SE524582C2 - A scanner system and method for determining the coordinates of the surface of a three-dimensional object - Google Patents
A scanner system and method for determining the coordinates of the surface of a three-dimensional objectInfo
- Publication number
- SE524582C2 SE524582C2 SE0200069A SE0200069A SE524582C2 SE 524582 C2 SE524582 C2 SE 524582C2 SE 0200069 A SE0200069 A SE 0200069A SE 0200069 A SE0200069 A SE 0200069A SE 524582 C2 SE524582 C2 SE 524582C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- lines
- reflected
- sensor
- coordinates
- unit
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
20 25 30 35 524 582 TEKN|KENs sTANDPuNKT I den europeiska patentansökan nr EP 1 036 515 A2 visas en scannerstation som är kopplad till en fräsmaskin. Scannern är anordnad så att den kan avläsa koordinaterna för ytan av en fot och fräsmaskinen är anordnad så att den tar fram en innersula till en sko utgående från de avlästa koordinaterna från foten. Scan- nerstationen innefattar en första Iaserenhet som är anordnad att röra sig längs med fotens undersida. Laserenheten sänder ut en laserlinje som reflekteras i foten och den reflekterade laserlinjen detekteras av en sensor. Genom mätning av var på sensorn den reflekterade linjen hamnar, kan koordinaterna för fotens yta be- räknas. Under tiden som laserenheten rör sig längs med foten förflyttas laserlinjen och hela ytan av fotens undersida kan mä- tas. 20 25 30 35 524 582 TECHNICAL STAND POINT European Patent Application No. EP 1 036 515 A2 discloses a scanner station which is connected to a milling machine. The scanner is arranged so that it can read the coordinates of the surface of a foot and the milling machine is arranged so that it produces an insole for a shoe based on the coordinates read from the foot. The scanner station comprises a first laser unit which is arranged to move along the underside of the foot. The laser unit emits a laser line that is reflected in the foot and the reflected laser line is detected by a sensor. By measuring where on the sensor the reflected line ends up, the coordinates of the surface of the foot can be calculated. As the laser unit moves along the foot, the laser line moves and the entire surface of the underside of the foot can be measured.
Scannerstationen innefattar dessutom en andra och en tredje la- serenhet som är anordnade för att mäta ytan på var sin sida av foten. Den andra och den tredje laserenheten är anordnade på samma sätt som den första och är flyttbara längs med hela foten för att kunna mäta hela fotens längd. Tillsammans kan de tre la- serenheterna mäta tre av fotens sidor. Nackdelen med den ovan beskrivna scannerstationen är att den är långsam, tung, klumpig och skrymmande. I vissa tillämpningar behöver scannern trans- porteras mellan olika platser. Det är då fördelaktigt om scanner- stationen är liten och lätt att bära med sig.The scanner station also comprises a second and a third laser unit which are arranged to measure the surface on each side of the foot. The second and third laser units are arranged in the same way as the first and are movable along the entire foot in order to be able to measure the entire length of the foot. Together, the three laser units can measure three of the sides of the foot. The disadvantage of the scanner station described above is that it is slow, heavy, clumsy and bulky. In some applications, the scanner needs to be transported between different locations. It is then advantageous if the scanner station is small and easy to carry.
REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett avläsarsystem som är snabbt, billigt, väger litet och tar liten plats.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a reader system which is fast, inexpensive, weighs little and takes up little space.
Detta ändamål uppnås med ett avläsarsystem enligt uppfinningen såsom det definieras i patentkravet 1. 10 15 20 25 30 35 524 582 , .nu .u un: Genom att man samtidigt genererar flera linjer som reflekteras i olika delar av objektet kan mätningen av de olika delarna av ob- jektet ske parallellt i tiden och därmed blir mätförfarandet mycket snabbt. Tack vare att flera delar av objektet mäts samtidigt blir sträckan kortare som belysningsenheten måste förflyttas längs med objektet för att hela objektet ska kunna mätas. Eftersom sträckan som belysningsenheten måste förflyttas blir kortare, kan hela avläsarsystemet göras kortare och därmed erhålles ett litet och kompakt system. Avläsarsystemet blir därmed robust, stabilt och dess kalibrering kan bibehållas efter det att den har trans- porterats.This object is achieved with a reading system according to the invention as defined in claim 1. 1524 25 30 35 524 582, .nu .u un: of the object take place in parallel over time and thus the measurement procedure becomes very fast. Thanks to the fact that several parts of the object are measured at the same time, the distance that the lighting unit has to move along the object is shorter in order for the entire object to be measured. Since the distance that the lighting unit has to be moved becomes shorter, the entire reading system can be made shorter and thus a small and compact system is obtained. The reader system thus becomes robust, stable and its calibration can be maintained after it has been transported.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är avläsarsy- stemet anordnat så att de genererade linjerna belyser objektet med väsentligen parallella linjer. Därmed underlättas mätningen av objektet.According to a preferred embodiment of the invention, the reader system is arranged so that the generated lines illuminate the object with substantially parallel lines. This facilitates the measurement of the object.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är belys- ningsenheten anordnad att samtidigt generera åtminstone tre synliga linjer avsedda att reflekteras i skilda delar av objektet. Ju fler delar av objektet som kan mätas samtidigt desto snabbare blir förfarandet och desto kortare blir sträckan som belysnings- enheten måste förflyttas under mätningen. Antalet linjer som be- höver användas beror till stor del på tillämpningen, men för att väsentlig minskning av tiden för mätningen och storleken på sy- stemet skall erhållas, bör antalet linjer vara minst tre.According to a preferred embodiment of the invention, the lighting unit is arranged to simultaneously generate at least three visible lines intended to be reflected in different parts of the object. The more parts of the object that can be measured at the same time, the faster the procedure and the shorter the distance that the lighting unit must be moved during the measurement. The number of lines that need to be used depends largely on the application, but in order to obtain a significant reduction in the time for the measurement and the size of the system, the number of lines should be at least three.
Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är sensorn och belysningsenheten anordnade så att vinkeln mellan sensorns mätriktníng och belysningsenheten är mellan 20° och 50°. En så- dan vinkel mellan sensorn och belysningsenheten ger en optimal noggrannhet i mätningen i förhållande till objektets geometri. Vil- ken vinkel som sedan väljs inom intervallet beror på objektets geometri.According to a further embodiment of the invention, the sensor and the lighting unit are arranged so that the angle between the measuring direction of the sensor and the lighting unit is between 20 ° and 50 °. Such an angle between the sensor and the lighting unit provides optimal accuracy in the measurement in relation to the object's geometry. Which angle is then selected within the interval depends on the geometry of the object.
Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är belysnings- enheten och sensorn monterade på en bärarenhet, varvid bärar- 10 15 20 25 30 35 524 582 4 enheten dels är anordnad rörlig i en riktning längs med objektet och dels är anordnad roterbar i förhållande till objektet. Med för- del är bärarenheten anordnad rörlig i en riktning längs med ob- jektets Iängdaxel och bärarenheten är anordnad roterbar kring en axel som är väsentligen parallell med objektets Iängdaxel. Istället för att flera belysningsenheter anordnas som mäter var sin sida av objektet anordnas en belysningsenhet som är roterbar i förhål- lande till objektet. På så sätt kan de olika sidorna mätas med en och samma belysningsenhet som bara roteras till en ny position innan den mäter nästa sida av objektet. Att bara behöva en be- lysningsenhet är fördelaktigt ur ekonomisk synvinkel och dess- utom kan avläsarsystemet därför göras ännu mindre och kompak- tare.According to a further embodiment of the invention, the lighting unit and the sensor are mounted on a carrier unit, wherein the carrier unit is on the one hand arranged movable in a direction along the object and on the other hand is arranged rotatable relative to the object. Advantageously, the carrier unit is arranged movable in a direction along the longitudinal axis of the object and the carrier unit is arranged rotatably about an axis which is substantially parallel to the longitudinal axis of the object. Instead of several lighting units being arranged which measure each side of the object, a lighting unit is arranged which is rotatable in relation to the object. In this way, the different sides can be measured with one and the same lighting unit that is only rotated to a new position before it measures the next side of the object. Having only one lighting unit is advantageous from an economic point of view and, in addition, the reading system can therefore be made even smaller and more compact.
Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är bärarenhe- ten är anordnad inställbar i åtminstone två fördefinierade vinkel- lägen motsvarande läget hos två av objektets sidor. Med fördel är de fördefinierade vinkellägena minst tre. Genom att bäraren- heten är anordnad inställbar i ett antal fördefinierade vinkellägen som motsvarar läget hos objektets sidor, kan man snabbt skifta mellan att mäta objektets olika sidor och skiftet kan även göras automatiskt.According to a further embodiment of the invention, the carrier unit is arranged adjustable in at least two predefined angular positions corresponding to the position of two of the sides of the object. Advantageously, the predefined angular positions are at least three. Because the carrier unit is arranged adjustable in a number of predefined angular positions which correspond to the position of the object's sides, it is possible to quickly switch between measuring the different sides of the object and the shift can also be done automatically.
Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen innefattar den ett reflekterande organ anordnat att reflektera åtminstone huvud- delen av de från belysningsenheten genererade linjerna i riktning mot objektet. Företrädesvis är det reflekterande organet monterat på den rörliga bärarenheten. Genom att linjerna reflekteras innan de belyser objektet, kan avståndet mellan objektet och belys- ningsenheten vara kortare, vilket medför att avläsarsystemet kan göras ännu mindre och ännu mer kompakt. 10 15 20 25 30 35 524 582 Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen innefattar av- läsarsystemet ett reflekterande don anordnat att reflektera åt- minstone någon av de från objektet reflekterade linjerna i riktning mot sensorn. Med fördel är det reflekterande donet anordnat att reflektera de från objektets kortsida reflekterade linjerna i rikt- ning mot sensorn. Företrädesvis är det reflekterande donet an- ordnat fixt i förhållande till objektet. Ett sådant arrangemang gör det möjligt att samtidigt mäta både den sida av objektet som är vänd mot sensorn och någon annan sida av objektet som vetter bort från sensorn.According to a further embodiment of the invention, it comprises a reflecting means arranged to reflect at least the main part of the lines generated from the lighting unit in the direction of the object. Preferably, the reflecting member is mounted on the movable carrier unit. Because the lines are reflected before they illuminate the object, the distance between the object and the illumination unit can be shorter, which means that the reading system can be made even smaller and even more compact. According to a further embodiment of the invention, the reader system comprises a reflecting device arranged to reflect at least one of the lines reflected from the object in the direction of the sensor. Advantageously, the reflecting device is arranged to reflect the lines reflected from the short side of the object in the direction of the sensor. Preferably, the reflective device is arranged fixedly in relation to the object. Such an arrangement makes it possible to simultaneously measure both the side of the object facing the sensor and any other side of the object facing away from the sensor.
Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen innefattar kali- breringssystemet kalibreringsmedel anpassade för att kalibrera varje linje var för sig i beroende av ett antal kalibreringstabeller.According to a further embodiment of the invention, the calibration system comprises calibration means adapted to calibrate each line individually depending on a number of calibration tables.
Genom att kalibrera varje laserlinje för sig med hjälp av kalibre- ringstabeller som är speciellt framtagna för varje individuell la- serlinje, erhålls en optimal kalibrering, vilket i sin tur medför en förbättrad noggrannhet vid bestämningen av koordinaterna.By calibrating each laser line separately with the help of calibration tables that have been specially developed for each individual laser line, an optimal calibration is obtained, which in turn leads to an improved accuracy in determining the coordinates.
Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett förfarande för att bestämma koordinater hos ytan av ett tredimen- sionellt objekt, vilket förfarande är snabbt och enkelt att använ- da. Detta ändamål uppnås med en metod enligt uppfinningen så- som det definieras i patentkravet 11.A further object of the invention is to provide a method for determining the coordinates of the surface of a three-dimensional object, which method is quick and easy to use. This object is achieved with a method according to the invention as defined in claim 11.
FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning ska nu förklaras med hjälp av olika så- som exempel beskrivna utföringsformer och med hänvisning till de bifogade ritningarna.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will now be explained by means of various embodiments described by way of example and with reference to the accompanying drawings.
Figur 1 visar ett avläsarsystem enligt en utföringsform av uppfin- ningen. 10 15 20 25 30 35 524 582 6 u ,, m» Figur 2 visar ett antal linjer av synligt ljus så som de detekteras av sensorn.Figure 1 shows a reader system according to an embodiment of the invention. Figure 15 shows a number of lines of visible light as detected by the sensor.
BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar ett avläsarsystem anordnat för att bestämma ett an- tal koordinater för ytan hos ett tredimensionellt objekt 1. Avläsar- systemet innefattar en belysningsenhet 2 anordnad att samtidigt generera ett flertal linjer 3a-3c av synligt ljus, vilka är avsedda att reflekteras i olika delar av objektet, en sensor 5 anordnad att detektera de från objektet 1 reflekterade synliga linjerna 6a-6c och en beräkningsenhet 7 anpassad för att beräkna koordinater- na för ytan beroende av de detekterade linjerna. Belysningsen- heten 2 utgörs i detta utföringsexempel av en laser, exempelvis en diodlinjelaser, och benämns fortsättningsvis laserenheten 2.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Figure 1 shows a reading system arranged to determine a number of coordinates of the surface of a three-dimensional object 1. The reading system comprises a lighting unit 2 arranged to simultaneously generate a plurality of lines 3a-3c of visible light, which are intended to reflected in different parts of the object, a sensor 5 arranged to detect the visible lines 6a-6c reflected from the object 1 and a calculation unit 7 adapted to calculate the coordinates of the surface depending on the detected lines. In this exemplary embodiment, the lighting unit 2 consists of a laser, for example a diode line laser, and is hereinafter referred to as the laser unit 2.
