DE102020205474A1

DE102020205474A1 - Device for detecting a profile of a surface and method for operating this device

Info

Publication number: DE102020205474A1
Application number: DE102020205474.6A
Authority: DE
Inventors: Marco Rudolph; Julian Beck
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2021-11-04

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen eines Profils einer Oberfläche (11), aufweisend: eine erste Lichtquelle (2a), welche ausgestaltet und angeordnet ist, die Oberfläche insbesondere linienförmig zu Bestrahlen und auf der Oberfläche ein erstes Lichtmuster zu erzeugen, eine von der ersten Lichtquelle beabstandete zweite Lichtquelle (2b), welche ausgestaltet und angeordnet ist, die Oberfläche insbesondere linienförmig zu Bestrahlen und auf der Oberfläche ein zweites Lichtmuster zu erzeugen, eine Kamera (1), welche ausgestaltet und angeordnet ist, das erste und das zweite Lichtmuster zu erfassen und wenigstens ein Bild mit dem ersten und/oder zweiten Lichtmuster bereitzustellen, wobei die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und die Kamera die Ecken eines insbesondere gleichschenkligen Dreiecks bilden, weiter aufweisend eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung, welche mit der Kamera signalverbunden und ausgestaltet ist, das erste und zweite Lichtmuster zu einer Information über das Profil der Oberfläche auszuwerten.Device for detecting a profile of a surface (11), comprising: a first light source (2a) which is designed and arranged to irradiate the surface, in particular linearly, and to generate a first light pattern on the surface, a second light source spaced from the first light source (2b), which is designed and arranged to irradiate the surface in particular linearly and to generate a second light pattern on the surface, a camera (1) which is designed and arranged to capture the first and the second light pattern and at least one image with the first and / or second light pattern, the first light source, the second light source and the camera forming the corners of an in particular isosceles triangle, further comprising an electronic signal processing device, which is signal-connected to the camera and configured to supply the first and second light patterns information about the prof to evaluate the surface.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen eines Profils einer Oberfläche und ein Betriebsverfahren für die Vorrichtung. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einer Gummioberfläche beschrieben, kann vorteilhaft aber auch für andere Oberflächen verwendet werden.The present invention relates to a device for detecting a profile of a surface and an operating method for the device. The invention is described in connection with a rubber surface, but can advantageously also be used for other surfaces.

Aus der EP 0 816 799 A2 ist ein Verfahren zur Beurteilung des Reifenzustands bekannt und eine entsprechende Vorrichtung. Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Beurteilung des Reifenzustands beinhaltet: a) Befestigungsmittel für einen zu prüfenden Reifen, die so angepasst sind, dass sie eine Drehung erlauben; b) eine Strahlungsquelle, die in Bezug auf das Montagemittel angeordnet ist; c) einen Strahlungsdetektor, der in Bezug auf das Montagemittel angeordnet ist; d) eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die mit dem Strahlungsdetektor verbunden ist und eine Strahlungsanalysefunktion in Bezug auf die auf den Detektor einfallende reflektierte Strahlung bereitstellt; und e) wobei die Signalverarbeitungsvorrichtung angepasst ist, um mindestens eine Eigenschaft des Zustands des Reifens unter Bezugnahme auf sein Profil zu bestimmen.From the EP 0 816 799 A2 a method for assessing the tire condition is known and a corresponding device. The proposed apparatus for assessing the condition of a tire includes: a) fastening means for a tire under test adapted to allow rotation; b) a radiation source arranged with respect to the mounting means; c) a radiation detector arranged with respect to the mounting means; d) a signal processing device connected to the radiation detector and providing a radiation analysis function with respect to the reflected radiation incident on the detector; and e) wherein the signal processing device is adapted to determine at least one property of the condition of the tire with reference to its profile.

Der wissenschaftliche Artikel „Average surface roughness evaluation using 3 sourcephotometric stereo technique“ offenbart eine Anordnung mit 3 beabstandeten weißen LEDs.The scientific article "Average surface roughness evaluation using 3 sourcephotometric stereo technique" discloses an arrangement with 3 spaced white LEDs.

Es ist eine Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.It is an object to provide an improved device.

Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung des ersten Aspekts und auch mit dem Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung gelöst (zweiter Aspekt).This object is achieved with the device of the first aspect and also with the method for operating the device (second aspect).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Erfassen eines Profils einer Oberfläche (Oberflächenprofil) ausgestaltet. Die Vorrichtung weist eine erste Lichtquelle und eine davon beabstandete zweite Lichtquelle auf. Die Lichtquellen sind jeweils zum insbesondere linienförmigen Bestrahlen der Oberfläche ausgestaltet. Die erste Lichtquelle kann auf der Oberfläche ein erstes Lichtmuster erzeugen und die zweite Lichtquelle ein zweites Lichtmuster auf derselben Oberfläche. Weiter hat die Vorrichtung eine Kamera, welcher angeordnet und ausgestaltet ist, das erste und zweite Lichtmuster zu erfassen und wenigstens ein Bild mit dem ersten und/oder zweiten Lichtmuster bereitzustellen. Die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und die Kamera bilden die Ecken eines insbesondere gleichschenkligen Dreiecks. Die Vorrichtung beinhaltet eine elektronische Signalverarbeitungseinrichtung, welche mit der Kamera signalverbunden und ausgestaltet ist, das erste Bild und das zweite Bild zu einer Information über das Profil der Oberfläche auszuwerten.The device according to the invention is designed to detect a profile of a surface (surface profile). The device has a first light source and a second light source spaced therefrom. The light sources are each designed to irradiate the surface, in particular in a linear manner. The first light source can generate a first light pattern on the surface and the second light source can generate a second light pattern on the same surface. The device furthermore has a camera which is arranged and configured to record the first and second light patterns and to provide at least one image with the first and / or second light pattern. The first light source, the second light source and the camera form the corners of an isosceles triangle, in particular. The device contains an electronic signal processing device which is signal-connected to the camera and is designed to evaluate the first image and the second image for information about the profile of the surface.

Die Vorrichtung kann das Oberflächenprofil mit verbesserter Auflösung oder innerhalb eines kürzeren Zeitraums erfassen. Die Lichtmuster auf der Oberfläche ermöglichen einen Rückschluss auf den Verlauf des Profils entlang je einer „Schnittebene“. Insbesondere wenn die Kamera zeitgleich beide Lichtmuster erfasst, kann das Oberflächenprofil innerhalb eines kürzeren Zeitraums erfasst werden. Insbesondere wenn die beiden als Linienmuster ausgestalteten Lichtmuster sich auf der Oberfläche schneiden, dann kann die Auflösung verbessert sein. Indem die Kamera und die beiden Lichtquellen die Ecken eines insbesondere gleichschenkligen Dreiecks bilden, können die optischen Achsen der Kamera und der Lichtquellen unterschiedliche Winkel mit der Oberfläche bilden. So kann die Oberfläche bzw. deren Profil quasi aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet werden. Ein insbesondere dreidimensionales Oberflächenprofil kann mit der Vorrichtung besser aufgelöst werden.The device can detect the surface profile with improved resolution or within a shorter period of time. The light patterns on the surface enable conclusions to be drawn about the course of the profile along a "cutting plane". In particular, if the camera records both light patterns at the same time, the surface profile can be recorded within a shorter period of time. In particular, if the two light patterns designed as line patterns intersect on the surface, then the resolution can be improved. Since the camera and the two light sources form the corners of an isosceles triangle, in particular, the optical axes of the camera and the light sources can form different angles with the surface. In this way, the surface or its profile can be viewed from different angles. A particularly three-dimensional surface profile can be better resolved with the device.

Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen erläutert, welche ohne gegenteiligen Hinweis vorteilhaft miteinander kombiniert werden können.Preferred embodiments are explained below, which can be advantageously combined with one another without any indication to the contrary.

Die erste und/oder zweite Lichtquelle kann als Laser ausgestaltet sein. Die erste und zweite Lichtquelle können ausgestaltet sein, die Oberfläche linienförmig zu bestrahlen.The first and / or second light source can be designed as a laser. The first and second light sources can be configured to irradiate the surface linearly.

Die Kamera kann als CCD-Kamera mit einer Sensormatrix ausgestaltet sein.The camera can be designed as a CCD camera with a sensor matrix.

Die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung und die elektronische Steuereinrichtung können einstückig ausgebildet sein, insbesondere mit demselben Mikroprozessor.The electronic signal processing device and the electronic control device can be designed in one piece, in particular with the same microprocessor.

Bei einer Ausführungsform sind das erste Lichtmuster und das zweite Lichtmuster jeweils als Linienmuster ausgestaltet. Die erste und zweite Lichtquelle können ausgestaltet sein, die Oberfläche linienförmig zu bestrahlen. Bei dieser Ausführungsform kann das Oberflächenprofil besser aufgelöst sein/werden.In one embodiment, the first light pattern and the second light pattern are each designed as a line pattern. The first and second light sources can be configured to irradiate the surface linearly. In this embodiment, the surface profile can be better resolved.

Eine weitere Ausführungsform weist eine elektronische Steuereinrichtung auf, welche ausgestaltet ist, die erste und zweite Lichtquelle insbesondere nacheinander zum Bestrahlen der Oberfläche anzusteuern. Die elektronische Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, die Kamera zum aufeinanderfolgenden Bereitstellen eines ersten Bilds mit dem ersten Lichtmuster und eines zweiten Bilds mit dem zweiten Lichtmuster an die Signalverarbeitungseinrichtung anzusteuern bzw. auszulösen. So können die beiden Lichtmuster deutlich voneinander unterschieden werden.Another embodiment has an electronic control device which is designed to control the first and second light sources, in particular one after the other, in order to irradiate the surface. The electronic control device can be configured to control or trigger the camera for successively providing a first image with the first light pattern and a second image with the second light pattern to the signal processing device. In this way, the two light patterns can be clearly distinguished from one another.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die erste Lichtquelle ausgestaltet, linienförmiges Licht einer ersten Wellenlänge abzugeben, und die zweite Lichtquelle ist ausgestaltet, linienförmiges Licht einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen zweiten Wellenlänge abzugeben. Bei dieser Ausführungsform kann ein einzelnes von der Kamera erstelltes Bild beide Lichtmuster wiedergeben. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist wegen der verschiedenen Wellenlängen bzw. Farben in der Lage, das erste vom zweiten Lichtmuster zu unterscheiden. Anstelle der Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlängen können zwei optische Filter, welche für unterschiedliche Wellenlängen durchlässig sind, zwischen der jeweiligen Lichtquelle und der Oberfläche angeordnet sein.In another embodiment, the first light source is designed to emit linear light of a first wavelength, and the second light source is designed to emit linear light of a second wavelength different from the first wavelength. In this embodiment, a single image produced by the camera can reproduce both light patterns. Because of the different wavelengths or colors, the signal processing device is able to distinguish the first from the second light pattern. Instead of the light sources of different wavelengths, two optical filters which are permeable to different wavelengths can be arranged between the respective light source and the surface.

Nach einer anderen Ausführungsform schneiden das erste und das zweite je als Linienmuster ausgestaltete Lichtmuster sich einem ersten Schnittpunkt auf der Oberfläche, und die Kamera, insbesondere deren optische Achse, ist auf diesen ersten Schnittpunkt gerichtet. Bei dieser Ausführungsform kann die Auflösung des Oberflächenprofils verbessert sein.According to another embodiment, the first and the second light pattern, each configured as a line pattern, intersect at a first point of intersection on the surface, and the camera, in particular its optical axis, is directed at this first point of intersection. In this embodiment, the resolution of the surface profile can be improved.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das jeweils als Linienmuster ausgestaltete erste und zweite Lichtmuster auf der Oberfläche voneinander beabstandet sind. Bei einem geringeren Abstand der beiden Linienmuster kann die Auflösung des Oberflächenprofils verbessert sein. Bei einem größeren Abstand kann das Oberflächenprofil innerhalb eines kürzeren Zeitraums erfasst werden.Another embodiment is characterized in that the first and second light patterns, each configured as a line pattern, are spaced apart from one another on the surface. If the distance between the two line patterns is smaller, the resolution of the surface profile can be improved. With a greater distance, the surface profile can be recorded within a shorter period of time.

Entsprechend einer Ausführungsform ist die erste Lichtquelle ausgestaltet und angeordnet, auf einem die Oberfläche aufweisenden unabhängigen Körper ein mit Intensitätsverteilung und/oder Schattenwurf ausgestaltetes erstes Lichtmuster zu erzeugen. Die zweite Lichtquelle ist ausgestaltet und angeordnet, auf dem unabhängigen Körper eine zweite Intensitätsverteilung und/oder Schattenwurf zu erzeugen. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist ausgestaltet, die mit Intensitätsverteilung und/oder Schattenwurf ausgestalteten ersten und zweiten Lichtmuster zu erfassen und zu einer Information über die Flächenrauheit der Oberfläche des unabhängigen Körpers auszuwerten. Dabei können unterschiedliche Oberflächenprofile bzw. Topographien ein unterschiedliches Reflexionsverhalten erzeugen. Die Intensitätsverteilung des Lichts kann proportional zum Lichtvektor und Normalenvektor zur Oberfläche sein.According to one embodiment, the first light source is configured and arranged to generate a first light pattern configured with intensity distribution and / or casting shadows on an independent body having the surface. The second light source is designed and arranged to generate a second intensity distribution and / or shadow on the independent body. The signal processing device is designed to detect the first and second light patterns configured with intensity distribution and / or shadows and to evaluate them for information about the surface roughness of the surface of the independent body. Different surface profiles or topographies can generate different reflection behavior. The intensity distribution of the light can be proportional to the light vector and normal vector to the surface.

Die Flächenrauheit kann als arithmetischer Mittenrauwert Sa ( DIN EN ISO 25178 ), gemittelte Rautiefe Sz oder als eine andere Kennzahl nach DIN EN ISO 25178 , ISO 4287/1 oder nach einer der DIN 4762, 4768, 4771, 4774, 4776 ausgewertet werden. Der eingangs genannte wissenschaftliche Artikel erläutert, wie der arithmetische Mittenrauwert Ra errechnet werden kann.The surface roughness can be expressed as the arithmetic mean roughness value Sa ( DIN EN ISO 25178 ), mean roughness Sz or as another key figure DIN EN ISO 25178 , ISO 4287/1 or after one of the DIN 4762, 4768, 4771, 4774, 4776 be evaluated. The scientific article mentioned at the beginning explains how the arithmetic mean roughness value Ra can be calculated.

Eine andere Ausführungsform weist zudem eine dritte Lichtquelle auf, welche ausgestaltet und angeordnet ist, die Oberfläche insbesondere linienförmig zu Bestrahlen und auf der Oberfläche ein drittes Lichtmuster zu erzeugen, wobei die erste, zweite und dritte Lichtquelle voneinander beabstandet und entlang eines Kreisbogens angeordnet sind. Das als Linienmuster ausgestaltete dritte Lichtmuster kann das ebenfalls als Linienmuster ausgestaltete erste und/oder zweite Lichtmuster schneiden. Die dritte Lichtquelle kann eingerichtet sein, insbesondere linienförmiges Licht einer dritten Wellenlänge abzugeben. Mit dem dritten Lichtmuster bzw. Linienmuster kann die Auflösung des Oberflächenprofils verbessert sein oder das Oberflächenprofil innerhalb eines kürzeren Zeitraums erfasst werden.Another embodiment also has a third light source which is designed and arranged to irradiate the surface in particular linearly and to generate a third light pattern on the surface, the first, second and third light sources being spaced from one another and arranged along an arc of a circle. The third light pattern designed as a line pattern can intersect the first and / or second light pattern, which is also designed as a line pattern. The third light source can be set up to emit, in particular, linear light of a third wavelength. With the third light pattern or line pattern, the resolution of the surface profile can be improved or the surface profile can be recorded within a shorter period of time.

Vorzugsweise ist die Kamera am Ort des Mittelpunkts des Kreisbogens oder auf einer ersten Senkrechten zu einer Ebene des Kreisbogens durch den Mittelpunkt angeordnet. Eine optische Achse der Kamera und die erste Senkrechte können parallel zueinander sein.The camera is preferably arranged at the location of the center point of the circular arc or on a first perpendicular to a plane of the circular arc through the center point. An optical axis of the camera and the first perpendicular can be parallel to one another.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Lichtquellen als LEDs oder Laser ausgebildet. Die Lichtquellen können in einem Ring gehalten sein.In a further embodiment, the light sources are designed as LEDs or lasers. The light sources can be held in a ring.

Eine andere Ausführungsform weist eine Positioniereinrichtung auf, wobei die Lichtquellen und die Kamera an der Positioniereinrichtung montiert sind. Mit dieser Ausführungsform kann das Oberflächenprofil mit größerer Auflösung erfasst werden.Another embodiment has a positioning device, the light sources and the camera being mounted on the positioning device. With this embodiment, the surface profile can be recorded with greater resolution.

Bei einer Ausführungsform kann die Signalverarbeitungseinrichtung ausgestaltet sein, das erste und zweite Lichtmuster zu einer durchschnittlichen Tiefe einer Ausnehmung in der Oberfläche auszuwerten, zu einer maximalen Tiefe der Ausnehmung und/oder zu einer Volumeninformation bezüglich der Ausnehmung.In one embodiment, the signal processing device can be configured to evaluate the first and second light pattern for an average depth of a recess in the surface, for a maximum depth of the recess and / or for volume information relating to the recess.

Die zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein System mit einer der vorgenannten Vorrichtungen und einem Körper mit der Oberfläche, wobei die Oberfläche bzgl. der Vorrichtung so positioniert ist, dass derselbe erste Bereich der Oberfläche von den Lichtquellen linienförmig bestrahlt werden kann. Der erste Bereich kann einen QR code aufweisen. Vorzugsweise erstreckt der QR code sich in die Tiefe des Körpers oder in die Umgebung.The underlying object is also achieved by a system with one of the aforementioned devices and a body with the surface, the surface being positioned with respect to the device in such a way that the same first area of the surface can be irradiated linearly by the light sources. The first area can have a QR code. The QR code preferably extends into the depths of the body or into the surroundings.

Eine der vorgenannten Vorrichtungen kann vorteilhaft zum Erfassen der Flächenrauheit bzw. Rautiefe einer Gummioberfläche, zum Erfassen insbesondere eines Volumens einer Ausnehmung in der Gummioberfläche oder zum Erfassen eines QR codes verwendet werden, der sich in die Gummioberfläche erstreckt. Im Gegensatz zu einer Vorrichtung, welche die Flächenrauheit bzw. Rautiefe der Gummioberfläche oder die Geometrie der Ausnehmung taktil erfasst, wird die zu untersuchende Gummioberfläche mit der Vorrichtung, die berührungslos arbeitet, nicht verformt.One of the aforementioned devices can advantageously be used to detect the surface roughness or roughness depth of a rubber surface, in particular to detect a volume of a recess in the rubber surface or to detect a QR codes can be used that extends into the rubber surface. In contrast to a device which tactilely detects the surface roughness or roughness of the rubber surface or the geometry of the recess, the rubber surface to be examined is not deformed with the device, which works without contact.

Bei dem Körper, der die Oberfläche aufweist, kann es sich um einen Reifen handeln. Dieser Reifen kann zum Runderneuern vorgesehen sein oder ein Luftdruckfühler soll mit dem Reifen verbunden werden. In beiden Fällen soll die Gummioberfläche für eine dauerhaftere stoffschlüssige Verbindung eine vorbestimmte Flächenrauheit aufweisen. Dafür sind die genannten Vorrichtungen und die nachfolgenden Verfahren besonders geeignet.The body that has the surface can be a tire. This tire can be intended for retreading or an air pressure sensor should be connected to the tire. In both cases, the rubber surface should have a predetermined surface roughness for a more permanent material connection. The devices mentioned and the following methods are particularly suitable for this.

Das Verfahren nach dem zweiten Aspekt dient zum Betreiben einer der vorgenannten Vorrichtungen und weist die folgenden Schritte auf:

S 1 insbesondere linienförmiges Bestrahlen der Oberfläche mit der ersten Lichtquelle, vorzugsweise mit Licht der ersten Wellenlänge, und Erzeugen des ersten Lichtmusters auf der Oberfläche,
S2 insbesondere linienförmiges Bestrahlen der Oberfläche mit der zweiten Lichtquelle, vorzugsweise mit Licht der zweiten Wellenlänge, und Erzeugen des zweiten Lichtmusters auf der Oberfläche, vorzugsweise zeitgleich mit Schritt S1,
S3 Erfassen des ersten und zweiten Lichtmusters mit der Kamera, und Bereitstellen des wenigstens einen Bildes mit dem ersten und/oder zweiten Lichtmuster,
S4 Auswerten des ersten und des zweiten Lichtmusters durch die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung zu der Information über das Profil der Oberfläche.

The method according to the second aspect is used to operate one of the aforementioned devices and has the following steps:

S 1 in particular linear irradiation of the surface with the first light source, preferably with light of the first wavelength, and generating the first light pattern on the surface,
S2 in particular linear irradiation of the surface with the second light source, preferably with light of the second wavelength, and generation of the second light pattern on the surface, preferably at the same time as step S1,
S3 capturing the first and second light pattern with the camera, and providing the at least one image with the first and / or second light pattern,
S4 Evaluation of the first and the second light pattern by the electronic signal processing device for the information about the profile of the surface.

Mit dem Verfahren kann das Oberflächenprofil mit verbesserter Auflösung oder innerhalb eines kürzeren Zeitraums erfassen. Insbesondere wenn die Kamera zeitgleich beide Lichtmusters erfasst, kann das Oberflächenprofil innerhalb eines kürzeren Zeitraums erfasst werden. Insbesondere wenn die beiden als Linienmuster ausgebildeten Lichtmuster sich auf der Oberfläche schneiden, dann kann die Auflösung verbessert sein. Indem die Kamera und die beiden Lichtquellen die Ecken eines insbesondere gleichschenkligen Dreiecks bilden, können die optischen Achsen der Kamera und der Lichtquellen unterschiedliche Winkel mit der Oberfläche bilden. So kann die Oberfläche bzw. deren Profil quasi aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet werden. Ein insbesondere dreidimensionales Oberflächenprofil kann mit dem Verfahren besser aufgelöst werden.With the method, the surface profile can be recorded with improved resolution or within a shorter period of time. In particular, if the camera records both light patterns at the same time, the surface profile can be recorded within a shorter period of time. In particular, if the two light patterns formed as line patterns intersect on the surface, then the resolution can be improved. Since the camera and the two light sources form the corners of an isosceles triangle, in particular, the optical axes of the camera and the light sources can form different angles with the surface. In this way, the surface or its profile can be viewed from different angles. A particularly three-dimensional surface profile can be better resolved with the method.

Wenn die erste und zweite Lichtquelle Licht unterschiedlicher Wellenlängen abgeben, sodass das erste und zweite Lichtmuster sich farblich unterscheiden, dann können die Schritte S1, S2 gleichzeitig durchgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform reicht auch ein einzelnes bzw. erstes Bild aus, welches beide Lichtmuster wiedergibt.If the first and second light sources emit light of different wavelengths so that the first and second light patterns differ in color, then steps S1, S2 can be carried out simultaneously. In this embodiment, a single or first image that reproduces both light patterns is also sufficient.

Vorzugsweise wertet während Schritt S4 die Signalverarbeitungseinrichtung das erste und zweite Lichtmuster zu einer durchschnittlichen Tiefe einer Ausnehmung in der Oberfläche aus, zu einer maximalen Tiefe der Ausnehmung und/oder zu einer Volumeninformation bezüglich der Ausnehmung.During step S4, the signal processing device preferably evaluates the first and second light patterns for an average depth of a recess in the surface, for a maximum depth of the recess and / or for volume information relating to the recess.

Ein anderes bevorzugtes Verfahren weist die Schritte S1, S2 und S4 auf. Anstelle von Schritt S3 werden aber die folgenden Schritte durchgeführt:

S3a Erfassen des ersten Lichtmusters mit der Kamera und Bereitstellen eines ersten Bilds mit dem ersten Lichtmuster, insbesondere vor Schritt S2,
S3b, danach Erfassen des zweiten Lichtmusters mit der Kamera und Bereitstellen eines zweiten Bilds mit dem zweiten Lichtmuster (Schritt S3b), insbesondere nach Schritt S2.

Another preferred method has steps S1, S2 and S4. Instead of step S3, however, the following steps are carried out:

S3a capturing the first light pattern with the camera and providing a first image with the first light pattern, in particular before step S2,
S3b, then capturing the second light pattern with the camera and providing a second image with the second light pattern (step S3b), in particular after step S2.

Bei dieser Ausführungsform können Lichtquellen verwendet werden, welche Licht derselben Wellenlänge abgeben.In this embodiment, light sources can be used which emit light of the same wavelength.

Die beiden vorgenannten Verfahren können vorteilhaft zum Erfassen der Flächenrauheit bzw. Rautiefe einer Gummioberfläche, zum Erfassen einer Ausnehmung in der Gummioberfläche oder zum Erfassen eines QR codes dienen, der sich in die Gummioberfläche erstreckt.The two aforementioned methods can advantageously be used to detect the surface roughness or roughness depth of a rubber surface, to detect a recess in the rubber surface or to detect a QR code that extends into the rubber surface.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens weist die Oberfläche einen stärker aufgerauten ersten Bereich und einen angrenzenden weniger rauen zweiten Bereich auf. Der erste Bereich kann eine Ausnehmung aufweisen. Das Verfahren weist zusätzlich die folgenden Schritte auf:

S5 Bestimmen einer gemittelten ersten Flächenrauheit bzw. Rautiefe des ersten Bereichs und einer gemittelten zweiten Flächenrauheit bzw. Rautiefe des zweiten Bereichs mit der elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung,
S6 Bestimmen eines Abstands zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich entlang der optischen Achse der Kamera mit der Signalverarbeitungseinrichtung unter Verwendung der gemittelten ersten und zweiten Flächenrauheit bzw. Rautiefe.

In another embodiment of the method, the surface has a more roughened first area and an adjoining, less rough second area. The first area can have a recess. The procedure also has the following steps:

S5 determining an averaged first surface roughness or surface roughness of the first area and an averaged second surface roughness or surface roughness of the second area with the electronic signal processing device,
S6 determining a distance between the first area and the second area along the optical axis of the camera with the signal processing device using the averaged first and second surface roughness or surface roughness.

Für Schritt S6 können die arithmetischen Mittelwerte der Rautiefen des ersten und zweiten Bereichs verknüpft werden. Bei dem Abstand des Schritts S6 kann es sich um einen Höhenunterschied gemessen entlang eines Normalvektors zu der Oberfläche handeln.For step S6, the arithmetic mean values of the roughness depths of the first and second Area can be linked. The distance of step S6 can be a height difference measured along a normal vector to the surface.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist zusätzlich auf:

S7 relatives Positionieren der Vorrichtung benachbart zu der Oberfläche, insbesondere benachbart zu den ersten und zweiten Bereichen, insbesondere vor Schritt S1.

Another embodiment of the method also has:

S7 relative positioning of the device adjacent to the surface, in particular adjacent to the first and second regions, in particular before step S1.

Während Schritt S7 kann die Vorrichtung insbesondere parallel zu der Oberfläche verlagert werden. Alternativ kann die Oberfläche während Schritt S7 relativ zur ruhenden Vorrichtung bewegt werden. Bevorzugt folgt auf die Schritte S1, S2, S3 der Schritt S7 und anschließend nochmals die Schritte S1, S2, S3. Damit kann die Auflösung des Oberflächenprofils verbessert sein.During step S7, the device can in particular be displaced parallel to the surface. Alternatively, the surface can be moved relative to the stationary device during step S7. Step S7 preferably follows steps S1, S2, S3 and then steps S1, S2, S3 again. The resolution of the surface profile can thus be improved.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung kann der Fachmann den beigefügten Figuren entnehmen.Further details and advantages of the invention can be taken by those skilled in the art from the attached figures.

1 zeigt teilweise schematisch eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels, das unter die Erfindung fällt. Die gezeigte Vorrichtung kann ein Profil einer Oberfläche 11 erfassen. Die Vorrichtung hat mehrere Lichtquellen 2b, 2c, welche ausgestaltet und angeordnet sind, die Oberfläche 11 entlang in 1 gestrichelter Linien insbesondere linienförmig zu bestrahlen und nicht dargestellte Lichtmuster bzw. Linienmuster auf der Oberfläche zu erzeugen. Die Kamera 1 der Vorrichtung ist ausgestaltet und angeordnet, die Lichtmuster im Wesentlichen entlang der ebenfalls gestrichelten Linie zu erfassen. Die gezeigten Lichtquellen und die Kamera bilden die Ecken eines insbesondere gleichschenkligen Dreiecks. Die Kamera 1 ist mit der elektronischen Signalverarbeitungseinrichtung 6 der Vorrichtung signalverbunden und kann dieser das wenigstens eine Bild bereitstellen. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist ausgestaltet, die Lichtmuster zu einer Information über das Profil der Oberfläche auszuwerten. 1 Figure 10 shows, partly schematically, a side view of an embodiment falling under the invention. The device shown can be a profile of a surface 11 capture. The device has several light sources 2 B , 2c , which are designed and arranged, the surface 11 along in 1 To irradiate dashed lines in particular linearly and to generate light patterns or line patterns, not shown, on the surface. The camera 1 of the device is designed and arranged to detect the light pattern essentially along the likewise dashed line. The light sources shown and the camera form the corners of an isosceles triangle, in particular. The camera 1 is with the electronic signal processing device 6th signal connected to the device and can provide this at least one image. The signal processing device is designed to evaluate the light pattern for information about the profile of the surface.

2 zeigt teilweise schematisch eine Draufsicht auf die Vorrichtung der 1. In dieser Ansicht ist eine weitere Lichtquelle 2a der Vorrichtung zu sehen, welche in 1 durch die Kamera 1 verdeckt ist. Die Lichtquellen 2a, 2b, 2c sind entlang eines Kreisbogens K angeordnet. Eine elektronische Steuereinrichtung 4 ist mit den Lichtquellen signalverbunden und kann diese ansteuern. Die Kamera 1 ist in der Mitte des Kreisbogens K angeordnet. 2 FIG. 11 shows a partially schematic plan view of the device of FIG 1 . In this view is another light source 2a of the device to see which in 1 through the camera 1 is covered. The light sources 2a , 2 B , 2c are along an arc of a circle K arranged. An electronic control device 4th is signal-connected to the light sources and can control them. The camera 1 is in the middle of the arc K arranged.

3 zeigt teilweise schematisch ein anderes Ausführungsbeispiel. Die gezeigte Vorrichtung weist zusätzlich einen Ring 7 auf, welcher mehrere Lichtquellen 2a, 2b hält. Die Kamera 1 ist im Zentrum des Rings angeordnet. Die der Vorrichtung ebenfalls zugehörige Signalverarbeitungseinrichtung ist nicht gezeigt. 3 shows, partly schematically, another embodiment. The device shown also has a ring 7th on which multiple light sources 2a , 2 B holds. The camera 1 is located in the center of the ring. The signal processing device also associated with the device is not shown.

Die Vorrichtungen der 1-3 können insgesamt acht Lichtquellen aufweisen, welche voneinander insbesondere gleichmäßig entlang des Kreisbogens K beanstandet bzw. angeordnet sind.The devices of the 1-3 can have a total of eight light sources, which are spaced apart from each other in particular uniformly along the circular arc K objected to or ordered.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Lichtquellen (nicht gezeigt) ein Linienmuster 3a, 3b auf der Oberfläche 11 erzeugen. Um den stärker aufgerauten ersten Bereich 13 erstreckt sich angrenzend ein weniger rauer zweiter Bereich 14. Die Linienmusters erstrecken sich in beiden Bereichen. Die stärkere Profilierung der Oberfläche innerhalb des ersten Bereichs ist nicht dargestellt. 4 zeigt auch, dass die Vorrichtung ausgestaltet ist, die Geometrie einer insbesondere quaderförmigen Ausnehmung der Oberfläche zu erfassen. 4th shows an embodiment in which the light sources (not shown) have a line pattern 3a , 3b on the surface 11 produce. Around the more roughened first area 13th Adjacent is a less rough second area 14th . The line patterns extend in both areas. The stronger profiling of the surface within the first area is not shown. 4th also shows that the device is designed to detect the geometry of an in particular cuboid recess in the surface.

Die in den Figuren gezeigten Lichtquellen können ausgestaltet sein, auf der Oberfläche je ein Linienmuster oder je einen Schattenwurf zu erzeugen.The light sources shown in the figures can be designed to produce a line pattern or a shadow each on the surface.

5 zeigt schematisch ein beispielhaftes Oberflächenprofil, die Kamera 1 und eine der Lichtquellen 2a. Die übrigen Lichtquellen des Ausführungsbeispiels sind nicht gezeigt. 5 shows schematically an exemplary surface profile, the camera 1 and one of the light sources 2a . The other light sources of the exemplary embodiment are not shown.

Wenn die Oberfläche von den Lichtquellen (entlang der gestrichelten Linie) bestrahlt wird, dann kann das jeweilige Lichtmuster von der Kamera erfasst werden. Das bestrahlte dreidimensionale Oberflächenprofil erzeugt zu jeder der Lichtquellen, auch abhängig von den Einfallswinkeln (gestrichelte Linie), unterschiedliche Reflexionen und weist unterschiedliches Reflexionsverhalten auf. Die jeweilige Intensitätsverteilung des reflektierten Lichts ist proportional zum Lichtvektor (gestrichelt) und zum Normalenvektor zur Oberfläche. Zusätzlich kann das jeweilige Lichtmuster einen Schattenwurf aufweisen. Die Intensitätsverteilungen und/oder die Schattenwürfe können von der Signalverarbeitungseinrichtung zu der Information über das Profil der Oberfläche ausgewertet werden.When the surface is irradiated by the light sources (along the dashed line), the respective light pattern can be recorded by the camera. The irradiated three-dimensional surface profile generates different reflections for each of the light sources, also depending on the angles of incidence (dashed line), and has different reflection behavior. The respective intensity distribution of the reflected light is proportional to the light vector (dashed) and to the normal vector to the surface. In addition, the respective light pattern can have a shadow cast. The intensity distributions and / or the cast shadows can be evaluated by the signal processing device for the information about the profile of the surface.

Die in den 1-4 gezeigten Vorrichtungen können wie nachfolgend erläutert betrieben werden, insbesondere wenn die Lichtquellen Licht derselben Wellenlänge abgeben:

S1 insbesondere linienförmiges Bestrahlen der Oberfläche 11 mit der ersten Lichtquelle 2a und Erzeugen des ersten Lichtmusters auf der Oberfläche,
S3a Erfassen des ersten Lichtmusters mit der Kamera und Bereitstellen eines ersten Bilds mit dem ersten Lichtmuster,
S2 insbesondere linienförmiges Bestrahlen der Oberfläche mit der zweiten Lichtquelle 2b, und Erzeugen des zweiten Lichtmusters auf der Oberfläche,
S3b Erfassen des zweiten Lichtmusters mit der Kamera und Bereitstellen eines zweiten Bilds mit dem zweiten Lichtmuster
S4 Auswerten des ersten und des zweiten Bilds durch die elektronische Signalverarbeitungseinrichtung zu der Information über das Profil der Oberfläche.

The ones in the 1-4 devices shown can be operated as explained below, especially when the light sources emit light of the same wavelength:

S1 in particular linear irradiation of the surface 11 with the first light source 2a and generating the first light pattern on the surface,
S3a capturing the first light pattern with the camera and providing a first image with the first light pattern,
S2 in particular linear irradiation of the surface with the second light source 2 B , and generating the second light pattern on the surface,
S3b capturing the second light pattern with the camera and providing a second image with the second light pattern
S4 Evaluation of the first and the second image by the electronic signal processing device for the information about the profile of the surface.

Während Schritt S4 kennt die Signalverarbeitungseinrichtung die relativen Positionen der Kamera, der Lichtquellen und der Oberfläche zueinander. Es ist nicht erforderlich, dass die Lichtquellen gleichmäßig entlang des Kreisbogens K beanstandet sind, solange die Signalverarbeitungseinrichtung deren relative Positionen kennt.During step S4, the signal processing device knows the relative positions of the camera, the light sources and the surface to one another. It is not necessary that the light sources be uniform along the circular arc K are objectionable as long as the signal processing device knows their relative positions.

Der Schritt S4 kann konkret folgendermaßen durchgeführt werden: die Kamera nimmt von jedem Beleuchtungsszenario ein Bild auf und verrechnen anschließend die einzelnen Bilder zu einem Bild, welches anstatt Farbwerten die zu jedem Pixel gehörigen Tiefenwerte tragen. Allerdings sind die Tiefenwerte zunächst relativ und nicht metrisch. Um eine metrische Darstellung der Tiefenwerte zu erhalten, müssen der Signalverarbeitungseinrichtung die relativen Positionen der Kamera der Lichtquellen und der Oberfläche bekannt sein. Dabei kann ein Referenzwert zu Berechnung hinzugezogen werden, sodass beispielsweise von einer bekannten Tiefe in der Umgebung auf die Tiefe einzelne Profilelemente geschlossen werden kann. Diese Profilelemente können Codesegmente eines QR codes sein, sodass die Vorrichtung einen in der Oberfläche angeordneten QR code erfassen kann.Step S4 can be carried out specifically as follows: the camera records an image of each lighting scenario and then calculates the individual images to form an image which, instead of color values, has the depth values associated with each pixel. However, the depth values are initially relative and not metric. In order to obtain a metric representation of the depth values, the signal processing device must know the relative positions of the camera, the light sources and the surface. A reference value can be used for the calculation so that, for example, individual profile elements can be inferred from a known depth in the area. These profile elements can be code segments of a QR code so that the device can detect a QR code arranged in the surface.

Sobald die relativen Positionen bzw. Pose (Translation und Rotation) der Kamera zu den Lichtquellen und zur Oberfläche bekannt sind, kann die Flächenrauheit bzw. Rautiefe rechnerisch bestimmt werden. Dazu kann über die Oberflächennormale integriert werden. Eine bekannte Referenz kann die Sicherheit erhöhen bzw. bei einer ungenauen Positionierung helfen.As soon as the relative positions or pose (translation and rotation) of the camera to the light sources and to the surface are known, the surface roughness or roughness depth can be determined mathematically. For this purpose, the surface normal can be integrated. A known reference can increase security or help with imprecise positioning.

Wenn die Lichtquellen Licht unterschiedlicher Wellenlänge abgeben, beispielsweise rot, blau und grün, dann können die Schritte S1, S2 und S3 gleichzeitig durchgeführt werden, sodass das von der Kamera bereitgestellte Bild drei Lichtmuster unterschiedlicher Farbe zeigt. Die Signalverarbeitungseinrichtungen kann die Lichtmuster aufgrund ihrer jeweiligen Farbe voneinander unterscheiden. Bei dieser Alternative des Verfahrens genügt ein einziges Bild von der Kamera.If the light sources emit light of different wavelengths, for example red, blue and green, then steps S1, S2 and S3 can be carried out simultaneously so that the image provided by the camera shows three light patterns of different colors. The signal processing devices can distinguish the light patterns from one another on the basis of their respective color. With this alternative of the method, a single image from the camera is sufficient.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Kameracamera
2, 2a, 2b, 2c2, 2a, 2b, 2c: LichtquelleLight source
3a, 3b3a, 3b: Lichtmuster als LinienmusterLight pattern as a line pattern
44th: elektronische Steuereinrichtungelectronic control device
55: PositioniereinrichtungPositioning device
66th: elektronische Signalverarbeitungseinrichtungelectronic signal processing device
77th: Ring mit LichtquellenRing with light sources
1111: Oberfläche eines unabhängigen KörpersSurface of an independent body
1212th: QR code an der Oberfläche des unabhängigen KörpersQR code on the surface of the independent body
1313th: stärker aufgerauter erster Bereich der Oberflächestronger roughened first area of the surface
1414th: weniger rauer zweiter Bereich der Oberflächeless rough second area of the surface
KK: KreisbogenCircular arc
RR.: Rotationsachse des unabhängigen KörpersAxis of rotation of the independent body
rr: Radius ausgehend von der Rotationsachse RRadius based on the axis of rotation R.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 0816799 A2 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

DIN EN ISO 25178 [0018]
ISO 4287/1 [0018]
DIN 4762, 4768, 4771, 4774, 4776 [0018]

Claims

Device for detecting a profile of a surface (11), comprising: a first light source (2a) which is designed and arranged to irradiate the surface in particular linearly and to generate a first light pattern on the surface, a second light source (2b) at a distance from the first light source, which is designed and arranged to irradiate the surface in particular linearly and to generate a second light pattern on the surface, a camera (1) which is designed and arranged to capture the first and the second light pattern and to provide at least one image with the first and / or second light pattern, wherein the first light source, the second light source and the camera form the corners of an in particular isosceles triangle, further comprising an electronic signal processing device which is signal-connected to the camera and is designed to evaluate the first and second light pattern for information about the profile of the surface.

Device according to Claim 1 , characterized in that the first light pattern and the second light pattern are each line pattern.

Device according to one of the preceding claims, characterized by an electronic control device (4) which is designed to control the first light source and the second light source, in particular one after the other, for irradiating the surface.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first light source is designed to emit linear light of a first wavelength, the second light source being designed to emit linear light of a second wavelength different from the first wavelength.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second light pattern are designed as line patterns which intersect at a first point of intersection, the camera, in particular its optical axis, being directed at this first point of intersection.

Device according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the first and the second light pattern are designed as line patterns which are spaced from one another on the surface.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first light source is designed and arranged to generate a first intensity distribution on an independent body having the surface, the second light source being designed and arranged to generate a second intensity distribution on the independent body , wherein the signal processing device is designed to detect these first and second intensity distributions and to evaluate them for information about the surface roughness of the surface of the independent body.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a third light source (2c) which is designed and arranged to irradiate the surface in particular linearly and to generate a third light pattern or line pattern on the surface, the first, second and third light sources from each other are spaced apart and arranged along an arc, wherein the third light pattern formed as a line pattern can intersect the first and / or the second light pattern also designed as a line pattern.

Device according to Claim 8 , characterized in that the camera is arranged at the location of the center of the circular arc or is arranged on a first perpendicular to a plane of the circular arc through the center, preferably wherein an optical axis of the camera and the first perpendicular are parallel to each other.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light sources are designed as LEDs or lasers, the light sources being held in a ring.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a positioning device (5), the light sources and the camera being mounted on the positioning device.

System with a device according to one of the preceding claims and a body with the surface (11), characterized in that the surface is positioned such that the same first area of the surface can be irradiated by the light sources, in particular linearly, preferably with a QR code ( 12) extends out of the area of the surface, in particular extends into the depth of the body.

Use of a device according to one of the preceding claims for detecting the surface roughness or roughness depth of a rubber surface, for detecting a recess in the rubber surface or for detecting a QR code which extends into the rubber surface.

A method for operating one of the aforementioned devices, comprising the steps: S1 in particular linear irradiation of the surface (11) with the first light source (2a), preferably with light of the first wavelength, and generating the first light pattern on the surface, S2 in particular linear irradiation of the Surface with the second light source (2b), preferably with light of the second wavelength, and generating the second light pattern on the surface, preferably at the same time as steps S1, S3 Detecting the first and second light pattern with the camera (1), and providing the at least one Image, with the first and / or second light pattern, S4 evaluation of the first and the second image by the electronic signal processing device for the information about the profile of the surface.

Procedure according to Claim 14 , the following steps being carried out instead of step S3: S3a capturing the first light pattern with the camera and providing a first image with the first light pattern, in particular before step S2, S3b capturing the second light pattern with the camera and providing a second image with the second light pattern, in particular after step S2.

Procedure according to Claim 14 or 15th , wherein the surface (11) has a more roughened first area (13) and an adjoining, less rough second area (14), the method further comprising: S5 determining an averaged first surface roughness or surface roughness of the first area and an averaged second surface roughness or surface roughness Surface roughness of the second area with the electronic signal processing device, S6 determining a distance between the first area and the second area along the optical axis of the camera with the signal processing device using the averaged first and second surface roughness or surface roughness.

Method according to one of the Claims 14 - 16 , further comprising the step S7 relative positioning of the device adjacent to the surface, in particular adjacent to the first and second regions, in particular before step S 1.