【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于根据光分割方法的原理来检测物体表面的至少一个高度轮廓的光学传感器。光学传感器包括：光发射器，配置为将至少一条光线投射到该物体表面上；接收单元，包括具有接收元件阵列的光接收器和布置在光接收器上游的用于生成至少一条投射光线在光接收器上的图像的接收光学器件；以及评估单元，连接到光接收器并配置用于根据由光接收器记录的至少一条投射光线的图像来确定高度轮廓。
技术介绍
1、光分割方法也被称为光截面三角测量方法。相应地，所述光学传感器还可以被称为光截面三角测量传感器。光分割方法是用于物体的表面的非接触测量的2d或3d测量方法。光发射器、由光发射器的光束照射的物体表面上的点以及接收单元形成三角形。光发射器和接收单元定义三角形的基线。基于在光接收器上形成的所述表面点或相交点处生成的光斑的图像的相对位置和光学传感器的几何参数(包括基线的长度或视差、发射光束和接收光束与基线之间的角度)，所述表面点的高度坐标可以根据三角测量的原理来计算。相应地，在由三角形的所述基线限定的三角测量的方向上考虑的光接收器上的光斑的图像的位置取决于表面点或相交点距光发射器的距离。
2、为了使光学传感器能够检测物体表面的2d或3d高度轮廓，光发射器配置为将一条或多条光线投射到物体表面上。至少一条光线通常垂直于所述三角形所跨越的平面延伸。
3、取决于物体表面的汇射特性，由光接收器记录的光线的图像可能附加地显示伪影。例如，如果物体具有光泽表面，则除了光线的实际图像之外，该图像还可能显示出侧线或双线或其它反射。
4、根据多特
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提高上述类型的光学传感器的检测精度。
2、该目的通过具有权利要求1的特征的光学传感器满足。根据本专利技术，接收单元包括与接收光学器件相关联并且配置用于改变接收光学器件的光圈的尺寸和/或形状的可调谐光圈，其中评估单元配置用于根据至少一条投射光线的图像的至少一个图像参数来控制可调谐光圈。
3、如上所述，光发射器和接收单元布置成三角测量配置。换言之，该光发射器和该接收单元相对于彼此布置为使得投射光线在光接收器上的图像的相应区段在三角测量的方向上的位置取决于该物体表面在对应于所述区段的位置处的相应高度，即，对应于形成图像中的所述区段的光从其发射的位置的高度。
4、典型地，物体表面的相应表面点的测量高度是相对高度并且可以定义为该表面点距预定义的参考平面的距离。在三角测量配置中的光发射器和接收单元的布置也可以通过几何来描述，其中，形成光线的光沿其传播的发射轴线和接收光学器件的接收轴线彼此倾斜。三角测量的方向在倾斜平面(即，所述轴线所跨越的平面)内延伸，并且平行于在光发射器与接收单元之间延伸的基线。通常，发射轴线和接收轴线中的至少一者相对于参考平面倾斜，其中，通常仅接收轴线相对于参考平面倾斜并且发射轴线垂直于参考平面。光发射器可以通过生成光源的线型投射(例如通过使用线性光源、圆柱形发射光学器件和/或狭缝光圈，或通过在物体表面上扫描光斑)来直接投射光线。
5、为了实现物体表面的三维信息或三维高度轮廓，光发射器可以配置为，例如，通过为光发射器提供若干光源和分配的发射光学器件，或者通过沿垂直于光线的方向在物体表面上移动单个光线，或者通过物体的移动，来生成多于一条光线。
6、可调谐光圈的使用允许取决于至少一个图像参数来改变接收光学器件的光圈尺寸。特别地，接收光学器件的光圈的这种适配允许在光学传感器的操作期间根据一个或多个图像参数改变景深。主要地，这个特征使得即使当待测物体的表面特性随时间改变时光学传感器也能够改善检测精度。例如，如果光泽物体表面上的反射汇射效果在图像中生成不想要的侧峰或侧线，则可以以这些不想要的侧峰被模糊掉的方式来适配景深。
7、根据该光学传感器的优选实施例，该至少一个图像参数包括在所记录的图像中的图像伪影的存在、景深、锐度、亮度和/或噪声水平。所述图像参数可以通过众所周知的图像分析方法来确定，包括边缘检测、分割以及傅里叶分析。图像伪影的存在可以包括如上所述的侧峰或侧线或多个峰的存在。
