DE10003717A1 - Meßanordnung und Meßverfahren zur zweidimensionalen Objektvermessung - Google Patents

Abstract

Meßanordnung zur berührungslosen, zweidimensionalen Positionsmessung. DOLLAR A Die nachfolgend beschriebene Erfindung macht es sich zur Aufgabe, berührungslos die zweidimensionale Position von runden oder rechteckigen Objekten und deren Durchmesser oder Eckpunkte zu messen. Hierzu sind zwei oder mehr LEDs oder Laserdioden gegenüberliegend angeordnet, so daß die Schatten eines Objektes einen oder mehreren CCD-Sensoren abgebildet werden, wobei die Belichtung abwechselnd von den LEDs oder Laserdioden erfolgt. Nach einer Belichtungsfolge und Auslesen des CCD-Sensors werden die Belichtungspunkte bekannt und es kann aus der örtlichen Anordnung des CCD-Sensors und der Lichtemitter die Schnittpunkte und daraus die Position und die Abmessung des Objekts errechnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft Meßanordnung und Meßverfahren zur berührungslosen Messung von zweidimensionalen Positionen und Konturen von runden oder rechteckigen Objekten und deren Durchmesser oder Konturen.

Stand der Technik ist ein formähnliches Gerät welches mit Glühlampen als Lichtquelle und mit großflächigen Photowiderständen als Empfangssensoren arbeitet und somit nur sehr grobe Messungen eines Durchmessers durchführen kann (DE 38 31 267 v. 14.9.88).

Die nachfolgend beschriebene Erfindung macht es sich zur Aufgabe berührungslos, hochauflösend die zweidimensionale Position von runden oder rechteckigen Objekten und deren Durchmesser oder Eckpunkte, Konturen zu messen. Hierzu sind in dem einfachsten Fall von Fig. 1 ein CCD- Sensor (3) und zwei LEDs oder Laserdioden, nachstehend auch Lichtemitter genannt, gegenüberliegend angeordnet, so daß die Schatten (S) oder (Sa) des Objektes (2) auf dem CCD- Sensor (3) abgebildet werden wobei die Belichtung abwechselnd durch die Lichtemitter (1) oder (1a) erfolgt. Nach zwei Belichtungen und Auslesen des CCD-Sensors werden die Punkte Pa, Pb, Pc, Pd bekannt und es können, aus der örtlichen Anordnung des CCD-Sensors und der Lichtemitter, die Schnittpunkte und daraus die Position und die Abmessung des Objekts errechnet werden.

Vorteilhaft werden entsprechend Fig. 2 mehrere LED oder Laserdioden (1) bis (4n) oder mehr, als Lichtemitter in geeigneter, vorteilhafter Opposition eines (Fig. 1) oder mehrerer CCD-Sensoren (3) bis (3a) (Fig. 2) angeordnet, so daß ein in den Lichtstrahl gebrachtes Objekt (2) seinen Schatten (S) bis (Sn) auf den CCD-Sensor (3) oder die CCD-Sensoren (3) bis (3a) abbildet.

Vorteilhaft kann auch eine LED- oder Laserdiodenzeile mit vielen Lichtemittern eingesetzt werden, so daß viele Schatten auf den CCD-Sensoren abgebildet werden und die Auflösung und Genauigkeit dadurch erhöht wird. Um zu einer Zeit immer nur einen Schattenwurf zu erhalten werden die Lichtemitter jeweils einzeln und nacheinander eingeschaltet.

Verschiedene vorteilhafte Anordnungen sind in den Fig. 1 bis 3 und diese sind wiederum in den vorteilhaften Gehäusen (GG) und (GW) der Fig. 5 und 6 untergebracht.

Eine nachfolgende Elektronik (5) mit Mikroprozessor (6) erfaßt dann die von den CCD-Sensoren umgesetzten Lichtsignale in elektrische Signale und errechnet aus den Signalen die Schattenpositionen und daraus die Schnittpunkte und somit die Position sowie die Abmessungen des Objektes (2) und sendet diese Meßwerte oder Meßdaten an die Außenwelt (7). Da alle Positionen feststehend und bekannt sind, ist die Position des Objekts jederzeit, auch nach einem Einschaltvorgang, bestimmbar ohne, daß eine Eichfahrt durchgeführt werden muß. Die Berechnung, Speicherung und Ausgabe der Daten erfolgt durch den vorteilhaften Einsatz eines Mikroprozessors. Dieser ermöglicht außerdem kleine mechanische Abmessungen des Gesamtsystems und einen geringen Stromverbrauch.

Ein weiterer Vorteil besteht durch den Einsatz einer LED oder Laserdiode. Diese stellt eine nahezu punktförmige Lichtquelle dar und kann kurze Lichtblitze aussenden. Hierdurch ergibt sich ein weiterer Vorteil, der hohen, erreichbaren Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts. Sie wird dadurch erreicht, daß dem CCD-Sensor durch die Laserdiode Licht mit hoher Energie, dieses aber nur für eine sehr kurze Zeit zugeführt wird. Normalerweise wird durch die schnelle Bewegung der Objekts die Abbildung durch eine lange Belichtung des CCD-Sensors verzerrt.

Weitere Einzelheiten zur vorteilhaften Anwendung gehen aus den beigefügten Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 6 hervor.

Fig. 1 Einfachste Anordnung eines des CCD-Sensors und der Lichtemitter.

Fig. 2 Aufwendige Anordnung mit vielen Lichtemittern und einem CCD-Sensor.

Fig. 3 Winklige Anordnung mit vielen Lichtemittern und mehreren CCD-Sensoren.

Fig. 4 und 5 Gesamtaufbau der Meßanordnung in vorteilhaften Formen (GG) und (GW).

Claims (4)

1. Meßanordnung und Meßverfahren zur berührungslosen Messung der absoluten, zweidimensionalen Position eines in den Meßbereich befindlichen Objektes und des Durchmessers oder der Abmessungen dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr LED oder Laserdioden gegenüberliegend einem oder mehreren CCD-Sensoren angeordnet sind, so daß der Schattenwurf eines beleuchteten Objekts auf einem oder mehreren CCD-Sensoren einmal oder mehrmals abgebildet wird und mit einem Mikroprozessor, der aus dem Ausgangssignal des CCD-Sensors oder der CCD-Sensoren die Position und die Abmessungen des Objekts berechnet und ausgibt.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, wobei die Laserdiode sehr kurze Lichtblitze zur Belichtung des CCD-Sensors aussendet um das Objekt auch während einer Bewegung, weitgehend unverzerrt auf dem CCD-Sensor abzubilden.

3. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1-2, wobei zu einer Zeit immer eine oder zwei LED oder Laserdioden Licht emittieren.

4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei ein Einchipmikroprozessor, aus dem zugeführten CCD-Sensorsignal, die Absolutmeßwerte errechnet und ausgibt.