FI114743B - Telesentrisellä periaatteella toimiva laitteisto ja menetelmä - Google Patents

Description

114743

Telesentrisellä periaatteella toimiva laitteisto ja menetelmä - Apparatur och forfarande fungerande pä telecentrisk princip 5 Keksintö koskee telesentriseen kuvanmuodostusjärjestelmään perustuva laitteisto kuvan muodostamiseksi kohteen lineaarisesta vyöhykkeestä, joka laitteisto käsittää: ei-telesentrisen kameran, joka koostuu objektiivista ja valoherkkien kennojen rivin muodostamasta kuvatasosta; objektiivin ja kohteen välissä telesentriset kuvannusvä-lineet, jotka käsittävät koveran nauhapeilin, joka on oleellisesti yhdensuuntainen 10 mainitun kennorivin kanssa ja jonka polttotasossa mainitun objektiivin apertuuri sijaitsee, jolloin kovera nauhapeili ja objektiivi yhdessä muodostavat telesentrisesti kohteen kuvan valoherkkien kennojen riville; sekä valolähteen, jonka tuottama säteily suuntautuu kohteeseen. Keksintö koskee myös menetelmää telesentrisen kuvan muodostamiseksi läpinäkymättömällä ja ei-heijastavalla alustalla sijaitsevasta läpi-15 näkymättömästä kohteesta telesentrisellä järjestelmällä, jossa: annetaan hajavalon suuntautua kohteeseen sen tarkasteltavalle koko leveydelle; kerätään kohteesta heijastuvaa säteilyä koveralla nauhapeilillä ja annetaan sen heijastua koverasta peilistä sädekimppuna edelleen; järjestetään mainittuun heijastuvaan sädekimppuun objektiivista ja valoherkkien kennojen rivistä koostuva kamera siten, että objektiivin aper-20 tuuri asettuu koveran nauhapeilin polttotasoon, jolloin kovera nauhapeili ja objektiivi yhdessä muodostavat kohteen lineaarisesta kaistasta telesentrisen kuvan valoherkkien kennojen riville.

Tyypillinen optinen tarkkailulaitteisto koostuu säteilylähteestä ja kamerasta, joka ‘;;;' 25 koostuu objektiivista ja kuvatasosta. Objektiivin kohteesta kuvatasolle muodostamaa '···* kuva voidaan tarkkailla ja tallentaa esimerkiksi CCD-kennon avulla, joka muutta * * kuvan tunnetulla tavalla sähköiseksi signaaliksi. CCD-kenno koostu valoherkistä elementeistä, jotka sijaitsevat matriisimuodossa esim. 256 x 256 elementtiä. Tällöin ;T: kamera ominaisuuksiltaan muistuttaa tavanomaista valokuvauskameraa. Kuitenkin 30 CCD-kennon matriisi voi olla myös esim. muotoa 1024 x 1 tai 2048 x 1, jolloin kennon elementit sijaitsevat lineaarisesti yhdessä rivissä. Kamera, jossa on viiva-mainen CCD-kenno, kutsutaan yleisesti viivakameraksi. Jotta koko kohde saadaan mitattua, on joko kohteen tai kameran liikuttava toistensa suhteen. Valaistus toteute-i taan tavallisesti päältävalaisuna.

·:··: 35 . .·. Tavanomainen kameraoptiikka näkee kohteen erilailla riippuen siitä, missä kohtaa mittausaluetta kohde sijaitsee. Objektiivin optisen akselin kohdalla, ts. kohteen keskialueen, kamera näkee suorassa kulmassa ja sivualueet vinossa kulmassa, aina sitä enemmän mitä kauempana optisesta akselista ollaan. Tämä on niin kutsuttu keskeis- 2 1 1 4743 perspektiivi. Lisäksi, kun seurataan esimerkiksi leikattavan tai sahattavan materiaalin, kuten lautojen leveyttä, syntyy leikattu)en/sahattujen kaistaleiden reunoista mittausta haittaavia varjoja, jolloin leveyden mittausjäijestelmä voi tulkita varjon kaistaleen reunaksi. Kim kyseessä on esimerkiksi puutukin sahaus, vaihtelee myös koh-5 teen etäisyys linssistä kohteen kolmiulotteisuuden vuoksi, jolloin kauempana kamerasta olevat kohteen alueet, kuten tukin reunavyöhykkeet nähdään pienempinä kuin tukin keskivyöhyke.

Perspektiivivirheiden koqaus on mahdollista telesentrisellä objektiivilla. Tällöin 10 kaikki kohteesta tulevat säteet tulevat optisen akselin kanssa yhdensuuntaisina ja kohteen kaikki kohdat nähdään samassa tasoperspektiivissä. Telesentrisissä objektiiveissa lähinnä kohdetta olevan linssin on oltava ainakin kohteen levyinen, jolloin tavanomaisista linsseistä koostuvasta optiikasta saattaa tulla raskas ja suurikokoinen.

Jotta laitteistosta saataisiin edes kohtuullisen kompakti sen käyttökelpoisuuden saa-15 voittamiseksi, aiheutuu siitä, että optiikan valovoiman tulee olla suuri, mikä merkitsee taas kalliista erikoislaseista valmistettujen ja voimakkaasti kaarevien eli pienen kaarevuussäteen omaavien linssien käyttöä. Näitä linssejä tarvitaan lisäksi useita yhdessä optiikassa, jotta voimakkaat kaarevuudet ja suuren halkaisijan omaavien linssien optiset kuvausvirheet saadaan riittävästi koijattua, mikä lisää entisestään 20 optiikan hintaa.

Julkaisussa US-5 008 743 on käytetty Fresnelin tasomaista muovilinssiä telesentri-'.· sen kuvannuksen aikaansaavana elementtinä yhdessä tavanomaisen kameran ja ob- \: jektiivin kanssa, jolloin ratkaisu on halvempi. Epäjatkuvan rakenteensa aiheuttamien 25 optisten ominaisuuksiensa vuoksi nämä linssit aiheuttavat värivirhettä sekä kuvan : ‘ ·. · laadun oleellista huononemista. Värivirheestä johtuen kohteen samasta pisteestä eri värit kuvautuvat CCD-kennon pinnalla toisistaan poikkeaville valoherkille mit-. ·; ·. tauselementeille. On selvää, että tämä aiheuttaa mittausvirheen kasvua. Värivirhees tä johtuvaa mittausvirhettä voidaan korjata käyttämällä säteilyn reitillä värisuodatin-30 ta, jolloin osa spektristä suodatetaan pois. Suodatus kuitenkin pienentää kohteesta : , tulevan säteilyn intensiteettiä, josta seuraa, että on käytettävä suurempitehoisia valo- '·' lähteitä. Tämäkin taas nostaa järjestelmän hintaa. Värivirhettä voidaan korjata myös ; : : ohjelmallisesti kuten tässä julkaisussa myöskin on kuvattu. Tästä huolimatta mit- tausvirhe jää suuremmaksi kuin jos kohdetta tutkittaisiin tai mitattaisiin optiikalla, 35 joka on asianmukaisella tavalla optisesti korjattu.

: Julkaisussa US-4 851 698 on kuvattu telesentrinen kuvanmuodostusjärjestely, jossa käytetään valoherkkien diodien riviä kuvatasolla, jolle muodostetaan kuva kohteen 114743 3 nauhamaisesta alueesta tavanomaisella objektiivilla sekä sen ja kohteen väliin sijoitetulla nauhamaisella koveralla pallopintaisella peilillä, jonka polttotasoon objektiivin pupilli on sijoitettu. Lisäksi julkaisun ratkaisu sisältää objektiivin edessä säteen-jakajan, jonka kautta viivamaisen valolähteen lähettämä säteily heijastuu mainitun 5 nauhamaisen koveran pallopintaisen peilin kautta kohteeseen. Valaisu siis tapahtuu samalla optisella järjestelyllä kuin kuvanmuodostus, säteilyjen kulkiessa vain päinvastaisiin suuntiin ja niiden erottamisen tapahtuessa säteenjakajassa. Lisäksi julkaisun järjestelyssä on kohde sijoitettu retroheijastavan alustan päälle, jotta kohde olisi hyvin taustasta erottuva. Kuvatussa järjestelyssä on haittapuolena ensinnäkin kove-10 ran pallopintaisen peilin kuvausvirheet, jotka ovat dispersiota lukuunottamatta samat kuin linsseissä. Siten julkaisussa esitettyyn rakenteeseen joudutaan lisäämään lukuisia linssejä kuvausvirheiden korjaamiseksi lähes kuten linssioptiikassakin, jos tarvitaan hyvää kuvanlaatua, joten rakenteesta tulee ainakin kallis, joskin suurimman linssin korvaaminen peilillä pienentää hieman painoa. Lisäksi julkaisun ratkaisussa 15 käytetty säteenjakaja ei ole mikään ideaalinen komponentti, vaan se aiheuttaa valolähteestä tulevan säteilyn osan hajaantumista suoraan säteenjakajasta objektiivin kautta valoherkälle pinnalle, mikä pienentää huomattavasti kohteesta saadun kuvan kontrastia, josta syystä ilmeisestikin julkaisussa käytetään retroheijastavaa alustaa.

20 Keksinnön päätavoitteena on saada aikaan telesentrisen kuvanmuodostusjäqestel-män muodostava laitteisto, jolla vältetään mahdollisemman suuressa määrin optiset kuvausvirheet ja erityisesti värivirheet eli dispersio ja joka ratkaisuna olisi kooltaan * ’ : suhteellisen pienikokoinen ja painoltaan suhteellisen kevyt sekä halvempi kuin tun- *' i,; netut telesentriset objektiivit. Keksinnön toisena tavoitteena on tällainen telesentri- 25 sen kuvanmuodostusjärjestelmän muodostava laitteisto, jolla saadaan hyvän kont-:' \; rastin omaava kuva diffuusisti heijastavasta kohteesta diffuusisti heijastavalla alus- : ‘; talla, ts. kohteen omien sisäisten kontrastierojen tulisi riittää tulkittavissa olevan ku- van muodostamiseen. Keksinnön kolmantena tavoitteena on telesentrisen kuvan- » # * muodostusjärjestelmän muodostavaan laitteistoon liitettävä valaistusjärjestely, joka 30 antaa kohteeseen riittävän homogeenisen ja varjottoman valaistuksen ja joka ei vaikuta haitallisesti telesentriseen kuvanmuodostusjärjestelmään.

; : Edellä kuvatut haittapuolet saadaan eliminoitua ja edellä määritellyt tavoitteet saa- daan toteutettua keksinnön mukaisella laitteistolla, jolle on tunnusomaista se, mitä 35 on määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa ja keksinnön mukaisella-menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 9 ; tunnusmerkkiosassa.

114743 4

Keksinnön mukaan on nyt yllättäen huomattu, että käyttämällä paraabelipintaista koveraa kaaripeiliä, jonka polttotasoon tai polttotason lähelle kameran objektiivi on sijoitettu, saadaan ensiluokkainen lähes kuvausvirheetön telesentrinen kuvanmuo-dostusjärjestelmä. Paraboloidipeilejä eli akselinsa ympäri pyöräytetyn paraabelin 5 muodostaman koveran pinnan muotoisia peilejä on kylläkin käytetty astronomisissa teleskoopeissa. Paraboloidipeilejä ei kuitenkaan ole lainkaan käytetty esim. kamera-objektiivien valmistuksessa, toisin kuin pallopeilejä, eikä muissa maanpäällisiä kohteita varten tarkoitetuissa kuvanmuodostusjärjestelyissä, koska paraboloidipeilin kuvausvirheet ulkoapäin tuleville säteille, joiden suunta poikkeaa paraboloidin ak-10 selin suunnasta, ovat oleellisesti suurempia kuin pallopeilissä. Paraboloidipeilin valmistuskustannukset ovat myös erittäin korkeat. Keksinnön mukaisessa menetelmässä peili on nauhamainen, jolloin se sopii paremmin viivakameralle. Nauhamaisen peilin valmistuskustannukset ovat myös kohtuulliset. Keksinnön erään toteutus-muodon mukaan nauhamainen kovera peili on toisessa suunnassa paraabelin muo-15 toinen ja sitä vastaan kohtisuorassa suunnassa tasomainen eli se on taso-paraabeli-peili, jollaisen peilin valmistuskustannukset ovat varsin edulliset ja valon keräyksen hyötysuhde kuitenkin varsin korkea. Lisäksi järjestämällä keksinnön mukaan koveraan peilin ja kameran väliin nauhamainen tasopeili, saadaan laitteistosta ulkomitoiltaan suhteellisen pienikokoinen. Keksinnön mukaan laitteistoa käytetään mm. saha-20 teollisuudessa mittaamaan tukista sahattujen lautojen leveyttä tai muussa vastaavassa valmistuksessa liikkuvasta kohteesta leikattujen kaistaleiden leveyden mittaamiseksi. On tärkeää optimoida lautojen tai muiden kaistaleiden leveys, koska tällöin sahattavasta tavarasta saadaan maksimaalinen hyöty. Myös reklamaatiot vähenevät, koska laadunvalvonta tarkentuu ja paranee. Toisaalta lautojen tai kaistaleiden levey-i 25 den muutokset sahauksen tai leikkauksen aikana kertovat myös sahanterien tai vas-: taavien leikkuuterien kunnon, jolloin ne voidaan vaihtaa oikea-aikaisesti.

! I

.. Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää esitetään yksityiskohtaisemmin oheis- ’ ten piirustusten avulla.

30 ♦ »

Kuva 1 esittää keksinnön mukaista laitteistoa ja mittausolosuhteita yleisesti ulkoa * päin ja perspektiivisenä kuvantona.

. * · ·, Kuva 2 esittää keksinnön mukaista telesentristä kuvanmuodostusjärjestelmää edestä 35 katsottuna kuvan 1 ja 3 suunnasta I sekä sen toimintaa tukista heijastuneen säteilyn yhteydessä, sekä ehjällä viivalla keksinnön mukaisen valolähteen yhtä toteutusmuotoa ja pistekatkoviivalla sen toista toteutusmuotoa.

114743 5

Kuva 3 esittää kuvan 2 telesentristä kuvanmuodostusjärjestelmää sivulta katsottuna kuvan 2 suunnasta II.

Kuva 4 esittää kuvan 3 telesentristä kuvanmuodostusjärjestelmää suuremmassa 5 mittakaavassa ja peilien asentoja liioiteltuina, mutta muutoin samassa kuvannossa kuin kuviossa 3.

Kuvat 5A - 5C esittävät keksinnön mukaisessa telesentrisessä kuvanmuodostusjär-jestelmässä käytettävien peilien erilaisia rakennevaihtoehtoja aksonometrisesti näh-10 tynä.

Kuvassa 1 on näytetty eräs keksinnön mukaisen laitteiston sovellutus. Siinä valo 3 tulee kamerasta ja valolähteestä koostuvan laitteiston 22 sisältävästä laatikosta 2 ja valaisee tukista, joka muodostaa tarkasteltavan ja mitattavan kohteen 1, sahatut lau-15 dat 21a, 21b, 21c jne., jotka liikkuvat kuljetinhihnan 16 siirtäminä suunnassa F, joka suunta F on tyypillisesti kohtisuorassa keksinnön mukaisen koveran kaaripeilin 6 pituutta LI ja viivamaisen CCD-kennon eli valoherkkien kennojen tai diodien rivin 15 pituutta L4 vastaan. Laatikossa 2 oleva kamera 9 kuvaa sahatut laudat ja lähettää tiedon digitaalisena tietokoneelle 11, joka laskee tulokset eli lautojen leveydet eli 20 dimensiot Dl, D2, D3 jne. ja näyttää ne näyttöpäätteellä 12. Sahakoneen hoitajat näkevät tulokset ja voivat niiden avulla säätää sahanteriä 13 siten, että lautojen leveys on optimaalinen. Lisäksi tulosten perusteella he voivat päätellä sahaterien kunnon ja vaihtaa ne ennen kuin ne vaurioituvat liikaa tai hajoavat. Näppäimistön 14 avulla he voivat syöttää tietokoneelle laskentaparametrit. Kuvasta 2 näkyy kuinka valoläh-; i 25 teet 7 valaisevat sahatut laudat 21a, 21b, 21c jne. ylhäältä päin. Sahatuista laudoista, : · joiden yläpinnat ovat diffuusisti heijastavia ja toisitaan poikkeavilla etäisyyksillä se- . ; kä valolähteestä että telesentrisistä kuvannusvälineistä 18, heijastuneesta valosta 24 koveran kaaripeilin 6 optisen akselin suuntaiset säteet 4 tulevat yhdensuuntaisina keksinnön mukaiselle kaaripeilille 6, josta säteet 4 heijastuvat keksinnön erään to-30 teutusmuodon mukaisesti tasopeilille 5, josta säteet 4 edelleen heijastuvat kameraan 8. Kameran objektiivin 8 apertuuri sijaitsee kaaripeilin 6 polttotasossa 10 tai sen välittömässä läheisyydessä, mikä aikaansaa telesentrisen kuvannusjärjestelmän. kameran 9 tavanomainen, mutta hyvänlaatuinen objektiivi 8 muodostaa kohteesta 1 ' - kuvan CCD-kennon valoherkkien kennojen rivin 15 pinnalle, mikä muodostaa kuva-

; I

35 tason 19. Kun kohde 1 on lähempänä kuin oleellisesti äärettömän kaukana telesentrisistä kuvannusvälineistä 18, on kohde tarkennettava, jotta sen tarkka kuva muodostuisi kuvatasolle 19, mikä yleensä tapahtuu tavanomaiseen tapaan lisäämällä objektiivin 8 ja kuvatason 19 välimatkaa.

114743 6

Yleisesti telesentriseen kuvanmuodostusjärjestelmään perustuva laitteisto 22 kuvan muodostamiseksi kohteen 1 lineaarisesta vyöhykkeestä 17 käsittää ensinnäkin ei-telesentrisen kameran 9, joka koostuu objektiivista 8 ja valoherkkien kennojen rivin 15 muodostamasta kuvatasosta 19. Lisäksi laitteisto 22 käsittää objektiivin ja koh-5 teen välissä telesentriset kuvannusvälineet 18, jotka koostuvat koveran nauhapeilin 6, joka on oleellisesti yhdensuuntainen mainitun kennorivin kanssa ja jonka poltto-tasossa tai polttotason välittömässä läheisyydessä mainitun objektiivin apertuuri sijaitsee, jolloin kovera nauhapeili ja objektiivi yhdessä muodostavat telesentrisesti kohteen kuvan valoherkkien kennojen riville. Jotta telesentriseen kuvanmuodostus-10 järjestelmään perustuva laitteisto voisi toimia tulee sen käsittää myös sopivan valolähteen, josta käytetään yleisesti viitenumeroa 7 ja jonka tuottama säteily 3 suuntautuu kohteeseen.

Keksinnön mukaan edellä kuvatussa laitteistossa 22 mainittu kovera nauhapeili on 15 paraabelipeili 6, kuten nauhamainen paraboloidipeili. Keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaan mainittu kovera nauhapeili on taso-paraabeli-peili 6, millä tarkoitetaan koveraa peiliä, jonka heijastava pinta 26 on peilin pituuden L2 suunnassa paraabelin muotoinen ja sitä vastaan kohtisuorassa leveyssuunnassa W2 tasomainen. Kameran 9 objektiivi 8 voidaan periaatteessa asettaa suoraan tällaisen paraabelipei-20 Iin tai vastaavasti taso-paraabeli-peilin polttotason alueelle, mutta keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaan telesentriset kuvannusvälineet 18 käsittävät lisäksi mainitun paraabelipeilin/taso-paraabeli-peilin 6 ja objektiivin 8 välissä nauhamaisen tasopeilin 5, jonka kautta kohteesta 1 ja paraabelipeilistä heijastuva suunnattu säteily 4 osuu objektiiviin 8 ja edelleen kuvatasoon 19. Mainitun nauhamaisen paraabe-: 25 lipeilin/taso-paraabeli-peilin 6 ja nauhamaisen tasopeilin 5 pituudet L2 ja LI ovat :: keskenään yhdensuuntaiset ja yhdensuuntaiset kuvatason muodostavien valoherkki- : en kennojen rivin 15 kanssa. Kun lisäksi tasopeilin 5 heijastava pinta 25 ja mainitun paraabelipeilin/taso-paraabeli-peilin 6 heijastava pinna 26 ovat suuntautuneet toisi-: i ‘: aan kohti siten, että kummaltakin heijastavalta pinnalta toisen leveys WljaW2nä- . ·: *. 30 kyy ennalta määrätyssä kulmassa K1, K2, muodostavat kohteesta heijastuneet ja te- lesentristen kuvannusvälineiden 18 kautta kulkevat säteet 4 kuvista 2 ja 3 ilmenevän ... edestakaisen reitin, jolloin telesentristen kuvannusvälineiden 18 mekaaninen pituus on vain osa optisesta pituudesta. Paraabelipeilin 6 tai edullisesti taso-paraabeli-‘ ·* peilin 6 käyttäminen takaa tarkan kuvan saamisen kohteen koko leveydeltä L3, kos- : ’ i ’: 35 ka telesentrisessä kuvanmuodostuksessa käytetään vain yhdensuuntaiset kohteesta 1 heijastuvat säteet, jolloin paraabelin muotoja omaavan peilin heikkoudet muun suuntaisten säteiden ohjaamisessa eivät astu kuvaan.

114743 7

Aluksi mainitussa sovellutuksessa koveran paraabelipeilin/taso-paraabeli-peilin 6 ja objektiivin 8 välinen optinen etäisyys voi olla esimerkiksi 1500 mm, joka siis vastaa peilin 6 polttoväliä. Tasopeilin 5 avulla voidaan laitteen mekaanista pituutta pienentää jopa puoleen polttovälistä kun paraabelipeili/taso-paraabeli-peili 6 sijoitetaan 5 kameran 9 viereen, mutta usein voidaan tyytyä hieman pienempään mekaanisen pituuden pienenemiseen. Nauhamaisen tasopeilin 5 mekaaninen etäisyys SI objektiivista on tyypillisesti vähintään 1,5 kertaa taso-paraabeli-peilin 6 mekaaninen etäisyys S2 objektiivista. Kuten edellä jo todettiin heijastuu sahatuista laudoista myös muun suuntaisia säteitä, mutta telesentristen kuvannusvälineiden 18 ansiosta ne ei-10 vät osu kameran objektiiviin 8, koska ainoastaan yhdensuuntaiset säteet 4 osuvat peilin 6 polttopisteeseen/polttotasoon.

Paraabelipeilin/taso-paraabeli-peilin 6 pituuden L2 on oltava suurempi kuin kohteen 1 havainnoitava leveys L3, joten peilin pituus L2 vaihtelee huomattavasti sovellus-15 kohteen mukaan. Mainitussa sovellutuksessa koveran peilin 6 pituus L2 voi olla esimerkiksi 500 mm tai tyypillisesti enemmän, mutta koveran peilin heijastavan pinnan 26 ollessa keksinnön mukaisesta muotoiltu, ei oleellisia kuvausvirheitä synny. Tällä tavoin voidaan mitata hyvinkin leveää kohdetta tai leveän kohteen leveys-osista niiden vähintään yhtä dimensiota Dl ja/tai D2 ja/tai D3 ... Dn. Nauhamaisen 20 paraabeli/taso-paraabeli-peilin 6 pituus L2 on oleellisesti suurempi kuin sen leveys W2. Peilien 5, 6 leveyksien W1 ja W2 on oltava sellainen, että niistä valoherkkien elementtien rivin 15 pinnalle muodostuva kuva on leveämpi kuin valoherkkien elementtien leveys. Jos peilit ovat liian kapeita on niiden kohdistaminen myös vaikeaa.

