but can also be designed differently. The data is transmitted in serial form.
Der Gehäusekörper 22, 23, genauer gesagt dessen Trägerplatte 22 besitzt eine langgestreckte rechteckige Grundform konstanter Höhe und mit einer Breite, die dem Zweifachen der Basiseinheit B entspricht. Die Längsenden der Trägerplatte 22 sind oberseitig gefast. Der Rahmen 23 ist von den Längsenden zurückgesetzt, so dass die Trägerplatte 22 den Rahmen 23 unter Bildung von Montageflügeln 24 überragt. Die Unterseite der Montageflügel 24 bildet eine Montagefläche, die zur Anlage auf dem Trägerprofil 31 gelangt. In den Montageflügeln 24 sind Bohrungen zur Aufnahme von Schrauben oder Stiften 27 vorgesehen, um das Kameramodul 20 auf dem Trägerprofil 31 zu befestigen. The housing body 22, 23, more precisely its support plate 22, has an elongated rectangular basic shape of constant height and with a width which corresponds to twice the base unit B. The longitudinal ends of the support plate 22 are chamfered on the upper side. The frame 23 is set back from the longitudinal ends, so that the support plate 22 protrudes beyond the frame 23 with the formation of mounting wings 24 . The underside of the mounting wings 24 forms a mounting surface that comes to rest on the carrier profile 31 . Bores for accommodating screws or pins 27 are provided in the mounting wings 24 in order to fasten the camera module 20 on the carrier profile 31 .
Infolge der Rechteckform liegen die Längsseiten der Trägerplatte 22 parallel. Sie sind außerdem eben und liegen senkrecht zur Montagefläche, so dass mehrere Kameramodule 20 bündig aneinandergereiht werden können. Due to the rectangular shape, the long sides of the support plate 22 are parallel. They are also flat and are perpendicular to the mounting surface, so that several camera modules 20 can be lined up flush.
Erfindungsgemäß besitzen alle Bestückungsmodule eine identische Grundform, so dass sie prinzipiell gegeneinander austauschbar sind, wobei allerdings die Breite variieren kann. Im Falle der Distanzplatten kann die Breite sogar gleich oder größer ihrer Länge sein, siehe Figur 14. Die Bestückungsmodule besitzen somit eine Bauform, die ihre symbiotische Montage auf dem Trägerprofil ermöglicht. According to the invention, all assembly modules have an identical basic shape, so that they can in principle be exchanged for one another, although the width can vary. In the case of the spacer plates, the width can even be the same as or greater than their length, see FIG.
Auf der der Leiterplatte 25 gegenüberliegenden Vorderseite der Trägerplatte 22 ist ein Objektiv 21 angeordnet, das von dieser Vorderseite vorsteht. Das Objektiv 21 ist mit einem Gewinde in eine Gewindebohrung der Trägerplatte 22 eingeschraubt. Die Gewindebohrung liegt über dem Bildsensor, so dass das Objektiv mit dem Bildsensor fluchtet. Bezogen auf die Längserstreckung und die Breite ist das Objektiv 21 mittig auf der Trägerplatte 22 angeordnet. Allerdings sind beliebige außermittige Anordnungen möglich. Ferner kann die Trägerplatte in einer Ausführungsvariante eine zu einem Längsende ansteigende Höhe aufweisen, so dass das Objektiv 21 gegenüber der Montagefläche gekippt angeordnet ist. In einer gemeinsamen Anordnung mit einem Beleuchtungsmodul 41 kann auf diese Weise ein Winkel zwischen der optischen Achse des Kameramoduls 20 und der Lichtemissionsrichtung des Beleuchtungsmoduls 40 realisiert werden, um eine Lasertriangulation durchzuführen. A lens 21 is arranged on the front side of the carrier plate 22 opposite the printed circuit board 25 and protrudes from this front side. The lens 21 is screwed into a threaded hole in the support plate 22 with a thread. the Threaded hole overlies image sensor so lens aligns with image sensor. The lens 21 is arranged centrally on the carrier plate 22 in relation to the longitudinal extent and the width. However, any eccentric arrangements are possible. Furthermore, in one embodiment variant, the support plate can have a height that increases towards one longitudinal end, so that the lens 21 is arranged tilted relative to the mounting surface. In a joint arrangement with an illumination module 41, an angle can be realized in this way between the optical axis of the camera module 20 and the light emission direction of the illumination module 40 in order to carry out laser triangulation.
Figur 9 zeigt ein erfindungsgemäßes Trägerprofil 31 im Querschnitt bzw. in unabgedeckter Seitenansicht mit einem auf dem Trägerprofil 31 montierten Kameramodul 20 gemäß der Figuren 7 und 8. Der Querschnitt ist hier beispielhaft quadratisch, er kann jedoch auch rechteckig oder beliebig anders sein. Das Trägerprofil 31 ist ein modifiziertes Hohlprofil oder Konstruktionsprofil aus Metall, insbesondere Aluminium, wie es üblicherweise im industriellen Anlagen- und Sondermaschinenbau eingesetzt wird. Es besteht aus einer Stützstruktur 32 mit zahlreichen Kammern 33 und einem zentralen Hohlraum 34, die sich entlang der Längsachse 39 über die gesamte axiale Länge des Profils 31 erstrecken. Der zentrale Hohlraum 34 wird als Kabelkanal für die Datenleitungen 29 zu den Kameramodulen 20 und gegebenenfalls weiteren elektrischen Leitungen zu anderen Bestückungsmodulen verwendet, die somit geschützt in dem Trägerprofil 31 einliegen. Bezogen auf eine Mittelebene, die sich auch durch das Kameramodul 20 erstreckt, ist das Trägerprofil spiegelsymmetrisch. FIG. 9 shows a carrier profile 31 according to the invention in cross section or in an uncovered side view with a camera module 20 mounted on the carrier profile 31 according to FIGS. 7 and 8. The cross section is square here, for example, but it can also be rectangular or any other. The carrier profile 31 is a modified hollow profile or construction profile made of metal, in particular aluminum, as is commonly used in industrial plant and special machine construction. It consists of a support structure 32 with numerous chambers 33 and a central cavity 34 which extend along the longitudinal axis 39 over the entire axial length of the profile 31. The central cavity 34 is used as a cable duct for the data lines 29 to the camera modules 20 and, if necessary, further electrical lines to other assembly modules, which are thus protected in the carrier profile 31 . The carrier profile is mirror-symmetrical in relation to a center plane, which also extends through the camera module 20 .
Das Trägerprofil 31 besitzt an drei seiner Seiten jeweils zwei parallele Längsnuten 35 zur Aufnahme von Nutensteinen bzw. zur Befestigung weiterer Komponenten an dem Trägerprofil 31 oder zur Befestigung des Trägerprofils 31 selbst. Eine der Seiten des Trägerprofils 31 weist eine Längsnut 36 zur Aufnahme der Bestückungsmodule 20, 40, bzw. der Kamera- oder Beleuchtungsmodule auf. Der Gehäusekörper 22, 23 eines Kameramoduls erstreckt sich teilweise in diese Längsnut 36 in der Art einer Nut-Feder Verbindung hinein. Somit kann jedes Bestückungsmodul 20, 41 auf das Trägerprofil 31 verkantungsfrei aufgesetzt werden und ist nur in eine Richtung längs der Hohlprofilachse 39 beweglich. Genauer gesagt, liegt der Rahmen 23 des Gehäusekörpers 22, 23 in der Längsnut 36 ein, wobei die Montageflächen der Montageflügel 24 außen auf dem Trägerprofil 31 aufliegen. The carrier profile 31 has two parallel longitudinal grooves 35 on each of three of its sides for accommodating sliding blocks or for fastening further components to the carrier profile 31 or for fastening the carrier profile 31 itself. One of the sides of the carrier profile 31 has a longitudinal groove 36 for accommodating the assembly modules 20 , 40, or the camera or lighting modules. The housing body 22, 23 of a camera module extends partially into this longitudinal groove 36 in the manner of a tongue and groove connection. Thus, each assembly module 20, 41 can be placed on the carrier profile 31 without tilting and is only lengthwise in one direction the hollow profile axis 39 movable. To put it more precisely, the frame 23 of the housing body 22, 23 lies in the longitudinal groove 36, with the mounting surfaces of the mounting wings 24 resting on the carrier profile 31 on the outside.
Der Nutboden 38 erhebt sich in einem mittleren Bereich zum Kameramodul 20, so dass er jenseits dieser Erhebung tiefer ist, um ausreichend Platz für die Halteschrauben 26 der Leiterplatte 25 zu gewährleisten. Über eine Wärmebücke 37 besteht eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem Kameramodul 20 und dem Trägerprofil 31, insbesondere zwischen der Leiterplatte 25 und dem erhabenen Nutboden 38. The groove bottom 38 rises in a middle area to the camera module 20 so that it is deeper beyond this elevation in order to ensure sufficient space for the retaining screws 26 of the printed circuit board 25 . A thermal bridge 37 provides a thermally conductive connection between the camera module 20 and the carrier profile 31, in particular between the printed circuit board 25 and the raised groove base 38.
Figur 10 zeigt ein erfindungsgemäßes Multikamerasystem 30 mit einem Trägerprofil 31 gemäß Figur 9, das in einem Abschnitt A vollbestückt ist mit zwölf baulich identischen Kameramodulen 20 gemäß Figuren 7 und 8. Die Kameramodulen 20 liegen bündig aneinander an und bilden somit eine lückenlose Reihe. Das Entfernen eines Kameramoduls 20 im Reparaturfall ist jederzeit möglich ohne die Anordnung zueinander zu verändern. Die Kameramodule 20 können auch bezüglich ihrer Bildsensoren identisch sein. Alternativ kann ein Teil der Kameramodule 20 einen Zeilen-Bildsensor und der übrige Teil einen Matrix-Bildsensor enthalten. In einer anderen Ausführungsvariante ist es möglich, dass sich die Bildsensoren hinsichtlich der Pixelauflösung unterscheiden. 10 shows a multi-camera system 30 according to the invention with a carrier profile 31 according to FIG. 9, which is fully equipped in section A with twelve structurally identical camera modules 20 according to FIGS. A camera module 20 can be removed at any time in the event of repairs without changing the arrangement relative to one another. The camera modules 20 can also be identical with regard to their image sensors. Alternatively, some of the camera modules 20 can contain a line image sensor and the remaining part can contain a matrix image sensor. In another embodiment, it is possible for the image sensors to differ in terms of pixel resolution.
Figuren 11, 12 und 13 zeigen alternative Bestückungsvarianten, bei denen Kameramodule 20, 20a, 20b auf dem Trägerprofil (31)angeordnet sind. Das Trägerprofil 31 selbst kann eine beliebige Länge aufweisen, insbesondere einen Kamerabalken bilden, wie er im einleitenden Teil bezüglich des Standes der Technik genannt wurde. Figuren 11 und 12 zeigen teilbestückte, Figuren 13 und 14 vollbestückte Trägerprofile 31. In Figur 11 sind mehrere Kameramodule 20 äquidistant zueinander angeordnet. In Figur 12 liegen jeweils nur drei Kameramodule 20 an den Längsenden bündig nebeneinander. Weitere Kameramodule 20 sind nicht vorhanden. Figur 13 zeigt ein vollbestücktes Trägerprofil 31 , auf dem abwechselnd ein Kameramodul 20 mit geringerer und ein Kameramodul 20a mit höherer Auflösung angeordnet sind. Das Kameramodul 20a mit höherer Auflösung ist beispielsweise eine 5x5 (25)-Megapixel-Lichtbildkamera. Es hat eine Breite, die dem Vierfachen der Basiseinheit B und somit der doppelten Breite des Kameramoduls 20 mit geringerer Auflösung entspricht. FIGS. 11, 12 and 13 show alternative assembly variants in which camera modules 20, 20a, 20b are arranged on the carrier profile (31). The carrier profile 31 itself can have any length, in particular form a camera bar, as was mentioned in the introductory part with regard to the prior art. FIGS. 11 and 12 show partially equipped carrier profiles 31, while FIGS. 13 and 14 show fully equipped carrier profiles 31. In FIG. 11, several camera modules 20 are arranged equidistantly from one another. In FIG. 12, only three camera modules 20 are flush next to one another at the longitudinal ends. Further camera modules 20 are not available. FIG. 13 shows a fully equipped carrier profile 31 on which a camera module 20 with a lower resolution and a camera module 20a with a higher resolution are arranged alternately. The higher resolution camera module 20a is, for example, a 5x5 (25) megapixel still camera. It has a width four times that of Base unit B and thus corresponds to twice the width of the camera module 20 with lower resolution.
Ähnlich zu Figur 12 sind in Figur 14 nur Kameramodule 20 an den Längsenden bündig nebeneinander angeordnet, und zwar jeweils vier Kameramodule 20, 20b. Ferner unterscheiden sich diese Kameramodule 20, 20b derart, dass eine Wärmebildkamera 20b neben einer Lichtbildkamera 20 angeordnet ist. Zwischen den Vierer-Anordnungen an den Längsenden liegen zwei Distanzplatten 40d. Die Breite der Distanzplatten 40d entspricht hier dem Zehnfachen der Basiseinheit B, was der fünffachen Breite eines Kameramoduls 20, 20b entspricht. Die Distanzplatten 40d dienen einerseits dem Verschließen der Längsnut 36, so dass keine Fremdkörper seitlich an oder hinter die Kameramodule 20 gelangen können. Andererseits dienen die Distanzplatten 40 auch hier der genauen Positionierung der Kameramodule 20, 20b längs der und quer zur Trägerprofilachse 39. Similar to FIG. 12, in FIG. 14 only camera modules 20 are arranged flush next to one another at the longitudinal ends, specifically four camera modules 20, 20b in each case. Furthermore, these camera modules 20, 20b differ in that a thermal imaging camera 20b is arranged next to a photographic camera 20. There are two spacer plates 40d between the four-part arrangements at the longitudinal ends. The width of the spacer plates 40d corresponds here to ten times the base unit B, which corresponds to five times the width of a camera module 20, 20b. The spacer plates 40d are used on the one hand to close the longitudinal groove 36 so that no foreign bodies can get to the side of or behind the camera modules 20. On the other hand, the spacer plates 40 are also used here for the precise positioning of the camera modules 20, 20b along and transversely to the carrier profile axis 39.
Obgleich Figuren 11, 12 und 14 jeweils ein Multikamerasystem 30 mit einer zur Trägerprofilmitte symmetrischen Bestückung des Trägerprofils 31 zeigen, kann in anderen Ausführungsvarianten auch eine unsymmetrische Bestückung möglich und gewünscht sein. Although FIGS. 11, 12 and 14 each show a multi-camera system 30 with an assembly of the carrier profile 31 that is symmetrical to the center of the carrier profile, an asymmetrical assembly can also be possible and desired in other embodiment variants.
Vor allem bei großen Abständen zwischen Bestückungsmodulen bzw. zwischen einem Bestückungsmodul 20, 41 und einem Längsende des Trägerprofils 31 sind die Distanzplatten 40 hilfreich, damit ein Bestückungsmodul nicht versehentlich an eine falsche Position gesetzt wird. Die Distanzplatten 40 sind ebenso wie die anderen Module 20, 41 auf dem Trägerprofil 31 frei verschiebbar. Durch eine oder mehrere Distanzplatten 40 zwischen den Kamera- oder Beleuchtungsmodulen 20, 41 kann jedes dieser Module 20, 41 exakt auf einer der Modulpositionen auf dem Trägerprofil 31 angeordnet werden. The spacer plates 40 are helpful, especially in the case of large distances between assembly modules or between an assembly module 20, 41 and a longitudinal end of the carrier profile 31, so that an assembly module is not accidentally placed in the wrong position. The spacer plates 40, like the other modules 20, 41, can be moved freely on the carrier profile 31. By means of one or more spacer plates 40 between the camera or lighting modules 20, 41, each of these modules 20, 41 can be arranged exactly on one of the module positions on the carrier profile 31.
Die Distanzplatten 40 können unterschiedliche Breiten haben. Rein beispielhaft sind in Figur 15 vier Distanzplatten 40 unterschiedlicher Breite abgebildet, die ein Einfaches oder ganzzahliges Vielfaches der Basiseinheit B ist. Bezogen auf ein Kameramodul 20, welches links neben den Distanzplatten 40 dargestellt ist und hier die doppelte Breite der Basiseinheit B besitzt, entspricht die Distanzplattenbereite einem Einfachen, ganzzahligen oder halbzahligen Vielfachen der Kameramodulbreite. So hat eine erste Distanzplatte 40a die halbe Breite B des Kameramoduls 20. Eine zweite Distanzplatte 40b hat die Breite 2B des Kameramoduls 20. Eine dritte Distanzplatte 40c hat die 2,5-fache und eine vierte Distanzplatte hat die 5-fache Breite des Kameramoduls 20. Beispielsweise beträgt die Kameramodulbreite 2cm, so dass die Breite der Kameramodule 1, 2, 5 und 10cm beträgt. In Figur 14 sind zwei 10cm Distanzplatten 40d verbaut. The spacer plates 40 can have different widths. Purely as an example, four spacer plates 40 of different widths are shown in FIG. In relation to a camera module 20, which is shown to the left of the spacer plates 40 and here has twice the width of the base unit B, the spacer plate width corresponds a simple, integer or half-integer multiple of the camera module width. A first spacer plate 40a has half the width B of the camera module 20. A second spacer plate 40b has the width 2B of the camera module 20. A third spacer plate 40c has 2.5 times and a fourth spacer plate has 5 times the width of the camera module 20 For example, the camera module width is 2cm, so the width of the camera modules is 1, 2, 5 and 10cm. In Figure 14, two 10cm spacer plates 40d are installed.
Figuren 16 und 17 zeigen weitere Bestückungsvarianten erfindungsgemäßer Multikamerasysteme 30. Diese unterscheiden sich von den vorherigen darin, dass zusätzlich zu den Kameramodulen 20, Beleuchtungsmodule 41 auf dem Trägerprofil 31 angeordnet sind. Ein Beleuchtungsmodul 41 besitzt eine Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode (LED) oder eines Lasers, vorzugsweise eines Punkt- oder Linienlasers. Die Lichtquelle ist hier bezogen auf die Längserstreckung der Trägerplatte mittig angeordnet. FIGS. 16 and 17 show further configuration variants of multi-camera systems 30 according to the invention. These differ from the previous ones in that lighting modules 41 are arranged on the carrier profile 31 in addition to the camera modules 20 . An illumination module 41 has a light source in the form of a light-emitting diode (LED) or a laser, preferably a point or line laser. The light source is arranged here in the center in relation to the longitudinal extent of the carrier plate.
In beiden Varianten ist das Trägerprofil 31 vollbestückt, d. h. an jeder Modulposition befindet sich ein Bestückungsmodul 20, 4041, wobei in der Variante 16 zusätzlich Distanzplatten 40 verbaut sind. In der Variante gemäß Figur 15 folgt auf je drei Kameramodule 20 je ein Beleuchtungsmodul 41 , so dass jedes Beleuchtungsmodul 41 zu beiden Seiten je ein benachbartes Kameramodul 20 hat.In both variants, the carrier profile 31 is fully equipped, i. H. There is an assembly module 20, 4041 at each module position, with additional spacer plates 40 being installed in variant 16. In the variant according to FIG. 15, three camera modules 20 are each followed by a lighting module 41, so that each lighting module 41 has an adjacent camera module 20 on both sides.
In der Variante gemäß Figur 16 sind an den Längsenden ganz außen je ein Kameramodul 20 und daneben benachbart je ein Beleuchtungsmodul 41 angeordnet. Zwischen den Längsenden sind jeweils Gruppen aus drei Bestückungsmodulen beabstandet zueinander angeordnet, wobei jede Gruppe aus zwei Kameramodulen 20 und einem zwischen diesen liegenden Beleuchtungsmodul 41 besteht. Die Distanzplatten 40 überbrücken die Abstände zwischen den Gruppen sowie zwischen einer Gruppe und dem am Längsende angeordneten Beleuchtungsmodul. In the variant according to FIG. 16, a camera module 20 is arranged on the outermost longitudinal ends and a lighting module 41 is arranged adjacent to it. Groups of three assembly modules are arranged at a distance from one another between the longitudinal ends, with each group consisting of two camera modules 20 and a lighting module 41 lying between them. The spacer plates 40 bridge the distances between the groups and between a group and the lighting module arranged at the longitudinal end.
