DE19615699A1 - Scanning system for scanning and determining contour of object using light source - Google Patents
Scanning system for scanning and determining contour of object using light sourceInfo
- Publication number
- DE19615699A1 DE19615699A1 DE1996115699 DE19615699A DE19615699A1 DE 19615699 A1 DE19615699 A1 DE 19615699A1 DE 1996115699 DE1996115699 DE 1996115699 DE 19615699 A DE19615699 A DE 19615699A DE 19615699 A1 DE19615699 A1 DE 19615699A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- scanning device
- sayings
- scanning
- image recording
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
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
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abtast vorrichtung zur Abtastung und Erfassung der Kontur eines Objekts und insbesondere auf einen 3D-Scanner mit CCD-Zei lenmodul, welcher die dreidimensionale Abtastung und Dar stellung eines Objekts ermöglicht.The present invention relates to a scan device for scanning and recording the contour of a Object and especially on a 3D scanner with CCD time lenmodul, which the three-dimensional scanning and Dar position of an object.
Es sind Abtastvorrichtungen bekannt, bei welchen zwei als Laser aus gebildete Lichtquellen und eine mittig zwi schen den Lichtquellen positionierte Kamera in einer Gera den vor einem abzutastenden Objekt angeordnet sind. Die Lichtquellen sind derart aufeinander zu geneigt, daß die die von den Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen einen Schnittpunkt bilden, welcher bezüglich der zwei Lichtquel len den Scheitel eines gleichschenkligen Dreiecks bildet. Die im wesentlichen aus den zwei Lichtquellen und der Kamera bestehende Abtastvorrichtung wird solange auf das Objekt zu oder von ihm weg bewegt, bis von der Kamera in Verbindung mit einer Auswerteschaltung erfaßt wird, daß der Schnitt punkt der von den zwei Lichtquellen ausgesandten Licht strahlen an der Oberfläche des Objekts befindlich ist. Aus dem Abstand zwischen der Kamera und dem jeweiligen Punkt auf der Oberfläche des Objektes, an welchem sich die von den zwei Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen schneiden, ergibt sich eine erste Koordinate eines Punktes einer Kon tur des Objekts. Die weiteren Kordinaten werden durch die Höhe der Abtastvorrichtung sowie ihre Position bezüglich des Umfangs des Objekts bestimmt. Um eine vertikale Kontur des Körpers abzutasten bzw. aufzunehmen, muß die oben dar gestellte punktuelle Abtastung eine Vielzahl von Malen in Vertikalrichtung wiederholt werden. Soll schließlich eine Mehrzahl von Konturen im Hinblick auf eine räumliche Dar stellung des Objekts abgetastet werden, so ist die oben dargestellte vertikale Abtastung eine Vielzahl von Malen um den Umfang des Objekts herum zu wiederholen.Scanning devices are known in which two as a laser from light sources and a middle between camera positioned in a device which are arranged in front of an object to be scanned. The Light sources are inclined towards each other so that the the light rays emitted by the light sources unite Form intersection, which with respect to the two light sources len forms the vertex of an isosceles triangle. The essentially of the two light sources and the camera existing scanning device will be towards the object as long or moved away from it until connected by the camera an evaluation circuit detects that the cut point of light emitted by the two light sources radiate is located on the surface of the object. Out the distance between the camera and the respective point on the surface of the object on which the cut the light rays emitted by the two light sources, the first coordinate of a point of a con results structure of the object. The other coordinates are given by the Height of the scanner and its position in relation the extent of the object. Around a vertical contour to feel or record the body must represent the above posed sampling a variety of times in Repeat vertical direction. Finally, one should Plurality of contours for spatial dar position of the object can be scanned, so is the above shown vertical scan a variety of times repeating the scope of the object around.
Entsprechend einer Variante der oben dargestellten Ab tastvorrichtung werden bezüglich einer punktuellen Abta stung beide Lichtquellen in gleichem Maße aufeinander zu bzw. voneinander weg gedreht, bis sich der Schnittpunkt der von den zwei Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen an der Oberfläche des Objekts befindet. In diesem Fall ergibt sich die erste Koordinate eines Punktes einer zu erfassenden Kontur des Objektes aus der jeweiligen Stellung der zwei Lichtquellen zueinander.According to a variant of the Ab probes are with respect to a point Abta power both light sources towards each other to the same extent or rotated away from each other until the intersection of the light rays emitted by the two light sources on the Surface of the object. In this case it follows the first coordinate of a point to be captured Contour of the object from the respective position of the two Light sources to each other.
Des weiteren sind Abtastvorrichtungen bekannt, bei wel chen von einer als Laser ausgebildeten Lichtquelle ausge sandte Lichtstrahlen auf ein abzutastendes Objekt gerichtet und mit von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen überla gert werden. Es ergibt sich hier die erste Koordinate eines Punktes einer zu erfassenden Kontur des Objektes aus der Interferenz der sich überlagernden, gegeneinanderlaufenden Lichtstrahlen.Furthermore, scanning devices are known in which Chen from a light source designed as a laser sent rays of light aimed at an object to be scanned and overlaid with light rays reflected from the object be tied. The first coordinate of one results here Point of a contour of the object to be detected from the Interference of the overlapping, opposing ones Rays of light.
