用于光学地形状检测和/或检查物体的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的方法，具有以下步骤：将至少一个相机(K)、至少一个线形照明元件(B1，B2)和物体(G)相对于彼此布置为，使得物体表面(3)能被至少一个照明元件照明并能被相机(K)拍摄；至少在两个从组中选出的元件之间产生相对运动，该组包括物体(G)、至少一个照明元件(B1，B2)和相机(K)，其中，运动方向与至少一个照明元件(B1，B2)围合出不等于0°的角度；在相对运动期间，利用相机(K)拍摄物体表面(3)的图像序列(11)，其中，物体表面(3)在相机(K)的图像平面中成像；在图像平面曝光期间，利用至少一个照明元件(B1，B2)照明物体表面(3)；以及依据物体表面(3)的局部表面倾斜度和/或局部光学特性来评估所拍摄的图像序列(11)。

【技术实现步骤摘要】
用于光学地形状检测和/或检查物体的方法和设备本申请是申请人萨科希瑞斯先进控制有限公司的国际申请日为2014年7月1日、进入中国国家阶段日期为2016年3月1日的、专利技术名称为"用于光学地形状检测和/或检查物体的方法和设备"、中国国家申请号为201480048259.1(国际申请号为PCT/EP2014/063958)的PCT进入中国的专利技术申请的分案申请。
本专利技术涉及一种根据权利要求1所述的用于光学地形状检测和/或检查物体的方法，以及一种根据权利要求9所述的用于光学地形状检测和/或检查物体的设备。特别地，根据本专利技术的方法和根据本专利技术的设备适用于形状检测和/或检查具有光学粗糙表面和/或具有光泽表面直到光学光滑表面的物体。
技术介绍
用于光学地形状检测物体的设备和方法是已知的。存在许多测量原理，利用这些测量原理可以在光学途径上检测出物体的三维形状。●三角测量法：激光切割方法条纹投影法立体方法摄影测量法光度立体法和“明暗成形法(英文：shapefromshading)”光度偏转测量法其他的偏转测量法●干涉法：激光干涉法白光干涉法全息摄影法●运行时间法：光源的高频调制光学粗糙表面定义为，它们具有明显高于可见光波长(大致0.5微米)的粗糙度，而光学光滑表面具有远低于该波长的粗糙度。由于这种特性，光学粗糙表面表现出光的不定向的扩散式散射。对此的例子是纸、粉笔、毛玻璃等。与之相反，光学光滑表面以定向方式反射或透射入射光。这些光学光滑表面能够产生其周围环境的光学映像。作为示例可以提到的是平面的或成拱形的反射镜和抛光的金属和玻璃表面(透镜)。此外，以概念“光泽”来说明如下的表面，这些表面的光学粗糙度处于光学粗糙表面和光学光滑表面之间的过渡区域中。光学粗糙表面、光泽表面和光学光滑表面均在技术上具有高度的重要性。对于光学粗糙表面而言，存在很多种光学3D传感器。最广泛使用的方法中的一种方法是基于条纹图案的投影。图案从一个方向投影并从另一方向通过相机观察。对于相机而言，这些条纹根据观察到的物体的形状的不同而表现出或多或少地变形。由条纹的变形可以反推出物体的形状。对于光泽表面，特别适用的是光度偏转测量的方法(EP1567827A1)。同样地对于光学光滑表面而言已知多个能够实现形状检测的方法。为了测试简单的表面形状，例如平面的或球形的面(透镜、反射镜等)，主要使用干涉测量的方法。在复杂成形的面、例如非球面的情况下使用哈特曼法和夏克哈特曼测试。在此，人们观察细的射线束通过待测量物体的偏向。其他方法观察在物体表面上反射或透射的光栅图案或条纹图案。根据物体表面的形状的不同，光栅或条纹或多或少表现出变形。为了分析所述光栅图案何种程度地变形，可以在观察中使用第二光栅。这里，特别谈到的是闪光法(Moirée-Verfahren)。所有这些前面提到的方法可以总结为偏转测量方法。对它们来说共同的是：这些偏转测量方法确定射线转向并从中推断出表面的形状。偏转测量方法基于反射定律或折射定律，所述定律描述了入射射线、表面法线和反射或透射射线之间的关系。迄今为止，还无法仅利用一个设备或者说一种方法来进行光学粗糙物体、光泽物体和光学光滑物体的形状检测和/或检查。一个在技术上重要的例子是在汽车制造中的涂漆构件、特别是车身涂漆表面的监控。根据漆的类型的不同，在这里出现从扩散式散射(光学粗糙表面)经过光泽部分直到镜面反射部分。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提出一种方法和一种设备，它们同样地适用于具有光学粗糙表面、光泽表面或光学光滑表面的物体的形状检测和/或检查。所述方法和所述设备特别适用于在技术上特别重要的光泽表面和光学光滑表面。该目的通过提供具有权利要求1的步骤的方法来解决。在此情况下，至少一个相机、至少一个线形照明元件和物体相对于彼此布置为，使得物体表面、即所述物体的表面可以由至少一个照明元件来照明并且可以由相机拍摄。在至少两个元件之间产生相对运动，其中，这些元件从包括物体、至少一个照明元件和相机的组中选出。这特别是意味着，可以在物体与至少一个照明元件之间、在物体与相机之间、在至少一个照明元件与相机之间、在物体与由至少一个照明元件和相机组成的固定设施之间、在至少一个照明元件与由物体和相机组成的固定设施之间、在相机与由物体和至少一个照明元件组成的固定设施之间产生相对运动，或者以如下方式产生相对运动，即，使所有三个元件，即物体、至少一个照明元件和相机相对彼此相对运动。相对运动的运动方向与所述至少一个照明元件围合出不等于0°的角度。在相对运动期间，利用相机拍摄物体表面的图像序列。在此，在相机的图像平面中成像出物体表面。在该图像平面曝光期间，物体表面通过至少一个照明元件被照明。依据物体表面的局部表面倾斜度和/或局部光学特性，特别是依据其散射特性来评估所拍摄的图像序列。优选地，这种评估通过将图像平面中的最大照明强度的图像部位配属给物体表面上的物体部位来实施，所述图像部位可以在图像序列中是不同的。最大照明强度的图像部位与配属给这些图像部位的物体部位对应，这一方面是通过由相机提供的成像，并且另一方面是通过所述配属，其方式是，给每个观察到的物体部位配属最大照明强度的图像部位。对于每个观察到的物体部位，优选由图像平面中的对应图像部位的位置来计算出局部表面倾斜度。在此示出的是，在该方法的范畴中已经可以在仅使用一个照明元件的情况下获取关于物体沿一方向的表面倾斜度的信息。此外，一个照明元件原则上足以获取关于局部光学特性、特别是散射特性的信息，并且特别是由此能够探测出表面缺陷，例如表面的刮痕或局部变形。如果使用至少两个照明元件，则可以获取关于沿两个方向的表面倾斜度的信息。该任务特别是也通过提供具有以下步骤的方法得以解决：至少一个相机、至少两个线形照明元件和物体相对彼此布置为，使得物体表面、即所述物体的表面可以由所述照明元件照明并且可以由相机拍摄。这些照明元件彼此围合出不等于0°的角度。在至少两个元件之间产生相对运动，其中，这些元件从包括物体、照明元件和相机的组中选出。这特别是意味着，可以在物体与照明元件之间、在物体与相机之间、在照明元件与相机之间、在物体与由照明元件和相机组成的固定设施之间、在照明元件与由物体和相机组成的固定设施之间、在相机与由物体和照明元件组成的固定设施之间产生相对运动，或者以如下方式产生相对运动，即，所有三个元件，即物体、照明元件和相机相对彼此相对运动。相对运动的运动方向与至少一个照明元件围合出不等于0°的角度。在相对运动期间，利用相机拍摄物体表面的图像序列。在此，在相机的图像平面中成像出所述物体表面。在该图像平面曝光期间，物体表面通过这些照明元件中至少一个照明元件来照明。依据物体表面的局部表面倾斜度和/或局部光学特性，特别是依据其散射特性来评估所拍摄的图像序列。优选地，这种评估通过将图像平面中的最大照明强度的图像部位配属给物体表面上的物体部位来实施，所述图像部位可以在图像序列中是不同的。最大照明强度的图像部位与配属给图像部位的物体部位对应，这一方面是通过由相机提供的成像，并且另一方面是通过所述配属，其方式是，给每个观察到的物体部位配属最大照明强度的图像部位。对于每个观察到的物体部位，优选由图像平面中的对应图像部位的位置来计算出局部表面倾斜度。特别优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的方法，具有以下步骤：‑将至少一个相机(K)、至少一个线形照明元件(B1，B2)和物体(G)相对于彼此布置为，使得物体表面(3)能被至少一个照明元件照明并能被所述相机(K)拍摄；‑至少在两个从组中选出的元件之间产生相对运动，所述组包括所述物体(G)、所述至少一个照明元件(B1，B2)和所述相机(K)，其中，运动方向与所述至少一个照明元件(B1，B2)围合出不等于0°的角度；‑在所述相对运动期间，利用所述相机(K)拍摄所述物体表面(3)的图像序列(11)，其中，所述物体表面(3)在所述相机(K)的图像平面中成像；‑在所述图像平面曝光期间，利用所述至少一个照明元件(B1，B2)照明所述物体表面(3)；以及‑依据所述物体表面(3)的局部表面倾斜度和/或局部光学特性来评估所拍摄的图像序列(11)。

【技术特征摘要】
2013.07.01 DE 102013212827.4;2014.05.05 DE 10201421.一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的方法，具有以下步骤：-将至少一个相机(K)、至少一个线形照明元件(B1，B2)和物体(G)相对于彼此布置为，使得物体表面(3)能被至少一个照明元件照明并能被所述相机(K)拍摄；-至少在两个从组中选出的元件之间产生相对运动，所述组包括所述物体(G)、所述至少一个照明元件(B1，B2)和所述相机(K)，其中，运动方向与所述至少一个照明元件(B1，B2)围合出不等于0°的角度；-在所述相对运动期间，利用所述相机(K)拍摄所述物体表面(3)的图像序列(11)，其中，所述物体表面(3)在所述相机(K)的图像平面中成像；-在所述图像平面曝光期间，利用所述至少一个照明元件(B1，B2)照明所述物体表面(3)；以及-依据所述物体表面(3)的局部表面倾斜度和/或局部光学特性来评估所拍摄的图像序列(11)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用至少两个线形照明元件，其中，所述照明元件(B1，B2)彼此围合出不等于0°的角度，其中，所述运动方向与所述至少两个照明元件(B1，B2)中的至少一个照明元件围合出不等于0°的角度，其中，在所述图像平面曝光期间，利用所述照明元件(B1，B2)中的至少一个照明元件照明所述物体表面(3)。3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于以下步骤：-将所述图像平面中的最大照明强度的对应图像部位(15)配属给所述物体表面(3)上的能在所述图像序列(11)中区分的物体部位(7)；以及-由所述图像平面中的分别对应的图像部位(15)的位置，计算出所述物体部位(7)上的局部表面倾斜度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述图像序列(11)的每个单图(13)中查明配属给对应的物体部位(7)的最大照明强度的至少一个图像部位(15)。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使所述图像序列(11)的单图(13)与所述图像平面中的分别配属给所述单图(13)的时间指数(t)成比例地回移，从而使得给回移的图像序列(19)中的每个回移的图像部位(15)刚好配属一物体部位(7)。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述回移的图像序列(19)中对于固定的物体部位(7)查明时间指数(t0)，在该时间指数下，在给所述回移的图像序列(19)中的物体部位(7)配属的回移的图像部位(15)上的照明强度是最大的，其中，由该时间指数(t0)查明未回移的图像序列(11)中的相应图像部位(15)，其中，由所述图像部位(15)的位置来计算出所述物体部位(7)上的局部表面倾斜度。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述图像平面中的、优选在最大照明强度的图像部位(15)周围的照明强度分布，查明对应的物体部位(7)的局部光学特性。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述图像平面中的照明强度的高度、优选最大照明强度的图像部位(15)处的照明强度的高度，查明对应的物体部位(7)的局部光学特性。9.一种用于光学地形状检测和/或检查物体(G)的设备，特别是用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述设备具有-至少一个相机(K)和至少一个线形照明元件(B1，B2)，其中，所述相机(K)和至少一个照明元件(B1，B2)相对于彼此布置为，使得物体表面(3)能由所述照明元件(B1，B2)照明并能由所述相机(K)拍摄，其中，-能在至少两个元件相对彼此的相对运动期间利用所述相机(K)拍摄所述物体表面(3)的图像序列(11)，所述至少两个元件从包括所述物体表面(3)、所述至少一个照明元件(B1，B2)和所述相机(K)的组中选出，从而使得所述物体表面(3)在所述相机(K)的图像平面中成像，其中，-所述至少一个照明元件(B1，B2)能以如下方式操控，即，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·瓦格纳，C·科鲁特，
申请(专利权)人：萨科希瑞斯先进控制有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE