[發明專利]用于借助電磁射束檢測物體表面的設備和方法

有效

• 申請號: 201910643145.6
• 申請日: 2019-07-16
• 公開（公告）號: CN110726382B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: A.貝切;D.貝克曼
• 申請（專利權）人: 卡爾蔡司工業測量技術有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G01B11/24;G01B11/14
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王蕊瑞

一種用于檢測物體表面的設備和方法。該設備具有：射束產生裝置，其具有至少一個射束源且被配置成使具有第一波長的第一電磁射束和具有第二波長的第二電磁射束照射到物體表面的至少一個待測量的測量點上或照射到物體表面的待測量區域上，待測量區域具有至少一個待測量的測量點，射束產生裝置被配置成在第一波長與第二波長之間的波長范圍中不使射束或不使用于表面檢測的射束照射到物體表面的待測量的測量點上或區域上；檢測裝置，其被配置成針對待測量的測量點或針對這些待測量的測量點分別檢測至少一個第一測量值和至少一個第二測量值，第一測量值基于從物體表面反射的、具有第一波長的射束，第二測量值基于從物體表面反射的、具有第二波長的射束。

技術領域

本發明涉及一種用于借助電磁射束檢測物體表面的設備和方法。尤其，本發明涉及例如借助至少一個激光掃描儀、優選發射具有不同波長的電磁射束的激光線掃描儀來檢測物體表面以用于確定距離信息。

背景技術

已知的是，借助光學傳感器(即非接觸地)檢測例如工業上制造的工件的物體表面。由此可以獲得數據，以便測量物體表面和/或對物體表面成像。典型地，測量包括測量物體表面的深度尺寸(例如所謂的Z維度)和/或通常包括確定物體表面的三維特性。尤其，通過測量可以確定關于物體與光學傳感器之間的距離的信息，并且所獲得的測量值可以以所謂的3D點云的形式被匯總。因此結果是，可以確定物體表面的三維特性(例如其形狀)。尤其可以使用測量值，以便確定測定尺寸以及幾何變量(如直徑或寬度)、將結果與預先規定值進行比較和評估、計算物體的特性(例如品質參數)，和/或以便產生物體的三維圖示。

為了測量物體表面，使用光學傳感器。一種類型的光學傳感器是激光傳感器，這些激光傳感器發射激光射束并且指向物體表面、并且檢測從物體表面反射的射束分量。在此，所發射的射束通常相對于并且沿著物體表面移動，以便非接觸地掃描該物體表面。具有這種激光傳感器的設備還被稱為激光掃描儀。射束與物體之間的相對移動可以通過激光傳感器的移動來實現，這可以自動地、由機器支持地和/或通過手動移動激光傳感器手持儀器來實現。額外地或替代地，可以設置可移動的光學器件，這些光學器件例如借助可移動的反射鏡沿著物體表面引導射束。

激光傳感器或激光掃描儀發射呈激光射束形式的電磁射束，該激光射束通常僅具有唯一限定的波長或唯一限定的波長范圍。入射的射束在物體表面上形成測量區域，該測量區域例如可以是點形的或線形的。測量區域通常包含多個測量點，這些測量點應位于物體表面上并且針對這些測量點分別確定測量值。入射的激光射束從物體表面(或從測量點)反射并且被傳感器的適合的檢測裝置(例如包括相機)檢測。

因此，以本身已知的方式可以確定檢測裝置與物體表面之間的距離(或Z值)作為距離信息。這可以在使用三角測量原理的情況下來實現。在知道例如激光掃描儀的位置、從該位置例如可移動的光學器件的當前位置和/或物體表面上當前測量的測量點的位置(例如在水平的空間平面或X-Y空間平面中)的情況下，可以進一步確定物體表面上測量點的全部3D坐標。通過這種方式總體上確定的關于物體表面的信息可以被匯總為3D數據集或已提到的3D點云。更上位地，例如還可以基于距離信息確定物體表面的深度信息(例如以物體坐標系的方式)。尤其當物體表面通常橫向于射束(該射束入射到物體表面上并且從物體表面反射)的傳播方向延伸時，可以談及深度信息。

借助激光掃描來建立周圍環境的三維模型的一個實例在DE 10 2015 214 857 A1中找到。在這種情況下還產生掃描點(例如測量點)的測量值的離散集合，該離散集合被稱為點云。經測量的點的坐標由角度和相對于原點的距離確定，其中原點可以被看作是激光掃描儀的位置。

然而，利用目前在市場上可供使用的解決方案無法始終實現測量結果的足夠的準確性。這尤其是由于待測量的物體表面在其與測量相關的特性方面可能會顯著變化。尤其當物體表面包括各種材料(例如在塑料基底上的鉻覆層)時，這些特性例如涉及入射的射束的反射率。其他相關的特性是物體表面的形狀和顏色以及各種亮區域和/或暗區域的存在。已證明的是，利用迄今為止可供使用的解決方案無法以足夠的準確性檢測多種可能的待測量的物體表面。

發明內容