Bei den oben erwähnten Abtastvorrichtungen werden je weils einzelne Punkte einer Kontur des Objekts aufwendig erfaßt; zur Abtastung einer vertikalen Kontur oder einer Mehrzahl von Konturen im Hinblick auf eine räumliche Dar stellung des Objekts wird Vielzahl von einzelnen Abtastun gen erfordert.In the above-mentioned scanning devices because individual points of a contour of the object are complex detected; to scan a vertical contour or a Plurality of contours for spatial dar Position of the object is multitude of individual scans gene required.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik vereinfachte Abtastvorrichtung zu schaffen.The object of the invention is one compared to the state the art to provide simplified scanning device.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Demgemäß enthält eine Abtastvorrichtung zur Abtastung und Erfassung einer Kontur eines Objekts eine Lichtquelle, eine erste Ablenkeinrichtung, welche die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen auf die Oberflä che des Objekts punktförmig projiziert und das Objekt ge radlinig abtastet bzw. überstreicht, eine Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche projizierten Lichtstrahlen, eine zweite Ablenkeinrichtung, welche die von der Oberfläche des Objekts reflektierte Lichtstrahlen in eine Ebene ablenkt, und mindestens eine Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der von der Oberfläche des Objekts reflektierten und in die eine Ebene abgelenkten Lichtstrahlen.The task is solved by the features of Main claim. Accordingly, a scanning device for Scanning and detection of a contour of an object Light source, a first deflector, which the of the light rays emitted on the surface surface of the object and the object ge radially scanned or swept, a device for Determination of the direction of the point on the surface projected light rays, a second deflector, which reflected from the surface of the object Deflect light rays into one plane, and at least one Image recording device for recording from the surface of the object reflected and deflected into one plane Rays of light.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise als Laser ausgebildet, welcher für die Abtastvorrichtung geeignete im wesentlichen kohärente Lichtstrahlen erzeugt. Die Lichtstrahlen sind da bei ohne Vorsehen von aufwendigen Linsen- oder Reflexions systemen zu einem Paket gebündelt, so daß bei einem Auf treffen der Lichtstrahlen auf einen lichtundurchlässigen Körper ein punktförmiger Lichtfleck gebildet wird.The light source is preferably designed as a laser, which is essentially suitable for the scanning device creates coherent rays of light. The rays of light are there with no provision of complex lenses or reflections systems bundled into one package, so that with one up the light rays hit an opaque one Body a point-shaped light spot is formed.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ab lenkeinrichtung als drehbeweglich angeordnete Halterung der Lichtquelle ausgebildet. Durch Koppelung der Halterung an einen Motor können bei entsprechender Ausrichtung der Lichtquelle und Ansteuerung des Motors die von der Licht quelle ausgesandten Lichtstrahlen auf das Objekt geworfen werden und es geeignet abtasten bzw. überstreichen.In a preferred embodiment, the first Ab Steering device as a rotatably arranged holder of the Trained light source. By coupling the bracket to a motor can with the appropriate orientation of the Light source and control of the motor by the light source emitted light rays thrown onto the object and scan it appropriately.
Die erste Ablenkungseinrichtung kann ebenso als drehbe weglich angeordneter Spiegel vorgesehen sein, welcher an den Motor gekoppelt ist. Durch entsprechende Drehung oder Rotation des Spiegels mittels des Motors werden die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen vorzugsweise von oben nach unten und/oder umgekehrt geradlinig auf die Ober fläche des abzutastenden Objekts geworfen, wodurch auf ein fache Weise auf der Oberfläche des Objekts von der Licht quelle aus betrachtet eine gerade, vorzugsweise senkrechte Linie gebildet ist. The first deflection device can also be used as a rotary movably arranged mirror can be provided, which on the motor is coupled. By turning or Rotation of the mirror by means of the motor are those of the Light source emitted preferably from top down and / or vice versa straight to the top thrown surface of the object to be scanned, causing a fold way on the surface of the object from the light Source considered a straight, preferably vertical Line is formed.
Anstelle des Spiegels kann die erste Ablenkungseinrich tung des weiteren durch ein optisches Linsensystem gebildet werden, welches drehbeweglich angeordnet und an den Motor gekoppelt ist.Instead of the mirror, the first deflection device can be used tion further formed by an optical lens system which is arranged rotatably and attached to the engine is coupled.
Die zweite Ablenkeinrichtung ist vorzugsweise als zy linderförmiger Glasstab ausgebildet, welcher aus allen Richtungen auf den Mantel einfallende Lichtstrahlen in eine einzige Ebene ablenkt.The second deflection device is preferably a zy Linden-shaped glass rod, which consists of all Light rays incident on the cladding in one direction only level distracts.
Ein im Strahlengang vor der Bildaufnahmeeinrichtung an geordnetes Objektiv dient der Abbildung der von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen auf der Bildaufnahmeeinrich tung.On in the beam path in front of the image recording device Ordered lens is used to image the object reflected light rays on the image recording device tung.
Um eine scharfe Abbildung jedes Punktes des abgetaste ten Objekts auf der Bildaufnahmeeinrichtung zu erzielen, sind Längsachse des Glasstabs und/oder die Durchdringungs- bzw. Haupterstreckungsebene, d. h. die Ebene senkrecht zur Richtung des Strahlengangs, des Objektivs und der Bildauf nahmeeinrichtung schräg zueinander angeordnet.To get a sharp image of every point of the sample to achieve the th object on the image recording device, are the longitudinal axis of the glass rod and / or the Penetration or main extension level, d. H. the plane perpendicular to Direction of the beam path, the lens and the image on receiving device arranged obliquely to each other.