In den beiden Varianten gemäß den Figuren 16 und 17 sind den einzelnen Modulpositionen Positionsnummern 18 von 1 bis 23 zugeordnet. Diese sind hier beispielhaft derart angeordnet, beispielsweise aufgedruckt oder eingraviert, dass sie bei montiertem Bestückungsmodul 20, 40, 41 sichtbar bleiben, so dass man sich der Position des entsprechenden Bestückungsmoduls jederzeit vergewissern kann. Die Positionsnummern 18 können einerseits bei der zielpositionsgerichteten Bestückung des Trägerprofils 31 nach Anweisung dienen, indem die Zielposition eines Bestückungsmoduls 20, 40, 41 durch die entsprechende Positionsnummer 18 angesprochen wird (z.B. Kameramodul mit Matrixsensor auf Position 18). Des Weiteren kann die Angabe der Positionsnummer 18 bei der softwareseitigen Einrichtung des Multikamerasystems 30 zweckdienlich sein, da die Software durch die Angabe der Positionsnummer 18 für ein Bestückungsmodul 20, 40, 41 dessen Position bezogen auf die Längserstreckung 39 des Trägerprofils 31 kennt. In the two variants according to FIGS. 16 and 17, position numbers 18 from 1 to 23 are assigned to the individual module positions. These are arranged here by way of example, for example printed or engraved, that they remain visible when the assembly module 20, 40, 41 is mounted, so that one can look at the position of the corresponding placement module can be assured at any time. The position numbers 18 can be used on the one hand for the target position-oriented assembly of the carrier profile 31 according to instructions, in that the target position of an assembly module 20, 40, 41 is addressed by the corresponding position number 18 (e.g. camera module with matrix sensor at position 18). Furthermore, specifying the position number 18 can be useful when setting up the multi-camera system 30 by software, since the software knows the position of an assembly module 20, 40, 41 in relation to the longitudinal extent 39 of the carrier profile 31 by specifying the position number 18.
In der Ausführungsvariante nach Figur 18 kann ein Bestückungsmodul 20, 40, 41 an jeder Modulposition eine Rastverbindung mit dem Trägerprofil 31 eingehen, um an der definierten Modulposition einzurasten. Aus dieser Position kann das Modul 20,In the embodiment variant according to FIG. 18, an assembly module 20, 40, 41 can engage in a latching connection with the carrier profile 31 at each module position in order to latch in at the defined module position. From this position, the module 20,
40, 41 dann nur durch Überwindung einer entsprechenden Kraft längs zum Trägerprofil 31 verschoben werden. Eine solche Rastverbindung ist hier gebildet durch eine Kavität 19 im Nutboden 38, an jeder Modulposition des Trägerprofils 31 in Form einer Vertiefung oder Sackbohrung und einem federnd gelagerten Rastmittel, z.B. einer Kugel, auf der Seite des jeweiligen Bestückungsmoduls 20, 40, 41. Die Kavitäten 19 sind äquidistant beabstandet und bilden gemeinsam eine Reihe. Wird das Bestückungsmodul 20, 40, 41 in der Längsnut 36 längsverschoben, rastet das Rastmittel automatisch an jeder Modulposition in der entsprechenden Kavität 19 ein. Die Kavitäten 19 sorgen somit für die diskrete Modulposition eines Kameramoduls 20 oder Beleuchtungsmoduls 41 auf dem Trägerprofil 31 als Montageort sicherzustellen. 40, 41 can then only be displaced longitudinally to the carrier profile 31 by overcoming a corresponding force. Such a latching connection is formed here by a cavity 19 in the groove base 38 at each module position of the carrier profile 31 in the form of a recess or blind hole and a spring-loaded latching means, e.g. a ball, on the side of the respective assembly module 20, 40, 41. The cavities 19 are equidistantly spaced and together form a row. If the assembly module 20, 40, 41 is displaced longitudinally in the longitudinal groove 36, the latching means automatically engages in the corresponding cavity 19 at each module position. The cavities 19 thus ensure the discrete module position of a camera module 20 or lighting module 41 on the carrier profile 31 as the installation site.
Wie Figur 18 ferner zeigt, sind im Nutboden 38 Öffnungen 42 in Form von Langlöchern äquidistant beabstandet zueinander eingebracht, welche eine Verbindung zum Hohlraum 34 bereitstellen und als Kabeldurchführung 42 für die jeweilige Daten- bzw. Koaxialleitung 29 dienen. Wie zudem Figur 20 erkennen lässt, besitzt das Trägerprofil 31 eine weitere, innere Kabeldurchführung 42a, die mit der äußeren Kabeldurchführung 42 fluchtet. As FIG. 18 also shows, openings 42 in the form of oblong holes are made equidistant from one another in the groove base 38 and provide a connection to the cavity 34 and serve as a cable bushing 42 for the respective data or coaxial line 29 . As can also be seen from FIG. 20, the carrier profile 31 has a further, inner cable bushing 42a, which is aligned with the outer cable bushing 42.
Die Modulpositionen für die Bestückungsmodule 20, 40, 41 werden in der Ausführungsvariante nach Figur 18 zusätzlich optisch durch Markierungen 17 auf dem Trägerprofil 31 gekennzeichnet, die in regelmäßigen Abständen vorhanden sind, wobei der Abstand zwischen zwei Markierungen 17 die Basiseinheit B definiert. Die Breite B der hier verwendeten Bestückungsmodule 20 entspricht der doppelten Basiseinheit. Die Markierungen 17 haben die Form von Strichen und sind durch Schlitze oder Kerben im Trägerprofil 31 gebildet. Ihr Abstand beträgt hier beispielhaft 1cm. In the embodiment variant according to FIG. 18, the module positions for the assembly modules 20, 40, 41 are additionally identified visually by markings 17 on the carrier profile 31, which are present at regular intervals are where the distance between two marks 17 defines the base unit B. The width B of the assembly modules 20 used here corresponds to twice the base unit. The markings 17 are in the form of lines and are formed by slots or notches in the carrier profile 31 . Their distance is 1cm here, for example.
Zusätzlich trägt jedes Kameramodul 20 eine Markierung 43 in Form eines Schlitzes oder Kerbe mittig seiner gefasten Stirnseite 46. Eine genaue Positionierung ist dadurch möglich, dass ein Kameramodul 20 mittig zwischen zwei Markierungen des Trägerprofils 31 angeordnet und an diesen ausgerichtet wird oder dass die Markierung 43 des Kameramodul 20 in einer Flucht mit einer Markierung 17 des Trägerprofils 31 ausgerichtet wird. In addition, each camera module 20 has a marking 43 in the form of a slot or notch in the middle of its chamfered end face 46. Precise positioning is possible by arranging a camera module 20 in the middle between two markings on the carrier profile 31 and aligning them with them, or by marking 43 on the Camera module 20 is aligned in alignment with a marking 17 of the carrier profile 31.
Schließlich trägt das Trägerprofil 31 Positionsnummern 18, die jeweils einer Modulposition zugeordnet sind und aufgedruckt oder eingraviert sein können. Finally, the carrier profile carries 31 position numbers 18, which are each assigned to a module position and can be printed or engraved.
Figuren 19 bis 21 zeigen das Trägerprofil 31 gemäß Figur 18 in der Bestückungsvariante gemäß Figur 11, wobei in Figur 19 nur der Anfangsabschnitt des Trägerprofils 31 , in Figur 20 der Querschnitt mittig der ersten diskreten Modulposition 01 entlang der Schnittlinie B-B in Figur 19 und in Figur 21 eine Vergrößerung des an dieser ersten Modulposition 01 montierten Kameramoduls 20 dargestellt ist. Wie Figur 20 zeigt, ist die Kavität 19 eine Vertiefung im Nutboden 38. Zudem ist in dieser Figur 20 die äußere Kabeldurchführung 42 und die hierzu fluchtende innere Kabeldurchführung 42a zum inneren Flohlraum 34 erkennbar. Figures 19 to 21 show the carrier profile 31 according to Figure 18 in the assembly variant according to Figure 11, in Figure 19 only the beginning section of the carrier profile 31, in Figure 20 the cross section in the middle of the first discrete module position 01 along the section line BB in Figure 19 and in Figure 21 shows an enlargement of the camera module 20 mounted at this first module position 01. As FIG. 20 shows, the cavity 19 is an indentation in the groove base 38. In addition, the outer cable bushing 42 and the inner cable bushing 42a aligned therewith to the inner cavity space 34 can be seen in FIG.
