DE19615699C2 - Abtastvorrichtung zur Abtastung der Kontur eines Objekts - Google Patents

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.

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.