DE19615699C2 - Abtastvorrichtung zur Abtastung der Kontur eines Objekts - Google Patents
Abtastvorrichtung zur Abtastung der Kontur eines ObjektsInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abtast
vorrichtung zur Abtastung und Erfassung der Kontur eines
Objekts, welche die dreidimensionale Abtastung und Darstel
lung eines Objekts ermöglicht (3D-Scanner mit CCD-Zeilenmo
dulen).
Es sind Abtastvorrichtungen bekannt, bei welchen zwei
als Laser ausgebildete Lichtquellen und eine mittig zwi
schen den Lichtquellen positionierte Kamera in einer Gera
den vor einem abzutastenden Objekt angeordnet sind. Die
Lichtquellen sind derart aufeinander zu geneigt, daß die
die von den Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen einen
Schnittpunkt bilden, welcher bezüglich der zwei Lichtquel
len den Scheitel eines gleichschenkligen Dreiecks bildet.
Die im wesentlichen aus den zwei Lichtquellen und der Kamera
bestehende Abtastvorrichtung wird solange auf das Objekt zu
oder von ihm weg bewegt, bis von der Kamera in Verbindung
mit einer Auswerteschaltung erfaßt wird, daß der Schnitt
punkt der von den zwei Lichtquellen ausgesandten Licht
strahlen an der Oberfläche des Objekts befindlich ist. Aus
dem Abstand zwischen der Kamera und dem jeweiligen Punkt
auf der Oberfläche des Objektes, an welchem sich die von
den zwei Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen schneiden,
ergibt sich eine erste Koordinate eines Punktes einer Kon
tur des Objekts. Die weiteren Koordinaten werden durch die
Höhe der Abtastvorrichtung sowie ihre Position bezüglich
des Umfangs des Objekts bestimmt. Um eine vertikale Kontur
des Körpers abzutasten bzw. aufzunehmen, muß die oben dar
gestellte punktuelle Abtastung eine Vielzahl von Malen in
Vertikalrichtung wiederholt werden. Soll schließlich eine
Mehrzahl von Konturen im Hinblick auf eine räumliche Dar
stellung des Objekts abgetastet werden, so ist die oben
dargestellte vertikale Abtastung eine Vielzahl von Malen um
den Umfang des Objekts herum zu wiederholen.
Entsprechend einer Variante der oben dargestellten Ab
tastvorrichtung werden bezüglich einer punktuellen Abta
stung beide Lichtquellen in gleichem Maße aufeinander zu
bzw. voneinander weg gedreht, bis sich der Schnittpunkt der
von den zwei Lichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen an der
Oberfläche des Objekts befindet. In diesem Fall ergibt sich
die erste Koordinate eines Punktes einer zu erfassenden
Kontur des Objektes aus der jeweiligen Stellung der zwei
Lichtquellen zueinander.
Des weiteren sind Abtastvorrichtungen bekannt, bei wel
chen von einer als Laser ausgebildeten Lichtquelle ausge
sandte Lichtstrahlen auf ein abzutastendes Objekt gerichtet
und mit von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen überla
gert werden. Es ergibt sich hier die erste Koordinate eines
Punktes einer zu erfassenden Kontur des Objektes aus der
Interferenz der sich überlagernden, gegeneinanderlaufenden
Lichtstrahlen.
Bei den oben erwähnten Abtastvorrichtungen werden je
weils einzelne Punkte einer Kontur des Objekts aufwendig
erfaßt; zur Abtastung einer vertikalen Kontur oder einer
Mehrzahl von Konturen im Hinblick auf eine räumliche Dar
stellung des Objekts wird Vielzahl von einzelnen Abtastun
gen erfordert.
Die Druckschrift US 4,709,156 betrifft eine Vorrichtung
zur Abtastung der gekrümmten Oberfläche eines Gegenstands.
Die Vorrichtung weist eine Lichtquelle, eine erste Ablenk
einrichtung, welche die von der Lichtquelle ausgesandten
Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Gegenstands punktför
mig projiziert und das Objekt geradlinig abtastet, eine
Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf
die Oberfläche des Gegenstands projizierten Lichtstrahlen,
eine zweite Ablenkeinrichtung, welche die von der Oberflä
che des Gegenstands reflektierten Lichtstrahlen in eine
Ebene ablenkt, und eine Bildaufnahmeeinrichtung zur Aufnah
me der von der Oberfläche des Gegenstands reflektierten und
jeweils in die Ebene abgelenkten Lichtstrahlen auf. Da der
Gegenstand nicht bewegt wird, kann lediglich die der Bild
aufnahmeeinrichtung zugewandte Seite des Gegenstands abge
tastet werden. Des weiteren führen auf der gekrümmten Ober
fläche des Gegenstands befindliche Vorsprünge, die sich in
den Strahlengang des reflektierten Lichtstrahls erstrecken
zur Abschattung der abzutastenden Oberflächenbereiche und
verändern die Erfassung der entsprechenden Bereiche.
Aus der DE 43 01 538 A1 ist eine Abtastvorrichtung mit
drehbeweglich angeordnetem Objektträger mit zwei Bildauf
nahmeeinrichtungen bekannt. Für jede Bildaufnahmeeinrich
tung ist eine eigene Lichtquelle vorgesehen, die jeweils
einen Lichtstreifen projiziert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abtast
vorrichtung zur Abtastung und Erfassung der Kontur eines
Objekts verschiedener Ansichtsseiten zu schaffen, welche
eine verbesserte räumliche Darstellung des abzutastenden Ob
jekts ermöglicht und insbesondere die Gefahr von anord
nungsbedingten nichterfassbaren Konturen des Objekts redu
ziert.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Abtastvor
richtung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung enthält eine Abtast
vorrichtung zur Abtastung und Erfassung einer Kontur eines
Objekts eine Lichtquelle, eine erste Ablenkeinrichtung,
welche die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen
auf die Oberfläche des Objekts punktförmig projiziert und
das Objekt geradlinig abtastet, eine Einrichtung zur Be
stimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche
projizierten Lichtstrahlen, zwei zweite Ablenkeinrichtun
gen, welche die von der Oberfläche des Objekts reflektierte
Lichtstrahlen jeweils in eine Ebene ablenken, einen drehbe
weglich angeordneten Objektträger zur Aufnahme des abzuta
stenden Objekts, der an einen Motor und eine Objektträger
positionsbestimmungseinrichtung gekoppelt ist, und zwei
Bildaufnahmeeinrichtungen zur Aufnahme der von der Oberflä
che des Objekts reflektierten und jeweils in die eine Ebene
abgelenkten Lichtstrahlen.
Das abzutastende Objekt wird von dem Objektträger auf
genommen und gehalten, wodurch dem Objekt eine bestimmte,
nicht verrückbare Position zugeordnet wird.
Der Objektträger ist vorzugsweise drehbeweglich ange
ordnet. Dadurch können auf einfache Weise nacheinander ver
schiedene Konturen des Objekts abgetastet werden.
Der an den Objektträger gekoppelte Motor ermöglicht
bzw. erleichtert auf einfache Weise die Abtastung verschie
dener Konturen des Objekts und insbesondere die Abtastung
des gesamten Objekts, d. h. die Abtastung des Objekt von al
len Seiten.
Zur Durchführung nacheinander erfolgender linienförmi
ger Abtastungen der jeweiligen Konturen des Objekts ist der
Objektträger an die Objektträgerpositionsbestimmungs
einrichtung gekoppelt, wodurch stets die Position des Ob
jektträgers und damit auch die Position des abzutastenden
Objekts bekannt ist und die linienförmige Abtastung des Ob
jekts an definierten Positionen durchgeführt werden kann.
Das Vorsehen von zwei Bildaufnahmeeinrichtungen, welche
einander bezüglich der Ebene der auf das Objekt einfallen
den Lichtstrahlen spiegelsymmetrisch gegenüberliegen können
und auf das Objekt gerichtet angeordnet sind, reduziert die
Gefahr von anordnungsbedingten nicht erfaßten bzw. erfaßba
ren Konturen des Objekts.
Die Lichtquelle ist vorzugsweise als Laser ausgebildet,
welcher für die Abtastvorrichtung geeignete im wesentlichen
kohärente Lichtstrahlen erzeugt. Die Lichtstrahlen sind da
bei ohne Vorsehen von aufwendigen Linsen- oder Reflexions
systemen zu einem Paket gebündelt, so daß bei einem Auf
treffen der Lichtstrahlen auf einen lichtundurchlässigen
Körper ein punktförmiger Lichtfleck gebildet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ab
lenkeinrichtung als drehbeweglich angeordnete Halterung der
Lichtquelle ausgebildet. Durch Koppelung der Halterung an
einen Motor können bei entsprechender Ausrichtung der
Lichtquelle und Ansteuerung des Motors die von der Licht
quelle ausgesandten Lichtstrahlen auf das Objekt geworfen
werden und es geeignet abtasten und überstreichen.
Die erste Ablenkungseinrichtung kann ebenso als drehbe
weglich angeordneter Spiegel vorgesehen sein, welcher an
den Motor gekoppelt ist. Durch entsprechende Drehung oder
Rotation des Spiegels mittels des Motors werden die von der
Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen vorzugsweise von
oben nach unten und/oder umgekehrt geradlinig auf die Ober
fläche des abzutastenden Objekts geworfen, wodurch auf ein
fache Weise auf der Oberfläche des Objekts von der Licht
quelle aus betrachtet eine gerade, vorzugsweise senkrechte
Linie gebildet ist.
Anstelle des Spiegels kann die erste Ablenkungseinrich
tung des weiteren durch ein optisches Linsensystem gebildet
werden, welches drehbeweglich angeordnet und an den Motor
gekoppelt ist.
Die zweiten Ablenkeinrichtungen weisen vorzugsweise zy
linderförmige Glasstäbe auf, welche aus allen Richtungen
auf den Mantel einfallende Lichtstrahlen in eine einzige
Ebene ablenken.
Im Strahlengang vor den Bildaufnahmeeinrichtungen ange
ordnete Objektive dienen der Abbildung der von dem Objekt
reflektierten Lichtstrahlen auf den Bildaufnahmeeinrichtun
gen.
Um eine scharfe Abbildung jedes Punktes des abgetaste
ten Objekts auf den Bildaufnahmeeinrichtungen zu erzielen,
sind die Längsachsen der Glasstäbe und/oder die Durchdrin
gungs- bzw. Haupterstreckungsebenen, d. h. die Ebenen senk
recht zur Richtung des jeweiligen Strahlengangs, der Objek
tive und der Bildaufnahmeeinrichtungen schräg zueinander
angeordnet.
Die Bildaufnahmeeinrichtungen sind vorzugsweise als la
dungsgekoppelte Bauelemente (CCD-Zeilenmodule) ausgebildet,
welche in einer Reihe angeordnete lichtempfindliche Elemen
te aufweisen.
Ein im Strahlengang zwischen dem abzutastenden Objekt
und den Bildaufnahmeeinrichtungen vorzugsweise jeweils vor
gesehenes optisches Filter, welches lediglich Licht der
Wellenlängen des von der Lichtquelle erzeugten Lichts
durchläßt, schirmt die Bildaufnahmeeinrichtungen vor Stör
strahlung ab.
Zum abgestimmten Betrieb der Komponenten der Abtastvor
richtung ist eine erste Steuereinrichtung vorgesehen, wel
che vorzugsweise als Mikrokontroller ausgebildet ist. Die
erste Steuereinrichtung weist Mittel zum Ansteuern der
Lichtquelle, Mittel zum Ansteuern des an die erste Ablenk
einrichtung gekoppelten Motors, Mittel zum Ansteuern der
Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der auf die Ober
fläche des Objekts projizierten Lichtstrahlen, Mittel zum
Ansteuern des an den Objektträger gekoppelten Motors und
Mittel zum Auslesen der Bildaufnahmeeinrichtungen auf. Die
Ansteuerung der jeweiligen Komponenten erfolgt aufeinander
abgestimmt.
Die erste Steuereinrichtung überträgt die von den Bild
aufnahmeeinrichtungen erlangten Daten entsprechend der Kon
tur bzw. den Konturen des abgetasteten Objekts auf eine
zweite Steuereinrichtung, welche vorzugsweise als handels
üblicher Computer ausgebildet ist, welchem das nötige Ab
laufprogramm über eine Diskette einzugeben ist. Die zweite
Steuereinrichtung weist einerseits Mittel zum Ansteuern der
ersten Steuereinrichtung und andererseits Mittel zur Auf
nahme von Daten von der ersten Steuereinrichtung und zur
Umwandlung der Daten von der ersten Steuereinrichtung in
Daten zur Darstellung mindestens einer Kontur bzw. zur
räumlichen Darstellung des Objektes oder Teilen davon auf.
Da die zweite Steuereinrichtung getrennt von den übrigen
Komponenten der Abtastvorrichtung angeordnet werden kann,
wird die Größe der Abtastvorrichtung reduziert.
Da die erste und/oder zweite Steuereinrichtung Mittel
zum Speichern der aus den Bildaufnahmeeinrichtungen
ausgelesenen Daten sowie von Daten entsprechend der
Richtung der auf die Oberfläche des Objekts projizierten
Lichtstrahlen aufweist, können die Daten eines abgetasteten
Objekts zu einem späteren Zeitpunkt ohne erneute Abtastung
des Objekts für eine erneute bzw. andere Darstellung des
Objekts - insbesondere für perspektivisch unterschiedliche
räumliche Darstellungen des Objekts sowie Details davon -
abgerufen werden.
Eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein an die
zweite Steuereinrichtung anzuschließender Bildschirm
und/oder Plotter, dient der Darstellung einer Kontur des
Objekts bzw. der räumlichen Darstellung des Objekts oder
eines Teils davon.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be
schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 veranschaulicht die Abtastung des Objekts; und
Fig. 3a, b und c zeigen die Anordnung einer der zwei
zweiten Ablenkeinrichtungen und Bildaufnahmeeinrichtungen
zueinander und veranschaulichen deren Wirkungsweise.
Entsprechend Fig. 1 ist ein abzutastendes Objekt 40 auf
einen Drehteller 20 gestellt. Eine (nicht dargestellte)
Halterung an dem Drehteller sorgt für einen stabilen Halt
des Objekts. Ein in einer anderen (nicht dargestellten)
Halterung aufgenommener Laser 12, welcher im wesentlichen
kohärente Lichtstrahlen erzeugt, ist über einen Schnecken
trieb 32 an einen Schrittmotor 16 gekoppelt und auf das Ob
jekt gerichtet. Die Achse des Schrittmotors 16 ist mit ei
nem (nicht dargestellten) Positionsgeber, der im folgenden
als erster Positionsgeber bezeichnet wird, versehen. Die
jeweilige (vorzugsweise vertikale) Strahlungsrichtung des
Lasers wird anhand von Markierungen an dem ersten Positi
onsgeber oder Signalen von dem ersten Positionsgeber von
einem (nicht dargestellten) Sensor, der im folgenden als
erster Sensor bezeichnet wird, erfaßt. Der erste Positions
geber und der erste Sensor bilden im wesentlichen eine Ein
richtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf
die Oberfläche des Objekts projizierten bzw. geworfenen
Lichtstrahlen. Zur Aufnahme von Lichtstrahlen, welche von
dem Laser ausgesandt, auf die Oberfläche des Objekts gewor
fen und von der Oberfläche des Objekts reflektiert werden,
sind an beiden Seiten des Lasers im wesentlichen in glei
chen Abständen bzw. bezüglich der Ebene der auf das Objekt
gerichteten Lichtstrahlen im wesentlichen in gleichen Win
keln jeweils eine Kamera 18 in Form eines CCD-Zeilenmoduls
angeordnet. Ein CCD-Zeilenmodul besitzt gegenüber einer
zweidimensionalen CCD-Kamera ein größeres Auflösungsvermö
gen und ist wesentlich kostengünstiger. Die Kamera 18 ist
als Schwarzweiß- oder als Farbkamera ausgebildet. Im Strah
lengang zwischen dem abzutastenden Objekt und den Kameras
ist jeweils eine zweite Ablenkeinrichtung 30, welche als
zylinderförmiger Glasstab ausgebildet ist, und ein Objektiv
34 vorgesehen. Die Querschnittsfläche des Glasstabs kann
kreis- oder linsenförmig sein; des weiteren kann der Mantel
des Glasstabs verspiegelt sein. Der Drehteller ist über ei
nen Schneckentrieb 24 an einen Schrittmotor 22 gekoppelt.
Der Drehteller ist des weiteren mit einem (nicht darge
stellten) Positionsgeber, der im folgenden als zweiter Po
sitionsgeber bezeichnet wird, versehen. Die jeweilige Posi
tion des Drehtellers wird anhand von Markierungen an dem
zweiten Positionsgeber oder Signalen von dem zweiten Posi
tionsgeber von einem (nicht dargestellten) Sensor, der im
folgenden als zweiter Sensor bezeichnet wird, erfaßt. Der
zweite Positionsgeber und der zweite Sensor bilden im we
sentlichen die Objektträgerpositionsbestimmungseinrichtung.
Ein Mikrokontroller 26 ist elektrisch mit dem Laser, dem
ersten Sensor und gegebenenfalls mit dem ersten Positions
geber, mit dem Schrittmotor zum Drehen der Laserhalterung,
dem zweiten Sensor und gegebenenfalls mit dem zweiten Posi
tionsgeber, mit dem Schrittmotor zum Antreiben des Drehtel
lers sowie mit den Kameras zu deren Ansteuerung verbunden.
Des weiteren ist der Mikrokontroller elektrisch mit einem
Computer 28 verbunden, welcher wiederum an einen (nicht
dargestellten) Bildschirm und/oder Plotter angeschlossen
ist.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1
bis 3 die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Abtastvor
richtung 10 dargelegt. Zur Vereinfachung der Funktionsweise
wird lediglich der Abtastvorgang bzw. Erfassungsvorgang be
züglich einer der zwei Bildaufnahmeeinrichtungen darge
stellt.
Der Laser bzw. die ihn aufnehmende Halterung ist dreh
beweglich um eine Horizontalachse angeordnet und rotiert
von dem Schrittmotor 16 über den Schneckentrieb 32 ange
trieben um die Horizontalachse. Die von dem Laser ausge
sandten Lichtstrahlen werden punktförmig auf die Oberfläche
des Objekts geworfen und tasten während einer Drehung des
Lasers die Oberfläche und damit die Kontur des Objekts ein
mal in Vertikalrichtung ab.
Der erste Positionsgeber und der erste Sensor wirken
derart zusammen, daß zu jeder Zeit innerhalb des Abtast
zeitraums die vertikale Position der punktförmig auf die
Oberfläche des Objekts geworfenen Lichtstrahlen des Lasers
bestimmt werden kann.
Die von der Oberfläche des Objekts reflektierten Licht
strahlen fallen auf den Glasstab und werden von dem Glas
stab unabhängig von ihrer Einfallsrichtung in eine
(Ausfalls)Ebene parallel zur Achse des Glasstabes abge
lenkt. Des weiteren werden die von der Oberfläche des Ob
jekts reflektierten Lichtstrahlen von dem Glasstab in der
Ausfallsebene in einem bestimmten Winkel zu der Normalen
der Längsachse des Glasstabes abgelenkt, der von der jewei
lig abgetasteten Konturtiefe abhängt.
Die von dem Glasstab abgelenkten Lichtstrahlen durch
dringen eine als Objektiv dienende Linse, welche die Licht
strahlen auf der Kamera abbildet. Da die optimale Abbil
dungsweite in Abhängigkeit der jeweilig abgetasteten Kon
turtiefe verschieden ist, sind die Längsachse des Glasstabs
und/oder die Ebenen des Objektivs und der Kamera, d. h. die
Ebenen senkrecht zur Richtung des Strahlengangs, schräg zu
einander ausgerichtet. Damit ist gewährleistet, daß die Ab
bildungspunkte die größtmögliche Abbildungsschärfe besit
zen.
Die Kamera ist als CCD-Zeilenmodul ausgebildet und
weist eine Reihe von CCD-Bildaufnahmeelementen (CCD, charge
coupled device) auf. Aufgrund der oben dargestellten Posi
tionierung des Glasstabs, des Objektivs und der Kamera zu
einander erfaßt die Kamera die jeweilig abgetastete Kontur
tiefe des Objekts bei der jeweiligen vertikalen Höhe der
auf das Objekt treffenden Lichtstrahlen. Mit anderen Wor
ten, die Konturtiefe des Objekts an einer bestimmten Höhe
entspricht einem Abbildungspunkt auf dem eindimensionalen
CCD-Zeilenmodul. Eine Kenntnis über die vertikale Höhe der
auf das Objekt treffenden Lichtstrahlen bzw. die augen
blickliche Strahlungsrichtung des Lasers wird daher erfor
dert. Die jeweilige vertikale Position der Lichtstrahlen
auf dem Objekt bestimmt der Mikrokontroller mittels des er
sten Positionsgebers und des ersten Sensors.
Zur Vermeidung von Störeinflüssen durch andere Licht
quellen ist direkt vor der Kamera bzw. vor der Linse ein
Filter angeordnet, welches lediglich Licht der Wellenlängen
des Lasers durchläßt.
Die CCD-Bildaufnahmeelemente werden unter Steuerung des
Mikrokontrollers ausgelesen, und es werden die ausgelesenen
Daten einschließlich der Daten entsprechend der jeweiligen
vertikalen Position der Lichtstrahlen auf dem Objekt in ei
nem RAM (random access memory) des Mikrokontrollers bzw.
einem externen Speicher zwischengespeichert und einem Com
puter zur Auswertung bzw. Darstellung übertragen.
Über eine (nicht dargestellte) Eingabeeinrichtung kann
der Abtastvorrichtung eingegeben werden, ob die Abtastung
bzw. die Erfassung lediglich einer einzelnen Kontur oder
einer Mehrzahl von Konturen des Objekt im Hinblick auf eine
räumliche Darstellung gewünscht wird. Dazu wird der Um
fangsabtastbereich in den jeweiligen Grenzen sowie die An
zahl von Abtastlinien eingegeben. Sind beispielsweise die
obere und untere Grenze identisch, so wird auf eine Eingabe
der Anzahl von Abtastlinien gleich eins lediglich eine Kon
tur des Objekts an der durch die Grenze bestimmten Umfangs
position abgetastet, während bei einer Eingabe der Anzahl
von Abtastlinien gleich zehn nacheinander zehn verschiedene
Konturen des Objekts in jeweils gleichen Intervallen begin
nend an der durch die untere Grenze bestimmten Umfangsposi
tion abgetastet werden. Im letztgenannten Fall wird die
durch die untere Grenze bestimmte Kontur lediglich einmal
abgetastet. Das Abtastintervall wird von dem Mikrokontrol
ler anhand der Eingabe der Grenzen des Umfangsabtastbe
reichs und der Anzahl von Abtastlinien bestimmt.
Ist die Abtastung von mehreren Konturen gewünscht, so
steuert der Mikrokontroller den über den Schneckentrieb an
den Drehteller gekoppelten Schrittmotor derart an, daß der
Drehteller eine definierte Position einnimmt, dort während
des Zeitraums der Abtastung der jeweiligen Kontur ver
bleibt, danach die nächste definierte Position einnimmt,
wiederum während des Zeitraums der Abtastung der jeweiligen
Kontur verweilt, usw., bis der gesamte bestimmte Bereich
abgetastet ist. Die jeweilige Position des Drehteller be
stimmt der Mikrokontroller mittels des zweiten Positionsge
bers und des zweiten Sensors. Der Mikrokontroller steuert
darüber hinaus den Laser und den Schrittmotor der ersten
Ablenkeinrichtung derart an, so daß sowohl der Laser als
auch der zugehörige Schrittmotor lediglich während des Ab
tastens der Kontur bzw. der Konturen des Objekts betrieben
werden.
Während der Abtastens der jeweiligen Konturen des Ob
jekts oder im Anschluß daran werden die Daten entsprechend
der Kontur bzw. der Konturen des abgetasteten Objekts dem
Computer übertragen, welcher die ihm übertragenen Daten
zwischenspeichert und sie in Abhängigkeit eines Steuerpro
gramms zur Darstellung auf dem Bildschirm oder einem Plot
ter aufbereitet.
Der Computer steuert den Mikrokontroller an, während
wie oben dargestellt der Mikrokontroller die übrigen Kompo
nenten der Abtastvorrichtung mit Ausnahme des Bildschirms
bzw. des Plotters ansteuert.
Die Eingabeeinrichtung zur Bestimmung des Abtastbe
reichs kann direkt an den Mikrokontroller oder aber über
den Computer an den Mikrokontroller gekoppelt sein. Im
erstgenannten Fall veranlaßt der Mikrokontroller selbstän
dig die Abtastung des bestimmten Bereichs, im letztgenann
ten Fall aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung durch
den Computer.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Er
findung ist der Mikrokontroller derart ausgebildet, daß er
die Daten bezüglich der abgetasteten Kontur bzw. Konturen
des Objekts entsprechend einer gewünschten Darstellung auf
bereitet und dem Computer die aufbereiteten Daten über
trägt.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist die
zweite Ablenkeinrichtung als herkömmliches Linsensystem
ausgebildet.
Im übrigen sei festgestellt, daß die zweite Ablenkein
richtung im Strahlengang vor oder hinter dem Objektiv ange
ordnet sein kann.
Entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform ist
nicht das Objekt um seine Mittelachse, sondern sind Licht
quelle, die Ablenkungseinrichtungen bzw. die Bildaufnahme
einrichtungen um das Objekt herum drehbeweglich angeordnet.
Des weiteren ist es möglich, die Lichtquelle bzw. die Ab
lenkeinrichtungen um ihre eigene Achse derart beweglich an
zuordnen und jeweils auszurichten, daß die gegenüberlie
gende, zugewandte Seite des Objekts linienförmig, vorzugs
weise vertikal, abgetastet wird, wobei die abgetasteten Li
nien parallel zueinander ausgerichtet sind.
Claims (19)
1. Abtastvorrichtung (10) zur Abtastung und Erfassung der
Kontur eines Objekts (40), mit:
einer Lichtquelle (12),
einer ersten Ablenkeinrichtung (16, 32), welche die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Objekts punktförmig projiziert und das Ob jekt geradlinig abtastet,
einer Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche des Objekts projizierten Lichtstrahlen,
zwei zweiten Ablenkeinrichtungen (30), welche die von der Oberfläche des Objekts reflektierten Lichtstrahlen je weils in eine Ebene ablenken,
einem drehbeweglich angeordneten Objektträger (20) zur Aufnahme des abzutastenden Objekts, der an einen Motor (22) und eine Objektträgerpositionsbestimmungseinrichtung gekop pelt ist, und
zwei Bildaufnahmeeinrichtungen (18) zur Aufnahme der von der Oberfläche des Objekts reflektierten und jeweils in die eine Ebene abgelenkten Lichtstrahlen.
einer Lichtquelle (12),
einer ersten Ablenkeinrichtung (16, 32), welche die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen auf die Oberfläche des Objekts punktförmig projiziert und das Ob jekt geradlinig abtastet,
einer Einrichtung zur Bestimmung der Richtung der punktförmig auf die Oberfläche des Objekts projizierten Lichtstrahlen,
zwei zweiten Ablenkeinrichtungen (30), welche die von der Oberfläche des Objekts reflektierten Lichtstrahlen je weils in eine Ebene ablenken,
einem drehbeweglich angeordneten Objektträger (20) zur Aufnahme des abzutastenden Objekts, der an einen Motor (22) und eine Objektträgerpositionsbestimmungseinrichtung gekop pelt ist, und
zwei Bildaufnahmeeinrichtungen (18) zur Aufnahme der von der Oberfläche des Objekts reflektierten und jeweils in die eine Ebene abgelenkten Lichtstrahlen.
2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquelle derart ausgebildet ist, daß
sie im wesentlichen kohärente Lichtstrahlen erzeugt.
3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquelle als Laser ausgebildet ist.
4. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ablenkein
richtungen zylinderförmig ausgebildete Glasstäbe aufweisen.
5. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang vor
den Bildaufnahmeeinrichtungen jeweils Objektive angeordnet
sind, welche die von der Oberfläche des Objekts reflektier
ten Lichtstrahlen auf die Bildaufnahmeeinrichtungen abbil
den.
6. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeeinrichtungen
bezüglich der Längsachsen der jeweiligen Glasstäbe und/oder
der Haupterstreckungsebenen der Objektive schräg ausgerich
tet sind, so daß die von der Oberfläche des Objektivs re
flektierten Lichtstrahlen auf die Bildaufnahmeeinrichtungen
im wesentlichen scharf abgebildet werden.
7. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwi
schen dem abzutastenden Objekt und den Bildaufnahmeein
richtungen optische Filter vorgesehen sind, welche ledig
lich Licht der Wellenlängen des von der Lichtquelle erzeug
ten Lichts durchlassen.
8. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildaufnahmeein
richtungen als einzeilige ladungsgekoppelte Bauelemente
ausgebildet sind.
9. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ablenkeinrichtung
einen drehbeweglich angeordneten Spiegel aufweist.
10. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ablenkeinrichtung
einen drehbeweglich angeordnetes Linsensystem aufweist.
11. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ablenkein
richtung an einen Motor (16) gekoppelt ist.
12. Abtastvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet
durch eine erste Steuervorrichtung (26), welche Mittel zum
Ansteuern des an die erste Ablenkeinrichtung gekoppelten
Motors aufweist.
13. Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die erste Steuervorrichtung Mittel zum An
steuern des an den Objektträger gekoppelten Motors auf
weist.
14. Abtastvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Steuereinrichtung Mittel zum
Auslesen der Bildaufnahmeeinrichtungen aufweist.
15. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
gekennzeichnet durch eine zweite Steuereinrichtung (28),
welche an die erste Steuereinrichtung gekoppelt ist.
16. Abtastvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung Mittel zum An
steuern der ersten Steuereinrichtung aufweist.
17. Abtastvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinrichtung Mittel zur
Aufnahme von Daten von der ersten Steuereinrichtung und zur
Umwandlung der Daten von der ersten Steuereinrichtung in
Daten zur Darstellung mindestens einer Kontur oder zur
räumlichen Darstellung des Objektes oder eines Teils davon
aufweist.
18. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite
Steuereinrichtung Mittel zum Speichern der aus den Bildauf
nahmeeinrichtungen ausgelesenen Daten aufweist.
19. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung zur
Darstellung einer Kontur des Objekts oder zur räumlichen
Darstellung des Objekts oder eines Teils davon.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996115699 DE19615699C2 (de) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Abtastvorrichtung zur Abtastung der Kontur eines Objekts |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996115699 DE19615699C2 (de) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | Abtastvorrichtung zur Abtastung der Kontur eines Objekts |
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---|---|
DE19615699A1 DE19615699A1 (de) | 1997-10-23 |
DE19615699C2 true DE19615699C2 (de) | 1999-09-30 |
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Family Applications (1)
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1996
- 1996-04-19 DE DE1996115699 patent/DE19615699C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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