形状测定方法技术

例如在工业过程中，为了快速及时地确定特别是三维的轮廓，必须对数据的检测和处理进行优化。这通过本发明专利技术的方法实现，其中首先借助位置扫描以有所减小的分辨率粗略地确定光线映像的位置，并据此在传感器上自动定义将所述光线映像完全包含在内的窗口，从而在随后的以较位置扫描更高的分辨率实施的测量扫描中，仅需要从所述窗口读取数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形状测定方法
本专利技术涉及一种3D形状测定方法。
技术介绍
在工业领域中常需要确定反映3维轮廓的形状的数据，特别是定位于原则上平整的基面上的突出部，以便对诸如胶粘剂、点、胶珠、焊缝、涂层等以定义方式施覆的突出部进行品质检查。其中常借助光切法来测定形状数据或者其他与表面形状关联的结果数据，例如突出部的体积。在此情形下，将扇状的、即将仅在一个平面中展开的光束施加至待研究的表面，并且以与照射方向互成一定角度、通常是互成锐角的方式进行观察，从而借助扇状射束在表面上的映像的延伸而识别存在于该表面上的突出部，具体方式为：在线状入射的光束扇形横向超出这个突出部延伸的情况下，观察的映像也能够显示升高。这类(在对象沿横向相对光线运动期间)光线在对象上的单个图像被以短暂的时间间隔反复制造，因此通过将这些单个的纵断面、即扫描相继排列便能测定3维表面形态，以及/或者测定与此关联的参数，如突出部的高度、体积、宽度、位置等。通常需要在对象的制造过程中及时检测多数以人工方式施覆的突出部，因此，例如在对象以600m/min的速度在光线下穿过的情况下，这个轮廓测定需要有非常高的识别速度和处理速度。在例如通过市售的512×512像素的平面传感器以30Hz、即以每秒30次扫描的方式进行检测的情况下，若每个像素仅对应一个数据组，则每秒需要处理近八百万个数据组。但一个数据组至少由两个单独的数据字段(位置和光强度)构成，也可能由两个以上数据字段构成。与此对应地，限制量既可以是由光传感器决定的各扫描之间的最小时间，也可以是通过下游分析单元对如此测定的图像数据的处理速度。各扫描之间的最小时间是传感器的总是需要并且总体上总是长度相同的曝光时间与将图像数据从光传感器读取至下游处理单元所需的时间的总和，其中视传感器类型而定，这个读取时间可能取决于读取的数据组、即读取的像素的数目。就此而言，需要区分不同类型的平面式光传感器：-就近乎所有平面式光传感器而言，均能在开始读取前设定：仅需要读取平面式光传感器的通常呈栅格状布置的像素的特定行和/或列的图像数据，或者，仅需要读取特定在开始读取前、特别是在制造照片前尤其是依据行编号和列编号定义的位于传感器平面内的读取窗口的图像数据。-就特定的传感器类型而言，能够从在光线的例如沿行方向延伸的线状映像的末端中的一个上读取图像数据开始，并且根据测定的这个映像的起点的位置和延伸趋势，在后续延伸中持续地先仅对图像数据的一个相对较小的横向于映像的走向延伸的窗口范围进行定义和读取，即对基于在先前的窗口区域中的位置而推断映像的位置所处的区域进行定义和读取。借助这两个传感器类型均能将在每次扫描中待读取的图像数据的量保持在尽可能低的水平，但后一传感器类型经常不可用或者无法借助预期的参数使用，或者具有其他缺点。读取的图像数据的处理速度一方面取决于待处理的数据量，另一方面取决于处理操作的类型及其数目。在理想情形下，用于处理一个扫描的数据量的时间与各扫描之间的最小时间一样短或比其更短，或者，至少各扫描的相继的将数据读入处理单元的操作之间的、由处理过程给定的最小时间与各扫描之间的最小时间一样短或比其更短，具体方式为：如此依序处理读取的图像数据，使得各处理阶段的时间需求均低于扫描之间的最小时间。就结果而言，如此产生的扫描频率应如此之高，使得在待观察的对象(即生产机械等)的最大运行速度下，以如此短的相继空间距离在对象上实施各扫描，从而能够近乎无缝地检验关注的表面数据。为了例如保持对在过程中施覆于表面上的胶珠的检查，沿这个胶珠每……mm执行一次扫描，并测定胶珠在每个单独的扫描中具有的高度、宽度和/或横截面积。因此，尽管胶粘剂与施覆胶珠的喷嘴的惯性特性不相容，仍避免了胶珠中的对之后的粘合连接品质造成影响的缺陷部位。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，特别是就这类平面式传感器而言实现尽可能高的扫描速度，针对仅从在所述传感器上定义的读取窗口进行的选择性的数据读取，所述扫描速度实现或者有助于在实施扫描前、即在通过传感器进行记录前定义所有窗口。本专利技术用以达成上述目的的解决方案为权利要求1和15的特征。优选实施方式参阅从属权利要求。以已知的借助光切三角测量法非接触式测定对象的三维表面轮廓的表面数据的方法为基础，其中借助扇状光束将光线施加在轮廓上，并且借助平面式传感器以不同于发射角度的观察角度制造记录，其在平面式传感器上产生线状映像，据此能够基于所有相关组件的已知布局测定光线在对象上的三维延伸，并且能够根据多个并排的光线和线状映像确定对象的整个表面轮廓。本专利技术的方法的基本构思在于，在测量扫描中仅读取来自所述光传感器的图像数据的一部分。这样便减小了读取时间以及两个相继的扫描之间的最小时间，并且主要是减小待处理的数据量，这使得整个后续数据处理的时间需求减小。就此而言已知的是，在平面式传感器上定义读取窗口，其相互连接或者相互略微重叠，并且具有如此的布局和尺寸，使得光线的线状映像完全位于由所述窗口构成的窗口区域内，并且仅从窗口区域、即平面式传感器的由窗口的总和定义的面读取图像数据。但就已知的解决方案而言：-或是基于前一扫描以及确定的线状映像在传感器上的位置，为每个下一个扫描定义窗口；-或是在一个新的扫描中在线状映像的一段确定其位置，在该处定义第一窗口，并且基于确定的线状映像在第一窗口中的延伸方向依次(优选在读取操作期间才进行)就大小和位置定义随后的窗口，但这意味着相对较高的计算量和耗时。这些方案的另一缺点在于，除线状映像以外，不识别传感器上存在的位于线状映像旁的经照亮的区域，特别是当线状映像无间隙连贯存在的情况下，并且即便在光线中出现间隙的情况下，也很难为下一扫描定义相关窗口。有鉴于此，根据本专利技术的如下进行操作：首先确定传感器哪里存在经照亮的区域、即映像，其可能是除连贯的线状映像以外的因反射或其他特质而造成的、需要识别的映像分量。为此，首先实施所谓的位置扫描，从而就位置以及优选就外形而言测定传感器上存在的所有经照亮的面。这个位置扫描不被用作测量扫描，即不被计入反映工件表面的待测定轮廓的结果数据。基于在所述位置扫描中测定的线状映像的位置，即特别是延伸，以及基于外形，特别是宽度，为下一测量扫描自动如此定义读取窗口，使得所述读取窗口特别是沿线状映像的延伸方向相互连接或者优选重叠，以及，这个窗口区域总体上包含整个线状映像。对于所述位置扫描而言，尽管检测传感器的整个面的数据，但仍尝试例如通过以下方式加快数据量和/或分析过程：第一个方法是，以小于测量扫描的分辨率实施位置扫描。在测量扫描中通常从定义的区域读取所有像素的亮度值(并且当然读取在传感器上的位置)。在采用针对位置扫描的有所减小的分辨率时，不读取所有像素的亮度值，而是仅读取像素中的仍总是能够以足够的精度反映线状映像的位置、即特别是延伸和外形的一部分，至少足以以此为基础为随后的测量扫描自动定义针对尚待读取的数据的读取窗口。第一方案为，将紧邻的像素整合成一个像素组并作为单独一个虚拟像素处理。特别是可以将四个通常在一个直角栅格中相对彼此布置的、共同构成一个正方形的像素整合成单独一个虚拟像素，或者也可以采用位于具有四像素边长的正方形中的十六个像素。例如可以将经整合的像素组(即在此为正方形)的中心用作虚拟像素的位置，或者也可以采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种借助光切三角测量法非接触式测定对象(1)的表面数据、例如表面轮廓(2')的方法，具体方式为：a)将至少一个扇状光束(3')沿发射方向(17)指向所述对象(1)的表面(2)；b)其中检测器装置(6)的视向(5)与所述光束(3')的发射方向(17)互成三角测量角(α)；c)通过包括平面式光传感器(12)的所述检测器装置(6)将在所述表面(2)上产生的光线(3)以单像的形式作为光线(3)的线状映像(4)记录，并且保存作为光线(3)的单像原始数据(10)；d)以沿与光线(3)的延伸方向(8)横交的运动方向(7)依据定义错开的方式，将这个根据步骤c)的单像测定相继实施多次，并由此根据如此获得的光线(3)的单像原始数据(10)计算、特别是累加出描述整个表面轮廓(2')的结果数据；其特征在于：e)特别是以有所减小的分辨率实施一个根据步骤c)的单像测定以作为位置扫描，其中根据因所述位置扫描获知的位置和所述线状映像(4)在平面式光传感器(12)上的外形，在所述传感器(12)上如此自动定义窗口(50)、特别是沿线状映像(4)的延伸方向相互重叠的窗口(50)，使得这些窗口分别包含线状映像(4)的一部分并总体上包含整个线状映像(4)；f)随后以比位置扫描中更高的分辨率实施至少一个根据步骤c)的单像测定以作为测量扫描，其中仅从所述窗口(50a、b)读取窗口原始数据(10a、b)，并将其整合成单像原始数据(10)，其对应位于传感器(12)上的整个线状映像(4)；g)在根据步骤d)测定描述整个表面轮廓(2')的结果数据时，仅使用根据特征f)的测量扫描的单像原始数据(10)。(减小分辨率)...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.11 DE 102015121673.61.一种借助光切三角测量法非接触式测定对象(1)的表面数据、例如表面轮廓(2')的方法，具体方式为：a)将至少一个扇状光束(3')沿发射方向(17)指向所述对象(1)的表面(2)；b)其中检测器装置(6)的视向(5)与所述光束(3')的发射方向(17)互成三角测量角(α)；c)通过包括平面式光传感器(12)的所述检测器装置(6)将在所述表面(2)上产生的光线(3)以单像的形式作为光线(3)的线状映像(4)记录，并且保存作为光线(3)的单像原始数据(10)；d)以沿与光线(3)的延伸方向(8)横交的运动方向(7)依据定义错开的方式，将这个根据步骤c)的单像测定相继实施多次，并由此根据如此获得的光线(3)的单像原始数据(10)计算、特别是累加出描述整个表面轮廓(2')的结果数据；其特征在于：e)特别是以有所减小的分辨率实施一个根据步骤c)的单像测定以作为位置扫描，其中根据因所述位置扫描获知的位置和所述线状映像(4)在平面式光传感器(12)上的外形，在所述传感器(12)上如此自动定义窗口(50)、特别是沿线状映像(4)的延伸方向相互重叠的窗口(50)，使得这些窗口分别包含线状映像(4)的一部分并总体上包含整个线状映像(4)；f)随后以比位置扫描中更高的分辨率实施至少一个根据步骤c)的单像测定以作为测量扫描，其中仅从所述窗口(50a、b)读取窗口原始数据(10a、b)，并将其整合成单像原始数据(10)，其对应位于传感器(12)上的整个线状映像(4)；g)在根据步骤d)测定描述整个表面轮廓(2')的结果数据时，仅使用根据特征f)的测量扫描的单像原始数据(10)。(减小分辨率)2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤e)中：e1)使用、特别是读取所述整个平面式光传感器(12)的单像原始数据(10)，其因而至少反映整个线状映像(4)；e2)根据所述单像原始数据(10)产生就数据量而言有所减小的单像紧凑数据(10')，其仍以有所减小的精度反映所述线状映像(4)的位置和外形。(像素合并)3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述位置扫描中相对于所述单像原始数据(10)减小所述单像紧凑数据(10')的分辨率，具体方式为：将所述单像原始数据(10)的相互紧邻的像素的像素组的曝光值，特别是在正方形中相邻的像素，特别是4或16个在正方形中相邻的像素整合成单独一个充当所述单像紧凑数据(10')的一部分的虚拟像素(P*)，其中：或是采用所述虚拟像素(P*)在所述经整合的像素组的中心的位置，以及虚拟像素(P*)的形式为像素组的所有像素的平均值或总和值的亮度值；或是采用虚拟像素(P*)在观察的像素组的具有最高亮度值的像素的位点处的位置，以及虚拟像素(P*)的与像素组的这个最亮像素的亮度值对应的亮度值，以及相互间隔一定距离的虚拟像素(P*)，其构成反映所述线状映像(4)的位置和外形的单像紧凑数据(10')，其中：特别是通过充当线状映像(4)的虚拟部件的笔直的连接线使用相邻虚拟像素(P*)之间的间隙。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在从所述传感器(12)读取数据前，便已在模拟区块中，即在传感器(12)中确定所述虚拟像素的位置和亮度值。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，沿所述平面式传感器(2)的延伸方向(12.1、12.2)中的每一个，分别仅读取每五个、优选每十个像素中的一个，并将其用于所述单像紧凑数据(10')。(测量扫描的更高的分辨率)6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将以下用作所述测量扫描的比所述位置扫描更高的分辨率或是使用所述单像原始数据(10)的完整分辨率，或是使用定义的为用于位置扫描的有所减小的分辨率的数倍的分辨率。(一个位置扫描后的测量扫描的数目)7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在每个测量扫描后重新实施一个位置扫描。(采样)8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在每个测量扫描后，检查这个测量扫描是否产生无间隙的线状映像(4)，且在并非如此的情况下：或是实施一个新的位置扫描；或是沿所述传感器(12)的两个延伸方向(12.1、12.2)中主要与所述线状映像(4)的延伸方向(4')横交的那一个，将完整包含映像(4)的间隙的窗...

【专利技术属性】
技术研发人员：马赛厄斯·赖特尔，
申请(专利权)人：智能射线股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE