DE19615699C2

DE19615699C2 - Scanning device for scanning the contour of an object

Info

Publication number: DE19615699C2
Application number: DE1996115699
Authority: DE
Inventors: Siegfried Vogl
Original assignee: CONRAD ELECTRONIC GmbH
Current assignee: CONRAD ELECTRONIC GmbH
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2016-04-20
Also published as: DE19615699A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abtast vorrichtung zur Abtastung und Erfassung der Kontur eines Objekts, welche die dreidimensionale Abtastung und Darstel lung eines Objekts ermöglicht (3D-Scanner mit CCD-Zeilenmo dulen).The present invention relates to a scan device for scanning and recording the contour of a Object, which is the three-dimensional scanning and presen object (3D scanner with CCD line mo dulen).

Es sind Abtastvorrichtungen bekannt, bei welchen zwei als Laser ausgebildete Lichtquellen und eine mittig zwi schen den Lichtquellen positionierte Kamera in einer Gera den vor einem abzutastenden Objekt angeordnet sind. Die Lichtquellen sind derart aufeinander zu geneigt, daß die die von den Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen einen Schnittpunkt bilden, welcher bezüglich der zwei Lichtquel len den Scheitel eines gleichschenkligen Dreiecks bildet. Die im wesentlichen aus den zwei Lichtquellen und der Kamera bestehende Abtastvorrichtung wird solange auf das Objekt zu oder von ihm weg bewegt, bis von der Kamera in Verbindung mit einer Auswerteschaltung erfaßt wird, daß der Schnitt punkt der von den zwei Lichtquellen ausgesandten Licht strahlen an der Oberfläche des Objekts befindlich ist. Aus dem Abstand zwischen der Kamera und dem jeweiligen Punkt auf der Oberfläche des Objektes, an welchem sich die von den zwei Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen schneiden, ergibt sich eine erste Koordinate eines Punktes einer Kon tur des Objekts. Die weiteren Koordinaten werden durch die Höhe der Abtastvorrichtung sowie ihre Position bezüglich des Umfangs des Objekts bestimmt. Um eine vertikale Kontur des Körpers abzutasten bzw. aufzunehmen, muß die oben dar gestellte punktuelle Abtastung eine Vielzahl von Malen in Vertikalrichtung wiederholt werden. Soll schließlich eine Mehrzahl von Konturen im Hinblick auf eine räumliche Dar stellung des Objekts abgetastet werden, so ist die oben dargestellte vertikale Abtastung eine Vielzahl von Malen um den Umfang des Objekts herum zu wiederholen.Scanning devices are known in which two trained as a laser light sources and a middle between camera positioned in a device which are arranged in front of an object to be scanned. The Light sources are inclined towards each other so that the the light rays emitted by the light sources unite Form intersection, which with respect to the two light sources len forms the vertex of an isosceles triangle. The essentially of the two light sources and the camera existing scanning device will be towards the object as long or moved away from it until connected by the camera an evaluation circuit detects that the cut point of light emitted by the two light sources radiate is located on the surface of the object. Out the distance between the camera and the respective point on the surface of the object on which the cut the light rays emitted by the two light sources, the first coordinate of a point of a con results structure of the object. The other coordinates are given by the Height of the scanner and its position in relation the extent of the object. Around a vertical contour to feel or record the body must represent the above posed sampling a variety of times in Repeat vertical direction. Finally, one should Plurality of contours for spatial dar position of the object can be scanned, so is the above shown vertical scan a variety of times repeating the scope of the object around.

Entsprechend einer Variante der oben dargestellten Ab tastvorrichtung werden bezüglich einer punktuellen Abta stung beide Lichtquellen in gleichem Maße aufeinander zu bzw. voneinander weg gedreht, bis sich der Schnittpunkt der von den zwei Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen an der Oberfläche des Objekts befindet. In diesem Fall ergibt sich die erste Koordinate eines Punktes einer zu erfassenden Kontur des Objektes aus der jeweiligen Stellung der zwei Lichtquellen zueinander.According to a variant of the Ab probes are with respect to a point Abta power both light sources towards each other to the same extent or rotated away from each other until the intersection of the light rays emitted by the two light sources on the Surface of the object. In this case it follows the first coordinate of a point to be captured Contour of the object from the respective position of the two Light sources to each other.

Des weiteren sind Abtastvorrichtungen bekannt, bei wel chen von einer als Laser ausgebildeten Lichtquelle ausge sandte Lichtstrahlen auf ein abzutastendes Objekt gerichtet und mit von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen überla gert werden. Es ergibt sich hier die erste Koordinate eines Punktes einer zu erfassenden Kontur des Objektes aus der Interferenz der sich überlagernden, gegeneinanderlaufenden Lichtstrahlen.Furthermore, scanning devices are known in which Chen from a light source designed as a laser sent rays of light aimed at an object to be scanned and overlaid with light rays reflected from the object be tied. The first coordinate of one results here Point of a contour of the object to be detected from the Interference of the overlapping, opposing ones Rays of light.

Bei den oben erwähnten Abtastvorrichtungen werden je weils einzelne Punkte einer Kontur des Objekts aufwendig erfaßt; zur Abtastung einer vertikalen Kontur oder einer Mehrzahl von Konturen im Hinblick auf eine räumliche Dar stellung des Objekts wird Vielzahl von einzelnen Abtastun gen erfordert.In the above-mentioned scanning devices because individual points of a contour of the object are complex detected; to scan a vertical contour or a Plurality of contours for spatial dar Position of the object is multitude of individual scans gene required.