In Figur 19 ist ersichtlich, dass die Markierungen 17 an beiden äußeren Längsseiten des Trägerprofils 31 an bzw. eingebracht sind. Ferner weist auch das Kameramodul 20 an beiden Stirnseiten 46 eine mittige Markierung 43 auf. Der Abstand zweier benachbarter Markierungen 17 entspricht der Basiseinheit B. Und jede Markierung 17 kennzeichnet eine diskrete Modulposition. It can be seen in FIG. 19 that the markings 17 are on or introduced on the two outer longitudinal sides of the carrier profile 31 . Furthermore, the camera module 20 also has a central marking 43 on both end faces 46 . The distance between two adjacent markings 17 corresponds to the base unit B. And each marking 17 indicates a discrete module position.
Figur 20 veranschaulicht eine Befestigungsvariante des Kameramoduls 20 durch Verklemmung mittels Exzentern 44, 45. So weist das Kameramodul 20 einen Exzenterstift 45 und eine Exzenterscheibe 44 auf. Der Exzenterstift 45 hat auf der dem Trägerprofil 31 abgewandten Seite der Trägerplatte 22 einen zugänglichen Kopf. Die Exzenterscheibe 44 ist fest mit dem dem Kopf gegenüberliegenden Ende des Exzenterstifts 45 verbunden und exzentrisch zur Achse des Exzenterstifts 45 angeordnet. Eine Drehung des Exzenterstifts 45 hat dadurch eine Verschwenkung der Exzenterscheibe 45 derart zur Folge, dass die Exzenterscheibe 44 mit fortschreitender Drehung des Exzenterstifts 45 zunehmend vom Gehäusekörper 22, 23 absteht und diesen dadurch an der Innenseite der Längsnut 36 verklemmt. Zur Verbesserung der Klemmwirkung hat die Längsinnenseite der Längsnut 36 einen Rücksprung 47, wobei der Übergang von der Längsinnenseite der Längsnut 36 zu diesem Rücksprung eine Fase bildet. An dieser Fase liegen die beiden Exzenterscheibe 44 im herausgeschwenkten Zustand klemmend an. FIG. 20 illustrates a fastening variant of the camera module 20 by clamping using eccentrics 44, 45. The camera module 20 has an eccentric pin 45 and an eccentric disk 44. The eccentric pin 45 has on the the support profile 31 facing away from the support plate 22 an accessible head. The eccentric disk 44 is firmly connected to the end of the eccentric pin 45 opposite the head and is arranged eccentrically to the axis of the eccentric pin 45 . A rotation of the eccentric pin 45 results in a pivoting of the eccentric disc 45 in such a way that the eccentric disc 44 protrudes increasingly from the housing body 22 , 23 as the rotation of the eccentric pin 45 progresses and thereby clamps it on the inside of the longitudinal groove 36 . To improve the clamping effect, the longitudinal inner side of the longitudinal groove 36 has a recess 47, the transition from the longitudinal inner side of the longitudinal groove 36 to this recess forming a chamfer. The two eccentric disks 44 rest against this bevel in a clamping manner when pivoted out.
Die Exzenterscheiben 44 und Exzenterstifte 45 erfüllen des Weiteren die Aufgabe der Halteschrauben 26 in Figur 9 und halten die Leiterplatte 25 am Gehäusekörper 22, 23. The eccentric discs 44 and eccentric pins 45 also fulfill the task of the retaining screws 26 in Figure 9 and hold the circuit board 25 on the housing body 22, 23.
Figur 20 veranschaulicht außerdem, dass sich das Objektiv 21 durch die Trägerplatte 22 hindurch erstreckt und bis an den Bildsensor 6b ragt. Hierzu besitzt das Objektiv 21 ein Außengewinde und ist in die Trägerplatte 22 eingeschraubt. FIG. 20 also shows that the lens 21 extends through the carrier plate 22 and projects as far as the image sensor 6b. For this purpose, the lens 21 has an external thread and is screwed into the carrier plate 22 .
Wie anhand von Figur 21 ersichtlich ist, befindet sich das in Figur 20 geschnittene Kameramodul 20 an der Modulposition mit der Nummer 01. Diese Positionsnummer 18 ist an einer Längsseite des Trägerprofils 31 unterhalb der Modulposition, insbesondere unterhalb der dieser Modulposition zugeordnete Markierung angeordnet. Außerdem zeigt Figur 21 in vergrößerter Darstellung die exakte Positionierung des Kameramoduls 20 durch fluchtende Ausrichtung der Markierung 43 am Kameramodul 20 mit der korrespondierenden Markierung 17 am Trägerprofil 31. As can be seen from FIG. 21, the camera module 20 cut in FIG. 20 is located at the module position with the number 01. This position number 18 is arranged on a longitudinal side of the carrier profile 31 below the module position, in particular below the marking assigned to this module position. In addition, Figure 21 shows an enlarged representation of the exact positioning of the camera module 20 by aligning the marking 43 on the camera module 20 with the corresponding marking 17 on the carrier profile 31.
In den Figuren 22 und 23 ist eine Ausführungsvariante eines vollbestückten Trägerprofils 31 dargestellt, bei dem auf jeder 1+n-12-ten Modulposition (n = 0, 1, 2, ...) ein Kameramodul 20 angeordnet ist, wobei zwischen zwei benachbarten Kameramodulen 20 eine Distanzplatte 40d liegt. Somit ist das Trägerprofil 31 abwechselnd mit einem Kameramodul 20 und einer Distanzplatte 40d bestückt. Das Kameramodul liegt an der ersten, der 13-ten, 25-ten usw. Modulposition. Analog zu Figur 21 zeigt Figur 23 eine vergrößerte Ansicht des Kameramoduls 20 an der Modulposition 01. Der Unterschied zu Figur 21 besteht lediglich darin, dass eine Distanzplatte 40d bündig an diesem Kameramodul 20 anliegt. Außerdem ist die Distanzplatte 40d quer zur Längsachse 39 des Trägerprofils 31 versatzfrei an dem ersten Kameramodul 20 ausgerichtet, so dass die Stirnseite 46 der Distanzplatte 40d und die Stirnseite 46 des Kameramoduls miteinander fluchten. In the figures 22 and 23 an embodiment variant of a fully equipped carrier profile 31 is shown in which on every 1 + n-12th module position (n = 0, 1, 2, ...) a camera module 20 is arranged, with between two adjacent Camera modules 20 is a spacer plate 40d. Thus, the carrier profile 31 is equipped alternately with a camera module 20 and a spacer plate 40d. The Camera module is at the 1st, 13th, 25th, etc. module position. Analogous to FIG. 21, FIG. 23 shows an enlarged view of the camera module 20 at the module position 01. The only difference from FIG. In addition, the spacer plate 40d is aligned on the first camera module 20 without offset transversely to the longitudinal axis 39 of the carrier profile 31, so that the end face 46 of the spacer plate 40d and the end face 46 of the camera module are aligned with one another.
Figur 24 zeigt eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Distanzplatte 40d, wie sie in Figuren 22 und 23 auf dem Trägerprofil 31 angeordnet ist. Figur 25 zeigt deren Seitenansicht. Figur 24 verdeutlicht, dass auch die Distanzplatte 40d an ihrer Stirnseite 46 eine Markierung 43 hat, die für eine exakte Positionierung längs der Profilachse 39 mit einer entsprechenden Markierung 17 am Trägerprofil 31 in fluchtende Übereinstimmung zu bringen ist. Allerdings besitzt die Distanzplatte 40d in Figuren 22 und 23 bereits aufgrund der bündigen Anlage an dem ersten Kameramodul 20 seine exakte Positionierung, so dass die Markierungen 43, 17 automatisch fluchten. FIG. 24 shows a perspective view of a single spacer plate 40d, as arranged on the carrier profile 31 in FIGS. 22 and 23. Figure 25 shows its side view. FIG. 24 makes it clear that the spacer plate 40d also has a marking 43 on its end face 46, which must be aligned with a corresponding marking 17 on the carrier profile 31 for exact positioning along the profile axis 39. However, the spacer plate 40d in FIGS. 22 and 23 already has its exact positioning due to the flush contact with the first camera module 20, so that the markings 43, 17 are automatically aligned.
Anhand von Figur 25 wird deutlich, dass auch die Distanzplatten 40 in identischer Weise zum Kameramodul 20 in Figur 20 mit Hilfe von Exzentern 44, 45 klemmend befestigt werden können. Es wird deshalb auf die Erläuterungen zu Figur 20 verwiesen. Auch die Beleuchtungsmodule 41 können diese Befestigungsart aufweisen. FIG. 25 makes it clear that the spacer plates 40 can also be clamped in an identical manner to the camera module 20 in FIG. 20 with the aid of eccentrics 44, 45. Reference is therefore made to the explanations for FIG. The lighting modules 41 can also have this type of attachment.
Zusammengefasst stellt sich Erfindung somit darin dar, dass durch die besondere Bauform der Kameramodule 20 Bildsensoren 6a, 6b und Beleuchtungsmodule 41 in definiertem Abstand zueinander auf einem Trägerprofil 31 montiert und wieder demontiert werden können. Ein so bestücktes Trägerprofil 31 bildet damit einen Kamerabalken. Eine zu den Kameramodulen 20 vergleichbare Bauform wird für die Beleuchtungsmodule 41 verwendet, so dass Kameramodule 20 und Beleuchtungsmodule 41 in definierten Abständen auf demselben Trägerprofil 31 angeordnet werden können. Ferner können auf einem zweiten Trägerprofil 31 ausschließlich Beleuchtungsmodule 41 angeordnet sein, um auf diese Weise einen reinen Licht- bzw. Laserbalken zu bilden, der gemeinsam mit dem Kamerabalken in dem Multikamerasystem 30 verwendet wird. Auch ist ein Mischbetrieb von unterschiedlichen Bildsensorprinzipien bei den Kameramodulen 20, also Zeilen- und Matrixsensoren möglich. In summary, the invention is thus that due to the special design of the camera modules 20, image sensors 6a, 6b and lighting modules 41 can be mounted on a carrier profile 31 at a defined distance from one another and can be dismantled again. A carrier profile 31 equipped in this way thus forms a camera bar. A design that is comparable to the camera modules 20 is used for the lighting modules 41, so that the camera modules 20 and lighting modules 41 can be arranged at defined distances on the same carrier profile 31. Furthermore, only lighting modules 41 can be arranged on a second carrier profile 31 in order to form a pure light or laser bar in this way, which together with the camera bar in the multi-camera system 30 is used. Mixed operation of different image sensor principles in the camera modules 20, ie line and matrix sensors, is also possible.
Die genaue Positionierung der Kamera- und Beleuchtungsmodule 20, 41 auf dem Trägerprofil 31 wird neben ihrer Bauform durch grafische Markierungen 17 wie Striche, Kerben, Maßangaben oder Positionsnummern 18 entlang des Trägerprofils 31 , durch eine Einrastmöglichkeit an jeder Modulposition z. B. in Gestalt von Kavitäten 19 entlang des Trägerprofils 31, in welche die Module 20, 41 an den Modulpositionen einrasten können, und/ oder durch die Verwendung von Distanzplatten 40 definierter Breite (1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 [cm]) unterstützt. The exact positioning of the camera and lighting modules 20, 41 on the carrier profile 31 is in addition to their design by graphic markings 17 such as lines, notches, dimensions or position numbers 18 along the carrier profile 31, by a snap-in option at each module position z. B. in the form of cavities 19 along the carrier profile 31, into which the modules 20, 41 can snap at the module positions, and/or through the use of spacer plates 40 of defined width (1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 [cm]) supported.
Die Erfindung soll einen Anwender in die Lage versetzen, eine große Anzahl von Bildsensoren oder Lichtquellen (inkl. Laser) präzise und reproduzierbar zueinander anzuordnen bzw. aneinanderzufügen, um damit Messaufgaben der industriellen Bildverarbeitung, insbesondere bei der Qualitätskontrolle bandförmiger Materialien oder transportierter Stückgüter, zu lösen. The invention is intended to enable a user to arrange or join together a large number of image sensors or light sources (including lasers) in a precise and reproducible manner in order to solve measuring tasks in industrial image processing, in particular in the quality control of strip-shaped materials or transported piece goods .
Die definierte und vorwiegend äquidistante Aneinanderreihung der bildgebenden Sensoren ist in der Messtechnik von außerordentlicher Bedeutung, weil nur hierdurch mathematische Algorithmen zur Auswertung der Bilddaten angewendet werden können, die eine Position oder geometrische Maßerfassung von Objekten im 2D- oder 3D-Raum ermöglichen (z. B. Bandoberflächeninspektion, Lasertriangulation, Triangulation, stereoskopisches Messen, 3D-Messtechnik usw.). Aber auch in der Fertigung, Montage und Inbetriebnahme von Multikamerasystemen entstehen durch die baukastenartige Architektur der Komponenten des erfindungsgemäßen Multikamerasystems technische und wirtschaftliche Vorteile, da durch das Verfahren nahezu beliebig viele Bildsensoren gegebenenfalls sogar mit unterschiedlichen Wirkprinzipien schnell zu einem System zusammengebaut werden können. Durch diese neuartige Anordnung von Kameramodulen und gegebenenfalls Beleuchtungsmodulen wird ein Messsystem geschaffen, das modular skalierbar ist und schnell kalibriert werden kann. Ferner können die Zeit zur Inbetriebnahme oder von Serviceeinsätzen verkürzt werden sowie Stillstandzeiten von Produktionsanlagen verringert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehende Beschreibung lediglich beispielhaft zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben ist und den Schutzbereich der Erfindung keineswegs einschränkt. Merkmale der Erfindung, die als „kann“, „beispielhaft“, „bevorzugt“, „optional“, „ideal“, „vorteilhaft“, „gegebenenfalls“ oder „geeignet“ angegeben sind, sind als rein fakultativ zu betrachten und schränken ebenfalls den Schutzbereich nicht ein, welcher ausschließlich durch die Ansprüche festgelegt ist. Soweit in der vorstehenden Beschreibung Elemente, Komponenten, Verfahrensschritte, Werte oder Informationen genannt sind, die bekannte, naheliegende oder vorhersehbare Äquivalente besitzen, werden diese Äquivalente von der Erfindung mit umfasst. Ebenso schließt die Erfindung jegliche Änderungen, Abwandlungen oder Modifikationen von Ausführungsbeispielen ein, die den Austausch, die Hinzunahme, die Änderung oder das Weglassen von Elementen, Komponenten, Verfahrensschritte, Werten oder Informationen zum Gegenstand haben, solange der erfindungsgemäße Grundgedanke erhalten bleibt, ungeachtet dessen, ob die Änderung, Abwandlung oder Modifikationen zu einer Verbesserung oder Verschlechterung einer Ausführungsform führt. The defined and predominantly equidistant arrangement of the imaging sensors is of exceptional importance in metrology, because only in this way can mathematical algorithms be used to evaluate the image data, which enable a position or geometric measurement of objects in 2D or 3D space (e.g Strip surface inspection, laser triangulation, triangulation, stereoscopic measurement, 3D metrology, etc.). However, the modular architecture of the components of the multi-camera system according to the invention also results in technical and economic advantages in the manufacture, assembly and commissioning of multi-camera systems, since the method can be used to quickly assemble almost any number of image sensors, possibly even with different operating principles, to form a system. This novel arrangement of camera modules and, if necessary, lighting modules creates a measuring system that is modularly scalable and can be calibrated quickly. Furthermore, the time for commissioning or service calls can be shortened and downtimes of production plants can be reduced. It should be understood that the foregoing description is given by way of example for purposes of illustration and does not limit the scope of the invention in any way. Features of the invention that are indicated as "may", "exemplary", "preferred", "optional", "ideal", "advantageous", "optional" or "suitable" are to be considered purely optional and also limit the does not include a scope of protection, which is defined solely by the claims. Insofar as elements, components, process steps, values or information are mentioned in the above description which have known, obvious or foreseeable equivalents, these equivalents are also included in the invention. The invention also includes any changes, alterations or modifications of exemplary embodiments which have the exchange, addition, alteration or omission of elements, components, method steps, values or information as their subject matter, as long as the basic idea according to the invention is retained, regardless of whether the change, alteration, or modifications improves or degrades an embodiment.
Obgleich die vorstehende Erfindungsbeschreibung eine Vielzahl körperlicher, unkörperlicher oder verfahrensgegenständlicher Merkmale in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) nennt, so können diese Merkmale auch isoliert von dem konkreten Ausführungsbeispiel verwendet werden, jedenfalls soweit sie nicht das zwingende Vorhandensein weiterer Merkmale erfordern. Umgekehrt können diese in Bezug zu einem oder mehreren konkreten Ausführungsbeispiel(en) genannten Merkmale beliebig miteinander sowie mit weiteren offenbarten oder nicht offenbarten Merkmalen von gezeigten oder nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kombiniert werden, jedenfalls soweit sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen oder zu technischen Unvereinbarkeiten führen. Bezugszeichenliste Although the above description of the invention mentions a large number of physical, non-physical or procedural features in relation to one or more specific exemplary embodiments, these features can also be used in isolation from the specific exemplary embodiment, at least insofar as they do not necessarily require the presence of further features. Conversely, these features mentioned in relation to one or more specific exemplary embodiment(s) can be combined as desired with one another and with other disclosed or undisclosed features of exemplary embodiments shown or not shown, at least insofar as the features are not mutually exclusive or lead to technical incompatibilities. Reference List
I Kamerasystem der industriellen Bildverarbeitung (IBV) 2a Objekt, Zahnrad I Camera system for industrial image processing (IMP) 2a Object, gear wheel
2b Objekt, Band 2b object, band
3 Kamera 3 camera
3a Zeilenkamera 3b Matrixkamera 3a line camera 3b matrix camera
4 Datenleitung 4 data line
5 Auswerterechner 6a Zeilen-Bildsensor 6b Matrix-Bildsensor 5 evaluation computer 6a line image sensor 6b matrix image sensor
7 Optische Achse der Kamera 7 Optical axis of the camera
8 Lichtquelle, Laser 8 light source, laser
9 Lichtstrahl 9 light beam
10 Bezugsebene 10 reference plane
I I Bildebene I I image plane
12 Kamerabalken 12 camera bars
13 Lichtbalken, Laserbalken 13 light bars, laser bars
14 Fehlstellen, Defekt 14 defects, defect
15 Serielle Schnittstelle 15 Serial interface
16 Laserlinie 16 laser line
17 Strichmarkierung 17 tick mark
18 Positionsnummer 18 position number
19 Kavität einer Rastverbindung 19 cavity of a snap-in connection
20 Kameramodul 20 camera module
20a Lichtbildkameramodul 20b Wärmebildkameramodul 20a photographic camera module 20b thermal camera module
21 Objektiv 21 lens
22 Trägerplatte 22 carrier plate
23 Rahmen 23 frames
24 Montageflügel 24 mounting wings
25 Leiterplatte 25 circuit board
26 Halteschraube für Leiterplatte Befestigungsschraube für Kameramodul Datenschnittstelle Datenleitung, Koaxialleitung Multikamerasystem Trägerprofil Stützstruktur Kammern Zentraler Hohlraum Längsnut für Nutensteine Längsnut für Bestückungsmodule Wärmebrücke Nutboden Längsachse Blindplatte a Blindplatte erster Breite b Blindplatte zweiter Breite c Blindplatte dritter Breite d Blindplatte vierter Breite Beleuchtungsmodul äußere Kabeldurchführung a innere Kabeldurchführung Markierung, Kerbe am Bestückungsmodul Exzenterscheibe Exzenterstift Gefaste Stirnseite eines Bestückungsmoduls Rücksprung 26 Circuit board retaining screw Fastening screw for camera module Data interface Data line, coaxial line Multi-camera system Carrier profile Support structure Chambers Central cavity Longitudinal groove for sliding blocks Longitudinal groove for assembly modules Thermal bridge Groove floor Longitudinal axis Dummy plate a Dummy plate, first width b Dummy plate, second width c Dummy plate, third width d Dummy plate, fourth width Lighting module, outer cable duct a Inner cable duct Marking, notch on the assembly module Eccentric disc Eccentric pin Chamfered front side of an assembly module Recess

Claims

Ansprüche Expectations
1. Modulares Multikamerasystem (30) für die industrielle Bildverarbeitung mit wenigstens einem balkenförmigen Trägerprofil (31) und einer Mehrzahl daran befestigter Bestückungsmodule (20, 40, 41), von denen wenigstens ein Teil Kameramodule (20) mit jeweils einem Bildsensor (6a, 6b) und einem Objektiv (21) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückungsmodule (20, 40, 41) einzeln außen am Trägerprofil (31) an diskreten Modulpositionen abnehmbar angeordnet und bündig aneinanderreihbar sind und eine Breite in Richtung der Längsachse (39) des Trägerprofils (31) aufweisen, die dem Einfachen oder einem Vielfachen einer Basiseinheit (B) entspricht. 1. Modular multi-camera system (30) for industrial image processing with at least one beam-shaped carrier profile (31) and a plurality of assembly modules (20, 40, 41) attached thereto, at least some of which are camera modules (20) each with an image sensor (6a, 6b ) and a lens (21), characterized in that the assembly modules (20, 40, 41) are arranged individually on the outside of the carrier profile (31) in discrete module positions so that they can be removed and are flush and can be lined up next to one another and have a width in the direction of the longitudinal axis (39) of the carrier profile (31) which corresponds to a single or a multiple of a basic unit (B).
2. Multikamerasystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bestückungsmodul (20, 40, 41) eine Distanzplatte (40) ist, an der ein anderes Bestückungsmodul (20, 40, 41) bündig anliegt und insbesondere quer zur Längsachse (39) des Trägerprofils (31) ausgerichtet ist, um die Modulposition einzunehmen. 2. Multi-camera system (1) according to claim 1, characterized in that at least one assembly module (20, 40, 41) is a spacer plate (40) against which another assembly module (20, 40, 41) rests flush and in particular transversely to the longitudinal axis (39) of the carrier profile (31) is aligned to take the module position.
3. Multikamerasystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerprofil (31) und die Bestückungsmodule (20, 40, 41) derart ausgebildet sind, dass ein Bestückungsmodul (20, 40, 41) an jeder Modulposition eine Rastverbindung mit dem Trägerprofil (31) eingehen kann, um die Modulposition einzunehmen. 3. Multi-camera system (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier profile (31) and the assembly modules (20, 40, 41) are designed such that an assembly module (20, 40, 41) has a snap-in connection at each module position can enter with the carrier profile (31) to take the module position.
4. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerprofil (31) die diskreten Modulpositionen vorgebende Markierungen (17, 18, 19) in regelmäßigen Abständen aufweist, wobei der Abstand zwischen zwei Markierungen (17, 18, 19) der Basiseinheit (B) entspricht. 4. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier profile (31) has markings (17, 18, 19) specifying the discrete module positions at regular intervals, the distance between two markings (17, 18, 19 ) corresponds to the base unit (B).
5. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Bestückungsmodule (20, 40, 41) Beleuchtungsmodule (41) sind. 5. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the assembly modules (20, 40, 41) are lighting modules (41).
6. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerprofil (31) eine Längsnut (36) aufweist, in der die Bestückungsmodule (20, 40, 41) zumindest teilweise einliegen und in Richtung der Längsachse (39) des Trägerprofils (31) verschieblich sind. 6. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier profile (31) has a longitudinal groove (36) in which the assembly modules (20, 40, 41) lie at least partially and in the direction of the longitudinal axis (39) of the carrier profile (31) are displaceable.
7. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerprofil (31) ein Hohlprofil, insbesondere ein Konstruktionsprofil ist. 7. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier profile (31) is a hollow profile, in particular a construction profile.
8. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Daten- oder Steuerleitungen (29) zu den Bestückungsmodulen (20, 40, 41) in einem Hohlraum (34) im Inneren des Trägerprofils (31) geführt sind. 8. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that individual data or control lines (29) are routed to the assembly modules (20, 40, 41) in a cavity (34) inside the carrier profile (31).
9. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bestückungsmodul (20, 40, 41) eine rechteckige, insbesondere langgestreckte Grundform mit ebenen parallelen Längsseiten aufweisen. 9. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an assembly module (20, 40, 41) has a rectangular, in particular elongated, basic shape with flat, parallel longitudinal sides.
10. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bestückungsmodul (20, 40, 41) eine Trägerplatte (22) aufweist, mit welcher es an dem Trägerprofil (31) befestigt ist, und dass eine Leiterplatte (25) an der dem Trägerprofil (31) zugewandten Rückseite der Trägerplatte (22) gehalten ist. 10. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an assembly module (20, 40, 41) has a carrier plate (22) with which it is attached to the carrier profile (31), and that a printed circuit board (25 ) is held on the rear side of the carrier plate (22) facing the carrier profile (31).
11. Multikamerasystem (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (22) Teil eines Gehäusekörpers (22, 23) ist, innerhalb dem eine Elektronik angeordnet ist. 11. Multi-camera system (1) according to claim 10, characterized in that the carrier plate (22) is part of a housing body (22, 23) within which electronics are arranged.
12. Multikamerasystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseköper auf seiner zum Trägerprofil (31) gerichteten Rückseite offen ist und die Leiterplatte (25) den Gehäusekörper verschließt. 12. Multi-camera system (1) according to claim 11, characterized in that the housing body is open on its rear side facing the carrier profile (31) and the printed circuit board (25) closes the housing body.
13. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Bestückungsmodule (20, 41) über eine Wärmebrücke (37) mit dem Trägerprofil (31) in wärmeleitender Verbindung stehen. 13. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the assembly modules (20, 41) is in thermally conductive connection with the carrier profile (31) via a thermal bridge (37).
14. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Kameramodule (20) Zeilen-Bildsensoren (6a) oder Matrix-Bildsensoren (6b) haben oder dass ein Teil der Kameramodule (20) Zeilen-Bildsensoren (6a) und ein anderer Teil der Kameramodule (20) Matrix- Bildsensoren (6b) haben. 14. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that all camera modules (20) have line image sensors (6a) or matrix image sensors (6b) or that some of the camera modules (20) have line image sensors (6a) and another part of the camera modules (20) have matrix image sensors (6b).
15. Multikamerasystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Kameramodule (20) ein Wärmebildkameramodul (20b) ist. 15. Multi-camera system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the camera modules (20) is a thermal imaging camera module (20b).
16. Verfahren zum Positionieren von Bestückungsmodulen (20, 40, 41) auf einem balkenförmigen Trägerprofil (31) zur Herstellung eines modularen Multikamerasystems (30) für die industrielle Bildverarbeitung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückungsmodule (20, 40, 41) einzeln außen am Trägerprofil (31) an diskreten Modulpositionen abnehmbar angeordnet werden, in dem sie bündig aneinander angelegt, oder an Markierungen am Trägerprofil (31) längs seiner Längsachse (39) ausgerichtet oder in eine Rastverbindung an der Modulposition gebracht werden. 16. Method for positioning assembly modules (20, 40, 41) on a bar-shaped carrier profile (31) for producing a modular multi-camera system (30) for industrial image processing according to one of claims 1 to 15, characterized in that the assembly modules (20, 40, 41) can be arranged individually on the outside of the carrier profile (31) at discrete module positions so that they can be removed by placing them flush against one another, or by aligning them with markings on the carrier profile (31) along its longitudinal axis (39) or by snapping them into the module position.
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