NL1009873C2

NL1009873C2 - Optical system for taking measurements on and / or for inspecting one or more objects at a certain angle.

Info

Publication number: NL1009873C2
Application number: NL1009873A
Authority: NL
Inventors: Bart Snijders
Original assignee: Tno
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2000-02-15
Also published as: AU5388599A; WO2000010047A1

Description

Titel: Optisch systeem voor het verrichten van metingen aan en/of voor het inspecteren van een of meer objecten 5 over een bepaalde hoek.Title: Optical system for taking measurements on and / or for inspecting one or more objects 5 at a certain angle.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een optisch systeem voor het verrichten van metingen aan en/of voor het inspecteren van een of meer objecten over een 10 bepaalde hoek, in het bijzonder over 360°, voorzien van een verlichtingssysteem om althans een deel van de ruimte rondom het optisch systeem te verlichten, een eerste reflector met een in hoofdzaak kegelvormig reflectoroppervlak en een beeldopname-apparaat om via dit 15 reflectoroppervlak een beeld afkomstig van althans een deel van de verlichte ruimte vast te leggen, welk optisch meetsysteem verder is voorzien van tussen de reflector en :The present invention relates to an optical system for performing measurements on and / or for inspecting one or more objects over a certain angle, in particular over 360 °, provided with a lighting system around at least part of the room around the optical system, a first reflector with a substantially cone-shaped reflector surface and an image recording device for capturing via this reflector surface an image originating from at least a part of the illuminated space, which optical measuring system is further provided with between the reflector and:

het beeldopname-apparaat aangebrachte correctiemiddelen Lcorrection means applied to the image recording device L

voor het compenseren van, in het bijzonder astigmatische, 20 beeldfouten. :to compensate for, in particular astigmatic, image errors. :

Een dergelijk optisch systeem kan worden toegepast zowel voor het verrichten van metingen aan en voor het inspecteren van het inwendige van buizen, zoalsSuch an optical system can be used both for taking measurements on and for inspecting the interior of pipes, such as

pijpleidingen, rioleringen, tunnels, warmtewisselaars en Ipipelines, sewers, tunnels, heat exchangers and I.

25 boorgaten, enz., als voor het bepalen van de positie van 2 allerlei relatief dicht bijeen gelegen objecten, zoals / bijvoorbeeld de spenen van een koe met behulp van een ΐ melkrobot, waarbij het optisch systeem op een robotarm tussen de spenen van een koe kan worden gebracht. In de “ 30 meeste gevallen zal daarbij het meten en inspecteren plaats vinden over een hoek van 360° rondom het optisch systeem. ^25 boreholes, etc., as for determining the position of 2 all kinds of relatively close-together objects, such as / for example the teats of a cow using a ΐ milking robot, the optical system on a robot arm between the teats of a cow can be brought. In most cases, measurement and inspection will take place at an angle of 360 ° around the optical system. ^

Het is uiteraard mogelijk dergelijke metingen en inspecties = ook uit te voeren over een bepaald hoeksegment.It is of course possible to carry out such measurements and inspections over a certain corner segment.

Een optisch systeem, zoals hiervoor is aangeduid, is =An optical system, as indicated above, is =

35 bekend uit US-A-4,976,524. De correctiemiddelen worden B35 known from US-A-4,976,524. The correction means become B

daarin gevormd door een uiterst gecompliceerd stelsel van ÏIformed by an extremely complicated system of II

convexe en concave lenzen, waardoor het optisch systeem = bijzonder kostbaar wordt. i= 1 0 0 Qn?q 1 2convex and concave lenses, making the optical system = very expensive. i = 1 0 0 Qn? q 1 2

De uitvinding beoogt deze correctiemiddelen in aanzienlijke mate te vereenvoudigen en een optisch systeem te verschaffen dat, zonder afbreuk te doen aan de nauwkeurigheid van het systeem, relatief goedkoop is.The object of the invention is to simplify these correction means to a considerable extent and to provide an optical system which is relatively inexpensive without compromising the accuracy of the system.

5 Overeenkomstig de uitvinding heeft daartoe het optisch systeem, zoals dit in de aanhef is omschreven, het ! kenmerk, dat de correctiemiddelen worden gevormd door een lens waarvan ten minste één oppervlak in hoofdzaak kegelvormig is.According to the invention, the optical system, as described in the preamble, has the characterized in that the correction means are formed by a lens of which at least one surface is substantially conical.

10 De uitvinding berust op de gedachte dat het virtuele = beeld van een reëel object dat door de kegelvormige reflector voor de optische componenten in de radiale en de tangentiale richting van het optisch systeem op verschillende plaatsen achter het kegelvormige 15 reflectoroppervlak wordt gevormd, door een kegelvormige lens op dezelfde of in hoofdzaak dezelfde plaats achter het kegelvormige reflectoroppervlak worden gepositioneerd, zodat de afstand van het virtuele beeld tot de lens van het beeldopname-apparaat voor de radiale en tangentiale 20 richting gelijk of in hoofdzaak gelijk wordt. Hierdoor wordt het astigmatisme, waardoor hetzij de radiale objectcomponent scherp wordt weergegeven, hetzij, bij een andere scherpstelling, de tangentiale objectcomponent scherp wordt weergegeven, opgeheven.The invention is based on the idea that the virtual image of a real object formed by the conical reflector for the optical components in the radial and tangential directions of the optical system at different places behind the conical reflector surface is formed by a conical lens are positioned in the same or substantially the same place behind the conical reflector surface, so that the distance from the virtual image to the lens of the image capture apparatus for the radial and tangential direction becomes equal or substantially equal. As a result, the astigmatism, whereby either the radial object component is displayed sharply or, with another focus, the tangential object component is displayed sharply, is eliminated.

25 In een voorkeursuitvoering bedraagt de halve tophoek van de kegelvormige reflector ongeveer 45° en is het diafragma van het beeldopname-apparaat zodanig klein, dat slechts vrijwel loodrecht op de hoofdas van het optisch ! systeem op de reflector vallend licht wordt gedetecteerd.In a preferred embodiment, the half apex angle of the conical reflector is about 45 ° and the aperture of the image recording apparatus is so small that it is almost perpendicular to the major axis of the optical lens. system detecting light falling on the reflector.

; 30 Voorts bedraagt de halve tophoek van de kegelvormige lens bij voorkeur ongeveer 80° en ligt de brekingsindex van deze lens in de orde van 1,4 a 1,5, terwijl de kegelvormige lens dan op een afstand van 30 a 40 mm van de kegelvormige reflector is geplaatst.; Furthermore, the half top angle of the conical lens is preferably about 80 ° and the refractive index of this lens is in the order of 1.4 to 1.5, while the conical lens is then at a distance of 30 to 40 mm from the conical reflector is placed.

-- 35 Voor het meten aan en/of het inspecteren van een object dat is gelegen op een zekere afstand van de hoofdas 1 0 0 P 0 7 q 3 van het optisch systeem is een daartoe geëigend verlichtingssysteem aanwezig. Overeenkomstig de uitvinding is daartoe een tweede kegelvormige reflector aanwezig die deel uitmaakt van het verlichtingssysteem en die dient om 5 een daarop vallende lichtbundel in een cirkelvormig ruimtesegment rondom de hoofdas van het optisch systeem te reflecteren en wel zodanig dat het licht dat wordt verstrooid door een binnen dit cirkelvormig ruimtesegment gelegen object via de eerste kegelvormige reflector door 10 het beeldopname-apparaat kan worden gedetecteerd.- 35 An appropriate lighting system is provided for measuring and / or inspecting an object located at a certain distance from the main axis 1 0 0 P 0 7 q 3 of the optical system. According to the invention, a second cone-shaped reflector which forms part of the lighting system and which serves to reflect a light beam incident thereon in a circular space segment around the main axis of the optical system is provided in such a way that the light that is scattered by an interior this circular space segment located object can be detected by the image recording device via the first conical reflector.

Voor een nauwkeurige bepaling van de positie van een object ten opzichte van de hoofdas van het optisch systeem, ' is het cirkelvormige ruimtesegment zodanig gericht dat de plaats van het object, dat het licht binnen dit 15 ruimtesegment verstrooit, bepalend is voor de plaats op de eerste reflector van waaruit het object door het beeldopname-apparaat kan worden vastgelegd. Door ijking van het door het beeldopname-apparaat vastgelegde beeld aan de hand van een object waarvan de positie ten opzichte van de 20 hoofdas van het optisch systeem bekend is, kan een maat = worden verkregen aan de hand waarvan de positie van [ objecten ten opzichte van deze hoofdas in drie dimensies “ kan worden bepaald.For an accurate determination of the position of an object relative to the main axis of the optical system, the circular space segment is oriented such that the location of the object, which scatters the light within this space segment, determines the location on the first reflector from which the object can be captured by the image recording device. By calibrating the image captured by the image recording apparatus on the basis of an object whose position relative to the major axis of the optical system is known, a measure = can be obtained on the basis of which the position of [objects relative to of this major axis can be determined in three dimensions.

Het optisch systeem kan in diverse golflengtebereiken : 25 toegepast worden, zowel in het ultraviolet als in het [ zichtbare en het infrarood spectrumgebied. In een in de r praktijk geschikt gebleken uitvoeringsvorm is een laser als r lichtbron gebruikt.The optical system can be used in various wavelength ranges: 25, both in the ultraviolet and in the visible and infrared spectrum range. In an embodiment which has proved to be suitable in practice, a laser is used as the r light source.

30 De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de rThe invention will now be further elucidated to r

hand van de bijgaande tekening. Hierin toont: Lusing the accompanying drawing. Herein shows: L

Fig. IA op schematische wijze een - uitvoeringsvoorbeeld van het optisch systeem overeenkomstig de uitvinding; 1009873 ï 4Fig. IA schematically shows an embodiment of the optical system according to the invention; 1009873 ï 4

Fig. IB een specifieke uitvoering van een combinatie van reflector en correctielens die in dit | uitvoeringsvoorbeeld toepasbaar is;Fig. IB a specific implementation of a combination of reflector and correction lens used in this | implementation example is applicable;

Fig. 2A en 2B de vorming van een virtueel beeld door 5 de kegelvormige reflector voor de optische componenten in de radiale richting;Fig. 2A and 2B the formation of a virtual image by the conical reflector for the optical components in the radial direction;

Fig. 3A en 3B de vorming van een virtueel beeld door de kegelvormige reflector voor de componenten in de ' tangentiale richting en de verplaatsing van dit virtuele 10 beeld door middel van een kegelvormige lens; terwijl inFig. 3A and 3B the formation of a virtual image by the conical reflector for the components in the tangential direction and the displacement of this virtual image by means of a conical lens; while in

Fig. 4 de beeldvorming in de radiale en tangentiale -I richting door de lens van het beeldopname-apparaat in • afwezigheid van de corrigerende kegelvormige lens is - weergegeven.Fig. 4 the imaging in the radial and tangential-I direction through the lens of the image recording apparatus in the absence of the corrective conical lens is shown.

1515

Fig. 1 toont een buis 1 waarvan de binnenkant moet worden geïnspecteerd en waarvan de diameter moet worden vastgesteld. Hiertoe wordt in de buis 1 het optisch systeem 2 overeenkomstig de uitvinding neergelaten. Dit optisch 20 systeem omvat een, niet in de figuur weergegeven laser lichtbron, waarvan de uitgezonden straling via een glasvezel 3 naar de te inspecteren en te meten plaats wordt geleid. Met behulp van een lens 4 aan het einde van de glasvezel 3 en een tweetal spiegelelementen 5 en 6 wordt "ï 25 een lichtbundel volgens de hoofdas 7 van het optisch systeem 2 verkregen. Deze hoofdas 7 valt althans in hoofdzaak samen met de middellijn van de buis l, hetgeen kan worden gerealiseerd door het, verder niet weergegeven huis van het optisch systeem cirkelsymmetrisch uit te 30 voeren en met behulp van bijvoorbeeld rollen langs de wand van het inwendige van de buis 1 te verplaatsen. Met behulp van een kegelvormige reflector 8 wordt een lichtbundel 9 verkregen die een cirkelvormig ruimtesegment bestrijkt. Met behulp van een lens 10 wordt deze lichtbundel in sterke 35 mate in een cirkel gefocusseerd op de wand van de buis, in fig. 1 ter plaatse van F. Voorts is een verdere = ï Ί i 1 r n o Q y o 5 kegelvormige reflector 11 aanwezig om het door de binnenwand van de buis 1 verstrooide licht van de lichtbundel 9 in de richting van een beeldopname-apparaat 12 te leiden. Ter voorkoming van astigmatische fouten als 5 gevolg van reflecties door de kegelvormige reflector 11 is tussen deze reflector 11 en het beeldopname-apparaat een deze fouten in sterke mate verminderende correctielens 13. aangebracht. Zoals in het hiernavolgende wordt toegelicht, heeft deze correctielens eveneens een kegelvormig 10 oppervlak.Fig. 1 shows a tube 1, the inside of which must be inspected and the diameter of which must be determined. To this end, the optical system 2 according to the invention is lowered into the tube 1. This optical system comprises a laser light source, not shown in the figure, whose emitted radiation is guided via a glass fiber 3 to the place to be inspected and measured. With the aid of a lens 4 at the end of the glass fiber 3 and two mirror elements 5 and 6, a light beam is obtained according to the main axis 7 of the optical system 2. This main axis 7 coincides at least substantially with the diameter of the tube 1, which can be realized by designing the housing of the optical system, which is not further shown, in a circle-symmetrical manner and by means of rollers, for example, to move it along the wall of the interior of the tube 1. With the aid of a conical reflector 8 a light beam 9 covering a circular space segment is obtained Using a lens 10, this light beam is strongly focused in a circle on the wall of the tube, in Fig. 1 at the location of F. Furthermore, a further = een i 1 rno Q yo 5 conical reflector 11 provided to direct the light from the light beam 9 scattered through the inner wall of the tube 1 in the direction of an image recording device 12. To prevent g of astigmatic errors as a result of reflections by the conical reflector 11, a correction lens 13 which greatly reduces these errors is arranged between this reflector 11 and the image recording apparatus. As explained below, this correction lens also has a conical surface.

In de hier weergegeven voorkeursuitvoeringsvorm heeft de kegelvormige reflector 11 een halve tophoek van 45°, terwijl voorts het diafragma van het beeldopname-apparaat zodanig klein wordt gekozen, dat in hoofdzaak een zeer 15 smalle lichtbundel die vanaf de buiswand in een vlak loodrecht op de hoofdas 7 op de kegelvormige reflector 11 valt, zal worden gedetecteerd. Het door het beeldopname-apparaat 12 verkregen beeld kan in een beeldanalyseapparaat 14 worden verwerkt en desgewenst worden afgebeeld op een 20 deel van dit apparaat uitmakende monitor. De omtrek van de binnenwand van de buis 1 wordt, zoals in de tekening op de monitor is afgebeeld, weergegeven door de cirkel Cm. Door j: calibratie met een bekende buisbinnendiameter kan uit het verkregen beeld, dat wil zeggen de cirkel Cm, de 25 binnendiameter van de buis 1 worden afgeleid.In the preferred embodiment shown here, the conical reflector 11 has a half apex angle of 45 °, while furthermore the aperture of the image-taking device is chosen such that substantially a very narrow beam of light emerging from the tube wall in a plane perpendicular to the main axis. 7 falls on the conical reflector 11 will be detected. The image obtained by the image-recording device 12 can be processed in an image-analyzing device 14 and, if desired, displayed on a monitor forming part of this device. The circumference of the inner wall of the tube 1, as shown in the drawing on the monitor, is represented by the circle Cm. The inner diameter of the tube 1 can be derived from the image obtained, ie the circle Cm, by calibration with a known tube inner diameter.

De lichtbundel 9 loopt onder een zodanige hoek, dat, *" wanneer het optisch systeem in een smallere buis IA wordt neergelaten, het door de buisbinnenwand verstrooide en door : het beeldopname-apparaat 12 gedetecteerde licht afkomstig ~ 30 is van een cirkel die, in fig. 1 door G lopend, meer naar onderen is gelegen. Op de monitor wordt de omtrek van deze “ kleinere cirkel afgebeeld door de grotere cirkel Ck. Evenzo ~ zal, wanneer het optisch systeem wordt neergelaten in een « bredere buis 1B het door de buisbinnenwand verstrooide en r 35 door het beeldopname-apparaat 12 gedetecteerde licht afkomstig zijn van een cirkel die, in fig. 1 door H lopend, 1 0 0 :! P 7 3 ...The light beam 9 extends at such an angle that, when the optical system is lowered into a narrower tube 1A, the light scattered through the tube inner wall and detected by the image pick-up device 12 originates from a circle which, in Fig. 1, passing through G, is more downwards. On the monitor, the outline of this smaller circle is depicted by the larger circle Ck. Likewise, when the optical system is lowered into a wider tube 1B, it will pass through the tube inner wall scattered and r 35 detected by the image pick-up device 12 originate from a circle passing through H in Figure 1, 1 0 0: P 7 3 ...

6 meer naar boven is gelegen. Op de monitor wordt de omtrek van deze grotere cirkel afgebeeld door de kleinere cirkel Cl. Het zal duidelijk zijn dat het bereik in buisdiameters begrensd wordt door het oppervlak van de kegelvormige 5 reflector 11, terwijl meer naar de grenzen van dit bereik , toe de focussering van de lichtbundel 9 op de buisbinnenwand minder wordt. Voor buizen met een zeer grote binnendiameter zal ten opzichte van buizen met een zeer kleine diameter het optisch systeem dan ook moeten worden , 10 aangepast. Wanneer zich in de buis een verdikking in de wand voordoet, zoals de verdikking 15 in de buis 1, zal dit op de monitor kunnen waargenomen door een naar buiten gerichte uitstulping 16 in de cirkel Cm. De grootte en ligging van deze uitstulping 16 bepalen de plaats en de 15 grootte van de verdikking 15 in de buis 1.6 more upwards. On the monitor, the outline of this larger circle is depicted by the smaller circle Cl. It will be appreciated that the range in tube diameters is limited by the surface of the conical reflector 11, while closer to the limits of this range, the focusing of the light beam 9 on the tube inner wall becomes less. For tubes with a very large inner diameter, the optical system will therefore have to be adapted relative to tubes with a very small diameter. When a thickening in the wall occurs in the tube, such as the thickening 15 in the tube 1, this can be observed on the monitor by an outwardly directed bulge 16 in the circle Cm. The size and location of this bulge 16 determine the location and size of the bead 15 in the tube 1.

De kegelvormige reflector 11 en de correctielens 13 kunnen ook als een geheel worden uitgevoerd. Een dergelijke - uitvoering is weergegeven in fig. 1B. De correctielens is daarbij, op fabricage technische overwegingen, met de 20 vlakke zijde aangebracht op een glaslichaam 22 waarin een kegelvormige holte is uitgeslepen voor de kegelvormige reflector 11. Hierdoor wordt een beter gedefinieerde positionering van correctielens en kegelvormige reflector ten opzichte van elkaar verkregen.The conical reflector 11 and the correction lens 13 can also be designed as a whole. Such an embodiment is shown in Fig. 1B. The correction lens is thereby, on manufacturing technical considerations, flat-faced on a glass body 22 in which a conical cavity is cut out for the conical reflector 11. This provides a more defined positioning of the correction lens and the conical reflector with respect to each other.

25 Aan de hand van de fig. 2-4 zal de optiek van het optisch systeem, in het bijzonder de werking van de kegelvormige reflector 11 en de correctielens 13, nader worden toegelicht.The optics of the optical system, in particular the operation of the conical reflector 11 and the correction lens 13, will be explained in more detail with reference to Figs. 2-4.

In fig. 2A en 2B is de beeldvorming in een vlak door 30 de hoofdas 7 van het optisch systeem 2 weergegeven. Fig. 2B toont, gezien in de richting van de hoofdas 7 het aanzicht van deze beeldvorming in het vlak door de hoofdas 7.Figures 2A and 2B show the image formation in a plane through the main axis 7 of the optical system 2. Fig. 2B, viewed in the direction of the major axis 7, shows the view of this imaging in the plane through the major axis 7.

Wanneer wordt uitgegaan van een door de pijl A gevormd object, dan behoort hierbij een virtueel beeld B dat zich 35 uitstrekt in de radiale richting ten opzichte van de hoofdas en wel ter plaatse achter de kegelvormige reflector ] '009873 7 11. Wanneer tussen deze reflector en het beeldopname-apparaat de kegelvormige correctielens wordt geplaatst, dan zal deze de plaats van het virtuele beeld B niet beïnvloeden. Immers, in het vlak door de hoofdas 7 heeft de 5 lens geen andere werking dan die van een prisma, dat wil zeggen dat slechts de beeldvorming door de lens van het beeldopname-apparaat een weinig in radiale richting wordt verplaatst.When starting from an object formed by the arrow A, this includes a virtual image B which extends in the radial direction with respect to the main axis, namely at the location behind the conical reflector]. When between this reflector and the image recording apparatus is placed the conical correction lens, then it will not affect the location of the virtual image B. After all, in the plane through the main axis 7, the lens has no other effect than that of a prism, that is to say that only the imaging through the lens of the image recording device is moved slightly in the radial direction.

In fig. 3A en 3B is de beeldvorming in het vlak V 10 loodrecht op de hoofdas 7 van het optisch systeem 2 weergegeven. Wanneer wordt uitgegaan van een door de pijl D gevormd object, dan behoort hierbij een virtueel beeld E dat zich uitstrekt in de tangentiale richting ten opzichte van de hoofdas en, in de weergegeven situatie, is gelegen 15 in het vlak V. Wanneer de correctielens 13 niet aanwezig ' zou zijn, dan doet zich het verschijnsel van astigmatisme j voor. Door het beeldopname-apparaat wordt bij focussering [ op het virtuele beeld B een scherp beeld in radiale richting verkregen, doch een onscherp beeld in tangentiale : 20 richting, terwijl bij focussering op het virtuele beeld E " een scherp beeld in tangentiale richting wordt verkregen, " doch een onscherp beeld in radiale richting. Dit effect is ~ voor een spaakwiel 17 in fig. 4 weergeven. Via de, in dit Ξ voorbeeld astigmatische, lens 18 van het beeldopname-25 apparaat wordt bij focussering op de spaken het beeld 19 verkregen en bij focussering op het wiel het beeld 20.Figures 3A and 3B show the imaging in the plane V10 perpendicular to the main axis 7 of the optical system 2. Assuming an object formed by the arrow D, this includes a virtual image E extending in the tangential direction with respect to the main axis and, in the situation shown, located in the plane V. When the correction lens 13 would not be present, then the phenomenon of astigmatism j occurs. By the image recording apparatus, when focusing [on the virtual image B, a sharp image in the radial direction is obtained, but an unsharp image in tangential direction, while when focusing on the virtual image E ", a sharp image in tangential direction is obtained, "but a blurry image in radial direction. This effect is shown for a spoke wheel 17 in Fig. 4. Via the, in this example astigmatic, lens 18 of the image-recording device, image 19 is obtained when focusing on the spokes and image 20 when focusing on the wheel.

Door de aanwezigheid van de kegelvormige TDue to the presence of the conical T

correctielens 13 wordt het door de kegelvormige reflector 11 verkregen virtuele beeld E van het object D verschoven. l 30 Door de juiste keuze van het brandpunt van de lens 13 kan ^ bij een plaatsing van deze lens op een geschikt gekozen Ξ afstand van de kegelvormige reflector 11 het virtuele beeld ï E naar achteren worden verschoven en wel zodanig dat de “ plaats van het dan verkregen virtuele beeld E' samenvalt - 35 met de plaats van het virtuele beeld B. Door het = beeldopname-apparaat 12 kan nu door focussering een scherp ~ 1009873 8 beeld worden verkregen van zowel de radiale als de tangentiale component van het virtuele beeld van een object terzijde van de kegelvormige reflector.correction lens 13, the virtual image E of the object D obtained by the conical reflector 11 is shifted. Due to the correct choice of the focal point of the lens 13, when this lens is placed at a suitably chosen distance from the conical reflector 11, the virtual image can be shifted backwards, such that the position of the the virtual image E 'obtained then coincides with the location of the virtual image B. The image-recording device 12 can now obtain a sharp ~ 1009873 8 image by focusing of both the radial and tangential components of the virtual image of an object aside from the conical reflector.

Wanneer de objectpijl D de hoofdas 7 op grotere 5 afstand kruist, dan zal het virtuele beeld E kleiner zijn en in fig. 3B meer naar de hoofdas 21 in het vlak V komen te liggen. Echter, dichter bij het vlak door de hoofdassen 7 en 21 is de kromming van de kegelvormige lens 7 groter en is de brandpuntsafstand van deze lens kleiner. Door een 10 geschikt gekozen tophoek voor de kegelvormige lens blijkt voor diverse afstanden van het virtuele beeld E tot het vlak door de hoofdassen 7 en 21 een verschuiving van dit virtuele beeld naar vrijwel eenzelfde plaats, overeenkomende met die van het virtuele beeld B, te kunnen 15 worden verkregen. In een concrete situatie met een kegelvormige reflector met een halve tophoek van 45°, is een kegelvormige lens met een halve tophoek in de orde van 80° en een brekingsindex van ongeveer 1,4 è 1,5 bruikbaar; de kegelvormige lens wordt daarbij op ongeveer een afstand 20 van 30 a 40 mm van de kegelvormige reflector geplaatst.When the object arrow D crosses the main axis 7 at a greater distance, the virtual image E will be smaller and in figure 3B more will lie on the main axis 21 in the plane V. However, closer to the plane through the major axes 7 and 21, the curvature of the conical lens 7 is greater and the focal length of this lens is smaller. Due to a suitably chosen top angle for the conical lens, it appears that for various distances from the virtual image E to the plane through the main axes 7 and 21, a shift of this virtual image to almost the same place, corresponding to that of the virtual image B, can be possible. 15 are obtained. In a concrete situation with a conical reflector with a half top angle of 45 °, a conical lens with a half top angle of the order of 80 ° and a refractive index of about 1.4 to 1.5 are usable; the conical lens is thereby placed at a distance of about 30 to 40 mm from the conical reflector.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot het hier aan de hand van de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, doch omvat allerlei modificaties hierop, uiteraard voor zover deze vallen binnen de 25 beschermingsomvang van de hiernavolgende conclusies. Zo kan de halve tophoek van de kegelvormige reflector 11 afwijken van 45°, waarbij dan wel, althans bij grote afwijkingen hiervan, de halve tophoek van de correctielens 13 en de plaatsing van deze lens ten opzichte van de reflector 11 30 moeten worden aangepast. De correctielens 11 kan aan een zijde, in plaats van een plat oppervlak, ook een sferisch ! oppervlak hebben, waardoor deze tevens een zekere optische sterkte krijgt. Ook kunnen beide zijden van de correctielens een kegelvormig oppervlak bezitten.The present invention is not limited to the exemplary embodiment shown here with reference to the drawing, but comprises all kinds of modifications thereof, of course insofar as these fall within the scope of protection of the following claims. For example, the half top angle of the conical reflector 11 may deviate from 45 °, whereby, at least with large deviations from this, the half top angle of the correction lens 13 and the placement of this lens relative to the reflector 11 must be adjusted. The correction lens 11 can also be spherical on one side, instead of a flat surface! surface, which also gives it a certain optical strength. Also, both sides of the correction lens may have a conical surface.

35 Alhoewel een laser lichtbron de voorkeur geniet, zijn andere lichtbronnen zeer wel bruikbaar; zelfs kan een inna«73 9 infrarood lichtbron worden gebruikt, waarbij dan wel dient te worden opgemerkt dat in dat geval een infraroodcamera nodig is. Voorts is het optisch systeem in zijn toepassing niet beperkt tot buisinspectie, het meten van 5 buisdiameters, het vaststellen van lasnaden in buizen of de toestand van deze lasnaden, e.d.; het optisch systeem is geschikt om allerlei objecten rondom het systeem waar te nemen, bijvoorbeeld, zoals reeds eerder is genoemd, de positie van de spenen van een koe in een melkrobot. Ook is 10 waarneming over 360° niet noodzakelijk; een waarneming over elk hoeksegment is met behulp van dit optisch systeem mogelijk. In het bijzonder de combinatie van een laser lichtbron, een optiek met kegelvormige correctielens en een beeldopname-apparaat, zoals deze eenheden in het voorgaande 15 zijn beschreven, blijkt in een nauwkeurig meetsysteem te resulteren. Objecten op een afstand tot de hoofdas van het ! optisch systeem van bijvoorbeeld 10 cm kunnen met een nauwkeurigheid van minder dan 0,5 mm worden bepaald.Although a laser light source is preferred, other light sources are quite useful; even an infrared infrared light source can be used, although it should be noted that in that case an infrared camera is required. Furthermore, the optical system in its application is not limited to pipe inspection, the measurement of pipe diameters, the determination of weld seams in pipes or the condition of these weld seams, etc.; the optical system is suitable for detecting all kinds of objects around the system, for example, as mentioned before, the position of the teats of a cow in a milking robot. Also, observation over 360 ° is not necessary; observation over each corner segment is possible with the help of this optical system. In particular, the combination of a laser light source, an optic with a conical correction lens and an image recording device, as these units have been described in the foregoing, has been found to result in an accurate measuring system. Objects at a distance from the major axis of it! optical system of, for example, 10 cm can be determined with an accuracy of less than 0.5 mm.

10098731009873

Claims

1. Optical system for taking measurements on (and / or for inspecting one or more objects at a certain angle, in particular over 360 °, provided with a lighting system around at least part of the space around the optical system to illuminate, a first reflector with a substantially cone-shaped reflector surface and an image recording device for capturing an image originating from at least part of the illuminated space via this reflector surface, which optical measuring system is further provided between the reflector and the image recording device provided for correcting image error compensation, characterized in that the correction means are formed by a lens, at least one surface of which is substantially conical.

Optical system according to claim 1, characterized in that the half apex angle of the conical reflector is approximately 45 ° and the aperture of the image recording device is so small that it is almost perpendicular to the major axis of the optical system on the reflector falling 20 light is detected.

3. An optical system according to claim 1 or 2, characterized in that the half apex angle of the conical lens is about 80 ° and the refractive index of this lens is in the order of 1.4 to 1.5, while furthermore the conical lens is placed at a distance of 30 to 40 mm from the conical reflector.

Optical system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a second conical reflector is provided which forms part of the lighting system and which serves to transmit a light beam incident on it in a circular space segment around the main axis of the optical system. reflecting in such a way that the light that is scattered by an within this circular space segment! 1009873 object can be detected by the image recording device via the first conical reflector.

Optical system according to claim 4, characterized in that the lighting system is provided with a laser light source.

Optical system according to claim 4 or 5, characterized in that the circular space segment is oriented such that the location of the object, which scatters the light within this space segment, determines the location on the first reflector from which the object can be captured by the image capture device.

Optical system according to claim 6, characterized in that by calibrating the image captured by the image recording device on the basis of an object whose position is known with respect to the main axis of the optical system, a measure is obtained by means of which the position of objects relative to this main axis can be determined in three dimensions. 1009873 "