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EP-4490468-B1 - MEASURING UNIT AND METHOD FOR OPTICALLY MEASURING OBJECTS

EP4490468B1EP 4490468 B1EP4490468 B1EP 4490468B1EP-4490468-B1

Inventors

  • JÖRCK, Michael
  • SEMSCH, TORSTEN
  • BOTHE, THORSTEN
  • WINTER, Tim

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230331

Claims (19)

  1. Measuring device (1) for optically measuring objects (2), comprising a camera (3) and a laser projection unit (4) having a laser light source (5), wherein the laser projection unit (4) is configured for projecting laser light (L) onto an object (2) to be measured and the camera (3) is configured to record images of the object (2) with the projected laser light (L), characterized in that the measuring device (1) is designed to supply the laser light source (5) with a driver power varying during an exposure time of the camera (3) in each case, in particular varying injection current and/or driver voltage, to increase the bandwidth of the projected laser wavelengths.
  2. Measuring device (1) according to Claim 1, characterized in that the laser light source (5) is a semiconductor laser.
  3. Measuring device (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the laser projection unit (4) is designed to supply the laser light source (5) with a pulse-modulated injection current, a triangular, sawtooth-shaped or sinusoidal injection current profile or with temporally shaped injection current pulses and/or voltage pulses, which have a varying current in in each case one current pulse or a varying voltage in one voltage pulse.
  4. Measuring device (1) according to any of Claims 1 to 3, characterized in that the laser projection unit (4) is designed to supply the laser light source (5) with modulated current pulses and/or voltage pulses having pulse sequences ranging from 10 nanoseconds to 10 microseconds and a duty cycle ranging from 5 to 500.
  5. Measuring device (1) according to any of Claims 1 to 4, characterized in that the laser projection unit (4) is designed to project blue laser light in the wavelength range from 440 to 470 nanometres.
  6. Measuring device (1) according to any of Claims 1 to 5, characterized in that the laser projection unit (4) has a diffractive optical element (DOE), a Powell lens and/or a wavelength-dependent grating, through which laser light generated by the laser light source (5) is guided.
  7. Measuring device (1) according to any of Claims 1 to 6, characterized in that the laser projection unit (4) is a laser line generator, a multi-line generator or a random dot matrix generator.
  8. Measuring device according to any of the preceding claims, characterized in that the laser light source (5) is connected to an optical fibre (8).
  9. Measuring device according to Claim 8, characterized in that the optical fibre (8) is coiled in a loop-shaped manner.
  10. Measuring device according to Claim 8 or 9, characterized in that the exit of the optical fibre (8) is guided onto an optical lens (9) for collimating the laser light (L) and the collimated laser light (L) exiting the optical lens (9) is guided onto a Powell lens (10) for generating a laser line (6).
  11. Method for optically measuring objects (2) by means of projecting laser light onto the object (2) to be measured using a laser projection unit (4) having a laser light source (5), and by means of recording images of the object (2) with the projected laser light (L) using a camera, characterized in that the laser light source (5) is operated during an exposure time of the camera (3) in each case with a varying driver power, in particular a varying injection current and/or a varying driver voltage, to increase the bandwidth of the projected laser wavelengths.
  12. Method according to Claim 11, characterized by operating the laser light source (5) with a pulse-modulated injection current, a triangular, sawtooth-shaped or sinusoidal injection current profile or with temporally shaped injection current pulses and/or voltage pulses, which have a varying current in in each case one current pulse or a varying voltage in one voltage pulse.
  13. Method according to Claim 12, characterized in that the injection current comprises during the exposure time at least one full wave of the injection current profile.
  14. Method according to any of Claims 11 to 13, characterized in that the laser light source (5) is a semiconductor laser.
  15. Method according to any of Claims 11 to 14, characterized by operating the laser light source (5) with modulated current pulses and/or voltage pulses having pulse lengths ranging from 10 nanoseconds to 10 microseconds and a duty cycle ranging from 5 to 500.
  16. Method according to any of Claims 11 to 15, characterized by projecting laser light (L) onto the object (2) to be measured with the laser light source (5) in the wavelength range from 440 to 470 nanometres.
  17. Method according to any of Claims 11 to 16, characterized by coupling the laser light (L) from the laser light source (5) into an optical fibre (8) to mix the input-coupled laser light (L) by multi-reflections in the optical fibre (8) in a manner such that the light leaving the optical fibre (8) has at the light exit of the optical fibre (8) a degree of coherence which is reduced spatially and temporally compared with the input-coupled laser light (L).
