WO2011092150A1 - Device and method for sequential pattern projection - Google Patents

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WO2011092150A1
WO2011092150A1 PCT/EP2011/050940 EP2011050940W WO2011092150A1 WO 2011092150 A1 WO2011092150 A1 WO 2011092150A1 EP 2011050940 W EP2011050940 W EP 2011050940W WO 2011092150 A1 WO2011092150 A1 WO 2011092150A1
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WO
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light
rotating
measurement
analog
pattern
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/050940
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German (de)
French (fr)
Inventor
Patrick Wissmann
Frank Forster
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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 Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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Publication of WO2011092150A1 publication Critical patent/WO2011092150A1/en

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    • 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
    • G01B11/2536—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 using several gratings with variable grating pitch, projected on the object with the same angle of incidence

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for sequential pattern projection for the optical measurement of a movable or immovable object to be measured.
  • EP 0660078 Bl describes an example Vorrich ⁇ processing for producing strip-like light pattern.
  • a mask composed of partial surfaces is used as the light modulator, wherein the transparency or the brightness of the partial surfaces can be controlled.
  • These sub-areas can be formed as electrodes of a liquid crystal display or as light-emitting diodes. Since all of these partial surfaces of the mask are to be controlled separately, the technical complexity in this conventional device for generating a measurement pattern is very high.
  • US Pat. No. 6,885,464 B1 describes a 3D camera for marking a surface structure, for example in the case of teeth.
  • an analog light modulator is laterally displaceable by means of a piezo actuator.
  • the after ⁇ part in this conventional device is that after a change of measurement pattern, the entire measurement pattern is displaced locally and stationary signal components can not be realized.
  • stationary signal components of a measurement ⁇ pattern can be as reference marks or reference marks necessary.
  • This conventional device with egg ⁇ nem electromechanically displaceable analog light modulator thus does not allow the provision of reference marks. It is therefore an object of the present invention to provide a
  • the invention provides a device for sequential pattern projection for the optical measurement of a measurement object, wherein a rotating, analog light modulator is provided which spatially and temporally modulates light as Meßmus ⁇ tersequenz projected onto the measurement object to be measured.
  • the inventive device thus uses a Rotie ⁇ leaders, analog light modulator, which is for example is a rotating analogue light mask, which may be formed as Rotie ⁇ Rende light mask disc or as a rotating Lichtmaskenzy- linder.
  • the device according to the invention allows the projection of a measurement pattern sequence consisting of several measurement patterns in a particularly fast sequence, that is to say with a high projection speed. This is especially true of
  • the Image or pattern change frequency can be over 500 patterns per second.
  • a further advantage of the device according to the invention loading is that, by rotation of the analog light modulator having an intrinsic cooling takes place, so that the Vorrich ⁇ tung is also suitable for an illumination with a high light output. Compared to a conventional digital projection of a
  • the measuring device has the advantage that it offers a higher contrast, a higher resolution and a higher projection speed. In addition, it is very easy to miniaturize, i. to realize in a small space.
  • a further advantage of the device according to the invention is that the expense for producing the analog light modulator used is relatively low.
  • Another advantage of the device according to the invention is that the complexity and the minimum installation space of the control electronics are low.
  • the rotating analog light modulator has a rotating, analogue light mask, which is formed by a rotating Lichtmas ⁇ kenification or by a rotating Lichtmaskenzylinder.
  • the light is generated by a lighting unit which has a light source, which is an LED, an arc lamp, an incandescent lamp or a laser.
  • the inventive device can thus be point sources of light, in particular laser, as well as surface light sources for generating the light ⁇ have.
  • the rotating light mask disc between loading ⁇ illumination unit and a projection optical system rotates.
  • the projec ⁇ onsoptik may be omitted if it is a light source in the light source is a point light source such as a laser. In this embodiment, a so-called shadow projection can take place.
  • the rotating light mask disc consists of a masked glass pane.
  • the rotating light mask disc from egg ⁇ ner masked metal disc or a masked art consists disc.
  • the rotating, analog light modulator is a rotating, analog light mask, which consists of a rotating light mask cylinder.
  • This rotary light screen cylinder preferably has a peripheral surface which modulates the generated or generated by the lighting unit to lighting ei ⁇ ner projection optics.
  • the generated light is preferably reflected by the rotating light mask cylinder.
  • the rotating light mask on several Messmus ⁇ tersegmente corresponding to the number of the measurement pattern of the projected measurement pattern ed sequence.
  • the measurement pattern segments of the rotating, ana lied light mask configured so that they modulate the light gra ⁇ duel.
  • the measurement pattern segments of the rotating, ana ⁇ log light mask are designed such that they bi ⁇ nary modulate the light.
  • Light mask surfaces with different optical properties to modulate the light are different optical properties to modulate the light.
  • optical properties may be a
  • integration of light during the rotation of the rotating, analogue light mask results in a gradual modulation of the light intensity of the light.
  • the inventive device is tersegment for gradual modulation of the light by a Messmus-, which is located on the rotating analog Lichtmas ⁇ kenification along a provided at a radial position of the circular arc light mask disc,
  • the ratio of the light intensity (I) of the modulated Lich ⁇ tes to a maximum light intensity (I max) of the light per ⁇ proportional to the ratio of an optically active cylinder arc gap (SA) to a maximum cylinder arc gap (S max) of the relevant measurement pattern segment.
  • At least one camera is provided, which records the measurement pattern sequence projected onto the measurement object.
  • the measurement pattern segments of the rotating analog light ⁇ mask are designed such that over an exposure period of the camera ty a time-changing modulation of Lichtintensi- is caused, which corresponds in time-integrated form to be projected measurement pattern of the measurement pattern sequence.
  • a synchronization unit which synchronizes a Rotati ⁇ on the light modulator with the recording of the projected measurement pattern sequence by the camera.
  • the synchronization unit scans optical ⁇ synchronization marks, which are mounted on the rotating light modulator, by means of a scanning unit from.
  • This scanning unit preferably has a Reflexlicht- barrier, a light barrier or at least one photo cell ⁇ on.
  • the rotating, analog light modulator has a centering mark
  • a detection unit which detects an angle ⁇ position of the rotating, analog light modulator.
  • the detecting unit detects the angular position of Rotie ⁇ leaders, analog light modulator by means of a track which is located on the light modulator for encoding the angular position of the rotating analog light modulator. In one embodiment of the inventive device, the detecting unit detects the angular position of Rotie ⁇ leaders, analog light modulator by means of an incremental encoder or by means of Hall sensors. In a possible embodiment of the device according to the invention, the rotating, analogue light modulator has a further track for synchronization with exposure periods of an associated camera. The invention further provides a method for performing a sequential pattern production for the optical measurement of a measurement object,
  • the invention further provides a measuring device for dreidimensio ⁇ cal measurement of a measurement object having a device for sequential pattern projection for the optical measurement of the measurement object,
  • At least one rotating, analog light modulator is provided, which is an electromagnetic Radiation spatially and temporally modulated as Meßmusterse ⁇ sequence projected onto the measured object to be measured.
  • This meter can be used for measuring a moving Messob ⁇ jektes or immovable object to be measured using the ⁇ .
  • FIG. 1 is a block diagram of a possible execution ⁇ form the inventive device for sequential pattern projection.
  • 3A, 3B show examples of measurement pattern sequences of a light modulator for the gradual and binary modulation of light
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a light mask disk which can be used in the device according to the invention for the binary modulation of light
  • FIG. 5 shows an embodiment of a usable in the device according to Inventive ⁇ Lichtmasken- disc for gradual modulation of light.
  • Fig. 6 is a diagram illustrating a developed
  • the inventive apparatus 1 for the sequential pattern projection for the optical measurement of a measuring object 2 is preferably a Be ⁇ illumination unit 3, the light generated or generated.
  • the illumination unit 3 may, be a dazzlingför ⁇ -shaped light source such as a laser or a surface light source.
  • the lighting unit 3 may comprise, for example, LEDs, an arc lamp or a light bulb.
  • the lighting unit 3 preferably generates visible light.
  • the lighting unit 3 can also generate light in non-visible frequency ranges.
  • the device 1 further includes a light modulator 4, which spatially and temporally modulates the generated light or electromagnetic radiation via a projection optical system 5 onto the measurement object 2 to be measured. If it is, the light source of the illumination unit 3 about a huiförmi ⁇ ge light source, the projection optics 5 can be omitted and there is a so-called shadow projection.
  • the Lichtmodu ⁇ lator 4 is a an analogous light modulator or an analog constructed light modulator in the inventive device. 1 This light modulator 4 rotates about an axis of rotation. The rotation of the light modulator 4 is preferably carried out kon ⁇ continuously adjustable with a constant rotation speed. In this case, the light modulator 4 is preferably driven by an electric motor.
  • This electric motor is preferably controlled by a control unit, so that the rotational speed is adjustable.
  • the rotational speed of the rotating ⁇ analog light modulator 4 of the device 1 according to the invention is relatively high and may for example be 5000 U / min in a possible embodiment. Due to this high rotational speed eig ⁇ net, the inventive device 1, as shown in Fig. 1, also for measurement of moving measurement objects 2, for example the measurement of a hand of a person or the measurement of a facial expression of a person's face. Alternatively, the device 1 according to the invention can also be used for measuring a non-movable measuring Object 2, for example, a product to be produced or prototypes are used.
  • Fig. 2A shows an embodiment of the device 1 according to the invention according to the invention.
  • the projection of the measurement pattern sequence takes place with the aid of a rotating analog light mask disk.
  • This rotating analog light mask disc forms the rotating analog light modulator 4.
  • the light pattern or the measurement pattern sequence formed in this way is projected onto the measurement object 2 to be measured via the projection optics 5.
  • the rotating light mask disk 4 rotates between the illumination unit 3 and the projection optics 5.
  • the rotating light mask disk 4 rotates
  • Light mask disk 4 around a masked glass pane In an alternative embodiment, the rotating light mask disk 4 is a masked metal disk. In a further possible embodiment, the rotating light mask disk 4 is a masked one
  • FIG. 2B shows another embodiment of the OF INVENTION ⁇ to the invention the device 1 for the sequential pattern projection for the optical measurement of a measuring object 2.
  • the rotating analogue light mask 4 is formed overall by a rotating masked light screen cylinder.
  • the light mask cylinder 4 has a peripheral surface which provides the light generated by the illumination unit 3 modulated for a projection optics 5 by preferably reflecting the incident on ⁇ light.
  • the projection takes place radially by means of a rotating light mask, while in the embodiment illustrated in FIG. 2B the projection takes place axially by means of a rotating light mask.
  • the rotating light mask 4 has a plurality of measurement pattern segments corresponding to the number of measurement patterns of the measurement pattern sequence to be projected or projected. The rotating one
  • the light mask or the rotating analog light modulator 4 may have a number of measurement pattern segments corresponding to the number of patterns of the measurement pattern sequence to be projected.
  • the optical modulation or structuring of the individual segments is preferably designed in such a way here that each have an exposure period of the camera 6 is a time ⁇ Lich varying intensity modulation is performed, which corresponds in shape to the time-integrated to be projected measurement pattern.
  • a measurement pattern to be projected has a modulatable dimension, for example a one-dimensional sine pattern.
  • the invention Before ⁇ device 1 thus provides a one-dimensional measurement pattern modulated for the measurement of the measurement object. 2
  • the modulation of the light by the various measurement pattern segments of the Rotie ⁇ leaders, analog light modulator 4 can be gradual or binary.
  • the measurement pattern segments of the rotating analog light modulator 4 are configured so that they modulate the light in one embodiment, and at a gradually walls ⁇ ren embodiment binary.
  • Advantageous manufacturing methods for the light mask or the light modulator 4 such as a chromium coating of a Glassubstra ⁇ tes, can partially only a binary optical Mo ⁇ dulation to.
  • the measurement pattern segments Mi of the rotating analog light mask 4 have surfaces with different optical properties for modulating the light.
  • the optical property is a Kunststoffliche under ⁇ transmissivity, ie, the surfaces are ent ⁇ neither transparent or absorptive with respect to light.
  • the optical property is a different reflectivity of the different areas, that is, the areas are either transparent or reflective.
  • the surfaces are different in terms of their absorption behavior with respect to the light, that is, they are either reflective ⁇ or absorbing.
  • the rotating analog Lichtmodu- lator 4 thus has active and passive surfaces or Operaflä ⁇ surfaces, said active and passive sub-areas having different optical properties for the modulation of light.
  • the apparatus of the analogue light modulator used has 4 transparent part surfaces as active areas and absorbent areas as passive part FLAE ⁇ chen.
  • the analog light modulator 4 used has transparent partial surfaces as active partial surfaces and reflective partial surfaces as passive partial surfaces.
  • the analog light modulator 4 used has reflective partial surfaces as active faces and absorbie ⁇ Rende partial areas as a passive part surfaces.
  • a binary structured analog light modulator 4 can also be used for the gradual modulation of the light.