Die Bildaufnahmeeinrichtung ist vorzugsweise als la dungsgekoppeltes Bauelement (CCD-Zeilenmodul) ausgebildet, welches in einer Reihe angeordnete lichtempfindliche Ele mente aufweist.The image recording device is preferably as la device-coupled component (CCD line module), which arranged in a row photosensitive ele has elements.
Ein im Strahlengang zwischen dem abzutastenden Objekt und der Bildaufnahmeeinrichtung vorzugsweise vorgesehenes optisches Filter, welches lediglich Licht der Wellenlängen des von der Lichtquelle erzeugten Lichts durchläßt, schirmt die Bildaufnahmeeinrichtung vor Störstrahlung ab.One in the beam path between the object to be scanned and the image recording device is preferably provided optical filter, which only light of the wavelengths transmits the light generated by the light source, shields the image recording device from interference radiation.
Das abzutastende Objekt wird von einem Objektträger aufgenommen bzw. gehalten, wodurch dem Objekt eine be stimmte, nicht verrückbare Position zugeordnet wird. The object to be scanned is held by a slide recorded or held, whereby the object a be agreed, non-movable position is assigned.
Der Objektträger ist vorzugsweise drehbeweglich ange ordnet. Dadurch können auf einfache Weise nacheinander ver schiedene Konturen des Objekts abgetastet werden.The slide is preferably rotatably attached arranges. This allows ver in a simple manner different contours of the object can be scanned.
Ein an den Objektträger gekoppelter Motor ermöglicht bzw. erleichtert auf einfache Weise die Abtastung verschie dener Konturen des Objekts und insbesondere die Abtastung des gesamten Objekts, d. h. die Abtastung des Objekt von al len Seiten.A motor coupled to the slide enables or facilitates the scanning in a simple manner whose contours of the object and in particular the scanning of the entire property, d. H. the scanning of the object from al len pages.
Zur Durchführung nacheinander erfolgender linienförmi ger Abtastungen der jeweiligen Konturen des Objekts ist der Objektträger an eine Objektträgerpositionsbestimmungs einrichtung gekoppelt, wodurch stets die Position des Ob jektträgers und damit auch die Position des abzutastenden Objekts bekannt ist und die linienförmige Abtastung des Ob jekts an definierten Positionen durchgeführt werden kann.To perform successive linear of the respective contours of the object is the Slide to a slide position determination device coupled, whereby the position of the Ob slide and thus also the position of the person to be scanned Object is known and the linear scan of the Ob project can be carried out at defined positions.
Das Vorsehen von zwei Bildaufnahmeeinrichtungen, welche einander bezüglich der Ebene der auf das Objekt einfallen den Lichtstrahlen spiegelsymmetrisch gegenüberliegen und auf das Objekt gerichtet angeordnet sind, reduziert die Ge fahr von anordnungsbedingten nicht erfaßten bzw. erfaßbaren Konturen des Objekts.The provision of two image recording devices, which each other with respect to the plane of the object opposite the light rays in mirror symmetry and are directed towards the object reduces the Ge drive from arrangement-related not recorded or detectable Contours of the object.
Zum abgestimmten Betrieb der Komponenten der Abtastvor richtung ist eine erste Steuereinrichtung vorgesehen, wel che vorzugsweise als Mikrokontroller ausgebildet ist. Die erste Steuereinrichtung weist Mittel zum Ansteuern der Lichtquelle, Mittel zum Ansteuern des an die erste Ablenk einrichtung gekoppelten Motors, Mittel zum Ansteuern der Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der auf die Ober fläche des Objekts projizierten Lichtstrahlen, Mittel zum Ansteuern des an den Objektträger gekoppelten Motors und Mittel zum Auslesen der Bildaufnahmeeinrichtung bzw. Bild aufnahmeeinrichtungen auf. Die Ansteuerung der jeweiligen Komponenten erfolgt aufeinander abgestimmt. For coordinated operation of the components of the scanning device direction, a first control device is provided, wel che is preferably designed as a microcontroller. The first control device has means for controlling the Light source, means for controlling the first deflection device coupled motor, means for controlling the Device for determining the direction of the upper surface of the object projected light rays, means for Driving the motor coupled to the slide and Means for reading out the image recording device or image reception facilities. The control of the respective Components are coordinated.
Die erste Steuereinrichtung überträgt die von der Bild aufnahmeeinrichtung bzw. Bildaufnahmeeinrichtungen erlang ten Daten entsprechend der Kontur bzw. den Konturen des ab getasteten Objekts auf eine zweite Steuereinrichtung, wel che vorzugsweise als handelsüblicher Computer ausgebildet ist, welchem das nötige Ablaufprogramm über eine Diskette einzugeben ist. Die zweite Steuereinrichtung weist einer seits Mittel zum Ansteuern der ersten Steuereinrichtung und andererseits Mittel zur Aufnahme von Daten von der ersten Steuereinrichtung und zur Umwandlung der Daten von der er sten Steuereinrichtung in Daten zur Darstellung mindestens einer Kontur bzw. zur räumlichen Darstellung des Objektes oder Teilen davon auf. Da die zweite Steuereinrichtung ge trennt von den übrigen Komponenten der Abtastvorrichtung angeordnet werden kann, wird die Größe der Abtastvorrich tung reduziert.The first control device transmits the image acquisition device or image acquisition devices data corresponding to the contour or contours of the keyed object on a second control device, wel che preferably designed as a commercially available computer which is the necessary sequence program on a floppy disk is to be entered. The second control device has one on the one hand means for controlling the first control device and on the other hand, means for recording data from the first Control device and for converting the data from it Most control device in data for display at least a contour or for the spatial representation of the object or parts of it. Since the second control device is ge separates from the other components of the scanner can be arranged, the size of the scanning device tion reduced.
Da die erste und/oder zweite Steuereinrichtung Mittel zum Speichern der aus der Bildaufnahmeeinrichtung bzw. aus den Bildaufnahmeeinrichtungen ausgelesenen Daten sowie von Daten entsprechend der Richtung der auf die Oberfläche des Objekts projizierten Lichtstrahlen aufweist, können die Da ten eines abgetasteten Objekts zu einem späteren Zeitpunkt ohne erneute Abtastung des Objekts für eine erneute bzw. andere Darstellung des Objekts - insbesondere für perspek tivisch unterschiedliche räumliche Darstellungen des Ob jekts sowie Details davon - abgerufen werden.Since the first and / or second control device means to save the from the image recording device or from the data read out from the image recording devices and from Data corresponding to the direction of the surface of the Object projected light rays, the Da a scanned object at a later time without rescanning the object for a new or different representation of the object - especially for perspek tivically different spatial representations of the Ob project and details thereof.
Eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein an die zweite Steuereinrichtung anzuschließender Bildschirm und/oder Plotter, dient der Darstellung einer Kontur des Objekts bzw. der räumlichen Darstellung des Objekts oder eines Teils davon.A display device, for example one to the second control device screen to be connected and / or plotter, serves to represent a contour of the Object or the spatial representation of the object or part of it.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.The present invention is described in the following Be spelling explained with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of the present invention;
Fig. 2 veranschaulicht die Abtastung des Objekts; und Figure 2 illustrates the scanning of the object; and
Fig. 3a, b und c zeigen die Anordnung der zweiten Ablenkeinrichtung und der Bildaufnahmeeinrichtung zueinan der und veranschaulichen deren Wirkungsweise. Fig. 3a, b and c show the arrangement of the second deflector and the image pickup device of the zueinan and illustrate the operation thereof.
Entsprechend Fig. 1 ist ein abzutastendes Objekt 40 auf einen Drehteller 20 gestellt. Eine (nicht dargestellte) Halterung an dem Drehteller sorgt für einen stabilen Halt des Objekts. Ein in einer anderen (nicht dargestellten) Halterung aufgenommener Laser 12, welcher im wesentlichen kohärente Lichtstrahlen erzeugt, ist über einen Schnecken trieb 32 an einen Schrittmotor 16 gekoppelt und auf das Ob jekt gerichtet. Die Achse des Schrittmotors 16 ist mit ei nem (nicht dargestellten) Positionsgeber, der im folgenden als erster Positionsgeber bezeichnet wird, versehen. Die jeweilige (vorzugsweise vertikale) Strahlungsrichtung des Lasers wird anhand von Markierungen an dem ersten Positi onsgeber oder Signalen von dem ersten Positionsgeber von einem (nicht dargestellten) Sensor, der im folgenden als erster Sensor bezeichnet wird, erfaßt. Der erste Positions geber und der erste Sensor bilden im wesentlichen eine Ein richtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche des Objekts projizierten bzw. geworfenen Lichtstrahlen. Zur Aufnahme von Lichtstrahlen, welche von dem Laser ausgesandt, auf die Oberfläche des Objekts gewor fen und von der Oberfläche des Objekts reflektiert werden, sind an beiden Seiten des Lasers im wesentlichen in glei chen Abständen bzw. bezüglich der Ebene der auf das Objekt gerichteten Lichtstrahlen im wesentlichen in gleichen Win keln jeweils eine Kamera 18 in Form eines CCD-Zeilenmoduls angeordnet. Ein CCD-Zeilenmodul besitzt gegenüber einer zweidimensionalen CCD-Kamera ein größeres Auflösungsvermö gen und ist wesentlich kostengünstiger. Die Kamera 18 ist als Schwarzweiß- oder als Farbkamera ausgebildet. Im Strah lengang zwischen dem abzutastenden Objekt und den Kameras ist jeweils eine zweite Ablenkeinrichtung 30, welche als zylinderförmiger Glasstab ausgebildet ist, und ein Objektiv 34 vorgesehen. Die Querschnittsfläche des Glasstabs kann kreis- oder linsenförmig sein; des weiteren kann der Mantel des Glasstabs verspiegelt sein. Der Drehteller ist über ei nen Schneckentrieb 24 an einen Schrittmotor 22 gekoppelt. Der Drehteller ist des weiteren mit einem (nicht darge stellten) Positionsgeber, der im folgenden als zweiter Po sitionsgeber bezeichnet wird, versehen. Die jeweilige Posi tion des Drehtellers wird anhand von Markierungen an dem zweiten Positionsgeber oder Signalen von dem zweiten Posi tionsgeber von einem (nicht dargestellten) Sensor, der im folgenden als zweiter Sensor bezeichnet wird, erfaßt. Der zweite Positionsgeber und der zweite Sensor bilden im we sentlichen die Objektträgerpositionsbestimmungseinrichtung. Ein Mikrokontroller 26 ist elektrisch mit dem Laser, dem ersten Sensor und gegebenenfalls mit dem ersten Positions geber, mit dem Schrittmotor zum Drehen der Laserhalterung, dem zweiten Sensor und gegebenenfalls mit dem zweiten Posi tionsgeber, mit dem Schrittmotor zum Antreiben des Drehtel lers sowie mit den Kameras zu deren Ansteuerung verbunden. Des weiteren ist der Mikrokontroller elektrisch mit einem Computer 28 verbunden, welcher wiederum an einen (nicht dargestellten) Bildschirm und/oder Plotter angeschlossen ist.According to FIG. 1, an object 40 to be scanned is placed on a turntable 20 . A holder (not shown) on the turntable ensures a stable hold of the object. A in another (not