  18. Method according to Claim 17, characterized by guiding the laser light (L) in the optical fibre (8) in loops along a path which is curved at least in sections.
  19. Method according to Claim 17 or 18, characterized by collimating the laser light (L) exiting the optical fibre (8) and generating a laser line (6) from the collimated point-type laser light (L) by means of a Powell lens (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur optischen Vermessung von Objekten mit einer Bildaufnahmeeinheit und einer Laserprojektionseinheit, die eine Laserlichtquelle hat, wobei die Laserprojektionseinheit zum Aufprojizieren von Laserlicht auf ein zu vermessendes Objekt und die Bildaufnahmeeinheit zur Bildaufnahme des Objektes mit dem aufprojizierten Laserlicht ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur optischen Vermessung von Objekten mittels Projektion von Laserlicht mit einer Laserprojektionseinheit, die eine Laserlichtquelle hat, auf das zu vermessende Objekt und mittels Bildaufnahme des Objektes mit dem aufprojizierten Laserlicht mit einer Bildaufnahmeeinheit. Insbesondere betrifft die Erfindung eine triangulierende 3D-Messeinheit, die dann aus den aufgenommenen Bildern des Objektes beispielsweise computergestützt mittels einer geeigneten Auswertesoftware die 3D-Koordinaten des Objektes ermittelt. Zur Vermessung von Objekten ist eine triangulierende optische Vermessung mit einer Bildaufnahmeeinheit und mit einem laserbasierten Mustergenerator hinreichend bekannt. DE 10 2010 018 979 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten eines Objektes durch Abtasten der Oberfläche mit einem Linienscanner. Der Linienscanner umfasst einen Projektor mit einer Laserlichtquelle und eine Kamera zur Aufnahme einer von dem Projektor auf der Oberfläche des Objektes erzeugten Projektionslinie. Ebenso zeigt DE 198 55 478 B4 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Erfassung einer Kontrastlinie mit einem Laserscanner. Die Detektion der Kontrastlinie erfolgt dadurch, dass die Intensität des vom Laserscanner emittierten Strahls derart gesteuert wird, dass die Intensität des remittierten Strahls aus dem Detektor des Laserscanners stets einen konstanten Wert annimmt. DE 10 2017 212 371 B4 schlägt zur Abtastung einer Szene durch einen Laserscanner vor, die Oberflächenkoordinaten nacheinander in mehreren Erfassungsprozessen zu erfassen, wobei die Frequenz einer wiederholten Bestrahlung der Szene mit Laserstrahlung und Erfassung der von der Szene reflektierten Strahlung durch den Laserscanner in den aufeinanderfolgenden Erfassungsprozessen unterschiedlich voneinander ist. DE 10 2018 127 221 B4 beschreibt ein Koordinatenmesssystem mit einem Laserlinienscanner und einer Projektionseinheit. Der Laserlinienscanner erzeugt einen Laserstrahl, der durch eine geeignete Optik aufgefächert und auf die Oberfläche des Werkstücks als Laserlinie projiziert wird. Die Länge der Laserlinie definiert sich über einen Arbeitsabstand zwischen dem Scanmodul und der Werkstückoberfläche sowie einen Öffnungswinkel des aufgefächerten Laserstrahls. DE 10 2018 211 913 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erfassen einer Objektoberfläche mit einer Strahlerzeugungseinrichtung. Dabei wird elektromagnetische Strahlung mit mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen auf eine Objektoberfläche projiziert, um separate Messwerte basierend auf den unterschiedlichen reflektierten Strahlungsanteilen mit jeder dieser Wellenlängen zu erzeugen. Das Auftreten von Strahlungsinterferenzen z. B. in Form von Speckle-Erscheinungen ist von der gewählten Wellenlänge der ausgesendeten Strahlung abhängig. Bei Speckle-Erscheinungen treten im bestrahlten Bereich der Objektoberfläche Flecken mit unterschiedlicher Strahlungsintensität auf. Sie können darauf zurückzuführen sein, dass es bei einer ausgesendeten Strahlung aufgrund von Wechselwirkung mit einer Optik der Strahlungserzeugungseinrichtung zu Interferenzen kommt. Durch die Nutzung von Strahlung mit mindestens zwei Wellenlängen wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die rückreflektierte Strahlung mindestens einer der Wellenlängen und der mindestens einer der daraus erzeugten Messwerte in einem gegenüber dem weiteren Messwert geringeren Ausmaß durch Speckle- oder andere wellenlängenabhängige Fehler verfälscht ist. US 2011/0292406 A1 offenbart eine Messeinrichtung zur optischen Vermessung von Objekten mit einer Kamera und einer Laserprojektionseinheit, wobei die Leistung der Laserlichtquelle in Abhängigkeit der erfassten Intensität des rückreflektierten Lichts geändert wird, um die Intensität des rückreflektierten Lichts unabhängig von den Reflektionsgrad der untersuchten Objektoberfläche konstant zu halten. DE 10 2012 113 021 A1 offenbart eine Messeinrichtung zur optischen Vermessung von Objekten mit einer Kamera und einer Laserprojektionseinheit zur Ausstrahlung breitbandiger Laserlichtstrahlung. US 2019/0049237 A1 offenbart eine Messeinrichtung, bei der der Injektionsstrom und die Temperatur der Laserlichtquelle anhand eines detektierten Lichtsignals der Lichtquelle gesteuert wird, um die Wellenlänge der Laserlichtquelle konstant zu halten. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Messeinrichtung zur optischen Vermessung von Objekten zu schaffen, die insbesondere Störungen durch Interferenzen reduziert. Die Aufgabe