  • a gradual modulation of the light intensity I of the light is passed through ⁇ means of integration of light during rotation of the rotating analog light modulator. 4
  • ⁇ means of integration of light during rotation of the rotating analog light modulator. 4
  • the desired relative brightness or the intensity I of the light corresponds to the ratio of the optically active Extending a circular arc to the total distance of a Kreisbo ⁇ gene.
  • the desired relative brightness or intensity I of the light for gradual modulation corresponds to the ratio of active and passive paths.
  • a measuring pattern segment which is located on the rotating analog light screen cylinder along a provided on an axial position of the cylinder arc of the light screen cylinder 4
  • the ratio of the light intensity I of the modulated light to an A maximum light intensity I max of the light preferably corresponds to the behaves ⁇ nis an optically active cylinder arc length SA to a maximum cylinder arc length S max of the respective measuring pattern ⁇ segment.
  • FIGS. 3A, 3B show examples of different measurement pattern sequences, which can be used in the method according to the invention.
  • FIG. 3A shows a measurement pattern sequence which consists of four measurement patterns M1, M2, M3, M4.
  • Each of the measurement patterns illustrated in FIG. 3A has a spatial extent in the x and y directions.
  • the extent of a measurement pattern segment Mi in the x direction is 10 mm.
  • the measurement pattern sequence shown in Fig. 3A causes a gradual one-dimensional Mo ⁇ dulation of light.
  • FIG. 3B shows the transformation of the measurement pattern sequence shown in FIG. 3A into a binary measurement pattern sequence.
  • the measurement patterns to be projected for a method of structured illumination are generally available or readable in an orthogonal Cartesian coordinate system.
  • the one-dimensional modulation of the light by measuring ⁇ pattern takes place in the radial or, as shown in Fig. 2B, in the axial direction.
  • the measurement patterns used are preferably first transformed into a corresponding shape.
  • Transformation process corresponds to a "winding" of the Mess ⁇ pattern around a center point of the rotating disk.
  • FIG. 4 shows the structuring of an analogue light mask pane 4, as it can be used in the embodiment according to FIG. 2A.
  • Fig. 5 shows a furthertalksbei ⁇ game for a light mask disk 4, as can be used in the embodiment shown in Fig. 2A.
  • 4 illustrates an analog light mask disk 4 which modulates the incident light purely binary, that is, the light mask disk 4 shown in FIG. 4 does not have any gray levels and the active part areas are for example either completely opaque or completely transparent.
  • the light mask disk 4 is circular and has a specific diameter of, for example, about 90 mm.
  • the analog light mask disk 4 shown in FIG. 4 has four measurement pattern segments 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 in the illustrated embodiment. In the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the various measurement pattern segments 7-i are configured in such a way that they binary-modulate the light originating from the illumination unit 3.
  • the black areas correspond to absorbent surfaces and the white surfaces are transparent surfaces.
  • the measurement pattern segments 7-i are separated by about ⁇ transition areas from one another, in which the light is not modulated. These intermediate spaces or transition areas provide a modulation-free, projected image or pattern in at least one angular position of the light modulator 4 in order to ensure a trouble-free transition between two measurement patterns.
  • the light mask or the light modulator has 4 centering marks Z for centering the light mask or light mask disk 4.
  • the light mask may comprise 4 sync marks for timingsynchronisati ⁇ on.
  • the camera 6 picks up the measurement pattern sequence which is projected onto the measurement object 2.
  • the Musterseg ⁇ elements 7-i of the rotating analog light mask 4 are designed such that 6 ei ⁇ ne temporally altered modulation of the light intensity I is pre-call ⁇ over an exposure period of the camera here, which corresponds in time-integrated form to be projected measurement pattern of the measurement pattern sequence .
  • a synchronization unit can be provided, which synchronizes rotation of the light modulator 4 with the inclusion of per ⁇ ji disposeen measurement pattern sequence by the camera. 6
  • This camera synchronization unit KS scans the optical synchronization marks mounted on the rotating light modulator 4, as shown in FIG. 4, preferably by means of a scanning unit.
  • This scanning unit may have a reflected light barrier, a fork light barrier or at least one photocell.
  • the light mask 4 may optionally additionally have a placeholder for an optical calibration pattern for calibrating a projector.
  • Fig. 5 shows an example for analogue light mask 4 shows ent ⁇ speaking the embodiment in Fig. 4, wherein in which, however, the auftref ⁇ Fende light is modulated gradually in the embodiment shown 5 Fig., That is, the Lichtmo ⁇ dulator 4 has at the one shown in Figure 5 execution ⁇ form gray levels.
  • the direction modulated in a Cartesian pattern forms a principal direction H, whereby the direction with constant light intensity can be designated as secondary direction N.
  • the main direction H and the secondary direction N for the different measurement patterns Mi are shown in FIGS. 3A, 3B.
  • the main direction H and the secondary direction N are likewise shown in FIGS. 4, 5.
  • the main direction H extends in the radial direction
  • the secondary direction N extends in the circumferential direction.
  • the transformation of the Cartesian measurement pattern, as shown in Fig. 3A, 3B, in the polar coordinates of the radial direction is such that along the circumferential direction that acts ⁇ nis chosen for modulating the light flux optical properties of a relative value of the desired brightness or Intensity I corresponds to the modulation.
  • An average brightness or intensity of the modulated light is contributed play, be achieved by an equal relationship between Transmis ⁇ sion and absorption along the circumferential direction.
  • a maximum intensity I max or brightness of the modulated light is achieved, for example, by a line or path of the measuring pattern segment 7-i, which is transparent or active in the circumferential or tangential direction.
  • FIG. 6 shows a diagram for depicting a developed cylinder circumferential surface of a rotatable light mask cylinder 4, as can be used in the embodiment of the device 1 according to the invention shown in FIG. 2B.
  • the analog Lichtmodu ⁇ lator 4 a plurality of measurement patterns segments 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 and intervening opaque transition regions.
  • a track for a centering Z can be provided.
  • two optical marks for camera synchronization are provided in the embodiment shown in FIG. 7 shows schematically the design of a rotating light mask disk 4 for the gradual modulation of light in a binary structured light modulator.
  • Fig. 6 shows a diagram for depicting a developed cylinder circumferential surface of a rotatable light mask cylinder 4, as can be used in the embodiment of the device 1 according to the invention shown in FIG. 2B.
  • the analog Lichtmodu ⁇ lator 4 a plurality of measurement patterns segments 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 and intervening opaque transition regions.
  • maximum circular arc distance S max is the sum of the active circular arc distance S a and the passive circular arc distance S p of the respective measurement pattern segment Mi. How he can know ⁇ from FIG. 7, following an optically active, for example, transparent path of the respective circle segment pattern ei ⁇ nes passive, for example opaque path of the respective circuit pattern segment. Due to the track length ratio, the light can be gradually modulated by the light modulator 4 due to its rotation, even if the different sections or sections S A , S P themselves are constantly active or exclusively transparent and completely passive or exclusively opaque, ie only one binary gradation and no gradual gradations or gray levels have. Therefore, it is also possible to use light modulators 4 for a gradual modulation which has a purely binary structure
  • the rotating light modulator 4 has four light pattern segments 7-i.
  • the light modulators 4 have a different number of measurement pattern segments, for example 8 or 16 measurement pattern segments.
  • the latter has a detection unit which detects an angular position of the rotating analog light modulator 4.
  • the rotating, analog light modulator 4 has a track in which the angular position of the light modulator 4 is coded.
  • the angular position of the rotating analog light modulator 4 is detected by means of an incremental encoder or by means of Hall sensors.
  • the rotating, analog light modulator 4 has a further track for synchronization with the exposure intervals or exposure periods of the camera 6.
  • the optical light modulator 4 is exchangeable. In a further possible embodiment of the device 1 according to the invention, it can be moved relative to the measured object 2 to be measured together with the camera 6 in order to be able to generate images or projections from different angles of the measuring object 2. For example, the device 1 according to the invention is to be measured
  • Measured object 2 moves around to it on all sides vermes ⁇ sen.
  • the device 1 according to the invention projects at least one measurement pattern sequence onto the measurement object 2 to be measured.
  • a three-dimensional data model of the measurement object 2 is automatically generated from the measurement pattern sequences recorded by the camera 6.
  • a copy of the measured measurement object 2 is produced by a production facility.
  • the measurement object 2 can be a prototype of a herzustel ⁇ sirloin product, for example.
  • the measurement object 2 is a static measurement object.
  • the device 1 according to the invention is also suitable for measuring moving measuring objects.
  • a pattern projection onto a movable hand of a person can take place and the hand can be picked up by means of a camera 6.
  • a pattern projection on a person's face can take place in order to generate an SD data model of the face. Since the hand position or the facial expression of a person can change relatively quickly, in a preferred embodiment, the sequential pattern projection is carried out at a high rotational speed of the rotating, analog Lichtmodu ⁇ lators 4. In this way, the camera 6, the projected light pattern within a record short period of time within which the hand or the face less moves ⁇ to than would be the case for a longer recording period.
  • the high rotational speed of the analog Lichtmo ⁇ Demodulator 4 thus increasing the accuracy of measurement of the measurement object 2, in particular at a movable measuring object 2.
  • the different three-dimensional data models and records a measured object 2, in particular of a movable measuring object, may be stored in a memory unit of the device 1 or cached.
  • the device 1 according to the invention for the sequential pattern projection for the optical measurement of a test object 2 is integrated in one possible embodiment in a hand-held, three-dimensional measuring device for measuring a test object 2.
  • the optical light modulator 4, which is used in the inventive device 1 can be produced in different Wei ⁇ se. These manufacturing methods include Coating, printing, etching and pasting methods. In one possible embodiment, the optical light modulator 4 can be exchanged for different applications in the erfindungsge ⁇ MAESSEN device. 1 In a possible exemplary form, the inventive apparatus 1 for se ⁇ quentiellen pattern projection on not only a rotating analog light modulator 4, but a plurality of rotating light modulators analog 4 of the same or different types. In one possible embodiment of the device 1 according to the invention, several cameras 6 simultaneously record an image of the projected measurement pattern sequence.
  • the device 1 according to the invention is preferably integrated in a projector or in a projector device.
  • This projector preferably has an illumination unit 3, a rotatably mounted analog light modulator 4 and an electric motor for driving the light modulator 4.
  • the Pro ⁇ jedgings réelle preferably includes a projection optical system 5.
  • the Pro ⁇ jedgings réelle may contain other units, in particular a synchronization unit which synchronizes the rotation of the Lichtmodu- lators 4 with the camera. 6
  • the projection device may have a detection unit which detects ei ⁇ ne angular position of the rotating analog light modulator.
  • the projection device can be a statio ⁇ nary device, but also a hand held device or a hand-held meter.
  • a memory for storing or buffering the generated 3D data models of the measured measurement object 2 can be present, which can be read out via an interface.
  • the projection device can have its own power supply.
  • the camera 6 is a digital camera.
  • the device 1 according to the invention is suitable for the three-dimensional measurement of any objects or objects, for example also for wheel alignment in automobiles.
  • the rotational frequency or speed of rotation of the rotatably mounted rotating analog light modulator 4 in response to the appli ⁇ case of use on a user interface parts is adjustable.

Abstract

The invention relates to a device and method for pattern projection for the optical measurement of a mobile or immobile measuring object (2), wherein a rotating, analog light modulator (4) is provided, which projects light in a spatially and temporally modulated manner as a measuring pattern onto the measuring object (2) to be measured by means of a projection lens (5), wherein the projected measuring pattern is recorded by a camera (6) for generating a data model of the measuring object.

Description

Beschreibung description
Vorrichtung und Verfahren zur sequentiellen Musterprojektion Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines beweglichen oder unbeweglichen Messobjektes. The invention relates to a device and a method for sequential pattern projection for the optical measurement of a movable or immovable object to be measured.
Es sind herkömmliche Verfahren zur optischen Vermessung von Messobjekten mittels Triangulation bekannt. Dabei können dreidimensionale Objekte mittels Messmustern vermessen wer¬ den, die auf das zu vermessende Messobjekt sequentiell proji¬ ziert werden. Das auf eine Objektoberfläche des zu vermessen¬ den Messobjektes projizierte Messmuster wird dabei mittels einer oder mehrerer Kameras zur Vermessung der Oberfläche aufgenommen. Die Anzahl der auf die Oberfläche des zu vermes¬ senden Objektes projizierten Messmuster kann in der Regel variiert werden, wobei im Allgemeinen die erreichte Messgenau¬ igkeit mit der Anzahl bzw. Rate der projizierten Messmuster ansteigt. Bei herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen werden verschiedene Arten von Lichtmodulatoren eingesetzt. Conventional methods for optical measurement of measuring objects by means of triangulation are known. In this three-dimensional objects can be measured by measuring patterns ¬ to which are ¬ ed sequentially proji to be measured DUT. The on an object surface to be measured of the measuring object ¬ projected measurement pattern is then recorded by means of one or more cameras for measuring the surface. The number of projected onto the surface of the object vermes ¬ send measurement pattern can be varied as a rule, generally increases the achieved measuring precisely ¬ accuracy with the number or rate of the projected measurement pattern. Conventional methods and devices use various types of light modulators.
Die EP 0 660 078 Bl beschreibt beispielsweise eine Vorrich¬ tung zur Erzeugung streifenartiger Lichtmuster. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung wird als Lichtmodulator eine aus Teilflächen zusammensetzbare Maske eingesetzt, wobei die Transparenz oder die Helligkeit der Teilflächen steuerbar ist. Diese Teilflächen können als Elektroden einer Flüssigkristallanzeige oder als Leuchtdioden ausgebildet werden. Da alle diese Teilflächen der Maske separat anzusteuern sind, ist der technische Aufwand bei dieser herkömmlichen Vorrichtung zur Erzeugung eines Messmusters sehr hoch. EP 0660078 Bl describes an example Vorrich ¬ processing for producing strip-like light pattern. In this conventional device, a mask composed of partial surfaces is used as the light modulator, wherein the transparency or the brightness of the partial surfaces can be controlled. These sub-areas can be formed as electrodes of a liquid crystal display or as light-emitting diodes. Since all of these partial surfaces of the mask are to be controlled separately, the technical complexity in this conventional device for generating a measurement pattern is very high.
In der US 6,885,464 Bl ist eine 3D-Kamera zur Auszeichnung einer Oberflächenstruktur beispielsweise bei Zähnen beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist ein analoger Lichtmodulator mittels eines Piezoaktuators lateral verschiebbar. Der Nach¬ teil bei dieser herkömmlichen Vorrichtung besteht darin, dass nach einem Messmusterwechsel das gesamte Messmuster örtlich verschoben wird und ortfeste Signalanteile nicht realisiert werden können. Derartige ortsfeste Signalanteile eines Mess¬ musters können jedoch als Referenzmarkierungen bzw. Referenz- marken notwendig sein. Diese herkömmliche Vorrichtung mit ei¬ nem elektromechanisch verschiebbaren analogen Lichtmodulator erlaubt somit nicht die Bereitstellung von Referenzmarkierungen . Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einUS Pat. No. 6,885,464 B1 describes a 3D camera for marking a surface structure, for example in the case of teeth. In this device, an analog light modulator is laterally displaceable by means of a piezo actuator. The after ¬ part in this conventional device is that after a change of measurement pattern, the entire measurement pattern is displaced locally and stationary signal components can not be realized. However, such stationary signal components of a measurement ¬ pattern can be as reference marks or reference marks necessary. This conventional device with egg ¬ nem electromechanically displaceable analog light modulator thus does not allow the provision of reference marks. It is therefore an object of the present invention to provide a
Verfahren und eine Vorrichtung zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines Messobjektes zu schaffen, das bei geringem technischem Aufwand das Bereitstellen eines ortsfesten Signalanteils innerhalb eines Mess- musters erlaubt. To provide a method and a device for sequential pattern projection for the optical measurement of a measurement object that allows the provision of a fixed signal component within a measurement pattern with little technical effort.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines Messobjektes, wobei ein rotierender, analoger Lichtmodulator vorgesehen ist, der Licht räumlich und zeitlich moduliert als Messmus¬ tersequenz auf das zu vermessende Messobjekt projiziert. This object is achieved by a device having the features specified in claim 1. The invention provides a device for sequential pattern projection for the optical measurement of a measurement object, wherein a rotating, analog light modulator is provided which spatially and temporally modulates light as Meßmus ¬ tersequenz projected onto the measurement object to be measured.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet somit einen rotie¬ renden, analogen Lichtmodulator, wobei es sich beispielsweise um eine rotierende analoge Lichtmaske handelt, die als rotie¬ rende Lichtmaskenscheibe oder als rotierender Lichtmaskenzy- linder ausgebildet sein kann. The inventive device thus uses a Rotie ¬ leaders, analog light modulator, which is for example is a rotating analogue light mask, which may be formed as Rotie ¬ Rende light mask disc or as a rotating Lichtmaskenzy- linder.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Projektion von einer aus mehreren Messmustern bestehenden Messmustersequenz in einer besonders schnellen Abfolge, das heißt mit hoher Projektionsgeschwindigkeit. Dies ist insbesondere dann vonThe device according to the invention allows the projection of a measurement pattern sequence consisting of several measurement patterns in a particularly fast sequence, that is to say with a high projection speed. This is especially true of
Bedeutung, wenn es sich bei dem zu vermessenden Messobjekt um ein bewegliches Messobjekt handelt. Die erfindungsgemäße Vor¬ richtung erlaubt einen schnellen Musterwechsel, wobei die Bild- bzw. Musterwechselfrequenz bei über 500 Mustern pro Sekunde liegen kann. Meaning, if the measuring object to be measured is a moving measuring object. The inventive ago ¬ direction allows quick pattern change, the Image or pattern change frequency can be over 500 patterns per second.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung be- steht darin, dass durch Rotation des analogen Lichtmodulators eine intrinsische Kühlung erfolgt, so dass sich die Vorrich¬ tung auch für eine Beleuchtung mit hoher Lichtleistung eignet . Gegenüber einer herkömmlichen digitalen Projektion einesA further advantage of the device according to the invention loading is that, by rotation of the analog light modulator having an intrinsic cooling takes place, so that the Vorrich ¬ tung is also suitable for an illumination with a high light output. Compared to a conventional digital projection of a
Messmusters hat die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund der Verwendung eines analogen Lichtmodulators den Vorteil, dass sie einen höheren Kontrast, eine höhere Auflösung und eine höhere Projektionsgeschwindigkeit bietet. Zudem ist sie sehr gut miniaturisierbar, d.h. auf kleinem Bauraum zu realisieren . As a result of the use of an analog light modulator, the measuring device according to the invention has the advantage that it offers a higher contrast, a higher resolution and a higher projection speed. In addition, it is very easy to miniaturize, i. to realize in a small space.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass der Aufwand zur Herstellung des verwendeten analogen Lichtmodulators relativ gering ist. A further advantage of the device according to the invention is that the expense for producing the analog light modulator used is relatively low.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Komplexität und der minimale Bauraum der Ansteuerungselektronik gering sind. Another advantage of the device according to the invention is that the complexity and the minimum installation space of the control electronics are low.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der rotierende analoge Lichtmodulator eine rotierende, analoge Lichtmaske auf, die durch eine rotierende Lichtmas¬ kenscheibe oder durch einen rotierenden Lichtmaskenzylinder gebildet ist. In one embodiment of the device according to the invention, the rotating analog light modulator has a rotating, analogue light mask, which is formed by a rotating Lichtmas ¬ kenscheibe or by a rotating Lichtmaskenzylinder.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Licht durch eine Beleuchtungseinheit erzeugt, die eine Lichtquelle aufweist, bei der es sich um eine LED, eine Lichtbogenlampe, eine Glühlampe oder um einen Laser handelt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit punktförmige Lichtquellen, insbesondere Laser, als auch flächige Licht¬ quellen zur Erzeugung des Lichtes aufweisen. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung rotiert die rotierende Lichtmaskenscheibe zwischen der Be¬ leuchtungseinheit und einer Projektionsoptik. Die Projekti¬ onsoptik kann entfallen, wenn es sich bei der Lichtquelle um eine punktförmige Lichtquelle, beispielsweise eine Laser- lichtquelle handelt. Bei dieser Ausführungsform kann eine so genannte Schattenprojektion erfolgen. In one embodiment of the device according to the invention, the light is generated by a lighting unit which has a light source, which is an LED, an arc lamp, an incandescent lamp or a laser. The inventive device can thus be point sources of light, in particular laser, as well as surface light sources for generating the light ¬ have. In one embodiment of the device according to the invention, the rotating light mask disc between loading ¬ illumination unit and a projection optical system rotates. The projec ¬ onsoptik may be omitted if it is a light source in the light source is a point light source such as a laser. In this embodiment, a so-called shadow projection can take place.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die rotierende Lichtmaskenscheibe aus ei- ner maskierten Glasscheibe. In one possible embodiment of the device according to the invention, the rotating light mask disc consists of a masked glass pane.
Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die rotierende Lichtmaskenscheibe aus ei¬ ner maskierten Metallscheibe oder einer maskierten Kunst- scheibe. In an alternative embodiment of the device according to the invention, the rotating light mask disc from egg ¬ ner masked metal disc or a masked art consists disc.
Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der rotierende, analoge Lichtmodulator eine rotierende, analoge Lichtmaske, welche aus einem rotierenden Lichtmaskenzylinder besteht. Dieser rotierende Lichtmaskenzylinder weist vorzugsweise eine Umfangsfläche auf, die das von der Beleuchtungseinheit generierte bzw. erzeugte Licht zu ei¬ ner Projektionsoptik moduliert. Dabei wird das generierte Licht vorzugsweise von dem rotierenden Lichtmaskenzylinder reflektiert. In an alternative embodiment of the device according to the invention, the rotating, analog light modulator is a rotating, analog light mask, which consists of a rotating light mask cylinder. This rotary light screen cylinder preferably has a peripheral surface which modulates the generated or generated by the lighting unit to lighting ei ¬ ner projection optics. In this case, the generated light is preferably reflected by the rotating light mask cylinder.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die rotierende Lichtmaske mehrere Messmus¬ tersegmente entsprechend der Anzahl der Messmuster der proji- zierten Messmustersequenz auf. In one possible embodiment of the device according to the invention, the rotating light mask on several Messmus ¬ tersegmente corresponding to the number of the measurement pattern of the projected measurement pattern ed sequence.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Messmustersegmente der rotierenden, ana- logen Lichtmaske derart ausgestaltet, dass sie das Licht gra¬ duell modulieren. In one possible embodiment of the device according to the invention, the measurement pattern segments of the rotating, ana lied light mask configured so that they modulate the light gra ¬ duel.
Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Messmustersegmente der rotierenden, ana¬ logen Lichtmaske derart ausgestaltet, dass sie das Licht bi¬ när modulieren. In an alternative embodiment of the device according to the invention, the measurement pattern segments of the rotating, ana ¬ log light mask are designed such that they bi ¬ nary modulate the light.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die Messmustersegmente der rotierenden, analogen In one embodiment of the device according to the invention, the measurement pattern segments of the rotating, analog
Lichtmaske Flächen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften zur Modulation des Lichtes auf.  Light mask surfaces with different optical properties to modulate the light.
Bei diesen optischen Eigenschaften kann es sich um eine These optical properties may be a
Transmissivität , eine Reflektivität und eine Absorption der jeweiligen Fläche handeln. Transmissivity, reflectivity and absorption of the respective surface act.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt durch Integration von Licht während der Rotation der rotierenden, analogen Lichtmaske eine graduelle Modulation der Lichtintensität des Lichtes. In one embodiment of the device according to the invention, integration of light during the rotation of the rotating, analogue light mask results in a gradual modulation of the light intensity of the light.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur graduellen Modulation des Lichtes durch ein Messmus- tersegment, das sich auf der rotierenden, analogen Lichtmas¬ kenscheibe entlang einem an einer radialen Position vorgesehenen Kreisbogen der Lichtmaskenscheibe befindet, In one embodiment of the inventive device is tersegment for gradual modulation of the light by a Messmus-, which is located on the rotating analog Lichtmas ¬ kenscheibe along a provided at a radial position of the circular arc light mask disc,
das Verhältnis der Lichtintensität (I) des modulierten Lich¬ tes zu einer maximalen Lichtintensität (Imax) des Lichtes pro- portional zu dem Verhältnis einer optisch aktiven Kreisbogenstrecke ( SA) ZU einer maximalen Kreisbogenstrecke ( Smax ) des jeweiligen Messmustersegmentes. the ratio of the light intensity (I) of the modulated Lich ¬ tes to a maximum light intensity (I max ) of the light proportional to the ratio of an optically active arc gap (S A ) TO a maximum circular arc length (S ma x) of the respective Meßmustersegmentes.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zur graduellen Modulation des Lichtes bei einem Messmustersegment, das sich auf dem rotierenden, analogen Lichtmaskenzylinder entlang einer axialen Position vorgesehenen Zylinderbogen des Lichtmaskenzylinders befindet, das Verhältnis der Lichtintensität (I) des modulierten Lich¬ tes zu einer maximalen Lichtintensität (Imax) des Lichtes pro¬ portional zu dem Verhältnis einer optisch aktiven Zylinderbo- genstrecke (SA) Z U einer maximalen Zylinderbogenstrecke (Smax) des jeweiligen Messmustersegmentes. In one embodiment of the device according to the invention, for the gradual modulation of the light in a measurement pattern segment which is located on the rotating, analog light mask cylinder along an axial position provided cylinder arc of the light mask cylinder, the ratio of the light intensity (I) of the modulated Lich ¬ tes to a maximum light intensity (I max) of the light per ¬ proportional to the ratio of an optically active cylinder arc gap (SA) to a maximum cylinder arc gap (S max) of the relevant measurement pattern segment.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens eine Kamera vorgesehen, welche die auf das Messobjekt projizierte Messmustersequenz aufnimmt. In one embodiment of the device according to the invention, at least one camera is provided, which records the measurement pattern sequence projected onto the measurement object.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Messmustersegmente der rotierenden, analogen Licht¬ maske derart ausgelegt, dass über eine Belichtungsperiode der Kamera eine zeitlich veränderte Modulation der Lichtintensi- tät hervorgerufen wird, die in zeitlich integrierter Form dem zu projizierenden Messmuster der Messmustersequenz entspricht . In one embodiment of the device according to the invention, the measurement pattern segments of the rotating analog light ¬ mask are designed such that over an exposure period of the camera ty a time-changing modulation of Lichtintensi- is caused, which corresponds in time-integrated form to be projected measurement pattern of the measurement pattern sequence.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Synchronisationseinheit vorgesehen, die eine Rotati¬ on des Lichtmodulators mit der Aufnahme der projizierten Messmustersequenz durch die Kamera synchronisiert. In one embodiment of the inventive device a synchronization unit is provided, which synchronizes a Rotati ¬ on the light modulator with the recording of the projected measurement pattern sequence by the camera.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung tastet die Synchronisationseinheit optische Synchronisations¬ marken, die auf dem rotierenden Lichtmodulator angebracht sind, mittels einer Abtasteinheit ab. In one embodiment of the inventive device, the synchronization unit scans optical ¬ synchronization marks, which are mounted on the rotating light modulator, by means of a scanning unit from.
Diese Abtasteinheit weist vorzugsweise eine Reflexlicht- schranke, eine Gabellichtschranke oder mindestens eine Foto¬ zelle auf. This scanning unit preferably has a Reflexlicht- barrier, a light barrier or at least one photo cell ¬ on.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der rotierende, analoge Lichtmodulator eine Zentrier- marke, In one embodiment of the device according to the invention, the rotating, analog light modulator has a centering mark,
mehrere optische Synchronisationsmarken, several optical synchronization marks,
mehrere optische Messmustersegmente und Übergangsbereiche zwischen den optischen Messmustersegmenten auf, wobei in den Übergangsbereichen das Licht nicht modu¬ liert wird. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Erfassungseinheit vorgesehen, welche eine Winkel¬ stellung des rotierenden, analogen Lichtmodulators erfasst. several optical measurement pattern segments and Transition areas between the optical measurement pattern segments, wherein the light is not modu ¬ Liert in the transition areas. In one embodiment of the device according to the invention, a detection unit is provided, which detects an angle ¬ position of the rotating, analog light modulator.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasst die Erfassungseinheit die Winkelstellung des rotie¬ renden, analogen Lichtmodulators mittels einer Spur, die sich auf dem Lichtmodulator zur Kodierung der Winkelstellung des rotierenden, analogen Lichtmodulators befindet. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasst die Erfassungseinheit die Winkelstellung des rotie¬ renden, analogen Lichtmodulators mittels eines inkrementellen Encoders oder mittels Hall-Sensoren. Bei einer möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der rotierende, analoge Lichtmodulator eine weite¬ re Spur zur Synchronisation mit Belichtungsperioden einer zugehörigen Kamera auf. Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Durchführen einer sequentiellen Musterproduktion für die optische Vermessung eines Messobjektes, In one embodiment of the inventive device, the detecting unit detects the angular position of Rotie ¬ leaders, analog light modulator by means of a track which is located on the light modulator for encoding the angular position of the rotating analog light modulator. In one embodiment of the inventive device, the detecting unit detects the angular position of Rotie ¬ leaders, analog light modulator by means of an incremental encoder or by means of Hall sensors. In a possible embodiment of the device according to the invention, the rotating, analogue light modulator has a further track for synchronization with exposure periods of an associated camera. The invention further provides a method for performing a sequential pattern production for the optical measurement of a measurement object,
wobei mittels eines rotierenden, analogen Lichtmodulators Licht räumlich und zeitlich moduliert als Messmustersequenz auf das zu vermessende Messobjekt projiziert wird. wherein light is spatially and temporally modulated by means of a rotating, analog light modulator as a measurement pattern sequence is projected onto the measurement object to be measured.
Die Erfindung schafft ferner ein Messgerät zur dreidimensio¬ nalen Vermessung eines Messobjektes, das eine Vorrichtung zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung des Messobjektes aufweist, The invention further provides a measuring device for dreidimensio ¬ cal measurement of a measurement object having a device for sequential pattern projection for the optical measurement of the measurement object,
wobei in der Vorrichtung mindestens ein rotierender, analoger Lichtmodulator vorgesehen ist, der eine elektromagnetische Strahlung räumlich und zeitlich moduliert als Messmusterse¬ quenz auf das zu vermessende Messobjekt projiziert. wherein in the device at least one rotating, analog light modulator is provided, which is an electromagnetic Radiation spatially and temporally modulated as Meßmusterse ¬ sequence projected onto the measured object to be measured.
Dieses Messgerät kann zum Vermessen eines beweglichen Messob¬ jektes oder eines unbeweglichen Messobjektes verwendet wer¬ den . This meter can be used for measuring a moving Messob ¬ jektes or immovable object to be measured using the ¬.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungs gemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines Messobjektes unter Bezugnahme auf die beigefügten Figu ren beschrieben. In the following, possible embodiments of the device according to the invention and of the method according to the invention for the sequential pattern projection for the optical measurement of a measurement object will be described with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungs¬ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur sequentiellen Musterprojektion; 1 is a block diagram of a possible execution ¬ form the inventive device for sequential pattern projection.
Fig. 2A, 2B mögliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung zur sequentiellen Musterprojektion;  2A, 2B possible embodiments of the device according to the invention for sequential pattern projection;
Fig. 3A, 3B Beispiele für Messmustersequenzen eines Lichtmodulators zur graduellen und binären Modulation von Licht;  3A, 3B show examples of measurement pattern sequences of a light modulator for the gradual and binary modulation of light;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer bei der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung einsetzbaren Lichtmaskenscheibe zur binären Modulation von Licht; 4 shows an exemplary embodiment of a light mask disk which can be used in the device according to the invention for the binary modulation of light;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer bei der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung einsetzbaren Lichtmasken- Scheibe zur graduellen Modulation von Licht; 5 shows an embodiment of a usable in the device according to Inventive ¬ Lichtmasken- disc for gradual modulation of light.
Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung einer abgewickelten  Fig. 6 is a diagram illustrating a developed
Umfangsfläche eines bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbaren Lichtmaskenzylinders; Fig. 7 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Funktionswei- se einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wie man aus Fig. 1 erkennen kann, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines Messobjektes 2 vorzugsweise eine Be¬ leuchtungseinheit 3 auf, die Licht generiert bzw. erzeugt. Bei der Beleuchtungseinheit 3 kann es sich um eine punktför¬ mige Lichtquelle, beispielsweise einem Laser oder um eine flächige Lichtquelle, handeln. Die Beleuchtungseinheit 3 kann beispielsweise LEDs, eine Lichtbogenlampe oder eine Glühlampe aufweisen. Die Beleuchtungseinheit 3 generiert vorzugsweise sichtbares Licht. Die Beleuchtungseinheit 3 kann auch Licht in nicht sichtbaren Frequenzbereichen generieren. Die Vorrichtung 1 enthält ferner einen Lichtmodulator 4, der das generierte Licht bzw. die elektromagnetischen Strahlen räumlich und zeitlich moduliert über eine Projektionsoptik 5 auf das zu vermessende Messobjekt 2 projiziert. Handelt es sich bei der Lichtquelle der Beleuchtungseinheit 3 um eine punktförmi¬ ge Lichtquelle, kann die Projektionsoptik 5 entfallen und es liegt eine so genannte Schattenprojektion vor. Der Lichtmodu¬ lator 4 ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein ana- loger Lichtmodulator bzw. ein analog aufgebauter Lichtmodulator. Dieser Lichtmodulator 4 rotiert um eine Rotationsachse. Die Rotation des Lichtmodulators 4 erfolgt vorzugsweise kon¬ tinuierlich mit einer konstanten einstellbaren Rotationsgeschwindigkeit. Dabei wird der Lichtmodulator 4 vorzugsweise durch einen Elektromotor angetrieben. Dieser Elektromotor ist vorzugsweise durch eine Steuereinheit ansteuerbar, so dass die Rotationsgeschwindigkeit einstellbar ist. Die Rotations¬ geschwindigkeit des rotierenden, analogen Lichtmodulators 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist relativ hoch und kann bei einer möglichen Ausführungsform beispielsweise 5000 U/min betragen. Aufgrund dieser hohen Rotationsgeschwindigkeit eig¬ net sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, auch zur Vermessung von beweglichen Messobjekten 2, beispielsweise der Vermessung einer Hand einer Person oder der Vermessung einer Gesichtsmimik eines Gesichtes einer Person. Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auch zur Vermessung eines nicht beweglichen Mess- Objektes 2, beispielsweise eines herzustellenden Produktes bzw. Prototypen, eingesetzt werden. Peripheral surface of a usable in the inventive device, the light mask cylinder; 7 shows a diagram for clarifying the mode of operation of a possible embodiment of the device according to the invention. As can be seen from Fig. 1, the inventive apparatus 1 for the sequential pattern projection for the optical measurement of a measuring object 2 is preferably a Be ¬ illumination unit 3, the light generated or generated. In the illumination unit 3 may, be a punktför ¬-shaped light source such as a laser or a surface light source. The lighting unit 3 may comprise, for example, LEDs, an arc lamp or a light bulb. The lighting unit 3 preferably generates visible light. The lighting unit 3 can also generate light in non-visible frequency ranges. The device 1 further includes a light modulator 4, which spatially and temporally modulates the generated light or electromagnetic radiation via a projection optical system 5 onto the measurement object 2 to be measured. If it is, the light source of the illumination unit 3 about a punktförmi ¬ ge light source, the projection optics 5 can be omitted and there is a so-called shadow projection. The Lichtmodu ¬ lator 4 is a an analogous light modulator or an analog constructed light modulator in the inventive device. 1 This light modulator 4 rotates about an axis of rotation. The rotation of the light modulator 4 is preferably carried out kon ¬ continuously adjustable with a constant rotation speed. In this case, the light modulator 4 is preferably driven by an electric motor. This electric motor is preferably controlled by a control unit, so that the rotational speed is adjustable. The rotational speed of the rotating ¬ analog light modulator 4 of the device 1 according to the invention is relatively high and may for example be 5000 U / min in a possible embodiment. Due to this high rotational speed eig ¬ net, the inventive device 1, as shown in Fig. 1, also for measurement of moving measurement objects 2, for example the measurement of a hand of a person or the measurement of a facial expression of a person's face. Alternatively, the device 1 according to the invention can also be used for measuring a non-movable measuring Object 2, for example, a product to be produced or prototypes are used.
Fig. 2A zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Projektion der Messmustersequenz mit Hilfe einer rotierenden analogen Lichtmaskenscheibe. Diese rotierende analoge Lichtmaskenscheibe bildet den rotierenden analogen Lichtmodulator 4. Das auf diese Weise gebildete Lichtmuster bzw. die Messmustersequenz wird über die Projektionsoptik 5 auf das zu vermessende Messobjekt 2 projiziert. Wie man in Fig. 2 erkennen kann, rotiert die rotierende Lichtmaskenscheibe 4 bei dieser Ausführungsform zwischen der Beleuchtungseinheit 3 und der Projektionsoptik 5. Bei einer mögli- chen Ausführungsform handelt es sich bei der rotierendenFig. 2A shows an embodiment of the device 1 according to the invention according to the invention. In this embodiment, the projection of the measurement pattern sequence takes place with the aid of a rotating analog light mask disk. This rotating analog light mask disc forms the rotating analog light modulator 4. The light pattern or the measurement pattern sequence formed in this way is projected onto the measurement object 2 to be measured via the projection optics 5. As can be seen in FIG. 2, in this embodiment the rotating light mask disk 4 rotates between the illumination unit 3 and the projection optics 5. In one possible embodiment, the rotating light mask disk 4 rotates
Lichtmaskenscheibe 4 um eine maskierte Glasscheibe. Bei einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei der rotierenden Lichtmaskenscheibe 4 um eine maskierte Metallscheibe. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform handelt es sich bei der rotierenden Lichtmaskenscheibe 4 um eine maskierteLight mask disk 4 around a masked glass pane. In an alternative embodiment, the rotating light mask disk 4 is a masked metal disk. In a further possible embodiment, the rotating light mask disk 4 is a masked one
Kunststoff- bzw. Plastikscheibe. Die auf dem zu vermessenden Messobjekt 2 projizierten Messmuster der Messmustersequenz werden durch eine Kamera 6 aufgenommen. Fig. 2B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung 1 zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines Messobjektes 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die rotierende, analoge Lichtmaske 4 durch einen rotierenden, maskierten Lichtmaskenzylinder ge- bildet. Der Lichtmaskenzylinder 4 besitzt eine Umfangsfläche, die das von der Beleuchtungseinheit 3 erzeugte Licht für eine Projektionsoptik 5 moduliert bereitstellt, indem sie das auf¬ treffende Licht vorzugsweise reflektiert. Bei der in Fig. 2A dargestellten Ausführungsform erfolgt die Projektion mittels rotierender Lichtmaske radial, während bei der in Fig. 2B dargestellten Ausführungsform die Projektion mittels einer rotierender Lichtmaske axial erfolgt. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 weist die rotierende Lichtmaske 4 mehrere Messmustersegmente entsprechend der Anzahl der Messmuster der zu projizierenden bzw. projizierten Messmustersequenz auf. Die rotierende Plastic or plastic disc. The measurement patterns of the measurement pattern sequence projected on the measurement object 2 to be measured are recorded by a camera 6. Fig. 2B shows another embodiment of the OF INVENTION ¬ to the invention the device 1 for the sequential pattern projection for the optical measurement of a measuring object 2. In this embodiment, the rotating analogue light mask 4 is formed overall by a rotating masked light screen cylinder. The light mask cylinder 4 has a peripheral surface which provides the light generated by the illumination unit 3 modulated for a projection optics 5 by preferably reflecting the incident on ¬ light. In the embodiment shown in FIG. 2A, the projection takes place radially by means of a rotating light mask, while in the embodiment illustrated in FIG. 2B the projection takes place axially by means of a rotating light mask. At a In a possible embodiment of the device 1 according to the invention, the rotating light mask 4 has a plurality of measurement pattern segments corresponding to the number of measurement patterns of the measurement pattern sequence to be projected or projected. The rotating one
Lichtmaske bzw. der rotierende, analoge Lichtmodulator 4 kann eine Anzahl von Mess-Mustersegmenten entsprechend der Anzahl von Mustern der zu projizierenden Mess-Mustersequenz aufweisen. Die optische Modulation bzw. Strukturierung der einzelnen Segmente ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass über jeweils eine Belichtungsperiode der Kamera 6 eine zeit¬ lich veränderliche Intensitätsmodulation erfolgt, die in zeitlich integrierter Form dem zu projizierenden Messmuster entspricht. Ein zu projizierendes Messmuster weist infolge der Rotation eine modulierbare Dimension, beispielsweise ein eindimensionales Sinusmuster, auf. Die erfindungsgemäße Vor¬ richtung 1 stellt somit eindimensional modulierte Messmuster zur Vermessung des Messobjektes 2 bereit. Die Modulation des Lichtes durch die verschiedenen Messmustersegmente des rotie¬ renden, analogen Lichtmodulators 4 kann graduell oder binär erfolgen. Die Messmustersegmente des rotierenden, analogen Lichtmodulators 4 sind derart ausgestaltet, dass sie das Licht bei einer Ausführungsform graduell und bei einer ande¬ ren Ausführungsform binär modulieren. Vorteilhafte Herstellungsverfahren für die Lichtmaske bzw. den Lichtmodulator 4, wie beispielsweise eine Chrombeschichtung eines Glassubstra¬ tes, lassen teilweise ausschließlich eine binäre optische Mo¬ dulation zu. The light mask or the rotating analog light modulator 4 may have a number of measurement pattern segments corresponding to the number of patterns of the measurement pattern sequence to be projected. The optical modulation or structuring of the individual segments is preferably designed in such a way here that each have an exposure period of the camera 6 is a time ¬ Lich varying intensity modulation is performed, which corresponds in shape to the time-integrated to be projected measurement pattern. As a result of the rotation, a measurement pattern to be projected has a modulatable dimension, for example a one-dimensional sine pattern. The invention Before ¬ device 1 thus provides a one-dimensional measurement pattern modulated for the measurement of the measurement object. 2 The modulation of the light by the various measurement pattern segments of the Rotie ¬ leaders, analog light modulator 4 can be gradual or binary. The measurement pattern segments of the rotating analog light modulator 4 are configured so that they modulate the light in one embodiment, and at a gradually walls ¬ ren embodiment binary. Advantageous manufacturing methods for the light mask or the light modulator 4 such as a chromium coating of a Glassubstra ¬ tes, can partially only a binary optical Mo ¬ dulation to.
Die Messmustersegmente Mi der rotierenden, analogen Lichtmas- ke 4 weisen Flächen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften zur Modulation des Lichtes auf. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die optische Eigenschaft eine unter¬ schiedliche Transmissivität , das heißt, die Flächen sind ent¬ weder transparent oder absorbierend bezüglich des Lichtes. Bei einer alternativen Ausführungsform besteht die optische Eigenschaft in einer unterschiedlichen Reflektivität der unterschiedlichen Flächen, das heißt, die Flächen sind entweder transparent oder reflektierend. In einer weiteren Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind die Flächen unterschiedlich hinsichtlich ihres Absorptionsverhaltens bezüglich des Lichtes, das heißt, sie sind entweder reflek¬ tierend oder absorbierend. Der rotierende, analoge Lichtmodu- lator 4 weist somit aktive und passive Flächen bzw. Teilflä¬ chen auf, wobei diese aktiven und passiven Teilflächen unterschiedliche optische Eigenschaften zur Modulation des Lichtes aufweisen . Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung besitzt der verwendete analoge Lichtmodulator 4 transparente Teilflächen als aktive Flächen und absorbierende Teilflächen als passive Flä¬ chen . Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 besitzt der eingesetzte analoge Lichtmodulator 4 transparente Teilflächen als aktive Teilflächen und reflektierende Teilflächen als passive Teilflächen. Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 weist der eingesetzte analoge Lichtmodulator 4 reflektierende Teilflächen als aktive Teilflächen und absorbie¬ rende Teilflächen als passive Teilflächen auf. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßenThe measurement pattern segments Mi of the rotating analog light mask 4 have surfaces with different optical properties for modulating the light. In one possible embodiment, the optical property is a schiedliche under ¬ transmissivity, ie, the surfaces are ent ¬ neither transparent or absorptive with respect to light. In an alternative embodiment, the optical property is a different reflectivity of the different areas, that is, the areas are either transparent or reflective. In another version The shape of the device 1 according to the invention, the surfaces are different in terms of their absorption behavior with respect to the light, that is, they are either reflective ¬ or absorbing. The rotating analog Lichtmodu- lator 4 thus has active and passive surfaces or Teilflä ¬ surfaces, said active and passive sub-areas having different optical properties for the modulation of light. In one embodiment, the apparatus of the analogue light modulator used has 4 transparent part surfaces as active areas and absorbent areas as passive part FLAE ¬ chen. In a further embodiment of the device 1 according to the invention, the analog light modulator 4 used has transparent partial surfaces as active partial surfaces and reflective partial surfaces as passive partial surfaces. In a further embodiment of the inventive device 1, the analog light modulator 4 used has reflective partial surfaces as active faces and absorbie ¬ Rende partial areas as a passive part surfaces. In a possible embodiment of the invention
Vorrichtung 1 kann ein binär strukturierter analoger Lichtmodulator 4 auch zur graduellen Modulation des Lichtes genutzt werden. Hierbei wird mittels Integration von Licht während der Rotation des rotierenden, analogen Lichtmodulators 4 eine graduelle Modulation der Lichtintensität I des Lichtes durch¬ geführt. Beispielsweise wird während der Rotation des Licht¬ modulators 4 um einen Segmentwinkel eine graduelle Hellig¬ keitsvariation erzeugt. Dabei entspricht bei dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel für eine jeweilige radiale Position entlang ei¬ nes Kreisumfanges die gewünschte relative Helligkeit bzw. die Intensität I des Lichtes dem Verhältnis der optisch aktiven Strecken eines Kreisbogens zur Gesamtstrecke eines Kreisbo¬ gens. Zur graduellen Modulation des Lichtes durch ein Messmustersegment der Lichtmaske 4 entspricht bei einem Messmus¬ tersegment Mi, das auf der rotierenden, analogen Lichtmasken- Scheibe 4 entlang einem an einer radialen Position r vorgesehenen Kreisbogen vorgesehen ist, das Verhältnis der Lichtintensität I des modulierten Lichtes zu einer maximalen Licht¬ intensität Imax des Lichtes dem Verhältnis einer optisch akti¬ ven Kreisbogenstrecke SA zu einer maximalen Kreisbogenstrecke Smax des jeweiligen Messmustersegmentes. Device 1, a binary structured analog light modulator 4 can also be used for the gradual modulation of the light. Here, a gradual modulation of the light intensity I of the light is passed through ¬ means of integration of light during rotation of the rotating analog light modulator. 4 For example, produces a gradual Hellig ¬ keitsvariation during rotation of the light modulator 4 ¬ a segment angle. In this case, in the illustrated in Fig. 2A embodiment of a respective radial position along ei ¬ nes circumference the desired relative brightness or the intensity I of the light corresponds to the ratio of the optically active Extending a circular arc to the total distance of a Kreisbo ¬ gene. For the gradual modulation of the light through a measurement pattern segment of the light mask 4 corresponds to a Meßmus ¬ tersegment Mi, which is provided on the rotating, analog light mask disk 4 along a provided at a radial position r circular arc, the ratio of the light intensity I of the modulated light a maximum luminous intensity I max of the light ¬ the ratio of an optically acti ¬ ven arc distance S a to a maximum arc distance S m ax of the respective measurement pattern segment.
Bei der in Fig. 2B dargestellten Ausführungsform entspricht für die jeweilige axiale Position entlang des Zylinderumfan- ges die gewünschte relative Helligkeit bzw. Intensität I des Lichtes zur graduellen Modulation dem Verhältnis aktiver und passiver Strecken. Bei einem Messmustersegment, das sich auf dem rotierenden, analogen Lichtmaskenzylinder entlang einer an einer axialen Position vorgesehenen Zylinderbogen des Lichtmaskenzylinders 4 befindet, entspricht das Verhältnis der Lichtintensität I des modulierten Lichtes zu einer Maxi- mal-Lichtintensität Imax des Lichtes vorzugsweise dem Verhält¬ nis einer optisch aktiven Zylinderbogenstrecke SA zu einer maximalen Zylinderbogenstrecke Smax des jeweiligen Messmuster¬ segmentes . In the embodiment illustrated in FIG. 2B, for the respective axial position along the circumference of the cylinder, the desired relative brightness or intensity I of the light for gradual modulation corresponds to the ratio of active and passive paths. In a measuring pattern segment, which is located on the rotating analog light screen cylinder along a provided on an axial position of the cylinder arc of the light screen cylinder 4, the ratio of the light intensity I of the modulated light to an A maximum light intensity I max of the light preferably corresponds to the behaves ¬ nis an optically active cylinder arc length SA to a maximum cylinder arc length S max of the respective measuring pattern ¬ segment.
Die Fig. 3A, 3B zeigen Beispiele für verschiedene Messmustersequenzen, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Die Fig. 3A zeigt eine Messmustersequenz, die aus vier Messmustern Ml, M2, M3, M4 besteht. Jedes der in Fig. 3A dargestellten Messmuster weist eine räumliche Ausdehnung in x- und y-Richtung auf. Beispielsweise beträgt die Ausdehnung eines Messmustersegmentes Mi in x-Richtung 10 mm. Auch andere Aus- dehnungen bzw. Maße sind möglich. Die in Fig. 3A dargestellte Messmustersequenz bewirkt eine eindimensionale graduelle Mo¬ dulation des Lichtes. Fig. 3B zeigt die Transformation der in Abbildung 3A dargestellten Messmustersequenz in eine binäre Messmustersequenz. Diese weist im Gegensatz zu der graduellen Messmustersequenz der Figur 3A keine Graustufen auf, bietet jedoch trotzdem ei- ne graduelle Modulation aufgrund der Rotation des rotierenden analogen Lichtmodulators 4, auf dem sich die Messmusterseg¬ mente Mi befinden. Die für ein Verfahren der strukturierten Beleuchtung zu projizierenden Messmuster sind in der Regel in einem orthogonalen, kartesischen Koordinatensystem verfügbar bzw. auslesbar. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erfolgt die eindimensionale Modulation des Lichtes durch Mess¬ muster, wie in Fig. 2A dargestellt, in radialer oder, wie in Fig. 2B dargestellt, in axialer Richtung. Bei der radialen Modulation werden die eingesetzten Messmuster vorzugsweise zunächst in eine entsprechende Form transformiert. DieserFIGS. 3A, 3B show examples of different measurement pattern sequences, which can be used in the method according to the invention. FIG. 3A shows a measurement pattern sequence which consists of four measurement patterns M1, M2, M3, M4. Each of the measurement patterns illustrated in FIG. 3A has a spatial extent in the x and y directions. For example, the extent of a measurement pattern segment Mi in the x direction is 10 mm. Other expansions or dimensions are possible. The measurement pattern sequence shown in Fig. 3A causes a gradual one-dimensional Mo ¬ dulation of light. FIG. 3B shows the transformation of the measurement pattern sequence shown in FIG. 3A into a binary measurement pattern sequence. This has, in contrast to the gradual measurement pattern sequence of Figure 3A no shades of gray, but has nevertheless egg ne gradual modulation due to the rotation of the rotating analog light modulator 4 on which are the Messmusterseg ¬ mente Wed. The measurement patterns to be projected for a method of structured illumination are generally available or readable in an orthogonal Cartesian coordinate system. In the inventive device 1, the one-dimensional modulation of the light by measuring ¬ pattern, as shown in Fig. 2A takes place in the radial or, as shown in Fig. 2B, in the axial direction. In the radial modulation, the measurement patterns used are preferably first transformed into a corresponding shape. This
Transformationsprozess entspricht einem "Wickeln" des Mess¬ musters um einen Mittelpunk der rotierenden Scheibe. Transformation process corresponds to a "winding" of the Mess ¬ pattern around a center point of the rotating disk.
Fig. 4 zeigt die Strukturierung einer analogen Lichtmasken- Scheibe 4, wie sie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2A verwendet werden kann. Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbei¬ spiel für eine Lichtmaskenscheibe 4, wie sie bei der in Fig. 2A dargestellten Ausführungsform verwendet werden kann. Fig. 4 stellt eine analoge Lichtmaskenscheibe 4 dar, welche das auftreffende Licht rein binär moduliert, das heißt, die in Fig. 4 dargestellte Lichtmaskenscheibe 4 weist keinerlei Graustufen auf und die aktiven Teilflächen sind beispielsweise entweder vollständig opak oder vollständig transparent. Die Lichtmaskenscheibe 4 ist kreisförmig und weist einen be¬ stimmten Durchmesser von beispielsweise etwa 90 mm auf. Die in Fig. 4 dargestellte analoge Lichtmaskenscheibe 4 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Messmustersegmente 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 auf. Die verschiedenen Messmustersegmente 7-i sind bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet, dass sie das von der Beleuchtungseinheit 3 stammende Licht binär modulieren. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen die schwarzen Flä- chen absorbierenden Flächen und die weißen Flächen transparenten Flächen. Die Messmustersegmente 7-i sind durch Über¬ gangsbereiche voneinander getrennt, in denen das Licht nicht moduliert wird. Diese Zwischenräume bzw. Übergangsbereiche stellen in mindestens einer Winkelstellung des Lichtmodulators 4 ein modulationsfreies, projiziertes Bild bzw. Muster bereit, um einen störungsfreien Übergang zwischen zwei Messmustern zu gewährleisten. Weiterhin weist die Lichtmaske bzw. der Lichtmodulator 4 Zentriermarken Z zur Zentrierung der Lichtmaske bzw. Lichtmaskenscheibe 4 auf. Weiterhin kann die Lichtmaske 4 Synchronisations-Marken zur Kamerasynchronisati¬ on aufweisen. Die Kamera 6 nimmt die Messmustersequenz, welche auf das Messobjekt 2 projiziert wird, auf. Die Musterseg¬ mente 7-i der rotierenden, analogen Lichtmaske 4 sind derart ausgelegt, dass über eine Belichtungsperiode der Kamera 6 ei¬ ne zeitlich veränderte Modulation der Lichtintensität I her¬ vorgerufen wird, die in zeitlich integrierter Form dem zu projizierenden Messmuster der Messmustersequenz entspricht. Hierzu kann eine Synchronisationseinheit vorgesehen sein, die eine Rotation des Lichtmodulators 4 mit der Aufnahme der pro¬ jizierten Messmustersequenz durch die Kamera 6 synchronisiert. Diese Kamera-Synchronisationseinheit KS tastet die auf dem rotierenden Lichtmodulator 4 angebrachten optischen Synchronisationsmarken, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, vor- zugsweise mittels einer Abtasteinheit ab. Diese Abtasteinheit kann eine Reflexlichtschranke, eine Gabellichtschranke oder mindestens eine Photozelle aufweisen. FIG. 4 shows the structuring of an analogue light mask pane 4, as it can be used in the embodiment according to FIG. 2A. Fig. 5 shows a further Ausführungsbei ¬ game for a light mask disk 4, as can be used in the embodiment shown in Fig. 2A. 4 illustrates an analog light mask disk 4 which modulates the incident light purely binary, that is, the light mask disk 4 shown in FIG. 4 does not have any gray levels and the active part areas are for example either completely opaque or completely transparent. The light mask disk 4 is circular and has a specific diameter of, for example, about 90 mm. The analog light mask disk 4 shown in FIG. 4 has four measurement pattern segments 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 in the illustrated embodiment. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the various measurement pattern segments 7-i are configured in such a way that they binary-modulate the light originating from the illumination unit 3. In the embodiment shown in FIG. 4, the black areas correspond to absorbent surfaces and the white surfaces are transparent surfaces. The measurement pattern segments 7-i are separated by about ¬ transition areas from one another, in which the light is not modulated. These intermediate spaces or transition areas provide a modulation-free, projected image or pattern in at least one angular position of the light modulator 4 in order to ensure a trouble-free transition between two measurement patterns. Furthermore, the light mask or the light modulator has 4 centering marks Z for centering the light mask or light mask disk 4. Furthermore, the light mask may comprise 4 sync marks for Kamerasynchronisati ¬ on. The camera 6 picks up the measurement pattern sequence which is projected onto the measurement object 2. The Musterseg ¬ elements 7-i of the rotating analog light mask 4 are designed such that 6 ei ¬ ne temporally altered modulation of the light intensity I is pre-call ¬ over an exposure period of the camera here, which corresponds in time-integrated form to be projected measurement pattern of the measurement pattern sequence , For this purpose, a synchronization unit can be provided, which synchronizes rotation of the light modulator 4 with the inclusion of per ¬ jizierten measurement pattern sequence by the camera. 6 This camera synchronization unit KS scans the optical synchronization marks mounted on the rotating light modulator 4, as shown in FIG. 4, preferably by means of a scanning unit. This scanning unit may have a reflected light barrier, a fork light barrier or at least one photocell.
Die Lichtmaske 4 kann, wie in Fig. 4 dargestellt, optional zusätzlich einen Platzhalter für ein optisches Kalibriermuster zur Kalibrierung eines Projektors aufweisen. As shown in FIG. 4, the light mask 4 may optionally additionally have a placeholder for an optical calibration pattern for calibrating a projector.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel für eine analoge Lichtmaske 4 ent¬ sprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4, wobei bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel jedoch das auftref¬ fende Licht graduell moduliert wird, das heißt, der Lichtmo¬ dulator 4 weist bei der in Figur 5 dargestellte Ausführungs¬ form Graustufen auf. Bei dem in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eingesetzten optischen Lichtmodulator 4 wird die zu projizierende, eindi¬ mensionale Helligkeit bzw. Lichtintensitätsmodulation einer Messmustersequenz durch Transformation bzw. Wicklung eines kartesischen Messmusters in Polarkoordinaten eines rotationssymmetrischen, analogen Lichtmodulators 4 erreicht. Die in einem kartesischen Muster modulierte Richtung bildet eine Hauptrichtung H, wobei die Richtung mit konstanter Lichtin- tensität als Nebenrichtung N bezeichnet werden kann. In den Fig. 3A, 3B ist die Hauptrichtung H und die Nebenrichtung N für die verschiedenen Messmuster Mi dargestellt. Für die auf dem sich rotierenden bzw. drehenden analogen Lichtmodulator 4 befindlichen Messmuster 7-i ist in den Fig. 4, 5 ebenfalls die Hauptrichtung H und die Nebenrichtung N dargestellt. Die Hauptrichtung H verläuft in Radialrichtung, während die Nebenrichtung N in Umfangsrichtung verläuft. Die Transformation der kartesischen Messmuster, wie sie in Fig. 3A, 3B dargestellt sind, in die Polarkoordinaten der radialen Richtung erfolgt derart, dass entlang der Umfangsrichtung das Verhält¬ nis der zur Modulation des Lichtflusses gewählten optischen Eigenschaften einem relativen Wert der gewünschten Helligkeit bzw. Intensität I zur Modulation entspricht. Eine mittlere Helligkeit bzw. Intensität des modulierten Lichtes wird bei- spielsweise durch ein gleiches Verhältnis zwischen Transmis¬ sion und Absorption entlang der Umfangsrichtung erreicht. Eine maximale Intensität Imax bzw. Helligkeit des modulierten Lichtes wird beispielsweise durch eine Linie bzw. Strecke des Messmustersegmentes 7-i erreicht, das in Umfangs- bzw. Tan- gentialrichtung ausschließlicht transparent bzw. aktiv ist. Fig. 5 shows an example for analogue light mask 4 shows ent ¬ speaking the embodiment in Fig. 4, wherein in which, however, the auftref ¬ Fende light is modulated gradually in the embodiment shown 5 Fig., That is, the Lichtmo ¬ dulator 4 has at the one shown in Figure 5 execution ¬ form gray levels. The invention in the apparatus 1 inserted optical light modulator 4 to be projected, eindi ¬ dimensional brightness or light intensity modulation of a measurement pattern sequence by transformation or winding of a Cartesian measurement pattern is achieved in polar coordinates of a rotationally symmetrical, analog light modulator. 4 The direction modulated in a Cartesian pattern forms a principal direction H, whereby the direction with constant light intensity can be designated as secondary direction N. The main direction H and the secondary direction N for the different measurement patterns Mi are shown in FIGS. 3A, 3B. For the measuring pattern 7-i located on the rotating or rotating analog light modulator 4, the main direction H and the secondary direction N are likewise shown in FIGS. 4, 5. The main direction H extends in the radial direction, while the secondary direction N extends in the circumferential direction. The transformation of the Cartesian measurement pattern, as shown in Fig. 3A, 3B, in the polar coordinates of the radial direction is such that along the circumferential direction that acts ¬ nis chosen for modulating the light flux optical properties of a relative value of the desired brightness or Intensity I corresponds to the modulation. An average brightness or intensity of the modulated light is contributed play, be achieved by an equal relationship between Transmis ¬ sion and absorption along the circumferential direction. A maximum intensity I max or brightness of the modulated light is achieved, for example, by a line or path of the measuring pattern segment 7-i, which is transparent or active in the circumferential or tangential direction.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer abgewickelten Zylinderumfangsfläche eines rotationsfähigen Lichtmaskenzylinders 4, wie er bei der in Fig. 2B dargestellten Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 einsetzbar ist. Wie man in Fig. 6 erkennen kann, weist der analoge Lichtmodu¬ lator 4 mehrere Mess-Mustersegmente 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 und dazwischen liegende opake Übergangsbereiche auf. Ferner kann eine Spur für eine Zentriermarke Z vorgesehen sein. Weiterhin sind bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei optische Marken zur Kamerasynchronisation vorgesehen. Fig. 7 zeigt schematisch die Ausgestaltung einer rotierenden Lichtmaskenscheibe 4 zur graduellen Modulation von Licht bei einem binär strukturierten Lichtmodulator. Wie man aus Fig. 7 erkennen kann, ist das Verhältnis der gewünschten Soll-Licht¬ intensität des modulierten Lichtes zu einer maximalen Licht- Intensität Imax des Lichtes gleich bzw. proportional zu dem Verhältnis einer optisch aktiven Kreisbogenstrecke SA zu e l ner maximalen Kreisbogenstrecke Smax des jeweiligen Messmus¬ tersegmentes Mi bei einem bestimmten Radius bzw. einer bestimmten radialen Position r des jeweiligen Kreisumfanges l Sa(r) 6 shows a diagram for depicting a developed cylinder circumferential surface of a rotatable light mask cylinder 4, as can be used in the embodiment of the device 1 according to the invention shown in FIG. 2B. As can be seen in Fig. 6, the analog Lichtmodu ¬ lator 4 a plurality of measurement patterns segments 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 and intervening opaque transition regions. Furthermore, can a track for a centering Z be provided. Furthermore, two optical marks for camera synchronization are provided in the embodiment shown in FIG. 7 shows schematically the design of a rotating light mask disk 4 for the gradual modulation of light in a binary structured light modulator. As can be seen from Fig. 7, the ratio of the desired target light ¬ intensity of the modulated light to be a maximum light intensity I max of the light equal to or proportional to the ratio of an optically active arc distance SA to el ner maximum arc distance S max of the respective measuringmus ¬ tersegmentes Mi at a certain radius or a certain radial position r of the respective circumference l Sa (r)
= K , wobei K ein Proportionalitätsfaktor ist. Die max max V  = K, where K is a proportionality factor. The max max V
maximale Kreisbogenstrecke Smax ist die Summe aus der aktiven Kreisbogenstrecke Sa und der passiven Kreisbogenstrecke Sp des jeweiligen Messmustersegmentes Mi . Wie man aus Fig. 7 er¬ kennen kann, folgt auf eine optisch aktive, beispielsweise transparente, Strecke des jeweiligen Kreismustersegmentes ei¬ nes passive, beispielsweise opake, Strecke des jeweiligen Kreismustersegmentes. Durch das Streckenlängenverhältnis kann das Licht durch den Lichtmodulator 4 aufgrund seiner Rotation graduell moduliert werden, selbst wenn die verschiedenen Strecken bzw. Streckenabschnitte SA, SP selbst ständig aktiv bzw. ausschließlich transparent und vollständig passiv bzw. ausschließlich opak sind, das heißt nur eine binäre Abstufung und keine graduellen Abstufungen bzw. Grauwerte aufweisen. Daher ist es möglich, auch Lichtmodulatoren 4 für eine gradu- eile Modulation zu verwenden, die rein binär strukturiertemaximum circular arc distance S max is the sum of the active circular arc distance S a and the passive circular arc distance S p of the respective measurement pattern segment Mi. How he can know ¬ from FIG. 7, following an optically active, for example, transparent path of the respective circle segment pattern ei ¬ nes passive, for example opaque path of the respective circuit pattern segment. Due to the track length ratio, the light can be gradually modulated by the light modulator 4 due to its rotation, even if the different sections or sections S A , S P themselves are constantly active or exclusively transparent and completely passive or exclusively opaque, ie only one binary gradation and no gradual gradations or gray levels have. Therefore, it is also possible to use light modulators 4 for a gradual modulation which has a purely binary structure
Teil- bzw. Mess-Mustersegmentflächen aufweisen. Diese binären optischen Lichtmodulatoren lassen sich einfacher und mit weniger Aufwand herstellen. Bei den in den Fig. 4, 5, 6 dargestellten Ausführungsbeispie¬ len weist der rotierende Lichtmodulator 4 vier Lichtmustersegmente 7-i auf. Bei einer alternativen Ausführungsform wei- sen die Lichtmodulatoren 4 eine andere Anzahl von Messmustersegmenten auf, beispielsweise 8 oder 16 Messmustersegmente. Have partial or measuring pattern segment surfaces. These binary optical light modulators are easier and less expensive to produce. In the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 4, 5, 6, the rotating light modulator 4 has four light pattern segments 7-i. In an alternative embodiment, The light modulators 4 have a different number of measurement pattern segments, for example 8 or 16 measurement pattern segments.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 weist diese eine Erfassungseinheit auf, welche eine Winkelstellung des rotierenden, analogen Lichtmodulators 4 erfasst. Bei einer möglichen Ausführungsform weist hierzu der rotierende, analoge Lichtmodulator 4 eine Spur auf, in der die Winkelstellung des Lichtmodulators 4 codiert ist. Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Erfassung der Winkelstellung des rotierenden analogen Lichtmodulators 4 mittels eines inkrementellen Encoders oder mittels Hall- Sensoren. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform weist der rotierende, analoge Lichtmodulator 4 eine weitere Spur zur Synchronisation mit den Belichtungsintervallen bzw. Belichtungsperioden der Kamera 6 auf. In one possible embodiment of the device 1 according to the invention, the latter has a detection unit which detects an angular position of the rotating analog light modulator 4. In one possible embodiment, for this purpose, the rotating, analog light modulator 4 has a track in which the angular position of the light modulator 4 is coded. In one possible embodiment, the angular position of the rotating analog light modulator 4 is detected by means of an incremental encoder or by means of Hall sensors. In a further possible embodiment, the rotating, analog light modulator 4 has a further track for synchronization with the exposure intervals or exposure periods of the camera 6.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist der optische Lichtmodulator 4 austauschbar. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kann diese relativ zu dem auszumessenden Messobjekt 2 zusammen mit der Kamera 6 bewegt werden, um Bilder bzw. Projektionen aus verschiedenen Blickwinkeln von dem Messobjekt 2 generieren zu können. Beispielsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 um das zu vermessendeIn a preferred embodiment of the device 1 according to the invention, the optical light modulator 4 is exchangeable. In a further possible embodiment of the device 1 according to the invention, it can be moved relative to the measured object 2 to be measured together with the camera 6 in order to be able to generate images or projections from different angles of the measuring object 2. For example, the device 1 according to the invention is to be measured
Messobjekt 2 herum bewegt, um es von allen Seiten zu vermes¬ sen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 projiziert mindestens eine Messmustersequenz auf das zu vermessende Messobjekt 2. Aus den durch die Kamera 6 aufgenommenen Messmustersequenzen wird bei einer bevorzugten Ausführungsform automatisch ein dreidimensionales Datenmodell des Messobjektes 2 generiert. Bei einer möglichen Ausführungsform wird in Abhängigkeit von dem generierten dreidimensionalen Datenmodell des Messobjektes 2 eine Kopie des vermessenen Messobjektes 2 durch eine Fertigungseinrichtung hergestellt. Bei dem Messobjekt 2 kann es sich beispielsweise um einen Prototypen eines herzustel¬ lenden Produktes handeln. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Messobjekt 2 ein statisches Messobjekt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eignet sich auch zur Vermessung von beweglichen Messobjekten. Beispielsweise kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine Musterpro- jektion auf eine bewegliche Hand einer Person erfolgen und die Hand mittels einer Kamera 6 aufgenommen werden. Weiterhin kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine Musterprojektion auf ein Gesicht einer Person erfolgen, um ein SD- Datenmodell des Gesichtes zu generieren. Da sich die Hand- Stellung bzw. die Gesichtsmimik einer Person relativ schnell verändern kann, erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsvorrichtung die sequentielle Musterprojektion mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden, analogen Lichtmodu¬ lators 4. Auf diese Weise kann die Kamera 6 das projizierte Lichtmuster innerhalb eines kurzen Zeitraums aufnehmen, innerhalb dessen die Hand bzw. das Gesicht weniger bewegt wer¬ den, als dies bei einem längeren Aufnahmezeitraum der Fall wäre. Die hohe Rotationsgeschwindigkeit des analogen Lichtmo¬ dulators 4 erhöht somit die Genauigkeit der Vermessung des Messobjektes 2, insbesondere bei einem beweglichen Messobjekt 2. Die verschiedenen dreidimensionalen Datenmodelle bzw. Datensätze eines Messobjektes 2, insbesondere eines beweglichen Messobjektes, können in einer Speichereinheit der Vorrichtung 1 gespeichert bzw. zwischengespeichert werden. Durch Auswer- tung einer Folge von dreidimensionalen Datenmodellen des beweglichen Messobjektes 2, kann beispielsweise eine Gestik oder ein mit der Hand angezeigter Befehl einer Person ermittelt werden und zu Steuerungszwecken eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines Messobjekts 2 ist bei einer möglichen Ausführungsform in einem handgeführten, dreidimensionalen Messgerät zur Vermessung eines Messobjektes 2 integriert. Measured object 2 moves around to it on all sides vermes ¬ sen. The device 1 according to the invention projects at least one measurement pattern sequence onto the measurement object 2 to be measured. In a preferred embodiment, a three-dimensional data model of the measurement object 2 is automatically generated from the measurement pattern sequences recorded by the camera 6. In one possible embodiment, depending on the generated three-dimensional data model of the measurement object 2, a copy of the measured measurement object 2 is produced by a production facility. When the measurement object 2 can be a prototype of a herzustel ¬ sirloin product, for example. In this embodiment, the measurement object 2 is a static measurement object. The device 1 according to the invention is also suitable for measuring moving measuring objects. For example, by means of the device 1 according to the invention, a pattern projection onto a movable hand of a person can take place and the hand can be picked up by means of a camera 6. Furthermore, by means of the device 1 according to the invention, a pattern projection on a person's face can take place in order to generate an SD data model of the face. Since the hand position or the facial expression of a person can change relatively quickly, in a preferred embodiment, the sequential pattern projection is carried out at a high rotational speed of the rotating, analog Lichtmodu ¬ lators 4. In this way, the camera 6, the projected light pattern within a record short period of time within which the hand or the face less moves ¬ to than would be the case for a longer recording period. The high rotational speed of the analog Lichtmo ¬ Demodulator 4 thus increasing the accuracy of measurement of the measurement object 2, in particular at a movable measuring object 2. The different three-dimensional data models and records a measured object 2, in particular of a movable measuring object, may be stored in a memory unit of the device 1 or cached. By evaluating a sequence of three-dimensional data models of the movable measurement object 2, it is possible, for example, to determine a gesture or a command of a person displayed by hand and to use it for control purposes. The device 1 according to the invention for the sequential pattern projection for the optical measurement of a test object 2 is integrated in one possible embodiment in a hand-held, three-dimensional measuring device for measuring a test object 2.
Der optische Lichtmodulator 4, der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eingesetzt wird, kann auf unterschiedliche Wei¬ se hergestellt werden. Diese Herstellungsverfahren umfassen Beschichtungs- , Druck-, Ätzungs- und Beklebungsverfahren . Bei einer möglichen Ausführungsform ist der optische Lichtmodulator 4 für verschiedene Anwendungsfälle bei der erfindungsge¬ mäßen Vorrichtung 1 austauschbar. Bei einer möglichen Ausfüh- rungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur se¬ quentiellen Musterprojektion nicht nur einen rotierenden analogen Lichtmodulator 4, sondern mehrere rotierende analoge Lichtmodulatoren 4 des gleichen oder unterschiedlichen Typs auf. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung 1 nehmen mehrere Kameras 6 gleichzeitig ein Bild der projizierten Messmustersequenz auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist vorzugsweise in einem Projektor bzw. in einem Projektorgerät integriert. Dieser Projektor weist vorzugsweise eine Beleuchtungseinheit 3, einen drehbar gela- gerten analogen Lichtmodulator 4 sowie einen Elektromotor zum Antrieb des Lichtmodulators 4 auf. Weiterhin enthält das Pro¬ jektionsgerät vorzugsweise eine Projektionsoptik 5. Das Pro¬ jektionsgerät kann weitere Einheiten enthalten, insbesondere eine Synchronisationseinheit, die die Rotation des Lichtmodu- lators 4 mit der Kamera 6 synchronisiert. Weiterhin kann das Projektionsgerät eine Erfassungseinheit aufweisen, welche ei¬ ne Winkelstellung des rotierenden analogen Lichtmodulators erfasst. Bei dem Projektionsgerät kann es sich um ein statio¬ näres Gerät, aber auch um ein handgeführtes Gerät bzw. einen handgeführtes Messgerät handeln. In dem Projektionsgerät kann auch einen Speicher zum Abspeichern bzw. Zwischenspeichern der generierten 3D-Datenmodelle des vermessenen Messobjektes 2 vorhanden sein, der über ein Interface auslesbar ist. Das Projektionsgerät kann über eine eigene Stromversorgung verfü- gen. Bei der Kamera 6 handelt es sich um eine Digitalkamera. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 eignet sich zum dreidimensionalen Vermessen beliebiger Gegenstände bzw. Objekte beispielsweise auch zur Fahrwerksvermessung bei Automobilen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehfrequenz bzw. Umdrehungsgeschwindigkeit des drehbar gelagerten rotierenden, analogen Lichtmodulators 4 in Abhängigkeit von dem Anwen¬ dungsfall über eine Nutzerschnittsteile einstellbar. The optical light modulator 4, which is used in the inventive device 1 can be produced in different Wei ¬ se. These manufacturing methods include Coating, printing, etching and pasting methods. In one possible embodiment, the optical light modulator 4 can be exchanged for different applications in the erfindungsge ¬ MAESSEN device. 1 In a possible exemplary form, the inventive apparatus 1 for se ¬ quentiellen pattern projection on not only a rotating analog light modulator 4, but a plurality of rotating light modulators analog 4 of the same or different types. In one possible embodiment of the device 1 according to the invention, several cameras 6 simultaneously record an image of the projected measurement pattern sequence. The device 1 according to the invention is preferably integrated in a projector or in a projector device. This projector preferably has an illumination unit 3, a rotatably mounted analog light modulator 4 and an electric motor for driving the light modulator 4. Furthermore, the Pro ¬ jektionsgerät preferably includes a projection optical system 5. The Pro ¬ jektionsgerät may contain other units, in particular a synchronization unit which synchronizes the rotation of the Lichtmodu- lators 4 with the camera. 6 Furthermore, the projection device may have a detection unit which detects ei ¬ ne angular position of the rotating analog light modulator. In the projection device can be a statio ¬ nary device, but also a hand held device or a hand-held meter. In the projection device, a memory for storing or buffering the generated 3D data models of the measured measurement object 2 can be present, which can be read out via an interface. The projection device can have its own power supply. The camera 6 is a digital camera. The device 1 according to the invention is suitable for the three-dimensional measurement of any objects or objects, for example also for wheel alignment in automobiles. In a preferred embodiment, the rotational frequency or speed of rotation of the rotatably mounted rotating analog light modulator 4 in response to the appli ¬ case of use on a user interface parts is adjustable.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zur sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines Messobjektes (2), wobei mindestens ein rotierender, analoger Lichtmodulator (4) vorgesehen ist, der Licht räumlich und zeitlich moduliert als Messmusterse¬ quenz auf das zu vermessende Messobjekt (2) projiziert. 1. Device (1) for sequential pattern projection for the optical measurement of a measurement object (2), wherein at least one rotating, analog light modulator (4) is provided which spatially and temporally modulates light as Meßmusterse ¬ quence on the measured object to be measured (2) projected.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der rotierende analoge Lichtmodulator (4) eine rotierende, analoge Lichtmaske auf¬ weist, die durch eine rotierende Lichtmaskenscheibe oder durch einen rotierenden Lichtmaskenzylinder gebildet ist. 2. Apparatus according to claim 1, wherein the rotating analog light modulator (4) has a rotating, analog light mask ¬ , which is formed by a rotating light mask disc or by a rotating light mask cylinder.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Licht durch eine Beleuchtungseinheit (3) erzeugt wird, die eine Licht¬ quelle, insbesondere eine LED, eine Lichtbogenlampe, eine Glühlampe oder einen Laser aufweist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the light is generated by a lighting unit (3) having a light ¬ source, in particular an LED, an arc lamp, an incandescent lamp or a laser.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, wobei die rotierende Lichtmaskenscheibe zwischen der Beleuchtungseinheit (3) und einer Projektionsoptik (5) rotiert. 4. Apparatus according to claim 2 and 3, wherein the rotating light mask disc between the illumination unit (3) and a projection optics (5) rotates.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die rotierende Licht¬ maskenscheibe (4) eine Glasscheibe, eine Metallscheibe oder eine KunststoffScheibe aufweist. 5. Apparatus according to claim 4, wherein the rotating light ¬ masking disc (4) comprises a glass pane, a metal plate or a plastic disc.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der rotierende Lichtmaskenzylinder (4) eine Umfangsflache aufweist, die das von der Beleuchtungseinheit (3) generierte Licht für eine Projek- tionsoptik (5) moduliert bereitstellt. 6. The device according to claim 2, wherein the rotating light mask cylinder (4) has a circumferential surface which modulates the light generated by the illumination unit (3) for a projection optics (5).
7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1-6, wobei der rotierende, analoge Lichtmodulator (4) mehrere Mess-Muster-Segmente ( Mi ) entsprechend der Anzahl der Messmuster ( Mi ) der projizierten Messmustersequenz aufweist. 7. Device according to claims 1-6, wherein the rotating, analog light modulator (4) has a plurality of measurement pattern segments (Mi) corresponding to the number of measurement patterns (Mi) of the projected measurement pattern sequence.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mess-Muster- Segmente ( Mi ) des rotierenden, analogen Lichtmodulators (4) derart ausgestaltet sind, dass sie das Licht graduell oder binär modulieren. 8. Apparatus according to claim 7, wherein the measuring pattern segments (Mi) of the rotating analog light modulator (4) are designed such that they modulate the light gradually or binary.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mess-Muster- Segmente des rotierenden, analogen Lichtmodulators (4) Flä¬ chen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften zur Modulation des Lichtes aufweisen, wobei die optischen Eigenschaf¬ ten eine Transmissivität , eine Reflektivität und eine Absorp¬ tion der jeweiligen Fläche ist. 9. Apparatus according to claim 8, wherein the measurement pattern segments of the rotating analog light modulator (4) have FLAE ¬ surfaces having different optical properties for the modulation of the light, wherein the optical properties sheep ¬ th a transmissivity, a reflectivity and a Absorp ¬ tion of the respective surface is.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, wobei durch Integration von Licht während einer Rotationsbewegung des rotierenden, analogen Lichtmodulators (4) eine graduelle Modulation der Lichtintensität des Lichtes erfolgt. 10. Apparatus according to claim 8 and 9, wherein by integrating light during a rotational movement of the rotating analog light modulator (4), a gradual modulation of the light intensity of the light takes place.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei zur graduellen Modulation des Lichtes durch ein Mess-Muster-Segment ( Mi ) , wel¬ ches sich bei einem an der Lichtmaskenscheibe an einer radia¬ len Position (r) vorgesehenen Kreisbogen befindet, das Ver- hältnis der Lichtintensität (I) des modulierten Lichtes zu einer maximalen Lichtintensität (Imax) des Lichtes proportio¬ nal zu dem Verhältnis einer optisch aktiven Kreisbogenstrecke (Sa) zu einer Kreisbogenstrecke des jeweiligen Messmusterseg¬ mentes ( Mi ) ist, die die Summe einer aktiven Kreisbogenstre- cke und einer passiven Kreisbogenstrecke des jeweiligen Mess¬ mustersegmentes ( Mi ) ist. 11. The device according to claim 10, wherein the gradual modulation of the light by a measuring pattern segment (Mi), wel ¬ ches is at a provided on the light mask disk at a radia ¬ len position (r) circular arc, the ratio the light intensity (I) of the modulated light (I max) to a maximum light intensity of the light proportio ¬ nal to the ratio of an optically active circular arc section (S a) is to a circular arc path of the respective Messmusterseg ¬ mentes (Mi) that is the sum of an active Circular arc distance and a passive circular arc distance of the respective measuring ¬ pattern segment (Mi) is.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei zur graduellen Modulation des Lichtes durch ein Messmustersegment ( Mi ) , welches sich bei einem an einer axialen Position vorgesehenen Zylinderbogen des Lichtmaskenzylinders befindet, das Verhältnis der Lichtintensität (I) des modulierten Lichtes zu einer ma¬ ximalen Lichtintensität (Imax) des Lichtes proportional zu dem Verhältnis einer optisch aktiven Zylinderbogenstrecke (Sa) zu einer maximalen Zylinderbogenstrecke (Smax) des jeweiligen Messmustersegmentes ( Mi ) ist. 12. The apparatus of claim 10, wherein the gradual modulation of the light by a Meßmustersegment (Mi), which is located at a provided at an axial position cylinder arc of the light mask cylinder, the ratio of the light intensity (I) of the modulated light to a ma ¬ ximal light intensity (I max ) of the light is proportional to the ratio of an optically active cylinder arc length (S a ) to a maximum cylinder arc length (S max ) of the respective measuring pattern segment (Mi).
13. Vorrichtung nach Ansprüchen 1-12, wobei mindestens eine Kamera (6) vorgesehen ist, welche die auf das Messobjekt (2) projizierte Messmustersequenz aufnimmt. 13. Device according to claims 1-12, wherein at least one camera (6) is provided, which receives the measurement pattern sequence projected onto the measurement object (2).
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Messmustersegmente des rotierenden, analogen Lichtmodulators (4) derart aus¬ gelegt sind, dass über eine Belichtungsperiode der Kamera (6) eine zeitlich veränderte Modulation der Lichtintensität her¬ vorgerufen wird, die in zeitlich integrierter Form dem zu projizierenden Messmuster der Messmustersequenz entspricht. 14. The apparatus of claim 12, wherein the measurement pattern segments of the rotating analog light modulator (4) are so laid out ¬ that over an exposure period of the camera (6) has a temporally changing modulation of the light intensity is pre-call forth ¬ that the in temporally integrated form corresponds to projected measurement pattern of the measurement pattern sequence.
15. Vorrichtung nach Ansprüchen 1-14, wobei eine Synchronisationseinheit vorgesehen ist, die eine Rotation des Lichtmodu¬ lators (4) mit der Aufnahme der projizierten Messmusterse- quenz durch die Kamera (6) synchronisiert; 15. Device according to claims 1-14, wherein a synchronization unit is provided which synchronizes a rotation of the Lichtmodu ¬ lator (4) with the recording of the projected Messmusterse- frequency by the camera (6);
wobei die Synchronisationseinheit optische Synchronisations¬ marken, die auf dem rotierenden, analogen Lichtmodulator (4) angebracht sind, mittels einer Abtasteinheit abtastet, die eine Reflexlichtschranke, eine Gabellichtschranke oder min- destens eine Fotozelle aufweist. wherein the synchronization unit optical synchronization ¬ brands, which are mounted on the rotating, analog light modulator (4), scanned by means of a scanning unit having a reflected light barrier, a fork light barrier or at least one photocell.
16. Vorrichtung nach Ansprüchen 1-15, 16. Device according to claims 1-15,
wobei der rotierende, analoge Lichtmodulator (4) wherein the rotating, analog light modulator (4)
eine Zentriermarke (Z) , a centering mark (Z),
mehrere optische Synchronisationsmarken, several optical synchronization marks,
mehrere optische Messmustersegmente ( Mir) und several optical measurement pattern segments (Mir) and
Übergangsbereiche zwischen den optischen Messmustersegmenten (Mi) aufweist, wobei in den Übergangsbereichen das Licht nicht moduliert wird.  Transition areas between the optical measuring pattern segments (Mi), wherein in the transition areas, the light is not modulated.
17. Vorrichtung nach Ansprüchen 1-16, wobei eine Erfassungseinheit vorgesehen ist, welche eine Winkelstellung des rotie¬ renden, analogen Lichtmodulators (4) erfasst. 17. Device according to claims 1-16, wherein a detection unit is provided, which detects an angular position of rotie ¬- generating, analog light modulator (4).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der rotierende, analoge Lichtmodulator (4) eine weitere Spur zur Synchronisation mit Belichtungsperioden der Kamera (6) aufweist. 18. The apparatus of claim 17, wherein the rotating, analog light modulator (4) has a further track for synchronization with exposure periods of the camera (6).
19. Verfahren zum Durchführen einer sequentiellen Musterprojektion für die optische Vermessung eines Messobjektes (2), wobei mittels eines rotierenden, analogen Lichtmodulators (4) Licht räumlich und zeitlich moduliert als Messmuster auf das zu vermessende Messobjekt (2) projiziert wird. 19. A method for performing a sequential pattern projection for the optical measurement of a measurement object (2), wherein by means of a rotating, analog light modulator (4) light spatially and temporally modulated as a measurement pattern is projected onto the measurement object to be measured (2).
20. Messgerät zur Vermessung eines Messobjektes (2), der eine Vorrichtung (1) nach Anspruch 1-18 aufweist. 20. Measuring device for measuring a measurement object (2), which has a device (1) according to claim 1-18.
21. Verwendung des Messgeräts nach Anspruch 20 zum Vermessen eines beweglichen oder unbeweglichen Messobjektes (2). 21. Use of the measuring device according to claim 20 for measuring a movable or stationary object to be measured (2).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7456736B2 (en) 2019-06-28 2024-03-27 株式会社サキコーポレーション Shape measuring device, shape measuring method for the shape measuring device, and shape measuring program for the shape measuring device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010042278A1 (en) 2010-10-11 2012-04-12 Siemens Aktiengesellschaft Operation navigation system with structured light
DE102015208285A1 (en) * 2015-05-05 2016-11-10 Friedrich-Schiller-Universität Jena DEVICE AND METHOD FOR SPATIAL MEASUREMENT OF SURFACES

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4401541A1 (en) 1993-01-21 1994-07-28 Benedikt Prof Dr Med Jean Determining topology of reflecting surface of eye cornea
DE19743811A1 (en) 1997-10-04 1999-05-20 Wolf Henning Measurement method for determining the shapes of objects
EP0660078B1 (en) 1993-12-15 2000-03-15 Häusler, Gerd, Prof. Dr. Apparatus for the generation of fringe-like light patterns
US6885464B1 (en) 1998-06-30 2005-04-26 Sirona Dental Systems Gmbh 3-D camera for recording surface structures, in particular for dental purposes
DE10355010A1 (en) 2003-11-25 2005-06-23 Waliczek, Peter Measurement device for measuring surfaces of three-dimensional objects has strip projector with several sections of line structures or sine waves applied to rotating cylinder, projected onto measurement body, recorded by one or more cameras
DE102005018656B4 (en) 2005-04-21 2007-04-12 GOM - Gesellschaft für Optische Meßtechnik mbH Projector for an arrangement for the three-dimensional optical measurement of objects

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619033A (en) * 1968-09-25 1971-11-09 Sperry Rand Corp Three-dimensional light beam scanner utilizing tandemly arranged diffraction gratings
US4224509A (en) * 1978-10-19 1980-09-23 Ncr Corporation Holographic scanning system
US6426835B1 (en) * 1999-03-23 2002-07-30 Olympus Optical Co., Ltd. Confocal microscope
JP2003506753A (en) * 1999-08-11 2003-02-18 ラックオフ ディスプレイ コーポレイション Diffraction display
DE10019386C2 (en) * 2000-04-19 2003-04-03 Bernward Maehner Method and device for testing tires
US7184184B2 (en) * 2003-12-31 2007-02-27 Reliant Technologies, Inc. High speed, high efficiency optical pattern generator using rotating optical elements
DE102006048234A1 (en) * 2006-10-11 2008-04-17 Steinbichler Optotechnik Gmbh Method and device for determining the 3D coordinates of an object

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4401541A1 (en) 1993-01-21 1994-07-28 Benedikt Prof Dr Med Jean Determining topology of reflecting surface of eye cornea
EP0660078B1 (en) 1993-12-15 2000-03-15 Häusler, Gerd, Prof. Dr. Apparatus for the generation of fringe-like light patterns
DE19743811A1 (en) 1997-10-04 1999-05-20 Wolf Henning Measurement method for determining the shapes of objects
US6885464B1 (en) 1998-06-30 2005-04-26 Sirona Dental Systems Gmbh 3-D camera for recording surface structures, in particular for dental purposes
DE10355010A1 (en) 2003-11-25 2005-06-23 Waliczek, Peter Measurement device for measuring surfaces of three-dimensional objects has strip projector with several sections of line structures or sine waves applied to rotating cylinder, projected onto measurement body, recorded by one or more cameras
DE102005018656B4 (en) 2005-04-21 2007-04-12 GOM - Gesellschaft für Optische Meßtechnik mbH Projector for an arrangement for the three-dimensional optical measurement of objects

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7456736B2 (en) 2019-06-28 2024-03-27 株式会社サキコーポレーション Shape measuring device, shape measuring method for the shape measuring device, and shape measuring program for the shape measuring device

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