shown) holder received laser 12 , which generates substantially coherent light beams, is driven via a worm gear 32 coupled to a stepper motor 16 and directed to the object. The axis of the stepping motor 16 is provided with a position transmitter (not shown), which is referred to below as the first position transmitter. The respective (preferably vertical) radiation direction of the laser is detected on the basis of markings on the first position transmitter or signals from the first position transmitter by a sensor (not shown), which is referred to below as the first sensor. The first position transmitter and the first sensor essentially form a device for determining the direction of the light beams projected or projected at a point onto the surface of the object. For receiving light beams, which are emitted by the laser, thrown onto the surface of the object and reflected by the surface of the object, there are substantially equal distances on both sides of the laser or with respect to the plane of the light beams directed onto the object arranged essentially in the same win angle each camera 18 in the form of a CCD line module. A CCD line module has a higher resolution than a two-dimensional CCD camera and is much cheaper. The camera 18 is designed as a black and white or a color camera. A second deflection device 30 , which is designed as a cylindrical glass rod, and a lens 34 are provided in the beam path between the object to be scanned and the cameras. The cross-sectional area of the glass rod can be circular or lenticular; Furthermore, the jacket of the glass rod can be mirrored. The turntable is coupled to a stepper motor 22 via a worm gear 24 . The turntable is further provided with a (not shown) position transmitter, which is referred to below as the second position transmitter. The respective position of the turntable is detected on the basis of markings on the second position transmitter or signals from the second position transmitter by a sensor (not shown), which is referred to below as the second sensor. The second position transmitter and the second sensor essentially form the slide position determination device. A microcontroller 26 is electrical with the laser, the first sensor and optionally with the first position transmitter, with the stepper motor for rotating the laser holder, the second sensor and optionally with the second position transmitter, with the stepper motor for driving the rotary switch and with the Cameras connected to control them. Furthermore, the microcontroller is electrically connected to a computer 28 , which in turn is connected to a screen (and not shown) and / or plotter.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Abtastvor richtung 10 dargelegt. Zur Vereinfachung der Funktionsweise wird lediglich der Abtastvorgang bzw. Erfassungsvorgang be züglich einer Bildaufnahmeeinrichtung dargestellt.In the following the operation of the device 10 according to the invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 3. In order to simplify the mode of operation, only the scanning process or acquisition process is illustrated with respect to an image recording device.
Der Laser bzw. die ihn aufnehmende Halterung ist dreh beweglich um eine Horizontalachse angeordnet und rotiert von dem Schrittmotor 16 über den Schneckentrieb 32 ange trieben um die Horizontalachse. Die von dem Laser ausge sandten Lichtstrahlen werden punktförmig auf die Oberfläche des Objekts geworfen und tasten während einer Drehung des Lasers die Oberfläche und damit die Kontur des Objekts ein mal in Vertikalrichtung ab.The laser or the holder receiving it is rotatably arranged about a horizontal axis and rotates from the stepper motor 16 via the worm gear 32 is driven around the horizontal axis. The light beams emitted by the laser are thrown onto the surface of the object in a punctiform manner and scan the surface and thus the contour of the object once in the vertical direction during a rotation of the laser.
Der erste Positionsgeber und der erste Sensor wirken derart zusammen, daß zu jeder Zeit innerhalb des Abtast zeitraums die vertikale Position der punktförmig auf die Oberfläche des Objekts geworfenen Lichtstrahlen des Lasers bestimmt werden kann.The first position transmitter and the first sensor act so together that at any time within the scan period the vertical position of the point on the Surface of the object thrown light rays from the laser can be determined.
Die von der Oberfläche des Objekts reflektierten Licht strahlen fallen auf den Glasstab und werden von dem Glas stab unabhängig von ihrer Einfallsrichtung in eine (Ausfalls)Ebene parallel zur Achse des Glasstabes abge lenkt. Des weiteren werden die von der Oberfläche des Ob jekts reflektierten Lichtstrahlen von dem Glasstab in der Ausfallsebene in einem bestimmten Winkel zu der Normalen der Längsachse des Glastabes abgelenkt, der von der jewei lig abgetasteten Konturtiefe abhängt.The light reflected from the surface of the object rays fall on the glass rod and are emitted by the glass rod regardless of its direction of incidence in one (Failure) plane parallel to the axis of the glass rod directs. Furthermore, those of the surface of the Ob rays of light reflected from the glass rod in the object Failure plane at a certain angle to the normal the longitudinal axis of the glass rod deflected by the depends on the scanned contour depth.
Die von dem Glasstab abgelenkten Lichtstrahlen durch dringen eine als Objektiv dienende Linse, welche die Licht strahlen auf der Kamera abbildet. Da die optimale Abbil dungsweite in Abhängigkeit der jeweilig abgetasteten Kon turtiefe verschieden ist, sind die Längsachse des Glasstabs und/oder die Ebenen des Objektivs und der Kamera, d. h. die Ebenen senkrecht zur Richtung des Strahlengangs, schräg zueinander ausgerichtet. Damit ist gewährleistet, daß die Abbildungspunkte die größtmögliche Abbildungsschärfe besitzen.The rays of light deflected by the glass rod penetrate a lens serving as a lens, which the light beam on the camera. Since the optimal fig width depending on the scanned con door depth is different, are the longitudinal axis of the glass rod and / or the planes of the lens and the camera, d. H. the Planes perpendicular to the direction of the beam path, oblique aligned with each other. This ensures that the Image points the greatest possible image sharpness have.
Die Kamera ist als CCD-Zeilenmodul ausgebildet und weist eine Reihe von CCD-Bildaufnahmeelementen (CCD, charge coupled device) auf. Aufgrund der oben dargestellten Posi tionierung des Glasstabs, des Objektivs und der Kamera zu einander erfaßt die Kamera die jeweilig abgetastete Kontur tiefe des Objekts bei der jeweiligen vertikalen Höhe der auf das Objekt treffenden Lichtstrahlen. Mit anderen Wor ten, die Konturtiefe des Objekts an einer bestimmten Höhe entspricht einem Abbildungspunkt auf dem eindimensionalen CCD-Zeilenmodul. Eine Kenntnis über die vertikale Höhe der auf das Objekt treffenden Lichtstrahlen bzw. die augen blickliche Strahlungsrichtung des Lasers wird daher erfor dert. Die jeweilige vertikale Position der Lichtstrahlen auf dem Objekt bestimmt der Mikrokontroller mittels des er sten Positionsgebers und des ersten Sensors.The camera is designed as a CCD line module and has a number of CCD image recording elements (CCD, charge coupled device). Due to the posi shown above tion of the glass rod, lens and camera the camera detects each other the respective scanned contour depth of the object at the respective vertical height of the rays of light hitting the object. With other wor the contour depth of the object at a certain height corresponds to a mapping point on the one-dimensional CCD line module. A knowledge of the vertical height of the rays of light striking the object or the eyes Visible radiation direction of the laser is therefore required different. The respective vertical position of the light rays on the object, the microcontroller uses the most position sensor and the first sensor.
Zur Vermeidung von Störeinflüssen durch andere Licht quellen ist direkt vor der Kamera bzw. vor der Linse ein Filter angeordnet, welches lediglich Licht der Wellenlängen des Lasers durchläßt.To avoid interference from other light swell is directly in front of the camera or in front of the lens Filter arranged, which is only light of the wavelengths of the laser passes.
Die CCD-Bildaufnahmeelemente werden unter Steuerung des Mikrokontrollers aus gelesen, und es werden die ausgelesenen Daten einschließlich der Daten entsprechend der jeweiligen vertikalen Position der Lichtstrahlen auf dem Objekt in ei nem RAM (random access memory) des Mikrokontrollers bzw. einem externen Speicher zwischengespeichert und einem Com puter zur Auswertung bzw. Darstellung übertragen.The CCD imaging elements are under the control of the Microcontroller read out, and it will be the read out Data including the data corresponding to the respective vertical position of the light rays on the object in egg RAM (random access memory) of the microcontroller or an external memory and a Com Transfer computer for evaluation or display.
Über eine (nicht dargestellte) Eingabeeinrichtung kann der Abtastvorrichtung eingegeben werden, ob die Abtastung bzw. die Erfassung lediglich einer einzelnen Kontur oder einer Mehrzahl von Konturen des Objekt im Hinblick auf eine räumliche Darstellung gewünscht wird. Dazu wird der Um fangsabtastbereich in den jeweiligen Grenzen sowie die An zahl von Abtastlinien eingegeben. Sind beispielsweise die obere und untere Grenze identisch, so wird auf eine Eingabe der Anzahl von Abtastlinien gleich eins lediglich eine Kon tur des Objekts an der durch die Grenze bestimmten Umfangs position abgetastet, während bei einer Eingabe der Anzahl von Abtastlinien gleich zehn nacheinander zehn verschiedene Konturen des Objekts in jeweils gleichen Intervallen begin nend an der durch die untere Grenze bestimmten Umfangsposi tion abgetastet werden. Im letztgenannten Fall wird die durch die untere Grenze bestimmte Kontur lediglich einmal abgetastet. Das Abtastintervall wird von dem Mikrokontrol ler anhand der Eingabe der Grenzen des Umfangsabtastbe reichs und der Anzahl von Abtastlinien bestimmt.Via an input device (not shown) input to the scanner whether the scan or the acquisition of only a single contour or a plurality of contours of the object with respect to one spatial representation is desired. To do this, the order initial scanning range within the respective limits as well as the start number of scan lines entered. Are for example the Upper and lower limits identical, so one input the number of scan lines equal to just one con structure of the object at the extent determined by the border position scanned while entering the number of scan lines ten in a row ten different ones Contours of the object begin at the same intervals ending at the circumferential position determined by the lower limit tion can be scanned. In the latter case, the contour determined by the lower limit only once scanned. The sampling interval is controlled by the microcontroller based on the input of the limits of the circumferential scan Reichs and the number of scan lines determined.
Ist die Abtastung von mehreren Konturen gewünscht, so steuert der Mikrokontroller den über den Schneckentrieb an den Drehteller gekoppelten Schrittmotor derart an, daß der Drehteller eine definierte Position einnimmt, dort während des Zeitraums der Abtastung der jeweiligen Kontur ver bleibt, danach die nächste definierte Position einnimmt, wiederum während des Zeitraums der Abtastung der jeweiligen Kontur verweilt, usw., bis der gesamte bestimmte Bereich abgetastet ist. Die jeweilige Position des Drehteller be stimmt der Mikrokontroller mittels des zweiten Positionsge bers und des zweiten Sensors. Der Mikrokontroller steuert darüber hinaus den Laser und den Schrittmotor der ersten Ablenkeinrichtung derart an, so daß sowohl der Laser als auch der zugehörige Schrittmotor lediglich während des Ab tastens der Kontur bzw. der Konturen des Objekts betrieben werden.If the scanning of several contours is desired, then the microcontroller controls the via the worm gear the turntable coupled stepper motor so that the Turntable occupies a defined position while there ver the period of the scanning of the respective contour stays, then takes the next defined position, again during the period of scanning the respective Contour lingers, etc. until the entire specific area is scanned. The respective position of the turntable be agrees the microcontroller by means of the second Positionge bers and the second sensor. The microcontroller controls also the laser and the stepper motor of the first Deflection device in such a way that both the laser and the associated stepper motor only during the Ab the contour or contours of the object operated will.
Während der Abtastens der jeweiligen Konturen des Ob jekts oder im Anschluß daran werden die Daten entsprechend der Kontur bzw. der Konturen des abgetasteten Objekts dem Computer übertragen, welcher die ihm übertragenen Daten zwischenspeichert und sie in Abhängigkeit eines Steuerpro gramms zur Darstellung auf dem Bildschirm oder einem Plot ter aufbereitet.While scanning the respective contours of the Ob project or afterwards the data will be corresponding the contour or the contours of the scanned object Transfer computer, which the data transferred to it cached and depending on a tax pro gramms for display on the screen or a plot processed.
Der Computer steuert den Mikrokontroller an, während wie oben dargestellt der Mikrokontroller die übrigen Kompo nenten der Abtastvorrichtung mit Ausnahme des Bildschirms bzw. des Plotters ansteuert.The computer controls the microcontroller while as shown above the microcontroller the rest of the compo elements of the scanner except for the screen or the plotter.
Die Eingabeeinrichtung zur Bestimmung des Abtastbe reichs kann direkt an den Mikrokontroller oder aber über den Computer an den Mikrokontroller gekoppelt sein. Im erstgenannten Fall veranlaßt der Mikrokontroller selbstän dig die Abtastung des bestimmten Bereichs, im letztgenann ten Fall aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung durch den Computer.The input device for determining the scanning reichs can go directly to the microcontroller or via the computer be coupled to the microcontroller. in the in the former case, the microcontroller initiates itself dig the scan of the specific area, the latter th case due to a corresponding control the computer.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist der Mikrokontroller derart ausgebildet, daß er die Daten bezüglich der abgetasteten Kontur bzw. Konturen des Objekts entsprechend einer gewünschten Darstellung auf bereitet und dem Computer die aufbereiteten Daten über trägt.In another embodiment of the present Er Invention, the microcontroller is designed such that it the data relating to the scanned contour or contours of the object according to a desired representation prepares and the computer the processed data wearing.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Ablenkeinrichtung als herkömmliches Linsensystem ausgebildet.According to a further embodiment, the second deflection device as a conventional lens system educated.
Im übrigen sei festgestellt, daß die zweite Ablenkein richtung im Strahlengang vor oder hinter dem Objektiv angeordnet sein kann.Incidentally, it should be noted that the second distraction is not Direction in the beam path in front of or behind the lens can be arranged.
Entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform ist nicht das Objekt um seine Mittelachse, sondern sind Licht quelle, die Ablenkungseinrichtung bzw. die Bildaufnahmeein richtung um das Objekt herum drehbeweglich angeordnet. Des weiteren ist es möglich, die Lichtquelle bzw. die Ablenk einrichtung um ihre eigene Achse derart beweglich anzuord nen und jeweils auszurichten, daß die gegenüberliegende, zugewandte Seite des Objekts linienförmig, vorzugsweise vertikal, abgetastet wird, wobei die abgetasteten Linien parallel zueinander ausgerichtet sind.According to yet another embodiment not the object around its central axis, but are light source, the deflection device or the image acquisition direction around the object rotatably arranged. Of it is also possible to use the light source or the deflection arrangement so movable around its own axis NEN and each align that the opposite, facing side of the object linear, preferably vertically, being scanned, with the scanned lines are aligned parallel to each other.
Claims (25)
einer Lichtquelle (12),
einer ersten Ablenkeinrichtung (16, 32), welche die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Objekts punktförmig projiziert und das Ob jekt geradlinig abtastet bzw. überstreicht,
einer Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche des Objekts projizierten Lichtstrahlen,
einer zweiten Ablenkeinrichtung (30), welche die von der Oberfläche des Objekts reflektierte Lichtstrahlen in eine Ebene ablenkt, und
mindestens einer Bildaufnahmeeinrichtung (18) zur Auf nahme der von der Oberfläche des Objekts reflektierten und in die eine Ebene abgelenkten Lichtstrahlen.1. Scanning device ( 10 ) for scanning and detecting the contour of an object ( 40 ), with:
a light source ( 12 ),
a first deflection device ( 16 , 32 ) which projects the light rays emitted by the light source point-wise onto the surface of the object and scans or sweeps the object in a straight line,
a device for determining the direction of the light rays projected at a point onto the surface of the object,
a second deflection device ( 30 ) which deflects the light rays reflected from the surface of the object into a plane, and
at least one image recording device ( 18 ) for recording the light rays reflected from the surface of the object and deflected into the one plane.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1996115699 DE19615699C2 (en) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Scanning device for scanning the contour of an object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1996115699 DE19615699C2 (en) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Scanning device for scanning the contour of an object |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19615699A1 true DE19615699A1 (en) | 1997-10-23 |
| DE19615699C2 DE19615699C2 (en) | 1999-09-30 |
Family
ID=7791881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1996115699 Expired - Fee Related DE19615699C2 (en) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Scanning device for scanning the contour of an object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19615699C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002022016A2 (en) * | 2000-09-13 | 2002-03-21 | Nextengine, Inc. | Wireless turntable |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2926168C2 (en) * | 1978-09-11 | 1983-03-03 | NGK Insulators Ltd., Nagoya, Aichi | Device for measuring the circumference of an object |
| US4709156A (en) * | 1985-11-27 | 1987-11-24 | Ex-Cell-O Corporation | Method and apparatus for inspecting a surface |
| US5088828A (en) * | 1989-02-28 | 1992-02-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for three-dimensional testing of printed circuitboards |
| DE4107701A1 (en) * | 1991-03-09 | 1992-09-10 | Diehl Gmbh & Co | Optically identifying objects using light sources and detector - subjecting object to radiation from various planes and alternatingly evaluating reflected beams |
| DE4301538A1 (en) * | 1992-03-17 | 1994-07-28 | Peter Dr Ing Brueckner | Method and arrangement for contactless three-dimensional measurement, in particular for measuring denture models |
-
1996
- 1996-04-19 DE DE1996115699 patent/DE19615699C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2926168C2 (en) * | 1978-09-11 | 1983-03-03 | NGK Insulators Ltd., Nagoya, Aichi | Device for measuring the circumference of an object |
| US4709156A (en) * | 1985-11-27 | 1987-11-24 | Ex-Cell-O Corporation | Method and apparatus for inspecting a surface |
| US5088828A (en) * | 1989-02-28 | 1992-02-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and apparatus for three-dimensional testing of printed circuitboards |
| DE4107701A1 (en) * | 1991-03-09 | 1992-09-10 | Diehl Gmbh & Co | Optically identifying objects using light sources and detector - subjecting object to radiation from various planes and alternatingly evaluating reflected beams |
| DE4301538A1 (en) * | 1992-03-17 | 1994-07-28 | Peter Dr Ing Brueckner | Method and arrangement for contactless three-dimensional measurement, in particular for measuring denture models |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002022016A2 (en) * | 2000-09-13 | 2002-03-21 | Nextengine, Inc. | Wireless turntable |
| WO2002022016A3 (en) * | 2000-09-13 | 2002-08-29 | Nextengine Inc | Wireless turntable |
| US6530550B1 (en) | 2000-09-13 | 2003-03-11 | Nextengine, Inc. | Wireless turntable |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19615699C2 (en) | 1999-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE4320059C2 (en) | Optical color scanner | |
| DE69925582T2 (en) | DEVICE AND METHOD FOR OPTICALLY MEASURING THE SURFACE CONTOUR OF AN OBJECT | |
| AT412028B (en) | DEVICE FOR RECORDING AN OBJECT SPACE | |
| EP0578129B1 (en) | Imaging sensor unit | |
| DE19544178B4 (en) | Apparatus for scanning digitizing image templates and method for their operation | |
| DE69728401T2 (en) | ANGLE DETECTION METHOD AND DEVICE FOR BENDING MACHINE | |
| DE3609669C2 (en) | ||
| DE19757849A1 (en) | Scanner for arrangement for optical detection of objects | |
| DE202006005643U1 (en) | Device for three-dimensional detection of a spatial area | |
| DE3802059A1 (en) | OPTICAL SOLID POSITION DETECTING DEVICE | |
| DE69631475T2 (en) | Control of a microscope screen | |
| DE4212404B4 (en) | Apparatus and method for determining the spatial shape of an elongate member | |
| DD292318A5 (en) | DEVICE FOR CONTACTLESS, ROOM MEASUREMENTS | |
| DE19603123A1 (en) | Distance measurement device for detecting distance and direction to obstruction | |
| CH694897A5 (en) | A method for recording an object space. | |
| DE2259762B2 (en) | Process for the automatic evaluation of stereo images | |
| DE10227299A1 (en) | Scanner for optical object detection | |
| EP0270062B1 (en) | Image pick-up device | |
| DE19615699C2 (en) | Scanning device for scanning the contour of an object | |
| DE19829776C1 (en) | Scanner head for optically scanning master documents line by line e.g. for fax machines and copiers | |
| EP0961930B1 (en) | Light-scanning device | |
| DE19615685A1 (en) | Three-dimensional scanner with CCD cameras | |
| DE2535018A1 (en) | SCANNING AND IMAGING DEVICE | |
| DE3022365A1 (en) | Optical scanner using rotating mirror - has narrow cylindrical surface on rotor and equally-spaced flat facets | |
| DE2238816C2 (en) | Electro-optical scanning device for data carriers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |