WO1980002591A1 - Process and installation for the measuring of an object without handling it - Google Patents

Process and installation for the measuring of an object without handling it Download PDF

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WO1980002591A1
WO1980002591A1 PCT/DE1980/000064 DE8000064W WO8002591A1 WO 1980002591 A1 WO1980002591 A1 WO 1980002591A1 DE 8000064 W DE8000064 W DE 8000064W WO 8002591 A1 WO8002591 A1 WO 8002591A1
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light
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points
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PCT/DE1980/000064
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P Deisler
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P Deisler
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518—Projection by scanning of the object

Definitions

  • the invention relates to the non-contact measurement of bodies, according to which light rays are projected from a projection center onto the surface of the body, corresponding light spots are marked and reproduced on an image surface, and parameters are determined which characterize the position of the light spots on the surface of the body.
  • the body to be measured is recorded from two different points of view with photo cameras, so that two slightly different images result. These images are evaluated point by point with the aid of a stereo comparator. A measuring point is shifted in the observer's field of vision in such a way that it appears to lie on the surface of the body to be measured.
  • the coordinates of the measuring point are also surface coordinates. Any number of surface coordinates can be determined with a considerable amount of time.
  • Another known method is based on the principle of the Moire topography. After that, the light becomes a light Source is projected through a grating onto the surface of the body to be measured, so that the body is illuminated in strips. This body is recorded from a direction deviating from the projection direction. The photo obtained shows a moiré-like pattern whose lines correspond to the layer lines on a map and enable point-by-point coordinate detection.
  • a simple xy coordinate measuring device is sufficient to record the coordinates.
  • the evaluation of the z coordinates does not require spatial vision; nevertheless, the point-by-point acquisition of the z coordinates is tedious.
  • Another disadvantage is that the z coordinates are assigned to the individual Moire lines in a non-linear manner.
  • the invention is based on the object of specifying a method for the contactless measurement of bodies which is less time-consuming than comparable known methods on the one hand and which on the other hand enables the measurement data to be obtained largely automatically.
  • image point signals are generated which characterize the position of the image points on the image area.
  • the parameters which characterize the position of the light spots on the surface of the body are automatically obtained as a function of the pixel signals.
  • the method according to the invention can be largely automated and quickly gives the measurement results in the form of data with which further processes can be controlled.
  • the reference image line can be obtained experimentally by arranging a reference body instead of the body, projecting the light rays onto the surface of the reference body and assigning reference light points to the light rays, and mapping the reference light points onto the image surface and the parameters for definition the reference image line can be obtained.
  • FIGS. 1-9 Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to FIGS. 1-9, the same objects shown in several figures being designated with the same reference symbols. Show it:
  • FIG. 4 shows a preferred exemplary embodiment for carrying out the invention in a schematic illustration
  • 5 shows some signals that occur during operation of the switching arrangement shown in FIG. 4
  • FIG. 6 shows a detailed representation of the signals shown in FIG. 5
  • FIG. 7 shows a diode matrix
  • FIG. 8 shows a code converter
  • Fig. 9 shows a method for the contactless measurement of bodies using a special reference body.
  • Fig. 1 shows the body K whose surface is to be measured. From the projection center PZ, the light rays L1, L2, L3 are projected onto the body K, on the surface of which the light spots P1, P2, P3 result.
  • the present method is only described on the basis of these 3 light points P1, P2, P3, whereas in practice a much larger number of such light points can be generated, so that the body line KL is approximated with practically any accuracy.
  • the light points P1, P2, P3 are imaged on the image area BF with the aid of optical devices, not shown here, so that the corresponding light points P1, P2, P3 are assigned to the individual light points P1, P2, P3.
  • the body line KL is shown as image line BL. This image is made as a central projection with the BZ image center.
  • the position of the projection center PZ on the one hand and the directions of the light beams L1, L2, L3 on the other hand can be specified with reference to a fixed coordinate system KO.
  • the coordinates of individual points of the light beams can thus be given in relation to the coordinate axes K1, K2, K3.
  • the directed from the light points P1, P2, P3 to the image center BZ th rays can also be described in relation to the given coordinate system KO.
  • parameters are determined which characterize the position of the light points P1, P2, P3 on the surface of the body K. In particular, it is intended to determine the coordinates of the light points P1, P2, P3 in relation to the predetermined coordinate system KO.
  • the light beams L1, L2, L3 can be generated either simultaneously or one after the other in time. If, for example, the light rays are generated with the aid of a projection lamp and aligned with the aid of the projection surface PF, then the light rays L1, L2, L3 result simultaneously.
  • a slide image can be provided as the projection surface PF and at the same time the projection line PL can be projected onto the body K, where the body line KL results from this.
  • the projection lamp, the slide image and optical means, not shown, are then components of a slide projector.
  • the light beams L1, L2, L3 in the visible or invisible range can be deflected using mirrors or in an electromagnetic manner.
  • the body K whose surface is to be determined is the part of patients whose surface is to be determined, for example for the production of prostheses. Also in the industrial field - for example in mold making - it may be necessary to determine the surface of a body.
  • intense light sources - e.g. B.
  • Laser - a landscape could also be measured.
  • the image area BF can be the light-sensitive layer of a camera, on which the rays directed to the image center BZ are imaged with the aid of an objective (not shown).
  • the storage layer or the photo layer of a television recording apparatus can also be seen as the image surface BF.
  • the coordinates of the pixels p1, p2, p3 can be obtained either by evaluating the television picture or by evaluating the video signal. For example, those times can be determined with the aid of counting devices the scanning electron beam, with line-by-line scanning from the horizontal or vertical image edge to a pixel p is required.
  • the calibration point E1 is shown in the image point e1. Its coordinates can be measured and used for corrections.
  • the lines assigned to one another can be designated with the same reference numerals 1, 2, 3; these reference numerals are then - starting from the projection surface PF, first projected onto the body K and then mapped onto the image surface BF.
  • the lines can also be identified by semicolon sequences, which represent a type of coding.
  • the dotted projection line 1 gives the same. dotted body line 1 and the dotted image line 1.
  • the projection lines PL1, PL2, PL3 of the projection surface PF1 and the projection line PL 'on the projection surface PF2 are projected simultaneously and the projected images are combined with the aid of the mirrors SP into a single image which gives the body lines KL1 KL2, KL3 on the body K. .
  • the body line KL2 is created by superimposing the projection lines PL2 and PL2 '. It is assumed that the projection surfaces PF1 and PF2 are illuminated with light of different wavelengths.
  • the beam paths are separated with the aid of the mirrors SP and with the help of the two filters F1, F2, so that the images on the image areas BF1 and BF2 are created.
  • the image lines BL1 and BL3 are imaged in a manner similar to that in FIG. 1.
  • the image line BL2 in contrast to the image lines BL1 and BL3, is characterized in that the additional image line BL2 'is imaged on the image area BF2.
  • FIG. 4 shows a preferred exemplary embodiment of a circuit arrangement in which light beams which are directed at different times in time are projected onto the surface of the body K and corresponding light beams, light points and image points are identified by the simultaneity of their occurrence.
  • 4 shows the body K whose surface is to be measured, furthermore the projection device PE, which projects light beams successively in time, furthermore the control device STE, which controls the projection device PE and the computing device RE, and finally the scanning device AE with the aid of the coordinates of the pixels be won.
  • the projection device PE basically consists of the flash lamp BL, the two mirrors SP1, SP2, the two stepper motors SM1, SM2 and other optical means, not shown, which deflect the light beam L towards the body K.
  • the stepper motors SM1, SM2 are connected with their shafts to the rotating mirrors. When the stepping motors receive a stepping pulse, the shaft of the stepping motors rotates by a predetermined angle of rotation and subsequently the mirror in question is also rotated. It is advisable to connect the stepper motor shafts to the mirrors via gears; the individual step pulses cause only a small rotation of the mirrors, so that a precise positioning of the mirrors is achieved.
  • the control device STE consists of the switch-on device EE, the clock generator TG, the horizontal counter ZH, the vertical counter ZV, the cycle counter ZZ, the AND gates G1, G2, G3 and the differentiating stage DIFF.
  • FIG. 5 shows some signals that occur during the operation of the circuit arrangement shown in FIG. 4.
  • This switch-on pulse is shown in FIG designates the same reference symbol EE as the switch-on device shown in FIG. 4. With this switch-on pulse EE, the clock generator TG is switched on, an initial counter reading is set in the counters ZH, ZV, ZZ, and the stepping motors SM1, SM2 and the corresponding mirrors SP1, SP2 are brought into defined initial positions.
  • the pulses T from the clock generator TG are fed as counting pulses to the horizontal counter ZH; after every fourth pulse, this counter ZH emits a pulse of the signal T4.
  • the counter ZV receives the pulses of the signal T4 as counting pulses and emits a pulse of the signal T24 after every sixth pulse.
  • the cycle counter ZZ receives the pulses of the signal T24 as counting pulses and changes from its 0 state to its 1 state after receipt of the second pulse.
  • the leading edge of the signal T144 arises with which the start of the actual method is determined.
  • the gate G2 only emits a pulse if a pulse of the signal T4 occurs during the duration of the signal T144.
  • the light beam L is now directed onto the light point P12.
  • the next pulses of the signal T again cause the mirror SP1 to rotate, so that the light points P12, P22, P32, P42 arise in succession.
  • the light points P11, P21, P31, P41 are generated in sequence.
  • the subsequent flashes of the flash lamp BL are therefore deflected to the light points P12, P22, P32, and P42.
  • mirror SP1 is reset to its initial position and mirror SP2 is rotated further by one unit.
  • the scanning device AE essentially consists of an optical system (not shown), the diode matrix DM and the coordinate transmitter KG. With the help of the optical system, the individual light points, for example light point P11 - are imaged on the diode matrix DM.
  • This diode matrix DM contains a large number of matrix-like photodiodes with associated circuit devices. For the sake of simplicity, only the photodiodes D11, D12, D13, D21, D22, D23, D31, D32, D33 are shown. Signals are assigned to these photodiodes, which precisely signal the position of the relevant photodiode in the area of the matrix. If one of the light spots is imaged on one of these photodiodes, then the.
  • the activated photodiode and the assigned pixel signals are sent to the coordinate transmitter KG.
  • the pixel signals of the diodes can be in digital or analog form.
  • the coordinate generator KG uses this to generate binary words which signal the coordinates kikj.
  • the diode matrix DM with the large number of photodiodes, with associated circuit devices and the coordinate transmitter KG are best integrated Construction created.
  • the computing device RE receives read-only memories in which the coordinates of all those points are stored which are required when calculating the light point coordinates.
  • the computing device receives the pixel coordinates kikj, which change from case to case, from the scanning device AE.
  • the identification of the mutually assigned light beams, light points and image points is achieved by means of a fixed temporal sequence of the light beam projection.
  • the computing device receives some of the signals shown in FIGS. 5 and 6 and is thus able to assign the coordinates kikj received in each case to the corresponding light points. As a result of the calculations, the computing device outputs the coordinates of the surface of the body K.
  • the surface of the body K can be represented using other parameters. It is considered to be known per se to convert the parameters which characterize the position of the light points P11, P21 ... into other parameters.
  • the surface of the body K can thus be represented in an analytical manner, as is known per se, or by specifying the coordinates of many surface points, by cross-sectional representations and volume calculations can be carried out.
  • the position of the mirrors SP1 and SP2 can in each case be set with certainty with such certainty that control and feedback of these mirror positions is not necessary.
  • control of the respective light beam directions is desired.
  • the light beam L could be imaged on the one hand as shown to the body K and on the other hand using a partially transparent mirror on a scanning device which is similar to that in FIG Fig. 4 shown scanner AE is constructed. With such a scanning device in the area of the projecting device PE, control coordinates could be generated which guarantee the desired setting of the mirror positions and which prevent the flashes of the flash lamp BL from being not desired.
  • FIG. 7 shows the scanning device AE / 1 as an exemplary embodiment of the scanning device AE shown schematically in FIG. 4.
  • the circuit arrangements D00, D01 ... D73 are arranged approximately at the intersection of these coordinate lines.
  • Photodiodes which, when exposed, connect the assigned coordinate lines to a circuit point of fixed potential. It is assumed that, in the unexposed state, voltages corresponding to 0 signals are present on all coordinate lines A0 - A7 and B0 - B3.
  • the coordinate lines A1 and B now signal 1 signals.
  • the code converter CWA1 receives the code word 01000000.
  • the code converter CWB1 receives the word 00100000 under these conditions.
  • At least one photodiode of the circuit arrangements D00-D73 should be activated in order to be able to generate the pixel coordinates. It is expedient to measure the diameter of the imaging light beam on the one hand and the spacing of the coordinate lines on the other hand in such a way that in many cases several photodiodes are activated at the same time, because it is then ensured that at least one photodiode is activated in all cases. If For example, the three coordinate lines A0, A1, A2 are supplied with 1 signals, then the word 11100000 is fed to the code converter CWA1. This code converter CWA1 has the task of converting this word into the word 01000000.
  • the code converters CWA1 and CWB1 may therefore receive words with several 1 binary values and emit words which are coded in a 1 out of n code.
  • the code converters CWA1 and CWB1 emit words which are coded in a 1 out of 8 or in a 1 out of 4 code.
  • the code converters CWA2 and CWB With the help of the code converters CWA2 and CWB a conversion into a dual eode takes place.
  • the code converter CWA2 receives code words in a 1 out of 8 code and outputs three-digit code words which are encoded in the dual code with the weights 4, 2, 1.
  • FIG. 8 shows the code converter CWA1 in more detail. It consists of several series of AND gates U1, U2, U3, U4, U5, U6, also of a series of OR gates 0R and of the NOR gates N1, N2, N3. Words of 8 bits each are fed to the code converter via the coordinate lines A0 - A8. It is assumed that most bits of these words consist of O values and that a pixel should be signaled by a few 1 values. In the present example it was assumed that the word 00011100 is added at the beginning.
  • the code converter has the task of reducing the 1 values in such a way that only a single 1 value is emitted via the output of the code converter in addition to the other O values. If there is an odd number of 1 values at the beginning, the aim is to output the mean 1 value via the output in order to determine the coordinates of the image point as precisely as possible.
  • the word 0001100 is output via the outputs of the U1 series.
  • the word 000100 is connected to the outputs of the U2 series is output and the word 00000 is output via the outputs of the U2 series.
  • Only the O signals are present at the inputs of the NOR gate N3, so that a 1 signal is emitted via the output of the gate N3, with which the links of the U6 series are controlled.
  • These U6 series links are connected to the U2 series outputs with one input. Of the U6 series elements, only that AND gate emits a 1 signal that receives the only 1 signal of the U2 series.
  • the word 00001000 is emitted via the outputs of the code converter via the outputs of the OR series and signals the coordinate line A3 in the desired manner with its 1 value.
  • the links in the U4 and U5 series cannot supply binary values to the output signals, because O signals are emitted via the outputs of the links N1 and N2 and all links in the U4 and U5 series are blocked.
  • the word 00001000 is initially output via the coordinate lines A0 - A7.
  • the only 1 signal is therefore on line A3.
  • a prerequisite is that all links in the U1 series each issue O signals, so that a 1 signal is also output via link N1.
  • individual links of the U4 series can each issue 1 signals. Since only the coordinate line A3 carries a 1 signal, only. the assigned AND gate of the U4 series is activated and its 1 signal is emitted via the assigned OR gate of the OR series. If a word 00001000 with a single 1 value is already supplied at the beginning, then this 1 value is also passed on via the output of the code converter.
  • the code converter CWB1 shown in FIG. 7 is constructed similarly to the code converter CWA1 described in more detail.
  • the code converters CWA2 and CWB2 are known per se, so that a more detailed description is not necessary.
  • the circuit arrangements D00 - D73 are equipped with at least one photodiode, which are activated by the incident light beams. It is assumed that the photodiodes are connected to integrated circuit arrangements which connect a voltage to the coordinate lines A0-A7 and B0-B3 which signals a 1 value.
  • the reference body RK is arranged instead of the body whose surface is to be measured.
  • the reference light points RP1 and RP2 are generated on the surface of the reference body RK in a manner similar to the case in FIG. 1.
  • the images of these reference light points RP1 and RP2 result in the reference image points rp1, rp2.
  • the reference body line RKL is thus mapped onto the image area BF and results in the reference image line RBL. Parameters which characterize this reference image line RBL can be stored in the computing device RE shown in FIG.
  • the body K to be measured is arranged instead of the reference body RK shown in FIG.
  • the light point P1 is a point on the surface of the body K.
  • the corresponding pixel p1 is mapped onto the image area BF.
  • the deviation A of the image point p1 from the reference image line RBL is determined, and from this the deviation of the light point P1 from a corresponding point of the reference body line can be determined be calculated.
  • This method is particularly advantageous if it is primarily the deviations from a reference body that are important and not so much the reference values of the surface points in relation to the predetermined coordinate system K0.
  • the reference body RK can be designed completely differently in some cases. For example, it would be conceivable to use geometrically simple representable bodies such as cuboids, cylinders, spheres as reference bodies. On the other hand, however, it can be advantageous to use arbitrarily designed sample pieces as reference bodies and to use the described method to determine the deviations of a given body from the sample piece.

Abstract

In the process and arrangement for measuring an object without handling, light beams (L1, L2, L3) from a source (PZ) are projected on the surface of the object at points (P1, P2, P3) and form images at those points on a surface-image (BF). The surface-image, which may be a photo-sensitive layer of a television camera or a matrix of diodes (DM), provides signals which characterize the position of the points. A computer determines the parameters corresponding to the position of the points on the object surface.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur berührungslosen Vermessung von KörpernMethod and circuit arrangement for the contactless measurement of bodies
Die Erfindung bezieht sich auf die herührungslose Yermessung von Körpern, wonach von einem Projektionszentrum Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Körpers projiziert, entsprechende Lichtpunkte markiert und auf einer Bildfläche abgehildet werden und wonach Parameter ermittelt werden, welche die Lage der Lichtpunkte auf der Oberfläche des Körpers charakterisieren.The invention relates to the non-contact measurement of bodies, according to which light rays are projected from a projection center onto the surface of the body, corresponding light spots are marked and reproduced on an image surface, and parameters are determined which characterize the position of the light spots on the surface of the body.
Im DD-Buch von Otto Lacmann : Die Photogrammetrie in ihrer Anwendung auf nicht-topographisehen Gebieten, Leipzig 195o S. 86-88, 99-102 sind 7erfahren der Einbildphotogrammetrie und der Zweibildphotogrammetrie beschrieben. Danach lassen sich durch mehrfache, nacheinander erfolgende Anwendungen der Einbildphotograππnetrie auch Oberflächen von Körpern in zeitraubender Weise vermessen.In the DD book by Otto Lacmann: Photogrammetry in its application in non-topographical areas, Leipzig 195o pp. 86-88, 99-102 describes 7 experiences of single-image photogrammetry and two-image photogrammetry. After that, multiple, successive applications of single-image photogra- phy can also be used to measure surfaces of bodies in a time-consuming manner.
Im Zuge der Zweibildphotogrammetrie wird der zu vermessende Körper von zwei verschiedenen Standpunkten aus mit Photokameras aufgenommen, so daß sich zwei geringfügig verschiedene Bilder ergeben. Diese Bilder werden punktweise mit Hilfe eines Stereokomparators ausgewertet. Im Blickfeld des Beobachters wird ein Meßpunkt derart verschoben, daß er auf der Oberfläche des auszumessenden Körpers zu liegen scheint. Die Koordinaten des Meßpunktes sind auch Oberflächenkoordinaten. Es lassen sich beliebig viele Oberflächenkoordinaten mit beträchtlichem Zeitaufwand ermitteln.In the course of two-image photogrammetry, the body to be measured is recorded from two different points of view with photo cameras, so that two slightly different images result. These images are evaluated point by point with the aid of a stereo comparator. A measuring point is shifted in the observer's field of vision in such a way that it appears to lie on the surface of the body to be measured. The coordinates of the measuring point are also surface coordinates. Any number of surface coordinates can be determined with a considerable amount of time.
Einweiteres bekanntes Verf ahren basiert auf dem Prinzip der Moire-Topographie. Danach wird das Licht einer Licht σuelle durch ein Gitter auf die Oberfläche des auszumessenden Körpers projiziert, so daß der Körper streifenförmig beleuchtet wird. Dieser Körper wird aus einer von der Projektionsrichtung abweichenden Richtung aufgenommen. Das gewonnene Photo zeigt ein moireartiges Muster dessen Linien, den Schichtlinien einer Landkarte entsprechen und eine punktweise Koordinatenerfassung ermöglichen. Zur Koordinatenerfassung genügt ein einfaches x-y-KoordinatenMeßgerät. Im Gegensatz zur Stereophotogrammetrie erfordert die Auswertung der z-Koordinaten kein räumliches Sehen; trotzdem ist die punktweise Gewinnung der z-Koordinaten mühsam. Nachteilig ist außerdem, daß die z-Koordinaten in nicht linearer Weise den einzelnen Moire-Linien zugeordnet sind.Another known method is based on the principle of the Moire topography. After that, the light becomes a light Source is projected through a grating onto the surface of the body to be measured, so that the body is illuminated in strips. This body is recorded from a direction deviating from the projection direction. The photo obtained shows a moiré-like pattern whose lines correspond to the layer lines on a map and enable point-by-point coordinate detection. A simple xy coordinate measuring device is sufficient to record the coordinates. In contrast to stereo photogrammetry, the evaluation of the z coordinates does not require spatial vision; nevertheless, the point-by-point acquisition of the z coordinates is tedious. Another disadvantage is that the z coordinates are assigned to the individual Moire lines in a non-linear manner.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahen zur berührungslosen Vermessung von Körpern anzugeben,das einerseits weniger zeitraubend ist als vergleichbare bekannte Verfahren und das andererseits eine weitgehend automatisehe Gewinnung der Meßdaten ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a method for the contactless measurement of bodies which is less time-consuming than comparable known methods on the one hand and which on the other hand enables the measurement data to be obtained largely automatically.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:The achievement of the object on which the invention is based is characterized by the following method steps:
A. Mit Hilfe der Bildfläche - beispielsweise mit Hilfe einer Speicherschicht oder Fotoschicht einer Fernsehaufnahmeapparatur oder mit Hilfe einer Diodenmatrix einer Abtastapparatur - werden Bildpunktsignale erzeugt, welche die Lage der Bildpunkte auf der Bildfläche charakterisieren.A. With the aid of the image area - for example with the aid of a storage layer or photo layer of a television recording apparatus or with the aid of a diode matrix of a scanning apparatus - image point signals are generated which characterize the position of the image points on the image area.