Die Druckschrift US 4,709,156 betrifft eine Vorrichtung zur Abtastung der gekrümmten Oberfläche eines Gegenstands. Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle, eine erste Ablenk einrichtung, welche die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Gegenstands punktför mig projiziert und das Objekt geradlinig abtastet, eine Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche des Gegenstands projizierten Lichtstrahlen, eine zweite Ablenkeinrichtung, welche die von der Oberflä che des Gegenstands reflektierten Lichtstrahlen in eine Ebene ablenkt, und eine Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnah me der von der Oberfläche des Gegenstands reflektierten und jeweils in die Ebene abgelenkten Lichtstrahlen auf. Da der Gegenstand nicht bewegt wird, kann lediglich die der Bild aufnahmeeinrichtung zugewandte Seite des Gegenstands abge tastet werden. Des weiteren führen auf der gekrümmten Ober fläche des Gegenstands befindliche Vorsprünge, die sich in den Strahlengang des reflektierten Lichtstrahls erstrecken zur Abschattung der abzutastenden Oberflächenbereiche und verändern die Erfassung der entsprechenden Bereiche.The document US 4,709,156 relates to a device to scan the curved surface of an object. The device has a light source, a first deflection device which emits from the light source Light rays point to the surface of the object projected and scanned the object in a straight line, one Device for determining the direction of the point rays of light projected onto the surface of the object, a second deflection device, which is the surface of the of the object reflected light rays into one Plane deflects, and an image recording device for recording and the reflected from the surface of the object light beams deflected into the plane. Since the Object is not moved, only the image receiving device facing side of the object be groped. Furthermore, lead on the curved upper projections located in the surface of the object, which are in extend the beam path of the reflected light beam to shade the surface areas to be scanned and change the coverage of the corresponding areas.

Aus der DE 43 01 538 A1 ist eine Abtastvorrichtung mit drehbeweglich angeordnetem Objektträger mit zwei Bildauf nahmeeinrichtungen bekannt. Für jede Bildaufnahmeeinrich tung ist eine eigene Lichtquelle vorgesehen, die jeweils einen Lichtstreifen projiziert.DE 43 01 538 A1 describes a scanning device rotatably arranged slide with two images receiving facilities known. For every image acquisition device device is provided its own light source, each projected a strip of light.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abtast vorrichtung zur Abtastung und Erfassung der Kontur eines Objekts verschiedener Ansichtsseiten zu schaffen, welche eine verbesserte räumliche Darstellung des abzutastenden Ob jekts ermöglicht und insbesondere die Gefahr von anord nungsbedingten nichterfassbaren Konturen des Objekts redu ziert.The object of the present invention is a sampling device for scanning and recording the contour of a To create objects of different view pages, which an improved spatial representation of the Ob to be scanned project and, in particular, the risk of anord contours of the object redu graces.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Abtastvor richtung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1.The task is solved by a scan direction with the features of claim 1.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält eine Abtast vorrichtung zur Abtastung und Erfassung einer Kontur eines Objekts eine Lichtquelle, eine erste Ablenkeinrichtung, welche die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Objekts punktförmig projiziert und das Objekt geradlinig abtastet, eine Einrichtung zur Be stimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche projizierten Lichtstrahlen, zwei zweite Ablenkeinrichtun gen, welche die von der Oberfläche des Objekts reflektierte Lichtstrahlen jeweils in eine Ebene ablenken, einen drehbe weglich angeordneten Objektträger zur Aufnahme des abzuta stenden Objekts, der an einen Motor und eine Objektträger positionsbestimmungseinrichtung gekoppelt ist, und zwei Bildaufnahmeeinrichtungen zur Aufnahme der von der Oberflä che des Objekts reflektierten und jeweils in die eine Ebene abgelenkten Lichtstrahlen.According to the present invention, contains one sample device for scanning and detecting a contour of a Object a light source, a first deflection device, which are the light rays emitted by the light source projected onto the surface of the object and scans the object in a straight line, a device for loading mood of the direction of the point on the surface projected light rays, two second deflectors which reflected from the surface of the object Deflect light beams in one plane, one rotating movably arranged slide for receiving the abta standing object attached to a motor and a slide position determining device is coupled, and two Image recording devices for recording the from the surface surface of the object and reflected in one plane deflected rays of light.

Das abzutastende Objekt wird von dem Objektträger auf genommen und gehalten, wodurch dem Objekt eine bestimmte, nicht verrückbare Position zugeordnet wird.The object to be scanned is opened by the slide taken and held, whereby the object a certain, position that cannot be moved.

Der Objektträger ist vorzugsweise drehbeweglich ange ordnet. Dadurch können auf einfache Weise nacheinander ver schiedene Konturen des Objekts abgetastet werden.The slide is preferably rotatably attached arranges. This allows ver in a simple manner different contours of the object can be scanned.

Der an den Objektträger gekoppelte Motor ermöglicht bzw. erleichtert auf einfache Weise die Abtastung verschie dener Konturen des Objekts und insbesondere die Abtastung des gesamten Objekts, d. h. die Abtastung des Objekt von al len Seiten.The motor coupled to the slide enables or facilitates the scanning in a simple manner whose contours of the object and in particular the scanning of the entire property, d. H. the scanning of the object from al len pages.

Zur Durchführung nacheinander erfolgender linienförmi ger Abtastungen der jeweiligen Konturen des Objekts ist der Objektträger an die Objektträgerpositionsbestimmungs einrichtung gekoppelt, wodurch stets die Position des Ob jektträgers und damit auch die Position des abzutastenden Objekts bekannt ist und die linienförmige Abtastung des Ob jekts an definierten Positionen durchgeführt werden kann.To perform successive linear of the respective contours of the object is the Slide to the slide position determination device coupled, whereby the position of the Ob slide and thus also the position of the person to be scanned Object is known and the linear scan of the Ob project can be carried out at defined positions.

Das Vorsehen von zwei Bildaufnahmeeinrichtungen, welche einander bezüglich der Ebene der auf das Objekt einfallen den Lichtstrahlen spiegelsymmetrisch gegenüberliegen können und auf das Objekt gerichtet angeordnet sind, reduziert die Gefahr von anordnungsbedingten nicht erfaßten bzw. erfaßba ren Konturen des Objekts.The provision of two image recording devices, which each other with respect to the plane of the object the light rays can be mirror-symmetrical and are directed towards the object reduces the Danger of unrecognized or detectable contours of the object.

Die Lichtquelle ist vorzugsweise als Laser ausgebildet, welcher für die Abtastvorrichtung geeignete im wesentlichen kohärente Lichtstrahlen erzeugt. Die Lichtstrahlen sind da bei ohne Vorsehen von aufwendigen Linsen- oder Reflexions systemen zu einem Paket gebündelt, so daß bei einem Auf treffen der Lichtstrahlen auf einen lichtundurchlässigen Körper ein punktförmiger Lichtfleck gebildet wird.The light source is preferably designed as a laser, which is essentially suitable for the scanning device creates coherent rays of light. The rays of light are there with no provision of complex lenses or reflections systems bundled into one package, so that with one up the light rays hit an opaque one Body a point-shaped light spot is formed.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ab lenkeinrichtung als drehbeweglich angeordnete Halterung der Lichtquelle ausgebildet. Durch Koppelung der Halterung an einen Motor können bei entsprechender Ausrichtung der Lichtquelle und Ansteuerung des Motors die von der Licht quelle ausgesandten Lichtstrahlen auf das Objekt geworfen werden und es geeignet abtasten und überstreichen.In a preferred embodiment, the first Ab Steering device as a rotatably arranged holder of the Trained light source. By coupling the bracket to a motor can with the appropriate orientation of the Light source and control of the motor by the light source emitted light rays thrown onto the object and scan and paint it appropriately.

Die erste Ablenkungseinrichtung kann ebenso als drehbe weglich angeordneter Spiegel vorgesehen sein, welcher an den Motor gekoppelt ist. Durch entsprechende Drehung oder Rotation des Spiegels mittels des Motors werden die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen vorzugsweise von oben nach unten und/oder umgekehrt geradlinig auf die Ober fläche des abzutastenden Objekts geworfen, wodurch auf ein fache Weise auf der Oberfläche des Objekts von der Licht quelle aus betrachtet eine gerade, vorzugsweise senkrechte Linie gebildet ist.The first deflection device can also be used as a rotary movably arranged mirror can be provided, which on the motor is coupled. By turning or Rotation of the mirror by means of the motor are those of the Light source emitted preferably from top down and / or vice versa straight to the top thrown surface of the object to be scanned, causing a fold way on the surface of the object from the light Source considered a straight, preferably vertical Line is formed.

Anstelle des Spiegels kann die erste Ablenkungseinrich tung des weiteren durch ein optisches Linsensystem gebildet werden, welches drehbeweglich angeordnet und an den Motor gekoppelt ist. Instead of the mirror, the first deflection device can be used tion further formed by an optical lens system which is arranged rotatably and attached to the engine is coupled.

Die zweiten Ablenkeinrichtungen weisen vorzugsweise zy linderförmige Glasstäbe auf, welche aus allen Richtungen auf den Mantel einfallende Lichtstrahlen in eine einzige Ebene ablenken.The second deflection devices preferably have zy linden-shaped glass rods, which from all directions rays of light falling on the cladding into one Distract plane.

Im Strahlengang vor den Bildaufnahmeeinrichtungen ange ordnete Objektive dienen der Abbildung der von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen auf den Bildaufnahmeeinrichtun gen.In the beam path in front of the image recording devices ordered lenses are used to image those of the object reflected light rays on the image recording device gene.

Um eine scharfe Abbildung jedes Punktes des abgetaste ten Objekts auf den Bildaufnahmeeinrichtungen zu erzielen, sind die Längsachsen der Glasstäbe und/oder die Durchdrin gungs- bzw. Haupterstreckungsebenen, d. h. die Ebenen senk recht zur Richtung des jeweiligen Strahlengangs, der Objek tive und der Bildaufnahmeeinrichtungen schräg zueinander angeordnet.To get a sharp image of every point of the sample to achieve the th object on the image recording devices, are the longitudinal axes of the glass rods and / or the penetration levels of extension or main extension, d. H. lower the levels right to the direction of the respective beam path, the object tive and the image recording devices obliquely to each other arranged.

Die Bildaufnahmeeinrichtungen sind vorzugsweise als la dungsgekoppelte Bauelemente (CCD-Zeilenmodule) ausgebildet, welche in einer Reihe angeordnete lichtempfindliche Elemen te aufweisen.The image recording devices are preferably as la device-coupled components (CCD line modules), which arranged in a row photosensitive elements te.

Ein im Strahlengang zwischen dem abzutastenden Objekt und den Bildaufnahmeeinrichtungen vorzugsweise jeweils vor gesehenes optisches Filter, welches lediglich Licht der Wellenlängen des von der Lichtquelle erzeugten Lichts durchläßt, schirmt die Bildaufnahmeeinrichtungen vor Stör strahlung ab.One in the beam path between the object to be scanned and the image recording devices preferably each in front seen optical filter, which only light the Wavelengths of the light generated by the light source transmits, shields the image recording devices from interference radiation.

Zum abgestimmten Betrieb der Komponenten der Abtastvor richtung ist eine erste Steuereinrichtung vorgesehen, wel che vorzugsweise als Mikrokontroller ausgebildet ist. Die erste Steuereinrichtung weist Mittel zum Ansteuern der Lichtquelle, Mittel zum Ansteuern des an die erste Ablenk einrichtung gekoppelten Motors, Mittel zum Ansteuern der Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der auf die Ober fläche des Objekts projizierten Lichtstrahlen, Mittel zum Ansteuern des an den Objektträger gekoppelten Motors und Mittel zum Auslesen der Bildaufnahmeeinrichtungen auf. Die Ansteuerung der jeweiligen Komponenten erfolgt aufeinander abgestimmt.For coordinated operation of the components of the scanning device direction, a first control device is provided, wel che is preferably designed as a microcontroller. The first control device has means for controlling the Light source, means for controlling the first deflection device coupled motor, means for controlling the Device for determining the direction of the upper surface of the object projected light rays, means for Driving the motor coupled to the slide and Means for reading out the image recording devices. The The control of the respective components takes place on top of each other Voted.

Die erste Steuereinrichtung überträgt die von den Bild aufnahmeeinrichtungen erlangten Daten entsprechend der Kon tur bzw. den Konturen des abgetasteten Objekts auf eine zweite Steuereinrichtung, welche vorzugsweise als handels üblicher Computer ausgebildet ist, welchem das nötige Ab laufprogramm über eine Diskette einzugeben ist. Die zweite Steuereinrichtung weist einerseits Mittel zum Ansteuern der ersten Steuereinrichtung und andererseits Mittel zur Auf nahme von Daten von der ersten Steuereinrichtung und zur Umwandlung der Daten von der ersten Steuereinrichtung in Daten zur Darstellung mindestens einer Kontur bzw. zur räumlichen Darstellung des Objektes oder Teilen davon auf. Da die zweite Steuereinrichtung getrennt von den übrigen Komponenten der Abtastvorrichtung angeordnet werden kann, wird die Größe der Abtastvorrichtung reduziert.The first control device transmits the images data received according to the Kon structure or the contours of the scanned object on a second control device, which preferably as a commercial Common computer is formed, which the necessary Ab run program must be entered on a floppy disk. The second Control device on the one hand has means for controlling the first control device and on the other hand means for opening taking data from the first control device and for Converting the data from the first controller to Data for displaying at least one contour or for spatial representation of the object or parts thereof. Because the second control device is separate from the rest Components of the scanning device can be arranged the size of the scanner is reduced.

Da die erste und/oder zweite Steuereinrichtung Mittel zum Speichern der aus den Bildaufnahmeeinrichtungen ausgelesenen Daten sowie von Daten entsprechend der Richtung der auf die Oberfläche des Objekts projizierten Lichtstrahlen aufweist, können die Daten eines abgetasteten Objekts zu einem späteren Zeitpunkt ohne erneute Abtastung des Objekts für eine erneute bzw. andere Darstellung des Objekts - insbesondere für perspektivisch unterschiedliche räumliche Darstellungen des Objekts sowie Details davon - abgerufen werden.Since the first and / or second control device means to save the data from the image recording devices read data and data according to the Direction of the projected onto the surface of the object Having light rays, the data can be scanned Object at a later time without resampling of the object for a new or different representation of the Object - especially for perspectively different ones spatial representations of the object and details thereof - be retrieved.

Eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein an die zweite Steuereinrichtung anzuschließender Bildschirm und/oder Plotter, dient der Darstellung einer Kontur des Objekts bzw. der räumlichen Darstellung des Objekts oder eines Teils davon.A display device, for example one to the second control device screen to be connected and / or plotter, serves to represent a contour of the Object or the spatial representation of the object or part of it.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.The present invention is described in the following Be spelling explained with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of the present invention;

Fig. 2 veranschaulicht die Abtastung des Objekts; und Figure 2 illustrates the scanning of the object; and

Fig. 3a, b und c zeigen die Anordnung einer der zwei zweiten Ablenkeinrichtungen und Bildaufnahmeeinrichtungen zueinander und veranschaulichen deren Wirkungsweise. Fig. 3a, b and c show the arrangement of one of the two second deflection means and image pickup means to each other and illustrate the operation thereof.

Entsprechend Fig. 1 ist ein abzutastendes Objekt 40 auf einen Drehteller 20 gestellt. Eine (nicht dargestellte) Halterung an dem Drehteller sorgt für einen stabilen Halt des Objekts. Ein in einer anderen (nicht dargestellten) Halterung aufgenommener Laser 12, welcher im wesentlichen kohärente Lichtstrahlen erzeugt, ist über einen Schnecken trieb 32 an einen Schrittmotor 16 gekoppelt und auf das Ob jekt gerichtet. Die Achse des Schrittmotors 16 ist mit ei nem (nicht dargestellten) Positionsgeber, der im folgenden als erster Positionsgeber bezeichnet wird, versehen. Die jeweilige (vorzugsweise vertikale) Strahlungsrichtung des Lasers wird anhand von Markierungen an dem ersten Positi onsgeber oder Signalen von dem ersten Positionsgeber von einem (nicht dargestellten) Sensor, der im folgenden als erster Sensor bezeichnet wird, erfaßt. Der erste Positions geber und der erste Sensor bilden im wesentlichen eine Ein richtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche des Objekts projizierten bzw. geworfenen Lichtstrahlen. Zur Aufnahme von Lichtstrahlen, welche von dem Laser ausgesandt, auf die Oberfläche des Objekts gewor fen und von der Oberfläche des Objekts reflektiert werden, sind an beiden Seiten des Lasers im wesentlichen in glei chen Abständen bzw. bezüglich der Ebene der auf das Objekt gerichteten Lichtstrahlen im wesentlichen in gleichen Win keln jeweils eine Kamera 18 in Form eines CCD-Zeilenmoduls angeordnet. Ein CCD-Zeilenmodul besitzt gegenüber einer zweidimensionalen CCD-Kamera ein größeres Auflösungsvermö gen und ist wesentlich kostengünstiger. Die Kamera 18 ist als Schwarzweiß- oder als Farbkamera ausgebildet. Im Strah lengang zwischen dem abzutastenden Objekt und den Kameras ist jeweils eine zweite Ablenkeinrichtung 30, welche als zylinderförmiger Glasstab ausgebildet ist, und ein Objektiv 34 vorgesehen. Die Querschnittsfläche des Glasstabs kann kreis- oder linsenförmig sein; des weiteren kann der Mantel des Glasstabs verspiegelt sein. Der Drehteller ist über ei nen Schneckentrieb 24 an einen Schrittmotor 22 gekoppelt. Der Drehteller ist des weiteren mit einem (nicht darge stellten) Positionsgeber, der im folgenden als zweiter Po sitionsgeber bezeichnet wird, versehen. Die jeweilige Posi tion des Drehtellers wird anhand von Markierungen an dem zweiten Positionsgeber oder Signalen von dem zweiten Posi tionsgeber von einem (nicht dargestellten) Sensor, der im folgenden als zweiter Sensor bezeichnet wird, erfaßt. Der zweite Positionsgeber und der zweite Sensor bilden im we sentlichen die Objektträgerpositionsbestimmungseinrichtung. Ein Mikrokontroller 26 ist elektrisch mit dem Laser, dem ersten Sensor und gegebenenfalls mit dem ersten Positions geber, mit dem Schrittmotor zum Drehen der Laserhalterung, dem zweiten Sensor und gegebenenfalls mit dem zweiten Posi tionsgeber, mit dem Schrittmotor zum Antreiben des Drehtel lers sowie mit den Kameras zu deren Ansteuerung verbunden. Des weiteren ist der Mikrokontroller elektrisch mit einem Computer 28 verbunden, welcher wiederum an einen (nicht dargestellten) Bildschirm und/oder Plotter angeschlossen ist.According to FIG. 1, an object 40 to be scanned is placed on a turntable 20 . A holder (not shown) on the turntable ensures a stable hold of the object. A in another (not shown) holder received laser 12 , which generates substantially coherent light beams, is driven via a worm gear 32 coupled to a stepper motor 16 and directed to the object. The axis of the stepping motor 16 is provided with a position transmitter (not shown), which is referred to below as the first position transmitter. The respective (preferably vertical) radiation direction of the laser is detected on the basis of markings on the first position transmitter or signals from the first position transmitter by a sensor (not shown), which is referred to below as the first sensor. The first position transmitter and the first sensor essentially form a device for determining the direction of the light beams projected or projected at a point onto the surface of the object. For receiving light beams, which are emitted by the laser, thrown onto the surface of the object and reflected by the surface of the object, there are substantially equal distances on both sides of the laser or with respect to the plane of the light beams directed onto the object arranged essentially in the same win angle each camera 18 in the form of a CCD line module. A CCD line module has a higher resolution than a two-dimensional CCD camera and is much cheaper. The camera 18 is designed as a black and white or a color camera. A second deflection device 30 , which is designed as a cylindrical glass rod, and a lens 34 are provided in the beam path between the object to be scanned and the cameras. The cross-sectional area of the glass rod can be circular or lenticular; Furthermore, the jacket of the glass rod can be mirrored. The turntable is coupled to a stepper motor 22 via a worm gear 24 . The turntable is further provided with a (not shown) position transmitter, which is referred to below as the second position transmitter. The respective position of the turntable is detected on the basis of markings on the second position transmitter or signals from the second position transmitter by a sensor (not shown), which is referred to below as the second sensor. The second position transmitter and the second sensor essentially form the slide position determination device. A microcontroller 26 is electrical with the laser, the first sensor and optionally with the first position transmitter, with the stepper motor for rotating the laser holder, the second sensor and optionally with the second position transmitter, with the stepper motor for driving the rotary switch and with the Cameras connected to control them. Furthermore, the microcontroller is electrically connected to a computer 28 , which in turn is connected to a screen (and not shown) and / or plotter.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Abtastvor richtung 10 dargelegt. Zur Vereinfachung der Funktionsweise wird lediglich der Abtastvorgang bzw. Erfassungsvorgang be züglich einer der zwei Bildaufnahmeeinrichtungen darge stellt.In the following, the operation 1 is described with reference to FIGS. 3 to the device 10 according to the invention Abtastvor set forth. To simplify the operation, only the scanning process or acquisition process with respect to one of the two image recording devices is shown.

Der Laser bzw. die ihn aufnehmende Halterung ist dreh beweglich um eine Horizontalachse angeordnet und rotiert von dem Schrittmotor 16 über den Schneckentrieb 32 ange trieben um die Horizontalachse. Die von dem Laser ausge sandten Lichtstrahlen werden punktförmig auf die Oberfläche des Objekts geworfen und tasten während einer Drehung des Lasers die Oberfläche und damit die Kontur des Objekts ein mal in Vertikalrichtung ab.The laser or the holder receiving it is rotatably arranged about a horizontal axis and rotates from the stepper motor 16 via the worm gear 32 is driven around the horizontal axis. The light beams emitted by the laser are thrown onto the surface of the object in a punctiform manner and scan the surface and thus the contour of the object once in the vertical direction during a rotation of the laser.

Der erste Positionsgeber und der erste Sensor wirken derart zusammen, daß zu jeder Zeit innerhalb des Abtast zeitraums die vertikale Position der punktförmig auf die Oberfläche des Objekts geworfenen Lichtstrahlen des Lasers bestimmt werden kann.The first position transmitter and the first sensor act so together that at any time within the scan period the vertical position of the point on the Surface of the object thrown light rays from the laser can be determined.

Die von der Oberfläche des Objekts reflektierten Licht strahlen fallen auf den Glasstab und werden von dem Glas stab unabhängig von ihrer Einfallsrichtung in eine (Ausfalls)Ebene parallel zur Achse des Glasstabes abge lenkt. Des weiteren werden die von der Oberfläche des Ob jekts reflektierten Lichtstrahlen von dem Glasstab in der Ausfallsebene in einem bestimmten Winkel zu der Normalen der Längsachse des Glasstabes abgelenkt, der von der jewei lig abgetasteten Konturtiefe abhängt.The light reflected from the surface of the object rays fall on the glass rod and are emitted by the glass rod regardless of its direction of incidence in one (Failure) plane parallel to the axis of the glass rod directs. Furthermore, those of the surface of the Ob rays of light reflected from the glass rod in the object Failure plane at a certain angle to the normal the longitudinal axis of the glass rod deflected by the depends on the scanned contour depth.

Die von dem Glasstab abgelenkten Lichtstrahlen durch dringen eine als Objektiv dienende Linse, welche die Licht strahlen auf der Kamera abbildet. Da die optimale Abbil dungsweite in Abhängigkeit der jeweilig abgetasteten Kon turtiefe verschieden ist, sind die Längsachse des Glasstabs und/oder die Ebenen des Objektivs und der Kamera, d. h. die Ebenen senkrecht zur Richtung des Strahlengangs, schräg zu einander ausgerichtet. Damit ist gewährleistet, daß die Ab bildungspunkte die größtmögliche Abbildungsschärfe besit zen.The rays of light deflected by the glass rod penetrate a lens serving as a lens, which the light beam on the camera. Since the optimal fig width depending on the scanned con door depth is different, are the longitudinal axis of the glass rod and / or the planes of the lens and the camera, d. H. the Planes perpendicular to the direction of the beam path, at an angle aligned with each other. This ensures that the Ab education points have the greatest possible definition Zen.

Die Kamera ist als CCD-Zeilenmodul ausgebildet und weist eine Reihe von CCD-Bildaufnahmeelementen (CCD, charge coupled device) auf. Aufgrund der oben dargestellten Posi tionierung des Glasstabs, des Objektivs und der Kamera zu einander erfaßt die Kamera die jeweilig abgetastete Kontur tiefe des Objekts bei der jeweiligen vertikalen Höhe der auf das Objekt treffenden Lichtstrahlen. Mit anderen Wor ten, die Konturtiefe des Objekts an einer bestimmten Höhe entspricht einem Abbildungspunkt auf dem eindimensionalen CCD-Zeilenmodul. Eine Kenntnis über die vertikale Höhe der auf das Objekt treffenden Lichtstrahlen bzw. die augen blickliche Strahlungsrichtung des Lasers wird daher erfor dert. Die jeweilige vertikale Position der Lichtstrahlen auf dem Objekt bestimmt der Mikrokontroller mittels des er sten Positionsgebers und des ersten Sensors.The camera is designed as a CCD line module and has a number of CCD image recording elements (CCD, charge coupled device). Due to the posi shown above tion of the glass rod, lens and camera the camera detects each other the respective scanned contour depth of the object at the respective vertical height of the rays of light hitting the object. With other wor the contour depth of the object at a certain height corresponds to a mapping point on the one-dimensional CCD line module. A knowledge of the vertical height of the rays of light striking the object or the eyes Visible radiation direction of the laser is therefore required different. The respective vertical position of the light rays on the object, the microcontroller uses the most position sensor and the first sensor.

Zur Vermeidung von Störeinflüssen durch andere Licht quellen ist direkt vor der Kamera bzw. vor der Linse ein Filter angeordnet, welches lediglich Licht der Wellenlängen des Lasers durchläßt.To avoid interference from other light swell is directly in front of the camera or in front of the lens Filter arranged, which is only light of the wavelengths of the laser passes.

Die CCD-Bildaufnahmeelemente werden unter Steuerung des Mikrokontrollers ausgelesen, und es werden die ausgelesenen Daten einschließlich der Daten entsprechend der jeweiligen vertikalen Position der Lichtstrahlen auf dem Objekt in ei nem RAM (random access memory) des Mikrokontrollers bzw. einem externen Speicher zwischengespeichert und einem Com puter zur Auswertung bzw. Darstellung übertragen.The CCD imaging elements are under the control of the Microcontroller read out, and it will be the read out Data including the data corresponding to the respective vertical position of the light rays on the object in egg RAM (random access memory) of the microcontroller or an external memory and a Com Transfer computer for evaluation or display.

Über eine (nicht dargestellte) Eingabeeinrichtung kann der Abtastvorrichtung eingegeben werden, ob die Abtastung bzw. die Erfassung lediglich einer einzelnen Kontur oder einer Mehrzahl von Konturen des Objekt im Hinblick auf eine räumliche Darstellung gewünscht wird. Dazu wird der Um fangsabtastbereich in den jeweiligen Grenzen sowie die An zahl von Abtastlinien eingegeben. Sind beispielsweise die obere und untere Grenze identisch, so wird auf eine Eingabe der Anzahl von Abtastlinien gleich eins lediglich eine Kon tur des Objekts an der durch die Grenze bestimmten Umfangs position abgetastet, während bei einer Eingabe der Anzahl von Abtastlinien gleich zehn nacheinander zehn verschiedene Konturen des Objekts in jeweils gleichen Intervallen begin nend an der durch die untere Grenze bestimmten Umfangsposi tion abgetastet werden. Im letztgenannten Fall wird die durch die untere Grenze bestimmte Kontur lediglich einmal abgetastet. Das Abtastintervall wird von dem Mikrokontrol ler anhand der Eingabe der Grenzen des Umfangsabtastbe reichs und der Anzahl von Abtastlinien bestimmt.Via an input device (not shown) input to the scanner whether the scan or the acquisition of only a single contour or a plurality of contours of the object with respect to one spatial representation is desired. To do this, the order initial scanning range within the respective limits as well as the start number of scan lines entered. Are for example the Upper and lower limits identical, so one input the number of scan lines equal to just one con structure of the object at the extent determined by the border position scanned while entering the number of scan lines ten in a row ten different ones Contours of the object begin at the same intervals ending at the circumferential position determined by the lower limit tion can be scanned. In the latter case, the contour determined by the lower limit only once scanned. The sampling interval is controlled by the microcontroller based on the input of the limits of the circumferential scan Reichs and the number of scan lines determined.

Ist die Abtastung von mehreren Konturen gewünscht, so steuert der Mikrokontroller den über den Schneckentrieb an den Drehteller gekoppelten Schrittmotor derart an, daß der Drehteller eine definierte Position einnimmt, dort während des Zeitraums der Abtastung der jeweiligen Kontur ver bleibt, danach die nächste definierte Position einnimmt, wiederum während des Zeitraums der Abtastung der jeweiligen Kontur verweilt, usw., bis der gesamte bestimmte Bereich abgetastet ist. Die jeweilige Position des Drehteller be stimmt der Mikrokontroller mittels des zweiten Positionsge bers und des zweiten Sensors. Der Mikrokontroller steuert darüber hinaus den Laser und den Schrittmotor der ersten Ablenkeinrichtung derart an, so daß sowohl der Laser als auch der zugehörige Schrittmotor lediglich während des Ab tastens der Kontur bzw. der Konturen des Objekts betrieben werden.If the scanning of several contours is desired, then the microcontroller controls the via the worm gear the turntable coupled stepper motor so that the Turntable occupies a defined position while there ver the period of the scanning of the respective contour stays, then takes the next defined position, again during the period of scanning the respective Contour lingers, etc. until the entire specific area is scanned. The respective position of the turntable be agrees the microcontroller by means of the second Positionge bers and the second sensor. The microcontroller controls also the laser and the stepper motor of the first Deflection device in such a way that both the laser and the associated stepper motor only during the Ab the contour or contours of the object operated become.

Während der Abtastens der jeweiligen Konturen des Ob jekts oder im Anschluß daran werden die Daten entsprechend der Kontur bzw. der Konturen des abgetasteten Objekts dem Computer übertragen, welcher die ihm übertragenen Daten zwischenspeichert und sie in Abhängigkeit eines Steuerpro gramms zur Darstellung auf dem Bildschirm oder einem Plot ter aufbereitet.While scanning the respective contours of the Ob project or afterwards the data will be corresponding the contour or the contours of the scanned object Transfer computer, which the data transferred to it cached and depending on a tax pro gramms for display on the screen or a plot processed.

Der Computer steuert den Mikrokontroller an, während wie oben dargestellt der Mikrokontroller die übrigen Kompo nenten der Abtastvorrichtung mit Ausnahme des Bildschirms bzw. des Plotters ansteuert.The computer controls the microcontroller while as shown above the microcontroller the rest of the compo elements of the scanner except for the screen or the plotter.

Die Eingabeeinrichtung zur Bestimmung des Abtastbe reichs kann direkt an den Mikrokontroller oder aber über den Computer an den Mikrokontroller gekoppelt sein. Im erstgenannten Fall veranlaßt der Mikrokontroller selbstän dig die Abtastung des bestimmten Bereichs, im letztgenann ten Fall aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung durch den Computer.The input device for determining the scanning reichs can go directly to the microcontroller or via the computer be coupled to the microcontroller. in the in the former case, the microcontroller initiates itself dig the scan of the specific area, the latter th case due to a corresponding control the computer.

Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist der Mikrokontroller derart ausgebildet, daß er die Daten bezüglich der abgetasteten Kontur bzw. Konturen des Objekts entsprechend einer gewünschten Darstellung auf bereitet und dem Computer die aufbereiteten Daten über trägt.In another embodiment of the present Er Invention, the microcontroller is designed such that it the data relating to the scanned contour or contours of the object according to a desired representation prepares and the computer the processed data wearing.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Ablenkeinrichtung als herkömmliches Linsensystem ausgebildet.According to a further embodiment, the second deflection device as a conventional lens system educated.

Im übrigen sei festgestellt, daß die zweite Ablenkein richtung im Strahlengang vor oder hinter dem Objektiv ange ordnet sein kann.Incidentally, it should be noted that the second distraction is not Direction in the beam path in front of or behind the lens can be arranged.

Entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform ist nicht das Objekt um seine Mittelachse, sondern sind Licht quelle, die Ablenkungseinrichtungen bzw. die Bildaufnahme einrichtungen um das Objekt herum drehbeweglich angeordnet. Des weiteren ist es möglich, die Lichtquelle bzw. die Ab lenkeinrichtungen um ihre eigene Achse derart beweglich an zuordnen und jeweils auszurichten, daß die gegenüberlie gende, zugewandte Seite des Objekts linienförmig, vorzugs weise vertikal, abgetastet wird, wobei die abgetasteten Li nien parallel zueinander ausgerichtet sind.According to yet another embodiment not the object around its central axis, but are light source, the distraction devices or the image acquisition facilities around the object rotatably arranged. Furthermore, it is possible to use the light source or the Ab steering devices so movable about their own axis assign and align that the opposite opposite, facing side of the object linear, preferred vertically, is scanned, the scanned Li are aligned parallel to each other.

Claims

1. Scanning device ( 10 ) for scanning and detecting the contour of an object ( 40 ), with:
a light source ( 12 ),
a first deflection device ( 16 , 32 ) which projects the light rays emitted by the light source point-wise onto the surface of the object and scans the object in a straight line,
a device for determining the direction of the light rays projected at a point onto the surface of the object,
two second deflection devices ( 30 ), which deflect the light rays reflected from the surface of the object in each case into one plane,
a rotatably arranged slide ( 20 ) for receiving the object to be scanned, which is coupled to a motor ( 22 ) and a slide position determination device, and
two image recording devices ( 18 ) for recording the light beams reflected from the surface of the object and each deflected into one plane.

2. Scanning device according to claim 1, characterized records that the light source is designed such that it produces essentially coherent rays of light.

3. Scanning device according to claim 2, characterized records that the light source is designed as a laser.

4. Scanning device according to one of the preceding An sayings, characterized in that the second distraction no directions have cylindrical glass rods.

5. Scanning device according to one of the preceding An sayings, characterized in that in the beam path Lenses are arranged in each of the image recording devices which reflect those from the surface of the object image light rays onto the image recording devices the.

6. Scanning device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the image recording devices with respect to the longitudinal axes of the respective glass rods and / or the main extension planes of the lenses are aligned obliquely tet are so that the right of the surface of the lens reflected light rays on the image recording devices are depicted essentially sharply.

7. Scanning device according to one of the preceding An sayings, characterized in that in the beam path between between the object to be scanned and the image directions optical filters are provided, which single Lich light of the wavelengths generated by the light source let th light through.

8. Scanning device according to one of the preceding An sayings, characterized in that the image recording directions as single-line charge-coupled components are trained.

9. Scanning device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first deflector has a rotatably arranged mirror.

10. Scanning device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first deflector has a rotatably arranged lens system.

11. Scanning device according to one of the preceding claims, characterized in that the first deflecting direction is coupled to a motor ( 16 ).

12. Scanning device according to claim 11, characterized by a first control device ( 26 ) which has means for controlling the motor coupled to the first deflection device.

13. Scanning device according to claim 12, characterized indicates that the first control means for on control the motor coupled to the slide points.

14. Scanning device according to claim 12 or 13, characterized characterized in that the first control means for Reading the image recording devices has.

15. Scanning device according to one of claims 12 to 14, characterized by a second control device ( 28 ) which is coupled to the first control device.

16. A scanning device according to claim 15, characterized records that the second control means to control the first control device.

17. A scanning device according to claim 15 or 16, characterized characterized in that the second control means for Recording data from the first control device and for Converting the data from the first controller to Data for displaying at least one contour or for spatial representation of the object or a part thereof having.

18. Scanning device according to one of claims 12 to 17, characterized in that the first and / or second Control device means for storing the image has data read out.

19. Scanning device according to one of the preceding An sayings, characterized by a display device for Representation of a contour of the object or for spatial Representation of the object or part of it.