DE102009015204A1 - Optical sensor i.e. distance sensor, for use in area of automatic control engineering to measure three-dimensional distance of object, has evaluation unit provided for evaluating output signals of surface camera - Google Patents

Optical sensor i.e. distance sensor, for use in area of automatic control engineering to measure three-dimensional distance of object, has evaluation unit provided for evaluating output signals of surface camera Download PDF

Info

Publication number
DE102009015204A1
DE102009015204A1 DE200910015204 DE102009015204A DE102009015204A1 DE 102009015204 A1 DE102009015204 A1 DE 102009015204A1 DE 200910015204 DE200910015204 DE 200910015204 DE 102009015204 A DE102009015204 A DE 102009015204A DE 102009015204 A1 DE102009015204 A1 DE 102009015204A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical sensor
video
sensor according
evaluation unit
video projector
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.)
Withdrawn
Application number
DE200910015204
Other languages
German (de)
Inventor
Jörg Wörner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leuze Electronic GmbH and Co KG
Original Assignee
Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leuze Electronic GmbH and Co KG filed Critical Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority to DE200910015204 priority Critical patent/DE102009015204A1/en
Publication of DE102009015204A1 publication Critical patent/DE102009015204A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2545—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo

Abstract

The sensor has a compact video projector (4) and a video generator (11) by which a two-dimensional projection sample i.e. stripe sample, is generated on a surface of an object (6) to be detected. A surface camera (3) detects the projection sample. The video projector or the video generator and the surface camera are integrated in a sensor housing (2). An evaluation unit (5) is arranged within or outside of the sensor housing and evaluates output signals of the surface camera. The surface camera is formed by a charge coupled device or a complementary metal-oxide-semiconductor array.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an optical sensor according to the preamble of the claim 1.

Derartige optische Sensoren stellen nach dem Triangulationsprinzip arbeitende Abstandssensoren dar. Mit diesen optischen Sensoren wird eine dreidimensionale Abstandsmessung durchgeführt, wobei derartige optische Sensoren hierzu generell eine Flächenkamera zur Detektion eines flächigen Bereichs einer Objektoberfläche eines zu detektierenden Objekts aufweisen. Dieser Flächenkamera ist eine externe Lichtquelle zugeordnet. Im einfachsten Fall wird mit der Lichtquelle eine Abtastlinie auf der Objektoberfläche generiert. Diese wird auf die Flächenkamera abgebildet, wobei anhand der Auswertung der Bildinformation der Flächenkamera eine zweidimensionale Abstandsinformation gewonnen wird. Die dritte Dimension für die dreidimensionale Abstandsmessung wird dann dadurch erhalten, dass das Objekt relativ zum optischen Sensor und dabei in unterschiedlichen Positionen zum optischen Sensor detektiert wird.such optical sensors are working according to the triangulation principle Distance sensors. With these optical sensors is a three-dimensional Distance measurement performed, wherein such optical sensors for this purpose generally a surface camera for the detection of a flat area an object surface an object to be detected. This area camera is assigned an external light source. In the simplest case will be generates a scan line on the object surface with the light source. This will be on the area camera mapped, wherein based on the evaluation of the image information of the Areascan a two-dimensional distance information is obtained. The third Dimension for the three-dimensional distance measurement is then obtained that the object relative to the optical sensor and thereby in different Positions is detected to the optical sensor.

Ein derartiger optischer Sensor kann prinzipiell derart weitergebildet sein, dass der externen Lichtquelle eine Ablenkeinheit wie ein motorisch getriebenes Polygonspiegelrad zugeordnet ist, mittels derer anstelle einer einzelnen Abtastlinie ein flächiges Raster aus mehreren Abtastlinien erzeugt wird. So kann auch für ein stationäres Objekt eine dreidimensionale Abtastmessung durchgeführt werden.One Such an optical sensor can in principle be developed in this way be that the external light source is a deflection unit like a motor is assigned driven polygon mirror wheel, by means of which instead a single scan line a planar grid of several Scanning lines is generated. So can also for a stationary object a three-dimensional scan measurement are performed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeit zu optimieren.Of the Invention is based on the object, an optical sensor of of the type mentioned above with regard to its possible uses and optimize profitability.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.to solution This object, the features of claim 1 are provided. advantageous embodiments and appropriate training The invention are described in the subclaims.

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor, mittels dessen nach dem Triangulationsprinzip dreidimensionale Abstandsmessungen durchführbar sind. Der optische Sensor umfasst einen kompakten Videoprojektor oder Videogenerator, mittels dessen ein zweidimensionales Projektionsmuster auf der Oberfläche eines zu detektierenden Objekts generierbar ist, sowie eine Flächenkamera, mittels derer das Projektionsmuster erfassbar ist. Der oder jeder Videoprojektor oder Videogenerator sowie jede Flächenkamera sind in einem Sensorgehäuse integriert. Weiterhin umfasst der optische Sensor eine Auswerteeinheit, mittels der die Ausgangssignale der Flächenkamera auswertbar sind.The The invention relates to an optical sensor, by means of which after Triangulation principle three-dimensional distance measurements are feasible. The optical sensor includes a compact video projector or Video generator, by means of which a two-dimensional projection pattern on the surface an object to be detected can be generated, as well as an area camera, by means of which the projection pattern can be detected. The or each video projector or video generator and each area camera are integrated in a sensor housing. Farther the optical sensor comprises an evaluation unit, by means of which the Output signals of the area camera are evaluable.

Mit dem Begriff kompakt sind generell Videoprojektoren oder Videogeneratoren in Miniatur-Ausführungen umfasst, wobei deren Bauvolumen typischerweise kleiner als 100 cm3 ist.The term compact generally encompasses video projectors or video generators in miniature designs, the volume of which is typically less than 100 cm 3 .

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit der Flächenkamera und dem oder den Videoprojektoren beziehungsweise Videogeneratoren sämtliche Sensorkomponenten des optischen Sensors in einem gemeinsamen Sensorgehäuse integriert sind, wodurch eine besonders kompakte Bauform des erfindungsgemäßen optischen Sensors erhalten werden kann. Zudem ist vorteilhaft, dass die in einem Sensorgehäuse integrierten Sensorkomponenten ohne großen Installations- und Montageaufwand auch an Einbauorten, wo nur wenig Einbauraum zur Verfügung steht, installiert werden können.One An essential advantage of the invention is that with the area camera and the one or more video projectors or video generators all Sensor components of the optical sensor integrated in a common sensor housing are, whereby a particularly compact design of the optical sensor according to the invention can be obtained. In addition, it is advantageous that the integrated in a sensor housing Sensor components without large Installation and assembly costs also at installation locations, where only little installation space to disposal stands, can be installed.

Die Auswerteeinheit, die zur Auswertung der Ausgangssignale der Flächenkamera dient, kann dabei wahlweise innerhalb des Sensorgehäuses integriert sein oder als externe Einheit an die Sensorkomponenten des optischen Sensors angeschlossen sein.The Evaluation unit, which evaluates the output signals of the area camera serves, can optionally be integrated within the sensor housing or as an external unit to the sensor components of the optical Sensors connected.

Die oder jede Flächenkamera bestehen vorzugsweise aus einem CCD- oder CMOS-Array. Derartige Flächenkameras bilden hochintegrierte elektrooptische Einheiten, die in kleinen Bauformen herstellbar sind, so dass diese in dem Sensorgehäuse untergebracht werden können.The or any area camera preferably consist of a CCD or CMOS array. such area cameras form highly integrated electro-optical units, which are small in size Designs can be produced so that they are housed in the sensor housing can be.

Auch die Videoprojektoren oder die Videogeneratoren bilden hochintegrierte, elektrooptische Einheiten, die in besonders kleinen Bauformen herstellbar sind, was eine wesentliche Voraussetzung für deren Integration im Sensorgehäuse des optischen Sensors ist.Also the video projectors or the video generators form highly integrated, Electro-optical units that can be produced in particularly small designs are what an essential prerequisite for their integration in the sensor housing of optical sensor is.

Derartige Videoprojektoren oder Videogeneratoren werden aufgrund ihrer kompakten Bauform in Mobiltelefonen eingesetzt, um Bilder oder Bildsequenzen auf einen frei wählbaren Hintergrund zu projizieren.such Video projectors or video generators are due to their compact Design used in mobile phones to take pictures or image sequences on a freely selectable Project background.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Sensor werden die Videoprojektoren beziehungsweise Videogeneratoren dazu genutzt, um vorgegebene Projektionsmuster, insbesondere Streifenmuster, auf der Oberfläche des zu detektierenden Objekts zu erzeugen. Durch das Höhenprofil der Objektoberfläche erfolgt eine Verzerrung der Projektionsmuster, die in der Flächenkamera registriert und in der Auswerteeinheit zur Bestimmung der dreidimensionalen Abstandsinformationen ausgewertet wird.at the optical inventive Sensor become the video projectors or video generators used to produce predetermined projection patterns, in particular striped patterns, on the surface of the object to be detected. By the height profile the object surface takes place a distortion of the projection pattern in the area camera registered and in the evaluation unit for determining the three-dimensional Distance information is evaluated.

Die Videoprojektoren oder Videogeneratoren weisen bei kleineren Bauvolumen hohe Leistungsdichten auf, so dass auch bei größeren Objektdistanzen und Objektoberflächen die Projektionsmuster exakt vorgegeben werden können, wodurch eine genaue Abstandsmessung ermöglicht wird.The video projectors or video generators have high power densities for smaller volumes, so that even with larger object distances and object surfaces, the projection patterns ex akt can be specified, whereby an accurate distance measurement is possible.

Bei Projektionsmustern in Form von Streifenmustern kann es zu Mehrdeutigkeiten in der Auswertung der einzelnen Streifen kommen, wenn beispielsweise durch stärkere Verzerrungen und Versetzungen einzelner Streifen auf der Objektoberfläche eine eindeutige Zuordnung einzelner Streifensegmente nicht mehr möglich ist.at Projection patterns in the form of stripe patterns can lead to ambiguity come in the evaluation of each strip, if, for example through stronger ones Distortions and dislocations of individual stripes on the object surface have a distinct Assignment of individual strip segments is no longer possible.

Um diese die Abstandsmessungen verfälschende Mehrdeutigkeiten zu eliminieren, können die mit den Videoprojektoren oder Videogeneratoren erzeugten Streifenmuster aus unterschiedlich ausgebildeten Streifen bestehen. So können die einzelnen Streifen unterschiedliche Kodierungen in Form unterschiedlicher Muster, Farben und/oder Breiten aufweisen. Auch die Abstände zwischen den Streifen können unterschiedlich sein.Around this falsifying the distance measurements To eliminate ambiguity, you can use the video projectors or video generators generated stripe patterns from different consist of trained strips. So can the individual stripes different codes in the form of different patterns, colors and / or widths. Also the distances between the strips can be different be.

Eine Erhöhung der Messgenauigkeit kann insbesondere auch dadurch erzielt werden, wenn der optische Sensor mit mehreren Flächenkameras beziehungsweise mehreren Videoprojektoren oder Videogeneratoren ausgestattet ist. Bei der Verwendung mehrerer Videoprojektoren oder Videogeneratoren kann ein komplex strukturiertes Projektionsmuster, insbesondere in Form sich überlagernder Streifenmuster generiert werden, wodurch die Ortsauflösung des optischen Sensors bei der Objektdetektion erhöht werden kann. Bei der Verwendung mehrerer Flächenkameras können die einzelnen Flächenkameras in unterschiedlichen Winkeln auf die zu detektierende Objektoberfläche gerichtet sein, so dass unerwünschte Abschattungen vermieden werden. Das heißt, Objektstrukturen die bei der Detektion mit einer ersten Flächenkamera verdeckt sind, können mit einer weiteren Flächenkamera detektiert werden.A increase the measurement accuracy can also be achieved in particular by if the optical sensor with multiple area cameras respectively equipped with several video projectors or video generators. When using multiple video projectors or video generators can be a complex structured projection pattern, in particular in the form of overlapping stripe patterns generated, whereby the spatial resolution of the optical sensor increased in the object detection can be. When using multiple surface cameras, the individual area cameras directed at different angles on the object surface to be detected be so unwanted Shades are avoided. That is, object structures at the detection are covered with a first area camera, can with another area camera be detected.

Der erfindungsgemäße optische Sensor wird bevorzugt im Bereich der Automatisierungstechnik eingesetzt. Besonders vorteilhaft wird der optische Sensor hierbei zur Qualitätskontrolle in Produktionsprozessen eingesetzt, wobei anhand der Informationen über die Formen von Objektoberflächen quantitative Aussagen über die Qualität von Objekten möglich sind.Of the according to the invention optical Sensor is preferably used in the field of automation technology. Particularly advantageous is the optical sensor for quality control used in production processes, based on information about the Shapes of object surfaces about quantitative statements the quality possible of objects are.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate:

1: Erstes Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors. 1 : First embodiment of an optical sensor.

2: Schematische Darstellung der Komponenten eines Videogenerators für einen optischen Sensor gemäß der 1. 2 : Schematic representation of the components of a video generator for an optical sensor according to the 1 ,

3: Zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors. 3 : Second embodiment of an optical sensor.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1. Der optische Sensor 1 bildet einen nach dem Triangulationsprinzip arbeitenden Distanzsensor. Der optische Sensor 1 weist ein Sensorgehäuse 2 auf, in welchem eine Flächenkamera 3 und in Abstand zu dieser ein Videoprojektor 4 angeordnet sind. Der Videoprojektor 4 ist als Miniatur-Videoprojektor mit einem Bauvolumen kleiner als 100 cm3 ausgebildet. Die Flächenkamera 3 weist einen vorgegeben Sichtbereich 3a auf. Der Flächenkamera 3 kann eine nicht dargestellte Optik vorgeordnet sein. Der optische Sensor 1 wird komplettiert durch eine Auswerteeinheit 5, in welcher aus den Ausgangssignalen der Flächenkamera 3 Distanzinformationen von einem mit dem optischen Sensor 1 detektierten Objekt 6 gewonnen werden. Prinzipiell kann die Auswerteeinheit 5 mit den Sensorkomponenten, das heißt der Flächenkamera 3 und dem Videoprojektor 4, im Sensorgehäuse 2 integriert sein. Im vorliegenden Fall bildet die Auswerteeinheit 5 eine separate Einheit, die über ein Anschlusskabel 7 an die Sensorkomponenten im Sensorgehäuse 2 angeschlossen ist. Die Auswerteeinheit 5 kann dann von einer Rechnereinheit, wie zum Beispiel einem Personalcomputer, gebildet sein. 1 shows a first embodiment of the optical sensor according to the invention 1 , The optical sensor 1 forms a distance sensor operating on the triangulation principle. The optical sensor 1 has a sensor housing 2 in which an area camera 3 and in distance to this a video projector 4 are arranged. The video projector 4 is designed as a miniature video projector with a volume less than 100 cm 3 . The area camera 3 has a given field of view 3a on. The area camera 3 may be upstream of an optical system, not shown. The optical sensor 1 is completed by an evaluation unit 5 , in which the output signals of the area camera 3 Distance information from one with the optical sensor 1 detected object 6 be won. In principle, the evaluation unit 5 with the sensor components, that is the area camera 3 and the video projector 4 , in the sensor housing 2 be integrated. In the present case, the evaluation unit forms 5 a separate unit that has a connection cable 7 to the sensor components in the sensor housing 2 connected. The evaluation unit 5 may then be formed by a computing device, such as a personal computer.

Die Flächenkamera 3 besteht aus einem flächigen CCD- oder CMOS-Array, das heißt einer matrixförmigen Anordnung von lichtempfindlichen Empfangselementen, deren Ausgangssignale in die Auswerteeinheit 5 eingelesen werden.The area camera 3 consists of a two-dimensional CCD or CMOS array, that is, a matrix-shaped arrangement of photosensitive receiving elements whose output signals into the evaluation unit 5 be read.

Der Videoprojektor 4 liegt um einen vorgegebenen Basisabstand versetzt zur Flächenkamera 3. Mit dem Videoprojektor 4 wird ein vorgegebenes flächiges Projektionsmuster auf die Oberfläche des zu detektierenden Objekts projiziert. Durch das Höhenprofil der Objektoberfläche erfolgt eine definierte Verzerrung des Projektionsmusters. Dieses verzerrte Projektionsmuster wird in der Flächenkamera 3 detektiert. Aus den detektierten Verzerrungen des Projektionsmusters wird in der Auswerteeinheit 5 ortsaufgelöst das Höhenprofil der Ob jektoberfläche bestimmt, das heißt es erfolgt eine dreidimensionale Abstandsbestimmung für die detektierte Objektoberfläche.The video projector 4 is offset by a given base distance to the area camera 3 , With the video projector 4 a given planar projection pattern is projected onto the surface of the object to be detected. The height profile of the object surface causes a defined distortion of the projection pattern. This distorted projection pattern becomes in the area camera 3 detected. From the detected distortions of the projection pattern is in the evaluation 5 Spatially resolved determines the height profile of the object surface, that is, there is a three-dimensional distance determination for the detected object surface.

Wie in 1 schematisch dargestellt, wird mit dem Videoprojektor 4 als Projektionsmuster ein Streifenmuster, bestehend aus einer Folge von in Abstand parallel zueinander verlaufender Streifen 8 generiert. Der Sichtbereich 3a der Flächenkamera 3 ist an die vom Videoprojektor 4 ausgeleuchtete Fläche angepasst. Wie in 1 weiter angedeutet, entstehen durch abrupte Änderungen des Höhenprofils der Objektoberfläche Versätze in den einzelnen Streifen 8 des Streifenmusters. Wenn die Versätze relativ groß sind, können bei identisch ausgebildeten Streifen 8 des Streifenmusters die einzelnen detektierten Segmente der Streifen 8 nicht mehr eindeutig den zugehörigen Streifen 8 zugeordnet werden, so dass keine eindeutige Abstandsmessung mehr gewährleistet ist. Um derartige Mehrdeutigkeiten beider Distanzmessungen zu eliminieren, können die Streifen 8 des Streifenmusters unterschiedlich ausgebildet sein, wobei es allgemein ausreicht, wenn immer die nächsten Nachbarn der Streifen 8 des Streifenmusters unterschiedlich ausgebildet sind.As in 1 shown schematically, with the video projector 4 as a projection pattern a stripe pattern consisting of a sequence of spaced parallel stripes 8th generated. The field of vision 3a the area camera 3 is to the video projector 4 adjusted illuminated area. As in 1 indicated further, caused by abrupt changes in the height profile of the object surface offsets in the individual strips 8th of the stripe pattern. If the offenses are relative are big, can with identical trained stripes 8th of the stripe pattern, the individual detected segments of the strips 8th no longer clearly the associated strip 8th be assigned, so that no clear distance measurement is guaranteed. To eliminate such ambiguities in both distance measurements, the strips can 8th the stripe pattern may be formed differently, it being generally sufficient, if always the nearest neighbors of the stripes 8th the stripe pattern are formed differently.

Hierbei kann der Videoprojektor 4 so ausgebildet sein, dass mit diesem Streifen 8 generiert werden, deren Breiten oder deren Abstände unterschiedlich ausgebildet sind. Alternativ können die Streifen 8 unterschiedliche Farben aufweisen. Schließlich können die Streifen 8 unterschiedliche Musterungen aufweisen.Here, the video projector 4 be so designed that with this strip 8th are generated whose widths or their distances are formed differently. Alternatively, the stripes 8th have different colors. Finally, the stripes can 8th have different patterns.

Der Videoprojektor 4 des optischen Sensors 1 gemäß 1 weist eine Anordnung von Lichtstrahlen 9 emittierenden Lichtquellen 10 auf. Im vorliegenden Fall sind die Lichtquellen 10 von Hochleistungs-Leuchtdioden gebildet. Der Anordnung von Lichtquellen 10 ist ein transmissives LCD (Liquid Crystal Display)-Array 10a nachgeordnet, mittels dessen das vorgegebene Streifenmuster generiert wird. Zudem kann der Videoprojektor 4 eine nicht dargestellte Optik zur Strahlformung der Lichtstrahlen 9 aufweisen.The video projector 4 of the optical sensor 1 according to 1 has an arrangement of light rays 9 emitting light sources 10 on. In the present case, the light sources 10 formed by high-power LEDs. The arrangement of light sources 10 is a transmissive LCD (Liquid Crystal Display) array 10a downstream, by means of which the predetermined stripe pattern is generated. In addition, the video projector 4 an optics, not shown, for beam shaping of the light beams 9 exhibit.

Alternativ kann das LCD-Array 10a durch ein Miniatur-Spiegelarray, bestehend aus einer Vielzahl von beweglichen Spiegeln sehr kleiner Abmessungen ersetzt sein. Die Lichtquellen 10 können wieder aus einer Anordnung von Hochleistungs-Leuchtdioden bestehen. Alternativ können die Lichtquellen 10 aus einer Anordnung von Hochleistungs-Laserdioden bestehen.Alternatively, the LCD array 10a be replaced by a miniature mirror array consisting of a variety of moving mirrors very small dimensions. The light sources 10 may again consist of an array of high power LEDs. Alternatively, the light sources 10 consist of an array of high-power laser diodes.

Anstelle eines Videoprojektors 4 kann für den optischen Sensor 1 gemäß 1 auch ein Videogenerator 11 eingesetzt werden. Der Videogenerator 11 ist als Miniatur-Videogenerator mit einem Bauvolumen kleiner als 100 cm3 ausgebildet. Die Funktion der Generierung von Projektionsmustern ist bei dem Videogenerator 11 und Videoprojektor 4 identisch. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Videogenerators 11 ist schematisch in 2 dargestellt. Der Videogenerator 11 weist als Lichtquellen 10 drei Laserdioden 12a, 12b, 12c auf. Die erste Laserdiode 12a emittiert rote Lichtstrahlen 9a, die zweite Laserdiode 12b emittiert grüne Lichtstrahlen 9b, die dritte Laserdiode 12c emittiert blaue Lichtstrahlen 9c. Alle Lichtstrahlen 9a, 9b, 9c werden über ein optisches Umlenkelement 13, beispielsweise einem Prisma, einem Scanspiegel 14, der um zwei orthogonale Drehachsen D1, D2 drehbar ist, zugeführt. Durch die Scanbewegung des Scanspiegels 14 wird das Streifenmuster generiert. Durch eine alternierende Aktivierung der drei Laserdioden 12a, 12b, 12c können Streifen 8 in drei unterschiedlichen Farben generiert werden.Instead of a video projector 4 can for the optical sensor 1 according to 1 also a video generator 11 be used. The video generator 11 is designed as a miniature video generator with a volume less than 100 cm 3 . The function of generating projection patterns is with the video generator 11 and video projector 4 identical. An embodiment of such a video generator 11 is schematic in 2 shown. The video generator 11 points as light sources 10 three laser diodes 12a . 12b . 12c on. The first laser diode 12a emits red light rays 9a , the second laser diode 12b emits green light rays 9b , the third laser diode 12c emits blue light rays 9c , All rays of light 9a . 9b . 9c be via an optical deflection 13 , For example, a prism, a scanning mirror 14 which is rotatable about two orthogonal axes of rotation D 1 , D 2 , fed. By the scanning movement of the scanning mirror 14 the stripe pattern is generated. By an alternating activation of the three laser diodes 12a . 12b . 12c can strip 8th be generated in three different colors.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 1. In Erweiterung zur Ausführungsform gemäß 1 weist der optische Sensor 1 gemäß 3 zwei vorzugsweise identisch ausgebildete Flächenkameras 3, 3' auf. Weiterhin ist ein Videoprojektor 4 vorgesehen, der zwischen den beiden Flächenkameras 3, 3' angeordnet ist. Die Flächenkameras 3, 3' und der Videoprojektor 4 sind wiederum in einem Sensorgehäuse 2 integriert, während die Auswerteeinheit 5 extern angeordnet ist und über ein Anschlusskabel an die Sensorkomponenten im Sensorgehäuse 2 angeschlossen ist. 3 shows a second embodiment of an optical sensor 1 , In extension to the embodiment according to 1 points the optical sensor 1 according to 3 two preferably identically designed surface cameras 3 . 3 ' on. Furthermore, a video projector 4 provided between the two area cameras 3 . 3 ' is arranged. The area cameras 3 . 3 ' and the video projector 4 are in turn in a sensor housing 2 integrated while the evaluation unit 5 is arranged externally and via a connecting cable to the sensor components in the sensor housing 2 connected.

Der Videoprojektor 4 gemäß 3 entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktion der Ausführungsform des Videoprojektors 4 gemäß 1, das heißt mit dem Videoprojektor 4 wird zur Durchführung der dreidimensionalen Abstandsmessung ein Streifenmuster auf der Oberfläche des zu detektierenden Objekts 6 generiert. Das durch das Höhenprofil verzerrte Streifenmuster wird mit den beiden Flächenkameras 3, 3' detektiert. Zur Ermittlung der Distanzinformationen werden in der Auswerteeinheit 5 die Ausgangssignale beider Flächenkameras 3, 3' ausgewertet.The video projector 4 according to 3 corresponds in terms of structure and function of the embodiment of the video projector 4 according to 1 that is with the video projector 4 For example, in order to perform the three-dimensional distance measurement, a stripe pattern is formed on the surface of the object to be detected 6 generated. The stripe pattern distorted by the elevation profile becomes with the two area cameras 3 . 3 ' detected. The distance information is determined in the evaluation unit 5 the output signals of both surface cameras 3 . 3 ' evaluated.

Wie aus 3 ersichtlich, sind die optischen Achsen der Flächenkameras 3, 3' in unterschiedlichen Winkeln orientiert, so dass deren Sichtbereiche 3a, 3b am Ort der Objektdetektion zwar überlappen, jedoch nicht identisch sind. 3 zeigt ein Beispiel einer Detektion eines Objekts 6, das im Zentrum eine Vertiefung aufweist.How out 3 As can be seen, the optical axes of the area cameras 3 . 3 ' oriented at different angles, so that their viewing areas 3a . 3b Although they overlap at the location of object detection, they are not identical. 3 shows an example of detection of an object 6 which has a depression in the center.

Wie aus 3 ersichtlich, existiert für die erste Flächenkamera 3 ein Abschaltungsbereich A1, das heißt dieser Bereich ist mit der ersten Flächenkamera 3 nicht erfassbar, wohl aber mit der zweiten Flächenkamera 3', da diese in einem anderen Winkel als die erste Flächenkamera 3 zur Objektoberfläche orientiert ist. Entsprechend existiert für die zweite Flächenkamera 3' ein Abschattungsbereich A2, das heißt dieser Bereich ist mit der zweiten Flächenkamera 3' nicht erfassbar, wohl aber mit der ersten Flächenkamera 3.How out 3 seen, exists for the first area camera 3 a shutdown area A 1 , that is, this area is with the first area camera 3 not detectable, but with the second surface camera 3 ' as these are at a different angle than the first area camera 3 oriented to the object surface. Accordingly exists for the second area camera 3 ' a shading area A 2 , that is, this area is with the second area camera 3 ' not detectable, but with the first surface camera 3 ,

Durch die kombinierte Auswertung der Ausgangssignale beider Flächenkameras 3, 3' in der Auswerteeinheit 5 kann daher die gesamte Objektoberfläche lückenlos detektiert werden.Through the combined evaluation of the output signals of both surface cameras 3 . 3 ' in the evaluation unit 5 Therefore, the entire object surface can be detected completely.

11
Optischer Sensoroptical sensor
22
Sensorgehäusesensor housing
33
FlächenkameraAreascan
3'3 '
FlächenkameraAreascan
3a3a
Sichtbereichviewing area
3b3b
Sichtbereichviewing area
44
Videoprojektorvideo projector
55
Auswerteeinheitevaluation
66
Objektobject
77
Anschlusskabelconnection cable
88th
Streifenstrip
99
Lichtstrahlbeam of light
9a9a
Lichtstrahlbeam of light
9b9b
Lichtstrahlbeam of light
9c9c
Lichtstrahlbeam of light
1010
Lichtquellelight source
10a10a
LCD-ArrayLCD array
1111
Videogeneratorvideo generator
12a12a
Laserdiodelaser diode
12b12b
Laserdiodelaser diode
12c12c
Laserdiodelaser diode
1313
Umlenkelementdeflecting
1414
Scanspiegelscanning mirror
A1 A 1
Abschattungsbereichshading
A2 A 2
Abschattungsbereichshading
D1 D 1
Drehachseaxis of rotation
D2 D 2
Drehachseaxis of rotation

Claims (17)

Optischer Sensor, mittels dessen nach dem Triangulationsprinzip dreidimensionale Abstandsmessungen durchführbar sind, gekennzeichnet durch wenigstens einen kompakten Videoprojektor (4) oder Videogenerator (11), mittels dessen ein zweidimensionales Projektionsmuster auf der Oberfläche eines zu detektierenden Objekts (6) generierbar ist, wenigstens eine Flächenkamera (3), mittels derer das Projektionsmuster erfassbar ist, wobei der oder jeder Videoprojektor (4) oder Videogenerator (11) sowie jede Flächenkamera (3, 3') in einem Sensorgehäuse (2) integriert sind, und eine Auswerteeinheit (5), mittels der die Ausgangssignale der Flächenkamera (3) auswertbar sind.Optical sensor, by means of which three-dimensional distance measurements can be carried out according to the triangulation principle, characterized by at least one compact video projector ( 4 ) or video generator ( 11 ), by means of which a two-dimensional projection pattern on the surface of an object to be detected ( 6 ), at least one surface camera ( 3 ), by means of which the projection pattern can be detected, wherein the or each video projector ( 4 ) or video generator ( 11 ) as well as every surface camera ( 3 . 3 ' ) in a sensor housing ( 2 ), and an evaluation unit ( 5 ), by means of which the output signals of the area camera ( 3 ) are evaluable. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauvolumen des kompakten Videoprojektors (4) oder Videogenerators (11) kleiner als 100 cm3 ist.Optical sensor according to claim 1, characterized in that the construction volume of the compact video projector ( 4 ) or video generators ( 11 ) is less than 100 cm 3 . Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (5) innerhalb des Sensorgehäuses (2) angeordnet ist.Optical sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the evaluation unit ( 5 ) within the sensor housing ( 2 ) is arranged. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (5) außerhalb des Sensorgehäuses (2) angeordnet ist.Optical sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the evaluation unit ( 5 ) outside the sensor housing ( 2 ) is arranged. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächenkamera (3) vorgesehen ist, welcher zwei Videoprojektoren (4) oder Videogeneratoren (11) zugeordnet sind.Optical sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that an area camera ( 3 ) is provided, which two video projectors ( 4 ) or video generators ( 11 ) assigned. Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Videoprojektoren (4) oder Videogeneratoren (11) beidseits der Flächenkamera (3) angeordnet sind.Optical sensor according to claim 5, characterized in that the two video projectors ( 4 ) or video generators ( 11 ) on both sides of the area camera ( 3 ) are arranged. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Videoprojektor (4) oder ein Videogenerator (11) vorgesehen ist, welchem zwei Flächenkameras (3, 3') zugeordnet sind.Optical sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that a video projector ( 4 ) or a video generator ( 11 ), which two surface cameras ( 3 . 3 ' ) assigned. Optischer Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flächenkameras (3, 3') beidseits des Videoprojektors (4) oder Videogenerators (11) angeordnet sind.Optical sensor according to claim 7, characterized in that the two surface cameras ( 3 . 3 ' ) on both sides of the video projector ( 4 ) or video generators ( 11 ) are arranged. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmuster ein Streifenmuster ist.Optical sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the projection pattern is a stripe pattern is. Optischer Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Streifenmuster unterschiedlich ausgebildete Streifen (8) aufweist.Optical sensor according to Claim 9, characterized in that the strip pattern has differently formed strips ( 8th ) having. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenkamera (3) von einem CCD- oder CMOS-Array gebildet ist.Optical sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the area camera ( 3 ) is formed by a CCD or CMOS array. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Videoprojektor (4) eine Anordnung von Leuchtdioden und ein diesen zugeordnetes transmissives LCD-Array (10a) aufweist.Optical sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the or each video projector ( 4 ) an array of light emitting diodes and a transmissive LCD array associated therewith ( 10a ) having. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Videoprojektor (4) eine Anordnung von Lichtquellen (10) aufweist, welchen ein Miniatur-Spiegelarray zugeordnet ist, über welche von den Lichtquellen (10) emittierte Lichtstrahlen (9, 9a, 9b, 9c) abgelenkt werden.Optical sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the or each video projector ( 4 ) an arrangement of light sources ( 10 ), to which a miniature mirror array is assigned, via which light sources ( 10 ) emitted light beams ( 9 . 9a . 9b . 9c ) to get distracted. Optischer Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (10) von Laserdioden (12a, 12b, 12c) oder Leuchtdioden gebildet sind.Optical sensor according to claim 13, characterized in that the light sources ( 10 ) of laser diodes ( 12a . 12b . 12c ) or LEDs are formed. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Miniatur-Spiegelarray eine Anordnung von beweglichen Spiegeln aufweist.Optical sensor according to one of claims 13 or 14, characterized in that the miniature mirror array a Arrangement of movable mirrors has. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Videogenerator (11) eine Anordnung von Laserdioden (12a, 12b, 12c) aufweist, wobei die von den Laserdioden (12a, 12b, 12c) emittierten Lichtstrahlen (9, 9a, 9b, 9c) mittels eines in zwei Raumrichtungen drehbaren Scanspiegels (14) ablenkbar sind.Optical sensor according to one of claims 1 to 15, characterized in that the or each video generator ( 11 ) an arrangement of laser diodes ( 12a . 12b . 12c ), wherein the of the Laser diodes ( 12a . 12b . 12c ) emitted light rays ( 9 . 9a . 9b . 9c ) by means of a scanning mirror which can be rotated in two spatial directions ( 14 ) are distractable. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Videogenerator (11) drei Laserdioden (12a, 12b, 12c) aufweist, die Lichtstrahlen (9, 9a, 9b, 9c) in unterschiedlichen Farben emittieren.Optical sensor according to one of claims 1 to 16, characterized in that the video generator ( 11 ) three laser diodes ( 12a . 12b . 12c ), the light beams ( 9 . 9a . 9b . 9c ) in different colors.
DE200910015204 2009-03-26 2009-03-26 Optical sensor i.e. distance sensor, for use in area of automatic control engineering to measure three-dimensional distance of object, has evaluation unit provided for evaluating output signals of surface camera Withdrawn DE102009015204A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910015204 DE102009015204A1 (en) 2009-03-26 2009-03-26 Optical sensor i.e. distance sensor, for use in area of automatic control engineering to measure three-dimensional distance of object, has evaluation unit provided for evaluating output signals of surface camera

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910015204 DE102009015204A1 (en) 2009-03-26 2009-03-26 Optical sensor i.e. distance sensor, for use in area of automatic control engineering to measure three-dimensional distance of object, has evaluation unit provided for evaluating output signals of surface camera

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009015204A1 true DE102009015204A1 (en) 2010-10-07

Family

ID=42674866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200910015204 Withdrawn DE102009015204A1 (en) 2009-03-26 2009-03-26 Optical sensor i.e. distance sensor, for use in area of automatic control engineering to measure three-dimensional distance of object, has evaluation unit provided for evaluating output signals of surface camera

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009015204A1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2515074A1 (en) * 2007-05-04 2012-10-24 Burke E. Porter Machinery Company Non contact wheel alignment sensor and method
EP2865987A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-29 Gerhard Schubert GmbH Method and scanner for the non-contact determination of the position and three-dimensional shape of products on a moving surface
US9142025B2 (en) 2011-10-05 2015-09-22 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for obtaining depth information using optical pattern
DE102012217240B4 (en) * 2011-11-17 2016-10-06 Ckd Corporation Apparatus for measuring a three-dimensional shape
US10551180B2 (en) 2016-09-30 2020-02-04 Burke E. Porter Marchinery Company Wheel alignment measurement method and system for vehicle wheels
WO2024069284A1 (en) * 2022-09-27 2024-04-04 Unilin, Bv Method for inspecting panels, and device used for this

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4034007A1 (en) * 1990-10-25 1992-04-30 Siemens Ag Optical examination of teeth - involves coating measurement surface with fluorescent material and illuminating with matched light and evaluation of scattered light
DE19636354A1 (en) * 1996-09-02 1998-03-05 Ruedger Dipl Ing Rubbert Method and device for performing optical recordings
DE29816344U1 (en) * 1998-09-11 1999-03-18 Contactless Measurement Techno Measuring device
US6028672A (en) * 1996-09-30 2000-02-22 Zheng J. Geng High speed three dimensional imaging method
DE19963333A1 (en) * 1999-12-27 2001-07-12 Siemens Ag Procedure for determining three-dimensional surface coordinates
DE10049926A1 (en) * 2000-10-07 2002-04-11 Robert Massen Camera for photogrammetric detection of shape of limb has projector attachment for providing visually detectable alignment structures
US20080037033A1 (en) * 2004-06-14 2008-02-14 Isra Vision Systems Ag Sensor For Measuring The Surface Of An Object
US20080165357A1 (en) * 2006-11-07 2008-07-10 Howard Stern Method and system for providing a high definition triangulation system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4034007A1 (en) * 1990-10-25 1992-04-30 Siemens Ag Optical examination of teeth - involves coating measurement surface with fluorescent material and illuminating with matched light and evaluation of scattered light
DE19636354A1 (en) * 1996-09-02 1998-03-05 Ruedger Dipl Ing Rubbert Method and device for performing optical recordings
US6028672A (en) * 1996-09-30 2000-02-22 Zheng J. Geng High speed three dimensional imaging method
DE29816344U1 (en) * 1998-09-11 1999-03-18 Contactless Measurement Techno Measuring device
DE19963333A1 (en) * 1999-12-27 2001-07-12 Siemens Ag Procedure for determining three-dimensional surface coordinates
DE10049926A1 (en) * 2000-10-07 2002-04-11 Robert Massen Camera for photogrammetric detection of shape of limb has projector attachment for providing visually detectable alignment structures
US20080037033A1 (en) * 2004-06-14 2008-02-14 Isra Vision Systems Ag Sensor For Measuring The Surface Of An Object
US20080165357A1 (en) * 2006-11-07 2008-07-10 Howard Stern Method and system for providing a high definition triangulation system

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2515074A1 (en) * 2007-05-04 2012-10-24 Burke E. Porter Machinery Company Non contact wheel alignment sensor and method
US9142025B2 (en) 2011-10-05 2015-09-22 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for obtaining depth information using optical pattern
DE102012108567B4 (en) * 2011-10-05 2017-04-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Method of obtaining depth information using a light pattern
DE102012217240B4 (en) * 2011-11-17 2016-10-06 Ckd Corporation Apparatus for measuring a three-dimensional shape
EP2865987A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-29 Gerhard Schubert GmbH Method and scanner for the non-contact determination of the position and three-dimensional shape of products on a moving surface
US10365086B2 (en) 2013-10-25 2019-07-30 Gerhard Schubert Gmbh Method and scanner for touch free determination of a position and 3-dimensional shape of products on a running surface
US10551180B2 (en) 2016-09-30 2020-02-04 Burke E. Porter Marchinery Company Wheel alignment measurement method and system for vehicle wheels
WO2024069284A1 (en) * 2022-09-27 2024-04-04 Unilin, Bv Method for inspecting panels, and device used for this

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE202018006300U1 (en) Laser scanning device, laser radar set and scanning method of the laser radar set
EP0932816B1 (en) Method and device for measuring the course of reflective surfaces
DE112011103090B4 (en) Contactless measuring system and sensor device with a light source based on a micro-electro-mechanical system
EP2753896B1 (en) Method for capturing images of a preferably structured surface of an object and device for image capture
DE102016220742A1 (en) Scanning projector transmission screen and scanning projector system
DE102009015204A1 (en) Optical sensor i.e. distance sensor, for use in area of automatic control engineering to measure three-dimensional distance of object, has evaluation unit provided for evaluating output signals of surface camera
WO2010094658A1 (en) Monitoring of tiltable mirrors
DE102017216552A1 (en) MEASURING DEVICE FOR THREE-DIMENSIONAL SHAPE
DE4212404B4 (en) Apparatus and method for determining the spatial shape of an elongate member
DE102009018464B4 (en) Optical sensor
EP2737288A1 (en) Confocal spectrometer and method for imaging in a confocal spectrometer
EP3004851A1 (en) Method for determining the refractive power of a transparent object, and corresponding device
DE102008036275B4 (en) Method for measuring profiles with optical sensors
DE10317078B4 (en) Method and device for analyzing reflective surfaces
EP3274652B1 (en) Fringe projection method, fringe projection device, and computer program product
DE102008036264A1 (en) Optical sensor and method for measuring profiles
DE10321883A1 (en) Triangulation measurement device for determining object 3D structure has illumination and observation arrays with a projected pattern being evaluated using cross correlation or phase shift analysis
WO2012076182A1 (en) Method and system for determining the position and/or location of an object in a spatial measurement volume
DE102013002399B4 (en) Device for generating light patterns with a one-dimensionally focused illumination device
DE19709050A1 (en) Flat bed scanning system for three dimensional objects
DE102011001289A1 (en) Device for optical detection of test objects
DE102017221797A1 (en) Lidar system for environment detection and method for operating a lidar system
DE102005044912B4 (en) Method and device for the three-dimensional optical measurement of reflecting surfaces
EP4067931B1 (en) Optoelectronic sensor and method for detecting an object
WO2013079727A1 (en) Measurement method and device for performing the measurement method

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R120 Application withdrawn or ip right abandoned
R120 Application withdrawn or ip right abandoned

Effective date: 20120116