8、根据另一优选实施例，评估单元配置用于基于优化算法来控制可调谐光圈，该优化算法确定针对接收光学器件光圈的尺寸和/或形状的相应的最佳设定点，对于该最佳设定点，至少一个图像参数会聚到相应的预定最佳值。该算法可以基于模型函数、查找表或基于下面更详细描述的控制回路之类。
9、在找到光圈的尺寸和/或形状的最佳设定点之后，评估单元可以将可调谐光圈的尺寸和/或形状设定为所确定的设定点，并且操作其中可调谐光圈被设定为该设定点的接收单元来检测高度轮廓。
10、根据另一优选实施例，优化算法通过具有多个迭代步骤的迭代过程来确定针对光圈的尺寸和/或形状的最佳设定点，其中，在每个迭代步骤中，设定针对可调谐光圈的尺寸和/或形状的不同设定点，针对该设定点记录对应的图像，并且确定该图像的至少一个图像参数。例如，跨迭代步骤地，可以在一定尺寸范围内(例如，在最小尺寸与最大尺寸之间)扫描或调谐光圈尺寸。针对光圈的尺寸和/或形状的设定点可以以预定增量来改变。可以评估和/或比较在若干迭代步骤中确定的对应图像参数，以识别找到了对应图像参数的最佳值的设定点。该迭代过程或控制循环不仅可以作为一种在前的校准过程来执行，而且可以在光学传感器的操作期间永久地执行。例如，如果检测到一个或多个图像参数的恶化，可以(优选地以小增量)改变针对可调谐光圈的尺寸和/或形状的设定点，直到恶化的图像参数返回到期望的预定最佳值为止。
11、根据另一优选实施例，评估单元配置用于取决于多个图像参数来控制可调谐光圈，并且其中，优化算法确定实现图像参数到其相应最佳值的最佳近似的最佳设定点。该实施例考虑了针对光圈尺寸或形状的某一设定点不会导致所有图像参数的最佳值。在这种情况下，优化算法找到针对优化过程所考虑的那些图像参数的最佳折衷。最佳设定点可以针对待测的特定物体来确定，并且可以针对不同的物体类型而改变。
12、根据另一优选实施例，可调谐光圈是可调谐液体光圈或电动虹膜光圈。可调谐液体光圈可比于人眼的虹膜。它包括液晶弹性体，该液晶弹性体可以具有集成的基于聚酰亚胺的铂加热器以热激活该液晶弹性体材料。类似于哺乳动物虹膜，径向收缩方向可以通过定制设计的磁场压印到液晶弹性体。这种可调谐液体光圈的致动可在多个周期内再现，并且可控制在中间收缩状态下。电动虹膜光圈可以由几个可枢转区段组成，这些可枢转区段一起典型地导致几乎圆的形状。通过以非同步方式单独地控制这些区段，不仅可以修改光圈的尺寸而且可以修改光圈的形状。
13、根据另一优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于根据光分割方法的原理来检测物体表面的至少一个高度轮廓的光学传感器(110、210)，所述光学传感器(110、210)包括：
2.根据权利要求1所述的光学传感器(110、210)，
3.根据权利要求1或2所述的光学传感器(110、210)，
4.根据权利要求3所述的光学传感器(110、210)，
5.根据权利要求3或4所述的光学传感器(110、210)，
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器(110、210)，
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学传感器(110、210)，
8.根据权利要求7所述的光学传感器(110、210)，
9.根据权利要求7或8所述的光学传感器(110、210)，其中，所述长边与所述短边之间的比例是可调节的。
【技术特征摘要】
1.用于根据光分割方法的原理来检测物体表面的至少一个高度轮廓的光学传感器(110、210)，所述光学传感器(110、210)包括：
2.根据权利要求1所述的光学传感器(110、210)，
3.根据权利要求1或2所述的光学传感器(110、210)，
4.根据权利要求3所述的光学传感器(110、210)，
5.根据权利要求3或4所...
【专利技术属性】
技术研发人员：延斯·埃德汉默，安德斯·穆赫德，丹尼斯·贝尔茨，卡塔琳娜·布莱歇尔，
申请(专利权)人：西克股份公司，
类型：发明
国别省市：
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