DE102017129737A1 - Apparatus for non-contact, 3D optical detection of an end face of a transversely moving, rod-shaped article of the tobacco processing industry - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (8) zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich (10) bewegenden Stirnfläche (2) eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels (4) der tabakverarbeitenden Industrie, wobei die Vorrichtung (8) aufweist: eine Projektionseinheit (12), die eingerichtet ist, um ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes Muster in den Messbereich (10) zu projizieren, eine Kamera (24), die eingerichtet ist, um mindestens drei Bilder, bevorzugt mindestens vier Bilder, des Messbereichs (10) aufzunehmen, während sich die Stirnfläche (2), bevorzugt vollständig, im Messbereich (10) befindet, eine Auswerteeinheit (28), die mit der Kamera (24) verbunden ist und eingerichtet ist, ein Höhenbild der Stirnfläche (2) unter Verwendung der von der Kamera (24) aufgenommenen Bilder zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit (12) eingerichtet ist, das Muster im Wesentlichen unverändert in den Messbereich (10) zu projizieren.Device (8) for non-contact, optical three-dimensional detection of an end face (2) moving through a measuring region (10) of a transversely moving rod-shaped article (4) of the tobacco-processing industry, the device (8) comprising: a projection unit (12) adapted to project a substantially striped pattern into the measurement area (10), a camera (24) arranged to receive at least three images, preferably at least four images, of the measurement area (10) while the end face (2), preferably completely, is located in the measuring area (10), an evaluation unit (28) which is connected to the camera (24) and is set up, a height image of the end face (2) using the camera (24 ), characterized in that the projection unit (12) is arranged to project the pattern substantially unchanged into the measuring area (10) adorn.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich bewegenden Stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 20.The invention relates to a device and a method for non-contact, optical three-dimensional detection of a moving through a measuring range end face of a transversely moving rod-shaped article of the tobacco processing industry according to the preambles of independent claims 1 and 20.

Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigen bsw. die EP 0 634 112 B2 , die EP 2 679 950 B1 und die EP 2 677 273 B1 derartige Verfahren und Vorrichtungen. Mittels derartiger Verfahren und Vorrichtungen zur 3D-Vermessung der Stirnfläche der Artikel können Fehler am Schnitt, wie bspw. ein schräger Schnitt erkannt werden. Auch kann ein Kopfausfall auch bei lichtundurchlässigem Filterpapier erkannt werden.Devices and methods of the type mentioned are known from the prior art. So show bsw. the EP 0 634 112 B2 , the EP 2 679 950 B1 and the EP 2 677 273 B1 Such methods and devices. By means of such methods and devices for 3D measurement of the end face of the article, defects in the cut, such as, for example, an oblique cut, can be detected. Also, a head loss can be detected even with opaque filter paper.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese bekannten, teilweise älteren Verfahren nicht in der Lage sind, den heutigen, stark gestiegenen quantitativen Anforderungen an die berührungslose, optische 3D-Erfassung einer Stirnfläche eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie zu genügen. Insbesondere aufgrund der heutzutage sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 20000 Artikeln pro Minute sind die bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht mehr in der Lage, von jedem einzelnen Artikel die Qualität der Stirnfläche in Echtzeit zu erfassen. Denn hierzu ist es zur Prüfung der Qualität der Stirnfläche in Echtzeit insbesondere erforderlich, von jeder Stirnfläche mindestens ein 3D-Bild zu erzeugen, also mindestens etwa 200 3D-Bilder pro Sekunde zu erzeugen. Jedoch sind auch aktuell kommerziell erhältliche 3D-Systeme nur mit 50 bis 100 3D-Bildern pro Sekunde mit geringer bis mittlerer Auflösung verfügbar (Photonik, Fachzeitschrift für die optischen Technologien, Ausgabe 3. 2016, Seite 55, Photonik (Hrsg.) (2016)).However, it has been found that these known, partially older methods are not able to meet today's greatly increased quantitative requirements for non-contact, optical 3D detection of an end face of a transversely moving rod-shaped article of the tobacco-processing industry. In particular, due to the nowadays very high production speeds of up to 20,000 articles per minute, the known methods and devices are no longer able to capture the quality of the end face of each individual article in real time. For this purpose, in order to check the quality of the end face in real time, it is particularly necessary to produce at least one 3D image of each end face, that is to produce at least about 200 3D images per second. However, currently available commercially available 3D systems are only available with 50 to 100 3D images per second with low to medium resolution (Photonik, trade journal for optical technologies, issue 3, 2016, page 55, Photonik (ed.) (2016) ).

Zwar ist aus der Forschung eine Hochgeschwindigkeits-3D-Messung mittels eines GOBO-Rads bekannt geworden, wobei Bildraten von bis zu 5000 Bildern pro Sekunde möglich sind. Erforderlich für die notwendige Genauigkeit wären jedoch mehrere 100000 Bilder pro Sekunde. Darüber hinaus muss die Berechnung der 3D-Daten separat in einer späteren Berechnungsphase geschehen, so dass dieses System nicht echtzeitfähig ist (Photonik, Fachzeitschrift für die optischen Technologien, Ausgabe 3. 2016, Seite 55, Photonik (Hrsg.) (2016)). Auch ist die Apparatur aufgrund ihrer Größe ungeeignet für Produktionsmaschinen.Although research has revealed a high-speed 3D measurement using a GOBO wheel, image rates of up to 5,000 images per second are possible. Required for the necessary accuracy, however, would be several 100,000 frames per second. In addition, the calculation of the 3D data must be done separately in a later calculation phase, so that this system is not real-time capable (Photonik, Journal of Optical Technologies, Issue 3. 2016, page 55, Photonics (ed.) (2016)). Also, the apparatus is unsuitable for production machines due to their size.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage sind, auch bei heutigen sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten die Stirnfläche jedes einzelnen Artikels in Echtzeit dreidimensional zu erfassen.It is therefore an object of the present invention to provide a device and a method of the type mentioned above, which are able to detect the front surface of each article in real time three-dimensional even at today's very high production speeds.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtungen und Verfahren der unabhängigen Ansprüche.This object is achieved by the devices and methods of the independent claims.

Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Erkenntnis, dass die in der EP 2 677 273 B1 erwähnten Streifenprojektionsverfahren nicht für bewegte Objekte bei den oben genannten Produktionsgeschwindigkeiten geeignet sind. Zwar werden auch bei der Streifenprojektion mittels eines Projektors Streifenmuster auf das zu vermessende Objekt projiziert, wobei das Objekt mit dem darauf projizierten Muster von einer Kamera unter einem festgelegten Winkel aufgenommen wird. Entscheidend ist jedoch, dass für eine Messung mehrere Muster auf das Objekt projiziert und von der Kamera aufgenommen werden müssen.The present invention also includes the recognition that the in the EP 2 677 273 B1 mentioned stripe projection method are not suitable for moving objects at the above production speeds. Although stripe patterns are also projected onto the object to be measured in stripe projection by means of a projector, the object with the pattern projected thereon is recorded by a camera at a fixed angle. The decisive factor, however, is that several patterns must be projected onto the object and taken by the camera for one measurement.

Das Objekt darf sich jedoch bei den bekannten Streifenprojektionsverfahren während der Aufnahme der verschiedenen Muster nicht gegenüber der Kamera bewegen. Zwar wäre es theoretisch denkbar, die Frequenz der Projektion und der Bildaufnahme soweit stark zu erhöhen, dass die Bewegung des Objekts weniger ins Gewicht fällt; bei einer Frequenz von 20000 Artikeln pro Minute und einer damit einhergehenden deutlich höheren Projektionsfrequenz von etwa 4 MHz für die Muster würde die Kapazität von heutigen Projektoren weit übersteigen. Im Übrigen würde dies auch die Zeit für eine Online- Auswertung derart stark erhöhen, dass diese Auswertung nicht mehr in Echtzeit durchgeführt werden kann.However, the object must not move relative to the camera in the known fringe projection methods during the recording of the various patterns. Although it would theoretically be conceivable to increase the frequency of the projection and the image acquisition so much that the movement of the object is less significant; At a frequency of 20,000 articles per minute and a concomitantly much higher projection frequency of about 4 MHz for the patterns, the capacity of today's projectors would far exceed that. Incidentally, this would also increase the time for an online evaluation to such an extent that this evaluation can no longer be carried out in real time.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt daher insbesondere darin, dass die Qualität jedes einzelnen Artikels noch während des Herstellungsprozesses überprüft werden kann, da die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bzw. Verfahren in der Lage sind, auch bei heutigen sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 20000 Artikeln pro Minute die Stirnfläche jedes einzelnen, sich queraxial mit entsprechend hoher Geschwindigkeit bewegenden Artikels in Echtzeit dreidimensional zu erfassen, da die Erfindung auf eine aktives Verschieben des Streifenmusters verzichtet und somit das Muster unverändert lassen kann, während sich die zu vermessende Stirnfläche durch den Messbereich bewegt. Mit anderen Worten nutzt die Erfindung die ohnehin vorhandene Bewegung der Stirnfläche durch den Messbereich aus, um daraus sozusagen „passiv“ eine Verschiebung des Musters der Berechnung des Höhenbildes zugrundezulegen. Die Erfindung spart sich also vorteilhaft den extrem hohen und bei den heute möglichen Herstellungsgeschwindigkeiten von etwa 20000 Artikeln pro Minute nicht mehr in Echtzeit zu leistenden Aufwand einer aktiven Verschiebung des Musters und ersetzt diese durch Verwendung der Bewegung der Stirnfläche durch das ortsfeste Muster hindurch.An advantage of the present invention is, in particular, that the quality of each individual article can be checked during the manufacturing process, since the devices and methods according to the invention are able, even at today's very high production speeds of up to 20,000 articles per minute Face of each individual, transaxially moving at a correspondingly high speed moving article in three dimensions to capture in real time, since the invention waives an active displacement of the stripe pattern and thus can leave the pattern unchanged while the end face to be measured moves through the measuring range. In other words, the invention utilizes the already existing movement of the end face through the measuring range in order to base it, so to speak, "passively" on a displacement of the pattern of the calculation of the height image. The invention thus advantageously saves the extremely high and today possible production speeds of about 20,000 articles per minute no longer in real time effort to actively shift the pattern and replaces it by using the movement of the end face through the stationary pattern.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere darin, dass für die erfindungsgemäße Qualitätskontrolle der Stirnfläche des sich queraxial durch den Messbereich bewegenden Artikels auch eine absolute Entfernungsmessung nicht nötig ist. Es reicht für eine Qualitätskontrolle der Stirnfläche aus, wenn Höhenunterschiede gemessen werden können. Es werden also als Ergebnis der erfindungsgemäßen Vorrichtungen bzw. Verfahren nur relative Höhenwerte benötigt. Dank der Erfindung kann somit insbesondere auf eine aufwendige absolute Entfernungsmessung mittels der bekannten Gray-Code-Projektion verzichtet werden.A further advantage of the present invention is, in particular, that an absolute distance measurement is not necessary for the quality control according to the invention of the end face of the article moving transversely through the measuring range. It is sufficient for a quality control of the face, if height differences can be measured. Thus, only relative height values are required as a result of the devices or methods according to the invention. Thanks to the invention can thus be dispensed in particular to a complex absolute distance measurement by means of the known Gray code projection.

Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung können insbesondere verschiedenste Fehler der Stirnflächen der stabförmigen Artikel erkennen, wie bspw. eine schräge Stirnfläche, vorstehende oder zurückgezogene Fasern in der Stirnfläche, und/oder Ausrisse und Fransen am Umfang der Stirnfläche. Dank der Erfindung ist die Auflösung in der Fläche des Höhenbildes der Stirnfläche groß genug, um insbesondere derartige Ausrisse und Fransen zu erkennen, während die Höhenauflösung, das heißt die Auflösung senkrecht zur Stirnfläche, im Folgenden auch Z-Richtung genannt, ausreicht, um den Winkel der Stirnfläche zu vermessen. Um diese Fehler erkennen zu können, sind dank der vorliegenden Erfindung Auflösungen in Echtzeit von etwa 50 µm bis zu etwa 10 µm darstellbar.The devices and methods of the present invention may, in particular, detect a wide variety of defects of the end faces of the rod-shaped articles, such as an oblique face, protruding or retracted fibers in the face, and / or tears and fringes around the perimeter of the face. Thanks to the invention, the resolution in the surface of the height image of the end face is large enough to recognize in particular such tears and fringes, while the height resolution, that is, the resolution perpendicular to the end face, hereinafter also called Z-direction, sufficient to the angle to measure the frontal area. In order to be able to recognize these errors, real-time resolutions of about 50 μm to about 10 μm can be represented in real time, thanks to the present invention.

Bei den stabförmigen Artikeln der der tabakverarbeitenden Industrie kann es sich bspw. um Filter, wie Acetat-, Aktivkohle- oder Crimp-Filter, oder um Tabakstöcke oder Crimp-Tabak handeln.The rod-shaped articles of the tobacco-processing industry may, for example, be filters, such as acetate, activated carbon or crimp filters, or tobacco sticks or crimp tobacco.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass vier Bildern des Messbereichs aufgenommen werden während sich die Stirnfläche vollständig im Messbereich befindet. Die Erfindung hat hierzu erkannt, dass der Rechenaufwand für die Berechnung der Höhenbilder aus vier Bildern geringer und die Qualität der damit erhaltenen Höhenbilder besser ist, da sich das Bildrauschen bei 4 Bildern teilweise aufhebt, so dass sich durch das gegenüber 3 Bildern zusätzliche Bild auch das Rauschen im finalen Höhen- bzw. 3D-Bild reduziert.A preferred embodiment of the invention is characterized in that four images of the measuring range are recorded while the end face is located completely in the measuring range. The invention has recognized for this purpose that the computational effort for calculating the height images from four images is lower and the quality of the resulting height images is better, since the image noise in 4 images partially canceled, so that by the opposite 3 images additional image and the Noise in the final height or 3D image reduced.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further preferred embodiments and further developments of the present invention are specified in the dependent claims.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionseinheit eingerichtet ist, das Muster zumindest so lange im Wesentlichen unverändert in Relation zum Messbereich zu projizieren, solange sich die Stirnfläche, bevorzugt vollständig, im Messbereich befindet. Zum Erzielen des erfindungsgemäßen Effekts reicht es aus, wenn das Muster solange in Relation zum Messbereich unverändert projiziert wird, solange dies notwendig ist, also solange die zu vermessende Stirnfläche sich, bevorzugt vollständig, im Messbereich befindet. Das Muster kann jedoch auch länger, bevorzugt auch dauerhaft, unverändert bleiben. Innerhalb einer bestimmten Belichtungszeit einer zugeordneten Kamera kann die durch die Projektionseinheit verwendete Beleuchtung mit vorgegebenen Zeitabständen geblitzt werden.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the projection unit is set up to project the pattern substantially unchanged in relation to the measuring range at least as long as the end face, preferably completely, is in the measuring range. To achieve the effect according to the invention, it is sufficient if the pattern is projected unchanged in relation to the measuring range as long as this is necessary, ie as long as the end face to be measured is, preferably completely, within the measuring range. However, the pattern can also remain longer, preferably permanently, unchanged. Within a certain exposure time of an associated camera, the illumination used by the projection unit can be flashed at predetermined time intervals.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Stirnfläche mit mindestens etwa 2 m/s, bevorzugt mit mindestens etwa 3,5 m/s, weiter bevorzugt mit mindestens etwa 4 m/s, durch den Messbereich bewegt. Bei etwa 4 m/s und einem Abstand der Stirnflächenmitten untereinander von etwa 20 mm ergibt dies für den Durchtritt durch das Zentrum eines ortsfesten Messbereichs eine Rate von etwa 200 Stirnflächen pro Sekunde. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung heutige Herstellungsmaschinen für stabförmige Artikel der tabakverarbeitenden Industrie zu integrieren, ohne das die erfindungsgemäße Vorrichtung die Herstellungsmaschine „ausbremst“.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the end face moves through the measuring area with at least about 2 m / s, preferably at least about 3.5 m / s, more preferably at least about 4 m / s. At about 4 m / s and a center-to-center spacing of about 20 mm, this results in a rate of about 200 faces per second for passage through the center of a fixed measurement area. In this way, it is advantageously possible to integrate the device according to the invention today's production machines for rod-shaped articles of the tobacco-processing industry, without the device according to the invention "brakes" the manufacturing machine.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Messbereich eine, bevorzugt im Wesentlichen rechteckige, Fläche von mindestens etwa 0,5 cm², bevorzugt von mindestens etwa 1 cm², weiter bevorzugt von mindestens etwa 4 cm², aufweist, und eine Höhe von mindestens etwa 1 mm, bevorzugt von mindestens etwa 2 mm, weiter bevorzugt von mindestens etwa 5 mm, aufweist. Im Gegensatz zu etablierten Messverfahren ist der Messbereich nicht an eine spezielle, in axiale Richtung ortsfeste Position der Stirnfläche gebunden, sondern es existiert ein zulässiger, sich in axiale Richtung des Artikels erstreckender Bereich für die Lage der Stirnfläche und ein daraus resultierender Messbereich. Insbesondere sollte die Erstreckung des Messbereichs in Bewegungsrichtung der Artikel und damit auch in Bewegungsrichtung der Stirnflächen bevorzugt so gewählt werden, dass während des Aufenthalts der Stirnfläche im Messbereich mindestens 3, bevorzugt 4, vollständige Bilder der Stirnfläche aufgenommen werden können, um auf diese Weise in der Auswerteeinheit zur Berechnung des Höhenbildes ein erfindungsgemäßes koaxiales Überlagern der von der Kamera während des Aufenthalts der Stirnfläche im Messbereich aufgenommenen 3 oder 4 Bilder der Stirnflächen zu ermöglichen. Die Mitte der Stirnfläche eines beispielsweise etwa 4 m/s schnellen Artikels benötigt für den Durchtritt durch einen rechteckigen Messbereich von etwa 4 cm² Fläche mit etwa 20 mm Breite also etwa 0,005 s = 5 ms. Für die Berechnung des Höhenbildes in Echtzeit stehen also maximal etwa 5 ms zur Verfügung. Bei einer Geschwindigkeit des Artikels von etwa 2 m/s stehen maximal etwa 10 ms zur Verfügung. Die Latenz, also die Zeit von der Aufnahme der Bilder der Stirnfläche bis zum Auswurf von bspw. anhand einer anschließenden Qualitätsbewertung des berechneten Höhenbildes insoweit als fehlerhaft erkannten Artikels, ist hiervon zunächst unabhängig, zumindest aber größer.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the measuring area has a, preferably substantially rectangular, area of at least about 0.5 cm ² , preferably of at least about 1 cm ² , more preferably of at least about 4 cm ² , and a height of at least about 1 mm, preferably at least about 2 mm, more preferably at least about 5 mm. In contrast to established measuring methods, the measuring range is not bound to a specific, axially fixed position of the end face, but there is a permissible range extending in the axial direction of the article for the position of the end face and a resulting measuring range. In particular, the extent of the measuring range in the direction of movement of the articles and thus also in the direction of movement of the end faces should preferably be selected such that at least 3, preferably 4, complete images of the end face can be taken up during the abutment of the end face in the measuring region, in order in this way Evaluation unit for calculating the height image, a coaxial superimposing according to the invention the 3 or 4 images of the end faces recorded by the camera during the residence of the end face in the measuring range enable. The center of the end face of an example, about 4 m / s fast article needs for passing through a rectangular measuring range of about 4 cm ² area with about 20 mm wide so about 0.005 s = 5 ms. For the calculation of the height image in real time, a maximum of about 5 ms is available. At a speed of the article of about 2 m / s, a maximum of about 10 ms is available. The latency, ie the time from the recording of the images of the end face to the ejection of, for example, based on a subsequent quality assessment of the calculated height image insofar as erroneously recognized article, is initially independent of this, but at least greater.

Die Aufenthaltszeit der vollständigen Stirnfläche im Messbereich hängt von dem Durchmesser der bevorzugt kreisförmigen Stirnfläche ab. Legt man beispielsweise hierfür einen Durchmesser von etwa 5 mm zugrunde, so beträgt die Aufenthaltszeit der vollständigen Stirnfläche in einem rechteckigen Messbereich mit etwa 20 mm Breite bei einem senkrechten Eintritt der Stirnfläche auf eine der Kanten etwa 0,00375 s = etwa 3,75 ms. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollten somit bevorzugt 4 Bilder der vollständigen Stirnfläche aufgenommen werden. Dies entspricht bei einer Triangulationswellenlänge von 1,5 mm und einer Genauigkeit von 11 µm einer - zumindest während des Aufenthalts der Stirnfläche im Messbereich - Bildrate von etwa 9500 Bildern pro Sekunde.The residence time of the complete end face in the measuring range depends on the diameter of the preferably circular end face. If, for example, this is based on a diameter of about 5 mm, the residence time of the complete end face in a rectangular measuring area with a width of about 20 mm with a vertical entry of the end face on one of the edges is about 0.00375 s = about 3.75 ms. In this embodiment, therefore, preferably 4 images of the complete end face should be taken. With a triangulation wavelength of 1.5 mm and an accuracy of 11 μm, this corresponds to a frame rate of approximately 9500 frames per second, at least while the end face is in the measuring range.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Muster kein binär codiertes Muster ist. Da es zur Erzielung des erfinderischen Effekts des Erhaltens eines Höhenbildes der relativen Höhen auf der Stirnfläche nicht erforderlich ist, eine absolute Entfernung der Stirnfläche von der Kamera zu ermitteln, kann dank der Erfindung auf kodierte Muster, wie bspw. Gray-Code-Muster vorteilhaft verzichtet werden.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the pattern is not a binary coded pattern. Since it is not necessary to obtain an absolute distance of the face from the camera to obtain the inventive effect of obtaining a height image of the relative heights on the face, the invention advantageously avoids encoded patterns such as gray code patterns become.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Muster einen im Wesentlichen sinusförmigen Grauwertverlauf aufweist. Dies ist die am einfachsten und damit am kostengünstigsten herzustellende Form eines erfindungsgemäßen Musters.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the pattern has a substantially sinusoidal gray value profile. This is the simplest, and thus most cost-effective, form of a sample according to the invention.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sinus des sinusförmigen Grauwertverlaufs eine Periodenlänge von höchstens 10 mm, bevorzugt von höchstens 5 mm, weiter bevorzugt von höchstens 2 mm, noch weiter bevorzugt von höchstens 0,25 mm, aufweist. Je kleiner die Periodenlänge, desto höher ist die zu erzielende Auflösung. Allerdings ist bei kleineren Periodenlängen eine höhere Bildfrequenz erforderlich und es kann zu stärkerem Bildrauschen kommen.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the sine of the sinusoidal gray value curve has a period length of at most 10 mm, preferably of at most 5 mm, more preferably of at most 2 mm, even more preferably of at most 0.25 mm. The shorter the period length, the higher the resolution to be achieved. However, smaller frame lengths require a higher frame rate and you may experience more image noise.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine optische Achse der Kamera im Wesentlichen senkrecht auf eine Querschnittsebene des Messbereichs gerichtet ist. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der Vorrichtung und es ergibt sich der Vorteil, dass das von der Kamera aufgenommene Bild nicht perspektivisch verzerrt ist.A preferred embodiment of the invention is characterized in that an optical axis of the camera is directed substantially perpendicular to a cross-sectional plane of the measuring range. This allows a simple construction of the device and there is the advantage that the image taken by the camera is not distorted in perspective.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine optische Achse der Projektionseinheit in einem von 90° abweichenden Winkel auf eine Querschnittsebene des Messbereichs gerichtet ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, die Kamera senkrecht auf die Querschnittsebene des Messbereichs auszurichten.A preferred embodiment of the invention is characterized in that an optical axis of the projection unit is directed at a deviating from 90 ° angle to a cross-sectional plane of the measuring range. This advantageously makes it possible to align the camera perpendicular to the cross-sectional plane of the measuring range.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, vor der Berechnung des Höhenbildes eine Kalibrierung durchzuführen. Hierduch wir die Interpretation der erhaltenen Höhenbilder erleichert.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the evaluation unit is set up to perform a calibration before the height image is calculated. Here we facilitate the interpretation of the obtained height images.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass dann, wenn sich die Stirnfläche entlang eines Kreisbogens mit einer Länge b und einem Radius r durch den Messbereich bewegt, zumindest die im Messbereich am weitesten auseinanderliegenden Streifen des streifenförmig strukturierten Musters nicht parallel, sondern in einem Winkel α von etwa α=(b·180°)/(r·Π) zueinander angeordnet sind. Ein derartige fächerartige Anordnung der Streifen, bevorzugt aller Streifen des Musters, ermöglicht eine Verwendung der Erfindung auch bei einer kreisförmigen Bewegung der zu vermessenden Stirnfläche. Eine solche kreisförmige Bewegung kommt bspw. auf Fördertrommeln zur queraxialen Förderung der Artikel vor. Somit läßt sich die vorliegende Erfindung auch direkt an derartigen Trommelförderern verwenden.A preferred embodiment of the invention is characterized in that, when the end face moves along a circular arc with a length b and a radius r through the measuring range, at least the strip of the strip pattern structured furthest apart in the measuring range is not parallel, but rather parallel an angle α of approximately α = (b · 180 °) / (r · Π) are arranged to each other. Such a fan-like arrangement of the strips, preferably all strips of the pattern, allows use of the invention even with a circular movement of the end face to be measured. Such a circular movement occurs, for example, on conveyor drums for transverse axial promotion of the article. Thus, the present invention can also be used directly on such drum conveyors.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionseinheit eine optische Achse, eine auf der optischen Achse liegende Lichtquelle, ein auf der optischen Achse liegendes, von der Lichtquelle beleuchtetes, das Muster aufweisende im Wesentlichen zweidimensionales Trägermedium, und ein auf der optischen Achse liegendes Projektorobjektiv zur optischen Abbildung des von dem Trägermedium empfangenen sinusförmigen Streifenmusters in den Messbereich aufweist, wobei das Trägermedium nicht senkrecht zur optischen Achse, sondern in einem Winkel β gegenüber der Senkrechten angeordnet ist, der nach dem Scheimpflugprinzip bestimmt wird und bevorzugt zwischen 20° und 30° liegt. Durch dieses Schrägstellen des zu durchleuchtenden Streifenmusters läßt sich vorteilhaft die Tiefenschärfe im Höhenbild erhöhen. A preferred embodiment of the invention is characterized in that the projection unit has an optical axis, a light source lying on the optical axis, a lying on the optical axis, illuminated by the light source, the pattern having substantially two-dimensional support medium, and on the optical Projector lens for optical imaging of the received from the support medium sinusoidal stripe pattern in the measuring range, wherein the support medium is not perpendicular to the optical axis, but at an angle β relative to the vertical, which is determined according to the Scheimpflug principle and preferably between 20 ° and 30 °. This tilting of the strip pattern to be screened can advantageously increase the depth of field in the height image.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Muster eine Vorverzerrung aufweist, die ausgebildet ist, die durch die nicht senkrechte Anordnung des Trägermediums verursachte Verzerrung im Wesentlichen auszugleichen. Durch diese Vorverzerrung wird also vorteilhaft die durch die nicht senkrechte Anordnung des Trägermediums verursachte Verzerrung ausgeglichen.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the pattern has a predistortion, which is designed to substantially compensate for the distortion caused by the non-perpendicular arrangement of the carrier medium. This predistortion thus advantageously compensates for the distortion caused by the non-perpendicular arrangement of the carrier medium.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteeinheit ausgebildet ist, bei der Berechnung des Höhenbildes die von der Kamera erhaltenen Bilder zunächst so zuzuschneiden, dass die jeweils auf den Bildern abgebildeten Stirnflächen auf jedem der Bilder in Bewegungsrichtung der Stirnfläche vor und hinter der Stirnfläche denselben Abstand zum Bildrand aufweisen, wobei bevorzugt die Auswerteeinheit weiter ausgebildet ist, die zugeschnittenen Bilder zur Berechnung des Höhenbildes unter Verwendung der Bewegungsgeschwindigkeit der Stirnfläche durch den Messbereich zeitlich so gegeneinander zu verschieben, als ob sie zur selben Zeit aufgenommen worden wären. Auf diese Weise kann vorteilhaft auf ein aktives Verschieben des Streifenmusters verzichtet werden. Vielmehr wird hierdurch die Bewegung der Artikel zur Erzeugung des Höhenbildes verwendet.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the evaluation unit is designed to initially cut the images obtained from the camera in the calculation of the height image so that the front surfaces respectively imaged on the images in front of and behind each of the images in the direction of movement of the end face the end face have the same distance to the image edge, wherein preferably the evaluation unit is further designed to temporally shift the cropped images for calculating the height image using the movement speed of the end face through the measuring range as if they were taken at the same time. In this way, advantageously can be dispensed with active shifting of the stripe pattern. Rather, the movement of the articles for generating the height image is thereby used.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kamera eingerichtet ist, die Bilder mit einer Belichtungszeit von höchstens 10 µs, bevorzugt von höchstens 7 µs, weiter bevorzugt von höchstens 4 µs, aufzunehmen. Je geringer die Belichtungszeit, desto geringer ist die Bewegungsunschärfe im von der Kamera aufgenommenen Bild.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the camera is set up to record the images with an exposure time of at most 10 μs, preferably of at most 7 μs, more preferably of at most 4 μs. The lower the exposure time, the lower the motion blur in the image taken by the camera.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kamera so eingerichtet ist, dass die Bilder in Bezug auf das projizierte Streifenmuster in einer Phasenlagendifferenz, kurz: Abstand zwischen den Bildern, aufgenommen werden, die von 90° abweicht, bevorzugt in einem Abstand von n · 360° + 360°/ (Anzahl der Bilder) mit n ≥ 1. Der Abstand zwischen den Bildern beträgt somit nicht 90°, sondern 450°. Hierdurch wird vorteilhaft die Burst-Bildrate reduziert bzw. es kann gleichbleibender Bildrate die minimale Periodenlänge verringert werden, da sich der Abstand zwischen den Bildern erhöht.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the camera is set up in such a way that the images are recorded with respect to the projected fringe pattern in a phase position difference, in short: distance between the images, which deviates from 90 °, preferably at a distance of n · 360 ° + 360 ° / (number of images) with n ≥ 1. The distance between the images is thus not 90 °, but 450 °. As a result, the burst frame rate is advantageously reduced, or the minimum period length can be reduced by keeping the frame rate constant, since the distance between the images increases.

Es wird auch Schutz beansprucht für eine Maschine zur Herstellung von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie, mit einer Fördereinheit zum queraxialen Fördern eines stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.It is also claimed protection for a machine for the production of rod-shaped articles of the tobacco processing industry, with a conveying unit for the cross-axial conveying a rod-shaped article of the tobacco processing industry, characterized by a device according to one of the embodiments described above.

Es wird auch Schutz beansprucht für Verfahren zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich bewegenden Stirnfläche eines sich queraxial bewegenden stabförmigen Artikels der tabakverarbeitenden Industrie, mit den Schritten: ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes Muster wird in den Messbereich projiziert, mindestens drei Bilder des Messbereiches werden aufgenommen, während sich die Stirnfläche durch den Messbereich bewegt, unter Verwendung der aufgenommenen Bilder wird ein Höhenbild der Stirnfläche berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster unverändert in den Messbereich projiziert wird, bevorzugt zumnindest so lange, solange sich die Stirnfläche, bevorzugt vollständig, in dem Messbereich befindet.Protection is also claimed for methods for non-contact, optical three-dimensional detection of a moving through a measuring range end face of a transversely moving rod-shaped article of the tobacco processing industry, comprising the steps: a substantially striped pattern pattern is projected into the measuring range, at least three images of Measuring range are recorded while the end face moves through the measuring range, using the recorded images, a height image of the end face is calculated, characterized in that the pattern is projected unchanged in the measuring range, preferably at least as long as the end face, preferably completely , located in the measuring range.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:

• 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Koordinatensystems, welches im Folgenden zugrunde gelegt ist;
• 2 eine schematische geometrische Darstellung von wesentlichen Aspekten einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
• 3 eine schematische Darstellung eines Teils der Eigenschaften der Auswerteeinheit;
• 4 eine schematische geometrische Darstellung der durch die Bewegung des Artikels verursachten Entfernungs- und Winkeländerungen;
• 5 ein Diagramm zur Darstellung der Grauwerte eines Pixels in Abhängigkeit der Stirnflächenposition im Muster;
• 6 ein Diagramm zur Darstellung der Grauwerte eines Pixels in Abhängigkeit der Stirnflächenposition im Muster bei einem Bildabstand von 450°;
• 7 eine ausschnittsweise Darstellung einer Maschine zur Herstellung von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie;
• 8 eine symbolische nicht maßstabsgetreue Darstellung der bei einer kreisförmigen Bewegung verwendeten Sinusmuster;
• 9 ein unkorrigiertes, von der Kamera erzeugtes Phasenbild; und
• 10 ein von der Auswerteeinheit auf der Basis des unkorrigierten Phasenbildes der 9 nach erfindungsgemäßem Abzug der Phasenlage berechnetes Höhenbild.

Hereinafter, preferred embodiments of the invention are explained in detail with reference to the accompanying drawings. Identical or functionally identical elements are denoted by the same reference numerals. Show it:

• 1 a schematic representation of a preferred coordinate system, which is based on the following;
• 2 a schematic geometric representation of essential aspects of a first embodiment of the invention;
• 3 a schematic representation of part of the properties of the evaluation unit;
• 4 a schematic geometric representation of the distance and angle changes caused by the movement of the article;
• 5 a diagram showing the gray values of a pixel as a function of the face position in the pattern;
• 6 a diagram showing the gray values of a pixel as a function of the end face position in the pattern at an image distance of 450 °;
• 7 a partial view of a machine for the production of rod-shaped articles of the tobacco processing industry;
• 8th a symbolic representation, not to scale, of the sine pattern used in a circular motion;
• 9 an uncorrected phase image generated by the camera; and
• 10 one of the evaluation unit on the basis of the uncorrected phase image of the 9 height image calculated according to the inventive subtraction of the phase position.

1 zeigt schematisch ein bevorzugtes Koordinatensystem, welches im Folgenden zugrunde gelegt ist. Hierzu sind eine Stirnfläche 2 aufweisende Artikel 4 der tabakverarbeitenden Industrie auf einer hier nur beispielhaft und schematisch dargestellten Fördertrommel 6 dargestellt. Demnach entspricht Z der Tiefenrichtung, X bzw. Y sind die Ortsrichtungen, wobei sich das Objekt in Y-Richtung auf einer hier nur beispielhaft und schematisch dargestellten Fördertrommel bewegt. Der Ursprung des Koordinatensystems befindet sich links oben im Messbereich. Für eine lineare Förderung der Artikel kann dasselbe Koordinatensystem X, Y, Z zugrunde gelegt werden. 1 schematically shows a preferred coordinate system, which is based on below is laid. For this purpose, an end face 2 having articles 4 the tobacco processing industry on a here only exemplary and schematically illustrated conveyor drum 6 shown. Accordingly corresponds Z the depth direction, X or. Y are the location directions, wherein the object moves in the Y-direction on a here only exemplary and schematically illustrated conveyor drum. The origin of the coordinate system is located in the top left corner of the measuring range. For a linear promotion of the article can be the same coordinate system X . Y . Z be based on.

2 zeigt eine schematische geometrische Darstellung von wesentlichen Elementen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 8 zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich 10 bewegenden Stirnfläche 2 eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels 4 der tabakverarbeitenden Industrie, wobei die Vorrichtung 8 eine Projektionseinheit 12 aufweist, die eingerichtet ist, um ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes, auf einem im Wesentlichen zweidimensionalen Trägermedium, insbesondere einem Glasplättchen 14 oder auf eine Folie, aufgebrachtes Muster in den Messbereich 10 zu projizieren. Die Projektionseinheit 12 ist so eingerichtet, das Muster zumindest so lange im Wesentlichen unverändert in den Messbereich 10 zu projizieren, solange sich die Stirnfläche 2 vollständig im Messbereich 10 befindet. 2 shows a schematic geometric representation of essential elements of a first embodiment of a device according to the invention 8th for non-contact, optical three-dimensional detection of a through a measuring range 10 moving face 2 a transversely moving, rod-shaped article 4 the tobacco processing industry, the device 8th a projection unit 12 has, which is arranged to a substantially strip-shaped, on a substantially two-dimensional support medium, in particular a glass plate 14 or on a foil, applied pattern in the measuring range 10 to project. The projection unit 12 is set up, the pattern at least as long substantially unchanged in the measuring range 10 to project, as long as the end face 2 completely in the measuring range 10 located.

Eine optische Achse 18 der Projektionseinheit 12 ist in einem um 30° von 90° abweichenden Winkel α auf eine Querschnittsebene des Messbereichs 10 gerichtet.An optical axis 18 the projection unit 12 is in an angle deviating from 90 ° by 30 ° α on a cross-sectional plane of the measuring range 10 directed.

Die Projektionseinheit 12 weist eine auf der optischen Achse 18 liegende Lichtquelle 20, das ebenfalls auf der optischen Achse 18 liegende, von der Lichtquelle 20 beleuchtete Trägermedium 14, ein auf der optischen Achse 18 liegendes Projektorobjektiv 22 zur optischen Abbildung des von dem Trägermedium 14 empfangenen sinusförmigen Streifenmusters in den Messbereich 10, wobei das Trägermedium 14 nicht senkrecht zur optischen Achse 18, sondern in einem Winkel β gegenüber der Senkrechten angeordnet ist, wobei β nach dem Scheimpflugprinzip berechnet wird und in diesem Ausführungsbeispiel 20° beträgt. Das auf dem Trägermedium 14 befindliche Muster weist eine Vorverzerrung auf, die ausgebildet ist, die durch die nicht senkrechte Anordnung des Trägermediums 14 verursachte Verzerrung des vom dem Projektorobjektiv 22 in den Messbereich 10 abgebildeten Musters auszugleichen.The projection unit 12 has one on the optical axis 18 lying light source 20 , which is also on the optical axis 18 lying, from the light source 20 illuminated carrier medium 14 , one on the optical axis 18 lying projector lens 22 for optical imaging of the carrier medium 14 received sinusoidal stripe pattern in the measuring range 10 , wherein the carrier medium 14 not perpendicular to the optical axis 18 but at an angle β is arranged opposite to the vertical, wherein β is calculated according to the Scheimpflug principle and in this embodiment is 20 °. That on the carrier medium 14 located pattern has a predistortion, which is formed by the non-perpendicular arrangement of the support medium 14 caused distortion of the projector lens 22 in the measuring range 10 to balance the pattern shown.

Die Stirnfläche 2 bewegt sich entlang des Pfeils 16 mit etwa 3,8 m/s durch den Messbereich 10. Die Stirnfläche 2 ist kreisförmig und hat einen Durchmesser von 4 mm bis 8 mm. Der Messbereich 10 ist in X-Y-Richtung quadratisch mit Kantenlängen von 10 × 10 mm und weist eine Fläche von 1 cm² und eine Höhe Z-Richtung von 5 mm auf.The face 2 moves along the arrow 16 at about 3.8 m / s through the measuring range 10 , The face 2 is circular and has a diameter of 4 mm to 8 mm. The measuring range 10 is square in the XY direction with edge lengths of 10 × 10 mm and has an area of 1 cm ² and a height Z direction of 5 mm.

Das Muster ist unkodiert und weist einen im Wesentlichen sinusförmigen Grauwertverlauf auf, wobei der Sinus des sinusförmigen Grauwertverlaufs eine Periodenlänge von 1,6 mm aufweist.The pattern is uncoded and has a substantially sinusoidal gray value profile, wherein the sine of the sinusoidal gray value curve has a period length of 1.6 mm.

Die Vorrichtung 8 weist weiterhin eine Kamera 24 auf, die eingerichtet ist, um vier Bilder des Messbereichs 10 aufzunehmen, während sich die Stirnfläche 2 vollständig im Messbereich 10 befindet, wobei eine optische Achse 26 der Kamera 24 senkrecht auf eine Querschnittsebene des Messbereichs 10 gerichtet ist. Die Kamera 24 ist eingerichtet, die Bilder mit einer Belichtungszeit von 100 µs aufzunehmen, wobei innerhalb der Belichtungszeit eine blitzartige Beleuchtung zu den entsprechenden Zeitpunkten von 4 µs stattfindet.The device 8th still has a camera 24 on, which is set up to take four pictures of the measuring range 10 absorb while the frontal area 2 completely in the measuring range 10 is located, with an optical axis 26 the camera 24 perpendicular to a cross-sectional plane of the measuring range 10 is directed. The camera 24 is set up to take the pictures with an exposure time of 100 μs, whereby within the exposure time a lightning-like illumination takes place at the corresponding times of 4 μs.

Die Vorrichtung 8 weist weiterhin eine Auswerteeinheit 28 auf, die mit der Kamera 24 verbunden ist und eingerichtet ist, ein Höhenbild der Stirnfläche 2 unter Verwendung der von der Kamera 24 aufgenommenen Bilder zu berechnen. Die Auswerteeinheit 28 ist eingerichtet, um vor der Berechnung des Höhenbildes eine Kalibrierung durchzuführen.The device 8th also has an evaluation unit 28 on that with the camera 24 is connected and set up, a height image of the face 2 using the from the camera 24 to take pictures taken. The evaluation unit 28 is set up to perform a calibration before calculating the height image.

3 zeigt schematisch wesentliche Eigenschaften der Auswerteeinheit 28. Die 3 zeigt auf der linken Seite 4 Bilder, die die Kamera 24 aufgenommen hat und die die Auswerteinheit 28 von der Kamera 24 erhalten hat. Die zeitliche Abfolge der Bilder ist in der 3 von oben nach unten. Man erkennt, wie sich die kreisförmige Stirnfläche 2 in der Figur von links nach rechts in der Bewegungsrichtung 29 durch den mit einem konstanten Sinusstreifenmuster 30 beleuchteten Messbereich 10 bewegt hat. 3 schematically shows essential properties of the evaluation unit 28 , The 3 shows on the left side 4 Pictures taken by the camera 24 has received and the evaluation unit 28 from the camera 24 had received. The temporal sequence of the pictures is in the 3 from top to bottom. It can be seen how the circular end face 2 in the figure from left to right in the direction of movement 29 by having a constant sine wave pattern 30 illuminated measuring range 10 has moved.

In der Mitte der 3 ist die weitere Eigenschaft der Auswerteeinheit 28 schematisch dargestellt, bei der Berechnung des Höhenbildes die von der Kamera 24 erhaltenen Bilder zunächst so zuzuschneiden, dass die jeweils auf den Bildern abgebildeten Stirnflächen 2 auf jedem der Bilder in Bewegungsrichtung 29 der Stirnfläche 2 vor und hinter der Stirnfläche 2 denselben Abstand zum Bildrand aufweisen.In the middle of 3 is the further property of the evaluation unit 28 shown schematically, in the calculation of the height image of the camera 24 First, the resulting images should be cropped in such a way that the respective end faces depicted on the images 2 on each of the images in the direction of movement 29 the face 2 in front and behind the face 2 have the same distance to the image edge.

Wie in der rechten Spalte der 3 zu erkennen ist, ist die Auswerteeinheit 28 weiterhin ausgebildet, die zugeschnittenen Bilder zur Berechnung des Höhenbildes unter Verwendung der Bewegungsgeschwindigkeit 29 der Stirnfläche 2 durch den Messbereich 10 so gegeneinander zu verschieben, als ob sie zur selben Zeit aber mit einem angepassten Muster aufgenommen worden wären.As in the right column of the 3 can be seen, is the evaluation unit 28 further formed, the cropped images for calculating the height image using the movement speed 29 the face 2 through the measuring range 10 to move against each other as if they were taken at the same time but with a customized pattern.

In 4 ist schematisch dargestellt, wie sich durch die Bewegung der Stirnfläche 2 während der durch die Kamera 24 gefertigten Aufnahme die Entfernungen und Winkel zwischen Projektionseinheit 12, Kamera 24 und Stirnfläche 2 ändern. Die 4 zeigt insoweit ein Modell zur Berechnung der durch die Bewegung der Stirnfläche 2 verursachten Winkel- und Entfernungsänderungen. Im Folgenden wird aufgezeigt, ob und in welchem Maße die Bewegung Einfluss auf das Ergebnis hat. Die Veränderung zwischen Kamera 24 und Stirnfläche 2 lässt sich korrigieren. Das Bild wird - wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben - um die entsprechende Anzahl Pixel wieder zurück verschoben. Jedoch ändern sich auch die Entfernung und der Winkel zur Projektionseinheit 12 wie folgt: In 4 is shown schematically, as reflected by the movement of the end face 2 while being through the camera 24 made recording the distances and angles between projection unit 12 , Camera 24 and face 2 to change. The 4 shows in this respect a model for the calculation of the movement of the end face 2 caused angular and distance changes. The following shows whether and to what extent the movement has an influence on the result. The change between camera 24 and face 2 can be corrected. The picture will - as above with respect to 3 described - shifted back by the appropriate number of pixels. However, the distance and angle to the projection unit also change 12 as follows:

Die Entfernung und der Winkel der Kamera 24 lassen sich folgendermaßen berechnen: $$g_2=\sqrt{x^2+g_1^2}$$

$$\beta =\text{arctan}\left(\frac{x}{g_1}\right)$$

The distance and the angle of the camera 24 can be calculated as follows: $${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="G"\; filenames="DE102017129737A1\_0016.png,DE102017129737A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">G</figure-callout>}}_2=\sqrt{x^2+G_1^2}$$

$$\beta =\text{arctan}\left(\frac{x}{G_1}\right)$$

Die Projektionsdistanz und Winkel mit den folgenden Formeln: $$d_1=\frac{g_1}{cos\left({\alpha }_1\right)}$$

$$e=tan\left({\alpha }_1\right)\cdot g_1$$

$${\alpha }_2=\text{arctan}\left(\frac{e+x}{g_1}\right)-\beta$$

$$d_2=\sqrt{{\left(e+x\right)}^2+g_1^2}$$

The projection distance and angles with the following formulas: $$d_1=\frac{G_1}{cOs\left({\alpha }_1\right)}$$

$$e=tan\left({\alpha }_1\right)\cdot G_1$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\alpha "\; filenames="DE102017129737A1\_0016.png,DE102017129737A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">\alpha </figure-callout>}}_2=\text{arctan}\left(\frac{e+x}{G_1}\right)-\beta$$

$${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="d"\; filenames="DE102017129737A1\_0016.png,DE102017129737A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">d</figure-callout>}}_2=\sqrt{{\left(e+x\right)}^2+G_1^2}$$

Mit den Werten α1 = 30°, g₁ = 90 mm und x = 2 mm ergeben sich die folgenden Werte: Die Differenz zwischen α₁ und α₂ beträgt Δα = 0,33°. Der Abstand zur Kamera 24 ändert sich umΔg = 22 µm und der Projektorabstand um Δd = 1,01 mm. Die Differenz des Triangulationswinkels α hat nur vernachlässigbare Auswirkungen: $$\mathrm{\Delta }{z}_{\epsilon }=\frac{p}{\text{tan}\left({\alpha }_1\right)}=\frac{p}{\text{tan}\left({\alpha }_2\right)}=-\mathrm{36,92}\mu m$$

With the values α1 = 30 °, g ₁ = 90 mm and x = 2 mm, the following values result: The difference between α ₁ and α ₂ is Δα = 0.33 °. The distance to the camera 24 changes by Δg = 22 μm and the projector distance by Δd = 1.01 mm. The difference of the triangulation angle α has only negligible effects: $$\mathrm{\Delta }{z}_{\epsilon }=\frac{p}{\text{tan}\left({\alpha }_1\right)}=\frac{p}{\text{tan}\left({\alpha }_2\right)}=-36.92\mu m$$

Die Änderung des Z-Wertes beträgt nur 37 µm bei einer maximalen Phase von 2 Pi. Dieser Fehler wird bevorzugt durch eine Kalibrierung korrigiert.The change of the Z-value is only 37 μm with a maximum phase of 2 Pi. This error is preferably corrected by a calibration.

Die Änderung des Kameraabstandes kann vernachlässigt werden, da sich der Wert nur um ≈ 0,3‰ ändert.The change of the camera distance can be neglected, because the value only changes by ≈ 0.3 ‰.

Die Kamera 24 ist so eingerichtet, dass die Bilder in einem von 90° abweichenden Abstand zwischen den Bildern aufgenommen werden, bevorzugt in einem Abstand von 360° + 90°. Der Abstand zwischen den Bildern beträgt somit nicht 90°, sondern 450°. Dies ist in den 5 und 6 schematisch dargestellt. In den 5 und 6 sind jeweils die Grauwerte eines Pixel in Abhängigkeit der Verschiebung als Diagramm abgebildet. Die dicken schwarzen Punkte entsprechen jeweils den Auslösemomenten der Kamera 24. 5 zeigt einen Abstand der Bilder von 90°. In 6 ist der Abstand zwischen den Bildern erhöht. Der Abstand zwischen den Bildern beträgt nicht 90°, wie in 5, sondern 450°. Durch diese Veränderung der Auslösemomente der Kamera 24 ist es möglich, die Bildrate bzw. die Periodenlänge auf ein Fünftel zu reduzieren. Bevorzugt wird bei dieser Ausführungsform eine größere Fläche durch den Projektionseinheit 12 beleuchtet.The camera 24 is set up in such a way that the pictures are taken at a distance of 90 ° apart between the pictures, preferably at a distance of 360 ° + 90 °. The distance between the images is therefore not 90 °, but 450 °. This is in the 5 and 6 shown schematically. In the 5 and 6 In each case, the gray values of a pixel are mapped as a function of the displacement. The thick black dots correspond to the triggering moments of the camera 24 , 5 shows a distance of the pictures from 90 °. In 6 the distance between the pictures is increased. The distance between the pictures is not 90 °, as in 5 but 450 °. By changing the triggering moments of the camera 24 It is possible to reduce the frame rate or the period length to one-fifth. In this embodiment, a larger area is preferred by the projection unit 12 illuminated.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind der Triangulationswinkel α sowie die Periodenlänge p des Sinusstreifenmusters 30 unter gewissen Einschränkungen wählbar. Die Auflösung ist dabei von der Trinuglationswellenlänge abhängig, je kleiner diese ist, desto feiner ist die Auflösung. Die Triangulationswellenlänge ergibt sich aus: $${\lambda }_T=\frac{p}{\text{tan}\left(\alpha \right)}$$

In the embodiments described above, the triangulation angle α as well as the period length p of the sine wave pattern 30 selectable under certain restrictions. The resolution is dependent on the trinuglation wavelength, the smaller this is, the finer the resolution. The triangulation wavelength is given by: $${\lambda }_T=\frac{p}{\text{tan}\left(\alpha \right)}$$

Für eine möglichst feine Auflösung wird daher der Triangulationswinkel bevorzugt möglichst groß und die Periodenlänge möglichst klein gewählt. Jedoch ist der eindeutig zuweisbare Bereich ebenfalls so groß wie die Triangulationswellenlänge. Mit Ausnahme der Tube- und Rezessfilter ist die Höhendifferenz Z bei Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie normalerweise kleiner als 2 mm. Daher sollte der zuweisbare Bereich und damit die Triangulationswellelänge bevorzugt nicht kleiner als 2 mm sein, muss jedoch auch nicht größer als der Messbereich sein.For the finest possible resolution, therefore, the triangulation angle is preferably as large as possible and the period length chosen to be as small as possible. However, the unambiguously assignable range is also as large as the triangulation wavelength. With the exception of the tube and Rezessfilter is the height difference Z for articles of the tobacco processing industry usually smaller than 2 mm. Therefore, the assignable range and thus the triangulation wave length should preferably be not smaller than 2 mm, but need not be larger than the measurement range.

Der Triangulationswinkel ist der Winkel zwischen dem Projektionseinheit 12 und der Kamera 24. Es wird bevorzugt ein Winkel genommen, der einen Kompromiss zwischen möglichst höher Auflösung und geringer Verschattung darstellt. Verschattung entsteht, wenn die Stirnfläche 2 Sprünge in der Oberfläche hat oder die Oberfläche steilere Flächen als der Triangulationswinkel besitzt. Die größten Sprünge, die bei dieser Ausführungsform erkannt werden können, entsprechen der Triangulationswellenlänge. Der Bereich, welcher aufgrund der Verschattung mit einem maximalen Sprung nicht vermessen werden kann, berechnet sich wie folgt: $$S_{verschttung}=tan\left({\lambda }_T\right)\cdot s_{Sprung}$$

The triangulation angle is the angle between the projection unit 12 and the camera 24 , It is preferred to take an angle that represents a compromise between the highest possible resolution and low shading. Shading occurs when the end face 2 Has cracks in the surface or the surface has steeper surfaces than the triangulation angle. The largest jumps that can be detected in this embodiment correspond to the triangulation wavelength. The area, which due to the Shading with a maximum jump can not be measured, is calculated as follows: $$S_{verscHttunG}=tan\left({\lambda }_T\right)\cdot s_{SprunG}$$

Eine weitere Einschränkung des Winkels ergibt sich durch die räumliche Positionierung von Objektiven von Projektionseinheit 12 und Kamera 24. Wird der Winkel zu klein gewählt, können die Objektive nicht mehr in einem für die Fokussierung notwendigen Abstand montiert werden. Wenn die Strukturen zu klein sind, wird eine kontraststarke Projektion schwieriger. Dadurch verstärkt sich das Rauschen der berechneten Phasenwerte, wodurch die Höhenwerte wiederum ungenau werden. Des Weiteren ist die Periodenlänge nach unten durch die Geschwindigkeit der Kamera begrenzt. Zusätzlich nimmt der Messbereich in Z-Richtung mit kleiner werdender Periodenlänge ab.Another limitation of the angle results from the spatial positioning of lenses of projection unit 12 and camera 24 , If the angle is too small, the lenses can no longer be mounted in a distance necessary for the focusing. If the structures are too small, a high-contrast projection becomes more difficult. This increases the noise of the calculated phase values, making the altitude values inaccurate again. Furthermore, the period length down is limited by the speed of the camera. In addition, the measuring range in the Z direction decreases with decreasing period length.

Für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde ein Triangulationswinkel von 30° und eine Periodenlänge von etwa 1,6 mm gewählt. Die Triangulationswellenlänge ergibt sich dadurch zu 2,77 mm. Die Erfindung hat erkannt, dass mit etwa 0,8 mm Periodenlänge das Rauschen groß ist und die Höhenwerte dadurch unbrauchbar werden. Mit einer Periodenlänge von 3,2 mm wird das Ergebnis zwar deutlich rauschärmer, jedoch verringert sich auch die Auflösung der Z-Werte auf 22 µm. Es ist daher für die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Periodenlänge von etwa 1,6 mm bevorzugt.For the embodiments described above, a triangulation angle of 30 ° and a period length of about 1.6 mm was chosen. The triangulation wavelength is thus 2.77 mm. The invention has recognized that with about 0.8 mm period length, the noise is large and the height values are thus unusable. With a period length of 3.2 mm, the result is significantly lower in noise, but the resolution of the Z values is reduced to 22 μm. It is therefore preferred for the embodiments described above, a period length of about 1.6 mm.

Die Auflösung der Z-Richtung hängt bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von drei Faktoren ab: Der Auflösung des Phasenwinkels, der Periodenlänge und von dem Triangulationswinkel. Die Höhe lässt sich über den Phasenwinkel wie folgt berechnen: $$z=\frac{\phi }{2\pi }\cdot {\lambda }_T$$

mit der Triangulationswellenlänge: $${\lambda }_T=\frac{p}{tan\left(\alpha \right)}$$

The resolution of the Z-direction in the embodiments described above depends on three factors: the resolution of the phase angle, the period length and the triangulation angle. The height can be calculated via the phase angle as follows: $$z=\frac{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\phi "\; filenames="DE102017129737A1\_0016.png,DE102017129737A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">\phi </figure-callout>}}{2\pi }\cdot {\lambda }_T$$

with the triangulation wavelength: $${\lambda }_T=\frac{p}{tan\left(\alpha \right)}$$

Die Bittiefe der aufgenommen Bilder beträgt 8 Bit. Daher hat auch die daraus berechnete Phase eine Auflösung von 8 Bit. Die Auflösung der Z-Richtung berechnet sich für eine Periodenlänge von 1,6 mm mit $\mathrm{\Delta }{z}_{min}=\frac{1}{256}\cdot {\lambda }_T=\mathrm{10,8}\mu m.$

The bit depth of the pictures taken is 8 bits. Therefore, the calculated phase has a resolution of 8 bits. The resolution of the Z-direction is calculated for a period length of 1.6 mm $\mathrm{\Delta }{z}_{min}=\frac{1}{256}\cdot {\lambda }_T=10.8\mu m,$

Die Auflösung in X-Y-Richtung wird durch die Auflösung der aufgenommenen Bilder bestimmt. Wenn eine Auflösung von 20 µm und ein Messbereich von 10 × 10 mm gefordert ist, sollten die Bilder bevorzugt mit mindestens 500 × 500 Pixeln aufgenommen werden.The resolution in X-Y direction is determined by the resolution of the recorded images. If a resolution of 20 microns and a measuring range of 10 × 10 mm is required, the images should preferably be taken with at least 500 × 500 pixels.

Die Auflösung kann weiter verbessert werden, lediglich die Geschwindigkeit des Kamera-Chips wirkt begrenzend. Es werden nach 360° + 90° = 450° Bilder aufgenommen und es wird ein Muster von 1,6 mm Periodenlänge angenommen. Die benötigte Burst-Bildrate berechnet sich dann wie folgt: $$f_{bild}=\frac{v_{Obj}}{p}\cdot \frac{4}{5}=1900\frac{1}{s}$$

The resolution can be further improved, only the speed of the camera chip has a limiting effect. Images are taken after 360 ° + 90 ° = 450 ° and a pattern of 1.6 mm period length is assumed. The required burst frame rate is then calculated as follows: $$f_{bild}=\frac{v_{Obj}}{p}\cdot \frac{4}{5}=1900\frac{1}{s}$$

7 zeigt ausschnittsweise eine Maschine 32 zur Herstellung von stabförmigen Artikeln 4 der tabakverarbeitenden Industrie, mit einer als Trommel 6 ausgebildeteten Fördereinheit zum queraxialen Fördern des stabförmigen Artikels 4 der tabakverarbeitenden Industrie. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde angenommen, dass sich das Objekt linear bewegt. Bei der Ausführungsform der 7 bewegen sich jedoch die Artikel 4 in der Maschine 32 auf der Trommel 6. Die Artikel 4 folgen einer Kreisbahn. Um dies zu kompensieren, werden die Bilder bevorzugt nicht in Y-Richtung verschoben, sondern mittels einer Transformation gedreht. Dies ist in 7 schematisch dargestellt. Die 7 zeigt schematisch und nicht maßstabsgetreu ein Modell zur Berechnung der Drehung, welche durch die Kreisbewegung entsteht. Bei einer Periodenlänge von 1,6 mm und einer Aufnahme nach 450°, beträgt die Strecke s_y = 2 mm. Auf der Trommel 6 befinden sich 30 Artikel 4, die einen Abstand von α = 6 π mm = 18,85 mm (von Mitte zu Mitte) zueinander haben. Der Umfang beträgt 565,5 mm. Der Artikel 4 wird dabei bevorzugt durch einen Unterdruck in Mulden 34 der Trommel 6 gehalten und ragt in Z-Richtung bevorzugt ca. 5 mm (± 2 mm) über die Auflagefläche hinaus. Die Drehung wird mit folgender Formel bestimmt: $$\beta =\frac{S_y}{U}\cdot 360\text{°}=\mathrm{1,27}\text{°}$$

7 shows a detail of a machine 32 for the production of rod-shaped articles 4 the tobacco processing industry, with one as a drum 6 formed conveyor unit for Queraxialen conveying the rod-shaped article 4 the tobacco processing industry. In the embodiments described above, it was assumed that the object moved linearly. In the embodiment of the 7 however, the articles are moving 4 in the machine 32 on the drum 6 , The articles 4 follow a circular path. To compensate for this, the images are preferably not shifted in the Y direction, but rotated by means of a transformation. This is in 7 shown schematically. The 7 shows schematically and not to scale a model for calculating the rotation, which is caused by the circular motion. With a period length of 1.6 mm and a recording after 450 °, the distance s _y = 2 mm. On the drum 6 There are 30 articles 4 , which have a distance of α = 6 π mm = 18.85 mm (from center to center) to each other. The circumference is 565.5 mm. The item 4 is preferred by a negative pressure in wells 34 the drum 6 held and protrudes in the Z direction preferably about 5 mm (± 2 mm) beyond the support surface. The rotation is determined by the following formula: $$\beta =\frac{S_y}{U}\cdot 360\text{°}=1.27\text{°}$$

Wenn keine Korrektur der Drehung vorgenommen wird, würde sich an den äußeren Rändern ein fehlerhafte Verschiebung von rechnerisch 5,7 Pixel ergeben. Das letzte Bild würde am Rand einen Fehler von 17 Pixel haben. Aus diesem Grund werden die Bilder mittels einer Drehung um den Mittelpunkt 36 der Trommel 6 zurück gedreht. Nach der Drehung liegen die zusammengehörigen Objektpunkte der einzelnen Bilder wieder übereinander.If no rotation correction is made, there would be an erroneous shift of 5.7 pixels computationally at the outer edges. The last image would have an error of 17 pixels at the edge. For this reason, the images are rotated by a center around the center 36 the drum 6 turned back. After the rotation, the associated object points of the individual images lie one above the other again.

Da bei so einer Drehung auch die Sinusstreifen gedreht werden, werden diese vorher angepasst, wobei dann, wenn sich die Stirnfläche entlang eines Kreisbogens mit einer Länge b und einem Radius r durch den Messbereich bewegt, zumindest die im Messbereich am weitesten auseinanderliegenden Streifen des streifenförmig strukturierten Musters nicht parallel, sondern in einem Winkel α von etwa α=(b·180°)/(r·Π) zueinander angeordnet sind. Das Sinusmuster wird dazu bevorzugt so verändert, dass die Streifen radial zum Mittelpunkt zeigen, siehe 8. Dadurch besteht an jeder Position zwischen den Bildern eine Phasenverschiebung von 90°. Beim Drehen der Bilder wird das Muster nicht verdreht, da der Drehpunkt der Bilder, und der Punkt auf den die Streifen zulaufen gleich ist. Die 8 zeigt eine insoweit symbolische nicht maßstabsgetreue Darstellung der Sinusmuster bei einer kreisförmigen Bewegung.Since in such a rotation, the sine strips are rotated, these are adjusted in advance, wherein when the end face along a circular arc with a length b and one radius r moved through the measuring range, at least in the measuring range furthest apart strip of the strip pattern pattern not parallel, but at an angle α of about α = (b × 180 °) / (r × Π) are arranged to each other. The sine pattern is preferably changed so that the strips point radially to the center, see 8th , This results in a phase shift of 90 ° at each position between the images. When you rotate the images, the pattern is not twisted because the fulcrum of the images, and the point at which the stripes run, is the same. The 8th shows a so far symbolic not to scale representation of the sine pattern in a circular motion.

Durch die vorgenannte Anpassung des Dias ist die Periodenlänge nicht über das gesamte Bild gleich. Im unteren Bereich ist die Periodenlänge minimal kleiner als im oberen Bereich des Bildes. Die Änderung ist sehr gering und verändert daher die Eigenschaften der Messung nicht wesentlich. Jedoch sollte bevorzugt bei der Umrechnung in Milimeter für jede Zeile eine andere Triangulationswellenlänge verwendet werden.Due to the aforementioned adaptation of the slide, the period length is not the same over the entire image. In the lower area, the period length is minimally smaller than in the upper area of the image. The change is very small and therefore does not significantly alter the properties of the measurement. However, when converting to millimeters, a different triangulation wavelength should preferably be used for each line.

Es ist bevorzugt, dass die aufgenommen Bilder nicht verschwommen sind. Da sich die Stirnfläche 2 bewegt, sollte die Belichtungszeit bevorzugt eine bestimmte Grenze nicht überschreiten. Die Kamera ist daher bevorzugt so eingerichtet, die Bilder mit einer Belichtungszeit von 100 µs aufzunehmen, wobei innerhalb der Belichtungszeit eine blitzartige Beleuchtung zu den entsprechenden Zeitpunkten von 4 µs stattfindet.It is preferable that the captured images are not blurry. As is the face 2 moved, the exposure time should preferably not exceed a certain limit. The camera is therefore preferably set up to take the images with an exposure time of 100 .mu.s, wherein a flash-like illumination takes place within the exposure time at the corresponding times of 4 .mu.s.

Zusammenfassend besteht bei der vorliegenden Erfindung der Algorithmus zum Berechnen der 3D-Informationen des Höhenbildes im Wesentlichen aus folgenden Schritten:

• • Aufnahme der Bilder
• • Verschieben der Bilder um die Bewegung der Stirnfläche
• • Berechnung der Phase mit ${\varphi }_M^{\text{'}}=arctan\left(\frac{{\mathrm{<figure-callout\; id="4"\; label="g"\; filenames="DE102017129737A1\_0016.png,DE102017129737A1\_0017.png"\; state="\{\{state\}\}">g</figure-callout>}}_4-g_2}{g_3-g_1}\right)$
  
• • Subtrahieren der Steigung von der Phase
• • Modulo 2 π rechnen
• • Phase in die Mitte des 2 π-Bereichs verschieben
• • Modulo 2 π rechnen
• • Umrechnung in Milimeter mittels der Triangulationswellenlänge

In summary, in the present invention, the algorithm for calculating the 3D information of the height image consists essentially of the following steps:

• • Taking pictures
• • Move the images around the movement of the face
• • Calculation of the phase with ${\phi }_M^{\text{'}}=arctan\left(\frac{G_4-G_2}{G_3-G_1}\right)$
  
• • Subtract the slope from the phase
• • Calculate modulo 2 π
• • Move the phase to the middle of the 2 π range
• • Calculate modulo 2 π
• • Conversion in millimeters using the triangulation wavelength

Die 9 zeigt ein unkorrigiertes, von der Kamera 24 erfindungsgemäß erzeugtes Phasenbild.The 9 shows an uncorrected, from the camera 24 According to the invention generated phase image.

Die 10 zeigt ein von der Auswerteeinheit 28 auf der Basis des unkorrigierten Phasenbildes der 9 nach erfindungsgemäßem Abzug der Phasenlage erfindungsgemäß berechnetes Höhenbild.The 10 shows one from the evaluation unit 28 on the basis of the uncorrected phase image of the 9 according to the invention subtraction of the phase angle according to the invention calculated height image.

Der Projektor arbeitet bevorzugt nach dem Scheimpflugprinzip. Durch das Scheimpflugprinzip ist die Fokusebene der Projektion vorteilhaft parallel zur Ausrichtung des Messbereichs, um auf der gesamten Projektionsfläche eine möglichst scharfe Projektion des Streifenmusters zu erreichen. Jedoch wird dann das Streifenmuster durch die Projektion perspektivisch verzerrt. Die Verzerrung kann die Messung beeinflussen und wird daher bevorzugt vorher mittels einer Verzerrung des Streifenmusters auf dem Dia ausgeglichen. Um die verzerrten Dias zu erstellen, wird bevorzugt zunächst die Veränderung des Abbildungsmaßstabes berechnet. Da sowohl das Dia als auch das Objekt bevorzugt schräg zur Projektorachse stehen, wird bevorzugt vorher berechnet, wie sich die Bild- und die Gegenstandsweite ändern. Der Abbildungsmaßstab ändert sich bevorzugt linear von der linken zurrechten Seite. In vertikaler Richtung muss hingegen nichts verändert werden, da die Streifen in der Richtung bevorzugt invariant sind. Es ändert sich daher bevorzugt nur die Periodenlänge. Bevorzugt unter diesen Vorraussetzungen wird eine Vorverzerrung des Streifenmusters berechnet.The projector works preferably according to the Scheimpflug principle. Due to the Scheimpflug principle, the focal plane of the projection is advantageously parallel to the alignment of the measuring area in order to achieve as sharp a projection of the fringe pattern on the entire projection surface. However, the stripe pattern is then perspectively distorted by the projection. The distortion may affect the measurement and is therefore preferably compensated beforehand by means of a distortion of the stripe pattern on the slide. In order to create the distorted slides, the change in the magnification is preferably first calculated. Since both the slide and the object are preferably oblique to the projector axis, it is preferably calculated beforehand how the image and the object width change. The magnification preferably changes linearly from the left to the right side. In the vertical direction, on the other hand, nothing needs to be changed since the stripes in the direction are preferably invariant. It therefore preferably only changes the period length. Preferably, under these conditions, a predistortion of the fringe pattern is calculated.

Das Verfahren kann auch für die optische Prüfung anderer Bereiche von stabförmigen Artikeln, insbesondere der Mantelfläche und/oder von Segmentabständen bei Multifilterproduktionen eingesetzt werden. Auch bahnartige oder folienartige Artikel können mit diesem Verfahren inspiziert werden.The method can also be used for the optical testing of other areas of rod-shaped articles, in particular the lateral surface and / or segment distances in multifilter productions. Also web-like or sheet-like articles can be inspected by this method.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• EP 0634112 B2 [0002]EP 0634112 B2 [0002]
• EP 2679950 B1 [0002]EP 2679950 B1 [0002]
• EP 2677273 B1 [0002, 0007]EP 2677273 B1 [0002, 0007]

Claims (15)

Vorrichtung (8) zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich (10) bewegenden Stirnfläche (2) eines sich queraxial bewegenden, stabförmigen Artikels (4) der tabakverarbeitenden Industrie, wobei die Vorrichtung (8) aufweist: eine Projektionseinheit (12), die eingerichtet ist, um ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes Muster in den Messbereich (10) zu projizieren, eine Kamera (24), die eingerichtet ist, um mindestens drei Bilder, bevorzugt mindestens vier Bilder, des Messbereichs (10) aufzunehmen, während sich die Stirnfläche (2), bevorzugt vollständig, im Messbereich (10) befindet, eine Auswerteeinheit (28), die mit der Kamera (24) verbunden ist und eingerichtet ist, ein Höhenbild der Stirnfläche (2) unter Verwendung der von der Kamera (24) aufgenommenen Bilder zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit (12) eingerichtet ist, das Muster im Wesentlichen unverändert in den Messbereich (10) zu projizieren.Device (8) for non-contact, optical three-dimensional detection of an end face (2) moving through a measuring region (10) of a transversely moving rod-shaped article (4) of the tobacco-processing industry, the device (8) comprising: a projection unit (12) adapted to project a substantially striped pattern into the measurement area (10), a camera (24) arranged to receive at least three images, preferably at least four images, of the measurement area (10) while the end face (2), preferably completely, is located in the measuring area (10), an evaluation unit (28) which is connected to the camera (24) and is set up, a height image of the end face (2) using the camera (24 ), characterized in that the projection unit (12) is arranged to project the pattern essentially unchanged into the measuring area (10) izieren. Vorrichtung (8) nach Anspruch 1, wobei die Projektionseinheit (12) eingerichtet ist, das Muster zumindest so lange im Wesentlichen unverändert in Relation zum Messbereich (10) zu projizieren, solange sich die Stirnfläche (2), bevorzugt vollständig, im Messbereich (10) befindet.Device (8) according to Claim 1 wherein the projection unit (12) is arranged to project the pattern substantially unchanged in relation to the measuring area (10) at least as long as the end face (2), preferably completely, is located in the measuring area (10). Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Stirnfläche (2) mit mindestens 2 m/s, bevorzugt mit mindestens 3,5 m/s, weiter bevorzugt mit mindestens 4 m/s, durch den Messbereich (10) bewegt.Device (8) according to one of the preceding claims, wherein the end face (2) with at least 2 m / s, preferably at least 3.5 m / s, more preferably at least 4 m / s, by the measuring range (10) moves , Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Messbereich (10) einer Fläche von mindestens etwa 0,5 cm², bevorzugt von mindestens etwa 1 cm², weiter bevorzugt von mindestens etwa 4 cm², aufweist, und eine Höhe von mindestens etwa 1 mm, bevorzugt von mindestens etwa 2 mm, weiter bevorzugt von mindestens etwa 5 mm, aufweist.The device (8) of any one of the preceding claims, wherein the measurement area (10) has an area of at least about 0.5 cm ² , preferably at least about 1 cm ² , more preferably at least about 4 cm ² , and a height of at least about 1 mm, preferably at least about 2 mm, more preferably at least about 5 mm. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Muster einen im Wesentlichen sinusförmigen Grauwertverlauf aufweist.Device (8) according to one of the preceding claims, wherein the pattern has a substantially sinusoidal gray value profile. Vorrichtung (8) nach Anspruch 5, wobei der projizierte Sinus des sinusförmigen Grauwertverlaufs eine Periodenlänge von höchstens 10 mm, bevorzugt von höchstens 5 mm, weiter bevorzugt von höchstens 2 mm, noch weiter bevorzugt von höchstens 0,25 mm, aufweist.Device (8) according to Claim 5 wherein the projected sine of the sinusoidal gray value curve has a period length of at most 10 mm, preferably of at most 5 mm, more preferably of at most 2 mm, even more preferably of at most 0.25 mm. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine optische Achse (26) der Kamera (24) oder eine optische Achse (18) der Projektionseinheit (12) im Wesentlichen senkrecht auf eine Querschnittsebene des Messbereichs (10) gerichtet ist.Device (8) according to one of the preceding claims, wherein an optical axis (26) of the camera (24) or an optical axis (18) of the projection unit (12) is directed substantially perpendicular to a cross-sectional plane of the measuring area (10). Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine optische Achse (26) der Kamera (24) und eine optische Achse (18) der Projektionseinheit (12) winklig zueinander mit einer Winkeldifferenz von mehr als 10° angeordnet sind.Device (8) according to one of the preceding claims, wherein an optical axis (26) of the camera (24) and an optical axis (18) of the projection unit (12) are arranged at an angle to each other with an angular difference of more than 10 °. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (28) eingerichtet ist, vor der Berechnung des Höhenbildes eine Kalibrierung durchzuführen.Device (8) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (28) is arranged to perform a calibration prior to the calculation of the height image. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei dann, wenn sich die Stirnfläche (2) entlang eines Kreisbogens mit einer Länge b und einem Radius r durch den Messbereich (10) bewegt, zumindest die im Messbereich (10) am weitesten auseinanderliegenden Streifen des streifenförmig strukturierten Musters nicht parallel, sondern in einem Winkel α von etwa α=(b·180°)/(r·Π) zueinander angeordnet sind.Device (8) according to one of the preceding claims, wherein, when the end face (2) moves along a circular arc with a length b and a radius r through the measuring area (10), at least the strip which is furthest apart in the measuring area (10) of the strip-shaped pattern are not parallel, but at an angle α of about α = (b · 180 °) / (r · Π) are arranged to each other. Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Projektionseinheit (12) aufweist: eine optische Achse (18), eine auf der optischen Achse (18) liegende Lichtquelle (20), ein auf der optischen Achse (18) liegendes, von der Lichtquelle (20) beleuchtetes, das Muster aufweisende im Wesentlichen zweidimensionales Trägermedium (14), ein auf der optischen Achse (18) liegendes Projektorobjektiv (22) zur optischen Abbildung des von dem Trägermedium (14) empfangenen sinusförmigen Streifenmusters in den Messbereich (10), wobei das Trägermedium (14) nicht senkrecht zur optischen Achse (18), sondern in einem Winkel β gegenüber der Senkrechten angeordnet ist, der nach dem Scheimpflugprinzip bestimmt wird und bevorzugt zwischen 20° und 30° liegt.Device (8) according to one of the preceding claims, wherein the projection unit (12) comprises: an optical axis (18), a light source (20) lying on the optical axis (18), an optical axis (18) lying illuminated by the light source (20), patterned substantially two-dimensional support medium (14), a projector objective (22) on the optical axis (18) for optical imaging of the sinusoidal stripe pattern received by the carrier medium (14) into the measuring area (10), wherein the carrier medium (14) is not perpendicular to the optical axis (18), but at an angle β relative to the vertical, which is determined according to the Scheimpflug principle, and preferably between 20 ° and 30 °. Vorrichtung (8) nach Anspruch 10, wobei das Muster eine Vorverzerrung aufweist, die ausgebildet ist, die durch die nicht senkrechte Anordnung des Trägermediums (14) verursachte Verzerrung im Wesentlichen auszugleichen.Device (8) according to Claim 10 wherein the pattern has a predistortion that is configured to substantially equalize the distortion caused by the non-perpendicular arrangement of the carrier medium (14). Vorrichtung (8) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kamera (24) eingerichtet ist, die Bilder mit einer Belichtungszeit von 100 µs aufzunehmen, wobei innerhalb der Belichtungszeit eine blitzartige Beleuchtung von höchstens 10 µs, bevorzugt von höchstens 7 µs, weiter bevorzugt von höchstens 4 µs, stattfindet.Device (8) according to one of the preceding claims, wherein the camera (24) is adapted to take the images with an exposure time of 100 .mu.s, wherein within the exposure time a flash-like illumination of at most 10 .mu.s, preferably at most 7 .mu.s, more preferably from maximum 4 μs, takes place. Maschine zur Herstellung von stabförmigen Artikeln der tabakverarbeitenden Industrie, mit einer Fördereinheit (6) zum queraxialen Fördern eines stabförmigen Artikels (4) der tabakverarbeitenden Industrie, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 12. Machine for the production of rod-shaped articles of the tobacco-processing industry, comprising a conveying unit (6) for conveying a rod-shaped article (4) of the tobacco-processing industry transversely axially, characterized by a device (8) according to one of the Claims 1 to 12 , Verfahren zur berührungslosen, optischen dreidimensionalen Erfassung einer sich durch einen Messbereich (10) bewegenden Stirnfläche (2) eines sich queraxial bewegenden stabförmigen Artikels (4) der tabakverarbeitenden Industrie, mit den Schritten: ein im Wesentlichen streifenförmig strukturiertes Muster wird in den Messbereich (10) projiziert, mindestens drei Bilder des Messbereiches (10) werden aufgenommen, während sich die Stirnfläche (2) durch den Messbereich (10) bewegt, unter Verwendung der aufgenommenen Bilder wird ein Höhenbild der Stirnfläche (2) berechnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster unverändert in den Messbereich (10) projiziert wird, bevorzugt in einem Zeitinterval während der Bildaufnahmen des Messbereichs.Method for non-contact, optical three-dimensional detection of an end face (2) of a cross-axially moving rod-shaped article (4) of the tobacco-processing industry moving through a measuring region (10), comprising the steps of: forming a substantially strip-shaped pattern into the measuring region (10) projecting at least three images of the measuring area (10) are recorded while the end face (2) moves through the measuring area (10), using the recorded images, a height image of the end face (2) is calculated, characterized in that the pattern is unchanged in the measuring range (10) is projected, preferably in a time interval during the image recording of the measuring range.

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