Siten peilien edullisina leveyksinä Wl, W2 pidetään arvoa noin 20 mm, joka on . · * 25 noin neljä kertaa eräiden valoherkkien elementtien koko. Tällä leveydellä paraabelini,1 peili/taso-paraabeli-peili 6 on kuitenkin riittävän kapea, jotta se ei ole turhan raskas.

, Valonsäteiden 4 edestakaisen kulun mahdollistamiseksi ensin paraabelipeiliin/taso- : : paraabeli-peiliin, siitä tasopeiliin, josta edelleen kameraan 9, sijaitsevat tasopeili 5 30 ja paraabelipeili/taso-paraabeli-peili 6 niiden pituutta LI ja L2 vastaan kohtisuoran välimatkan P1 päässä toisistaan, joka etäisyys on vähintään yhtä suuri kuin puolet näiden peilien yhteenlasketusta leveydestä W1+W2 ja enintään viisi kertaa näiden peilien yhteenlaskettu leveys W1+W2. Lisäksi nauhamaisen paraabelipeiliin/taso-paraabeli-peilin heijastavan pinnan 26 normaali N2 muodostaa kohteen normaaliin 35 N1 nähden kulman K3, joka on enintään 30°, edullisesti enintään 20° ja paraabeli-: ‘": peiliin/taso-paraabeli-peilin ja tasopeilin heijastavien pintojen 26 ja 25 normaalien N2 ja N3 välinen kulma K4 on enintään 30°, edullisesti enintään 15°. Näillä kritee-; *. reillä telesentristen kuvannusvälineiden 18 kautta kulkevat säteet 4 muodostavat 114743 8 poikkeavat niin vähän optisen akselin suunnasta, että oleellisia tai häiritseviä ku-vausvirheitä ei synny. Samalla ehtojen täyttäminen saa aikaan kompaktin laitteiston 22.

5 Kuvausvirheiden mahdollisimman tehokkaaksi välttämiseksi ja siten niiden koijaus-tarpeen eliminoimiseksi ovat nauhamaisen paraabeli-peilin tai vastaavasti taso-paraabeli-peilin 6 sekä nauhamaisen tasopeilin 5 heijastavat pinnat 26, 25 edullisesti heijastuspuolelle avoimia metallipintoja, jolloin telesentristen kuvannusvälineiden 18 kautta kulkevien säteiden 4 ei ole tarpeen kulkea ainakaan oleellisen paksuisten 10 lasia tai muovia olevien kerrosten läpi, mikä aiheuttaisi ainakin dispersion syntymistä. Heijastava metallia Me oleva pinnoitus voidaan tehdä lasia tai muovia G olevan oikean muotoiselle koveralle paraabelipinnalle, kuten kuvassa 5A. Tämä ei estä sitä, etteikö heijastava metallipinta 25, 26 voisi olla pinnoitettu ohuella esimerkiksi korroosiolta suojaavalla kerroksella tai etteikö heijastava metallipinta 25, 26 voisi olla 15 muodostettu säteilyä 4 läpäisevän ohuen lasi- tai muovikappaleen 23 kuperalle takapinnalle 27, jolloin kovera peili suuntautuu vastakkaiseen suuntaan. Viimeksi mainittu vaihtoehtokin on käyttökelpoinen kunhan lasikappaleen tai muovikappaleen 23 paksuus T on hyvin pieni verrattuna koveran peilin polttoväliin ja pituuteen ja on lisäksi tasapaksu tai lähes tasapaksu eli molemmat pituuden sekä leveyden L2 ja W2 20 tai vastaavasti LI ja W1 muodostavat pinnat 27, 28 ovat kohta kohdalta yhdensuuntaiset, kuten kuvassa 5C on näytetty. Näin pitkien peilien tekeminen lasista G vaikeaa. Siten suositeltava materiaali on metalli, kuten alumiini, kupari tai teräs, jolloin peili on kokonaisuudessaan metallia Me, kuten kuvassa 5B. Näistä alumiini ja kupari ovat helpoimmin työstettäviä. Kupari taas rajoittaa näkyvän spektrin alueen v : 25 600nm:stä ylöspäin. Siten jos halutaan hyödyntää koko spektrialue alumiini on suositeltavin.

» ·

Valolähde 7 on keksinnön mukaan telesentrisistä kuvannusvälineistä riippumaton t · . :·. hajavalolähde, joka sijaitsee telesentristen kuvannusvälineiden 18 vieressä niiden . ·; ·. 30 kautta kulkevan säteilyn 4 kulkusuuntaan nähden poikittaisen välimatkan P2 päässä.

> » ·

Hajavalolähteen ja kuvannusvälineiden 18 mainittu poikittainen välimatka P2 on oleellisesti pienempi kuin paraabeli-peilin tai vastaavasti taso-paraabeli-peilin 6 ja '; * ' kohteen 1 välimatka H. Mainittu hajavalolähde käsittää edullisesti kaksi tai useam- ‘. ‘ * pia oleellista pinta-alaa A omaavan lampun 7a, 7b, kuten ehjillä viivoilla on näytetty :'; 35 kuvassa 2. Tällöin nämä yhtä usemmat lamput 7a ja 7b ovat pääasiassa kohteen le- . * · *. veyden L3 mitalla paraabeli-peilin tai vastaavasti taso-paraabeli-peilin pituuden L2 * · · suuntaisen/suuntaisten etäisyyksien P3 päässä toisistaan oleellisesti tasaisen hajava- ;'·* lon 3 saamiseksi kohteeseen 1. Tällaisia lamppuja on saatavissa ja ne ovat hinnal- » * · 714745 9 taan edullisia. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää vain yhtä lamppua 7 kunhan se on tyyppiä, jolla on kohteen leveyttä lähellä oleva tai kohteen leveyden ylittävä pituus, kuten kuvassa 2 on pistekatkoviivalla näytetty, oleellisesti tasaisen hajavalon 3 saamiseksi kohteeseen 1.

5

Keksinnön mukainen laitteisto 22 toimii telesentrisen kuvan muodostamiseksi läpinäkymättömällä ja ei-heijastavalla alustalla 20 sijaitsevasta läpinäkymättömästä kohteesta 1 seuraavalla tavalla. Annetaan ensinnäkin hajavalon 3 suuntautua valolähteestä 7 tai valonlähteistä 7a, 7b kohteeseen 1 sen tarkasteltavalle koko leveydel-10 le L3. Kerätään kohteesta heijastuvaa säteilyä 24 koveralla nauhamaisella paraabeli-peilillä tai taso-paraabeli-peilillä 6, jonka polttotaso sijaitsee oleellisesti kameran 9 objektiivin apertuurin kohdalla. Annetaan kerätyn pääasiassa yhdensuuntaisen sä-dekimpun 4 heijastua koverasta peilistä sädekimppuna 4 edelleen ensin tasopeiliin 5 ja siitä edelleen kameraan 9, jossa sädekimppu etenee objektiivin 8 kautta valo-15 herkkien kennojen riviin 15, johon muodostuu vääristymätön telesentrinen kuva.

Tällöin kovera nauhamainen paraabeli-peili tai taso-paraabeli-peili ja objektiivi yhdessä muodostavat kohteen lineaarisesta kaistasta 17 telesentrisen kuvan valoherkkien kennojen riville.

20 Lisäksi menetelmässä annetaan kohteen 1 liikkua F mainittua lineaarista kaistaa 17 vastaan oleellisesti kohtisuorassa suunnassa, jonka aikana mitataan kuvatasolla 19 olevien valoherkkien diodien avulla kohteen vähintään yhden tai useamman dimension Dl ja/tai D2 ja/tai D3 ... Dn arvoja. Nämä dimensiot ovat ainakin osittain mainitun lineaarisen kaistan 17 ja valoherkkien kennojen rivin 15 suuntaisia.

25 ; Kohteena 1 voi olla kuljetusalustan 20 liikuttama puutukki, metallilaatta tai vastaava suoria reunoja ei-omaava pitkänomainen kappale, jota työstetään yhdeksi tai use-. : ämmäksi alkuperäistä leveyttä kapeammaksi kaistaksi 21a, 21b, 21 c jne. Kuvatulla : ·. tavalla vääristymätöntä telesentristä kuvaa mittaamalla ohjataan työstettävien mai- 30 nittujen kaistojen dimensioita Dl ja/tai D2 ja/tai D3 ... Dn. Tätä mittausta ja aikaisemmin kuvattua tulostusta varten kameran 9 valoherkät kennot, kuten sopivat diodit tai varsinainen CCD-kenno, muodostaa vastaanotetusta säteilyinformaatiosta säh-’ köiset signaalit, jotka menevät tietokoneen 11 prosessorille. Tietokone tulostaa v : analysoidut signaalit joko näytölle 12 tai niitä käytetään muutoin sopivalla tavalla 35 valmistuksen ohjaamiseen.

» *

Claims (10)

114743 ίο

1. Telesentriseen kuvamnuodostusjärjestelmään perustuva laitteisto kuvan muodostamiseksi kohteen (1) lineaarisesta vyöhykkeestä (17), joka laitteisto käsittää: - ei-telesentrisen kameran (9), joka koostuu objektiivista (8) ja valoherkkien kenno-5 jen rivin (15) muodostamasta kuvatasosta (19); - objektiivin ja kohteen välissä telesentriset kuvannusvälineet (18), jotka käsittävät koveran nauhapeilin (6), joka on oleellisesti yhdensuuntainen mainitun kennorivin kanssa ja jonka polttotason alueella mainitun objektiivin apertuuri sijaitsee, jolloin kovera nauhapeili ja objektiivi yhdessä muodostavat telesentrisesti kohteen kuvan 10 valoherkkien kennojen riville; sekä - valolähteen (7), jonka tuottama säteily (3) suuntautuu kohteeseen, tunnettu siitä, että laitteistossa mainittu kovera nauhapeili on yksi paraabelipeili (6); ja että telesentriset kuvannusvälineet (18) lisäksi käsittävät mainitun paraabeli-peilin ja objektiivin välissä nauhamaisen tasopeilin (5), jonka kautta kohteesta (1) ja 15 paraabelipeilistä heijastuva suunnattu säteily (4) osuu objektiiviin (8) ja edelleen kuvatasoon (19), tarkan kuvan saamiseksi kohteen leveysosista niiden vähintään yhden dimension (Dl ja/tai D2 ja/tai D3 ... Dn) mittaamista varten.

2. Apparatur enligt patentkrav 1, kännetecknad av att nämnda bandformade parabelspegel (6) är en plan-parabelspegel; att längdema (L2 och LI) hos nämnda bandformade plan-parabelspegel och den bandformade planspegeln (5) är parallella med varandra och parallella med raden (15) av ljuskänsliga celler som bildar bild- 15 planet; och att de reflekterande ytoma (25 resp. 26) hos planspegeln (5) och nämnda plan-parabelspegel (6) är riktade mot varandra sä att den andras bredd (W1 och W2) syns i varderas reflekterande ytor i en förutbestämd vinkel (ΚΙ, K2).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että mainittu nauhamainen paraabelipeili (6) on taso-paraabelipeili; että mainitun nauhamaisen taso- •. ’ * 20 paraabelipeilin ja nauhamaisen tasopeilin (5) pituudet (L2 ja LI) ovat keskenään : : yhdensuuntaiset ja yhdensuuntaiset kuvatason muodostavien valoherkkien kennojen : rivin (15) kanssa; ja että tasopeilin (5) ja mainitun taso-paraabelipeilin (6) heijasta- : .: vat pinnat (25 ja vast. 26) ovat suuntautuneet siten toisiaan kohti, että kummankin heijastavalta pinnalta toisen leveys (W1 ja W2) näkyy ennalta määrätyssä kulmassa :·. 25 (K1,K2).

3. Apparatur enligt patentkrav 2, kännetecknad av att den bandformade plan-20 spegelns (5) avständ (SI) frän objektivet är ätminstone 1,5 gänger sä stort som plan- parabelspegelns (6) avständ (S2) frän objektivet; och att planspegeln (5) och plan-parabelspegeln (6) är pä ett avständ (Pl) frän varandra perpendikulärt mot deras längd, varvid avständet är minst lika stort som hälften av dessa speglars samman-. lagda bredd (W1+W2) och högst fem gänger den sammanlagda bredden (W1+W2) ' , 25 av dessa speglar.

•... · 4. Apparatur enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknad av att normalen (N2) mot : '.: den bandformade plan-parabelspegelns reflekterande yta (26) bildar en vinkel (K3) i : ’ · ’; förhällande tili objektets normal (N 1) som är högst 30°; och att vinkein (K4) mellan 30 normalema (N2 och N3) mot plan-parabelspegeln och planspegelns reflekterande ytor (26 och 25) är högst 30°. : 5. Apparatur enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att längden (L2) hos , ’ den bandformade parabelspegeln eller motsvarande hos plan-parabelspegeln är vä- ; . 35 sentligt större än dess bredd (W2); och att ätminstone parabelspegelns eller motsva rande plan-parabelspegelns längd (L2) är större än objektets detekterbara bredd (L3). 114743

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että nauhamaisen ta- ,.: sopeilin (5) etäisyys (S 1) objektiivista on vähintään 1,5 kertaa taso-paraabelipeilin (6) etäisyys (S2) objektiivista; ja että tasopeili (5) ja taso-paraabelipeili (6) ovat nii-: ·. den pituutta vastaan kohtisuoran välimatkan (P1) päässä toisistaan, joka etäisyys on • · ·, 30 vähintään yhtä suuri kuin puolet näiden peilien yhteenlasketusta leveydestä '! * (W1+W2) ja enintään viisi kertaa näiden peilien yhteenlaskettu leveys (W1+W2). ...: 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että nauhamai sen taso-paraabelipeilin heijastavan pinnan (26) normaali (N2) muodostaa kohteen 1 14743 normaaliin (Nl) nähden kulman (K3), joka on enintään 30°; ja että taso-paraabeli-peilin ja tasopeilin heijastavien pintojen (26 ja 25) normaalien (N2 ja N3) välinen kulma (K4) on enintään 30°.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että nauhamai-5 sen paraabelipeilin tai vastaavasti taso-paraabelipeilin pituus (L2) on oleellisesti suurempi kuin sen leveys (W2); ja että vähintään paraabelipeilin tai vastaavasti taso-paraabelipeilin pituus (L2) on suurempi kuin kohteen havainnoitava leveys (L3).

6. Apparatur enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att den reflekterande ytan (26, 25) av den bandformade parabelspegeln eller motsvarande plan-parabel-spegel (6) samt av den bandformade planspegeln (5) är en metallyta öppen mot re-flektionssidan. 5

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että nauhamaisen paraabelipeilin tai vastaavasti taso-paraabelipeilin (6) sekä nauhamaisen taso- 10 peilin (5) heijastava pinta (26, 25) on heijastuspuolelle avoin metallipinta.

7. Apparatur enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att ljuskällan (7) är en diffusstralningskälla som är oberoende av de telecentriska avbildningsmedlen och är belägen bredvid de telecentriska avbildningsmedlen (18) pä ett avständ (P2) som är tvärställt i förhällande tili strälningens (4) färdriktning via avbildningsmedel, varvid 10 nämnda avbildningsmedel mottar diffussträlning som reflekteras frän objektet (1).

7. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että valolähde (7) on telesentrisistä kuvannusvälineistä riippumaton hajavalolähde, joka sijaitsee telesentristen kuvannusvälineiden (18) vieressä niiden kautta kulkevan säteilyn (4) kulkusuuntaan nähden poikittaisen välimatkan (P2) päässä, jolloin mainitut kuvan- 15 nusvälineet vastaanottavat kohteesta (1) heijastuvaa hajavaloa.

8. Apparatur enligt patentkrav 5, kännetecknad av att diffusstralningskällans nämnda tvärställda avständ (P2) är väsentligt mindre än avständet (H) mellan parabelspegeln eller motsvarande plan-parabelspegeln och objektet; och att nämnda dif- 15 fusstralningskälla innefattar en eller Hera lampor (7; 7a, 7b) som innefattar en vä-sentlig area (A), varvid fler än en lampa (7a och 7b) är i huvudsak pä en sträcka motsvarande objektets bredd (L3) pä ett inbördes avständ (P3) som är parallellt med parabelspegelns eller motsvarande plan-parabelspegelns längd (L2) för att ästad-komma väsentligt jämn diffussträlning (3) tili objektet (1). 20

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että hajavalolähteen mainittu poikittainen välimatka (P2) on oleellisesti pienempi kuin paraabelipeilin tai vastaavasti taso-paraabelipeilin ja kohteen välimatka (H); ja että mainittu hajavalo-lähde käsittää yhden tai useamman oleellista pinta-alaa (A) omaavan lampun (7; 7a, 20 7b), jolloin yhtä useammat lamput (7a ja 7b) ovat pääasiassa kohteen leveyden (L3) . i *: mitalla paraabelipeilin tai vastaavasti taso-paraabelipeilin pituuden (L2) suuntai- : : ‘; sen/suuntaisten etäisyyksien (P3) päässä toisistaan oleellisesti tasaisen hajavalon (3) . ··. saamiseksi kohteeseen (1). « · ♦ ‘ · 9. Menetelmä telesentrisen kuvan muodostamiseksi läpinäkymättömällä ja ei- : : 25 heijastavalla alustalla (20) sijaitsevasta läpinäkymättömästä kohteesta (1) telesentri- : : sellä järjestelmällä, jossa: - annetaan hajavalon (3) suuntautua kohteeseen (1) sen tarkasteltavalle koko levey-delle(L3); > * · •: ·. - kerätään kohteesta heijastuvaa säteilyä (24) koveralla nauhapeilillä (6) ja annetaan •. ·. 30 sen heijastua koverasta peilistä sädekimppuna (4) edelleen; . Y: - järjestetään mainittuun heijastuvaan sädekimppuun objektiivista (8) ja valoherkki- ...: en kennojen rivistä (15) koostuva kamera (9) siten, että objektiivin apertuuri asettuu oleellisesti koveran nauhapeilin polttotasoon, jolloin kovera nauhapeili ja objektiivi 114743 yhdessä muodostavat kohteen lineaarisesta kaistasta (17) telesentrisen kuvan valoherkkien kennojen riville, tunnettu siitä, että menetelmässä lisäksi: 5 - annetaan kohteen (1) liikkua (F) mainittua lineaarista kaistaa (17) vastaan oleellisesti kohtisuorassa suunnassa; - kerätään kohteesta heijastuvaa säteilyä (24) koveralla paraabeli-peilillä tai taso-10 paraabeli-peilillä (6) ja annetaan sen heijastua edelleen ensin tasopeiliin (5) ja siitä edelleen mainittuun kameraan (9) vääristymättömänä telesentrisenä kuvana; ja - mitataan kuvatasolla (19) olevien valoherkkien diodien avulla, kohteen vähintään niitä yhden tai useamman dimension (Dl ja/tai D2 ja/tai D3 ... Dn) arvoja, jotka di- 15 mensiot ovat ainakin osittain mainitun lineaarisen kaistan (17) ja valoherkkien kennojen rivin (15) suuntainen.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohteena (1) on kuljetusalustan (20) liikuttama puutukki, metallilaatta tai vastaava suoria reunoja 20 ei-omaava pitkänomainen kappale, jota työstetään yhdeksi tai useammaksi alkuperäistä leveyttä kapeammaksi kaistaksi (21a, 21b, 21 c ...); ja että mainitulla tavalla vääristymätöntä telesentristä kuvaa mittaamalla ohjataan työstettävien mainittujen kaistojen dimensioita (Dl ja/tai D2 ja/tai D3 ... Dn).

25 Patentkrav •,,. · 1. Apparatur som baserar sig pä ett telecentriskt avbildningssystem för att aterge : en bild utgäende frän en linjär zon (17) hos ett objekt (1), varvid apparaturen inne- fattar: ;'i': 30 - en icke-telecentrisk kamera (9), som bestär av ett objektiv (8) och ett bildplan (19) bildat av en rad (15) ljuskänsliga celler; ,, * - telecentriska avbildningsmedel (18) mellan objektivet och objektet, vilka innefattar : ’, 35 en konkav bandspegel (6), som är väsentligt parallell med nämnda cellrad och inom .. _ omrädet för vars brännvidd nämnda objektivs apertur är belägen, varvid den konka- ; ’ va bandspegeln och objektivet tillsammans bildar telecentriskt ett objekt pä raden av : |: bildens ljuskänsliga celler; samt 114743 - en ljuskälla (7), som producerar straining (3), som riktar sig mot objektet, kännetecknad av att nämnda konkava bandspegel i apparaturen är en parabelspegel (6); och att de telecentriska avbildningsmedlen (18) dessutom innefattar en bandfor-5 mad planspegel (5) mellan nämnda parabelspegel och objektivet, varvid straining (4) reflekterad frän objektet (1) och parabelspegeln via planspegeln träffar objektivet (8) och vidare bildplanet (19) för att erhalla en skarp bild av objektets breddpar-tier för att mätä ätminstone en av deras dimensioner (Dl och/eller D2 och/eller D3 ... Dn). 10

9. Förfarande för att generera en telecentrisk bild av ett ogenomskinligt objekt (1) som är beläget pä ett ogenomskinligt och icke-reflekterande underlag (20) med ett telecentriskt system, i vilket: f I 25 man läter diffussträlning (3) riktas mot objektet (1) mot hela dess bredd (L3) som '·’·' skall kontrolleras; : *.: - man uppsamlar strälning (24) som reflekteras frän objektet med en konkav band- spegel (6) och man läter den reflekteras frän den konkava spegeln vidare som ett 30 strälknippe (4); , - en kamera (9) som bestär av ett objektiv (8) och en rad (15) ljuskänsliga celler an- · · · ordnas i nämnda reflekterande strälknippe sä att objektivets apertur inrättas väsent- :· ligt i den konkava bandspegelns fokalplan, varvid den konkava bandspegeln och ob- ; ·. 35 jektivet tillsammans bildar en telecentrisk bild av ett linjärt band (17) av objektet pä raden av ljuskänsliga celler, : : kännetecknad av att man dessutom i förfarandet: 114743 - later objektet (1) röra sig (F) i en riktning vasentlig perpendikulär mot nämnda lin-jära band (17); - man uppsamlar diffusljus (24) som reflekteras fran objektet med en konkav para-5 belspegel eller en plan-parabelspegel (6) och later det reflekteras vidare först till planspegeln (5) och därifrän vidare till nämnda kamera (9) som en oförvrängd tele-centrisk bild; och - man mäter värdena av objektets ätminstone en eller flera dimensioner (Dl 10 och/eller D2 och/eller D3 ... Dn) med hjälp av ljuskänsliga dioder pä bildplanet (19), vilka dimensioner är ätminstone delvis parallella med nämnda linjära band (17) och raden (15) ljuskänsliga celler.

10. Förfarande enligt patentkrav 9, kännetecknat av att objektet (1) är en av ett 15 transportunderlag (20) transporterad trästock, metallplatta eller ett motsvarande av-längt stycke utan raka kanter, vilket man bearbetar tili ett eller flera band (21a, 21b, 21c ...) som är smalare än den ursprangliga bredden; och genom att mätä pä nämnda sätt en oförvrängd telecentrisk bild styrs dimensionema (Dl och/eller D2 och/eller D3 ... Dn) av nämnda band som skall bearbetas.