本发明专利技术涉及一种非接触式测量被测物体（９）的距离和／或外形的装置（１），其中光源（２）产生照射被测物体（９）的照明光束，并且提供检测器（１１），用以检测在被测物体上照明光束的反射部分，其潜在有力且紧凑的结构特征在于，第一光学装置（１３）和第二光学装置设置在照明光束的光束路径中，其中照明光束可首先借助于所述第一光学装置（１３）在与扩展方向平行的扇形平面中扇状扩散，並且然后可通过所述第二光学装置使所述照明光束大致平行。在一较佳的具体实施例中，所述第二光学装置由菲涅耳透镜（５）构成。本发明专利技术还涉及一种相关的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种非接触式测量被测物体的距离和/或外形的装置，藉此光源产生照明光束以照射该被测物体，並藉此提供一个检测器，用以检测在被测物体上照明光束的反射部分。本专利技术还涉及一种相关的方法。
技术介绍
在实践中，这类非接触式测量距离和/或外形的装置早已久为人知。在此过程中， 光源产生通过光学装置准备好的照明光束。该照明光束直接射向被测物体并且以点的形式照射被测物体。通过传感器的检测装置可检测照明光束反射在被测物体上的部分，并且由此可推断出有关从传感器到被测物体的距离。这类传感器通常依据三角测量的原则工作。在这种情况下，检测器阵列的照明点发生改变是由于照明光束的反射部分取决于从传感器到的被测物体的距离。为了测定该距离，在照明的探测元件和被测物体的距离之间产生一种关联。原则上，这也可由传感器几何学计算出来。然而，一般进行量度校准并且储存距离和照明点之间的相互关系。为了提高传感装置的灵敏度，将微线性扩展提供给照明光束是已知的。线长通常在2至3毫米的范围内。这考虑到以下事实通常使用具有矩形探测元件的检测器阵列。 对于点状照射，通常不是使用探测元件的整个可用表面，而是只照射所述元件的一部分。通过形成照明线和对传感装置进行适当的适应，可增加探测元件的被照表面。正因如此，可增强整个传感装置的灵敏度。由德国专利DElO 2007 050 097 Al中可以了解到这种类型的传感器。这类传感器具有以至少一个方向扩大由光源产生的一束光束的前盘结构。第一透镜将从光源射出的光束聚焦。带有几个光学元件的前盘设置在所述透镜和其远离光源的焦点之间。这样产生较窄且接近平行的照明光束。各种可能的实施力被称之为光学元件，举例来说，圆柱形透镜或球形透镜及其镜头部分，例如带有菲涅耳透镜、或光圈或栅格结构的镜头部分。通过将光学元件安装在前盘上，可减少光源、光学装置和外壳相互之间的校准工作。德国专利DElO 2007 050 096 Al中也显示了一种非常相似的传感器结构。此外， 使用了可使光束均勻分布的装置。这些设计的缺点在于传感器的光学特征不能独立于传感器上的机械应力。如果相对较大的前盘受机械应力，其会变形而且传感器的光学特征也会改变。前盘发生故障时同样存在问题，当更换前盘后，必须进行新的量度校准，因为新前盘的光学特征与先前使用的前盘的光学特征不完全相同。因而增加了操作成本。为了测定被测物体的外形，必须得到关于被测物体的多维信息。为此，通常移动三角测量传感器或被测物体，并且接连地扫描被测物体。在此情况下，一般以弯折的图案在被测物体上移动照明光束。这样做的缺点在于扫描过程非常耗时，而且因为这样，在许多应用范围中並不适用，例如在测量车辆轮胎的外形过程中。其它的解决方法使用一种直线型照射被测物体的照明光束。为了避免使用庞大而笨重的传感光学装置，通常使用分叉的照明光束。然而对于高度结构化的被测物体，这将导致在被测物体上产生个别的阴影区，这就意味着可能对这些被测物体的测量并不可靠。其它的系统，如德国专利DElO 2007 050 097 Al中描述的传感器，事实上可以通过拉长照明线使该传感器适应被测物体的二维测量，但因为这样就要使用非常大型的光学装置。此外， 需要付出巨大的努力才能实现沿照明线大致均衡的照明亮度，例如通过使用使光束均勻的装置。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于指出一种可按多种方式使用的紧凑型传感装置，通过它可以对被测物体进行可靠的二维测量。也指出了一种相关的方法。根据本专利技术，通过权利要求1的特征可实现以上的目的。据此，所讨论的装置特征在于，在照明光束的光束路径中设置第一光学装置和第二光学装置，藉此，照明光束可借助于第一光学装置在配置成与传播方向平行的扇形平面中扇状扩展，並且之后可通过第二光学装置使照明光束大致平行。关于所述的方法，通过权利要求11的特征可实现以上的目的。据此，所讨论的方法特征在于，以线性的方式在照明光束的光束路径中使用第一光学装置和第二光学装置照射被测物体，藉此，照明光束可借助于第一光学装置在配置成与传播方向平行的扇形平面中扇状扩展，並且藉此在照明光束呈扇状扩散后，可通过第二光学装置而使所述照明光束大致平行。以一种创新的方式，首先能够理解的是，可以使用相对简单的测量来解决先前所述的对立问题。为此目的，由光源产生的光束首先借助于第一光学装置在扇形平面中作扇状扩散，藉此所述扇形平面配置成与照明光束的传播方向平行。在这种情况下，在光学装置区域中的传播方向则意味着在此区域中发生扇状扩散。本专利技术值得注意的是，扇状扩展本质上受限于一个空间方向，也就是说光束不能有效地在几个空间方向中扩展。因此，扇状扩展基本上限制在与扇形平面平行的方向，而与扇形平面垂直的方向实际上不会发生扇状扩展。此后，扇状扩展的光束以窄带状到达第二光学装置上，借助于第二光学装置使光束大致平行。由于在扇形平面中预先发生扇状扩展，第二光学装置因此可设计成非常窄。以这样的方式产生的几乎平行的光束离开传感装置，并且作为照明光束被转向被测物体。由于第一和第二光学装置的结合，可以获得在几厘米范围内的照明线长度。这就意味着本专利技术的装置特别适合于至测量现场短距离的配置。通过使用大致平行的照明光束，可减少在被测物体的表面结构上的阴影效应，从而可以实现较大程度的均衡照明，也就不再需要照明光束的勻化操作。因为通过在整个线长上在被测物体表面上几乎恒定的入射光角度所导致平行的光束导向，也可以实现均勻的被散射分布。因为使用较窄的第二光学装置，可实现可观的小型化和减轻重量。还有，通过使用本专利技术的测量方案可实现一种机械稳定的装置。第二光学装置可由各种衍射的、折射的或全息的元件构成。为此，从本领域中可以得知各种透镜或透镜系统、光圈或栅格结构。然而，在特别优选的实施例中，第二光学装置包括菲涅耳透镜或者由菲涅耳透镜构成。这有助于进一步减轻传感装置的重量和使其小型化。为了更加减轻重量，菲涅耳透镜可由塑胶制成。从实践中可以得知具有足够好的光学特性的各种类型的塑胶。菲涅耳透镜最好可设计成圆柱形菲涅耳透镜。较佳地，菲涅耳透镜的镜头分级(grading)可设计成基本上与照明光束的扇形平面垂直。因为这样，就有可能达到一种状态，即照明光束仅在平行于扇形平面的方向中才受菲涅耳透镜影响。然而，所述分级可以是轻微弯曲的，以致于菲涅耳透镜在垂直于扇形平面的方向中也有轻微的影响。因为这样，传感装置的射线特性受到影响，而不会同时导致大量增加的用于各个组件的校准工作。然而，为了简化传感装置的适应性，照明光束最好在与扇形平面垂直的方向中基本上无变化地穿过第二光学装置。这会导致以下优点，通过使用第一光学装置和第二光学装置，可在与扇形平面平行和垂直的方向相互独立地调节照明光束。通过使用第一光学装置，可以在与扇形平面垂直的方向中调节照明光束的形状，而在与扇形平面平行的方向中的射线特性则由第二光学装置调节。此外，第一光学装置可以不仅由一个单独的组件构成，还可以由两个或多个组件构成。因为如此，可通过第一光学装置的第一组件在与扇形平面垂直的方向中调节射线特性(例如，在与扇形平面垂直的方向中以轻微会聚光束的形式)。第一光学装置的第二组件可确保与扇形平面平行的扇状扩展。第一光学装置具有用于束起(bundle)离开光源的光束的准直仪。该准本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．非接触式测量被测物体（９）的距离和／或外形的装置，其中光源（２）产生用于照射被测物体（９）的照明光束，并且其中提供检测器（１１）以检测在被测物体上反射的部分照明光束，其特征在于，在所述照明光束的光束路径中配置第一光学装置（１３）和第二光学装置，藉此所述照明光束首先可借助于所述第一光学装置（１３）在配置成与传播方向平行的扇形平面中扇状扩展，并且之后可通过所述第二光学装置使所述照明光束大致平行。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·奥托，
申请(专利权)人：微埃普西龙光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE
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