DE10003717A1

DE10003717A1 - Measurement arrangement and procedure for two-dimensional object involves computing and outputting position and assessments of object by microprocessor from output signal of CCD sensor

Info

Publication number: DE10003717A1
Application number: DE2000103717
Authority: DE
Inventors: Klaus Gorny
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2001-07-26

Abstract

Two LEDs or laser diodes (1,1a) are arranged opposite a charge coupled device (CCD) sensor (3) so that the shadows (S,Sa) of an illuminated object (2) is determined on the CCD sensor once or repeatedly by a microprocessor. The position and assessments of the object are computed and output by the microprocessor from the output signal of the CCD sensor. The object is situated in two-dimensional position within a measurement range. An Independent claim is also included for a measurement arrangement for contactless measurement of two-dimensional position of two-dimensional object.

Description

Die Erfindung betrifft Meßanordnung und Meßverfahren zur berührungslosen Messung von zweidimensionalen Positionen und Konturen von runden oder rechteckigen Objekten und deren Durchmesser oder Konturen.The invention relates to measuring arrangement and measuring method for the contactless measurement of two-dimensional positions and contours of round or rectangular objects and their Diameter or contours.

Stand der Technik ist ein formähnliches Gerät welches mit Glühlampen als Lichtquelle und mit großflächigen Photowiderständen als Empfangssensoren arbeitet und somit nur sehr grobe Messungen eines Durchmessers durchführen kann (DE 38 31 267 v. 14.9.88).State of the art is a shape-like device which with light bulbs as a light source and with large-area photo resistors works as reception sensors and therefore only very rough Can carry out measurements of a diameter (DE 38 31 267 from 14.9.88).

Die nachfolgend beschriebene Erfindung macht es sich zur Aufgabe berührungslos, hochauflösend die zweidimensionale Position von runden oder rechteckigen Objekten und deren Durchmesser oder Eckpunkte, Konturen zu messen. Hierzu sind in dem einfachsten Fall von Fig. 1 ein CCD- Sensor (3) und zwei LEDs oder Laserdioden, nachstehend auch Lichtemitter genannt, gegenüberliegend angeordnet, so daß die Schatten (S) oder (Sa) des Objektes (2) auf dem CCD- Sensor (3) abgebildet werden wobei die Belichtung abwechselnd durch die Lichtemitter (1) oder (1a) erfolgt. Nach zwei Belichtungen und Auslesen des CCD-Sensors werden die Punkte Pa, Pb, Pc, Pd bekannt und es können, aus der örtlichen Anordnung des CCD-Sensors und der Lichtemitter, die Schnittpunkte und daraus die Position und die Abmessung des Objekts errechnet werden.The invention described below makes it its task to measure the two-dimensional position of round or rectangular objects and their diameter or corner points, contours without contact, in high resolution. For this purpose, in the simplest case of FIG. 1, a CCD sensor ( 3 ) and two LEDs or laser diodes, hereinafter also referred to as light emitters, are arranged opposite one another, so that the shadows (S) or (Sa) of the object ( 2 ) on the CCD - Sensor ( 3 ) are imaged, the exposure taking place alternately through the light emitters ( 1 ) or ( 1 a). After two exposures and reading out the CCD sensor, the points Pa, Pb, Pc, Pd become known and the intersection points and from this the position and the dimension of the object can be calculated from the local arrangement of the CCD sensor and the light emitter.

Vorteilhaft werden entsprechend Fig. 2 mehrere LED oder Laserdioden (1) bis (4n) oder mehr, als Lichtemitter in geeigneter, vorteilhafter Opposition eines (Fig. 1) oder mehrerer CCD-Sensoren (3) bis (3a) (Fig. 2) angeordnet, so daß ein in den Lichtstrahl gebrachtes Objekt (2) seinen Schatten (S) bis (Sn) auf den CCD-Sensor (3) oder die CCD-Sensoren (3) bis (3a) abbildet.According to FIG. 2, a plurality of LEDs or laser diodes ( 1 ) to ( 4 n) or more are advantageous, as light emitters in a suitable, advantageous opposition of one ( FIG. 1) or more CCD sensors ( 3 ) to ( 3 a) ( FIG. 2) arranged so that an object ( 2 ) brought into the light beam reproduces its shadow (S) to (Sn) on the CCD sensor ( 3 ) or the CCD sensors ( 3 ) to ( 3 a).

Vorteilhaft kann auch eine LED- oder Laserdiodenzeile mit vielen Lichtemittern eingesetzt werden, so daß viele Schatten auf den CCD-Sensoren abgebildet werden und die Auflösung und Genauigkeit dadurch erhöht wird. Um zu einer Zeit immer nur einen Schattenwurf zu erhalten werden die Lichtemitter jeweils einzeln und nacheinander eingeschaltet.An LED or laser diode array with many light emitters can also advantageously be used so that many shadows are imaged on the CCD sensors and the resolution and Accuracy is increased. To get only one shadow at a time the light emitters are switched on individually and one after the other.

Verschiedene vorteilhafte Anordnungen sind in den Fig. 1 bis 3 und diese sind wiederum in den vorteilhaften Gehäusen (GG) und (GW) der Fig. 5 und 6 untergebracht.Various advantageous arrangements are in FIGS. 1 to 3 and these are in turn housed in the advantageous housings (GG) and (GW) of FIGS. 5 and 6.

Eine nachfolgende Elektronik (5) mit Mikroprozessor (6) erfaßt dann die von den CCD-Sensoren umgesetzten Lichtsignale in elektrische Signale und errechnet aus den Signalen die Schattenpositionen und daraus die Schnittpunkte und somit die Position sowie die Abmessungen des Objektes (2) und sendet diese Meßwerte oder Meßdaten an die Außenwelt (7). Da alle Positionen feststehend und bekannt sind, ist die Position des Objekts jederzeit, auch nach einem Einschaltvorgang, bestimmbar ohne, daß eine Eichfahrt durchgeführt werden muß. Die Berechnung, Speicherung und Ausgabe der Daten erfolgt durch den vorteilhaften Einsatz eines Mikroprozessors. Dieser ermöglicht außerdem kleine mechanische Abmessungen des Gesamtsystems und einen geringen Stromverbrauch.A subsequent electronics ( 5 ) with a microprocessor ( 6 ) then detects the light signals converted by the CCD sensors into electrical signals and calculates the shadow positions from the signals and from them the intersection points and thus the position and dimensions of the object ( 2 ) and sends them Measured values or measured data to the outside world ( 7 ). Since all positions are fixed and known, the position of the object can be determined at any time, even after a switch-on process, without the need for a calibration run. The calculation, storage and output of the data takes place through the advantageous use of a microprocessor. This also enables small mechanical dimensions of the overall system and low power consumption.

Ein weiterer Vorteil besteht durch den Einsatz einer LED oder Laserdiode. Diese stellt eine nahezu punktförmige Lichtquelle dar und kann kurze Lichtblitze aussenden. Hierdurch ergibt sich ein weiterer Vorteil, der hohen, erreichbaren Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts. Sie wird dadurch erreicht, daß dem CCD-Sensor durch die Laserdiode Licht mit hoher Energie, dieses aber nur für eine sehr kurze Zeit zugeführt wird. Normalerweise wird durch die schnelle Bewegung der Objekts die Abbildung durch eine lange Belichtung des CCD-Sensors verzerrt.Another advantage is the use of an LED or laser diode. This represents an almost point light source and can emit short flashes of light. This results in a Another advantage, the high, achievable movement speed of the object. It will achieved that the CCD sensor through the laser diode light with high energy, but this only for is fed for a very short time. Usually by the rapid movement of the object long exposure of the CCD sensor distorts the image.

Weitere Einzelheiten zur vorteilhaften Anwendung gehen aus den beigefügten Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 6 hervor.Further details of advantageous application apparent from the accompanying drawings FIG. 1 to FIG. 6 forth.

Fig. 1 Einfachste Anordnung eines des CCD-Sensors und der Lichtemitter. Fig. 1 Simplest arrangement of one of the CCD sensor and the light emitter.

Fig. 2 Aufwendige Anordnung mit vielen Lichtemittern und einem CCD-Sensor. Fig. 2 Elaborate arrangement with many light emitters and a CCD sensor.

Fig. 3 Winklige Anordnung mit vielen Lichtemittern und mehreren CCD-Sensoren. Fig. 3 angular arrangement with many light emitters and several CCD sensors.

Fig. 4 und 5 Gesamtaufbau der Meßanordnung in vorteilhaften Formen (GG) und (GW). FIGS. 4 and 5 overall structure of the measuring arrangement in advantageous forms (GG) and (GW).

Claims

1. Measuring arrangement and measuring method for non-contact measurement of the absolute, two-dimensional position of an object located in the measuring area and the diameter or dimensions, characterized in that two or more LEDs or laser diodes are arranged opposite one or more CCD sensors, so that the shadow casts one illuminated object is mapped once or several times on one or more CCD sensors and with a microprocessor that calculates and outputs the position and dimensions of the object from the output signal of the CCD sensor or sensors.

2. Measuring arrangement according to claim 1, wherein the laser diode very short flashes of light for exposure of the CCD sensor largely emits around the object even during a movement to be displayed undistorted on the CCD sensor.

3. Measuring arrangement according to one of claims 1-2, wherein always one or two at a time LED or laser diodes emit light.

4. Measuring arrangement according to one of claims 1-3, wherein a single-chip microprocessor from which supplied CCD sensor signal, which calculates and outputs absolute measured values.