用于借助电磁射束检测物体表面的设备和方法技术

一种用于检测物体表面的设备和方法。该设备具有：射束产生装置，其具有至少一个射束源且被配置成使具有第一波长的第一电磁射束和具有第二波长的第二电磁射束照射到物体表面的至少一个待测量的测量点上或照射到物体表面的待测量区域上，待测量区域具有至少一个待测量的测量点，射束产生装置被配置成在第一波长与第二波长之间的波长范围中不使射束或不使用于表面检测的射束照射到物体表面的待测量的测量点上或区域上；检测装置，其被配置成针对待测量的测量点或针对这些待测量的测量点分别检测至少一个第一测量值和至少一个第二测量值，第一测量值基于从物体表面反射的、具有第一波长的射束，第二测量值基于从物体表面反射的、具有第二波长的射束。

Equipment and method for detecting object surface with electromagnetic beam

【技术实现步骤摘要】
用于借助电磁射束检测物体表面的设备和方法
本专利技术涉及一种用于借助电磁射束检测物体表面的设备和方法。尤其，本专利技术涉及例如借助至少一个激光扫描仪、优选发射具有不同波长的电磁射束的激光线扫描仪来检测物体表面以用于确定距离信息。
技术介绍
已知的是，借助光学传感器(即非接触地)检测例如工业上制造的工件的物体表面。由此可以获得数据，以便测量物体表面和/或对物体表面成像。典型地，测量包括测量物体表面的深度尺寸(例如所谓的Z维度)和/或通常包括确定物体表面的三维特性。尤其，通过测量可以确定关于物体与光学传感器之间的距离的信息，并且所获得的测量值可以以所谓的3D点云的形式被汇总。因此结果是，可以确定物体表面的三维特性(例如其形状)。尤其可以使用测量值，以便确定测定尺寸以及几何变量(如直径或宽度)、将结果与预先规定值进行比较和评估、计算物体的特性(例如品质参数)，和/或以便产生物体的三维图示。为了测量物体表面，使用光学传感器。一种类型的光学传感器是激光传感器，这些激光传感器发射激光射束并且指向物体表面、并且检测从物体表面反射的射束分量。在此，所发射的射束通常相对于并且沿着物体表面移动，以便非接触地扫描该物体表面。具有这种激光传感器的设备还被称为激光扫描仪。射束与物体之间的相对移动可以通过激光传感器的移动来实现，这可以自动地、由机器支持地和/或通过手动移动激光传感器手持仪器来实现。额外地或替代地，可以设置可移动的光学器件，这些光学器件例如借助可移动的反射镜沿着物体表面引导射束。激光传感器或激光扫描仪发射呈激光射束形式的电磁射束，该激光射束通常仅具有唯一限定的波长或唯一限定的波长范围。入射的射束在物体表面上形成测量区域，该测量区域例如可以是点形的或线形的。测量区域通常包含多个测量点，这些测量点应位于物体表面上并且针对这些测量点分别确定测量值。入射的激光射束从物体表面(或从测量点)反射并且被传感器的适合的检测装置(例如包括相机)检测。因此，以本身已知的方式可以确定检测装置与物体表面之间的距离(或Z值)作为距离信息。这可以在使用三角测量原理的情况下来实现。在知道例如激光扫描仪的位置、从该位置例如可移动的光学器件的当前位置和/或物体表面上当前测量的测量点的位置(例如在水平的空间平面或X-Y空间平面中)的情况下，可以进一步确定物体表面上测量点的全部3D坐标。通过这种方式总体上确定的关于物体表面的信息可以被汇总为3D数据集或已提到的3D点云。更上位地，例如还可以基于距离信息确定物体表面的深度信息(例如以物体坐标系的方式)。尤其当物体表面通常横向于射束(该射束入射到物体表面上并且从物体表面反射)的传播方向延伸时，可以谈及深度信息。借助激光扫描来建立周围环境的三维模型的一个实例在DE102015214857A1中找到。在这种情况下还产生扫描点(例如测量点)的测量值的离散集合，该离散集合被称为点云。经测量的点的坐标由角度和相对于原点的距离确定，其中原点可以被看作是激光扫描仪的位置。然而，利用目前在市场上可供使用的解决方案无法始终实现测量结果的足够的准确性。这尤其是由于待测量的物体表面在其与测量相关的特性方面可能会显著变化。尤其当物体表面包括各种材料(例如在塑料基底上的铬覆层)时，这些特性例如涉及入射的射束的反射率。其他相关的特性是物体表面的形状和颜色以及各种亮区域和/或暗区域的存在。已证明的是，利用迄今为止可供使用的解决方案无法以足够的准确性检测多种可能的待测量的物体表面。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于，改进在三维测量物体表面时的测量结果的品质。该目的通过根据下文所述的设备和方法得以实现。有利的改进方案在下文中给出。此外应理解的是，除非特别指明或显而易见，在引导性说明中提到的特征在本公开的解决方案中可以单独地或还以任意组合来提供。一般来说，本专利技术提出的是：为了测量物体表面，发射具有至少两个不同波长的电磁射束并且基于具有这些波长中的每个波长的不同的反射射束或反射射束分量产生分别的测量值。在这些不同波长中的一个波长中反射射束中的每个反射射束至少贡献这些测量值中的一个测量值。这不排除：不仅是在这些不同的波长中的一个波长中射束贡献这些测量值中的至少一个测量值。更确切地，这些测量值中的至少一个测量值可以与由检测装置检测到的、在波长范围内的反射射束相对应。另一方面这些测量值中的至少一个测量值可以仅由具有唯一波长的射束确定，该射束从射束产生装置发射并且从物体表面反射。当具有该波长的射束由激光器产生时，尤其是这种情况。在此，来自周围环境的散射射束和射束可能以不期望的方式额外地影响测量值。因此，当在下文中谈及具有波长的电磁射束时，这包括如下可能性：电磁射束、尤其在可以产生单色射束(例如借助激光二极管)的极限内仅具有唯一波长，或电磁射束具有在一个波长范围内的射束分布。然而在每种情况下均产生至少两个电磁射束并且照射到物体表面上，并且为这些(照射)射束中的每个射束的反射射束产生至少一个测量值。使用不同波长并且确定所指配的分别的测量值所具有的优点在于：如果在具有特定波长的回射射束中产生干扰或不准确性，则额外地或替代地可以考虑基于具有另一个波长的回射射束所产生的测量值。具体而言，本专利技术提出了一种用于检测物体表面的设备。该设备包括射束产生装置，该射束产生装置具有至少一个射束源，其中该射束产生装置被配置成用于使具有第一波长的第一电磁射束和具有第二波长的第二电磁射束至少照射到物体表面的一个(优选多个)待测量的测量点上或照射到物体表面的待测量区域上，该待测量区域具有至少一个待测量的测量点，其中该射束产生装置被配置成在该第一波长与该第二波长之间的波长范围中不产生射束或不产生用于表面检测的射束；以及检测装置，该检测装置被配置成用于针对该测量点或这些测量点中的每个测量点检测至少一个第一测量值和至少一个第二测量值(即还可检测多个第一测量值和/或第二测量值)，其中该第一测量值基于从该物体表面反射的、具有第一波长的射束，而该第二测量值基于从该物体表面反射的、具有第二波长的射束。该解决方案的优点在于，针对每个测量点提供至少两个测量值。从这些测量值中可以例如选择这些测量值中的一个测量值或者可以基于总计存在的测量值计算总测量值。尤其，所选择的测量值可以是检测到的测量值中的如下测量值，该测量值产生针对测量点所检测的所有测量值中的更准确或最准确的结果，和/或该测量值与针对测量点所检测的所有测量值中的更小的或最小的测量不可靠性相关。例如，射束干涉(例如呈光斑效应的形式)的出现取决于所发射的射束的所选波长。在光斑效应中，在物体表面的照射区域中出现具有不同的射束强度的斑点(英文：speckle)。这些斑点可以追溯到发射射束中由于与射束产生装置的光学器件的相互影响而导致的干涉。例如，出于加工技术原因而不可避免的粗糙度，光学元件的表面使所产生的射束发生散射并且因此在射束产生装置内就已经引起干涉。散射尤其可以取决于波长。因此，即使初始产生了具有恒定强度的射束，但最终到达传感器的检测装置的射束的强度(即射束流密度)可能发生波动。换种方式表述，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测物体表面(16)的设备(10)，该设备具有：/n射束产生装置(17)，该射束产生装置具有至少一个射束源(12)，其中该射束产生装置(17)被配置成用于使具有第一波长的第一电磁射束和具有第二波长的第二电磁射束照射到物体表面(16)的至少一个待测量的测量点(32)上或照射到物体表面(16)的待测量区域上，该待测量区域具有至少一个待测量的测量点(32)，其中该射束产生装置(17)被配置成用于在该第一波长与该第二波长之间的波长范围中不使射束或不使用于表面检测的射束照射到该物体表面(16)的待测量的测量点(32)上或区域上；以及/n检测装置(31)，该检测装置被配置成用于针对该待测量的测量点(32)或针对这些待测量的测量点(32)分别检测至少一个第一测量值和至少一个第二测量值，其中该第一测量值基于从该物体表面(16)反射的、具有第一波长的射束，而该第二测量值基于从该物体表面(16)反射的、具有第二波长的射束，/n其特征在于，/n该第一测量值和该第二测量值分别是距离该物体表面(16)的距离值。/n

【技术特征摘要】
20180717 DE 102018211913.91.一种用于检测物体表面(16)的设备(10)，该设备具有：
射束产生装置(17)，该射束产生装置具有至少一个射束源(12)，其中该射束产生装置(17)被配置成用于使具有第一波长的第一电磁射束和具有第二波长的第二电磁射束照射到物体表面(16)的至少一个待测量的测量点(32)上或照射到物体表面(16)的待测量区域上，该待测量区域具有至少一个待测量的测量点(32)，其中该射束产生装置(17)被配置成用于在该第一波长与该第二波长之间的波长范围中不使射束或不使用于表面检测的射束照射到该物体表面(16)的待测量的测量点(32)上或区域上；以及
检测装置(31)，该检测装置被配置成用于针对该待测量的测量点(32)或针对这些待测量的测量点(32)分别检测至少一个第一测量值和至少一个第二测量值，其中该第一测量值基于从该物体表面(16)反射的、具有第一波长的射束，而该第二测量值基于从该物体表面(16)反射的、具有第二波长的射束，
其特征在于，
该第一测量值和该第二测量值分别是距离该物体表面(16)的距离值。


2.根据权利要求1所述的设备(10)，
其中该射束产生装置(17)被配置成用于使具有该第一波长的该第一电磁射束和具有该第二波长的该第二电磁射束至少暂时地同时照射到该物体表面(16)上。


3.根据权利要求2所述的设备(10)，
其中该检测装置(31)被配置成用于在同时照射期间检测具有该第一波长和该第二波长的反射射束。


4.根据前述权利要求之一所述的设备(10)，
其中该设备(10)被配置成用于使具有该第一波长的该第一电磁射束和具有该第二波长的该第二电磁射束以彼此不同的强度照射到该物体表面(16)上。


5.根据前述权利要求之一所述的设备(10)，
该设备进一步包括射束衰减器(55)，以便在由该检测装置(31)检测之前使具有该第一波长的该第一电磁射束和具有该第二波长的该第二电磁射束中的至少一者衰减；和/或
其中针对具有该第一波长的该第一电磁射束和具有该第二波长的该第二电磁射束，该检测装置(31)具有不同的灵敏度。


6.根据前述权利要求之一所述的设备(10)，
其中该射束产生装置(17)被配置成用于使具有该第一波长的该第一电磁射束和具有该第二波长的该第二电磁射束以彼此成角度的方式照射到该物体表面(16)上。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：A贝切，D贝克曼，
申请(专利权)人：卡尔蔡司工业测量技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE