识别物体表面点或区域的方法、光学传感器以及存储介质技术

识别物体表面点或区域的方法、光学传感器以及存储介质。针对特定光学测量来确定物体性质。一种识别具有特定测量性质的待测量的物体的表面点或区域(14、15)以用于利用光学传感器(10)对相应点或区域(14、15)进行光学测量的方法，光学传感器(10)提供限定的测量条件，测量条件至少关于为限定的空间关系的测量光的发射和反射测量光的接收。该方法包括：限定物体的关注点或区域(14、15)，针对期望的光学测量来确定限定的点或限定的区域(14、15)的光学性质，并基于该光学性质来导出物体信息。

【技术实现步骤摘要】
针对特定光学测量来确定物体性质
本专利技术总体上涉及用于为了表面的特定三角测量而表征物体的表面(特别是关于表面的反射性质)的方法和装置。
技术介绍
通常的做法是，在例如坐标定位设备(诸如坐标测量机(CMM))上检查生产之后的工件，以检查预定物体参数(比如，物体的尺寸和形状)的正确性。而且，对未知物体的表面的检测在许多工业应用中受到关注。这样的测量典型地还可以利用坐标测量机或任何其它合适类型的扫描装置来提供。在传统的3D坐标测量机中，支持探头(probehead)沿着三个相互垂直的轴(在X、Y和Z方向上)移动。由此，可以将探头引导到坐标测量机的测量体积的空间中的任意点，并且能用探头所携带的测量传感器(探测单元)来测量物体。这样的探测单元可以被设计为例如基于三角测量原理来提供表面测量的触觉探针或光学传感器。在简单形式的机器中，与每个轴平行安装的合适换能器能够确定探头相对于该机器基部的位置，并因此确定正被传感器照射的物体上的测量点的坐标。为了提供探头的可移动性，典型的坐标测量机可以包括在其上布置探头的框架结构和用于将框架结构的框架组件彼此相对地移动的驱动装置。使用光学传感器的优点在于，光学传感器不接触部件，并因此在测量期间不会像使用触觉探针的情况那样变形或者受损。使用结合CMM的线三角测量装置来测量表面的优点是，可以确定通过一个时间步长接收到的距离信息的量(即，沿着整个投射三角测量线的距离值)并且可以导出相应的坐标。因此，通过沿着所期望的测量路径移动传感器，可以显著更快地完全扫描待测量的物体。在过去的20年，对于在工作场所进行的非重复性测量任务而言，通常包括用每个联动装置一个或两个旋转轴并且总共6个或7个轴联接在一起的四个区段的手动操作的便携式CMM系统(例如，铰接臂CMM)受到欢迎。线三角测量装置也被用在这样的便携式CMM上，以大幅增加数据采集速度。使用三角测量单元的其它便携式测量装置包括光学跟踪系统，这些系统使用多个相机来跟踪探针的位置和取向，或者是其中使用附加相机来跟踪探针的旋转轴的干涉距离跟踪装置。线三角测量传感器的其它应用包括固定安装，其中，物体被放置在传感器(一个或多个)前方，并且对静态物体进行单一线测量，使得可以在单个步骤中采集部件的关键特征，而无需昂贵定位系统。此外，用于提供表面的形貌测量的装置可以被实施为包括三角测量传感器的(手持式)装置，其中，手动地或由自动机械(robot)沿着待测量表面引导该装置，并且在移动该装置的同时由传感器来获取距离数据。另外，可以在全局坐标系统中连续确定(例如，跟踪)这样的装置的位置和/或取向，从而使得能够确定对应于物体的表面的绝对坐标。通常，三角测量提供了用于以快速且精确的方式扫描表面的方法。基于该原理工作的测量装置例如从DE102004026090A1或WO2011/000435A1获知。具体来说，在待测量的物体上生成由激光单元生成的线(例如通过沿着这样的线移动激光点或者通过提供激光扇)，并且由相机检测从表面反射的光，该相机由感光图像传感器(光检测器)和控制图像传感器并读出图像的电子器件组成。捕获反射光的图像，并且根据检测到的线的轮廓导出距离信息。基于此，可以确定物体表面的形貌。对于具有高精度的三角测量，必须提供相应反射光的照射和检测，这包括需要的照射水平和对光信息的适当检测。为了调节照射使得反射光到达检测器，从而满足其相应检测性质(例如，信噪比和饱和极限)，WO2011/000435A1公开了提前照射以确定测量光的合适照射水平的方法。WO2007/125081A1公开了根据相机检测到的强度来主动控制照射光的功率的其它方法。然而，在关于它们的反射性质显著不同的待照射区域的情况下，仍然存在在投射激光线的整个宽度上提供可用信号的问题。具体地，由于朝向图像传感器的反射光的强烈不均匀性，难以测量具有低粗糙度的表面(即，诸如铬的镜状表面)。在这种情况下，合适的照射仍然将达到其极限，因此，所导出的距离数据的精度将更低。因此，仍然存在以下问题：识别物体上的针对投射测量光提供优良反射率的区域和(例如由于双重反射而导致的)可能难以测量的其它区域。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种使得能够确定在待测量的物体处的测量条件的改进方法和相应的三角测量装置。本专利技术的另一个目的是提供一种用于检测在物体处的双重反射的对应方法。条纹投影是这样的一种三角测量技术：通过在投影仪和相机相对于工件静止的同时投射区域覆盖图案序列，在短时间内获取大量3D点。通常，图案是与基线方向垂直的“条带”，并且该序列针对每个方向定义唯一的二值编码，使得可以通过分析每个单独相机像素上的时间签名来对照射方向进行解码。通常，通过正弦“相移”编码来补充二值编码，该正弦“相移”编码使细条带相对移动小增量，以使得能够进行子像素精确编码，而不必投射具有太高空间频率的图案。图1示出这样的相移编码的示例，其中，在投影仪像素列上示出了图案序列及它们的编号。另外一种已知图案序列由在空间频率上具有小差异的两个高频正弦图案组成，这两个高频正弦图案均相移。因为高频条带的对比度在反射之后显著减小，这样的图案较少受漫射或“半光亮”内部反射影响。条纹投影传感器具有至少一个投影仪和至少一个相机。一些传感器具有两个相机和一个投影仪，因为这允许即使投影仪是不稳定的(例如，由于自发热)也在两个相机之间进行高精度三角测量，具有高透镜畸变等。使用高质量(＝稳定)投影仪，所提到的2+1设置还可以通过执行在全部三对装置之间的三角测量，来增加围绕边缘和在光亮表面上的覆盖范围。在投影一条线的情况下，对于一个相机或投影仪中的每个光像素，在第二相机中存在对应的“核线(epipolarline)”。核线是由像素位置限定的投影的图像，并且在搜索第二相机中的匹配时，可以由此将搜索限制到该线。由于直接从该关系得知一个自由度，因此只需要“沿着基线”来编码投影图案。在另一个方向上，图案可以是恒定的“条带”。由于针对不同条带的编码可以不是“正交的(orthogonal)”，因此在工件上的反射造成多个编码重叠的情况下难以提取有用的信息。例如，一个投影仪像素列可发射强度编码010101和另一个强度编码011001。如果这些编码以相等权重叠加，则检测到的编码将是021102并且将不能排除例如不正确的叠加011101+010001的可能性。在甚至更差的情况下，叠加后的编码在强度上没有变化(例如，100+010＝110)，因此将甚至不能检测到存在反射。幸运的是，发生这种情况的风险会随着编码长度而减小，因此对于8位编码而言，该风险可以被限制到10％。另外两种类型的三角测量传感器是激光线三角测量传感器和激光点三角测量传感器。因为一次只照射一条线或甚至一个点，这两种类型都在涉及处理内部反射时具有超过条纹投影的根本优点。在第一种情况下，反射通常变成在空间上与一次信号分开，并且可以通过(有意义的(non-trivial))图像处理来去除。在第二种情况下，多数二次反射甚至不在单线相机的视野中，并因此自动地被忽略。虽然在核面(epipolarplane)内的反射是可能的，但反射光有更大的可能性来自另一些平面。为了检测这样的反射，可用沿着基线(而不是与之交叉)延伸的条纹执行第二次扫描。如果检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种识别具有特定测量性质的物体表面点或区域(14、15、24、25)以用于利用光学传感器(10)，特别是利用基于三角测量的条纹或图案投影光学传感器对相应点或区域(14、15、24、25)进行光学测量的方法，所述光学传感器(10)提供限定的测量条件，所述限定的测量条件至少关于为限定的空间关系的测量光(ID)的发射和反射测量光(IR)的接收，所述方法包括：·限定所述物体的关注点或区域(14、15、24、25)，·针对使用所述光学传感器(10)的特定光学测量，来确定与限定的所述点或限定的所述区域(14、15、24、25)的至少一部分的外观相关的表面性质，以及·基于所述表面性质，利用所述限定的测量条件来导出关于可测量性的物体信息，所述物体信息表示关于由于所述表面性质和所述测量条件而导致的对所述特定光学测量的预期影响的信息，其特征在于，通过以下步骤来执行对所述表面性质的确定·使用所述光学传感器(10)通过以下处理来对所述点或所述区域(14、15、24、25)进行光学预测量□使用能由所述光学传感器(10)发射的所述测量光(ID)，来照射所述点或所述区域(14、15、24、25)的至少一部分，□利用所述光学传感器(10)来捕获通过照射所述物体而导致的在所述物体处的至少一个照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)的至少一个图像，以及□针对所述光学传感器(10)的所述测量条件关于位置和/或外观无歧义性，对所述至少一个照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)进行分析，和/或·通过以下处理来对待测量的所述物体的数字模型(40)进行分析□根据所述物体相对于所述光学传感器(10)的取向，数字化地对准所述数字模型，以及□关于利用所述测量光(ID)在所述物体相对于所述光学传感器(10)的所述取向上的照射，基于所对准的模型来确定所述点或区域(14、15、24、25)的外观性质。...

【技术特征摘要】
2016.06.17 EP 16174909.81.一种识别具有特定测量性质的物体表面点或区域(14、15、24、25)以用于利用光学传感器(10)，特别是利用基于三角测量的条纹或图案投影光学传感器对相应点或区域(14、15、24、25)进行光学测量的方法，所述光学传感器(10)提供限定的测量条件，所述限定的测量条件至少关于为限定的空间关系的测量光(ID)的发射和反射测量光(IR)的接收，所述方法包括：·限定所述物体的关注点或区域(14、15、24、25)，·针对使用所述光学传感器(10)的特定光学测量，来确定与限定的所述点或限定的所述区域(14、15、24、25)的至少一部分的外观相关的表面性质，以及·基于所述表面性质，利用所述限定的测量条件来导出关于可测量性的物体信息，所述物体信息表示关于由于所述表面性质和所述测量条件而导致的对所述特定光学测量的预期影响的信息，其特征在于，通过以下步骤来执行对所述表面性质的确定·使用所述光学传感器(10)通过以下处理来对所述点或所述区域(14、15、24、25)进行光学预测量□使用能由所述光学传感器(10)发射的所述测量光(ID)，来照射所述点或所述区域(14、15、24、25)的至少一部分，□利用所述光学传感器(10)来捕获通过照射所述物体而导致的在所述物体处的至少一个照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)的至少一个图像，以及□针对所述光学传感器(10)的所述测量条件关于位置和/或外观无歧义性，对所述至少一个照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)进行分析，和/或·通过以下处理来对待测量的所述物体的数字模型(40)进行分析□根据所述物体相对于所述光学传感器(10)的取向，数字化地对准所述数字模型，以及□关于利用所述测量光(ID)在所述物体相对于所述光学传感器(10)的所述取向上的照射，基于所对准的模型来确定所述点或区域(14、15、24、25)的外观性质。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学预测量包括·在相应照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)在所述物体处的所述至少一个图像中，确定至少一个图像位置，·针对所述光学传感器(10)的所述测量条件，检查所述至少一个图像位置的位置可信度，以及·基于所检查的位置可信度，来生成位置无歧义性信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，·生成所述至少一个照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)的图像数据，所述图像数据包括所述至少一个照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)根据至少两个不同姿势在所述物体处的至少两个图形表示，·对于所述图形表示中的每个，确定相应照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)在所述物体处的所述至少一个图像位置，·关于所述测量条件针对一致性检查所述图像位置。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，·基于所述测量光(ID)的照射方向来检查所述图像位置是否表示共同照射，和/或·将通过基于所述图像位置的基于三角测量的确定特别是利用摄影测量导出的空间位置，与所述测量光(ID)的照射轴或照射平面的位置进行比较，特别是检查通过所述基于三角测量的确定导出的所述空间位置是否位于所述照射轴或所述照射平面上。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述点或区域(14、15、24、25)的照射由以下形式的所述测量光(ID)来提供·光线，特别是具有彼此横向地、特别是彼此正交地排列的至少两条线的线图案，·光图案(30)，·光斑(Lr、Li、LD、LR)或·具有空间连续的亮和暗照射区域的精细图案(30)。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述光学预测量包括·根据限定的扫描路径，特别是在限定的扫描方向上，使所述测量光(ID)在所述物体上移动，·连续地检测由移动的测量光导致的照射的位置，·导出所述照射在所述物体处的移动路径，特别是物体移动方向，·将所述扫描路径与导出的所述移动路径进行比较，·基于所述比较来生成位置无歧义性信息。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，所述光学预测量包括·对捕获到的所述至少一个照射的对比度和/或强度进行分析，·将所述对比度和/或所述强度与相应参考值进行比较，以及·基于所述比较来生成外观无歧义性信息，特别是其中，所述参考值由捕获到的所述照射(Lr、Li、LD、LR、21i、21r、22i、22r、30)中的一个的对比度水平来限定。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，通过以下步骤来限定所述关注点或区域(14、15、24、25)·在所述物体的第一相机视图中限定第一多边形，以及·在所述物体的第二相机视图中限定第二多边形，其中，所述第一多边...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·斯蒂格瓦尔，托马斯·延森，
申请(专利权)人：赫克斯冈技术中心，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH