WO2019115209A1 - Vorrichtung zur berührungslosen, optischen 3d-erfassung einer stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen artikels der tabakverarbeitenden industrie - Google Patents

Vorrichtung zur berührungslosen, optischen 3d-erfassung einer stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen artikels der tabakverarbeitenden industrie Download PDF

Info

Publication number
WO2019115209A1
WO2019115209A1 PCT/EP2018/082435 EP2018082435W WO2019115209A1 WO 2019115209 A1 WO2019115209 A1 WO 2019115209A1 EP 2018082435 W EP2018082435 W EP 2018082435W WO 2019115209 A1 WO2019115209 A1 WO 2019115209A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
face
pattern
camera
images
measuring area
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/082435
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Lohse
Akram El Jarad
Original Assignee
Hauni Maschinenbau Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hauni Maschinenbau Gmbh filed Critical Hauni Maschinenbau Gmbh
Publication of WO2019115209A1 publication Critical patent/WO2019115209A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2518—Projection by scanning of the object
    • G01B11/2522—Projection by scanning of the object the position of the object changing and being recorded
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24C—MACHINES FOR MAKING CIGARS OR CIGARETTES
    • A24C5/00—Making cigarettes; Making tipping materials for, or attaching filters or mouthpieces to, cigars or cigarettes
    • A24C5/32—Separating, ordering, counting or examining cigarettes; Regulating the feeding of tobacco according to rod or cigarette condition
    • A24C5/34—Examining cigarettes or the rod, e.g. for regulating the feeding of tobacco; Removing defective cigarettes
    • A24C5/3412—Examining cigarettes or the rod, e.g. for regulating the feeding of tobacco; Removing defective cigarettes by means of light, radiation or electrostatic fields
    • 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
    • G01B11/2527—Projection by scanning of the object with phase change by in-plane movement of the patern

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for non-contact, optical three-dimensional detection of a moving through a measuring range end face of a transversely moving, rod-shaped article of the tobacco processing industry according to the preambles of independent claims 1 and 20.
  • Devices and methods of the type mentioned are out known in the art. So show bsw. EP 0 634 112 B2, EP 2 679 950 B1 and EP 2 677 273 B1 describe such methods and devices.
  • errors in the cut such as, for example, an oblique cut, can be detected.
  • a head loss can be detected even with opaque filter paper.
  • the present invention also encompasses the recognition that the fringe projection methods mentioned in EP 2 677 273 B1 are not suitable for moving objects at the above-mentioned production speeds.
  • stripe patterns are also projected onto the object to be measured in stripe projection by means of a projector, the object with the pattern projected on it is recorded by a camera at a fixed angle.
  • the decisive factor is that several patterns must be projected onto the object and taken by the camera for one measurement.
  • the object must not move relative to the camera in the known fringe projection methods during the recording of the various patterns.
  • An advantage of the present invention is therefore in particular that the quality of each individual article can be checked during the manufacturing process, since the erfmdungsgemi touch devices or methods are able, even at today's very high production speeds of up to 20,000 articles per Minute, the end face of each individual, transaxially moving with correspondingly high speed moving article in three dimensions to capture in real time, since the invention waives an active displacement of the stripe pattern and thus can leave the pattern unchanged while the end face to be measured moves through the measuring range.
  • the invention utilizes the already existing movement of the end face through the measuring range in order to base it, so to speak, "passively" on a displacement of the pattern of the calculation of the height image.
  • the invention thus advantageously saves the expenditure of an active displacement of the pattern, which is no longer possible in real time, at the production speeds of about 20,000 articles per minute, and replaces this with the use of the movement of the end face through the stationary pattern.
  • a further advantage of the present invention is in particular that an absolute distance measurement is not necessary for the inventive quality control of the end face of the article moving transversely through the measuring range. It is sufficient for a quality control of the face, if height differences can be measured. Thus, only relative height values are required as a result of the devices or methods according to the invention. Thanks to the invention can thus be dispensed in particular to a complex absolute distance measurement by means of the known Gray code projection.
  • the devices and methods of the present invention may, in particular, detect a wide variety of defects of the end faces of the rod-shaped articles, such as an oblique face, protruding or retracted fibers in the face, and / or tears and fringes around the perimeter of the face.
  • the resolution in the area of the height image of the end face is large enough in order in particular to make such tears and fringes to recognize, while the height resolution, that is, the resolution perpendicular to the end face, hereinafter also referred to as the Z direction, sufficient to measure the angle of the end face.
  • the Z direction the resolution perpendicular to the end face
  • the rod-shaped articles of the tobacco-processing industry may, for example, be filters, such as acetate, activated carbon or crimp filters, or tobacco sticks or crimp tobacco.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that four images of the measuring range are recorded while the end face is located completely in the measuring range.
  • the invention has recognized for this purpose that the computational effort for calculating the height images from four images is lower and the quality of the resulting height images is better, since the image noise in 4 images partially canceled, so that by the opposite 3 images additional image and the Noise in the final height or 3D image reduced.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the projection unit is set up to project the pattern substantially unchanged in relation to the measuring range at least as long as the end face, preferably completely, is in the measuring range.
  • the pattern is projected unchanged in relation to the measuring range as long as this is necessary, ie as long as the end face to be measured is, preferably completely, within the measuring range.
  • the pattern can also remain longer, preferably permanently, unchanged.
  • the illumination used by the projection unit may be flashed at predetermined time intervals.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the end face moves through the measuring area with at least about 2 m / s, preferably at least about 3.5 m / s, more preferably at least about 4 m / s. At about 4 m / s and a spacing of the centers of the centers of about 20 mm, this results in a rate of about 200 faces per second for the passage through the center of a fixed measuring range.
  • the inventive Device today's manufacturing machines We integrate bar-shaped articles of the tobacco processing industry, without the device according to the invention "brakes" the manufacturing machine.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the measuring area has a, preferably substantially rectangular, area of at least about 0.5 cm 2 , preferably of at least about 1 cm 2 , more preferably of at least about 4 cm 2 , and a height of at least about 1 mm, preferably at least about 2 mm, more preferably at least about 5 mm.
  • the measuring range is not bound to a specific, axially fixed position of the end face, but there is a permissible range extending in the axial direction of the article for the position of the end face and a resulting measuring range.
  • the extent of the measuring range in the direction of movement of the articles and thus also in the direction of movement of the end faces should preferably be selected such that at least 3, preferably 4, complete images of the end face can be taken up during the abutment of the end face in the measuring region, in order in this way
  • the center of the end face of an example, about 4 m / s fast article needed for the passage through a rectangular measuring range of about 4 cm 2 area with about 20 mm wide so about 0.005 s 5 ms.
  • a maximum of about 5 ms is available.
  • a maximum of about 10 ms is available.
  • the latency ie the time from the recording of the images of the end face to the ejection of, for example, based on a subsequent quality assessment of the calculated height image insofar as erroneously recognized article, is initially independent of this, but at least greater.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the pattern is not a binary coded pattern. Since it is not necessary to obtain an absolute distance of the end face from the camera to obtain the inventive effect of hardening a height image of the relative heights on the end face, coded patterns such as gray code patterns can advantageously be dispensed with thanks to the invention become.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the pattern has a substantially sinusoidal gray value profile. This is the simplest, and thus most cost-effective, form of a sample according to the invention.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the sine of the sinusoidal gray value curve has a period length of at most 10 mm, preferably of at most 5 mm, more preferably of at most 2 mm, even more preferably of at most 0.25 mm. The shorter the period length, the higher the resolution to be achieved. However, smaller frame lengths require a higher frame rate and you may experience more image noise.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that an optical axis of the camera is directed substantially perpendicular to a cross-sectional plane of the measuring range. This allows a simple construction of the device and there is the advantage that the image taken by the camera is not distorted in perspective.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that an optical axis of the projection unit is directed at a deviating from 90 ° angle to a cross-sectional plane of the measuring range. This advantageously makes it possible to align the camera perpendicular to the cross-sectional plane of the measuring range.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the evaluation unit is set up to perform a calibration before the height image is calculated. Here we facilitate the interpretation of the obtained height images.
  • Such a fan-like arrangement of the strips, preferably all strips of the pattern allows a use of the invention even with a circular movement of the end face to be measured.
  • Such a circular movement occurs, for example, on conveyor drums for transverse axial promotion of the article.
  • the present invention can also be used directly on such drum conveyors.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the projection unit has an optical axis, a light source lying on the optical axis, a lying on the optical axis, illuminated by the light source, the pattern having substantially two-dimensional support medium, and on the optical Projector lens for optical imaging of the received from the support medium sinusoidal stripe pattern in the measuring range, wherein the support medium is not perpendicular to the optical axis, but at an angle ß relative to the vertical, which is determined according to the Scheimpflug principle and preferably between 20 ° and 30 °.
  • This tilting of the strip pattern to be screened can advantageously increase the depth of field in the height image.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the pattern has a predistortion, which is designed to substantially compensate for the distortion caused by the non-perpendicular arrangement of the carrier medium. This predistortion thus advantageously compensates for the distortion caused by the non-perpendicular arrangement of the carrier medium.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the evaluation unit is designed to initially cut the images obtained from the camera in the calculation of the height image so that the front surfaces respectively imaged on the images in front of and behind each of the images in the direction of movement of the end face the end face have the same distance to the image edge, wherein preferably the evaluation unit is further designed to temporally shift the snapped images for calculating the height image using the movement speed of the end face through the measuring range as if they were taken at the same time. In this way, advantageously can be dispensed with active shifting of the stripe pattern. Rather, the movement of the articles for generating the height image is thereby used.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the camera is set up to take the images with an exposure time of at most 10 ps, preferably at most 7 ps, more preferably at most 4 ps. The lower the The shutter speed, the slower the motion blur in the image taken by the camera.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the camera is set up in such a way that the images are recorded with respect to the projected fringe pattern in a phase position difference, in short: distance between the images, which deviates from 90 °, preferably at a distance from n - 360 ° + 360 ° / (number of images) with n> 1.
  • the distance between the images is therefore not 90 °, but 450 °.
  • the burst frame rate is advantageously reduced, or the minimum period length can be reduced by keeping the frame rate constant, since the distance between the images increases.
  • Protection is also claimed for methods for non-contact, optical three-dimensional detection of a moving through a measuring range end face of a transversely moving rod-shaped article of the tobacco processing industry, comprising the steps: a substantially striped pattern pattern is projected into the measuring range, at least three images of Measuring range are recorded while the end face moves through the measuring range, using the recorded images, a height image of the end face is calculated, characterized in that the pattern is projected unchanged in the measuring range, preferably at least as long as the end face, preferably completely , located in the measuring range.
  • Figure 1 is a schematic representation of a preferred coordinate system, which is based on the following;
  • Figure 2 is a schematic geometric representation of essential aspects of a first embodiment of the invention;
  • Figure 3 is a schematic representation of a part of the properties of the evaluation unit;
  • Figure 4 is a schematic geometric representation of the movement of the
  • FIG. 5 shows a diagram for displaying the gray values of a pixel as a function of
  • FIG. 6 shows a diagram for representing the gray values of a pixel as a function of
  • Figure? a partial view of a machine for the production of rod-shaped articles of the tobacco processing industry
  • Figure 8 is a symbolic representation, not to scale, of the sine pattern used in a circular motion
  • FIG. 9 shows an uncorrected phase image generated by the camera.
  • FIG. 10 shows an evaluation unit based on the uncorrected phase image of FIG
  • Figure 1 shows schematically a preferred coordinate system, which is based on the following.
  • an end face 2 aul gode Article 4 of the tobacco processing industry are shown on an example only and schematically illustrated redesignertrom- el 8.
  • Z corresponds to the depth direction
  • X or Y are the location directions, wherein the object moves in the Y direction on a conveying drum shown here only by way of example and schematically.
  • the origin of the coordinate system is located in the top left corner of the measuring range.
  • the same coordinate system X, Y, Z can be used.
  • FIG. 2 shows a schematic geometric representation of essential elements of a first embodiment of a device 8 according to the invention for non-contact, optical three-dimensional detection of an end face 2 moving through a measuring region 10 of a rod-shaped, moving transversely axially Article 4 of the tobacco processing industry, wherein the device 8 comprises a projection unit 12 which is adapted to project a substantially strip-shaped, on a substantially two-dimensional support medium, in particular a glass plate 14 or on a film, applied pattern in the measuring area 10 , The projection unit 12 is set up to project the pattern essentially unchanged into the measuring area 10 at least as long as the end face 2 is located completely in the measuring area 10.
  • An optical axis 18 of the projection unit 12 is directed at an angle ⁇ deviating from 90 ° by 30 ° to a cross-sectional plane of the measuring area 10.
  • the projection unit 12 has a light source 20 lying on the optical axis 18, which also lies on the optical axis 18, illuminated by the light source 20 carrier medium 14, lying on the optical axis 18 projector lens 22 for optical imaging of the received from the carrier medium 14 sinusoidal Strip pattern in the measuring range 10, wherein the support medium 14 is not perpendicular to the optical axis 18, but at an angle ß is arranged opposite to the vertical, where ⁇ is calculated according to the Scheimpflug principle and in this embodiment is 20 °.
  • the pattern located on the triggering medium 14 has a predistortion which is designed to compensate for the distortion of the pattern projected by the projector objective 22 into the measuring range 10 caused by the non-perpendicular arrangement of the carrier medium 14.
  • the end face 2 moves along the arrow 16 at about 3.8 m / s through the measuring area 10.
  • the end face 2 is circular and has a diameter of 4 mm to 8 mm.
  • the measuring area 10 is square in the XY direction with edge lengths of 10 ⁇ 10 mm and has an area of 1 cm 2 and a height Z direction of 5 mm.
  • the pattern is uncoded and has a substantially sinusoidal gray value profile, wherein the sine of the sinusoidal gray value curve has a period length of 1.6 mm.
  • the device 8 furthermore has a camera 24, which is set up to take four images of the measuring area 10, while the end area 2 is located completely in the measuring area 10, wherein an optical axis 26 of the camera 24 is directed perpendicular to a cross-sectional plane of the measuring area 10 ,
  • the camera 24 is set up to take the images with an exposure time of 100 ps, within the exposure time a flash-like illumination at the corresponding times of 4 ps statfindet
  • the device 8 furthermore has an evaluation unit 28, which is connected to the camera 24 and is set up to calculate a height image of the end face 2 using the images taken by the camera 24.
  • the evaluation unit 28 is set up to perform a calibration before the height image is calculated.
  • 3 shows schematically essential properties of the evaluation unit 28.
  • FIG. 3 shows on the left side 4 images which the camera 24 has taken and which the evaluation unit 28 has received from the camera 24.
  • the temporal sequence of the images is in FIG. 3 from top to bottom. It can be seen how the circular end face 2 has moved in the figure from left to right in the direction of movement 29 through the measuring area 10 illuminated with a constant sine strip pattern 30.
  • the further characteristic of the evaluation unit 28 is shown schematically in the calculation of the height image to first cut the images obtained from the camera 24 so that the respective end faces 2 depicted on the images on each of the images in the direction of movement 29 of the end face 2 before and behind the end face 2 have the same distance from the edge of the picture.
  • the evaluation unit 28 is also designed to shift the cropped images for calculating the height image using the movement speed 29 of the end face 2 through the measuring area 10 as if at the same time would have been recorded with a customized pattern.
  • FIG. 4 schematically shows how the distances and angles between the projection unit 12, the camera 24 and the end face 2 change as a result of the movement of the end face 2 during the take-up made by the camera 24.
  • FIG. 4 shows a model for calculating the angular and distance changes caused by the movement of the end face 2. The following shows whether and to what extent the movement has an influence on the result.
  • the change between camera 24 and end face 2 can be corrected. As described above with reference to FIG. 3, the image is shifted back by the corresponding number of pixels.
  • the distance and angle to the projection unit 12 also change as follows.
  • the distance and angle of the camera 24 can be calculated as follows:
  • the change of the camera distance can be neglected, since the value changes only by.
  • the camera 24 is set up so that the images are recorded at a distance deviating from 90 ° between the images, preferably at a distance of 360 ° + 90 °.
  • the distance between the images is therefore not 90 °, but 450 °.
  • FIGS. 5 and 6 the gray values of a pixel are in each case depicted as a diagram as a function of the displacement.
  • the thick black dots correspond to the triggering moments of the camera 24, respectively.
  • FIG. 5 shows a distance of the pictures from 90 °.
  • the distance between the images is increased.
  • the distance between the images is not 90 °, as in Figure 5, but 450 °. Due to this change in the triggering moments of the camera 24, it is possible to reduce the frame rate or the period length to one fifth.
  • a larger area is preferably illuminated by the projection unit 12.
  • the triangulation angle a and the period length p of the sine-wave pattern 30 are selectable under certain restrictions.
  • the resolution is dependent on the trinuglation wavelength, the smaller this is, the finer the resolution.
  • the triangulation wavelength is given by:
  • the triangulation angle is preferably as large as possible and the period length chosen to be as small as possible.
  • the unambiguously assignable range is also as large as the triangulation wavelength.
  • the height difference Z for articles of the tobacco processing industry is normally less than 2 mm. Therefore, the assignable range and thus the triangulation wave length should preferably be not smaller than 2 mm, but need not be larger than the measurement range.
  • the triangulation angle is the angle between the projection unit 12 and the camera 24. It is preferred to take an angle that represents a compromise between the highest possible resolution and low shading. Shading occurs when the front surface has 2 cracks in the surface or the surface has steeper surfaces than the triangulation angle! has. The largest jumps that can be detected in this embodiment correspond to the triangulation wavelength.
  • the area, which can not be measured due to the shading with a maximum jump, is calculated as follows:
  • a further limitation of the angle results from the spatial positioning of lenses of projection unit 12 and camera 24. If the angle chosen too small, the lenses can not be mounted in a necessary distance for focusing. If the structures are too small, a high-contrast projection difficult. This increases the noise of the calculated phase values, making the altitude values inaccurate again. Furthermore, the period length down is limited by the speed of the camera. In addition, the measuring range in the Z direction decreases with decreasing periods. For the embodiments described above, a triangulation angle of 30 ° and a period of about 1.6 mm were selected. The triangulation wavelength is thus 2.77 mm. The invention has recognized that with about 0.8 mm period length, the noise is large and the height values are thus unusable. With a period length of 3.2 mm, the result is significantly lower in noise, but the resolution of the Z values is reduced to 22 pm. Therefore, for the embodiments described above, a period of about 1.6 mm is preferred.
  • the resolution of the Z-direction in the embodiments described above depends on three factors: the resolution of the phase angle, the period peaks and the triangulation angle.
  • the height can be calculated via the phase angle as follows: with the triangulation wavelength:
  • the bit depth of the pictures taken is 8 bits. Therefore, the calculated phase has a resolution of 8 bits.
  • the resolution of the Z-direction is calculated for a period length of 1, 6 mm
  • the resolution in X-Y direction is determined by the resolution of the recorded images. If a resolution of 20 pm and a measuring range of 10 x 10 mm are required, the images should preferably be taken with at least 500 x 500 pixels.
  • FIG. 7 shows in detail a machine 32 for the production of rod-shaped articles 4 of the tobacco-processing industry, having a conveying unit designed as a drum 6 for conveying the rod-shaped article 4 of the tobacco-processing industry transversely.
  • the objects moved linearly.
  • the articles 4 in the machine 32 are moving on the drum 6.
  • the articles 4 follow a circular path.
  • the images are preferably not shifted in the Y direction, but rotated by means of a transformation. This is shown schematically in FIG. FIG. 7 shows, schematically and not to scale, a model for the calculation of the rotation produced by the circular movement.
  • the distance s y 2 mm.
  • the circumference is 565.5 mm.
  • the article 4 is preferably held by a negative pressure in troughs 34 of the drum 6 and protrudes in the Z direction preferably about 5 mm ( ⁇ 2 mm) beyond the support surface.
  • the rotation is determined by the following formula:
  • the sinusoidal pattern is preferably changed so that the strips are pointing radially to the center point, see Figure 8. Thereby there is a phase shift of 90 ° at each position between the images. When you rotate the images, the pattern is not twisted because the fulcrum of the images, and the point at which the stripes run, is the same.
  • FIG. 8 shows a symbolic, not to scale representation of the sine patterns in a circular movement.
  • the period length is not the same over the entire image. In the lower area, the period length is minimally smaller than in the upper area of the image. The change is very small and therefore does not significantly alter the properties of the measurement. However, when converting to millimeters, a different triangulation wavelength should preferably be used for each line.
  • the captured images are not blurry. Since the face 2 moves, the exposure time should preferably not exceed a certain limit.
  • the camera is therefore preferably adapted to take the images with an exposure time of 100 ps, wherein within the exposure time, a flash-like illumination takes place at the corresponding times of 4 ps.
  • the algorithm for calculating the 3D information of the height image consists essentially of the following steps:
  • FIG. 9 shows an uncorrected phase image generated by the camera 24 according to the invention.
  • FIG. 10 shows an elevational image calculated by the evaluation unit 28 on the basis of the uncorrected phase image of FIG. 9 after the phase shift has been subtracted according to the invention.
  • the projector prefers to work according to the Scheimpflug Maschinentp. Due to the Scheimpflug principle, the focal plane of the projection is advantageously parallel to the alignment of the measuring area in order to achieve as sharp a projection of the fringe pattern on the entire projection surface.
  • the stripe pattern is then perspectively distorted by the projection.
  • the distortion may affect the measurement and is therefore preferably compensated beforehand by means of a distortion of the stripe pattern on the slide.
  • the change in the magnification is preferably first calculated. Since both the slide and the object are preferably oblique to the projector axis, it is preferably calculated beforehand how the image and the object width change.
  • the magnification preferably changes linearly from the left to the right side. In the vertical direction, on the other hand, nothing needs to be changed since the stripes in the direction are preferably invariant. It therefore preferably only changes the period length.
  • a predistortion of the fringe pattern is calculated.
  • the method can also be used for the optical testing of other areas of rod-shaped articles, in particular the lateral surface and / or of segment spacing bet Multifilter compositionen. Also web-like or sheet-like articles can be inspected by this method.

Abstract

Vorrichtung (8) zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich (10) bewegenden Stirnfläche (2) eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels (4) der tabakverarbeitenden Industrie, wobei die Vorrichtung (8) aufweist eine Projektionseinheit (12), die eingerichtet ist, um ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes Muster in den Messbereich (10) zu projizieren, eine Kamera (24), die eingerichtet ist, um mindestens drei Bilder, bevorzugt mindestens vier Bilder, des Messbereichs (10) aufzunehmen, während sich die Stirnfläche (2), bevorzugt vollständig, im Messbereich (10) befindet, eine Auswerteeinheit (28), die mit der Kamera (24) verbunden ist und eingerichtet ist, ein Höhenbild der Stirnfläche (2) unter Verwendung der von der Kamera (24) aufgenommenen Bilder zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit (12) eingerichtet ist, das Muster im Wesentlichen unverändert in den Messbereich (10) zu projizieren.

Description

Vorrichtung zur berührungslosen, optischen 3D-Erfassung einer Stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich bewegenden Stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 20. Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigen bsw. die EP 0 634 112 B2, die EP 2 679 950 Bl und die EP 2 677 273 Bl derartige Verfahren und Vorrichtungen. Mittels derartiger Verfahren und Vorrichtungen zur SD-Vermessung der Stirnfläche der Artikel können Fehler am Schnitt, wie bspw. ein schräger Schnitt erkannt werden. Auch kann ein Kopfausfall auch bei lichtundurchlässigem Filterpapier erkannt werden.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese bekannten, teilweise älteren Verfahren nicht in der Lage sind, den heutigen, stark gestiegenen quantitativen Anforderungen an die berührungslose, optische 3D-Erfassung einer Stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie zu genügen. Insbesondere auf- grund der heutzutage sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 20000 Artikeln pro Minute sind die bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht mehr in der Lage, von Jedem einzelnen Artikel die Qualität der Stirnfläche in Echtzeit zu erfassen. Denn hierzu ist es zur Prüfung der Qualität der Stirnfläche in Echtzeit insbesondere erforderlich, von jeder Stirnfläche mindestens ein 3D-Bild zu erzeugen, also mindestens etwa 200 3D-Bilder pro Sekunde zu erzeugen. Jedoch sind auch aktuell kommerziell erhältliche 3D-Systeme nur mit 50 bis 100 3D-Bildern pro Sekunde mit geringer bis mittlerer Auflösung verfügbar (Pho- tonik, Fachzeitschrift für die optischen Technologien, Ausgabe 3. 2016, Seite 55, Photonik (Hrsg.) (2016)).
Zwar ist aus der Forschung eine Hochgeschwindigkeits-3D-Messung mitels eines GOBO- Rads bekannt geworden, wobei Bildraten von bis zu 5000 Bildern pro Sekunde möglich sind. Erforderlich für die notwendige Genauigkeit wären jedoch mehrere 100000 Bilder pro Sekunde. Darüber hinaus muss die Berechnung der 3D-Daten separat in einer späteren Berechnungsphase geschehen, so dass dieses System nicht echtzeitfähig ist (Photonik, Fachzeitschrift für die optischen Technologien, Ausgabe 3. 2016, Seite 55, Photonik (Hrsg.) (2016)). Auch ist die Apparatur aufgrund ihrer Größe ungeeignet für Produktionsmaschinen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage sind, auch bei heutigen sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten die Stirnfläche jedes einzelnen Artikels in Echtzeit dreidimensional zu erfassen.
Diese Aufgabe wird erfi ndungsgemäß gelöst durch die Vorrichtungen und Verfahren der unabhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Erkenntnis, dass die in der EP 2 677 273 B1 erwähnten Streifenprojektionsverfahren nicht für bewegte Objekte bei den oben genannten Produktionsgeschwindigkeiten geeignet sind. Zwar werden auch bei der Streifenprojektion mittels eines Projektors Streifenmuster auf das zu vermessende Objekt projiziert, wobei das Objekt mit dem darauf projizierten Muster von einer Kamera unter einem festgeiegten Winkel aufgenommen wird. Entscheidend ist jedoch, dass für eine Messung mehrere Muster auf das Objekt projiziert und von der Kamera aufgenommen werden müssen. Das Objekt darf sich jedoch bei den bekannten Streifenprojektionsverfahren während der Aufnahme der verschiedenen Muster nicht gegenüber der Kamera bewegen. Zwar wäre es theoretisch denkbar, die Frequenz der Projektion und der Bildaufnahme soweit stark zu erhöhen, dass die Bewegung des Objekts weniger ins Gewicht fallt; bei einer Frequenz von 20000 Artikeln pro Minute und einer damit einhergehenden deutlich höheren Projektionsfrequenz von etwa 4 MHz für die Muster würde die Kapazität von heutigen Projektoren weit übersteigen. Im Übrigen würde dies auch die Zeit für eine Online- Auswertung derart stark erhöhen, dass diese Auswertung nicht mehr in Echtzeit durchgeführt werden kann.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt daher insbesondere darin, dass die Qualität jedes einzelnen Artikels noch während des Herstellungsprozesses überprüft werden kann, da die erfmdungsgemißen Vorrichtungen bzw. Verfahren in der Lage sind, auch bei heuti- gen sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 20000 Artikeln pro Minute die Stirnfläche jedes einzelnen, sich queraxial mit entsprechend hoher Geschwindigkeit bewegenden Artikels in Echtzeit dreidimensional zu erfassen, da die Erfindung auf eine aktives Verschieben des Streifenmusters verzichtet und somit das Muster unverändert lassen kann, während sich die zu vermessende Stirnfläche durch den Messbereich bewegt. Mit anderen Worten nutzt die Erfindung die ohnehin vorhandene Bewegung der Stirnfläche durch den Messbereich aus, um daraus sozusagen„passiv“ eine Verschiebung des Musters der Berechnung des Höhenbildes zugrundezulegen. Die Erfindung spart sich also vorteilhaft den extrem hohen und bei den heute möglichen Herstellungsgeschwindigkeiten von etwa 20000 Artikeln pro Minute nicht mehr in Echtzeit zu leistenden Aufwand einer aktiven Verschiebung des Musters und ersetzt diese durch Verwendung der Bewegung der Stirnfläche durch das ortsfeste Muster hindurch.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere darin, dass für die erfin- dungsgemiie Qualitätskontrolle der Stirnfläche des sich queraxial durch den Messbereich bewegenden Artikels auch eine absolute Entfernungsmessung nicht nötig ist. Es reicht für eine Qualitätskontrolle der Stirnfläche aus, wenn Höhenunterschiede gemessen werden können. Es werden also als Ergebnis der erfindungsgemäßen Vorrichtungen bzw. Verfahren nur relative Höhenwerte benötigt. Dank der Erfindung kann somit insbesondere auf eine aufwendige absolute Entfernungsmessung mittels der bekannten Gray-Code- Projektion verzichtet werden. Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung können insbesondere verschiedenste Fehler der Stirnflächen der stabförmigen Artikel erkennen, wie bspw. eine schräge Stirnfläche, vorstehende oder zurückgezogene Fasern in der Stirnfläche, und/oder Ausrisse und Fransen am Umfang der Stirnfläche. Dank der Erfindung ist die Auflösung in der Fläche des Höhenbildes der Stirnfläche groß genug, um insbesondere derartige Aus- risse und Fransen zu erkennen, während die Höhenauflösung, das heißt die Auflösung senkrecht zur Stirnfläche, im Folgenden auch Z-Richtung genannt, ausreicht, um den Winkel der Stirnfläche zu vermessen. Um diese Fehler erkennen zu können, sind dank der vorliegenden Erfindung Auflösungen in Echtzeit von etwa 50 pm bis zu etwa 10 pm dar- stellbar.
Bei den stabförmigen Artikeln der der tabakverarbeitenden Industrie kann es sich bspw. um Filter, wie Acetat-, Aktivkohle- oder Crimp-Filter, oder um Tabakstöcke oder Crimp-Tabak handeln.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass vier Bildern des Messbereichs aufgenommen werden während sich die Stirnfläche vollständig im Messbereich befindet. Die Erfindung hat hierzu erkannt, dass der Rechenaufwand für die Berechnung der Höhenbilder aus vier Bildern geringer und die Qualität der damit erhaltenen Höhenbilder besser ist, da sich das Bildrauschen bei 4 Bildern teilweise aufhebt, so dass sich durch das gegenüber 3 Bildern zusätzliche Bild auch das Rauschen im finalen Höhen- bzw. 3D-Bild reduziert.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionseinheit eingerichtet ist, das Muster zumindest so lange im Wesentlichen unverändert in Relation zum Messbereich zu projizieren, solange sich die Stirnfläche, bevorzugt vollständig, im Messbereich befindet. Zum Erzielen des erfindungsgemäßen Effekts reicht es aus, wenn das Muster solange in Relation zum Messbereich unverändert projiziert wird, solange dies notwendig ist, also solange die zu vermessende Stirnfläche sich, bevorzugt vollständig, im Messbereich befindet. Das Muster kann jedoch auch länger, bevorzugt auch dauerhaft, unverändert bleiben. Innerhalb einer bestimmten Belichtungszeit einer zugeordneten Kamera kann die durch die Projektionseinheit verwendete Beleuchtung mit vorgegebenen Zeitabstinden geblitzt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Stirnfläche mit mindestens etwa 2 m/s, bevorzugt mit mindestens etwa 3,5 m/s, weiter bevorzugt mit mindestens etwa 4 m/s, durch den Messbereich bewegt. Bei etwa 4 m/s und einem Abstand der Stimflächenmitten untereinander von etwa 20 mm ergibt dies für den Durchtrit durch das Zentrum eines ortsfesten Messbereichs eine Rate von etwa 200 Stirnflächen pro Sekunde. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung heutige Herstellungsmaschinen Wir stabförmige Artikel der tabakverarbeitenden Industrie zu integrieren, ohne das die erfindungsgemäße Vorrichtung die Herstellungsmaschine„ausbremst“.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Messbereich eine, bevorzugt im Wesentlichen rechteckige, Fläche von mindestens etwa 0,5 cm2, bevorzugt von mindestens etwa 1 cm2, weiter bevorzugt von mindestens etwa 4 cm2, aufweist, und eine Höhe von mindestens etwa 1 mm, bevorzugt von mindestens etwa 2 mm, weiter bevorzugt von mindestens etwa 5 mm, aulweist. I Gegensatz zu etablierten Messverfahren ist der Messbereich nicht an eine spezielle, in axiale Richtung ortsfeste Position der Stirnfläche gebunden, sondern es existiert ein zulässiger, sich in axiale Richtung des Artikels erstreckender Bereich für die Lage der Stirnfläche und ein daraus resultierender Messbereich. Insbesondere sollte die Erstreckung des Messbereichs in Bewegungsrichtung der Artikel und damit auch in Bewegungsrichtung der Stirnflächen bevorzugt so gewählt werden, dass während des Aufenthalts der Stirnfläche im Messbereich mindestens 3, bevorzugt 4, vollständige Bilder der Stirnfläche aufgenommen werden können, um auf diese Weise in der Auswerteeinheit zur Berechnung des Höhenbildes ein erfindungsgemäßes koaxiales Überlagern der von der Kamera während des Aufenthalts der Stirnfläche im Messbereich aufgenommenen 3 oder 4 Bilder der Stirnflächen zu ermöglichen. Die Mitte der Stirnfläche eines beispielsweise etwa 4 m/s schnellen Artikels benötigt für den Durchtrit durch einen rechteckigen Messbereich von etwa 4 cm2 Fläche mit etwa 20 mm Breite also etwa 0,005 s = 5 ms. Für die Berechnung des Höhenbildes in Echtzeit stehen also maximal etwa 5 ms zur Verfügung. Bei einer Geschwindigkeit des Artikels von etwa 2 m/s stehen maximal etwa 10 ms zur Verfügung. Die Latenz, also die Zeit von der Aufnahme der Bilder der Stirnfläche bis zum Auswurf von bspw. anhand einer anschließenden Qualitätsbewertung des berechneten Höhenbildes insoweit als fehlerhaft erkannten Artikels, ist hiervon zunächst unabhängig, zumindest aber größer.
Die Aufenthaltszeit der vollständigen Stirnfläche im Messbereich hängt von dem Durchmesser der bevorzugt kreisförmigen Stirnfläche ab. Legt man beispielsweise hierfür einen Durchmesser von etwa 5 mm zugrunde, so beträgt die Aufenthaltszeit der vollständigen Stirnfläche in einem rechteckigen Messbereich mit etwa 20 mm Breite bei einem senkrechten Eintrit der Stirnfläche auf eine der Kanten etwa 0,00375 s = etwa 3,75 ms. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollten somit bevorzugt 4 Bilder der vollständigen Stirnfläche aufgenommen werden. Dies entspricht bei einer Triangulationswellenlänge von 1 ,5 mm und einer Genauigkeit von 11 pm einer - zumindest während des Aufenthalts der Stirnfläche im Messbereich - Bildrate von etwa 9500 Bildern pro Sekunde. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Muster kein binär codiertes Muster ist. Da es zur Erzielung des erfinderischen Effekts des Erhärtens eines Höhenbildes der relativen Höhen auf der Stirnfläche nicht erforderlich ist, eine absolute Entfernung der Stirnfläche von der Kamera zu ermitteln, kann dank der Erfindung auf kodierte Muster, wie bspw. Gray-Code-Muster vorteilhaft verzichtet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Muster einen im Wesentlichen sinusförmigen Grauwertverlauf aufweist. Dies ist die am einfachsten und damit am kostengünstigsten herzustellende Form eines erfindungsgemäßen Musters. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sinus des sinusförmigen Grauwertverlaufs eine Periodenlänge von höchstens 10 mm, bevorzugt von höchstens 5 mm, weiter bevorzugt von höchstens 2 mm, noch weiter bevorzugt von höchstens 0,25 mm, aufweist. Je kleiner die Periodenlänge, desto höher ist die zu erzielende Auflösung. Allerdings ist bei kleineren Periodenlängen eine höhere Bildfrequenz erforderlich und es kann zu stärkerem Bildrauschen kommen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine optische Achse der Kamera im Wesentlichen senkrecht auf eine Querschnittsebene des Messbereichs gerichtet ist. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der Vorrichtung und es ergibt sich der Vorteil, dass das von der Kamera aufgenommene Bild nicht perspektivisch verzerrt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine optische Achse der Projektionseinheit in einem von 90° abweichenden Winkel auf eine Querschnittsebene des Messbereichs gerichtet ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, die Kamera senkrecht auf die Querschnittsebene des Messbereichs auszurichten. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, vor der Berechnung des Höhenbildes eine Kalibrierung durchzuführen. Hierduch wir die Interpretation der erhaltenen Höhenbilder erleichert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass dann, wenn sich die Stirnfläche entlang eines Kreisbogens mit einer Länge b und einem Radius r durch den Messbereich bewegt, zumindest die im Messbereich am weitesten auseinanderliegenden Streifen des streifenförmig strukturierten Musters nicht parallel, sondern in einem Winkel a von etwa a=(b-180°)/(r-n) zueinander angeordnet sind. Ein derartige fächerartige Anordnung der Streifen, bevorzugt aller Streifen des Musters, ermöglicht eine Verwendung der Erfindung auch bei einer kreisförmigen Bewegung der zu vermessenden Stirnfläche. Eine solche kreisförmige Bewegung kommt bspw. auf Fördertrommeln zur queraxialen Förderung der Artikel vor. Somit läßt sich die vorliegende Erfindung auch direkt an derartigen T rommelförderem verwenden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionseinheit eine optische Achse, eine auf der optischen Achse liegende Lichtquelle, ein auf der optischen Achse liegendes, von der Lichtquelle beleuchtetes, das Muster aufweisende im Wesentlichen zweidimensionales Trägermedium, und ein auf der optischen Achse liegendes Projektorobjektiv zur optischen Abbildung des von dem Trägermedium empfangenen sinusförmigen Streifenmusters in den Messbereich aufweist, wobei das Trägermedium nicht senkrecht zur optischen Achse, sondern in einem Winkel ß gegenüber der Senkrechten angeordnet ist, der nach dem Scheimpflugprinzip bestimmt wird und bevorzugt zwischen 20° und 30° liegt. Durch dieses Schrägstellen des zu durchleuchtenden Streifenmusters läßt sich vorteilhaft die Tiefenschärfe im Höhenbild erhöhen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Muster eine Vorverzerrung aufweist, die ausgebildet ist, die durch die nicht senkrechte Anordnung des Trägermediums verursachte Verzerrung im Wesentlichen auszugleichen. Durch diese Vorverzerrung wird also vorteilhaft die durch die nicht senkrechte Anordnung des Trägermediums verursachte Verzerrung ausgeglichen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, bei der Berechnung des Höhenbildes die von der Kamera erhaltenen Bilder zunächst so zuzuschneiden, dass die jeweils auf den Bildern abgebildeten Stirnflächen auf jedem der Bilder in Bewegungsrichtung der Stirnfläche vor und hinter der Stirnfläche denselben Abstand zum Bildrand aufweisen, wobei bevorzugt die Auswerteeinheit weiter ausgebildet ist, die zugeschnitenen Bilder zur Berechnung des Höhenbildes unter Verwendung der Bewegungsgeschwindigkeit der Stirnfläche durch den Messbereich zeitlich so gegeneinander zu verschieben, als ob sie zur selben Zeit aufgenommen worden wären. Auf diese Weise kann vorteilhaft auf ein aktives Verschieben des Streifenmusters verzichtet werden. Vielmehr wird hierdurch die Bewegung der Artikel zur Erzeugung des Höhenbildes verwendet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kamera eingerichtet ist, die Bilder mit einer Belichtungszeit von höchstens 10 ps, bevorzugt von höchstens 7 ps, weiter bevorzugt von höchstens 4 ps, aufzunehmen. Je geringer die Belichlungszeit, desto geringer ist die Bewegungsunschärfe im von der Kamera aufgenommenen Bild.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kamera so eingerichtet ist, dass die Bilder in Bezug auf das projizierte Streifenmuster in einer Phasenlagendifferenz, kurz: Abstand zwischen den Bildern, aufgenommen werden, die von 90° abweicht, bevorzugt in einem Abstand von n - 360°+ 360° / (Anzahl der Bilder) mit n > 1. Der Abstand zwischen den Bildern beträgt somit nicht 90°, sondern 450°. Hierdurch wird vorteilhaft die Burst-Bildrate reduziert bzw. es kann gleichbleibender Bildrate die minimale Periodenlänge verringert werden, da sich der Abstand zwischen den Bildern erhöht.
Es wird auch Schutz beansprucht für eine Maschine zur Herstellung von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie, mit einer Fördereinheit zum queraxialen Fördern eines stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Es wird auch Schutz beansprucht für Verfahren zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich bewegenden Stirnfläche eines sich queraxial bewegenden stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie, mit den Schritten: ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes Muster wird in den Messbereich projiziert, mindestens drei Bilder des Messbereiches werden aufgenommen, während sich die Stirnfläche durch den Messbereich bewegt, unter Verwendung der aufgenommenen Bilder wird ein Höhenbild der Stirnfläche berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster unverändert in den Messbereich projiziert wird, bevorzugt zumnindest so lange, solange sich die Stirnfläche, bevorzugt vollständig, in dem Messbereich befindet. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegen- den Zeichnungen näher erläutert. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Koordinatensystems, welches im Folgenden zugrunde gelegt ist; Figur 2 eine schematische geometrische Darstellung von wesentlichen Aspekten einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Figur 3 eine schematische Darstellung eines Teils der Eigenschaften der Auswerteeinheit;
Figur 4 eine schematische geometrische Darstellung der durch die Bewegung des
Artikels verursachten Entfernungs- und Winkeländerungen; Figur 5 ein Diagramm zur Darstellung der Grauwerte eines Pixels in Abhängigkeit der
Stirnflächenposition im Muster;
Figur 6 ein Diagramm zur Darstellung der Grauwerte eines Pixels in Abhängigkeit der
Stirnflächenposition im Muster bei einem Bildabstand von 450°;
Figur ? eine ausschnittsweise Darstellung einer Maschine zur Herstellung von stab- förmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie;
Figur 8 eine symbolische nicht maßstabsgetreue Darstellung der bei einer kreisförmigen Bewegung verwendeten Sinusmuster;
Figur 9 ein unkorrigiertes, von der Kamera erzeugtes Phasenbild; und
Figur 10 ein von der Auswerteeinheit auf der Basis des unkorrigierten Phasenbildes der
Figur 9 nach erfindungsgemäßem Abzug der Phasenlage berechnetes Höhenbild.
Figur 1 zeigt schematisch ein bevorzugtes Koordinatensystem, welches im Folgenden zugrunde gelegt ist. Hierzu sind eine Stirnfläche 2 aulweisende Artikel 4 der tabakverarbeitenden Industrie auf einer hier nur beispielhaft und schematisch dargestellten Fördertrom- el 8 dargestellt. Demnach entspricht Z der Tiefenrichtung, X bzw. Y sind die Ortsrichtungen, wobei sich das Objekt in Y-Richtung auf einer hier nur beispielhaft und schematisch dargestellten Fördertrommel bewegt. Der Ursprung des Koordinatensystems befindet sich links oben im Messbereich. Für eine lineare Förderung der Artikel kann dasselbe Koordinatensystem X, Y, Z zugrunde gelegt werden. Figur 2 zeigt eine schematische geometrische Darstellung von wesentlichen Elementen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 8 zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich 10 bewegenden Stirnfläche 2 eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels 4 der tabakverarbeitenden Industrie, wobei die Vorrichtung 8 eine Projektionseinheit 12 aufweist, die eingerichtet ist, um ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes, auf einem im Wesentlichen zweidimensionalen Trägermedium, insbesondere einem Glasplätchen 14 oder auf eine Folie, aufgebrachtes Muster in den Messbereich 10 zu projizieren. Die Projektionseinheit 12 ist so eingerichtet, das Muster zumindest so lange im Wesentlichen unverändert in den Messbereich 10 zu projizieren, solange sich die Stirnfläche 2 vollständig im Messbereich 10 befindet.
Eine optische Achse 18 der Projektionseinheit 12 ist in einem um 30° von 90° abweichenden Winkel a auf eine Querschnittsebene des Messbereichs 10 gerichtet. Die Projektionseinheit 12 weist eine auf der optischen Achse 18 liegende Lichtquelle 20, das ebenfalls auf der optischen Achse 18 liegende, von der Lichtquelle 20 beleuchtete Trägermedium 14, ein auf der optischen Achse 18 liegendes Projektorobjektiv 22 zur optischen Abbildung des von dem Trägermedium 14 empfangenen sinusförmigen Streifenmusters in den Messbereich 10, wobei das Trägermedium 14 nicht senkrecht zur optischen Achse 18, sondern in einem Winkel ß gegenüber der Senkrechten angeordnet ist, wobei ß nach dem Scheimpflugprinzip berechnet wird und in diesem Ausführungsbeispiel 20° beträgt. Das auf dem Trigermedium 14 befindliche Muster weist eine Vorverzerrung auf, die ausgebildet ist, die durch die nicht senkrechte Anordnung des Trägermediums 14 verursachte Verzerrung des vom dem Projektorobjektiv 22 in den Messbereich 10 abgebildeten Musters auszugleichen.
Die Stirnfläche 2 bewegt sich entlang des Pfeils 16 mit etwa 3,8 m/s durch den Messbereich 10. Die Stirnfläche 2 ist kreisförmig und hat einen Durchmesser von 4 mm bis 8 mm. Der Messbereich 10 ist in X-Y-Richtung quadratisch mit Kantenlängen von 10 x 10 mm und weist eine Fläche von 1 cm2 und eine Höhe Z-Richtung von 5 mm auf. Das Muster ist unkodiert und weist einen im Wesentlichen sinusförmigen Grauwertverlauf auf, wobei der Sinus des sinusförmigen Grauwertverlaufs eine Periodenlänge von 1 ,6 mm aufweist.
Die Vorrichtung 8 weist weiterhin eine Kamera 24 auf, die eingerichtet ist, um vier Bilder des Messbereichs 10 aufzunehmen, während sich die Stirnfläche 2 vollständig im Messbereich 10 befindet, wobei eine optische Achse 26 der Kamera 24 senkrecht auf eine Querschnittsebene des Messbereichs 10 gerichtet ist. Die Kamera 24 ist eingerichtet, die Bilder mit einer Belichtungszeit von 100 ps aufzunehmen, wobei innerhalb der Belichtungszett eine blitzartige Beleuchtung zu den entsprechenden Zeitpunkten von 4 ps statfindet Die Vorrichtung 8 weist weiterhin eine Auswerteeinheit 28 auf, die mit der Kamera 24 verbunden ist und eingerichtet ist, ein Höhenbild der Stirnfläche 2 unter Verwendung der von der Kamera 24 aufgenommenen Bilder zu berechnen. Die Auswerteeinheit 28 ist eingerichtet, um vor der Berechnung des Höhenbildes eine Kalibrierung durchzuführen. Figur 3 zeigt schematisch wesentliche Eigenschaften der Auswerteeinheit 28. Die Figur 3 zeigt auf der linken Seite 4 Bilder, die die Kamera 24 aufgenommen hat und die die Auswerteinheit 28 von der Kamera 24 erhalten hat. Die zeitliche Abfolge der Bilder ist in der Figur 3 von oben nach unten. Man erkennt, wie sich die kreisförmige Stirnfläche 2 in der Figur von links nach rechts in der Bewegungsrichtung 29 durch den mit einem konstanten Sinusstreifenmuster 30 beleuchteten Messbereich 10 bewegt hat.
In der Mite der Figur 3 ist die weitere Eigenschaft der Auswerteeinheit 28 schematisch dargestellt, bei der Berechnung des Höhenbildes die von der Kamera 24 erhaltenen Bilder zunächst so zuzuschneiden, dass die jeweils auf den Bildern abgebildeten Stirnflächen 2 auf jedem der Bilder in Bewegungsrichtung 29 der Stirnfläche 2 vor und hinter der Stirnfläche 2 denselben Abstand zum Bildrand aufweisen.
Wie in der rechten Spalte der Figur 3 zu erkennen ist, ist die Auswerteeinheit 28 weiterhin ausgebildet, die zugeschnittenen Bilder zur Berechnung des Höhenbildes unter Verwendung der Bewegungsgeschwindigkeit 29 der Stirnfläche 2 durch den Messbereich 10 so gegeneinander zu verschieben, als ob sie zur selben Zeit aber mit einem angepassten Muster aufgenommen worden wären.
In Figur 4 ist schematisch dargestellt, wie sich durch die Bewegung der Stirnfläche 2 während der durch die Kamera 24 gefertigten Aufnahme die Entfernungen und Winkel zwischen Projektionseinheit 12, Kamera 24 und Stirnfläche 2 ändern. Die Figur 4 zeigt insoweit ein Modell zur Berechnung der durch die Bewegung der Stirnfläche 2 verursachten Winkel- und Entfernungsänderungen tm Folgenden wird aufgezeigt, ob und in welchem Maße die Bewegung Einfluss auf das Ergebnis hat. Die Veränderung zwischen Kamera 24 und Stirnfläche 2 lässt sich korrigieren. Das Bild wird - wie oben mit Bezug auf Figur 3 beschrieben - um die entsprechende Anzahl Pixel wieder zurück verschoben. Jedoch ändern sich auch die Entfernung und der Winkel zur Projektionseinheit 12 wie folgt Die Entfernung und der Winkel der Kamera 24 lassen sich folgendermaßen berechnen:
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000014_0001
Die Projektionsdistanz und Winkel mit den folgenden Formeln:
Figure imgf000014_0002
Mit den Werten at = 30°, gi = 90 mm und x = 2 mm ergeben sich die folgenden Werte: Die Differenz zwischen ai und m beträgt Da = 0,33°. Der Abstand zur Kamera 24 ändert sich um Äi? = 22 pm und der Projektorabstand um ^ = 1,01 mm. Die Differenz des Triangulationswinkels a hat nur vernachlässigbare Auswirkungen:
Figure imgf000014_0003
Die Änderung des Z-Wertes beträgt nur 37 pm bei einer maximalen Phase vor» 2 Pi. Dieser Fehler wird bevorzugt durch eine Kalibrierung korrigiert.
Die Änderung des Kameraabstandes kann vernachlässigt werden, da sich der Wert nur um ändert.
Die Kamera 24 ist so eingerichtet, dass die Bilder in einem von 90° abweichenden Abstand zwischen den Bildern aufgenommen werden, bevorzugt in einem Abstand von 360° + 90°. Der Abstand zwischen den Bildern beträgt somit nicht 90°, sondern 450°. Dies ist in den Figuren 5 und 6 schematisch dargestellt in den Figuren 5 und 6 sind jeweils die Grauwerte eines Pixel in Abhängigkeit der Verschiebung als Diagramm abgebildet. Die dicken schwarzen Punkte entsprechen jeweils den Auslösemomenten der Kamera 24. Figur 5 zeigt einen Abstand der Bilder von 90°. In Figur 6 ist der Abstand zwischen den Bildern erhöht. Der Abstand zwischen den Bildern beträgt nicht 90°, wie in Figur 5, sondern 450°. Durch diese Veränderung der Auslösemomente der Kamera 24 ist es möglich, die Bildrate bzw. die Periodenlänge auf ein Fünftel zu reduzieren. Bevorzugt wird bei dieser Ausführungsform eine größere Fläche durch den Projektionseinheit 12 beleuchtet.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind der Triangulationswinkel a sowie die Periodenlänge p des Sinusstreifenmusters 30 unter gewissen Einschränkungen wählbar. Die Auflösung ist dabei von der Trinuglationswellenlänge abhängig, je kleiner diese ist, desto feiner ist die Auflösung. Die Triangulationswellenlänge ergibt sich aus:
Figure imgf000015_0001
Für eine möglichst feine Auflösung wird daher der Triangulationswinkel bevorzugt möglichst groß und die Periodenlänge möglichst klein gewählt. Jedoch ist der eindeutig zuweisbare Bereich ebenfalls so groß wie die Triangulationswellenlänge. Mit Ausnahme der Tube- und Rezessfilter ist die Höhendifferenz Z bei Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie normalerweise kleiner als 2 mm. Daher sollte der zuweisbare Bereich und damit die Triangulationswellelänge bevorzugt nicht kleiner als 2 mm sein, muss jedoch auch nicht größer als der Messbereich sein.
Der Triangulationswinkel ist der Winkel zwischen dem Projeklonseinheit 12 und der Kamera 24. Es wird bevorzugt ein Winkel genommen, der einen Kompromiss zwischen möglichst höher Auflösung und geringer Verschattung darstellt. Verschattung entsteht, wenn die Stirnfläche 2 Sprünge in der Oberfläche hat oder die Oberfläche steilere Flächen als der Triangulationswinke! besitzt. Die größten Sprünge, die bei dieser Ausführungsform erkannt werden können, entsprechen der Triangulationswellenlänge. Der Bereich, welcher aufgrund der Verschatung mit einem maximalen Sprung nicht vermessen werden kann, berechnet sich wie folgt:
Figure imgf000015_0002
Eine weitere Einschränkung des Winkels ergibt sich durch die räumliche Positionierung von Objektiven von Projektionseinheit 12 und Kamera 24. Wird der Winkel zu klein gewählt, können die Objektive nicht mehr in einem für die Fokussierung notwendigen Abstand montiert werden. Wenn die Strukturen zu klein sind, wird eine kontraststarke Projektion schwieriger. Dadurch verstärkt sich das Rauschen der berechneten Phasenwerte, wodurch die Höhenwerte wiederum ungenau werden. Des Weiteren ist die Periodenlänge nach unten durch die Geschwindigkeit der Kamera begrenzt. Zusätzlich nimmt der Messbereich in Z-Richtung mit kleiner werdender Periodenlinge ab. Für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde ein Triangulationswinkel von 30° und eine Periodenlinge von etwa 1 ,6 mm gewählt. Die Triangulationswellenlänge ergibt sich dadurch zu 2,77 mm. Die Erfindung hat erkannt, dass mit etwa 0,8 mm Periodenlänge das Rauschen groß ist und die Höhenwerte dadurch unbrauchbar werden. Mit einer Periodenlänge von 3,2 mm wird das Ergebnis zwar deutlich rauschärmer, jedoch verringert sich auch die Auflösung der Z-Werte auf 22 pm. Es ist daher für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Periodenlinge von etwa 1,6 mm bevorzugt.
Die Auflösung der Z-Richtung hängt bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von drei Faktoren ab: Der Auflösung des Phasenwinkels, der Periodenlinge und von dem Triangulationswinkel. Die Höhe lässt sich über den Phasenwinkel wie folgt berechnen:
Figure imgf000016_0001
mit der Triangulationswellenlänge:
Figure imgf000016_0002
Die Bittiefe der aufgenommen Bilder beträgt 8 Bit. Daher hat auch die daraus berechnete Phase eine Auflösung von 8 Bit. Die Auflösung der Z-Richtung berechnet sich für eine Periodenlänge von 1 ,6 mm mit
Figure imgf000016_0003
Die Auflösung in X-Y-Richtung wird durch die Auflösung der aufgenommenen Bilder bestimmt. Wenn eine Auflösung von 20 pm und ein Messbereich von 10 x 10 mm gefordert ist, sollten die Bilder bevorzugt mit mindestens 500 x 500 Pixeln aufgenommen werden.
Die Auflösung kann weiter verbessert werden, lediglich die Geschwindigkeit des Kamera- Chips wirkt begrenzend. Es werden nach 360° + 90° = 450° Bilder aufgenommen und es wird ein Muster von 1 ,6 mm Periodenlänge angenommen. Die benötigte Burst-Bildrate berechnet sich dann wie folgt: = 1900
Figure imgf000017_0001
i S
Figur 7 zeigt ausschnitsweise eine Maschine 32 zur Herstellung von stabförmigen Artikeln 4 der tabakverarbeitenden Industrie, mit einer als Trommel 6 ausgebildeteten Fördereinheit zum queraxialen Fördern des stabförmigen Artikels 4 der tabakverarbeitenden Industrie. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde angenommen, dass sich das Objekt linear bewegt. Bei der Ausführungsform der Figur 7 bewegen sich jedoch die Artikel 4 in der Maschine 32 auf der Trommel 6. Die Artikel 4 folgen einer Kreisbahn. Um dies zu kompensieren, werden die Bilder bevorzugt nicht in Y-Richtung verschoben, sondern mittels einer Transformation gedreht. Dies ist in Figur 7 schematisch dargestellt. Die Figur 7 zeigt schematisch und nicht maßstabsgetreu ein Modell zur Berechnung der Drehung, welche durch die Kreisbewegung entsteht. Bei einer Periodenlänge von 1,6 mm und einer Aufnahme nach 450°, beträgt die Strecke sy = 2 mm. Auf der Trommel 6 befinden sich 30 Artikel 4, die einen Abstand von a = 6 p mm = 18,85 mm (von Mitte zu Mitte) zueinander haben. Der Umfang beträgt 565,5 mm. Der Artikel 4 wird dabei bevorzugt durch einen Unterdrück in Mulden 34 der Trommel 6 gehalten und ragt in Z-Richtung bevorzugt ca. 5 mm (± 2 mm) über die Auflagefläche hinaus. Die Drehung wird mit folgender Formel bestimmt:
Figure imgf000017_0002
Wenn keine Korrektur der Drehung vorgenommen wird, würde sich an den äußeren Rändern ein fehlerhafte Verschiebung von rechnerisch 5,7 Pixel ergeben. Das letzte Bild würde am Rand einen Fehler von 17 Pixel haben. Aus diesem Grund werden die Bilder mittels einer Drehung um den Mittelpunkt 36 der Trommel 6 zurück gedreht. Nach der Drehung liegen die zusammengehörigen Objektpunkte der einzelnen Bilder wieder übereinander. Da bei so einer Drehung auch die Sinusstreifen gedreht werden, werden diese vorher angepasst, wobei dann, wenn sich die Stirnfläche entlang eines Kreisbogens mit einer Länge b und einem Radius r durch den Messbereich bewegt, zumindest die im Messbereich am weitesten auseinanderliegenden Streifen des streifenförmig strukturierten Musters nicht parallel, sondern in einem Winkel a von etwa a=(b-180°)/(r-n) zueinander angeordnet sind. Das Sinusmuster wird dazu bevorzugt so verändert, dass die Streifen radial zum Mitelpunkt zeigen, siehe Figur 8. Dadurch besteht an jeder Position zwischen den Bildern eine Phasenverschiebung von 90°. Beim Drehen der Bilder wird das Muster nicht verdreht, da der Drehpunkt der Bilder, und der Punkt auf den die Streifen zulaufen gleich ist. Die Figur 8 zeigt eine insoweit symbolische nicht maßstabsgetreue Darstellung der Sinusmuster bei einer kreisförmigen Bewegung.
Durch die vorgenannte Anpassung des Dias ist die Periodenlänge nicht über das gesamte Bild gleich. Im unteren Bereich ist die Periodenlänge minimal kleiner als im oberen Bereich des Bildes. Die Änderung ist sehr gering und verändert daher die Eigenschaften der Messung nicht wesentlich. Jedoch sollte bevorzugt bei der Umrechnung in Milimeter für jede Zeile eine andere T riangulationswellenlänge verwendet werden.
Es ist bevorzugt, dass die aufgenommen Bilder nicht verschwommen sind. Da sich die Stirnfläche 2 bewegt, sollte die Belichtungszeit bevorzugt eine bestimmte Grenze nicht überschreiten. Die Kamera ist daher bevorzugt so eingerichtet, die Bilder mit einer Belichtungszeit von 100 ps aufzunehmen, wobei innerhalb der Belichtungszeit eine blitzartige Beleuchtung zu den entsprechenden Zeitpunkten von 4 ps stattfindet.
Zusammenfassend besteht bei der vorliegenden Erfindung der Algorithmus zum Berechnen der 3D-lnformationen des Höhenbildes im Wesentlichen aus folgenden Schritten:
• Aufnahme der Bilder · Verschieben der Bilder um die Bewegung der Stirnfläche
• Berechnung der Phase mit 0'M = arctan
Figure imgf000018_0001
• Subtrahieren der Steigung von der Phase
• Modulo 2 p rechnen
• Phase in die Mitte des 2 p-Bereichs verschieben
Modulo 2 p rechnen • Umrechnung in Milimeter mitels der Triangulationswellenlänge
Die Figur 9 zeigt ein unkorrigiertes, von der Kamera 24 erfindungsgemäß erzeugtes Phasenbild.
Die Figur 10 zeigt ein von der Auswerteeinheit 28 auf der Basis des unkorrigierten Phasen- bildes der Figur 9 nach erfindungsgemäßem Abzug der Phasenlage erfindungsgemiß berechnetes Höhenbild.
Der Projektor arbeitet bevorzugt nach dem Scheimpflugprinztp. Durch das Scheimpflugprinzip ist die Fokusebene der Projektion vorteilhaft parallel zur Ausrichtung des Messbereichs, um auf der gesamten Projektionsfläche eine möglichst scharfe Projektion des Streifenmusters zu erreichen. Jedoch wird dann das Streifenmuster durch die Projektion perspektivisch verzerrt. Die Verzerrung kann die Messung beeinflussen und wird daher bevorzugt vorher mittels einer Verzerrung des Streifenmusters auf dem Dia ausgeglichen. Um die verzerrten Dias zu erstellen, wird bevorzugt zunächst die Veränderung des Abbildungsmaßstabes berechnet. Da sowohl das Dia als auch das Objekt bevorzugt schräg zur Projektorachse stehen, wird bevorzugt vorher berechnet, wie sich die Bild- und die Gegenstandsweite ändern. Der Abbildungsmaßstab ändert sich bevorzugt linear von der linken zurrechten Seite. In vertikaler Richtung muss hingegen nichts verändert werden, da die Streifen in der Richtung bevorzugt invariant sind. Es ändert sich daher bevorzugt nur die Periodenlänge. Bevorzugt unter diesen Vorraussetzungen wird eine Vorverzerrung des Streifenmusters berechnet.
Das Verfahren kann auch für die optische Prüfung anderer Bereiche von stabförmigen Artikeln, insbesondere der Mantelfläche und/oder von Segmentabständen bet Multifilterproduktionen eingesetzt werden. Auch bahnartige oder folienartige Artikel können mit diesem Verfahren inspiziert werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (8) zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich (10) bewegenden Stirnfläche (2) eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels (4) der tabakverarbeitenden Industrie, wobei die Vorrichtung (8) aufweist:
eine Projektionseinheit (12), die eingerichtet ist, um ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes Muster in den Messbereich (10) zu projizieren, eine Kamera (24), die eingerichtet ist, um mindestens drei Bilder, bevorzugt mindestens vier Bilder, des Messbereichs (10) aufzunehmen, während sich die Stirnfläche (2), bevorzugt vollständig, im Messbereich (10) befindet,
eine Auswerteeinheit (28), die mit der Kamera (24) verbunden ist und eingerichtet ist, ein Höhenbild der Stirnfläche (2) unter Verwendung der von der Kamera (24) aufgenommenen Bilder zu berechnen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit (12) eingerichtet ist, das Muster im Wesentlichen unverändert in den Messbereich (10) zu projizieren.
2. Vorrichtung (8) nach Anspruch 1 ,
wobei die Projekttonseinheit (12) eingerichtet ist, das Muster zumindest so lange im Wesentlichen unverändert in Relation zum Messbereich (10) zu projizieren, solange sich die Stirnfläche (2), bevorzugt vollständig, i Messbereich (10) befindet.
3. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei sich die Stirnfläche (2) mit mindestens 2 m/s, bevorzugt mit mindestens 3,5 m/s, weiter bevorzugt mit mindestens 4 m/s, durch den Messbereich (10) bewegt.
4. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Messbereich (10) einer Fläche von mindestens etwa 0,5 cm2, bevorzugt von mindestens etwa 1 cm2, weiter bevorzugt von mindestens etwa 4 cm2, aufweist, und eine Höhe von mindestens etwa 1 mm, bevorzugt von mindestens etwa 2 mm, weiter bevorzugt von mindestens etwa 5 mm, aufweist.
5. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das Muster einen im Wesentlichen sinusförmigen Grauwertverlauf aufweist.
6. Vorrichtung (8) nach Anspruch 5,
wobei der projizierte Sinus des sinusförmigen Grauwertverlaufs eine Periodenlänge von höchstens 10 mm, bevorzugt von höchstens 5 mm, weiter bevorzugt von höchstens 2 mm, noch weiter bevorzugt von höchstens 0,25 mm, aufweist.
7. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei eine optische Achse (26) der Kamera (24) oder eine optische Achse (18) der Projektionseinheit (12) im Wesentlichen senkrecht auf eine Querschnittsebene des Messbereichs (10) gerichtet ist.
8. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei eine optische Achse (26) der Kamera (24) und eine optische Achse (18) der Projektionseinheit (12) winklig zueinander mit einer Winkeldifferenz von mehr als 10° angeordnet sind.
9. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Auswerteeinheit (28) eingerichtet ist, vor der Berechnung des Höhenbildes eine Kalibrierung durchzuführen.
10. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei dann, wenn sich die Stirnfläche (2) entlang eines Kreisbogens mit einer Länge b und einem Radius r durch den Messbereich (10) bewegt, zumindest die im
Messbereich (10) am weitesten auseinanderliegenden Streifen des streifenförmig strukturierten Musters nicht parallel, sondern in einem Winkel a von etwa a=(b-180°)/(r TT) zueinander angeordnet sind.
11. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Projektionseinheit (12) aufweist:
eine optische Achse (18),
eine auf der optischen Achse (18) liegende Lichtquelle (20),
ein auf der optischen Achse (18) liegendes, von der Lichtquelle (20) beleuchtetes, das Muster aufweisende im Wesentlichen zweidimensionales Trägermedium (14), ein auf der optischen Achse (18) liegendes Projektorobjektiv (22) zur optischen
Abbildung des von dem Trägermedium (14) empfangenen sinusförmigen Streifenmusters in den Messbereich (10),
wobei das Trägermedium (14) nicht senkrecht zur optischen Achse (18), sondern in einem Winkel ß gegenüber der Senkrechten angeordnet ist, der nach dem Scheimpflugprinzip bestimmt wird und bevorzugt zwischen 20° und 30° liegt.
12. Vorrichtung (8) nach Anspruch 10,
wobei das Muster eine Vorverzerrung aufweist, die ausgebildet ist, die durch die nicht senkrechte Anordnung des Trägermediums (14) verursachte Verzerrung im Wesentlichen auszugleichen.
13. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Kamera (24) eingerichtet ist, die Bilder mit einer Belichtungszeit von 100 ps aufzunehmen, wobei innerhalb der Belichtungszeit eine blitzartige Beleuchtung von höchstens 10 ps, bevorzugt von höchstens 7 ps, weiter bevorzugt von höchstens 4 ps, stattfindet.
14. Maschine zur Herstellung von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie,
mit einer Fördereinheit (6) zum queraxialen Fördern eines stabförmigen Artikels (4) der tabakverarbeitenden Industrie,
gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
15. Verfahren zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich (10) bewegenden Stirnfläche (2) eines sich queraxial bewegenden stabförmigen Artikels (4) der tabakverarbeitenden Industrie, mit den Schritten:
ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes Muster wird in den Messbereich
(10) projiziert,
mindestens drei Bilder des Messbereiches (10) werden aufgenommen, während sich die Stirnfläche (2) durch den Messbereich (10) bewegt,
unter Verwendung der aufgenommenen Bilder wird ein Höhenbild der Stirnfläche (2) berechnet,
dadurch gekennzeichnet, dass das Muster unverändert in den Messbereich (10) projiziert wird, bevorzugt in einem Zeitinterval während der Bildaufnahmen des Messbereichs (10).
PCT/EP2018/082435 2017-12-13 2018-11-23 Vorrichtung zur berührungslosen, optischen 3d-erfassung einer stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen artikels der tabakverarbeitenden industrie WO2019115209A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017129737.5A DE102017129737A1 (de) 2017-12-13 2017-12-13 Vorrichtung zur berührungslosen, optischen 3D-Erfassung einer Stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie
DE102017129737.5 2017-12-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019115209A1 true WO2019115209A1 (de) 2019-06-20

Family

ID=64556875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/082435 WO2019115209A1 (de) 2017-12-13 2018-11-23 Vorrichtung zur berührungslosen, optischen 3d-erfassung einer stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen artikels der tabakverarbeitenden industrie

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017129737A1 (de)
WO (1) WO2019115209A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112781505A (zh) * 2020-12-17 2021-05-11 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置及方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021206336A1 (de) 2021-06-21 2022-12-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Vorrichtung und Verfahren zur optischen Analyse einer Oberfläche

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0634112B2 (de) 1993-07-13 2004-01-02 G.D Societ Per Azioni Optische Prüfvorrichtung für die Füllung von Zigaretten
WO2009016926A1 (ja) * 2007-08-01 2009-02-05 Omron Corporation 三次元形状計測装置、および当該三次元形状計測装置の製造方法
US20090128685A1 (en) * 2005-11-10 2009-05-21 Obe Ohnmacht & Baumgartner Gmbh & Co. Kg Camera Chip, Camera and Method for Image Recording
DE102012203579B3 (de) * 2012-03-07 2013-06-06 Hauni Maschinenbau Ag Messvorrichtung und Messverfahren zur Bestimmung einer Messgröße an einem Ende eines stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie
EP2677273A1 (de) * 2012-06-14 2013-12-25 HAUNI Maschinenbau AG Messvorrichtung und Verfahren zur optischen Prüfung einer Stirnfläche eines queraxial geförderten stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie
US20150365651A1 (en) * 2013-01-31 2015-12-17 Vit System for determining a three-dimensional image of an electronic circuit
EP2679950B1 (de) 2012-06-14 2017-01-18 Hauni Maschinenbau GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Bewertung einer Stirnfläche eines stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL127534A (en) * 1996-06-13 2001-08-26 Leuven K U Res & Dev Method and system for acquiring a three-dimensional shape description
DE19855324A1 (de) * 1998-12-01 2000-06-08 Schwider Johannes Verfahren zur Projektion periodischer Intensitätsprofile mittels binärer Amplitudenmasken
DE10321888A1 (de) * 2003-05-07 2004-12-02 Universität Stuttgart Messverfahren und Sensor, insbesondere zur optischen Abtastung bewegter Objekte
DE10358544A1 (de) * 2003-12-15 2005-07-14 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur schnellen 3D-Objekterfassung
EP1971820B1 (de) * 2006-01-08 2012-10-17 Hermann Tropf Erstellung eines abstandsbildes

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0634112B2 (de) 1993-07-13 2004-01-02 G.D Societ Per Azioni Optische Prüfvorrichtung für die Füllung von Zigaretten
US20090128685A1 (en) * 2005-11-10 2009-05-21 Obe Ohnmacht & Baumgartner Gmbh & Co. Kg Camera Chip, Camera and Method for Image Recording
WO2009016926A1 (ja) * 2007-08-01 2009-02-05 Omron Corporation 三次元形状計測装置、および当該三次元形状計測装置の製造方法
DE102012203579B3 (de) * 2012-03-07 2013-06-06 Hauni Maschinenbau Ag Messvorrichtung und Messverfahren zur Bestimmung einer Messgröße an einem Ende eines stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie
EP2677273A1 (de) * 2012-06-14 2013-12-25 HAUNI Maschinenbau AG Messvorrichtung und Verfahren zur optischen Prüfung einer Stirnfläche eines queraxial geförderten stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie
EP2679950B1 (de) 2012-06-14 2017-01-18 Hauni Maschinenbau GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Bewertung einer Stirnfläche eines stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie
EP2677273B1 (de) 2012-06-14 2017-08-02 Hauni Maschinenbau GmbH Messvorrichtung und Verfahren zur optischen Prüfung einer Stirnfläche eines queraxial geförderten stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie
US20150365651A1 (en) * 2013-01-31 2015-12-17 Vit System for determining a three-dimensional image of an electronic circuit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PHOTONIK: "Fachzeitschrift für die optischen Technologien", 2016, pages: 55

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112781505A (zh) * 2020-12-17 2021-05-11 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种机器视觉检测的烟支灰柱偏离校正装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017129737A1 (de) 2019-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2089670B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur dickenmessung
DE102005058873A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung der Oberfläche eines Körpers
EP3622247B1 (de) Verfahren zur referenzierung mehrerer sensoreinheiten und zugehörige messeinrichtung
EP3033612B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung einer zumindest teilweise spiegelnden oberfläche
DE102012210037A1 (de) Messvorrichtung und Verfahren zur optischen Prüfung einer Stirnfläche eines queraxial geförderten stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie
DE102005046581A1 (de) Einrichtung und Verfahren zum Messen von Eigenschaften von Multisegmentfiltern oder Zusammenstellungen von Filtersegmenten
EP3061565B1 (de) Justiervorrichtung für eine Schleifmaschine
WO2008071414A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur steigerung der mess-genauigkeit digitaler 3d-geometriemessysteme
DE102010017604B4 (de) Verfahren zum optischen Messen von Strukturen eines Objekts
DE102007036850B4 (de) Verfahren zur Korrektur von Nichtlinearitäten der Interferometer einer Koordinaten-Messmaschine
WO2019115209A1 (de) Vorrichtung zur berührungslosen, optischen 3d-erfassung einer stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen artikels der tabakverarbeitenden industrie
EP3146293A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur geometrischen vermessung eines objekts
WO2015036026A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur vermessung von innengewinden eines werkstücks mit einem optischen sensor
EP2679950B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bewertung einer Stirnfläche eines stabförmigen Produkts der Tabak verarbeitenden Industrie
EP2887010B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten mit einem topometrischen Messverfahren sowie Computerprogramm hierzu
DE102011115027A1 (de) Kohärenzrasterinterferometer und Verfahren zur ortsaufgelösten optischen Vermessung der Oberflächengeometrie eines Objekts
DE102006062776A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Dickenmessung
DE102005032244A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Fehlerdetektierung an einer Kante
EP3531067A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum vermessen mindestens eines optisch wirksamen gegenstands
DE102015105171A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum optischen Messen von rotierbaren Werkstücken mit Exzentern
DE19919311C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten der Brillenglasöffnung einer Brillenfassung oder des Umfangs eines Brillenglases oder einer Formscheibe
DE102014016087B4 (de) Dreidimensionale optische Erfassung von Objektoberflächen
EP3587998B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur optischen messung an einem produktstrang der tabak verarbeitenden industrie und verwendung einer optischen messvorrichtung
WO2018054888A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur stereo-photogrammetrischen vermessung von unterschiedlichen objekten
DE102005031783B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur korrigierten Bilddarstellung von Kanalrohren

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18811198

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18811198

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1