B. Mit Hilfe einer Recheneinrichtung werden in Abhängig- keit von den Bildpunktsignalen automatisch die Parameter gewonnen, welche die Lage der Lichtpunkte auf der Oberfläche des Körpers charakterisieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist weitgehend automatisierbar und ergibt schnell die Meßergebnisse in Form von Daten mit denen weitere Vorgänge gesteuert werden können.B. With the aid of a computing device, the parameters which characterize the position of the light spots on the surface of the body are automatically obtained as a function of the pixel signals. The method according to the invention can be largely automated and quickly gives the measurement results in the form of data with which further processes can be controlled.
Falls vom Projektionszentrum aus gleichzeitig mehrere Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Körpers projiziert werden und dort entsprechende Körperlinien bewirken, die auf der Bildfläche als Bildlinien abgebildet werden, dann ist es zweckmäßig, verschiedene Körperlinien durch verschiedene Strichpunktfolgen und/oder verschiedene Bezugszeidien und/oder verschiedene Wellenlängen zu charakterisieren, und die den Körperlinien zugeordneten Bildlinien automatisch auf Grund der Strichpunktfolgen und/oder Bezugszeichen und/oder Wellenlängen zu erfassen.If several light rays are projected onto the surface of the body from the projection center at the same time and produce corresponding body lines there, which are depicted on the image surface as image lines, then it is expedient to add different body lines by means of different semicolon sequences and / or different reference lines and / or different wavelengths characterize, and to automatically detect the image lines assigned to the body lines on the basis of the semicolon sequences and / or reference symbols and / or wavelengths.
Falls zu gegebenen Zeitpunkten vom Projektionszentrum aus nur je ein einziger Lichtstrahl auf die Oberfläche des Körpers projiziert wird, der praktisch gleichzeitig einen zugeordneten Lichtpunkt, einen zugeordneten Bildpunkt und zugeordnete Bildpunktsignale bewirkt, dann ist es zweckmäßig, daß zeitlich nacheinander auftretende Lichtpunkte, Bildpunkte und Bildpunktsignale durch die Gleichzeitigkeit ihres Auftretens identifiziert, einander zugeordnet und automatisch ausgewertet werden.If, at given times, only a single light beam is projected from the projection center onto the surface of the body, which practically causes an assigned light point, an assigned image point and assigned image point signals at the same time, then it is expedient for light points, image points and image point signals occurring in succession to pass through the simultaneity of their occurrence is identified, assigned to each other and automatically evaluated.
Eine bevorzugte Schaltungsanordnung ist dadurch Charaktersisiert, daß eine Projektionseinrichtung vorgesehen ist mit einer Lichtquelle, deren Licht über zwei verstellbare Ablenkeinrichtungen auf den Körper gestrahlt wird, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die zeitlich nacheinander die Verstellung der Ablenkeinrichtungen bewirkt, daß eine Abtasteinrichtung vorgesäien ist, dieeinerseits die Lichtpunkte auf die Bildfläche und die andererseits Bildpunktsignale abgibt, welche die Lage der Bildpunkte auf der Bildfläche charakterisieren und daß eine Recheneinrichtung vorgesehen ist, der die Zeitpunkte des Auftretens der Lichtpunkte und die gleichzeitig ermittelten Bildpunktsignale signalisiert werden und daß unter Berücksichtigung der Lage des Projektionszentrums, des Bildzentrums Koordinaten gewonnen werden, welche die Lage der Lichtpunkte auf der Oberfläche des Körpers charakterisieren.A preferred circuit arrangement is characterized in that a projection device is provided with a light source, the light of which is radiated onto the body via two adjustable deflection devices, that a control device is provided which causes the deflection devices to be adjusted one after the other in such a way that a scanning device is pre-sowed, on the one hand the light points on the image surface and which on the other hand emits image point signals which characterize the position of the image points on the image surface and that a computing device It is provided that the times of occurrence of the light points and the simultaneously determined image point signals are signaled and that taking into account the position of the projection center, the image center, coordinates are obtained which characterize the position of the light points on the surface of the body.
Falls relativ genaue Meßergebnisse bei vergleichsweise geringem technischen Aufwand erwünscht sind, ist es zweckmäßig, daß Parameter zur Definition einer Referenzbildlinie gespeichert werden, daß die Abweichungen der Bildpunkte von der Referenzbildlinie ermittelt werden und daß mit Hilfe dieser Abweichungen die Parameter ermittelt werden, welche die Oberfläche des Körpers charakterisieren. Dabei kann die Referenzbildlinie auf experimentelle Weise dadurch gewonnen werden, daß anstelle des Körpers ein Referenzkörper angeordnet wird, daß die Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Referenzkörpers projiziert werden und den Lichtstrahlen Referenzlichtpunkte zugeordnet werden und daß die Referenzlichtpunkte auf die Bildfläche abgebildet werden und die Parameter zur Definition der Referenzbildlinie gewonnen werden.If relatively accurate measurement results with comparatively little technical effort are desired, it is advisable that parameters for defining a reference image line are stored, that the deviations of the image points from the reference image line are determined and that with the aid of these deviations the parameters are determined which determine the surface of the Characterize the body. The reference image line can be obtained experimentally by arranging a reference body instead of the body, projecting the light rays onto the surface of the reference body and assigning reference light points to the light rays, and mapping the reference light points onto the image surface and the parameters for definition the reference image line can be obtained.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Fig. 1 - 9 beschrieben, wobei in mehreren Fig. dargestellte gleiche Gegenstände mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to FIGS. 1-9, the same objects shown in several figures being designated with the same reference symbols. Show it:
Fig. 1 ein Verfahren zur berührungslosen Vermessung von Körpern in schematischer Darstellung,1 shows a method for the contactless measurement of bodies in a schematic representation,
Fig. 2 die gleichzeitige Identifizierung mehrerer zugeordneter Linien auf der Oberfläche des Körpers und im entsprechenden Bild,2 the simultaneous identification of several assigned lines on the surface of the body and in the corresponding image,
Fig. 3 die Identifizierung der Linien mit Strahlen verschiedener Wellenlänge,3 the identification of the lines with beams of different wavelengths,
Fig. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Durchführung der Erfindung in schematischer Darstellung, Fig. 5 einige Signale, die beim Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Schaltanordnung auftreten, Fig. 6 eine Detaildarstellung der in Fig. 5 dargestellten Signale und Fig. 7 eine Diodenmatrix, Fig. 8 einen Codewandler,4 shows a preferred exemplary embodiment for carrying out the invention in a schematic illustration, 5 shows some signals that occur during operation of the switching arrangement shown in FIG. 4, FIG. 6 shows a detailed representation of the signals shown in FIG. 5 and FIG. 7 shows a diode matrix, FIG. 8 shows a code converter,
Fig. 9 ein Verfahren zur berührungslosen Vermessung vonKörpern unter Verwendung eines speziellen Referenzkörpers.Fig. 9 shows a method for the contactless measurement of bodies using a special reference body.
Fig. 1 zeigt den Körper K dessen Oberfläche vermessen werden soll. Vom Projektionszentrum PZ aus werden die Lichtstrahlen L1, L2, L3 auf den Körper K projiziert, auf dessen Oberfläche sich die Lichtpunkte P1, P2, P3 ergeben. Zwecks einfacherer Darstellung wird das vorliegende Verfahren nur anhand dieser 3 Lichtpunkte P1 , P2, P3 beschrieben, wogegen bei der praktischen I)urchführung eine wesentlich größere Anzahl derartiger Lichtpunkte erzeugt werden kann,, so daß die Körperlinie KL mit praktisch beliebiger Genauigkeit angenähert wird.Fig. 1 shows the body K whose surface is to be measured. From the projection center PZ, the light rays L1, L2, L3 are projected onto the body K, on the surface of which the light spots P1, P2, P3 result. For the sake of simplicity of illustration, the present method is only described on the basis of these 3 light points P1, P2, P3, whereas in practice a much larger number of such light points can be generated, so that the body line KL is approximated with practically any accuracy.
Die Lichtpunkte P1, P2, P3 werden mit Hilfe hier nicht dargestellter optischer Einrichtungen auf die Bildfläche BF abgebildet, so daß den einzelnen Lichtpunkten P1, P2, P3 die entsprechenden Bildpunkte p1, p2, p3 zugeordnet werden. Die Körperlinie KL wird als Bildlinie BL abgebildet. Diese Abbildung erfolgt als Zentralprojektion mit dem Bildzentrum BZ.The light points P1, P2, P3 are imaged on the image area BF with the aid of optical devices, not shown here, so that the corresponding light points P1, P2, P3 are assigned to the individual light points P1, P2, P3. The body line KL is shown as image line BL. This image is made as a central projection with the BZ image center.
Es wird angenommen, daß die Lage des Projektionszentrums PZ einerseits und die Richtungen der Lichtstrahlen L1, L2, L3 andererseits unter Bezugnahme auf ein festes Koordinatensystem KO angebbar sind. Es können also die Koordinaten einzelner Punkte der Lichtstrahlen im Bezug auf die Koordinatenachsen K1 , K2, K3 gegeben sein. Die von den Lichtpunkten P1, P2, P3 zum Bildzentrum BZ gerichte ten Strahlen können ebenfalls in Bezug auf das vorgegebene Koordinatensystem KO beschrieben werden. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Lage der durch das Projektionszentrum gehenden Lichtstrahlen und unter Berücksichtigung der scheinbar durch das Bildzentrum BZ gehenden Strahlen, werden Parameter ermittelt, welche die Lage der Lichtpunkte P1, P2, P3 auf der Oberfläche des Körpers K charakterisieren. Insbesondere ist daran gedacht, die Koordinaten der Lichtpunkte P1, P2, P3 in Bezug auf das vorgegebene Koordinatensystem KO zu ermitteln.It is assumed that the position of the projection center PZ on the one hand and the directions of the light beams L1, L2, L3 on the other hand can be specified with reference to a fixed coordinate system KO. The coordinates of individual points of the light beams can thus be given in relation to the coordinate axes K1, K2, K3. The directed from the light points P1, P2, P3 to the image center BZ th rays can also be described in relation to the given coordinate system KO. Taking into account the respective position of the light rays going through the projection center and taking into account the rays apparently going through the image center BZ, parameters are determined which characterize the position of the light points P1, P2, P3 on the surface of the body K. In particular, it is intended to determine the coordinates of the light points P1, P2, P3 in relation to the predetermined coordinate system KO.
Die Lichtstrahlen L1, L2, L3 können entweder gleichzeitig oder zeitlich nacheinander erzeugt werden. Wenn beispielsweise die Lichtstrahlen mit Hilfe einer Projektionslampe erzeugt und mit Hilfe der Projektionsfläche PF ausgerichtet werden, dann ergeben sich die Lichtstrahlen L1, L2, L3 gleichzeitig. Als Projektionsfläche PF kann ein Diabild vorgesehen sein und es kann gleichzeitig die Projektionslinie PL auf den Körper K projiziert werden, wo sich daraus die Körperlinie KL ergibt. Die Projektionslampe, das Diabild und nicht dargestellte optische Mittel sind dann Bestandteile eines Diaprojektors. Die Lichtstrahlen L1, L2, L3 im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich können unter Verv/endung von Spiegeln oder auf elektromagnetische Weise abgelenkt werden.The light beams L1, L2, L3 can be generated either simultaneously or one after the other in time. If, for example, the light rays are generated with the aid of a projection lamp and aligned with the aid of the projection surface PF, then the light rays L1, L2, L3 result simultaneously. A slide image can be provided as the projection surface PF and at the same time the projection line PL can be projected onto the body K, where the body line KL results from this. The projection lamp, the slide image and optical means, not shown, are then components of a slide projector. The light beams L1, L2, L3 in the visible or invisible range can be deflected using mirrors or in an electromagnetic manner.
Als Körper K deren Oberfläche ermittelt werden soll, sind im medizinischen Bereich die Teile von Patienten zu nennen, deren Oberfläche - beispielsweise zur Herstellung von Prothesen - ermittelt werden soll. Auch auf industriellem Gebiet - beispielsweise im Formenbau - kann es erforderlich sein, die Oberfläche eines Körpers zu bestimmen. Bei Verwendung intensiver Lichtquellen - z. B. Laser - könnte auch eine Landschaft vermessen werden. Die Bildfläche BF kann die lichtempfindliche Schicht eines Photoapparates sein, auf der mit Hilfe eines nicht dargestellten Objektives die zum Bildzentrum BZ gerichteten Strahlen abgebildet werden. So wäre es grundsätzlich denkbar, die Koordinaten ki, kj, des Bildpunktes p3 und die Koordinaten der übrigen Bildpunkte zu bestimmen und aufgrund der Lage der Lichtstrahlen L1, L2, L3 und der Strahlen durch, das Bildzentrum BZ die Koordinaten der Lichtpunkte P1, P2, P3 zu berechnen. Derartige Berechnungsmethoden wären aus den Grundlagen der Stereophotogrammetrie her bekannt, obwohl die durch das ProjektionsZentrum PZ verlaufenden Lichtstrahlen bei der Stereophotogrammetrie genau in umgekehrter Richtung verlaufen. Es wäre auch denkbar, die Bildlinie BL weitgehend automatisch auszuwerten, weil es Abtasteinrichtungen gibt, deren Meßspitze automatisch entlang der Bildlinie BL bewegt wird, wobei dauernd die jeweils zugeordneten Koordinaten ki, kj abgegeben werden. Diese Koordinaten könnten einer Recheneinrichtung eingegeben werden, die mit Hilfe weiterer Parameter betreffend die Lichtstrahlen L1, L2, L3 ferner betreffend die Bildfläche BF und das Bildzentrum BZ die Koordinaten der Lichtpunkte P1, P2, P3 berechnet.In the medical field, the body K whose surface is to be determined is the part of patients whose surface is to be determined, for example for the production of prostheses. Also in the industrial field - for example in mold making - it may be necessary to determine the surface of a body. When using intense light sources - e.g. B. Laser - a landscape could also be measured. The image area BF can be the light-sensitive layer of a camera, on which the rays directed to the image center BZ are imaged with the aid of an objective (not shown). In principle, it would be conceivable to determine the coordinates ki, kj of the image point p3 and the coordinates of the other image points and, on the basis of the position of the light rays L1, L2, L3 and the rays, by the image center BZ determining the coordinates of the light points P1, P2, To calculate P3. Such calculation methods would be known from the basics of stereophotogrammetry, even though the light rays running through the projection center PZ run exactly in the opposite direction in stereophotogrammetry. It would also be conceivable to evaluate the image line BL largely automatically, because there are scanning devices whose measuring tip is automatically moved along the image line BL, with the respectively assigned coordinates ki, kj being continuously output. These coordinates could be entered into a computing device which calculates the coordinates of the light points P1, P2, P3 with the aid of further parameters relating to the light beams L1, L2, L3, also relating to the image area BF and the image center BZ.
Als Bildfläche BF kann auch die Speicherschicht oder die Photoschicht einer Fernsehaufnahmeapparatur- ange.sehen werden. Die Koordinaten der Bildpunkte p1, p2, p3 können indiesem Fall entweder durch Auswertung des Fernsehbildes oder durch Auswertung des Videosignals gewonnen werden. Beispielsweise können mit Hilfe von Zähleinrichtungen jene Zeiten ermittelt werden, die der abtastende Elektronenstrahl, bei zeilenweiser Abtastung ab dem horizontalen bzw. vertikalen Bildrand bis zu einem Bildpunkt p benötigt.The storage layer or the photo layer of a television recording apparatus can also be seen as the image surface BF. In this case, the coordinates of the pixels p1, p2, p3 can be obtained either by evaluating the television picture or by evaluating the video signal. For example, those times can be determined with the aid of counting devices the scanning electron beam, with line-by-line scanning from the horizontal or vertical image edge to a pixel p is required.
Je größer die Anzahl der Lichtpunkte und der entsprechenden Bildpunkte ist, desto genauer können die Koordinaten der Lichtpunkte und damit der Punkte auf der Oberfläche des Körpers K berechnet werden. Es kann auch zweckmäßig sein, mehrere Eichpunkte E1 vorzusehen, deren Lage im Bezug auf das Koordinatensystem KO genau vermessen ist.Der Eichpunkt E1 wird im Bildpunkt e1 abgebildet. Dessen Koordinaten können gemessen und zu Korrekturen herangezogen werden.The greater the number of light points and the corresponding image points, the more precisely the coordinates of the light points and thus the points on the surface of the body K can be calculated. It can also be expedient to provide a plurality of calibration points E1, the position of which is precisely measured in relation to the coordinate system KO. The calibration point E1 is shown in the image point e1. Its coordinates can be measured and used for corrections.
Fig. 2 zeigt die gleichzeitige Projektion mehrerer Projektionslinien PL auf die Oberfläche des Körpers K. Um einander zugeordnete Proj ektionslinien PL, Kδrperlinien KL und Bildlinien BL identifizieren zu können, gibt es. mehrere Möglichkeiten. So können die einander zugeordneten Linien mit gleichen Bezügszeichen 1, 2, 3 bezeichnet werden; diese Bezugszeichen werden dann - ausgehend von der Projektionsfläche PF zunächst auf den Körper K projiziert und anschließend auf die Bildfläche BF abgebildet. Die Identifizierung der Linien kann aber auch durch Strichpunktfolgen, die eine Art Codierung darstellen vorgenommen werden. So ergibt beispielsweise die punktierte Projektionslinie 1, die ebenfalls. punktierte Körperlinie 1 und die punktierte Bildlinie 1. Auf diese Weise können Kurvenscharen, insbesondere parallele Kurvenscharen und dazu senkrechte Kurvenscharen durch entsprechende Strichpunktfolgen auseinander gehalten werden. Die Identifizierung der einzelnen Linien kann auch durch verschiedene Farben und verschiedene Wellenlängen ermöglicht werden. Bei der automatischen Auswertung der in Fig. 2 dargestellten Bildlinien 1, 2, 3 ist daran gedacht, daß der Abtastkopf einer automatischen Abtasteinrichtung aufgrund der Struktur der betreffenden Bildlinie außer den Koordinaten dieser Bildlinie auch eine Kennzahl abgibt, welche die betreffende Bildlinie charakterisiert. Mit Hilfe derartiger Kennzahlen können die Daten zugehöriger Projektionslinien PL, Körperlinien KL und Bildlinien BL identifiziert und bei den Berechnungen automatisch berücksichtigt werden.2 shows the simultaneous projection of several projection lines PL onto the surface of the body K. In order to be able to identify projection lines PL, body lines KL and image lines BL which are assigned to one another, there are. more options. Thus, the lines assigned to one another can be designated with the same reference numerals 1, 2, 3; these reference numerals are then - starting from the projection surface PF, first projected onto the body K and then mapped onto the image surface BF. The lines can also be identified by semicolon sequences, which represent a type of coding. For example, the dotted projection line 1 gives the same. dotted body line 1 and the dotted image line 1. In this way, families of curves, in particular parallel families of curves and groups of curves perpendicular thereto, can be separated from one another by corresponding semicolon sequences. Different colors and different wavelengths can also be used to identify the individual lines. In the automatic evaluation of those shown in FIG. 2 Image lines 1, 2, 3 are intended so that the scanning head of an automatic scanning device, because of the structure of the image line in question, also emits a characteristic number which characterizes the image line in question in addition to the coordinates of this image line. With the help of such key figures, the data of associated projection lines PL, body lines KL and image lines BL can be identified and automatically taken into account in the calculations.
Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Identifizierung einander zugeordneter Lichtstrahlen, Körperlinien und Bildlinien. Die Projektionslinien PL1, PL2, PL3 der Projektionsfläche PF1 und die Projektionslinie PL' auf der Projektionsfläche PF2 werden gleichzeitig projiziert und die projizierten Bilder werden mit Hilfe der Spiegel SP zu einen einzigen Bild vereinigt, das auf den Körper K die Körperlinien KL1 KL2, KL3 ergibt. Dabei entsteht die Körperlinie KL2 durch Überlagerung der Projektionslinien PL2 und PL2'. Es wird angenommen, daß die Projektionsflächen PF1 und PF2 mit Licht verschiedener Wellenlänge angestrahlt werden. Bei der Abbildung der Körperlinien KL1, KL2, KL3 werden mit Hilfe der Spiegel SP und mit Hilfe der beiden Filter F1, F2 die Strahlengänge getrennt, so daß die Abbildungen auf den Bildflächen BF1 und BF2 entstehen. Die Bildlinien BL1 und BL3 werden ähnlich wie gemäß Fig. 1 abgebildet. Im Gegensatz dazu wird die Bildlinie BL2 im Gegensatz zu den Bildlinien BL1 und BL3 dadurch charakterisiert, daß auf der Bildfläche BF2 die zusätzliche Bildlinie BL2' abgebildet wird.3 shows a further possibility for identifying light beams, body lines and image lines which are assigned to one another. The projection lines PL1, PL2, PL3 of the projection surface PF1 and the projection line PL 'on the projection surface PF2 are projected simultaneously and the projected images are combined with the aid of the mirrors SP into a single image which gives the body lines KL1 KL2, KL3 on the body K. . The body line KL2 is created by superimposing the projection lines PL2 and PL2 '. It is assumed that the projection surfaces PF1 and PF2 are illuminated with light of different wavelengths. When imaging the body lines KL1, KL2, KL3, the beam paths are separated with the aid of the mirrors SP and with the help of the two filters F1, F2, so that the images on the image areas BF1 and BF2 are created. The image lines BL1 and BL3 are imaged in a manner similar to that in FIG. 1. In contrast to this, the image line BL2, in contrast to the image lines BL1 and BL3, is characterized in that the additional image line BL2 'is imaged on the image area BF2.
Fig. 4 zeigt als bevorzugtes Ausführungsbeispiel eine Schaltungsanordnung bei der zeitlich nacheinaner verschieden gerichtete Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Körpers K projiziert werden und wobei einander entsprechende Lichtstrahlen, Lichtpunkte und Bildpunkte durch die Gleichzeitigkeit ihres Auftretens identifiziert werden. Fig. 4 zeigt den Körper K dessen Oberfläche vermessen werden soll, ferner die Projektionseinrichtung PE, die zeitlich nacheinander Lichtstrahlen projiziert, ferner die Steuereinrichtung STE, welche die Projektionseinrichtung PE und die Recheneinrichtung RE steuert und schließlich die Abtasteinrichtung AE mit Hilfe der die Koordinaten der Bildpunkte gewonnen werden.FIG. 4 shows a preferred exemplary embodiment of a circuit arrangement in which light beams which are directed at different times in time are projected onto the surface of the body K and corresponding light beams, light points and image points are identified by the simultaneity of their occurrence. 4 shows the body K whose surface is to be measured, furthermore the projection device PE, which projects light beams successively in time, furthermore the control device STE, which controls the projection device PE and the computing device RE, and finally the scanning device AE with the aid of the coordinates of the pixels be won.
Die Projektionseinrichtung PE besteht im Prinzip aus der Blitzlampe BL, aus den beiden Spiegeln SP1, SP2, aus den beiden Schrittmotoren SM1, SM2 und aus weiteren nicht dargestellten optischen Mitteln, die den Lichtstrahl L in Richtung zum Körper K ablenken. Die Schrittmotore SM1, SM2 sind mit ihren Wellen mit den Drehspiegeln verbunden. Wenn die Schrittmotore einen Schrittimpuls empfangen, verdreht sich die Welle der Schrittmotore um einen vorgegebenen Drehwinkel und in weiterer Folge wird auch der betreffende Spiegel verdreht. Es ist zweckmäßig, die Wellen der Schrittmotore über Getriebe mit den Spiegeln zu verbinden; die einzelnen Schrittimpulse bewirken nur eine kleine Verdrehung der Spiegel, so daß eine präzise Positionierung der Spiegel erzielt wird.The projection device PE basically consists of the flash lamp BL, the two mirrors SP1, SP2, the two stepper motors SM1, SM2 and other optical means, not shown, which deflect the light beam L towards the body K. The stepper motors SM1, SM2 are connected with their shafts to the rotating mirrors. When the stepping motors receive a stepping pulse, the shaft of the stepping motors rotates by a predetermined angle of rotation and subsequently the mirror in question is also rotated. It is advisable to connect the stepper motor shafts to the mirrors via gears; the individual step pulses cause only a small rotation of the mirrors, so that a precise positioning of the mirrors is achieved.
Die Steuereinrichtung STE besteht aus der Einschalteinrichtung EE, aus dem Taktgeber TG, aus dem Horizontalzähler ZH, aus dem Vertikalzähler ZV, aus dem Zykluszähler ZZ, aus den UND-Gliedern G1, G2, G3 nnd aus der Differentierstufe DIFF.The control device STE consists of the switch-on device EE, the clock generator TG, the horizontal counter ZH, the vertical counter ZV, the cycle counter ZZ, the AND gates G1, G2, G3 and the differentiating stage DIFF.
Fig. 5 zeigt einige Signale, die beim Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung auftreten. Die Einschalteinrichtung EE erzeugt zur Zeit t=1 einen Impuls. Dieser Impuls kann entweder durch manuelle Betätigung der Einschalteinrichtung ausgelöst werden oder durch ein internes oder externes Signal. Dieser Einschaltimpuls ist in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen EE bezeichnet, wie die in Fig. 4 dargestellte Einschalteinrichtung. Mit diesem Einschaltimpuls EE wird der Taktgeber TG eingeschaltet, in den Zählern ZH, ZV, ZZ wird jeweils ein Anfangszählerstand eingestellt und die Schrittmotore SM1, SM2 und die entsprechenden Spiegel SP1, SP2 werden in definierte Anfangsstellungen gebracht.FIG. 5 shows some signals that occur during the operation of the circuit arrangement shown in FIG. 4. The switch-on device EE generates a pulse at time t = 1. This pulse can be triggered either by manual actuation of the switch-on device or by an internal or external signal. This switch-on pulse is shown in FIG designates the same reference symbol EE as the switch-on device shown in FIG. 4. With this switch-on pulse EE, the clock generator TG is switched on, an initial counter reading is set in the counters ZH, ZV, ZZ, and the stepping motors SM1, SM2 and the corresponding mirrors SP1, SP2 are brought into defined initial positions.
Die Impulse T des Taktgebers TG werden als Zählimpulse dem Horizontalzähler ZH zugeführt; nach jedem vierten Impuls gibt dieser Zähler ZH einen Impuls des Signals T4 ab. Der Zähler ZV erhält die Impulse des Signals T4 als Zählimpulse und gibt nach jedem sechsten Impuls einen Impuls des Signals T24 ab. Der Zykluszähler ZZ erhält die Impulse des Signals T24 als Zählimpulse und geht nach Empfang des zweiten Impulses von seinem O-Zustand seinem 1-Zustand über.The pulses T from the clock generator TG are fed as counting pulses to the horizontal counter ZH; after every fourth pulse, this counter ZH emits a pulse of the signal T4. The counter ZV receives the pulses of the signal T4 as counting pulses and emits a pulse of the signal T24 after every sixth pulse. The cycle counter ZZ receives the pulses of the signal T24 as counting pulses and changes from its 0 state to its 1 state after receipt of the second pulse.
Hinsichtlich der Wirkungsweise der Steuereinrichtung STE wurde bereits bemerkt, daß zum Zeitpunkt t=1 der Einschaltimpuls EE auftritt, der dem Taktgeber TG startet, daß ab diesem Zeitpunkt die Taktimpulse T abgegeben werden. Nach jeweils vier Impulsen T entsteht ein Impuls des Signals T4. Der erste dieser Impulse entsteht zur Zeit t=2. Der sechste Impuls des Signals T4 zur Zeit t=3 bewirkt einen Impuls des Signals T24. Zu den Zeitpunkten t=4 und t=40 werden weitere Impulse des Signals T24 erzeugt. Zur Zeit t=4 entsteht die Vorderflanke des Signals T144 mit der der Beginn des eigentlichen Verfahrens festgelegt wird. Mit Hilfe des Gliedes G1 werden immer dann die in Fig. 5 mit dem gleichen Bezugszeichen G1 bezeichneten Impulse abgegeben, wenn gleichzeitig während der Dauer des Signals T144 ein Impuls T auftritt. Mit den Impulsen des Signals G1 «wird einerseits je ein Blitz der Blitzlampa BL ausgelöst, der über die Spiegel SP2 und SP1 abgelenkt und als Lichtstrahl L den Körper K trifft. Andererseits werden aber die Impulse des Signals G1 auch dem Schrittmotor SM1 zugeführt, der damit um je einen Schritt verstellt wird. Die daraus resultierende Verdrehung des Spiegels SP1 hat zur Folge, daß die zeitlich nacheinander abgegebenen Blitze der Blitzlampte BL in verschiedene Richtungen abgestrahlt werden. Der Lichtstrahl L wird damit zeitlich nacheinander auf die Punkte P11, P21, P31 und P41 gerichtet. Diese Winkeländerungen werden im wesentlichen mit Hilfe des Horizontalzählers ZH und mit Hilfe des Spiegels bewirkt,With regard to the operation of the control device STE, it has already been noted that the switch-on pulse EE occurs at the time t = 1, which starts the clock generator TG, that the clock pulses T are emitted from this time. After every four pulses T there is a pulse of the signal T4. The first of these impulses occurs at time t = 2. The sixth pulse of signal T4 at time t = 3 causes a pulse of signal T24. At times t = 4 and t = 40, further pulses of the signal T24 are generated. At the time t = 4, the leading edge of the signal T144 arises with which the start of the actual method is determined. With the aid of the link G1, the pulses denoted by the same reference symbol G1 in FIG. 5 are emitted whenever a pulse T occurs simultaneously during the duration of the signal T144. With the pulses of the signal G1 «, a flash of the flash lamp BL is triggered on the one hand, which is deflected via the mirrors SP2 and SP1 and hits the body K as a light beam L. On the other hand, the impulses of the Signal G1 also supplied to the stepper motor SM1, which is adjusted by one step each. The resultant rotation of the mirror SP1 has the consequence that the flashes of the flash lamp BL which are emitted one after the other are emitted in different directions. The light beam L is thus directed in succession to the points P11, P21, P31 and P41. These changes in angle are essentially brought about with the aid of the horizontal counter ZH and with the aid of the mirror,
Das Glied G2 gibt nur dann einen Impuls ab, wenn während der Dauer des Signals T144 ein Impuls des Signals T4 auftritt. Der erste derartige Impuls erscheint zur Zeit t=5. Mit diesem Impuls wird einerseits der Spiegel SP1 in seine Ausgangslage zurückgesetzt; andererseits wird mit dem Impuls zur Zeit t=5 die Welle des Schrittmotors SM2 verdreht, so daß auch der Spiegel SP2 eine andere Stellung einnimmt. Der Lichtstrahl L ist nunmehr auf den Lichtpunkt P12 gerichtet. Die nächsten Impulse des Signals T bewirken wieder eine Verdrehung des Spiegels SP1, so daß zeitlich nacheinander die Lichtpunkte P12, P22, P32, P42 entstehen. Bei praktisch realisierten Schaltungsanordnungen werden im allgemeinen sehr viele dicht nebeneinander liegende Lichtpunkte sowohl in Richtung der Körperlinien KL1, KL2 als auch in dazu. senkrechter Richtung erzeugt werden. Ab der Zeit t=4 bis zur Zeit t=40 werden bei vorliegendem Ausführungsbeispiel mit Hilfe der Impulse des Signals G2 insgesamt Lichtpunkte auf sechs Körperlinien erzeugt, von denen in Fig. 4 nur die beiden Körperlinien KL1 und KL2 eingezeichnet sind. Der Sprung von einer Körperlinie zur anderen wird im wesentlichen durch den Vertikalzähler ZV in Kombination mit Spiegel SP2 bewirkt. Mit Hilfe der Differenzierstufe DIFF wird zur Zeit t=40 ein Impuls abgeleitet, der .einerseits den Taktgeber TG abschaltet und andererseits den Zykluszähler ZZ in seinen infangszustand zurücksetzt. Damit wird zur Zeit t=40 die Projektion der Lichtstrahlen L beendet.The gate G2 only emits a pulse if a pulse of the signal T4 occurs during the duration of the signal T144. The first such pulse appears at time t = 5. With this impulse, on the one hand, the mirror SP1 is reset to its initial position; on the other hand, with the pulse at time t = 5, the shaft of the stepper motor SM2 is rotated, so that the mirror SP2 also has a different position. The light beam L is now directed onto the light point P12. The next pulses of the signal T again cause the mirror SP1 to rotate, so that the light points P12, P22, P32, P42 arise in succession. In the case of circuit arrangements which have been implemented in practice, a large number of light points lying close to one another are generally generated both in the direction of the body lines KL1, KL2 and in addition. perpendicular direction are generated. From the time t = 4 to the time t = 40, in the present exemplary embodiment, with the aid of the pulses of the signal G2, a total of light points are generated on six body lines, of which only the two body lines KL1 and KL2 are shown in FIG. 4. The jump from one body line to another is essentially caused by the vertical counter ZV in combination with mirror SP2. With the help of the differentiating stage DIFF, a pulse is derived at time t = 40, which on the one hand switches off the clock generator TG and on the other hand resets the cycle counter ZZ to its initial state. So that will at time t = 40 the projection of the light rays L ends.
Fig. 6 zeigt ausführlicher Details der Fig. 5 ab der Zeit t=4.Mit den ersten vier Impulsen des Signals G1 werden der Reihe nach die Lichtpunkte P11, P21, P31, P41 erzeugt. Dann erscheint zur Zeit t=5 ein Impuls des Signals G2, das den Spiegel SP1 in seine Ausgangslage zurücksetzt und den Spiegel SP2 um eine Einheit verdreht. Die darauf folgenden Blitze der Blitzlampe BL werden daher zu den Lichtpunkten P12, P22, P32, und P42 abgelenkt. Zur Zeit t=6 wird der Spiegel SP1 erneut in seine Ausgangsstellung zurückgesetzt und der Spiegel SP2 wird um eine Einheit weitergedreht.FIG. 6 shows detailed details of FIG. 5 from the time t = 4. With the first four pulses of the signal G1, the light points P11, P21, P31, P41 are generated in sequence. Then a pulse of signal G2 appears at time t = 5, which resets mirror SP1 to its initial position and rotates mirror SP2 by one unit. The subsequent flashes of the flash lamp BL are therefore deflected to the light points P12, P22, P32, and P42. At time t = 6, mirror SP1 is reset to its initial position and mirror SP2 is rotated further by one unit.
Die Abtasteinrichtung AE besteht im wesentlichen aus einem nicht dargestellten optischen System, aus der Diodenmatrix DM und aus dem Koordinatengeber KG. Mit Hilfe des optischen Systems werden die einzelnen Lichtpunkte beispielsweise der Lichtpunkt P11 - auf der Diodenmatrix DM abgebildet. Diese Diodenmatrix DM erhält eine Viel— zahl von matrizenartig angeordneten Photodioden mit zugeordneten Schaltungseinrichtungen. Zwecks einfacherer Darstellung sind nur die Photodioden D11, D12, D13, D21, D22, D23, D31, D32, D33 dargestellt. Diesen Photodioden sind je BildpunktSignale zugeordnet, welche die Lage der betreffenden Photodiode im Bereich der Matrix genau signalisieren. Wird einer der Lichtpunkte auf eine dieser Photodioden abgebildet, dann wird die. betreffende Photodiode aktiviert und es werden die zugeordneten Bildpunktsignalean den Koordinatengeber KG abgegeben. Die Bildpunktsignale der Dioden können in digitaler oder in analoger Form vorliegen. Der Koordinatengeber KG erzeugt daraus Binärworte, welche die Koordinaten kikj signalisieren. Die Diodenmatrix DM mit der Vielzahl der Photodioden, mit zugehörigen Schaltungseinrichtungen und der Koordinatengeber KG werden am besten in integrierter Bauweise erstellt. Die Recheneinrichtung RE erhält Festwertspeicher in der die Koordinaten all jener Punkte gespeichert sind, die bei der Berechnung der Lichtpunktkoordinaten benötigt werden. Zusätzlich erhält die Recheneinrichtung von der Abtasteinrichtung AE die sich von Fall zu Fall ändernden Bildpunktkoordinaten kikj. Die Identifizierung der einander zugeordneten Lichtstrahlen, Lichtpunkte und Bildpunkte wird durch festgelegten zeitlichen Ablauf der Lichtstrahl-Projektion erreicht. Die Recheneinrichtung erhält dazu einige der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Signale und ist damit in der Lage die jeweils empfangenen Koordinaten kikj den entsprechenden Lichtpunkten zuzuordnen. Als Ergebnis der Berechnungen gibt die Recheneinrichtung die Koordinaten der Oberfläche des Körpers K ab.The scanning device AE essentially consists of an optical system (not shown), the diode matrix DM and the coordinate transmitter KG. With the help of the optical system, the individual light points, for example light point P11 - are imaged on the diode matrix DM. This diode matrix DM contains a large number of matrix-like photodiodes with associated circuit devices. For the sake of simplicity, only the photodiodes D11, D12, D13, D21, D22, D23, D31, D32, D33 are shown. Signals are assigned to these photodiodes, which precisely signal the position of the relevant photodiode in the area of the matrix. If one of the light spots is imaged on one of these photodiodes, then the. activated photodiode and the assigned pixel signals are sent to the coordinate transmitter KG. The pixel signals of the diodes can be in digital or analog form. The coordinate generator KG uses this to generate binary words which signal the coordinates kikj. The diode matrix DM with the large number of photodiodes, with associated circuit devices and the coordinate transmitter KG are best integrated Construction created. The computing device RE receives read-only memories in which the coordinates of all those points are stored which are required when calculating the light point coordinates. In addition, the computing device receives the pixel coordinates kikj, which change from case to case, from the scanning device AE. The identification of the mutually assigned light beams, light points and image points is achieved by means of a fixed temporal sequence of the light beam projection. For this purpose, the computing device receives some of the signals shown in FIGS. 5 and 6 and is thus able to assign the coordinates kikj received in each case to the corresponding light points. As a result of the calculations, the computing device outputs the coordinates of the surface of the body K.
Es wäre grundsätzlich' denkbar, daß die Oberfläche des Körpers K mit Hilfe anderer Parameter dargestellt wird. Es wird als an sich bekannt angesehen, die Parameter, welche die Lage der Lichtpunkte P11, P21 .... charakterisieren in andere Parameter umzurechnen. So kann die Oberfläche des Körpers K wie an sich bekannt in analytischer Weise dargestellt werden, oder- durch Angabe der Koordinaten vieler Oberflächenpunkte, durch Querschnittsdarstellunen und es können Volumenberechnungen vorgenommen werden.In principle, it would be conceivable for the surface of the body K to be represented using other parameters. It is considered to be known per se to convert the parameters which characterize the position of the light points P11, P21 ... into other parameters. The surface of the body K can thus be represented in an analytical manner, as is known per se, or by specifying the coordinates of many surface points, by cross-sectional representations and volume calculations can be carried out.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung wird angenommen, daß die Lage der Spiegel SP1 und SP2 jeweils mit Sicherheit derart genau einstellbar ist, daß eine Kontrolle und Rückmeldung dieser Spiegelpositionen nicht erforderlich ist. Es wäre grundsätzlich denkbar, daß eine Kontrolle der jeweiligen LichtStrahlrichtungen erwünscht ist. In diesem Fall könnte der Lichtstrahl L einerseits wie dargestellt zum Körper K und andererseits unter Verwendung eines teildurchlässigen Spiegels auf eine Abtasteinrichtung abgebildet werden, die ähnlich wie die in Fig. 4 dargestellte Abtasteinrichtung AE aufgebaut ist. Mit einer derartigen Abtasteinrichtung im Bereich der Projekttionseinrichtung PE könnten Kontrollkoordinaten erzeugt werden, die die gewünschte Einstellung der SpiegelStellungen garantieren und die bei nicht gewünschten Spiegeleinstellungen die Blitze der Blitzlampe BL verhindern.In the circuit arrangement shown in FIG. 4, it is assumed that the position of the mirrors SP1 and SP2 can in each case be set with certainty with such certainty that control and feedback of these mirror positions is not necessary. In principle, it would be conceivable that control of the respective light beam directions is desired. In this case, the light beam L could be imaged on the one hand as shown to the body K and on the other hand using a partially transparent mirror on a scanning device which is similar to that in FIG Fig. 4 shown scanner AE is constructed. With such a scanning device in the area of the projecting device PE, control coordinates could be generated which guarantee the desired setting of the mirror positions and which prevent the flashes of the flash lamp BL from being not desired.
Fig. 7 zeigt die Abtasteinrichtung AE/1 als Ausführungsbeispiel der in Fig. 4 schematisch dargestellten Abtasteinrichtung AE. Zwecks einfacherer Darstellung sind in horizontaler Richtung nur insgesamt acht Leitungen A0, A2... A6, A7 und in vertikaler Richtung nur die vier Leitungen B0, B1 , B2, B3 dargestellt. Ungefähr im Kreuzungspunkt dieser Koordinatenleitungen sind die SchaltungsanOrdnungen D00, D01 ... D73 angeordnet mit. Photodioden, die bei Belichtung die zugeordneten Koordinatenleitungen mit einem Schaltungspunkt festen Potentials verbinden. Es wird angenommen, daß im unbelichteten Zustand an allen Koordinatenleitungen A0 - A7 und B0 - B3 Spannungen anliegen, die 0 - Signalen entsprechen. Wenn beispielsweise die Photodiode im Bereich der Schaltungsanordnung D12 belichtet wird, dann signalisieren die Koordinatenleitungen A1 und B nunmehr 1-Signale. Der Codewandler CWA1 erhält in diesem Fall das Codewort 01000000. Der Codewand1er CWB1 erhält unter diesen Voraussetzungen das Wort 00100000.FIG. 7 shows the scanning device AE / 1 as an exemplary embodiment of the scanning device AE shown schematically in FIG. 4. For the sake of simplicity, only a total of eight lines A0, A2 ... A6, A7 are shown in the horizontal direction and only the four lines B0, B1, B2, B3 in the vertical direction. The circuit arrangements D00, D01 ... D73 are arranged approximately at the intersection of these coordinate lines. Photodiodes which, when exposed, connect the assigned coordinate lines to a circuit point of fixed potential. It is assumed that, in the unexposed state, voltages corresponding to 0 signals are present on all coordinate lines A0 - A7 and B0 - B3. If, for example, the photodiode is exposed in the area of the circuit arrangement D12, then the coordinate lines A1 and B now signal 1 signals. In this case, the code converter CWA1 receives the code word 01000000. The code converter CWB1 receives the word 00100000 under these conditions.
Bei der Abbildung der einzelnen Lichtpunkte des Körpers,, soll mindestens eine Photodiode der Schaltungsanordnungen D00 - D73 aktiviert werden, um die Bildpunktkoordinaten erzeugen zu können. Es ist zweckmäßig, die Durchmesser des abbildenden Lichtstrahls einerseits und die Abstände der Koordinatenleitungen andererseits derart zu bemessen, daß in vielen Fällen mehrere Photodioden gleichzeitig aktiviert werden, weil dann sicher gestellt ist, daß in allen Fällen mindestens eine Photodiode aktiviert wird. Wenn beispielsweise die drei Koordinatenleitungen A0, A1, A2 mit 1-Signalen beaufschlagt werden, dann wird das Wort 11100000 dem Codewandler CWA1 zugeführt. Dieser Codewandler CWA1 hat die Aufgabe dieses Wort in das Wort 01000000 umzuwandeln. Die Codewandler CWA1 und CWB1 erhalten also möglicherweise Worte mit mehreren 1-Binärwerten und geben Worte ab, die in einem 1 aus n-Code codiert sind. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel geben die Codewandler CWA1 und CWB1 Worte ab, die in einem 1 aus 8 bzw. in einem 1 aus 4 Code codiert sind. Mit Hilfe der Codewandler CWA2 und CWB erfolgt eine Umwandlung in einen Dualeode. Der Codewandler CWA2 erhält bei diesem Beispiel Codeworte in einem 1 aus 8 Code und gibt dreistellige Codeworte ab, die im Dualcode mit den Gewichten 4, 2, 1 codiert sind.When imaging the individual light points of the body, at least one photodiode of the circuit arrangements D00-D73 should be activated in order to be able to generate the pixel coordinates. It is expedient to measure the diameter of the imaging light beam on the one hand and the spacing of the coordinate lines on the other hand in such a way that in many cases several photodiodes are activated at the same time, because it is then ensured that at least one photodiode is activated in all cases. If For example, the three coordinate lines A0, A1, A2 are supplied with 1 signals, then the word 11100000 is fed to the code converter CWA1. This code converter CWA1 has the task of converting this word into the word 01000000. The code converters CWA1 and CWB1 may therefore receive words with several 1 binary values and emit words which are coded in a 1 out of n code. In the present exemplary embodiment, the code converters CWA1 and CWB1 emit words which are coded in a 1 out of 8 or in a 1 out of 4 code. With the help of the code converters CWA2 and CWB a conversion into a dual eode takes place. In this example, the code converter CWA2 receives code words in a 1 out of 8 code and outputs three-digit code words which are encoded in the dual code with the weights 4, 2, 1.
Fig. 8 zeigt ausführlicher den Codewandler CWA1. Er besteht aus mehreren Serien von UND-Gliedern U1, U2, U3, U4, U5, U6, ferner aus einer Serie von ODER-Gliedern 0R und aus den NOR-Gliedern N1, N2, N3. Dem Codewandler werden über die Koordinatenleitungen A0 - A8 Worte zu je 8 Bits zugeführt. Es wird angenommen, daß die meisten Bits dieser Worte aus O-Werten bestehen und daß durch einige 1-Werte ein Bildpunkt signalisiert werden soll. Bei vorliegendem Beispiel wurde angenommen, daß eingangs das Wort 00011100 zugeführt wird. Der Codewandler hat die Aufgabe, die 1-Werte derart zu reduzieren, daß nur ein einziger 1-Wert über den Ausgang des Codewandlers außer den übrigen O-Werten abgegeben wird. Falls eingangs eine ungerade Anzahl von 1-Werten vorliegt, wird angestrebt, über den Ausgang den mittleren 1-Wert abzugeben, um die Koordinaten des Bildpunktes möglichst genau zu ermitteln.8 shows the code converter CWA1 in more detail. It consists of several series of AND gates U1, U2, U3, U4, U5, U6, also of a series of OR gates 0R and of the NOR gates N1, N2, N3. Words of 8 bits each are fed to the code converter via the coordinate lines A0 - A8. It is assumed that most bits of these words consist of O values and that a pixel should be signaled by a few 1 values. In the present example it was assumed that the word 00011100 is added at the beginning. The code converter has the task of reducing the 1 values in such a way that only a single 1 value is emitted via the output of the code converter in addition to the other O values. If there is an odd number of 1 values at the beginning, the aim is to output the mean 1 value via the output in order to determine the coordinates of the image point as precisely as possible.
Unter der Annahme des eingangs zugeführten Wortes 00011100 wird über die Ausgänge der Serie U1 das Wort 0001100 abgegeben. Über die Ausgänge der Serie U2 wird das Wort 000100 abgegeben und über die Ausgänge der Serie U2 wird das Wort 00000 abgegeben. An den Eingängen des NOR-Gliedes N3 liegen ausschließlich O-Signale, so daß über den Ausgang des Gliedes N3 ein 1-Signal abgegeben wird, mit dem die Glieder der Serie U6 gesteuert werden. Diese Glieder der Serie U6 sind mit einem Eingang an die Ausgänge der Serie U2 angeschlossen. Von den Gliedern der Serie U6 gibt daher nur jenes UND-Glied ein 1-Signal ab, welches das einzige 1-Signal der Serie U2 erhält. Über die Ausgänge des Codewandlersuαd über die Ausgänge der Serie OR wird das Wort 00001000 abgegeben, das in gewünschter Weise mit seinem 1-Wert die Koordinatenleitung A3 signalisiert. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel können die Glieder der Serie U4 bzw. U5 keine Binärwerte zu den AusgangsSignalen liefern, weil über die Ausgänge der Glieder N1 bzw. N2 jeweils O-Signale abgegeben und alle Glieder der Serie U4 bzw. U5 gesperrt sind.Assuming the input word 00011100, the word 0001100 is output via the outputs of the U1 series. The word 000100 is connected to the outputs of the U2 series is output and the word 00000 is output via the outputs of the U2 series. Only the O signals are present at the inputs of the NOR gate N3, so that a 1 signal is emitted via the output of the gate N3, with which the links of the U6 series are controlled. These U6 series links are connected to the U2 series outputs with one input. Of the U6 series elements, only that AND gate emits a 1 signal that receives the only 1 signal of the U2 series. The word 00001000 is emitted via the outputs of the code converter via the outputs of the OR series and signals the coordinate line A3 in the desired manner with its 1 value. In the present exemplary embodiment, the links in the U4 and U5 series cannot supply binary values to the output signals, because O signals are emitted via the outputs of the links N1 and N2 and all links in the U4 and U5 series are blocked.
Es wird angenommen, daß über die Koordinatenleitungen A0 - A7 eingangs das Wort 00001000 abgegeben wird. Das einzige 1-Signal liegt somit auf der Leitung A3. Unter dieser. Voraussetzung geben bereits alle Glieder der Serie U1 jeweils O-Signale ab, so daß auch Über das Glied N1 ein 1-Signal abgegeben wird. Unter dieser Voraussetzung können einzelne Glieder der Serie U4 jeweils 1-Signale abgeben. Da nur die Koordinatenleitung A3 ein 1-Signal führt, wird nur. das zugeordnete UND-Glied der Serie U4 aktiviert und dessen 1-Signal wird über das zugeordnete ODER-Glied der Serie OR abgegeben. Wenn also eingangs bereits ein Wort 00001000 mit einem einzigen 1-Wert zugeführt wird, dann wird dieser 1-Wert auch über den Ausgang des Codewandlers weitergegeben. Der in Fig. 7 dargestellte Codewandler CWB1 ist ähnlich dem ausführlicher beschriebenen Codewandler CWA1 aufgebaut. Der Codewandler CWA2 und CWB2 sind an sich bekannt, so daß sich eine genauere Beschreibung erübrigt. Zur genauen Erfassung der Bildpunktkoordinaten ki bzw. ist es zweckmäßig eine große Anzahl von Koordinatenleit gen und entsprechenden Schaltungsanordnungen D00 - D73 vorzusehen. Es empfiehlt sich, die Schaltungsanordnunge D00 - D73 und die Codewandler in integrierter Bauweise zu erstellen. Die Schaltungsanordnungen D00 - D73 sind mit mindestens einer Photodiode bestückt, die durch die einfallenden Lichtstrahlen aktiviert werden. Es wird angenommen, daß die Photodioden mit integrierten Schaltungsanordnungen verbunden sind, die an die Koordinatenleitungen A0 - A7 und B0 - B3 eine Spannung anschließen, die einen 1-Wert signalisiert.It is assumed that the word 00001000 is initially output via the coordinate lines A0 - A7. The only 1 signal is therefore on line A3. Under this. A prerequisite is that all links in the U1 series each issue O signals, so that a 1 signal is also output via link N1. Under this condition, individual links of the U4 series can each issue 1 signals. Since only the coordinate line A3 carries a 1 signal, only. the assigned AND gate of the U4 series is activated and its 1 signal is emitted via the assigned OR gate of the OR series. If a word 00001000 with a single 1 value is already supplied at the beginning, then this 1 value is also passed on via the output of the code converter. The code converter CWB1 shown in FIG. 7 is constructed similarly to the code converter CWA1 described in more detail. The code converters CWA2 and CWB2 are known per se, so that a more detailed description is not necessary. For the precise detection of the pixel coordinates ki or it is advisable to provide a large number of coordinate lines and corresponding circuit arrangements D00-D73. It is advisable to create the circuit arrangements D00 - D73 and the code converters in an integrated design. The circuit arrangements D00 - D73 are equipped with at least one photodiode, which are activated by the incident light beams. It is assumed that the photodiodes are connected to integrated circuit arrangements which connect a voltage to the coordinate lines A0-A7 and B0-B3 which signals a 1 value.
Gemäß Fig. 9 wird anstelle des Körpers dessen Oberfläche vermessen werden soll, der Referenzkörper RK angeordnet. Mit Hilfe der Lichtstrahlen L1, L2 werden ähnlich wie im Fall der Fig. 1 die Referenzlichtpunkte RP1 und RP2 auf der Oberfläche des Referenzkörpers RK erzeugt. Die Bilder dieser Referenzlichtpunkte RP1 und RP2 ergeben die Referenzbildpunkte rp1, rp2. Die Referenzkörperlinie RKL wird somit auf die Bildfläche BF abgebildet und ergibt die Referenzbildlinie RBL. Parameter, welche diese Referenzbildlinie RBL charakterisieren, können in der Fig.4 dargestellten Recheneinrichtung RE gespeichert werden. Zur Vermessung der Oberfläche eines Körpers wird anstelle des in Fig.9 dargestellten Referenzkörpers RK der zu vermessende Körper K angeordnet. In diesem Zusammenhang wird angenommen, daß der Lichtpunkt P1 ein Punkt auf der Oberfläche des Körpers K ist. Der entsprechende Bildpunkt p1 wird auf die Bildfläche BF abgebildet. Bei diesem anhan der Fig.9 beschriebenen Verfahren wird die Abweichung A des Bildpunktes p1 von der Referenzbildlinie RBL ermittelt und daraus kann die Abweichung des Lichtpunktes P1 von einem entsprechenden Punkt der Referenzkörperlinie berechnet werden. Dieses Verfahren ist speziell dann vorteilhaft, falls es in erster Linie auf die Abweichungen von einem Referenzkörper ankommt und nicht so sehr auf Bezugsgrößen der Oberflächenpunkte in Bezug auf das fest vorgegebene Koordinatensystem K0. Der Referenzkörper RK kann fallweise völlig verschieden ausgebildet sein. Beispielsweise wäre es denkbar, geometrisch einfach darstellbare Körper, wie beispielsweise Quader, Zylinder, Kugel als Referenzkörper zu verwenden. Andererseits kann es aber vorteilhaft sein, beliebig ausgebildete Musterstlfeke als Referenzkörper zu verwenden und mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens die Abweichungen eines gegebenen Körpers vom Musterstück zu ermitteln. 9, the reference body RK is arranged instead of the body whose surface is to be measured. With the aid of the light beams L1, L2, the reference light points RP1 and RP2 are generated on the surface of the reference body RK in a manner similar to the case in FIG. 1. The images of these reference light points RP1 and RP2 result in the reference image points rp1, rp2. The reference body line RKL is thus mapped onto the image area BF and results in the reference image line RBL. Parameters which characterize this reference image line RBL can be stored in the computing device RE shown in FIG. In order to measure the surface of a body, the body K to be measured is arranged instead of the reference body RK shown in FIG. In this connection, it is assumed that the light point P1 is a point on the surface of the body K. The corresponding pixel p1 is mapped onto the image area BF. In this method described in FIG. 9, the deviation A of the image point p1 from the reference image line RBL is determined, and from this the deviation of the light point P1 from a corresponding point of the reference body line can be determined be calculated. This method is particularly advantageous if it is primarily the deviations from a reference body that are important and not so much the reference values of the surface points in relation to the predetermined coordinate system K0. The reference body RK can be designed completely differently in some cases. For example, it would be conceivable to use geometrically simple representable bodies such as cuboids, cylinders, spheres as reference bodies. On the other hand, however, it can be advantageous to use arbitrarily designed sample pieces as reference bodies and to use the described method to determine the deviations of a given body from the sample piece.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur berührungslosen Vermessung von Körpern, wonach von einem Projektionszentrum Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Körpers projiziert, entsprechende Lichtpunkte markiert und auf einer.Bildfläche abgebildet werden und wonach Parameter ermittelt werden, welche die Lage der Lihtpunkte auf der Oberfläche des Körpers charakterisieren, g e k e n n z e i c hn e t dur c h die folgaaden Verfahrensschritte: A. Mit Hilfe der Bildfläche (BF) - beispielsweise mit Hil fe einer Speicherschicht oder Fotoschicht einer Fernsehaufnahmeapparatur oder mit Hilfe einer Diodenmatrix (DM) einer Abtastapparatur (AE) - werden Bildpunktsignale erzeugt, welche die Lage der Bildpunkte auf der Bildfläche (BF) charakterisieren. B. Mit Hilfe einer Recheneinrichtung werden in Abhängigkeit von den Bildpunktsignalen automatisch die Parameter gewonnen, welche die Lage der Lichtpunkte (P1, P2,P3) auf der Oberfläche des Körpers (K) charakterisieren.1. Method for the contactless measurement of bodies, according to which light rays are projected from a projection center onto the surface of the body, corresponding light points are marked and imaged on an image surface and parameters are determined which characterize the position of the light points on the surface of the body hn et dur ch the following process steps: A. With the help of the image area (BF) - for example with the help of a storage layer or photo layer of a television recording apparatus or with the aid of a diode matrix (DM) of a scanning apparatus (AE) - pixel signals are generated which indicate the position of the Characterize pixels on the image surface (BF). B. With the aid of a computing device, the parameters which characterize the position of the light points (P1, P2, P3) on the surface of the body (K) are obtained automatically as a function of the pixel signals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wonach vom Projektionszentrum ais gleichzeitig mehrere Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Körpers projiziert werden und dort entsprechende Körperlinien bewirken, die auf der Bildfläche als Bild linien abgebildet werden, da dur c h g e k e n n z e i c hn e t , daß verschiedene Körperlinien (KL) durch verschiedene Strichpunktfolgen und/oder verschiedene Bezugszeichen und/oder verschiedene Wellenlängen charakterisiert werden, und daß die den Kgrperlinien (KL) zugeordneten Bildlinien (BL) automatisch auf Grund der gleichen Strichpunktfolgen und/ oder der gleichen Bezugszeichen und/oder der gleichen Wellenlängen erfaßt und die entsprechenden Bildpunktsignale ermittelt werden.2. The method of claim 1, according to which ais a plurality of light rays are simultaneously projected onto the surface of the body from the projection center and cause corresponding body lines there, which are shown on the image surface as image lines, since dur chgekennzeic hn et that different body lines (KL) through Different semicolon sequences and / or different reference symbols and / or different wavelengths are characterized, and that the image lines (BL) assigned to the body lines (KL) are automatically detected on the basis of the same semicolon sequences and / or the same reference symbols and / or the same wavelengths and the corresponding ones Pixel signals be determined.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t , daß zu gegebenen Zeitpunkten vom Projektionszentrum (PZ) aus nur je ein einziger Lichtstrahl (L1,L2,L3) auf die Oberfläche des Körpers (K) projiziert wird , der praktisch gleichzeitig einen, zugeordneten Lichtpunkt, einen zugeordneten Bildpunkt und zugeordnete Bildpunktsignale bewirkt, und daß zeitlich nacheinander auftretende Lichtpunkte, Bildpunkte und Bildpunktsignale durch die Gleichzeitigkeit ihres Auftretens identifiziert, einander zugeordnet und automatisch ausgewertet werden (Fig. 4 bis 8).3. The method according to claim 1, dadurchgekennz ei chnet that at given times from the projection center (PZ) from only a single light beam (L1, L2, L3) is projected onto the surface of the body (K), which practically simultaneously assigned one Light point, an assigned pixel and assigned pixel signals, and that successively occurring light points, pixels and pixel signals are identified by the simultaneity of their occurrence, assigned to each other and automatically evaluated (Fig. 4 to 8).
4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, d a dur c h g e k e nn z e i c hn e t , daß eine Projektionseinrichtung (PE) vorgesehen ist, mit einer Lichtquelle (BL) deren Licht über zwei verstellbare Ablenkeinrichtungen auf den Körper (K) gestrahlt wird, daß eine Steuereinrichtung (STE) vorgesehen- ist, die zeitlich nacheinander die Verstellung der Ablenkeinrichtungen bewirkt, daß eine Abtasteinrichtung (AE) vorgesehen ist, die einerseits die Lichtpunkte (P11,P21) auf. die Bildfläehe (BF) abbildet und die andererseits Bildpunktschale abgibt, welche die Lage der Bildpunkte auf der Bildfläche charakterisieren und daß eine Recheneinrichtung (RE) vorgesehen ist, der die Zeitpunkte des Auftretens der Lichtpunkte und die gleichzeitig ermittelten Bildpunktsignale signalisiert wβ-den und.daß unter Berücksichtigung der Lage des Projektionszentrums Koordinaten (K) gewonnen werden, welche die Lage der Lichtpunkte (P1,P2,P3) auf der Oberfläche des Körpers (K) charakterisieren. (Fig. 4)4. Circuit arrangement for performing the method according to claim 3, since dur chgeke nn zeic hn et that a projection device (PE) is provided with a light source (BL) whose light is radiated via two adjustable deflection devices on the body (K) that A control device (STE) is provided, which causes the deflection devices to be adjusted one after the other in time, so that a scanning device (AE) is provided which on the one hand the light points (P11, P21) on. depicts the image area (BF) and, on the other hand, emits the image point shell, which characterize the position of the image points on the image area and that a computing device (RE) is provided, which signals the times of occurrence of the light points and the simultaneously determined image point signals and that taking into account the position of the projection center, coordinates (K) are obtained which characterize the position of the light points (P1, P2, P3) on the surface of the body (K). (Fig. 4)
5. Schaltungsanordhung nach Anspruch 4, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t , daß als Ablenkeinrichtung Spiegel (SP1,SP2) mit Hilfe von Schritt motoren (SM1,SM2) verstellt werden und daß die Steuersignale zur Verstellung der Schrittmotore mit Hilfe der Steuereinrichtung (STE) gewonnen werden (Fig. 4).5. Circuit arrangement according to claim 4, since you rchgeke nn zeic hn et that as a deflection mirror (SP1, SP2) with the help of step motors (SM1, SM2) are adjusted and that the control signals for adjusting the stepper motors are obtained with the aid of the control device (STE) (FIG. 4).
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, d ad u r c h g e k e nn z e i c hn e t , daß die Abtasteinrichtung (AE) eine Matrix (DM) mit in integrie ter Bauweise matrizenartig angeordneten Photodioden enthält, die mit dem Licht der Bildpunkte (p1,p2,p3) ak tiviert werden und daß mit Hilfe der Photodioden (D11, D12) und mit Hilfe integrierter Shaltkreise die Licht-, punktsignale erzeugt werden (Fig. 4).6. Circuit arrangement according to claim 4, d ad urchgeke nn zeic hn et that the scanning device (AE) contains a matrix (DM) with matrix-like arranged in integrie ter design, which with the light of the pixels (p1, p2, p3) ak tiviert and that with the help of the photodiodes (D11, D12) and with the help of integrated switching circuits, the light, point signals are generated (Fig. 4).
7. Schaltungsanordung nach Anspruch 6, da d u r c h g e k e nn z ei c h n e t , daß die Matrix (DM) Koordinatenleitungen (A0-A7, B0-B4) hat, die im unbelichteten Zustand einen ersten Binärwert (0) signalisieren, daß die Koordinatenleitungen mit Hilfe der aktivierten Photodioden und integrierten Schaltkreise einen zweiten Binärwert (1) signalisieren und daß aus den über die Koordinatenleitungen abgegebenen Worten - vorzugsweise mit Hilfe von Codewandlern (CWA1,CWA2,CWB1, CWB2) - die Bildpunktkoordinaten (Ki,Kj) gewonnen werden (Fig. 7,8).7. Circuit arrangement according to claim 6, since durchgeke nn z ei chnet that the matrix (DM) coordinate lines (A0-A7, B0-B4), which signal a first binary value (0) in the unexposed state that the coordinate lines using the Activated photodiodes and integrated circuits signal a second binary value (1) and that the pixel coordinates (Ki, Kj) are obtained from the words given via the coordinate lines - preferably with the aid of code converters (CWA1, CWA2, CWB1, CWB2) (Fig. 7 ,8th).
8. Verfahren nach Anspruch 1, da d u r c h g e k e nn z e i c hn e t , daß Parameter zur Defintion einer Referenzbildlinie (RBL) gespeichert werden, daß die Abweichungen (A) der Bildpunkte (p1) von der Referenzbildlinie (RBL) ermittelt werde und daß mit Hilfe dieser.Abweichungen die Parameter ermi telt werden, welche die Oberfläche des Körpers charakterisieren (Fig. 9).8. The method according to claim 1, since durchgeke nn zeic hn et that parameters for defining a reference image line (RBL) are stored, that the deviations (A) of the pixels (p1) from the reference image line (RBL) are determined and that with the help of this Deviations the parameters are determined which characterize the surface of the body (Fig. 9).
9. Verfahren nach Anspruch 8, da d u r c h. g e k e nn z e i c hn e t , daß an stelle des Körpers (K) ein Referenzkörper (RK) angeordnet wird, daß die Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Referenzkörpers projiziert werden und den Lichtstrahlen Referenzlichtpunkte (P) zugeordnet werden und daß die Referenzlichtpunkte auf die Bildfläche (BF) abgebildet, werden und die Parameter zur Definition der Referenzbildlinie gewonnen werden (Fig. 9).9. The method according to claim 8, since durc h. geke nn zeic hn et that an place the body (K) a reference body (RK) is arranged, that the light beams are projected onto the surface of the reference body and the light beams are assigned reference light points (P) and that the reference light points are mapped onto the image surface (BF), and the parameters for Definition of the reference image line can be obtained (Fig. 9).
10. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e nn z ei chn e t , daß die Parameter zur Defintfciόn der Referenzbildline (RBL) unter Verwendung von Daten berechnet werden, welche, die Oberfläche des Referenzkörpers (RK) definieren (Fig. 9). 10. The method of claim 8, d a d u r c h g e k e nn z ei chn e t that the parameters for the Defintfciόn the reference image line (RBL) are calculated using data that define the surface of the reference body (RK) (Fig. 9).
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