Linjerna som genereras av laserenheten 2 benämns fortsätt- ningsvis för laserlinjer.The lines generated by the laser unit 2 are hereinafter referred to as laser lines.
Laserlinjerna sänds ut i skilda riktningar mot ett reflekterande or- gan i form av en första spegel 9 ooh reflekteras i den första spe- gel 9 i riktning mot objektet 1. Laserenheten 2 och den första spegeln 9 är anpassade i förhållande till varandra och objektet så att de via spegeln 9 reflekterade laserlinjerna belyser olika delar av objektet. Laserenheten 2 är anordnad så att objektet belyses med väsentligen parallella linjer och med väsentligen samma av- stånd mellan linjerna. Antalet utsända laserlinjer är minst tre och med fördel minst tio. Vinkeln mellan de utsända laserlinjerna och placeringen av laserenheten 2 och spegeln 9 i förhållande till ob- jektet ska vara sådan att alla laserlinjerna träffar var sin del av objektet. Om samma objekt ska mätas med ett större antal laser- linjer, måste således avståndet mellan laserlinjerna minskas.The laser lines are emitted in different directions towards a reflecting member in the form of a first mirror 9 and are reflected in the first mirror 9 in the direction of the object 1. The laser unit 2 and the first mirror 9 are adapted in relation to each other and the object so that the laser lines reflected via the mirror 9 illuminate different parts of the object. The laser unit 2 is arranged so that the object is illuminated with substantially parallel lines and with substantially the same distances between the lines. The number of transmitted laser lines is at least three and preferably at least ten. The angle between the emitted laser lines and the position of the laser unit 2 and the mirror 9 in relation to the object must be such that all the laser lines hit each part of the object. Thus, if the same object is to be measured with a larger number of laser lines, the distance between the laser lines must be reduced.
Laserenheten 2, sensorn 5 och den första spegeln 9 är montera- de på en rörlig bärarenhet 10. Bärarenheten 10 är anordnad rör- lig i en riktning x längs med objektets sida. Avläsarsystemet in- nefattar en motorenhet 12 anordnad att linjärt förflytta bäraren- heten 10. Om objekten, vilkas ytor avläsarsystemet är avsett att 10 15 20 25 30 35 n ... 524 582 7 avläsa, har en längd som väsentligen överstiger objektets bredd är bärarenheten anordnad rörlig i en riktning längs med objektets längdaxel. Den sträcka som bärarenheten 10 behöver röra sig i förhållande till objektet för att kunna avläsa hela objektet motsva- rar avståndet mellan två närbelägna laserlinjer. Således blir den sträcka som bärarenheten behöver förflyttas mindre när antalet laserlinjer ökar.The laser unit 2, the sensor 5 and the first mirror 9 are mounted on a movable carrier unit 10. The carrier unit 10 is arranged movable in a direction x along the side of the object. The reader system includes a motor unit 12 arranged to linearly move the carrier unit 10. If the objects, the surfaces of which the reader system is intended to read, have a length which substantially exceeds the width of the object, the carrier unit arranged movable in a direction along the longitudinal axis of the object. The distance that the carrier unit 10 needs to move in relation to the object in order to be able to read the entire object corresponds to the distance between two adjacent laser lines. Thus, the distance that the carrier unit needs to be moved becomes smaller as the number of laser lines increases.
Om bärarenheten förflyttas en sträcka som är längre än avstån- det mellan laserlinjerna, kommer mätningarna att överlappa var- andra. I detta utföringsexempel är det att föredra om mätningar- na inte överlappar varandra. Varje laserlinje är avsedd att avläsa en mindre del av en större sammanhängande del av objektets yta och tillsammans avläser laserlinjerna hela den sammanhängande delen av objektet. Denna större sammanhängande yta utgör lämpligen en sida av objektet och de mindre delytorna utgör ett antal i längdriktningen efter varandra följande delytor av sidan.If the carrier unit is moved a distance longer than the distance between the laser lines, the measurements will overlap. In this exemplary embodiment, it is preferable if the measurements do not overlap. Each laser line is intended to read a smaller part of a larger contiguous part of the object's surface and together the laser lines read the entire contiguous part of the object. This larger continuous surface suitably forms one side of the object and the smaller sub-surfaces form a number of longitudinally successive sub-surfaces of the side.
Samtidigt som laserlinjerna förflyttas utmed objektet avläses de reflekterade linjernas kurvatur med hjälp av sensorn 5. Sensorn är med fördel en CCD-sensor (Charge Coupled Device). Linjer- nas läge på sensorn utgör ett mått på avståndet till objektet.At the same time as the laser lines are moved along the object, the curvature of the reflected lines is read with the aid of the sensor 5. The sensor is advantageously a CCD sensor (Charge Coupled Device). The position of the lines on the sensor is a measure of the distance to the object.
Sensorn och laserenheten bör anordnas så att vinkeln mellan sensorns mätriktning och laserenhetens längdaxel blir mellan 20° och 50°. Det exakta värdet på vinkeln bestäms i beroende av önskad noggrannhet och objektets geometri. I detta utföringsex- empel är vinkeln mellan sensorn 5 och laserenheten 2 cirka 45°.The sensor and the laser unit should be arranged so that the angle between the measuring direction of the sensor and the longitudinal axis of the laser unit is between 20 ° and 50 °. The exact value of the angle is determined depending on the desired accuracy and the geometry of the object. In this exemplary embodiment, the angle between the sensor 5 and the laser unit 2 is approximately 45 °.
Under avläsningen förflyttas bärarenheten 10 längs med objek- tets ena sida. Flera av objektets sidor kan mätas med samma ut- rustning genom att bärarenheten med laserenhet och sensor ro- teras så att laserlinjerna belyser de övriga sidorna. Bärarenheten 10 i figur 1 är monterad på en roterbar axel 14. Den roterbara axeln 14 är anordnad väsentligen parallell med objektets längd- axel. Bärarenheten är anordnad roterbar mellan ett antal lägen som motsvarar läget för åtminstone några av objektets sidor. Om objektet exempelvis har tre långsidor och en kortsida som ska 10 15 20 25 30 35 524 582 8 H tu avläsas, är bärarenheten 10 och den roterbara axeln 14 anord- nade så att bärarenheten är inställbar i åtminstone tre fördefinie- rade vinkellägen som motsvarar läget hos de tre Iångsidorna hos objektet. På så sätt kan man i snabb följd mäta alla tre långsi- dorna. Mellan mätningarna av två sidor roteras bärarenheten så att nästa sida kan mätas och under mätningen förflyttas bäraren- heten linjärt längs med sidan.During the reading, the carrier unit 10 is moved along one side of the object. Several of the sides of the object can be measured with the same equipment by rotating the carrier unit with laser unit and sensor so that the laser lines illuminate the other sides. The carrier unit 10 in Figure 1 is mounted on a rotatable shaft 14. The rotatable shaft 14 is arranged substantially parallel to the longitudinal axis of the object. The carrier unit is arranged rotatably between a number of positions which correspond to the position of at least some of the sides of the object. For example, if the object has three long sides and a short side to be read, the carrier unit 10 and the rotatable shaft 14 are arranged so that the carrier unit is adjustable in at least three predefined angular positions corresponding to the position at the three long sides of the object. In this way, all three long sides can be measured in quick succession. Between the measurements of two sides, the carrier unit is rotated so that the next side can be measured and during the measurement, the carrier unit is moved linearly along the side.
För att samtidigt kunna mäta ytterligare en sida av objektet är den första spegeln 9 anordnad så att åtminstone någon av laser- linjerna, exempelvis laserlinjen 3a, reflekteras i riktning mot en första sida 1a hos objektet och åtminstone någon av laserlinjer- na, exempelvis Iaserlinjerna 3b, 3c, reflekteras i riktning mot en andra sida 1b hos objektet. Sidan 1b angränsar till sidan 1a. Hu- vuddelen av sidan 1b vetter mot sensorn 5, medan huvuddelen av sidan 1a vetter bort från sensorn. De laserlinjer 6c som re- flekteras i den del av objektet som vetter mot sensorn kommer att direkt träffa sensorn 5. l syfte att styra de laserlinjer 6a, 6b, som reflekteras i den del av objektet som vetter bort från sensorn 5, i riktning mot sensorn är ett reflekterande don, i form av en spe- geln 16, anordnad i närheten av den första sidan 1a hos objektet.In order to be able to simultaneously measure another side of the object, the first mirror 9 is arranged so that at least one of the laser lines, for example the laser line 3a, is reflected in the direction of a first side 1a of the object and at least one of the laser lines, for example the laser lines 3b , 3c, is reflected in the direction of a second side 1b of the object. Page 1b adjoins page 1a. The main part of the side 1b faces the sensor 5, while the main part of the side 1a faces away from the sensor. The laser lines 6c reflected in the part of the object facing the sensor will directly strike the sensor 5. In order to control the laser lines 6a, 6b, which are reflected in the part of the object facing away from the sensor 5, in the direction of the sensor is a reflecting device, in the form of a mirror 16, arranged in the vicinity of the first side 1a of the object.
Spegeln 16 är placerad fixt i förhållande till objektet, d.v.s. den är inte anordnad på den rörliga bärarenheten. Spegeln 16 är an- ordnad så att den tar emot laserlinjer 3a som har reflekterats i objektets första sida 1a och laserlinjer 3b som har reflekterats i sidan 1b i en riktning bort från sensorn 5 och reflekterar de i ob- jektet reflekterade laserlinjerna 6a, 6b i riktning mot sensorn 5.The mirror 16 is placed fixed in relation to the object, i.e. it is not mounted on the movable carrier unit. The mirror 16 is arranged so as to receive laser lines 3a which have been reflected in the first side 1a of the object and laser lines 3b which have been reflected in the side 1b in a direction away from the sensor 5 and reflect the laser lines 6a, 6b reflected in the object direction of the sensor 5.
Figur 2 visar ett exempel på hur det kan se ut när Iaserlinjerna träffar sensorn efter att ha reflekterats i objektet. I figur 2 visas tio laserlinjer. Sensorn detekterar laserlinjernas position i y-led och z-led. För varje laserlinje detekteras laserlinjens position för ett antal mätpunkter på linjen. Mätpunktens position i y-led på sensorn motsvarar punktens position i y-led på objektet. Mät- punktens position i z-led på sensorn motsvarar punktens position i z-led på objektet. De tre första Iaserlinjerna i figur 2 är kortare än de övriga sju linjerna. Det beror på att de tre första laserlin- 10 15 20 25 30 35 '524 582 9 jerna härrör från sidan 1a av objektet som har en kortare ut- sträckning i y-led och att de övriga linjerna härrör från sidan 1b av objektet som har en längre utsträckning i y-led.Figure 2 shows an example of what it might look like when the laser lines hit the sensor after being reflected in the object. Figure 2 shows ten laser lines. The sensor detects the position of the laser lines in the y-direction and z-direction. For each laser line, the position of the laser line is detected for a number of measuring points on the line. The position of the measuring point in the y-direction of the sensor corresponds to the position of the point in the y-direction of the object. The position of the measuring point in the z-direction on the sensor corresponds to the position of the point in the z-direction on the object. The first three laser lines in Figure 2 are shorter than the other seven lines. This is because the first three laser lines originate from the side 1a of the object having a shorter extent in the y-direction and the other lines originate from the side 1b of the object having a longer extent in the y-direction.
Punktens position i x-led erhålls genom att sensors förflyttning i x-led under mätningen är känd. Sensorn detekterar mätpunktens position i enheten pixel. En pixel motsvarar sensorns tvådimen- sionella upplösning. Från sensorn erhålls således ett antal mät- punkter med två koordinater (y, z) i form av ett antal pixlar. Des- sa mätvärden måste sedan kalibreras och omvandlas till Sl-en- heten meter, eller företrädesvis till enheten millimeter. Kalibre- ringen av sensorn går till så att ett objekt med känd geometri sätts in i avläsarsystemet och dess yta avläses. För var och en av laserlinjerna avläses ett stort antal mätpunkter. I beroende av de avlästa mätvärdena på koordinaterna (y, z) och kända värden för koordinaterna hos objektets yta beräknas ett antal kalibre- ringskontanter som kan användas för att både kalibrera mätvär- dena och omvandla dem från pixlar till millimeter. I detta utfö- ringsexempel beräknas kalibreringskonstanten genom att de kän- da värdena för koordinaterna divideras med mätvärdena för ko- ordinaterna. När ett mätvärde senare ska kalibreras, multiplice- ras mätvärdet med kalibreringskonstanten.The position of the point in the x-direction is obtained by knowing the movement of the sensor in the x-direction during the measurement. The sensor detects the position of the measuring point in the unit pixels. One pixel corresponds to the sensor's two-dimensional resolution. The sensor thus obtains a number of measuring points with two coordinates (y, z) in the form of a number of pixels. These measured values must then be calibrated and converted to the Sl unit meter, or preferably to the unit millimeter. The calibration of the sensor is done so that an object with known geometry is inserted into the reading system and its surface is read. For each of the laser lines, a large number of measuring points are read. Depending on the measured readings of the coordinates (y, z) and known values of the coordinates of the object's surface, a number of calibration cash is calculated that can be used to both calibrate the measured values and convert them from pixels to millimeters. In this exemplary embodiment, the calibration constant is calculated by dividing the known values of the coordinates by the measured values of the coordinates. When a measured value is to be calibrated later, the measured value is multiplied by the calibration constant.
Det räcker inte att avvända en och samma kalibreringskonstant för alla laserlinjerna eller för alla mätpunkter på samma linje, ef- tersom sensorn uppför sig olika beroende på var på sensorn mät- ningen sker. För varje laserlinje upprättas därför en kalibrerings- tabell med ett stort antal kalibreringskonstanter. Var och en av laserlinjerna har således en egen tabell med kalibrerings- konstanter. Om det inte finns värden (y, z) i kalibreringstabellen som exakt motsvarar värdena på y och z för den mätpunkt som ska kalibreras, väljs två eller flera näraliggande punkter och det kalibrerade värdet interpoleras fram med utgångspunkt från des- sa kalibreringskonstanter för dessa näraliggande punkter.It is not enough to deviate from one and the same calibration constant for all the laser lines or for all measuring points on the same line, as the sensor behaves differently depending on where on the sensor the measurement takes place. For each laser line, therefore, a calibration table is established with a large number of calibration constants. Each of the laser lines thus has its own table with calibration constants. If there are no values (y, z) in the calibration table that exactly correspond to the values of y and z for the measuring point to be calibrated, two or more adjacent points are selected and the calibrated value is interpolated based on these calibration constants for these adjacent points .
När mätningen är avslutad finns för varje laserlinje ett antal mät- värden som tillsammans motsvarar en del av objektets yta, en så 10 15 20 25 30 35 _s24 582* io kallad delyta. Ett problem i samband med kalibreringen är hur man ska kunna veta vilken laserlinje som hör till vilken kalibre- ringstabell. En matchning mellan laserlinje och kalibreringstabell måste således utföras. Ett sätt att lösa detta problem är att prova alla tabellerna tills man har funnit den kombination av laserlinjer och kalibreringstabeller som ger den bäst sammanhängande ytan, d.v.s. en yta som inte har några abrupta ändringar i höjdled (z-led) vid Övergångarna mellan delytorna.When the measurement is completed, there are for each laser line a number of measurement values which together correspond to a part of the object's surface, a so-called partial area. A problem in connection with the calibration is how to know which laser line belongs to which calibration table. Thus, a match between laser line and calibration table must be performed. One way to solve this problem is to try all the tables until you have found the combination of laser lines and calibration tables that gives the most cohesive surface, i.e. a surface that has no abrupt changes in height (z-joint) at the transitions between the sub-surfaces.
Kalibreringen går till så att koordinaterna (y, z) efter avslutad mätning beräknas för var och en av ytorna med hjälp av flera el- ler alla kalibreringstabellerna. Därefter beräknas avståndet i höjdled (z-led) mellan intill varandra angränsande ytor för olika kombinationer av tabeller. Den kombination av tabeller som ger den minsta höjdskillnaden mellan ytorna uppskattas och används sedan för att utföra kalibreringen. Denna uppskattning kan utfö- ras med hjälp av någon känd minimeringsmetod, exempelvis minsta kvadrat-metoden. För de linjer som härrör från sidan 1a, som är vänd bort från sensorn måste man först kompensera för förflyttningen i x-led, innan kalibreringen och matchningen av ka- libreringstabellerna kan ske.The calibration is done so that the coordinates (y, z) after completion of the measurement are calculated for each of the surfaces with the help of several or all the calibration tables. Then, the distance in height (z-direction) between adjacent surfaces is calculated for different combinations of tables. The combination of tables that gives the smallest height difference between the surfaces is estimated and then used to perform the calibration. This estimate can be performed using any known minimization method, for example the least squares method. For the lines originating from page 1a, which are turned away from the sensor, one must first compensate for the movement in the x-direction, before the calibration and matching of the calibration tables can take place.
Kalibreringen och de övriga beräkningarna utförs med fördel av programvara som körs på en dator. Beräkningsenheten 7 inne- fattar en processor och minnen och kan antingen vara monterad i direkt anslutning till de övriga enheterna i avläsarsystemet eller utgöras av en extern dator.The calibration and the other calculations are performed with the advantage of software running on a computer. The calculation unit 7 comprises a processor and memories and can either be mounted in direct connection to the other units in the reader system or consist of an external computer.
Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande kraven. Exempelvis kan bärarenheten förflyttas en sträcka som är längre än avståndet mellan laserlinjerna så att mätningarna överlappar varandra, varvid de överlappande mätningarna an- vänds för att bestämma vilken laserlinje och kalibreringstabell som hör ihop.The invention is not limited to the embodiments shown but can be varied and modified within the scope of the appended claims. For example, the carrier unit can be moved a distance longer than the distance between the laser lines so that the measurements overlap each other, the overlapping measurements being used to determine which laser line and calibration table belong together.
Claims (16)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0200069A SE524582C2 (en) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | A scanner system and method for determining the coordinates of the surface of a three-dimensional object |
| PCT/SE2003/000017 WO2003058162A1 (en) | 2002-01-10 | 2003-01-10 | A scanner system and a method for determining the surface coordinates of a three-dimensional object |
| AU2003203203A AU2003203203A1 (en) | 2002-01-10 | 2003-01-10 | A scanner system and a method for determining the surface coordinates of a three-dimensional object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0200069A SE524582C2 (en) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | A scanner system and method for determining the coordinates of the surface of a three-dimensional object |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0200069D0 SE0200069D0 (en) | 2002-01-10 |
| SE0200069L SE0200069L (en) | 2003-07-11 |
| SE524582C2 true SE524582C2 (en) | 2004-08-31 |
Family
ID=20286632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0200069A SE524582C2 (en) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | A scanner system and method for determining the coordinates of the surface of a three-dimensional object |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2003203203A1 (en) |
| SE (1) | SE524582C2 (en) |
| WO (1) | WO2003058162A1 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4188544A (en) * | 1977-08-22 | 1980-02-12 | Weyerhaeuser Company | Method and apparatus for automatically processing a workpiece employing calibrated scanning |
| US5589942A (en) * | 1990-04-05 | 1996-12-31 | Intelligent Automation Systems | Real time three dimensional sensing system |
| JP2767340B2 (en) * | 1991-12-26 | 1998-06-18 | ファナック株式会社 | 3D position / posture measurement method for objects |
| US6369401B1 (en) * | 1999-09-10 | 2002-04-09 | Agri-Tech, Inc. | Three-dimensional optical volume measurement for objects to be categorized |
-
2002
- 2002-01-10 SE SE0200069A patent/SE524582C2/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-01-10 AU AU2003203203A patent/AU2003203203A1/en not_active Abandoned
- 2003-01-10 WO PCT/SE2003/000017 patent/WO2003058162A1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE0200069D0 (en) | 2002-01-10 |
| SE0200069L (en) | 2003-07-11 |
| AU2003203203A1 (en) | 2003-07-24 |
| WO2003058162A1 (en) | 2003-07-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1739391B1 (en) | Image obtaining apparatus | |
| US7312862B2 (en) | Measurement system for determining six degrees of freedom of an object | |
| US6246050B1 (en) | Optical encoders using non-patterned targets | |
| JP5659220B2 (en) | Position encoder device | |
| KR101402326B1 (en) | Method and measuring device for measuring translation of surface | |
| CN104897064B (en) | A kind of new smooth arm amplifying type high precision length sensor and measuring method | |
| US20070051884A1 (en) | Positional sensing system and method | |
| CN105190232A (en) | Three-dimensional coordinate scanner and method of operation | |
| EP1677157A3 (en) | Lithographic apparatus and method for determining Z position errors/variations and substrate table flatness | |
| SE447848B (en) | INSTRUMENTS FOR SEATING SURFACE TOPOGRAPHY | |
| JP2009300441A (en) | Method and apparatus for determining position of sensor | |
| CN1831469A (en) | Dynamic photoelectric self-collimater based on PSD | |
| WO2001007866A1 (en) | System for scanning of the geometry of large objects | |
| CN108801164A (en) | A kind of method and system based on laser testing workpiece gap value | |
| US6476914B1 (en) | Process and device for ascertaining whether two successive shafts are in alignment | |
| SE509005C2 (en) | Method and arrangement for non-contact measurement of the three-dimensional shape of detail objects | |
| US5760906A (en) | Shape measurement apparatus and method | |
| EP1102032A1 (en) | Method and device for measuring a folding angle of a sheet in a folding machine | |
| JP2005121370A (en) | Surface shape measuring apparatus and method | |
| JP6203502B2 (en) | Structure and method for positioning a machining tool relative to a workpiece | |
| SE524582C2 (en) | A scanner system and method for determining the coordinates of the surface of a three-dimensional object | |
| JP2005062179A (en) | Measuring device | |
| JP2020180916A (en) | Optical displacement meter | |
| US11162776B2 (en) | Measuring device | |
| RU2542633C1 (en) | Laser caliper and method of its calibration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |