DE102013103897A1

DE102013103897A1 - Camera module for line-wise scanning of object e.g. non-cuboid object, has line sensors that are arranged at different distances from lens so that image lines are imaged at different distances from lens on respective line sensors

Info

Publication number: DE102013103897A1
Application number: DE201310103897
Authority: DE
Inventors: Helmut Sorgius
Original assignee: Chromasens GmbH
Current assignee: Chromasens GmbH
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-10-31

Abstract

The camera module (1) has a lens (2) that is provided for imaging the objects (5-1-5-3) onto the line sensor (4). The line sensors are arranged at different distances from the lens so that the image lines (6-1-6-3) are imaged at different distances from the lens on the respective line sensors. An independent claim is included for method for scanning of object.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kameramodul, eine Produktüberwachungsvorrichtung umfassend eine Fördereinrichtung zum Befördern von zu überwachenden Produkten und ein erfindungsgemäßes Kameramodul und ein Verfahren zum Abtasten eines Objektes mit einem solchen Kameramodul. The invention relates to a camera module, a product monitoring device comprising a conveyor for conveying products to be monitored and a camera module according to the invention and a method for scanning an object with such a camera module.

Produktüberwachungsvorrichtungen mit einer Fördereinrichtung und einem Kameramodul, um die auf der Fördereinrichtung beförderten Produkte optisch abzutasten, sind bekannt und werden beispielsweise in Paketsortieranlagen oder Produktionsanlagen verwendet. Product monitoring devices having a conveyor and a camera module for optically scanning the products conveyed on the conveyor are known and used in, for example, parcel sorting equipment or production facilities.

Üblicherweise wird über eine Messeinrichtung, wie z.B. einem Lichtvorhang die Höhe des abzutastenden Produktes bzw. Objektes ermittelt. Das Kameramodul weist eine verstellbare Optik auf, die auf die vorher erfasste Höhe des Objektes eingestellt wird, um deren Oberfläche korrekt abzutasten. Das Kameramodul weist entweder ein Zoomobjektiv auf, dessen Brennweite veränderlich ist, so dass es zum Abtasten unterschiedlich hoher Objekte entsprechend eingestellt werden kann. Es ist auch möglich, ein Objektiv mit einer festen Brennweite zu verwenden, deren Fokus nachgeführt wird, so dass unterschiedliche Höhen scharf auf den Sensor abgebildet werden. Usually, a measuring device, such as e.g. a light curtain determines the height of the scanned product or object. The camera module has an adjustable optics, which is adjusted to the previously detected height of the object in order to scan their surface correctly. The camera module either has a zoom lens whose focal length is variable, so that it can be adjusted accordingly for scanning objects of different heights. It is also possible to use a lens with a fixed focal length, whose focus is tracked, so that different heights are sharply imaged on the sensor.

Bei Zoomobjektiven werden mehrere Linsen relativ zueinander verschoben. Das Zoomobjektiv weist eine bewegliche Mechanik innerhalb des Objektivs auf, das die meistens mehreren Linsen zueinander verschiebt. Mit einem Zoomobjektiv kann der Maßstab über den Verstellweg konstant gehalten werden. Zoom lenses move multiple lenses relative to each other. The zoom lens has a movable mechanism within the lens, which shifts the most lenses to each other. With a zoom lens, the scale can be kept constant over the adjustment.

Wird ein Objektiv mit fester Brennweite verwendet, so ist das gesamte Objektiv längs zur optischen Achse zu verschieben, so dass der Schärfenbereich auf der gewünschten Höhe liegt. Der Abbildungsmaßstab erhöht sich bei Verringerung der optischen Länge. If a fixed focal length lens is used, move the entire lens lengthwise to the optical axis so that the focus range is at the desired height. The magnification increases as the optical length is reduced.

Sowohl bei einem Zoomobjektiv als auch bei einem Objektiv mit fester Brennweite gibt es mechanische Teile, die bewegt werden müssen. Diese Bewegungen unterliegen einem Verschleiß. Bei industriellen Anwendungen werden Benutzungszyklen von mehreren Millionen Stück gefordert. Diese übersteigen normalerweise die Lebensdauer dieser beweglichen Teile bei weitem. Both a zoom lens and a fixed focal length lens have mechanical parts that need to be moved. These movements are subject to wear. In industrial applications, usage cycles of several million pieces are required. These usually exceed the life of these moving parts by far.

In der DE 10 2009 040 081 A1 ist ein Laser-Scanner dargestellt. Der Scanner weist eine Lichtquelle zum Abgeben eines Lichtstrahles, ein Detektorarray und eine Linse zum Abbilden des an einem Messobjekts reflektierten Lichtstrahls auf das Detektorarray auf. Das Detektorarray ist in einer Ebene senkrecht zu der Richtung, mit der der Lichtstrahl aus der Lichtquelle austritt, angeordnet. Wenn sich der Abstand des Messobjektes zur Lichtquelle verändert, verschiebt sich der auf dem Detektorarray abgebildete Punkt bzw. Strich des Lichtstrahls entsprechend der Abstandsänderung. Hierdurch kann der Abstand des Messobjekts zur Lichtquelle festgestellt werden. In the DE 10 2009 040 081 A1 a laser scanner is shown. The scanner has a light source for emitting a light beam, a detector array and a lens for imaging the light beam reflected on a measurement object onto the detector array. The detector array is disposed in a plane perpendicular to the direction in which the light beam exits the light source. If the distance of the measurement object to the light source changes, the point or line of the light beam imaged on the detector array shifts according to the change in distance. As a result, the distance of the measurement object to the light source can be determined.

In der WO 2011/060769 A1 wird die Verwendung eines Laser-Scanners in einem Roboter beschrieben. Der Aufbau des Laser-Scanners entspricht im Wesentlichen dem Aufbau aus der DE 10 2009 040 081 A1 , wobei die Lichtquelle zum Abstrahlen eines flächigen Lichtstrahlbündels ausgebildet ist und das Detektorarray in einer Ebene parallel zu dem von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtstrahlbündel angeordnet ist. In the WO 2011/060769 A1 the use of a laser scanner in a robot is described. The structure of the laser scanner corresponds essentially to the structure of the DE 10 2009 040 081 A1 wherein the light source is designed to emit a flat light beam and the detector array is arranged in a plane parallel to the light beam emitted by the light source.

In Micro-Epsilon GmbH: Optische Messtechnik zur Qualitätskontrolle; messen prüfen automatisieren, mpa 7/8-2010, Seite 50–51 ist ein weiterer Laser-Scanner beschrieben, bei dem eine Matrix im Sensor nach der Scheimpflug-Bedingung angeordnet ist, was eine gleichbleibende Bildschärfe über den gesamten Tiefenmessbereich ermöglicht. In Micro-Epsilon GmbH: Optical metrology for quality control; measure testing automate, mpa 7 / 8-2010, page 50-51 Another laser scanner is described in which a matrix is arranged in the sensor according to the Scheimpflug condition, which allows a consistent focus over the entire depth measurement range.

Die US 5,696,550 zeigt eine Testvorrichtung zum Testen von LCD-Anzeigepanele. Die Testvorrichtung weist eine erste Kamera auf, die mit der optischen Achse senkrecht auf dem LCD-Panel steht, und eine zweite Kamera, die geneigt und seitlich versetzt zur ersten Kamera angeordnet ist. Mit der zweiten Kamera sollen Fehler am LCD-Panel detektiert werden, die bei schräger Betrachtungsweise sichtbar sind. Die zweite Kamera hat ein Objektiv, das die Schrägstellung durch ein geneigtes Linsensystem und ein verschobenes Linsensystem derart ausgleicht, so dass die Abbildung unverzerrt auf den Kamerachip abgebildet wird. The US 5,696,550 shows a test device for testing LCD display panels. The test device has a first camera, which is perpendicular to the optical axis with the LCD panel, and a second camera, which is inclined and laterally offset from the first camera. The second camera is intended to detect faults on the LCD panel that are visible from an angle. The second camera has a lens that compensates for the inclination by an inclined lens system and a shifted lens system so that the image is imaged undistorted on the camera chip.

Die DE 197 21 688 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Oberfläche eines Körpers nach dem Triangulationsprinzip. Hierin ist eine spezielle Ausführungsform beschrieben, bei der das zu vermessende Objekt mit einer Lichtlinie beleuchtet wird. Diese Lichtlinie wird unter einem Triangulationswinkel mit einer Optik auf einen CCD-Chip abgebildet. Die Lichtquelle, der CCD-Chip und die Optik sollen die Scheimpflug-Bedingungen erfüllen. Mit einer Messung kann ein vollständiger Profilschnitt erzeugt werden. Mit mehreren Profilschnitten kann die gesamte Objektoberfläche vermessen werden. Diese Messvorrichtung weist somit den gleichen Aufbau auf, wie die aus den Entgegenhaltungen D1 bis D3 bekannte Messvorrichtung und ist daher genauso relevant. The DE 197 21 688 A1 relates to a device for measuring the surface of a body according to the triangulation principle. Herein is described a specific embodiment in which the object to be measured is illuminated with a light line. This light line is imaged onto a CCD chip at a triangulation angle with an optical system. The light source, the CCD chip and the optics should meet the Scheimpflug conditions. With a measurement, a complete profile section can be generated. With several profile sections, the entire object surface can be measured. This measuring device thus has the same structure as the measuring device known from the citations D1 to D3 and is therefore equally relevant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kameramodul und ein Verfahren zum Abtasten eines Objektes mit einem solchen Kameramodul zu schaffen, mit welchem Objekte mit unterschiedlicher Höhe zeilenweise korrekt und scharf abgetastet bzw. erfasst werden können, wobei das Kameramodul einfach aufgebaut sein soll und eine lange Lebensdauer besitzen soll. The invention is based on the object, a camera module and a method for scanning a Object with such a camera module to create, with which objects with different heights can be correctly and sharply scanned line by line, the camera module should be simple and should have a long life.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Produktüberwachungsvorrichtung zu schaffen, mit welcher entlang einer Fördereinrichtung beförderte Produkte unterschiedlicher Größe zuverlässig abgetastet werden können, wobei die Produktüberwachungsvorrichtung eine lange Lebensdauer aufweisen soll. A further object of the invention is to provide a product monitoring device with which products of different sizes conveyed along a conveyor can be reliably scanned, wherein the product monitoring device should have a long service life.

Die Aufgaben werden durch ein Kameramodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Produktüberwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und durch ein Verfahren zum Abtasten eines Objektes mit einem solchen Kameramodul mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den jeweiligen Untersprüchen angegeben. The objects are achieved by a camera module with the features of claim 1, by a product monitoring device having the features of claim 13 and by a method for scanning an object with such a camera module having the features of claim 14. Advantageous embodiments of the invention are specified in the respective subclaims.

Ein erfindungsgemäßes Kameramodul zum zeilenweisen Abtasten des Objektes weist zumindest einen zeilenförmigen Sensor und ein Objektiv zum Abbilden des Objektes auf den Sensor auf. Das Kameramodul zeichnet sich dadurch aus, dass es mehrere Zeilensensoren aufweist, die mit unterschiedlichem Abstand zum Objektiv angeordnet sind, so dass Objekte mit unterschiedlichem Abstand zum Objektiv auf die jeweiligen Zeilensensoren scharf abgebildet werden. An inventive camera module for line-by-line scanning of the object has at least one line-shaped sensor and an objective for imaging the object onto the sensor. The camera module is characterized in that it has a plurality of line sensors, which are arranged at different distances from the lens, so that objects with different distances from the lens are sharply imaged onto the respective line sensors.

Mit dem Kameramodul zum zeilenweisen Abtasten eines Objektes wird ein Bild des Objektes erzeugt. Die einzelnen erfassten Zeilenbilder werden in an sich bekannter Weise zu einem zweidimensionalen Bild zusammen gesetzt. With the camera module for scanning an object line by line, an image of the object is generated. The individual recorded line images are put together in a manner known per se to form a two-dimensional image.

Da die einzelnen Zeilensensoren mit unterschiedlichem Abstand zum Objektiv angeordnet sind, sind Linien, welche auf den jeweiligen Zeilensensor durch das Objektiv abgebildet werden, auch in unterschiedlichem Abstand vom Objektiv angeordnet. Diese Linie wird als Bildlinie bezeichnet. Mit anderen Worten heißt dies, dass die Bildlinien, die sich auf der gleichen Seite wie ein abzutastendes Objekt bzgl. des Objektivs befinden, diejenigen Linien sind, die vermittels des Objektivs auf jeweils einen der Zeilensensoren fokussiert werden. Da jedes Objektiv nur eine begrenzte Schärfentiefe aufweist, wird ein durch die Schärfentiefe festgelegter Bereich um die Bildlinien scharf auf den jeweiligen Zeilensensor abgebildet. Dieser Schärfebereich ist der Bereich, in dem die entsprechenden Zeilensensoren die Objekte mit gewünschter Präzision abtasten können. Since the individual line sensors are arranged at different distances from the objective, lines which are imaged on the respective line sensor through the objective are also arranged at different distances from the objective. This line is called an image line. In other words, the image lines that are on the same side as an object to be scanned with respect to the lens are those lines that are focused by the lens on each of the line sensors. Since each lens has only a limited depth of field, a defined by the depth of field area around the image lines is focused on the respective line sensor. This focus area is the area in which the corresponding line sensors can scan the objects with the desired precision.

Es können somit von Objekten unterschiedlicher Höhe scharfe Bilder erzeugt werden, ohne dass das Objektiv oder die Kamera bewegt werden muss. It can thus be generated by objects of different height sharp images without the lens or the camera must be moved.

Vorzugsweise sind die mehreren Zeilensensoren zueinander parallel und in einer gegenüber der optischen Achse des Objektivs geneigten Ebene angeordnet und insbesondere durch einen optischen Flächensensor dargestellt. Preferably, the plurality of line sensors are arranged parallel to one another and in a plane inclined with respect to the optical axis of the objective and in particular represented by an optical area sensor.

Die Ausbildung der mehreren Zeilensensoren durch einen einzigen optischen Flächensensor ergibt auf eine kostengünstige Weise eine Vielzahl von Zeilensensoren, die mit jeweils geringfügig unterschiedlichen Abständen bezüglich des Objektivs angeordnet sind. Die Abstände der Bildlinien zueinander sind dementsprechend klein. Dies bedeutet, dass selbst mit einem Objektiv mit geringer Tiefenschärfe ein Objekt zuverlässig und korrekt abgetastet werden kann. The formation of the plurality of line sensors by a single optical surface sensor results in a cost-effective manner a plurality of line sensors, which are each arranged at slightly different distances with respect to the lens. The distances of the image lines to each other are accordingly small. This means that even with a lens with a shallow depth of field, an object can be reliably and correctly scanned.

Das Kameramodul weist vorzugsweise eine langgestreckte Lichtquelle zum Beleuchten des abzutastenden Objektes auf. Die Lichtquelle kann ein stark gebündeltes, Strahlenbündel aus monochromatischem und insbesondere polychromatischem und vor allem weißen Licht erzeugen, das auf die Bildlinien gerichtet ist. Insbesondere ist die Lichtquelle in der Ebene der Bildlinien angeordnet, so dass alle Bildlinien ausgeleuchtet werden. Dies heißt, dass durch ein schmales, stark gebündeltes Lichtstrahlbündel ein Objekt, unabhängig in welchem Abstand es bezüglich des Kameramoduls angeordnet ist, exakt in dem Bereich ausgeleuchtet wird, der scharf auf einen der Zeilensensoren abgebildet wird. The camera module preferably has an elongate light source for illuminating the object to be scanned. The light source can produce a strongly bundled beam of monochromatic and especially polychromatic and, above all, white light which is directed at the image lines. In particular, the light source is arranged in the plane of the image lines, so that all image lines are illuminated. This means that an object, irrespective of the distance from which it is arranged with respect to the camera module, is exactly illuminated in the area which is imaged sharply on one of the line sensors by means of a narrow, strongly bundled light beam.

Sind die zueinander parallelen Zeilensensoren in einer Ebene angeordnet, wie es beispielsweise bei der Verwendung eines Flächensensors der Fall ist, sind auch alle Bildlinien in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Lichtquelle wird vorzugsweise in dieser Ebene angeordnet, so dass alle Bildlinien gleichzeitig ausgeleuchtet werden können. Diese Ebene aller Bildlinien hat einen gemeinsamen Schnittpunkt mit der Ebene der Zeilensensoren und der Hauptebene des Objektivs. Die Hauptebene eines Objektivs ist die Ebene, an der die mehrfache Brechung an den Grenzflächen der Linsen eines Objektivs durch eine einzelne Brechung an der Hauptebene ersetzt werden kann. Ist die langgestreckte Lichtquelle in der Nähe der Schnittlinie zwischen der Ebene der Zeilensensoren und der Hauptebene des Objektivs angeordnet, so befindet sie sich auch in der Nähe der Ebene aller Bildlinien und kann diese gemeinsam ausleuchten. Der Schnittpunkt zwischen der Ebene der Zeilensensoren und der Hauptebene des Objektivs ist somit ein bevorzugter Ort zum Anordnen der Lichtquelle. If the mutually parallel line sensors are arranged in one plane, as is the case, for example, when using a surface sensor, all image lines are also arranged in a common plane. The light source is preferably arranged in this plane, so that all image lines can be illuminated simultaneously. This plane of all image lines has a common intersection with the plane of the line sensors and the main plane of the lens. The main plane of an objective is the plane at which the multiple refraction at the interfaces of the lenses of a lens can be replaced by a single refraction at the principal plane. If the elongate light source is arranged near the intersection between the plane of the line sensors and the main plane of the objective, it is also located near the plane of all picture lines and can illuminate them together. The intersection between the plane of the line sensors and the main plane of the lens is thus a preferred location for arranging the light source.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das Kameramodul eine Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes auf. According to one embodiment of the invention, the camera module has a device for automatically determining the distance of an object to be scanned.

Die Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes umfasst beispielsweise eine Auswerteeinrichtung, mit welcher die Schärfe der Bilder der einzelnen Zeilensensoren ermittelt wird. Es wird das Bild des Zeilensensors mit der maximalen Schärfe bestimmt, wobei als Abstand des abzutastenden Objektes der Abstand der Bildlinie dieses Zeilensensors vom Objektiv bestimmt wird. Ein Maß für die Schärfe ist beispielsweise der Helligkeitsunterschied benachbarter Bildpunkte. Zur Ermittlung der Schärfe einer Zeile können die Helligkeitsunterschiede benachbarter Bildpunkte addiert werden. Da zur Ermittlung der schärfsten Abbildung mehrere oder alle Zeilensensoren im Wesentlichen gleichzeitig ausgelesen werden müssen, kann es zweckmäßig sein, hierzu die einzelnen Zeilensensoren unterabzutasten, d.h., dass nicht jeder Bildpunkt, sondern lediglich jeder zweite, dritte, vierte oder x-te Bildpunkt ausgelesen wird. The device for automatically determining the distance of an object to be scanned comprises, for example, an evaluation device with which the sharpness of the images of the individual line sensors is determined. The image of the line sensor with the maximum sharpness is determined, the distance of the image line of this line sensor from the lens being determined as the distance of the object to be scanned. A measure of the sharpness is, for example, the difference in brightness of neighboring pixels. To determine the sharpness of a line, the brightness differences of adjacent pixels can be added. Since several or all line sensors must be read substantially simultaneously to determine the sharpest image, it may be expedient to sub-sample the individual line sensors for this purpose, ie, not every pixel but only every second, third, fourth or x-th pixel is read out ,

Die Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes kann auch alternativ eine Projektionseinrichtung zum Erzeugen von zumindest einem stark gebündelten Lichtstrahlbündel aufweisen. Das Lichtstrahlbündel wird mit einer Neigung gegenüber der optischen Achse des Objektivs in den von den Zeilensensoren erfassten Bereich gerichtet, so dass ein zu erfassendes Objekt gleichzeitig von dem Lichtstrahlbündel beleuchtet und von den Zeilensensoren erfasst wird. Der Abstand des Objektes vom Objektiv kann daraus bestimmt werden, mit welchem Zeilensensor der durch den stark gebündelten Lichtstrahlbündel beleuchtete Bereich des Objektes erfasst wird. Hierzu weist das Kameramodul vorzugsweise eine Vielzahl Zeilensensoren auf, wobei ein Teil der Zeilensensoren zum Abtasten des Abstandes eines Objektes vom Objektiv und ein anderer Teil der Zeilensensoren zum Erfassen einer zeilenförmigen Abbildung des Objektes angeordnet sind. The device for automatically determining the distance of an object to be scanned may also alternatively have a projection device for generating at least one highly focused light beam. The light beam is directed with an inclination relative to the optical axis of the objective in the area detected by the line sensors, so that an object to be detected is simultaneously illuminated by the light beam and detected by the line sensors. The distance of the object from the objective can be determined with which line sensor the area of the object illuminated by the highly focused light beam is detected. For this purpose, the camera module preferably has a plurality of line sensors, wherein a part of the line sensors for scanning the distance of an object from the lens and another part of the line sensors for detecting a line-shaped image of the object are arranged.

Die Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes kann auch aus einer Fördereinrichtung zum Befördern des abzutastenden Objekts mit vorbestimmter Geschwindigkeit, einer Lichtschranke zum Detektieren der Position des abzutastenden Objektes auf der Fördereinrichtung und einer solchen Projektionseinrichtung zum Erzeugen von zumindest einem stark gebündeltem Lichtstrahlbündel ausgebildet sein, wobei der Lichtstrahlbündel mit einer Neigung gegenüber der Fördereinrichtung angeordnet und in den von den Zeilensensoren erfassten Bereich gerichtet ist, so dass der Zeitpunkt, an dem ein abzutastendes Objekt den Lichtstrahlbündel unterbricht mittels einem der Zeilensensoren erfasst werden kann. Der Abstand des Objektes vom Objektiv wird anhand des Zeitintervalls zwischen dem Auslösen der Lichtschranke und der Unterbrechung des Lichtstrahlbündels erfasst. The device for automatically determining the distance of an object to be scanned may also be formed by a conveyor for conveying the object to be scanned at a predetermined speed, a light barrier for detecting the position of the object to be scanned on the conveyor and such a projection device for generating at least one highly focused light beam wherein the light beam is disposed with an inclination relative to the conveyor and directed in the area detected by the line sensors, so that the time at which an object to be scanned interrupts the light beam can be detected by means of one of the line sensors. The distance of the object from the lens is detected on the basis of the time interval between the triggering of the light barrier and the interruption of the light beam.

Bei den oben erläuterten Ausführungsformen mit einer Projektionseinrichtung zum Erzeugen von zumindest einem stark gebündelten Lichtstrahlbündel wird vorzugsweise als Projektionseinrichtung ein Laser verwendet. Die Projektionseinrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass mehrere stark gebündelte Lichtstrahlbündel erzeugt werden, die vorzugsweise alle gegenüber der optischen Achse des Objektivs und/oder der Transportrichtung der Fördereinrichtung geneigt sind. In the above-described embodiments with a projection device for generating at least one highly focused light beam, a laser is preferably used as the projection device. The projection device can also be designed such that a plurality of highly focused light beam bundles are generated, which are preferably all inclined with respect to the optical axis of the objective and / or the transport direction of the conveying device.

Weiterhin kann die Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes eine Auswerteeinrichtung umfassen, mit welcher die Form und Größe der Projektion des Objektes auf die Zeilensensoren bestimmt wird und durch Vergleich mit der bekannten Form und/oder Größe des Objektes der Abstand des Objektes vom Objektiv bestimmt wird. Die Form des Objektes kann dadurch bekannt sein, dass das abzutastende Objekt ein Objekt aus einer Menge vorbestimmter Objekte ist, deren Form bekannt is. Furthermore, the device for automatically determining the distance of an object to be scanned may include an evaluation device, with which the shape and size of the projection of the object on the line sensors is determined and by comparison with the known shape and / or size of the object, the distance of the object from the lens is determined. The shape of the object may be known by the fact that the object to be scanned is an object of a set of predetermined objects whose shape is known.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Produktüberwachungsvorrichtung mit einer Fördereinrichtung zum Befördern von zu überwachenden Produkten und ein solches Kameramodul. Die Fördereinrichtung ist zum Befördern der Produkte in eine Förderrichtung ausgebildet und das Kameramodul ist derart bezüglich der Fördereinrichtung angeordnet, dass die Bildlinien quer zur Förderrichtung verlaufen und mit unterschiedlichem Abstand zur Fördereinrichtung angeordnet sind, so dass unterschiedliche hohe Produkte mit dem Kammermodel korrekt erfasst werden können. Das korrekte Erfassen von Produkten bedeutet, dass ein Bild des Produktes mit einer vorbestimmten Bildschärfe erfasst wird. Ein solches Bild kann dann mit entsprechenden Bildverarbeitungseinrichtungen automatisch analysiert werden, so dass Fehler am Produkt automatisch erkannt werden. Furthermore, the invention relates to a product monitoring device with a conveyor for conveying products to be monitored and such a camera module. The conveyor is designed for conveying the products in a conveying direction and the camera module is arranged with respect to the conveyor that the image lines are transverse to the conveying direction and arranged at different distances from the conveyor, so that different high products can be detected correctly with the chamber model. The correct detection of products means that an image of the product is detected with a predetermined focus. Such an image can then be analyzed automatically with corresponding image processing devices, so that defects in the product are automatically detected.

Die Erfindung wird beispielhaft nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen schematisch in: The invention will be explained by way of example with reference to the drawings. The drawings show schematically in:

1 ein erfindungsgemäßes Kameramodul mit einer Seitenansicht, 1 an inventive camera module with a side view,

2 ein Flächensensor, auf welchen der für die Bilderfassung genutzte Bereich dargestellt ist, 2 an area sensor on which the area used for image acquisition is displayed,

3 ein Kameramodul mit einer Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes vom Objektiv, und 3 a camera module having means for automatically determining the distance of an object to be scanned from the lens, and

4 ein weiteres Kameramodul mit einer alternativen Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes. 4 another camera module with an alternative means for automatically determining the distance of an object to be scanned.

Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen bildgebendes Kameramoduls 1 (1) weist ein Objektiv 2 mit einer optischen Achse 3 und einen zweidimensionalen optischen Flächensensor 4 auf. Der optische Flächensensor 4 ist gegenüber der optischen Achse 3 schiefwinklig angeordnet, wobei die optische Achse 3 durch den Flächensensor 4 hindurch läuft. A first embodiment of an imaging camera module according to the invention 1 ( 1 ) has a lens 2 with an optical axis 3 and a two-dimensional optical surface sensor 4 on. The optical surface sensor 4 is opposite the optical axis 3 arranged obliquely, the optical axis 3 through the area sensor 4 passes through.

Der optische Flächensensor 4 weist ein zweidimensionales Array von Sensorzellen auf, die somit eine Vielzahl von Zeilen und Spalten bilden. Eine jede Zeile des Flächensensors kann als separater Zeilensensor beurteilt werden. Der Flächensensor 4 ist gegenüber der optischen Achse 3 derart geneigt, dass die einzelnen Zeilen des Flächensensors 4 mit unterschiedlichen Abstand zum Objektiv 2 angeordnet sind. Hierbei sind die einzelnen Zeilen bzw. deren Projektionen auf die optische Achse 3 im rechten Winkel zur optischen Achse 3 angeordnet. The optical surface sensor 4 has a two-dimensional array of sensor cells, thus forming a plurality of rows and columns. Each line of the area sensor can be assessed as a separate line sensor. The area sensor 4 is opposite the optical axis 3 inclined so that the individual lines of the area sensor 4 with different distance to the lens 2 are arranged. Here are the individual lines or their projections on the optical axis 3 at right angles to the optical axis 3 arranged.

Das Objektiv 2 kann aus einer einzelnen Linse oder aus mehreren Linsen ausgebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Kameramoduls 1 ist das Objektiv 2 ortsfest angeordnet und falls das Objektiv 2 mehrere Linsen aufweisen sollte, ist eine jede einzelne Linse ortsfest angeordnet. Das Objektiv 2 umfasst somit keine beweglichen Teile und besitzt eine feste, nicht veränderliche Brennweite. The objective 2 may be formed of a single lens or multiple lenses. In the present embodiment of the camera module 1 is the lens 2 fixed in place and if the lens 2 should have a plurality of lenses, each individual lens is arranged stationary. The objective 2 thus includes no moving parts and has a fixed, non-variable focal length.

Die dem Flächensensor 4 gegenüberliegende Seite des Objektivs 2 wird im Folgenden als Objektseite bezeichnet, da auf dieser Seite Objekte 5 vorgesehen sein können, die mittels des Flächensensors 4 optisch abgetastet werden. Jeweils eine Linie auf einem Objekt mit ebener Oberfläche wird exakt auf eine der Zeilen des optischen Flächensensors 4 durch das Objektiv 2 abgebildet. Diese Linie wird als Bildlinie 6 bezeichnet. Der Abstand der Oberfläche des Objektes 5 zum Objektiv 2 bestimmt somit, mit welcher Zeile des Flächensensors 4 das Objekt 5 präzise abgetastet werden kann. The area sensor 4 opposite side of the lens 2 is hereafter referred to as an object page, since on this page objects 5 may be provided by means of the surface sensor 4 be optically scanned. One line at a time on a flat surface object becomes exactly one of the lines of the optical surface sensor 4 through the lens 2 displayed. This line is called picture line 6 designated. The distance of the surface of the object 5 to the lens 2 thus determines which row of the area sensor 4 the object 5 can be scanned accurately.

Der Flächensensor 4 ist mit einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, die derart ausgebildet ist, dass das jeweilige Objekt 5 mit der für das Objekt 5 geeigneten Zeile abgetastet wird. Der Flächensensor 4 wird somit als Zeilensensor betrieben. Da der Flächensensor 4 eine Vielzahl von Zeilen umfasst, können Objekte mit unterschiedlichem Abstand zum Objektiv korrekt erfasst werden, ohne dass das Objektiv und der Flächensensor bewegt werden müssen. Diese ortsfeste Anordnung von Objektiv 2 und Flächensensor 4 erlaubt somit die Abtastung von Objekten mit unterschiedlichem Abstand zum Objektiv 2. Die Schärfentiefe des Objektivs 2 stellt die Toleranz dar, innerhalb welcher die Oberflächen der Objekte von einzelnen Bildlinien 6 beabstandet sein können, um trotzdem noch scharf auf die jeweilige Zeile des Flächensensors 4 abgebildet zu werden. The area sensor 4 is connected to a control device (not shown), which is designed such that the respective object 5 with the for the object 5 is scanned appropriate line. The area sensor 4 is thus operated as a line sensor. As the area sensor 4 comprises a plurality of lines, objects with different distances to the lens can be detected correctly without having to move the lens and the area sensor. This fixed arrangement of lens 2 and area sensor 4 thus allows the scanning of objects with different distances to the lens 2 , The depth of field of the lens 2 represents the tolerance within which the surfaces of the objects of individual image lines 6 can still be spaced to still focus on the respective line of the area sensor 4 to be imaged.

Werden die Objekte 5 beispielsweise mittels einer Fördereinrichtung entlang dem Kameramodul 1 vorbei bewegt, dann können mit dem Kameramodul 1 Objekte unterschiedlicher Höhe abgetastet werden, ohne dass hierzu eine mechanische Einstellung am Kameramodul 1 notwendig ist. Become the objects 5 for example by means of a conveyor along the camera module 1 moved past, then you can with the camera module 1 Objects of different heights are scanned without requiring a mechanical adjustment on the camera module 1 necessary is.

Die Bildlinien 6, die in unterschiedlichem Abstand zum Objektiv 2 angeordnet sind, liegen in einer Ebene, die im Folgenden als Bildlinienebene 7 bezeichnet wird. Diese Bildlinienebene 7 schneidet sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt mit der Hauptebene 8 des Objektivs 2 und der Ebene 9, in welcher der Flächensensor 4 angeordnet ist. Das Kameramodul 1 weist vorzugsweise eine langgestreckte Lichtquelle 10 auf, die in der Bildlinienebene 7 bzw. benachbart zur Bildlinienebene 7 angeordnet ist und parallel zu den einzelnen Bildlinien 6 bzw. parallel zu den Zeilen des Flächensensors 4 angeordnet ist. Die langgestreckte Lichtquelle 10 kann beispielsweise an der Schnittlinie zwischen der Hauptebene 8 und der Ebene des Flächensensors 9 angeordnet sein. The picture lines 6 at different distances from the lens 2 are arranged lie in a plane, which in the following as picture line level 7 referred to as. This image line layer 7 intersects in a common intersection with the main plane 8th of the lens 2 and the plane 9 in which the area sensor 4 is arranged. The camera module 1 preferably has an elongated light source 10 on that in the image plane 7 or adjacent to the image line level 7 is arranged and parallel to the individual image lines 6 or parallel to the lines of the area sensor 4 is arranged. The elongated light source 10 For example, at the intersection of the main plane 8th and the plane of the surface sensor 9 be arranged.

Die Lichtquelle 10 ist zum Erzeugen von monochromatischem Licht oder polychromatischem Licht, insbesondere weißem Licht, vorzugsweise mit einer optischen Abbildungseinrichtung, wie z.B. einem Reflektor und/oder einer Linse ausgebildet, so dass das Licht der Lichtquelle 2 in einem Lichtstrahlbündel 11 in Richtung zu den Bildlinien 6 gerichtet ist. Hierdurch muss die Lichtquelle 10 lediglich ein schmales Band hell ausleuchten und es ist sichergestellt, dass alle Objekte 5 mit unterschiedlicher Höhe bzw. deren Oberflächen einen unterschiedlichen Abstand zum Objektiv 2 aufweisen im Bereich der jeweiligen Bildlinie 6 gut ausgeleuchtet sind, so dass sie von der jeweiligen Zeile des Flächensensors 4 korrekt erfasst werden können. Ein entsprechender Nutzbereich 12 in der Bildlinienlinienebene 7 ist in 1 mit einem Doppelpfeil dargestellt. Dieser Nutzbereich 12 umfasst alle Bildlinien 6, die von jeweils einer der Zeilen des Flächensensors 4 mittels des Objektivs 2 erfasst werden. In 1 sind die Zeilen des Flächensensors 4 senkrecht zur Zeichenebene ausgerichtet. Dementsprechend ist auch die langgestreckte Lichtquelle 10 senkrecht zur Zeichenebene von 1 angeordnet und sind auch die Bildlinien 6 senkrecht zur Zeichenebene von 1 angeordnet. The light source 10 is for generating monochromatic light or polychromatic light, in particular white light, preferably formed with an optical imaging device, such as a reflector and / or a lens, so that the light of the light source 2 in a beam of light 11 towards the picture lines 6 is directed. This requires the light source 10 just illuminate a narrow band bright and it is ensured that all objects 5 with different height or their surfaces a different distance to the lens 2 have in the region of the respective image line 6 are well lit so that they are from the respective row of the area sensor 4 can be detected correctly. A corresponding utility area 12 in the image line level 7 is in 1 represented by a double arrow. This useful area 12 includes all image lines 6 , each one of the lines of the area sensor 4 by means of the lens 2 be recorded. In 1 are the lines of the area sensor 4 aligned perpendicular to the drawing plane. Accordingly, the elongated light source 10 perpendicular to the plane of 1 arranged and are also the picture lines 6 perpendicular to the plane of 1 arranged.

2 zeigt die Abbildung des Nutzbereichs 12 auf den Flächensensor 4, wobei im Ausführungsbeispiel der Nutzbereich unabhängig vom Abstand vom Objektiv 2 die gleiche Breite aufweist. Diese maximale Breite ist durch die Breite des Flächensensors 4 bzw. der Länge der Zeile des Flächensensors 4 begrenzt, mit welcher die am nächsten zum Objektiv 2 angeordnete Bildlinie 6 erfasst wird. Die vom Objektiv 2 weiter entfernten Bildlinien 6 werden jeweils auf einen kürzeren Bereich der jeweiligen Zeile des Flächensensors 4 abgebildet, so dass der Nutzbereich 12 in Form eines Trapezes auf den Flächensensor 4 abgebildet wird. In 2 sind die Bildlinien 6/1, 6/2 und 6/3 der unterschiedlich hohen Objekte 5/1, 5/2 und 5/3 markiert. 2 shows the illustration of the working area 12 on the surface sensor 4 , In the embodiment, the useful range regardless of the distance from the lens 2 has the same width. This maximum width is determined by the width of the area sensor 4 or the length of the line of the area sensor 4 limited, with which the closest to the lens 2 arranged image line 6 is detected. The from the lens 2 more distant image lines 6 are each on a shorter range of the respective line of the area sensor 4 imaged, so that the useful area 12 in the form of a trapezium on the surface sensor 4 is shown. In 2 are the picture lines 6 / 1 . 6 / 2 and 6 / 3 of different height objects 5 / 1 . 5 / 2 and 5 / 3 marked.

Wie es bereits oben erwähnt ist, wird beim Kameramodul 1 der Flächensensor 4 als Zeilensensor betrieben, wobei in Abhängigkeit vom Abstand der Oberfläche des abzutastenden Objektes die entsprechend geeignete Zeile des Flächensensors 4 angesteuert wird. Der Abstand der Oberfläche des Objektes 5 zum Objektiv 2 wird in der Regel durch die Höhe des Objektes 5 bestimmt, so dass im Folgenden die Höhe des Objektes 5 synonym zum Abstand der Oberfläche des Objektes 5 zum Objektiv 2 verwendet wird. As mentioned above, the camera module 1 the area sensor 4 operated as a line sensor, wherein depending on the distance of the surface of the object to be scanned, the correspondingly suitable line of the surface sensor 4 is controlled. The distance of the surface of the object 5 to the lens 2 is usually determined by the height of the object 5 determined, so that below the height of the object 5 synonymous with the distance of the surface of the object 5 to the lens 2 is used.

Ein solches Kammermodul 1 kann beispielsweise in einer Produktionsstraße eingesetzt werden, in welchen bestimmte Produkte das abzutastende Objekt 5 bilden, wobei die Höhe dieser Produkte bekannt ist. Beispielsweise werden während einer bestimmten Produktionsphase Produkte einer bestimmten Höhe hergestellt, dann wird das Kammermodul 1 derart angesteuert, dass die Zeile ausgelesen wird, auf welche die Bildlinie dieser Höhe scharf abgebildet wird. Wenn während einer anderen Produktionsphase Produkte anderer Höhe hergestellt werden, dann kann das Kameramodul 1 auf diese andere Höhe einfach durch Ansteuern einer anderen Zeile des Flächensensors 4 eingestellt werden, ohne dass hierzu eine mechanische Verstellung vom Objektiv oder am Sensor notwendig ist. Somit können Produkte unterschiedlicher Höhe ohne mechanische Verstellungen am Objektiv und am Sensor abgetastet werden. Dies erlaubt eine erhebliche längere Lebensdauer als Kameramodule mit mechanisch verstellbaren Elementen. Such a chamber module 1 For example, it can be used in a production line in which certain products are the object to be scanned 5 form, the height of these products is known. For example, during a certain production phase, products of a certain height are manufactured, then the chamber module becomes 1 controlled such that the line is read out, on which the image line of this height is sharply displayed. If other height products are produced during another production phase, then the camera module may 1 to this other level simply by driving another line of the area sensor 4 can be adjusted without the need for a mechanical adjustment of the lens or on the sensor. Thus, products of different height can be scanned without mechanical adjustments to the lens and the sensor. This allows a significantly longer life than camera modules with mechanically adjustable elements.

Die Höhe der jeweils abzutastenden Elemente sind jedoch nicht immer bekannt. Vorzugsweise weist das Kammermodul 1 eine Einrichtung zum automatischen Bestimmen der Höhe bzw. des Abstandes eines abzutastenden Objektes vom Objektiv 2 auf. Mit einer solchen Einrichtung kann zusätzlich zur Bilderfassung durch zeilenweises Abtasten eine Höhenbestimmung durchgeführt werden. However, the height of each element to be scanned are not always known. Preferably, the chamber module 1 a device for automatically determining the height or the distance of an object to be scanned from the objective 2 on. With such a device, in addition to the image acquisition by line-by-line scanning, a height determination can be performed.

Eine solche Einrichtung kann beispielsweise aus einem Vorhang von Lichtschranken ausgebildet sein, mit welchen das abzutastende Objekt zunächst zur Bestimmung seiner Höhe abgetastet wird, bevor dessen Oberfläche mit dem Kameramodul 1 erfasst wird. Such a device can be formed, for example, from a curtain of light barriers with which the object to be scanned is first scanned to determine its height, before its surface with the camera module 1 is detected.

Die Einrichtung zum automatischen Bestimmen der Höhe eines abzutastenden Objektes bzw. des Abstandes zwischen dem Objektiv und dem abzutastenden Objektes kann eine Auswerteeinrichtung aufweisen, mit welcher die Schärfe der Bilder der einzelnen Zeilensensoren ermittelt wird. Je besser die Oberfläche des Objektes auf eine Zeile abgebildet wird, desto höher ist die Modulation in der Bildhelligkeit (MTF) der einzelnen Bildpunkte. Ein Maß für die Schärfe ist also der Helligkeitsunterschied von benachbarten Bildpunkten. Die Ermittlung der Zeile, in der die Oberfläche des Objektes am stärksten abgebildet wird, kann mittels folgender Formel erfolgen:

The device for automatically determining the height of an object to be scanned or the distance between the objective and the object to be scanned can have an evaluation device with which the sharpness of the images of the individual line sensors is determined. The better the surface of the object is mapped to one line, the higher the modulation in the image brightness (MTF) of the individual pixels. A measure of the sharpness is thus the difference in brightness of neighboring pixels. The determination of the line in which the surface of the object is most clearly displayed can be determined by the following formula:

Zur Beschleunigung der Detektion der Höhe kann dies auch in einem horizontal oder vertikal unterabgetasteten Bild (Binning oder multiple ROIs) erfolgen. To speed up the detection of the height, this can also be done in a horizontally or vertically subsampled image (binning or multiple ROIs).

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kameramoduls 1 mit einer Einrichtung zur Abtastung der Höhe der Objekte 5. In diesem Ausführungsbeispiel sind gleiche Bauteile und Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie im vorhergehend erläuterten Ausführungsbeispiel bezeichnet. Diese Bauteile und Elemente werden deshalb nicht erneut beschrieben. 3 shows a further embodiment of a camera module 1 with a device for scanning the height of the objects 5 , In this embodiment, the same components and elements are denoted by the same reference numerals as in the previously explained embodiment. These components and elements will therefore not be described again.

Gegenüber dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist das Kameramodul 1 eine Projektionseinrichtung 13 auf, mit welcher ein stark gebündeltes Lichtstrahlbündel 14 mit einer Neigung gegenüber der optischen Achse 3 des Objektivs 2 in den von den Zeilen des Flächensensors 4 erfassten Bereich gerichtet wird. Wie man anhand von 2 erkennen kann, kann lediglich ein Teil des Flächensensors 4 zum Erfassen des Nutzbereiches 12 verwendet werden. Die Bereiche, die auf den Rand des Flächensensors 4 vom Objektiv 2 abgebildet sind, begrenzen einen Abbildungskegel 15. Der Querschnitt dieses Abbildungskegels ist aufgrund der Neigung des Flächensensors 4 trapezförmig. Das Lichtstrahlbündel 14 der Projektionseinrichtung 13 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass es den Abbildungskegel 15 in den Bereich kreuzt in dem sich nicht der Nutzbereich 12 befindet und vorzugsweise trifft das Lichtstrahlbündel 14 der Projektionseinrichtung 13 benachbart zum Nutzbereich 12 auf eine Auflagefläche zum Auflegen eines abzutastenden Objektes 5 auf. Compared to the previous embodiment, the camera module 1 a projection device 13 on, with which a strongly bundled light beam 14 with a tilt relative to the optical axis 3 of the lens 2 in the of the lines of the area sensor 4 addressed area. How to get by 2 can only recognize part of the area sensor 4 for detecting the useful range 12 be used. The areas on the edge of the area sensor 4 from the lens 2 imaged limit a picture cone 15 , The cross-section of this imaging cone is due to the inclination of the area sensor 4 trapezoidal. The light beam 14 the projection device 13 is preferably arranged such that it forms the imaging cone 15 in the area crosses in which is not the useful area 12 is located and preferably meets the light beam 14 the projection device 13 adjacent to the working area 12 on a support surface for placing an object to be scanned 5 on.

Der Flächensensor kann mit Mikrolinsen versehen sein. Die Linsen der einzelnen Bildpunkte können etwas versetzt zu dem jeweiligen Bildpunkt des Flächensensors angeordnet sein, wobei der Versatz üblicherweise umso größer ist, je weiter die Bildpunkte von der Mitte des Flächensensors entfernt sind. Falls der Flächensensor solche Mikrolinsen aufweist, dann kann es zweckmäßig sein, nur einen Teilbereich des Flächensensors zum Abtasten des Objektes zu verwenden, wie er bspw. in 2 gezeigt ist. The area sensor may be provided with microlenses. The lenses of the individual pixels may be arranged slightly offset from the respective pixel of the area sensor, wherein the offset is usually greater, the farther the pixels are from the center of the area sensor. If the surface sensor has such microlenses, then it may be expedient to use only a portion of the surface sensor for scanning the object, as in, for example, in 2 is shown.

Das Lichtstrahlbündel 14 der Projektionseinrichtung 13 ist mit einer Eigenschaft versehen, die mit dem Sensor 4 detektiert werden kann. Diese Eigenschaft kann z.B. eine bestimmte Farbe sein, wenn der Sensor 4 ein Farbsensor ist. Die Eigenschaft kann auch eine Modulation der Helligkeit des Lichtstrahlbündels 14 sein, wenn das Ansprechverhalten des Sensors 4 entsprechend schnell ist, um die Modulation aufzulösen. Diese Eigenschaft kann auch alleine darin liegen, dass während das Lichtstrahlbündel 14 der Projektionseinrichtung 13 auf die Auflagefläche der Objekte 5 ausgerichtet wird, diese so hell ist, dass beim Beleuchten eines Objektes 5 mittels des Lichtstrahlbündels 14 dies eindeutig identifizierbar ist. Wird nun ein Objekt in den Abbildungskegel 15 an der Seite des Lichtstrahlbündels 14 eingefahren (in 3 von links nach rechts), dann kreuzt es in Abhängigkeit von seiner Höhe an unterschiedlichen Stellen in Bewegungsrichtung 16 das Lichtstrahlbündel 14. Wie man anhand von 3 leicht erkennen kann, wird der durch das stark gebündelte Lichtstrahlbündel 14 ausgeleuchtete Bereich, der vorzugsweise sehr klein ist, in Abhängigkeit von der Höhe des Objektes durch eine jeweils unterschiedliche Zeile des Flächensensors 4 erfasst. Wird somit das vom Objekt 5 reflektierte Licht des Lichtstrahlbündels 14 mit einer bestimmten Zeile des Flächensensors erfasst, so kann anhand dieser Zeile die Höhe des Objektes festgestellt werden. Je stärker begrenzt das Lichtstrahlbündel 14 ist, desto besser ist die Auflösung dieser Höhenmessung. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn das Lichtstrahlbündel ein schmales Lichtstrahlbündel aus kohärentem Laserlicht ist. Ein Bereich des Flächensensors 4 wird somit zur Höhenmessung verwendet und der andere Bereich zum Abtasten des Nutzbereiches 12. Ein solches Kameramodul ist besonders geeignet in Verbindung mit einer Produktüberwachungsvorrichtung, welche eine Fördereinrichtung zum Befördern der Produkte in Förderrichtung 16 aufweist, wobei die einzelnen Produkte, die die abzutastenden Objekte bilden, zunächst das Lichtstrahlbündel 14 kreuzen, bevor sie in den Nutzbereich 12 gelangen. The light beam 14 the projection device 13 is equipped with a feature that works with the sensor 4 can be detected. This property can be, for example, a specific color when the sensor 4 a color sensor is. The property can also be a modulation of the brightness of the light beam 14 be when the response of the sensor 4 is correspondingly fast to resolve the modulation. This property may also lie solely in that while the light beam 14 the projection device 13 on the bearing surface of the objects 5 is aligned, this is so bright that when lighting an object 5 by means of the light beam 14 this is clearly identifiable. Now an object in the image cone 15 at the side of the light beam 14 retracted (in 3 from left to right), then it crosses in different directions in the direction of movement, depending on its height 16 the light beam 14 , How to get by 3 can be easily recognized by the highly focused beam of light 14 illuminated area, which is preferably very small, depending on the height of the object by a respective different row of the area sensor 4 detected. Will thus be the object 5 reflected light of the light beam 14 detected with a certain line of the area sensor, it can be determined from this line, the height of the object. The more limited the beam of light 14 is, the better the resolution of this altitude measurement. Therefore, it is advantageous if the light beam is a narrow beam of coherent laser light. An area of the area sensor 4 is thus used for height measurement and the other area for scanning the useful area 12 , Such a camera module is particularly suitable in connection with a product monitoring device, which has a conveying device for conveying the products in the conveying direction 16 , wherein the individual products that form the objects to be scanned, first the light beam 14 cross before entering the utility area 12 reach.

Diese Vorrichtung ist besonders gut für Objekte mit unterschiedlicher Höhe geeignet. Das Lichtstrahlbündel 14 leuchtet einen bestimmten Bereich der Auflagefläche zum Auflegen der Objekte 5 auf, wenn es nicht durch eines der Objekte 5 unterbrochen ist. Dieser Bereich wird auf bestimmte Bildpunkte des Flächensensors 4 abgebildet. Fällt deren Helligkeit unter einen bestimmten Schwellwert, dann bedeutet dies, dass das Lichtstrahlbündel 14 unterbrochen ist. Anhand dieser Bildpunkte des Flächensensors kann somit der Zeitpunkt erfasst werden, an dem das Objekt das Lichtstrahlbündel 14 kreuzt. Dies kann zum Triggern eines speziellen Auslesemodus verwendet werden, bei dem alle potentiellen Punkte welche die durch das Lichtstrahlbündel 14 ausgeleuchteten Bereiche der Objekte erfassen können, ausgelesen werden. Ist das Lichtstrahlbündel 14 lediglich ein schmaler Strahl, insbesondere ein Laserstrahl, dann sind die entsprechenden Bildpunkte auf dem Flächensensor entlang einer Linie quer bzw. schräg zu den einzelnen Zeilen des Flächensensors angeordnet. Zur Bestimmung der Höhe der Objekte muss somit nicht der gesamte Flächensensor sondern lediglich ein bestimmter Bereich des Flächensensors ausgelesen werden. Die anfallende Datenmenge ist dadurch sehr gering, wodurch sich die Höhe der Objekte sehr schnell und zuverlässig bestimmen lässt. This device is particularly suitable for objects with different heights. The light beam 14 illuminates a certain area of the support surface for placing the objects 5 if not by one of the objects 5 is interrupted. This area is focused on certain pixels of the area sensor 4 displayed. If their brightness falls below a certain threshold, then this means that the light beam 14 is interrupted. Based on these pixels of the surface sensor thus the time can be detected at which the object, the light beam 14 crosses. This can be used to trigger a special readout mode where all the potential points passing through the light beam 14 illuminated areas of the objects can be read out. Is the light beam 14 only a narrow beam, in particular a laser beam, then the corresponding pixels are arranged on the surface sensor along a line transversely or obliquely to the individual lines of the surface sensor. In order to determine the height of the objects, it is therefore not necessary to read out the entire area sensor but only a specific area of the area sensor. The resulting amount of data is therefore very low, which allows the height of the objects to be determined very quickly and reliably.

4 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Kameramoduls 1 mit einer Einrichtung zum automatischen Bestimmen der Höhe der Objekte 5, wobei auch hier eine Produktionseinrichtung 13 mit einem stark gebündeltem Lichtstrahlbündel 14 vorgesehen ist, wobei das stark gebündelte Lichtstrahlbündel 14 wieder geneigt zur optischen Achse 3 angeordnet ist. Das Lichtstrahlbündel 14 ist derart ausgerichtet, dass es im Randbereich des Abbildungskegels 15 auf die Auflagefläche für die abzutastenden Objekte auftrifft (4). Zusätzlich ist eine Lichtschranke 17 vorgesehen. Die abzutastenden Objekte werden auf eine Fördereinrichtung 18 in Förderrichtung 16 bewegt. Mit der Lichtschranke 17 wird der in Förderrichtung 18 vordere Rand des jeweiligen Objektes 5 detektiert. Kreuzt das Objekt das geneigte Lichtstrahlbündel 14 der Projektionseinrichtung 13, dann wird das Lichtstrahlbündel 14 unterbrochen. Es trifft somit nicht mehr auf der Auflagefläche für die Objekte 5 auf und die entsprechend durch das Lichtstrahlbündel 14 ausgeleuchtete helle Punkt der Auflagefläche wird nicht mehr durch die entsprechenden Bildpunkte des Flächensensors 4 detektiert. Dieser Zeitpunkt der Abdunklung dieser bestimmten Bildpunkte des Flächensensors 4 wird detektiert. Aus der Zeitdifferenz kann der Weg bestimmt werden, den das jeweilige Objekt zurückzulegen hat, um das Lichtstrahlbündel 14 zu kreuzen. Je höher das Objekt ist, desto kürzer ist dieser Weg, womit aus der Weglänge bzw. aus der Zeitdifferenz zwischen dem Queren der Lichtschranke 17 und dem Unterbrechen des Lichtstrahlbündel 14 die Höhe des jeweiligen Objektes 5 bestimmt wird. 4 shows an alternative embodiment of a camera module 1 with a device for automatically determining the height of the objects 5 , where also here a production facility 13 with a strongly bundled beam of light 14 is provided, wherein the heavily bundled light beam 14 again inclined to the optical axis 3 is arranged. The light beam 14 is oriented so that it is in the edge region of the imaging cone 15 impinges on the support surface for the objects to be scanned ( 4 ). In addition, there is a light barrier 17 intended. The objects to be scanned are placed on a conveyor 18 in the conveying direction 16 emotional. With the light barrier 17 is the in the conveying direction 18 front edge of the respective object 5 detected. If the object crosses the inclined light beam 14 the projection device 13 , then the beam of light becomes 14 interrupted. It therefore no longer applies to the bearing surface for the objects 5 on and the corresponding by the light beam 14 illuminated bright point of the bearing surface is no longer through the corresponding pixels of the area sensor 4 detected. This time of darkening of these particular pixels of the area sensor 4 is detected. From the time difference, the path that the respective object has to cover to the beam of light can be determined 14 to cross. The higher the object, the shorter is this path, resulting in the path length or the time difference between the crossing of the light barrier 17 and interrupting the light beam 14 the height of the respective object 5 is determined.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet das Lichtstrahlbündel 14 in Verbindung mit bestimmten Bildpunkten des Flächensensors 4 eine zweite, höhensensitive Lichtschranke. In this embodiment, the light beam forms 14 in conjunction with certain pixels of the area sensor 4 a second, height-sensitive light barrier.

Es kann auch zweckmäßig sein, mehrere versetzte und/oder unterschiedlich geneigte Lichtstrahlbündel 14 vorzusehen, so dass an unterschiedlichen Orten die Höhe des Objektes ermittelt werden kann. Dies kann besonders bei nicht quaderförmigen Objekten hilfreich sein. It may also be expedient, a plurality of offset and / or differently inclined light beam 14 provide, so that at different Locate the height of the object can be determined. This can be helpful especially for non cuboid objects.

Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich, anstelle eines Flächensensors einzelne, separate Zeilensensoren zu verwenden. Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele weisen jeweils einen Flächensensor auf, wobei die einzelnen Zeilen des Flächensensors jeweils einen Zeilensensor darstellen. Die Verwendung eines solchen Flächensensors hat mehrere Vorteile. Eine wirtschaftlicher Vorteil liegt darin, dass mit einem Flächensensor sehr viele Zeilen sehr kostengünstig erhältlich sind. In the context of the invention, it is of course also possible to use individual, separate line sensors instead of a surface sensor. The exemplary embodiments explained above each have an area sensor, wherein the individual lines of the area sensor each represent a line sensor. The use of such a surface sensor has several advantages. An economic advantage is that with a surface sensor very many lines are available at very low cost.

Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele sind derart ausgebildet, dass das Kameramodul derart betrieben wird, dass das Objekt mit jeweils nur einer einzelnen Zeile abgetastet wird. Es kann auch zweckmäßig sein, die oben erläuterten Ausführungsbeispiele derart abzuwandeln, dass mehrere Zeilen zum Abtasten eines Objektes ausgelesen werden. Bei Objekten mit nicht horizontalen, ebenflächigen Oberflächen (schräge Objekte) kann so die gesamte Oberfläche korrekt erfasst werden. Hierzu ist es zweckmäßig zunächst das Profil der Oberfläche bspw. mit einem Lichtschranken-Vorhang, abzutasten, um dann in Abhängigkeit des erfassten Profils das Auslesen der Zeilen zu steuern. Es ist auch möglich, mehrmals alle Zeilen auszulesen und dann anhand dieser Daten zunächst über die Schärfe der Zeilen die scharfen Zeilenbilder zu detektieren, so dass man weiß, welche Zeilenbilder korrekt und scharf abgebildet worden sind, um dann anhand der scharfen Zeilenbilder das Bild des Objektes zusammen zu setzen. The exemplary embodiments explained above are designed in such a way that the camera module is operated such that the object is scanned with only a single line in each case. It may also be expedient to modify the exemplary embodiments explained above such that a plurality of lines are read out for scanning an object. For objects with non-horizontal, planar surfaces (oblique objects), the entire surface can be detected correctly. For this purpose, it is expedient first to scan the profile of the surface, for example with a light barrier curtain, in order then to control the reading of the lines as a function of the detected profile. It is also possible to read out all the lines several times and then use these data to first detect the sharp line images via the sharpness of the lines, so that you know which line images have been correctly and sharply displayed, and then use the sharp line images to form the image of the object to put together.

Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die einzelnen Zeilen in einer Ebene angeordnet sind. Denn dadurch sind die Bildlinien, die scharf auf die einzelnen Zeilen abgebildet werden, auch in einer Ebene angeordnet und können einfach mittels einer einzigen, langgestreckten Lichtquelle ausgeleuchtet werden. However, it is advantageous if the individual lines are arranged in one plane. For this reason, the image lines, which are sharply imaged on the individual lines, arranged in a plane and can be easily illuminated by a single, elongated light source.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kameramodul camera module
22: Objektiv lens
33: optische Achse optical axis
44: optischer Flächensensor optical surface sensor
55: Objekt object
66: Bildlinie image line
77: Bildlinienebene Picture line plane
88th: Hauptebene main level
99: Ebene des Flächensensors Plane of the surface sensor
1010: Lichtquelle light source
1111: Lichtstrahlbündel Light beam
1212: Nutzbereich useful region
1313: Projektionseinrichtung projection device
1414: Lichtstrahlbündel Light beam
1515: Abbildungskegel mapping cone
1616: Förderrichtung conveying direction
1717: Lichtschranke photocell
1818: Fördereinrichtung Conveyor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009040081 A1 [0007, 0008] DE 102009040081 A1 [0007, 0008]
WO 2011/060769 A1 [0008] WO 2011/060769 A1 [0008]
US 5696550 [0010] US 5696550 [0010]
DE 19721688 A1 [0011] DE 19721688 A1 [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Micro-Epsilon GmbH: Optische Messtechnik zur Qualitätskontrolle; messen prüfen automatisieren, mpa 7/8-2010, Seite 50–51 [0009] Micro-Epsilon GmbH: Optical metrology for quality control; measure testing automate, mpa 7 / 8-2010, page 50-51 [0009]

Claims

Kameramodul zum zeilenweisen Abtasten eines Objektes mit – zumindest einem zeilenförmigen Sensor und – einem Objektiv zum Abbilden des Objektes auf den Sensor, dadurch gekennzeichnet, dass das Kameramodul mehrere Zeilensensoren aufweist, die mit unterschiedlichem Abstand zum Objektiv angeordnet sind, so dass Bildlinien mit unterschiedlichem Abstand zum Objektiv auf die jeweiligen Zeilensensoren abgebildet werden. Camera module for line by line scanning of an object with - at least one line-shaped sensor and - a lens for imaging the object on the sensor, characterized in that the camera module comprises a plurality of line sensors, which are arranged at different distances from the lens, so that image lines at different distances to Objectively be imaged on the respective line sensors.

Kameramodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Zeilensensoren zueinander parallel und in einer gegenüber der optischen Achse des Objektivs geneigten Ebene angeordnet sind und insbesondere durch einen optischen Flächensensor dargestellt werden. Camera module according to claim 1, characterized in that the plurality of line sensors are arranged parallel to one another and in a plane inclined with respect to the optical axis of the objective, and in particular are represented by an optical surface sensor.

Kameramodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine langgestreckte Lichtquelle zum Beleuchten des abzutastenden Objektes vorgesehen ist, wobei die Lichtquelle vorzugsweise benachbart zu einer Schnittlinie zwischen einer Ebene, in der die Zeilensensoren angeordnet sind, und der Hauptebene des Objektivs angeordnet ist. Camera module according to claim 1 or 2, characterized in that an elongate light source is provided for illuminating the object to be scanned, wherein the light source is preferably arranged adjacent to a cutting line between a plane in which the line sensors are arranged, and the main plane of the lens.

Kameramodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle mit einem optischen Element zum Bündeln des abgegebenen Lichtes ausgebildet ist, wobei das Lichtstrahlbündel auf die Bildlinien ausgerichtet ist. Camera module according to claim 3, characterized in that the light source is formed with an optical element for converging the emitted light, wherein the light beam is aligned with the image lines.

Kameramodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kameramodul eine Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes aufweist. Camera module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the camera module has a device for automatically determining the distance of an object to be scanned.

Kameramodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes eine Auswerteeinrichtung umfasst, mit welcher die Schärfe der Bilder der einzelnen Zeilensensoren ermittelt wird, und das Bild des Zeilensensors mit der maximalen Schärfe bestimmt wird, wobei als Abstand des abzutastenden Gegenstandes der Abstand der Bildlinie dieses Zeilensensors bestimmt wird. Camera module according to claim 5, characterized in that the device for automatically determining the distance of an object to be scanned comprises an evaluation device, with which the sharpness of the images of the individual line sensors is determined, and the image of the line sensor is determined with the maximum sharpness, wherein as a distance the object to be scanned the distance of the image line of this line sensor is determined.

Kameramodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes eine Projektionseinrichtung zum Erzeugen von zumindest einem stark gebündelten Lichtstrahlbündel, das mit einer Neigung gegenüber der optischen Achse des Objektivs in den von den Zeilensensoren erfassten Bereich gerichtet ist, so dass ein zu erfassendes Objekt gleichzeitig von dem Lichtstrahlbündel beleuchtet und von den Zeilensensoren erfasst wird, wobei der Abstand des Objektes vom Objektiv daraus bestimmt werden kann, mit welchem Zeilensensor der durch den stark gebündelten Lichtstrahlbündel beleuchtete Bereich des Objektes erfasst wird. A camera module according to claim 5, characterized in that the means for automatically determining the distance of an object to be scanned comprises a projection device for generating at least one highly collimated light beam which is directed with an inclination relative to the optical axis of the objective in the area detected by the line sensors, such that an object to be detected is simultaneously illuminated by the light beam and detected by the line sensors, wherein the distance of the object from the lens can be determined from it, with which line sensor the area of the object illuminated by the highly focused light beam is detected.

Kameramodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kameramodul eine Vielzahl Zeilensensoren aufweist, wobei ein Teil der Zeilensensoren zum Abtasten des Abstandes eines Objektes vom Objektiv und ein anderer Teil der Zeilensensoren zum Erfassen einer zeilenförmigen Abbildung des Objektes angeordnet sind. Camera module according to claim 7, characterized in that the camera module comprises a plurality of line sensors, wherein a part of the line sensors for scanning the distance of an object from the lens and another part of the line sensors for detecting a line-shaped image of the object are arranged.

Kameramodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes eine Fördereinrichtung zum Befördern des abzutastenden Objektes mit vorbestimmter Geschwindigkeit, eine Lichtschranke zum Detektieren der Position des abzutastenden Objektes auf der Fördereinrichtung und eine Projektionseinrichtung zum Erzeugen von zumindest einem stark gebündelten Lichtstrahlbündel, das mit einer Neigung gegenüber der Fördereinrichtung in den von den Zeilensensoren erfassten Bereich gerichtet ist, so dass der Zeitpunkt, an dem ein abzutastendes Objekt den Lichtstrahlbündel unterbricht mittels einem der Zeilensensoren erfasst werden kann, wobei der Abstand des Objektes vom Objektiv anhand des Zeitintervalls zwischen dem Auslösen der Lichtschranke und der Unterbrechung des Lichtstrahlbündels erfasst wird. Camera module according to claim 5, characterized in that the device for automatically determining the distance of an object to be scanned a conveyor for conveying the object to be scanned at a predetermined speed, a light barrier for detecting the position of the object to be scanned on the conveyor and a projection device for generating at least one strongly bundled light beam, which is directed with an inclination relative to the conveyor in the area detected by the line sensors, so that the time at which an object to be scanned intercepts the light beam can be detected by means of one of the line sensors, wherein the distance of the object from the lens based the time interval between the triggering of the light barrier and the interruption of the light beam is detected.

Kameramodul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die Projektionseinrichtung zum Erzeugen von zumindest einem stark gebündelten Lichtstrahlbündel einen Laser aufweist, wobei der stark gebündelte Lichtstrahlbündel ein Laserstrahl ist. Camera module according to one of claims 7 to 9, characterized in that the projection device for generating at least one heavily bundled light beam has a laser, wherein the highly concentrated light beam is a laser beam.

Kameramodul nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinrichtung zum Erzeugen von mehreren stark gebündelten Lichtstrahlbündel ausgebildet ist. Camera module according to one of claims 7 to 10, characterized in that the projection device is designed to generate a plurality of strongly bundled light beam.

Kameramodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum automatischen Bestimmen des Abstandes eines abzutastenden Objektes eine Auswerteeinrichtung umfasst, mit welcher die Form der Projektion des Objektes auf die Zeilensensoren bestimmt wird, und durch Vergleich mit der bekannten Form des Objektes der Abstand des Objektes vom Objektiv bestimmt wird. Camera module according to claim 5, characterized in that the means for automatically determining the distance of an object to be scanned comprises an evaluation device, with which the shape of the projection of the object is determined on the line sensors, and by comparison with the known shape of the object, the distance of the object determined by the lens.

Produktüberwachungsvorrichtung umfassend eine Fördereinrichtung zum Befördern von zu überwachenden Produkten und ein Kameramodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Fördereinrichtung zum Befördern der Produkte in eine Förderrichtung ausgebildet ist, und das Kameramodul derart bzgl. der Fördereinrichtung angeordnet ist, dass die Bildlinien quer zur Förderrichtung verlaufen und mit unterschiedlichen Abstand zur Fördereinrichtung angeordnet sind, so dass unterschiedlich hohe Produkte mit dem Kameramodul korrekt erfasst werden können. Product monitoring device comprising a conveyor for conveying products to be monitored and a camera module according to one of claims 1 to 12, wherein the conveyor for conveying the products in a Conveying direction is formed, and the camera module so respect. The conveyor is arranged, that the image lines are transverse to the conveying direction and arranged at different distances from the conveyor, so that different high products can be detected correctly with the camera module.

Verfahren zum Abtasten eines Objektes mit einem Kameramodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Auslesen der Zeilen in Abhängigkeit des Abstandes des Objektes vom Objektiv derart gesteuert wird, dass das Objekt mit derjenigen Zeile abgetastet wird, auf welche das Objekt scharf abgebildet wird. A method of scanning an object with a camera module according to any one of claims 1 to 12, wherein the reading of the lines is controlled in dependence on the distance of the object from the lens so that the object is scanned with the line to which the object is sharply imaged.

Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Höhenprofil des Objektes dieses mit unterschiedlichen Zeilen bzw. Zeilenabschnitten abgetastet wird. A method according to claim 14, characterized in that, depending on the height profile of the object, this is scanned with different lines or line sections.

Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Zeilenbilder ausgelesen werden. A method according to claim 14 or 15, characterized in that line images are read out.

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, zu die Zeilenbilder zu einem zweidimensionalen Bild des Objektes zusammengesetzt werden. Method according to one of claims 14 to 16, characterized in that the line images are combined to form a two-dimensional image of the object.