DE102011100146B4

DE102011100146B4 - Three-dimensional measurement of moving objects

Info

Publication number: DE102011100146B4
Application number: DE102011100146.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Neubecker Ralph; Michael Stelzl; Florian Oefelein
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott Pharma AG and Co KGaA
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2031-04-30
Also published as: DE102011100146A1

Abstract

Abbildende Vorrichtung zur berührungslosen, dreidimensionalen Messung von translatorisch und/oder rotatorisch bewegten Objekten, umfassend einen optischen Bildaufnehmer, ein Objektiv und/oder Linse und eine computerunterstützte Auswerteeinheit, wobei die optische Achse des Bildaufnehmers schräg oder geneigt zu der Richtung der Bewegung des Objektes ausgerichtet ist und wobei der optische Bildaufnehmer eine Fläche im Objektraum zweidimensional erfasst, wobei für jeden Bildpunkt für jedes aufgenommene Einzelbild ein Grad der Schärfe automatisch ausgewertet und in der Auswerteeinheit gespeichert wird und wobei während der Bildaufnahme die räumliche Lage und Orientierung des Objektes relativ zum Bildaufnehmer durch eine separate Messung erfasst und die entsprechenden Daten in der Auswerteeinheit gespeichert werden.Imaging device for non-contact, three-dimensional measurement of translationally and / or rotationally moving objects, comprising an optical image recorder, a lens and / or lens and a computer-aided evaluation, wherein the optical axis of the image sensor is aligned obliquely or inclined to the direction of movement of the object and wherein the optical image sensor detects a surface in the object space two-dimensionally, wherein for each pixel for each recorded individual image, a degree of sharpness is automatically evaluated and stored in the evaluation unit and wherein during the image acquisition, the spatial position and orientation of the object relative to the image sensor by a separate Measurement recorded and the corresponding data are stored in the evaluation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen dreidimensionalen Erfassung und Messung von Objekten sowie deren Oberflächen. Die Objekte führen hierbei eine Bewegung relativ zu der Vorrichtung aus. Zur Messung werden zweidimensionale optische Bildaufnehmer eingesetzt. Durch die Messung können Abweichungen von vorgegebenen Qualitätsmerkmalen wie etwa geometrischen Größen oder Defekte in den Objekten oder auf den Oberflächen identifiziert und lokalisiert werden.The invention relates to a device and a method for non-contact three-dimensional detection and measurement of objects and their surfaces. The objects perform a movement relative to the device. Two-dimensional optical image sensors are used for the measurement. By measuring deviations from predetermined quality characteristics such as geometric sizes or defects in the objects or on the surfaces can be identified and located.

Das berührungslose Erfassen von dreidimensionalen Informationen über Formen und Lagen von Objekten ist in vielen Bereichen von Wissenschaft und Technik von großem Interesse. Die entsprechenden Anwendungen sind sehr vielfältig und reichen von der Erfassung und Vermessung von makroskopischen Objekten wie Landschaften und geografischen Topografien, Bauwerken und anderen großen Objekten unter freiem Himmel, technischen Produkten, menschlichen Körpern bis hin zu mikroskopischen Anwendungen von biologischen Objekten oder kleinen technischen Produkten.The non-contact capture of three-dimensional information about shapes and locations of objects is of great interest in many areas of science and technology. The applications are very varied, ranging from capturing and surveying macroscopic objects such as landscapes and geographical topographies, structures and other large objects in the open air, technical products, human bodies, to microscopic applications of biological objects or small technical products.

Eine wichtige Rolle spielt auch die berührungslose dreidimensionale Messung in der Fertigung technischer Produkte, insbesondere zur Qualitätssicherung. Dabei können sowohl geometrische Abweichungen von einer idealen Sollform erfasst als auch lokale Defekte, wie beispielsweise Beulen, Poren, Kratzer, Riefen, Absplitterungen, Grate etc. erfasst werden. Weiterhin können auch aufliegende oder anhaftende Fremdkörper oder Fremdmaterialien (Staub, Tropfen, Späne, Splitter, Verschmutzungen etc.) ermittelt werden.The non-contact three-dimensional measurement in the production of technical products, in particular for quality assurance, also plays an important role. Both geometric deviations from an ideal nominal shape can be detected and local defects, such as bumps, pores, scratches, grooves, chipping, burrs, etc., can be detected. Furthermore, overlying or adhering foreign bodies or foreign materials (dust, drops, chips, splinters, dirt, etc.) can be determined.

Bei Objekten, welche die verwendete Strahlung oder Wellenform größtenteils reflektieren oder streuen, können auf diese Weise nur Informationen über die Oberflächenform gewonnen werden (2½ D). Sofern die Strahlung in das Objekt eindringt und an Strukturen im Inneren reflektiert oder gestreut wird, können zusätzlich Information über den vollen dreidimensionalen inneren Aufbau und dazu über die Oberflächenform gewonnen werden. Somit können dreidimensionale Informationen über das Objekt generiert werden. Auf diese Weise können auch unerwünschte Defekte im Volumen wie beispielsweise Lunker, Blasen, Risse oder eingeschlossene Fremdmaterialien erkannt werden.For objects that largely reflect or scatter the radiation or waveform used, only information about the surface shape can be obtained in this way (2½ D). If the radiation penetrates into the object and is reflected or scattered on structures in the interior, information about the full three-dimensional internal structure and on the surface shape can be obtained in addition. Thus, three-dimensional information about the object can be generated. In this way, unwanted defects in the volume such as voids, bubbles, cracks or trapped foreign materials can be detected.

Formtreue und Defektfreiheit spielen eine große Rolle für die Beherrschung von Fertigungsprozessen und die Qualitätssicherung. Insbesondere zerstörungsfreie, berührungslose dreidimensionale Messverfahren können hier einen hohen Nutzwert entfalten Auf Basis vorliegender dreidimensionaler Messdaten können weiterführende Qualitätsentscheidungen abgeleitet werden.Dimensional accuracy and freedom from defects play a major role in the mastery of manufacturing processes and quality assurance. In particular, non-destructive, non-contact three-dimensional measuring methods can develop a high utility value on the basis of existing three-dimensional measurement data, further quality decisions can be derived.

Besonderen Nutzen haben solche Verfahren bei der Prüfung von Glasprodukten. Mittels entsprechender dreidimensionaler Meßverfahren können beispielsweise die Außenkonturen eines Glaskörpers erfasst und mit einer idealen Sollform verglichen werden. Auf diese Weise sind auch Oberflächendefekte wie Kratzer, lokale Formabweichung oder Anhaftungen wie Partikel oder Glaskrösel erkennbar.Such methods have particular benefit in the testing of glass products. By means of corresponding three-dimensional measuring methods, for example, the outer contours of a glass body can be detected and compared with an ideal desired shape. In this way, surface defects such as scratches, local shape deviation or adhesions such as particles or glass crumbs can be seen.

Sofern die Oberflächen ausreichend glatt sind, können mittels dreidimensionaler Messung auch Objekte im Inneren von Glaskörpern erfasst werden. Von besonderem Interesse ist dieses für die Erkennung von Glasdefekten wie beispielsweise Fremdmaterialien, Einschlüssen und Blasen. Durch die Vermessung in drei Dimensionen ist insbesondere erkennbar, ob sich ein Objekt über oder unter der Oberfläche befindet, also beispielsweise nur aufliegt oder sich im Glas selbst befindet.If the surfaces are sufficiently smooth, it is also possible to detect objects inside glass bodies by means of three-dimensional measurement. Of particular interest is this for the detection of glass defects such as foreign materials, inclusions and bubbles. By measuring in three dimensions, it can be seen, in particular, whether an object is above or below the surface, that is, for example, only rests or is in the glass itself.

Bei der Erfassung bzw. Messung können die durch den optischen Bildsensor aufgenommenen Bilder als digitale Signale geeigneten computerunterstützten Auswerteeinheiten zugeführt werden, bei denen beispielsweise die Pixelpositionen der Bildpunkte analysiert und ausgewertet werden können.During acquisition or measurement, the images taken by the optical image sensor can be supplied as digital signals to suitable computer-assisted evaluation units, in which, for example, the pixel positions of the pixels can be analyzed and evaluated.

Häufig ist es vorteilhaft, die Messungen für eine Qualitätssicherung oder eine Prozesskontrolle „inline” durchzuführen. Hierunter ist zu verstehen, dass diese Messprozesse unter Produktionsbedingungen im laufenden Produktionsprozess durchgeführt werden und nach Möglichkeit annähernd in Echtzeit zu Auswertungen führen. Dieses kann bedeuten, dass sich die zu analysierenden Objekte im Fluß befinden, somit also eine Messung von bewegten Objekten erforderlich ist.It is often advantageous to carry out the measurements "inline" for quality assurance or process control. By this is meant that these measurement processes are carried out under production conditions in the current production process and, if possible, lead to evaluations approximately in real time. This may mean that the objects to be analyzed are in flux, so that a measurement of moving objects is required.

Zur dreidimensionalen Messung von bewegten Objekten sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Insbesondere sind eine Vielzahl von Verfahren aus der Optik bekannt, die typischerweise mit sichtbarem Licht bzw. mit elektromagnetischer Strahlung aus Spektralbereichen funktionieren, die dem Visuellen benachbart sind.For the three-dimensional measurement of moving objects, various methods and devices are known. In particular, a variety of optical techniques are known which typically operate with visible light and electromagnetic radiation, respectively, from spectral regions adjacent to the visual.

Bei stereoskopischen und den damit verwandten Verfahren werden häufig mehrere Bildsensoren eingesetzt und miteinander synchronisiert. Die Genauigkeit der Verfahren ist auch durch die Datenauswertung wegen der Notwendigkeit beschränkt, korrespondierende Objektpunkte in den unterschiedlichen Bildern identifizieren zu müssen. Die entsprechenden Auswerteverfahren sind aufwendig und können fehlerbehaftet sein. In einer Ausführungsvariante wird das zu untersuchende Objekt mit eindeutig erkennbaren Markierungen versehen, wodurch diese Variante nicht als berührungslos bezeichnet werden kann. Die Verfahren sind zudem empfindlich gegen Dejustagen, d. h. Änderungen der relativen Lage und Orientierung der Bildaufnehmer untereinander.In stereoscopic and related methods, multiple image sensors are often used and synchronized with each other. The accuracy of the methods is also limited by the data evaluation because of the need to identify corresponding object points in the different images. The corresponding evaluation methods are complex and can be faulty. In one embodiment variant, the object to be examined becomes unique provide identifiable markings, whereby this variant can not be referred to as non-contact. The methods are also sensitive to misalignment, ie changes in the relative position and orientation of the image sensor with each other.

Bei Verfahren mit strukturierter Beleuchtung, wie beispielsweise dem Lichtschnittverfahren, der Streifenprojektion, anderen triangulationsbasierten Verfahren oder der Deflektometrie, wird eine spezielle, aufwendige Beleuchtungseinrichtung benötigt.In structured illumination methods, such as the light-section method, fringe projection, other triangulation-based methods, or deflectometry, a special, expensive illumination device is needed.

Zu den Verfahren, die eine spezielle Beleuchtung verwenden gehören ebenfalls Schattenwurfmethoden wie das Shape-From-Shading. Dies ist in seiner Anwendbarkeit auf bestimmte Oberflächentopologien eingeschränkt und benötigt Zusatzinformationen über die optischen Eigenschaften der Objektoberflächen.The methods that use special lighting also include shadow casting methods such as shape-from-shading. This is limited in its applicability to certain surface topologies and requires additional information about the optical properties of the object surfaces.

Weiterhin gibt es Laufzeitverfahren (Time-of-Flight), die simultan 2-dimensionale Daten erzeugen können; Grundlage ist die Laufzeit der verwendeten Welle. Diese erfordern jedoch einen erheblichen elektronischen Aufwand. Im Fall der Verwendung elektromagnetischer Strahlung können aufgrund der hohen Lichtgeschwindigkeit in Kombination mit der verfügbaren Genauigkeit der elektronischen Auswertung nur eingeschränkte Messgenauigkeiten erreicht werden.Furthermore, there are runtime methods (time-of-flight) that can simultaneously generate 2-dimensional data; The basis is the duration of the wave used. However, these require considerable electronic effort. In the case of the use of electromagnetic radiation, only limited measurement accuracies can be achieved due to the high speed of light in combination with the available accuracy of the electronic evaluation.

Andere Verfahren, wie das Verfahren Shape-From-Focus, nutzen den Grad der Schärfe, mit der ein Objektpunkt abgebildet wird, um daraus auf den Abstand zur Ebene höchster Bildschärfe (Fokalebene) zu schließen. Dazu muss eine ganze Bildserie mit Fokalebenen in variierenden Abständen aufgenommen werden.Other methods, such as the Shape-From-Focus method, use the degree of sharpness with which an object point is imaged to deduce the distance from the plane of highest image sharpness (focal plane). For this purpose, an entire image series with focal planes at varying distances must be recorded.

So beschreibt die DE 10 2004 047 928 B4 ein Verfahren zum dreidimensionalen Vermessen von Objektoberflächen, wobei ein optischer Bildsensor einen mehrere Bilder umfassenden Bildstapel aufnimmt. Die Einzelbilder des Bildstapels sind in ihrer Z-Richtung voneinander beabstandet. Um eine große Z-Auflösung zu erhalten, wird mit einer sehr geringen Tiefenschärfe gearbeitet. Aus den Einzelbildern eines Bildstapels werden sodann diejenigen Pixel herausgesucht, die scharf abgebildet sind. Aufgrund der geringen Tiefenschärfe eines einzelnen Bildes kann durch die Auswertung der Schärfeninformation in einem Messdurchlauf eine Objektoberfläche vermessen werden.That's how it describes DE 10 2004 047 928 B4 a method for three-dimensionally measuring object surfaces, wherein an optical image sensor accommodates an image stack comprising a plurality of images. The frames of the image stack are spaced apart in their Z-direction. In order to obtain a large Z-resolution, one works with a very small depth of field. From the individual images of a stack of images then those pixels are picked out, which are in focus. Due to the shallow depth of field of a single image, an object surface can be measured by evaluating the sharpness information in one measurement run.

Auch die US 6490541 B1 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Serie von Bildern eines Objektes durch Verschieben der Fokalebene entlang der optischen Achse entsteht. Ein aufgenommenes Bild wird in Bereiche aufgeteilt, wobei jedem Bereich ein Wert für den Kontrast zugeordnet wird. Aus den diskreten Kontrastwerten wird eine Kontrastkurve ermittelt.Also the US 6490541 B1 describes a method in which a series of images of an object is formed by shifting the focal plane along the optical axis. A captured image is divided into areas, with each area assigned a value for the contrast. From the discrete contrast values, a contrast curve is determined.

Die genannten Verfahren erfordern es, dass eine Relativbewegung zwischen der Messvorrichtung und dem zu messenden Objekt lediglich in Richtung der optischen Achse vorliegt, da Einzelbilder eines Bildstapels in Z-Richtung beabstandet sind. Bei einer Objektbewegung in abweichende Richtungen müsste daher die Vorrichtung eine exakt gleiche Bewegung ausführen.The methods mentioned require that a relative movement between the measuring device and the object to be measured is present only in the direction of the optical axis, since individual images of a picture stack are spaced in the Z direction. For an object movement in different directions, therefore, the device would have to perform a precisely same movement.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren muss die relative Lage zwischen Fokalebene und zu untersuchendem Objekt durch eine Bewegung geändert werden. Hierzu müssen entweder das Objekt und/oder der Bildaufnehmer bewegt werden oder die Fokalebene muss durch eine Verstellung im Objektiv, das heißt typischerweise durch eine Bewegung von Linsen, verschoben werden.In the methods known from the prior art, the relative position between the focal plane and the object to be examined must be changed by a movement. For this purpose, either the object and / or the image sensor must be moved or the focal plane must be moved by an adjustment in the lens, that is typically by a movement of lenses.

Die erforderlichen Bewegungen erfordern einen hohen gerätetechnischen Aufwand an mechanischen Komponenten und einen ebenfalls großen Aufwand zur Steuerung und Überwachung der ausgeführten Bewegungen. Ferner sind mechanisch bewegte Teile tendenziell verschleißanfällig. Außerdem ist eine kontrollierte mechanische Bewegung grundsätzlich in ihrer Geschwindigkeit beschränkt, was die Messzeit für eine vollvolumige Datenaufnahme begrenzt. Beim Verschieben der Fokalebene durch Verstellen des Objektivs ändert sich zudem der Abbildungsmaßstab von Bild zu Bild, was einen erhöhten Aufwand in der Bildauswertung nach sich zieht. Das hier beschriebene Verfahren hebt diese Beschränkungen auf.The required movements require a high expenditure on equipment of mechanical components and also a great effort to control and monitor the executed movements. Furthermore, mechanically moving parts tend to be susceptible to wear. In addition, a controlled mechanical movement is always limited in speed, which limits the measurement time for a full-volume data acquisition. When moving the focal plane by adjusting the lens, the magnification also changes from image to image, which entails an increased effort in the image analysis. The method described here overrides these limitations.

Typischerweise liegt die Bewegungsrichtung des Objektes parallel zur optischen Achse und korrespondierende Bildpunkte in Bildern der Bildserie liegen an (annähernd) den gleichen Bildkoordinaten. Bei der Aufnahme der Bildsequenz, also während einer Veränderung der relativen Lage der Fokalebene zum Objekt, muss das Objekt stillstehen, da sich sonst der betrachtete Objektbereich von Bild zu Bild ändert oder sogar sich ganz aus dem Bildfeld herausbewegt.Typically, the direction of movement of the object is parallel to the optical axis and corresponding pixels in images of the image series are located at (approximately) the same image coordinates. When the image sequence is recorded, ie during a change in the relative position of the focal plane to the object, the object must stand still, since otherwise the considered object area changes from image to image or even moves completely out of the image field.

Um die genannten Verfahren bei bewegten Objekten anwenden zu können, müsste sich der Bildaufnehmer mit der gleichen Geschwindigkeit präzise und ohne Schwankungen in der Richtung der optischen Achse mitbewegen, wodurch aufwendige mechanische Einrichtungen erforderlich werden. Somit sind die genannten Verfahren für eine Messung von bewegten Objekten ungeeignet.In order to be able to use the mentioned methods in the case of moving objects, the image recorder would have to move with the same speed precisely and without fluctuations in the direction of the optical axis, which would require expensive mechanical devices. Thus, the said methods are unsuitable for measuring moving objects.

Weitere bekannte Verfahren stellen die punktweise operierenden Verfahren dar, wie beispielsweise konfokale Verfahren (Laser Scanning Microscope, chromatisch codierte Verfahren) oder interferometrische Verfahren (ggf. mit synthetischen Wellenlängen), die nur mit einem Lichtstrahl arbeiten. Diese erlauben nur eine punktweise Distanzmessung und müssen daher das zu untersuchende Objekt zeitaufwendig abrastern.Other known methods are pointwise operating methods, such as confocal methods (laser scanning Microscope, chromatically coded methods) or interferometric methods (possibly with synthetic wavelengths), which work with only one light beam. These allow only a point-wise distance measurement and therefore have to scan the object to be examined time-consuming.

Bei denjenigen Verfahren, die mehr als eine Komponente verwenden, beispielweise Bildsensor und/oder spezielle Beleuchtungseinrichtungen, müssen diese auch meist gegeneinander justiert werden oder die relative Lage durch Kalibrierung ermittelt werden.For those methods that use more than one component, for example, image sensor and / or special lighting devices, they usually have to be adjusted to each other or the relative position can be determined by calibration.

Weiterhin sei hier noch auf Verfahren verwiesen, welche nicht auf eine Bestimmung der Objektpunktposition entlang der Bildstapelnormalen abzielen, sondern nur ein zweidimensionales Bild erzeugen wollen, das Objektpunkte auch jenseits des Schärfentiefenbereichs scharf abbildet. Dazu wird wie zuvor beschrieben ein Bildstapel aufgenommen. Aus jedem einzelnen Bild werden nur die Anteile übernommen, die scharf abgebildet wurden und alle diese Anteile zu einem synthetischen Bild zusammengesetzt (sogen. All-In-Focus-, Omnifocus-Verfahren).Furthermore, reference should be made here to methods which do not aim at a determination of the object point position along the image stack normal, but instead only want to produce a two-dimensional image which also sharply images object points beyond the depth of field. For this purpose, a picture stack is recorded as described above. From each individual image, only those parts are taken that have been sharply imaged and all these parts have been combined into a synthetic image (so-called all-in-focus, omnifocus).

Desweiteren sei noch das Verfahren des Shape-From-Defocus beschrieben. Hier wird durch Vorkenntnis der Bildübertragungseigenschaft des Objektivs aus der Unschärfe im Bild auf den Abstand der Objektpunkte auf deren Abstand von der Fokalebene geschlossen. Hierzu ist kein Bildstapel erforderlich, ein einziges Bild ist ausreichend. Allerdings ist eine sehr genaue Kenntnis der Objektiveigenschaften vonnöten und das Verfahren ist nicht auf beliebig komplexe Objekte anwendbar, da die Bildeigenschaften dann nicht mehr eindeutig zurück gerechnet werden können.Furthermore, the method of Shape-From-Defocus is described. Here, by prior knowledge of the image transfer characteristic of the objective from the blurring in the image, the distance between the object points and their distance from the focal plane is closed. No image stack is required, a single image is sufficient. However, a very precise knowledge of the lens properties is required and the method is not applicable to arbitrarily complex objects, since the image properties can then no longer be calculated back clearly.

Die DE 10 2007 053 993 B4 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Werkzeugvermessung von beispielsweise Schneiden eines Fräsers. Das Objekt rotiert mit einer definierten Geschwindigkeit um die Längsachse, wobei in regelmäßigen Abständen Messungen vorgenommen werden. Die Fokusebene der Bildaufnahmeeinrichtung liegt dabei in der Drehachse des Werkzeuges. Das Werkzeug vollführt eine Drehbewegung, wobei ein Bildstapel mittels der feststehenden Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wird und sich die Bilder durch den Winkel unterscheiden. Abhängig von einer bestimmten Winkelstellung des Werkzeuges ist ein bestimmter Punkt der Schneidkante scharf abgebildet. Bei weiteren Messvorgängen wird die Messvorrichtung in Richtung der Drehachse des Werkzeuges verschoben, wobei weitere Bildstapel aufgenommen werden. Nachfolgend erfolgt ein Vergleich mehrerer Bilder gleichen Winkels, um hieraus eine Schneidkante aus Abschnitten zusammenzusetzen. Bei diesem Verfahren bleibt die Fokusebene konstant, das Objekt führt dagegen rotatorische Bewegungen aus, um die spiralförmig auf der Mantelfläche angeordneten Schneidkanten erfassen zu können. Es erfolgt somit eine Messung der Außenkontur. Eine Messung der Tiefe von beispielsweise offenen Poren ist auf diese Weise nicht möglich. Schließlich sei noch das Verfahren zur dreidimensionalen Messung von bewegten Objekten nach A. Ishii: 3D Shape Measurement Using a Focused-Section Method, in: Proc. of 15th Int. Conf. an Pattern Recognition, 2000 IEEE, S. 823–832, erwähnt. Nach diesem Dokument kann eine Schrägstellung der Fokalfläche durch eine Schrägstellung der CCD-Ebene erreicht werden.The DE 10 2007 053 993 B4 describes a method and a device for tool measurement of, for example, cutting a milling cutter. The object rotates at a defined speed about the longitudinal axis, whereby measurements are taken at regular intervals. The focal plane of the image recording device lies in the axis of rotation of the tool. The tool performs a rotational movement, wherein a picture stack is taken by means of the fixed image recording device and the images differ by the angle. Depending on a specific angular position of the tool, a specific point of the cutting edge is sharply imaged. In further measuring operations, the measuring device is moved in the direction of the axis of rotation of the tool, with further image stacks are recorded. Subsequently, a comparison of several images of the same angle, in order to assemble a cutting edge of sections. In this method, the focal plane remains constant, the object, however, performs rotational movements in order to detect the spirally arranged on the lateral surface cutting edges can. There is thus a measurement of the outer contour. A measurement of the depth of, for example, open pores is not possible in this way. Finally, the method for the three-dimensional measurement of moving objects according to A. Ishii: 3D Shape Measurement Using a Focused-Section Method, in: Proc. of 15th Int. Conf. to Pattern Recognition, 2000 IEEE, pp. 823-832. According to this document, an inclination of the focal surface can be achieved by an inclination of the CCD plane.

Aus den oben beschriebenen Defiziten der bekannten Verfahren heraus ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Objekte mit geringem Aufwand und ohne zusätzliche Bewegungen der eingesetzten messtechnischen Komponenten dreidimensional zu erfassen. Insbesondere soll auf spezielle Beleuchtungseinrichtungen und den Einsatz mehrerer Bildaufnehmer verzichtet werden.From the deficiencies of the known methods described above, the object of the present invention results in three-dimensionally detecting objects with little effort and without additional movements of the metrological components used. In particular, it should be dispensed with special lighting devices and the use of multiple imagers.

Hierdurch soll der Aufwand für die Justage und Überwachung der korrekten Justage der genannten Komponenten untereinander vermieden werden. Ferner soll auf den Einsatz mechanische Einrichtungen verzichtet werden, mit denen die Fokalebene des Bildaufnehmers und das Objekt aktiv gegeneinander verfahren werden.As a result, the effort for the adjustment and monitoring of the correct adjustment of said components should be avoided. Furthermore, it should be dispensed with the use of mechanical devices with which the focal plane of the image sensor and the object are actively moved against each other.

Neben einer Erfassung und Auswertung der geometrischen Form oder Kontur eines Objektes durch die Messung sollen auch Defekte bzw. Abweichungen in der Oberfläche sowie im Volumen des Objektes gemessen und identifiziert werden können. Hierzu gehören beispielsweise Oberflächenverletzungen oder -beschädigungen wie Riefen, Kratzer, offene Poren, aufliegende Verunreinigungen wie Partikel, Verunreinigungen durch Fremdmaterial oder auch geschlossene Blasen in dem Objektvolumen. Dabei soll die Position des Defektes oder der Abweichungen sowie die entsprechende Ausdehnung bzw. Größe räumlich gemessen werden können.In addition to a detection and evaluation of the geometric shape or contour of an object by the measurement and defects and deviations in the surface and in the volume of the object to be measured and identified. These include, for example, surface injuries or damage such as grooves, scratches, open pores, impurities lying on top of them such as particles, contamination by foreign material or even closed bubbles in the object volume. Here, the position of the defect or the deviations and the corresponding extent or size should be able to be measured spatially.

Die Messungen sollen berührungsfrei erfolgen.The measurements should be made without contact.

Vorrichtung und Verfahren sollen für Objekte, umfassend verschiedene Materialien, insbesondere Glas oder Glaskeramik, Metall oder Kunststoff, geeignet sein. Dabei sollen Vorrichtung und Verfahren auch bei unterschiedlichen Oberflächentopologien der Objekte eingesetzt werden können.Apparatus and methods should be suitable for objects comprising various materials, in particular glass or glass ceramic, metal or plastic. In this case, the device and method should be able to be used even with different surface topologies of the objects.

Weiterhin soll der gerätetechnische Aufwand minimiert werden. Insbesondere soll die Vorrichtung auch in Produktionsumgebungen ohne zusätzliche Anforderungen an die Beleuchtung arbeiten können.Furthermore, the device complexity should be minimized. In particular, the device should also work in production environments without additional lighting requirements.

Die Aufgabe wird überraschend einfach gelöst durch eine optische Vorrichtung zur berührungslosen dreidimensionalen Messung von bewegten Objekten, umfassend einen optischen Bildaufnehmer, ein Objektiv und/oder eine oder mehrere Linsen, eine computerunterstützte Auswerteeinheit sowie ein Verfahren zur Messung, wobei die optische Achse des Bildaufnehmers schräg oder geneigt zu der Bewegungsrichtung des Objektes oder der Objektoberfläche ausgerichtet ist. Das Verfahren beruht auf der Auswertung von Unschärfe in einem Bild. The object is achieved surprisingly simply by an optical device for non-contact three-dimensional measurement of moving objects, comprising an optical image recorder, a lens and / or one or more lenses, a computer-aided evaluation unit and a method of measurement, wherein the optical axis of the image recorder obliquely or inclined to the direction of movement of the object or the object surface is aligned. The method is based on the evaluation of blur in an image.

Der optische Bildaufnehmer ist dabei als abbildenden Optik ausgebildet. Der Bildaufnehmer ist dazu eingerichtet, ein zweidimensionales Abbild einer Fläche im Objektraum aufzunehmen. Die Abbildung funktioniert ähnlich einer optischen Abbildung mittels Linsen, wobei das zugrunde liegende Prinzip auch auf andere Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums oder auf andere Wellenformen, beispielsweise akustische Wellen, übertragen werden kann.The optical image sensor is designed as imaging optics. The imager is adapted to receive a two-dimensional image of a surface in the object space. The imaging works in a similar way to optical imaging using lenses, but the underlying principle can be applied to other wavelength ranges of the electromagnetic spectrum or to other waveforms, such as acoustic waves.

Der Bildaufnehmer umfasst typischerweise einen Bildsensor und ein abbildendes Element. Der Bildsensor kann die Fläche im Objektraum zweidimensional erfassen und die einfallende Strahlung in elektrische Signale umwandeln. Meist ist das Abbild in einzelne Bildelemente (Pixel) unterteilt. In bestimmten Ausführungsformen, wenn etwa auf Informationen über die Ortsabhängigkeit in einer Koordinate verzichtet werden kann, kann der Bildsensor eindimensional als Zeilenkamera ausgebildet sein.The imager typically includes an image sensor and an imaging element. The image sensor can capture the area in object space in two dimensions and convert the incident radiation into electrical signals. Mostly the image is divided into individual picture elements (pixels). In certain embodiments, if it is possible to dispense with information about the location dependence in a coordinate, for example, the image sensor can be configured as a one-dimensional line camera.

Bildsensoren können zum Beispiel Matrixkameras auf Basis von CCD- oder CMOS-Chiptechnologie umfassen. Über vorgeschaltete Wandler (bspw. Szintillatorplatten, fluoreszierende Schichten, Upconversion-Materialien, ...) lassen sich damit auch Wellenlängenbereiche oder andere Strahlungen detektieren, für welche die eingesetzten Chips selbst nicht empfindlich sind. Desweiteren können die Bildsensoren auch IR-Kameras, Bolometer, InGaAs-Kameras oder HgCdTe-Kameras umfassen.Image sensors may include, for example, matrix cameras based on CCD or CMOS chip technology. Via upstream transducers (for example scintillator plates, fluorescent layers, upconversion materials, etc.), it is thus also possible to detect wavelength ranges or other radiations for which the chips themselves are not sensitive. Furthermore, the image sensors can also include IR cameras, bolometers, InGaAs cameras or HgCdTe cameras.

Die Abbildung wird mit einem Element vorgenommen, das im Folgenden als Objektiv bezeichnet wird. Im Falle elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich der ultravioletten bis infraroten Strahlung besteht ein Objektiv typischerweise aus einer Linse oder einer Kombination von Linsen. Die gleiche Abbildungs-Funktion kann aber durch andere Komponenten, beispielsweise durch Zonenplatten oder Fresnellinsen erreicht werden. In Sonderfällen ist es auch möglich, zweidimensionale Bilder mit einer Scannertechnik zu erzeugen.The illustration is made with an element, which will be referred to as the lens in the following. In the case of electromagnetic radiation in the wavelength range of ultraviolet to infrared radiation, an objective typically consists of a lens or a combination of lenses. However, the same imaging function can be achieved by other components, for example by zone plates or Fresnel lenses. In special cases it is also possible to produce two-dimensional images with a scanner technique.

Zur Auswertung werden die Bilddaten an eine elektronische, typischerweise computerunterstützte Auswerteeinheit übertragen, wo eine Speicherung der Informationen erfolgt. Eine Digitalisierung der vom Bildsensor erzeugten Signale kann dabei nach Stand der Technik sowohl im Bildaufnehmer selbst als auch in der Auswerteeinheit erfolgen. Auf diese Weise können erforderliche Auswertealgorithmen in Form von fest oder frei programmierbarer Software implementiert werden.For evaluation, the image data are transmitted to an electronic, typically computer-aided evaluation unit, where storage of the information takes place. A digitization of the signals generated by the image sensor can be carried out according to the prior art both in the image recorder itself and in the evaluation unit. In this way, required evaluation algorithms can be implemented in the form of fixed or freely programmable software.

Die Fläche im Objektraum, die scharf auf den Bildsensor abgebildet wird, wird nachfolgend als Fokalfläche bezeichnet. In vorteilhafter Weise umfasst die Fokalfläche das gesamte Objekt, muss es allerdings nicht. Je weiter ein Objektpunkt von der Fokalfläche entfernt liegt, desto unschärfer ist sein Abbild auf dem Bildsensor. Auf diesem Umstand basiert die beschriebene Erfindung.The surface in the object space, which is imaged sharply on the image sensor, is referred to below as the focal surface. Advantageously, the focal plane comprises the entire object, but it does not have to. The farther an object point is from the focal plane, the blurred is its image on the image sensor. This fact is the basis of the described invention.

Eine wichtige, hier ausgenutzte Eigenschaft der Abbildung ist es, dass ein gewisser Bereich vor und hinter der eigentlichen Fokalfläche noch so scharf abgebildet wird, dass sich die resultierende kleine Unschärfe nicht im registrierten Bild niederschlägt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Durchmesser des unscharfen Bereichs für einen Bildpunkt kleiner ist als die Abmessung eines Bildsensorpixels. Aus der Optik ist dieser Bereich als Schärfentiefe bekannt. Diese Schärfentiefe ist abhängig vom verwendeten Objektiv und lässt sich beispielsweise durch Wahl der entsprechenden Apertur bzw. Blende gezielt beeinflussen. Die Schärfentiefe kann in Abhängigkeit der Verwendung der optischen Vorrichtung ausgewählt und eingestellt werden. Dabei kann die Schärfentiefe in Abhängigkeit von der Verwendung in einem Bereich von wenigen Mikrometern bis zu einem Bereich von mehreren Metern ausgebildet sein.An important feature of the image exploited here is that a certain area in front of and behind the actual focal plane is still so sharply focused that the resulting small blur does not result in the registered image. This is the case, for example, when the diameter of the blurred area for a pixel is smaller than the dimension of an image sensor pixel. From the optics, this area is known as the depth of field. This depth of field is dependent on the lens used and can be selectively influenced, for example by selecting the appropriate aperture or aperture. The depth of field may be selected and adjusted depending on the use of the optical device. The depth of field may be formed depending on the use in a range of a few micrometers to a range of several meters.

Für eine Nutzung der begrenzten Schärfentiefe zur Auswertung existieren in der Literatur Verfahren, die zur Klasse der sogenannten Shape-from-Focus- oder Depth-from-Focus-Verfahren gehören. Hierbei wird von einem Objekt eine Sequenz von Einzelbildern – somit ein Bildstapel oder eine Bildsequenz – aufgenommen, wobei die relative Lage der Fokalebene zum Objekt von Bild zu Bild geändert wird. Sinnvollerweise erfolgt die Bewegung der Fokalbene parallel zur optischen Achse, d. h. das Objekt wird in allen drei Dimensionen vom aufgenommenen Bildstapel erfasst. Der Grad der Bildschärfe eines speziellen Objektpunktes variiert damit von Bild zu Bild innerhalb des Bildstapels. Typischerweise sind die Bilder äquidistant und haben einen gegenseitigen Abstand, welcher durch die Schärfentiefe des Bildaufnehmers bestimmt ist.For the use of the limited depth of field for the evaluation, there exist in the literature methods which belong to the class of the so-called shape-from-focus or depth-from-focus methods. In this case, an object takes a sequence of individual images-thus an image stack or an image sequence-whereby the relative position of the focal plane to the object is changed from image to image. It makes sense to move the focal plane parallel to the optical axis, i. H. the object is captured by the captured image stack in all three dimensions. The degree of image sharpness of a particular object point thus varies from image to image within the image stack. Typically, the images are equidistant and spaced apart, which is determined by the depth of field of the imager.

Durch Identifikation desjenigen Bildes im Bildstapel, in dem ein bestimmter Objektpunkt am schärfsten abgebildet wird, kann eine Information über die Lage des betrachteten Objektpunktes längs der Koordinate senkrecht zum Bildstapel – somit entlang einer Bildstapelnormalen – erzeugt werden. Die Bildstapelnormale beschreibt eine Gerade, welche durch den Mittelpunkt der Bilder eines Bildstapels verläuft und welche senkrecht zu deren Oberfläche steht. Typischerweise liegt die Bildstapelnormale parallel zur optischen Achse des Bildsensors. Da die lateralen Objektpunktkoordinaten aus dem Bild einfach zu ermitteln sind, ist auf diese Weise eine dreidimensionale Vermessung von Objekten möglich.By identifying that image in the image stack in which a certain object point is most sharply imaged, information about the position of the object point under consideration along the coordinate perpendicular to the image stack - thus along a picture stack normal. The image stack normal describes a straight line which runs through the center of the images of a picture stack and which is perpendicular to its surface. Typically, the image stack normal is parallel to the optical axis of the image sensor. Since the lateral object point coordinates can be easily determined from the image, a three-dimensional measurement of objects is possible in this way.

Bei diesen Verfahren wird ein mathematischer Algorithmus benötigt, mit dem der Grad der Bildschärfe quantitativ berechnet werden kann. Hierzu sind verschiedene Ansätze bekannt, beispielsweise globale Algorithmen mittels Integraltransformationen (z. B. Hochpassfilterung im Ortsfrequenzbereich), lokale Filter oder lokale Statistiken (z. B. lokale Varianz- oder Entropieberechnung).These methods require a mathematical algorithm that can be used to quantitatively calculate the degree of image sharpness. For this purpose, various approaches are known, for example global algorithms by means of integral transformations (eg high-pass filtering in the spatial frequency range), local filters or local statistics (eg local variance or entropy calculation).

Für die Erzeugung eines Bildstapels mit Einzelbildern, bei denen sich die relative Lage der Fokalebene von Bild zu Bild ändert, wird für die erfindungsgemäße Vorrichtung überraschend einfach eine vorgegebene Relativbewegung zwischen Objekt und Bildaufnehmer ausgenutzt. Insbesondere kann auf diese Weise eine bereits existierende Bewegung der zu vermessenden Objekte in vorteilhafter Weise genutzt werden für eine unschärfebasierte 3D-Vermessung. In weiterer Ausführungsform kann eine existierende Bewegung des Bildaufnehmers gegenüber den Objekten ausgenutzt werden.For the generation of an image stack with individual images, in which the relative position of the focal plane changes from image to image, a predetermined relative movement between the object and the image recorder is surprisingly easily utilized for the device according to the invention. In particular, an already existing movement of the objects to be measured can advantageously be used in this way for a blur-based 3D measurement. In a further embodiment, an existing movement of the image recorder relative to the objects can be utilized.

Eine derartige Relativbewegung ist beispielsweise gegeben bei einem kontinuierlichen Fluss von Materialien wie Vor-, Zwischen- und/oder Endprodukten in der industriellen Fertigung. So können die zu fertigenden Teile kontinuierlich auf einem Förderband oder einer ähnlichen Einrichtung zwischen zwei Bearbeitungsstationen oder innerhalb eines Fertigungsprozesses bewegt werden. Alternativ kann sich auch ein Produkt kontinuierlich um eine Achse drehen.Such a relative movement is given for example in a continuous flow of materials such as pre-intermediate and / or end products in industrial production. Thus, the parts to be manufactured can be continuously moved on a conveyor belt or similar device between two processing stations or within a manufacturing process. Alternatively, a product can also rotate continuously around an axis.

Bei den bekannten Verwendungen der Shape-From-Focus-Verfahren findet eine Relativbewegung längs der optischen Achse des Bildaufnehmers statt. Die optische Achse des Bildaufnehmers steht typischerweise senkrecht zur strahlungsempfindlichen Oberfläche des Bildaufnehmers und weist in die Richtung des bewegten Objektes.In the known uses of the shape-from-focus method, a relative movement takes place along the optical axis of the image sensor. The optical axis of the imager is typically perpendicular to the radiation-sensitive surface of the imager and points in the direction of the moving object.

Um die Gefahr einer Kollision von bewegten Objekt und Bildaufnehmer sicher auszuschließen, wird erfindungsgemäß die optische Achse gegen die Bewegungsrichtung des Objektes geneigt. Somit gelingt es, den Bildaufnehmer aus dem Bewegungsraum der zu vermessenden Objekte heraus zu nehmen. Durch eine angepasste Koordinatentransformation können die im geneigten und verkippten Bildstapel erkannten Objektpunktpositionen in das Objektkoordinatensystem transformiert werden.In order to safely exclude the risk of a collision of moving object and image sensor, according to the invention, the optical axis is inclined against the direction of movement of the object. Thus, it is possible to take the image sensor out of the range of motion of the objects to be measured. By means of an adapted coordinate transformation, the object point positions recognized in the tilted and tilted image stacks can be transformed into the object coordinate system.

In vorteilhafter Weise sind die relative Bewegungsrichtung und/oder die -geschwindigkeit zwischen Objekt und Bildaufnehmer bekannt, beispielsweise durch Informationen über die Bewegungsform des Objektes in Relation zu einem feststehenden Bildaufnehmer oder auch durch eine separate Messung derselben. Das Objekt kann sich gleichmäßig oder auch unterschiedlich in Bezug auf die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit, beispielsweise translatorisch oder rotatorisch mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, während der optische Bildsensor fest mit der Umgebung verbunden sein kann.Advantageously, the relative direction of movement and / or speed between object and imager are known, for example by information about the motion of the object in relation to a stationary imager or by a separate measurement of the same. The object may move uniformly or even differently with respect to the direction of movement and the speed of movement, for example translationally or rotationally at a constant speed, while the optical image sensor may be firmly connected to the surroundings.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann die Bildaufnahmerate der Bewegung, somit die Anzahl der pro Zeiteinheit aufgenommenen Bilder, derart angepasst werden, dass die zu dem aufgenommenen Bildstapel gehörenden Fokalflächen möglichst äquidistant sind. Diese Weiterbildung ist im Sinne einer einfachen Auswertung der Bilddaten vorteilhaft, stellt aber keine notwendige Voraussetzung für eine Verwendung des Verfahrens dar.In one development of the invention, the image acquisition rate of the movement, thus the number of images recorded per unit time, can be adjusted such that the focal surfaces belonging to the recorded image stack are as equidistant as possible. This development is advantageous in terms of a simple evaluation of the image data, but does not constitute a necessary prerequisite for using the method.

Vielmehr können grundsätzlich beliebige Relativbewegungen und Bildaufnahmeraten vorliegen. Die Art der Relativbewegung und die Bildaufnahmerate beeinflussen den Aufwand zur Berechnung der Objektpunktkoordinaten.Rather, basically any relative movements and image acquisition rates can be present. The nature of the relative movement and the image acquisition rate influence the effort required to calculate the object point coordinates.

Idealerweise wird die Bildaufnahmerate abhängig von der Relativgeschwindigkeit des Objektes derart gewählt, dass sämtliche Fokalflächen einen gleichen Abstand zueinander haben. Weiterhin vorteilhaft weisen diese einen Abstand längs der optischen Achse auf, der gerade dem Betrag der Schärfentiefe des Bildaufnehmers entspricht. Hierdurch wird eine eindeutige Zuordnung eines Objektpunktes zu demjenigen Bild möglich, indem dieser am schärfsten abgebildet wird. Eine über diesen Wert weiter erhöhte Bildaufnahmerate vermag es nicht, zusätzliche wichtige Informationen zu erzeugen und ist daher ineffizient. Eine niedrigere Bildrate kann zu Unsicherheit in der Bestimmung der Position längs der optischen Achse führen.Ideally, the image acquisition rate is selected depending on the relative speed of the object such that all focal surfaces have an equal distance from each other. Further advantageously, these have a distance along the optical axis, which corresponds to just the amount of the depth of field of the image sensor. As a result, an unambiguous assignment of an object point to that image is possible by this is most sharply mapped. Increasing the image acquisition rate above this level will not be able to generate additional important information and is therefore inefficient. A lower frame rate can lead to uncertainty in determining the position along the optical axis.

Die erreichbare Ortsauflösung dieses Verfahrens ist gegeben durch die Pixelzahl des Bildsensors und die Eigenschaften des Objektivs. Die Pixelzahl legt unmittelbar die Unsicherheit in der Bestimmung der lateralen Objektpunktposition innerhalb eines Bildes, somit seine X- und Y-Position, fest. Eine hohe Auflösung des Bildsensors, etwa in einem Bereich ab 3 Megapixel, hat sich als vorteilhaft herausgestellt. Eine höhere Auflösung ermöglicht es, eine höhere Genauigkeit bei der Messung zu erzielen. Die Unsicherheit der Position längs der optischen Achse (z) ist im Wesentlichen gegeben durch den Abstand der Fokalflächen. Entsprechend der Aufgabenstellung und der jeweils notwendigen Unsicherheit in der Positionsbestimmung können die Eigenschaften des Bildaufnehmers entsprechend gewählt werden.The achievable spatial resolution of this method is given by the pixel number of the image sensor and the properties of the lens. The pixel number immediately determines the uncertainty in the determination of the lateral object point position within an image, thus its X and Y positions. A high resolution of the image sensor, for example in a range from 3 megapixels, has proven to be advantageous. A higher resolution makes it possible to achieve higher accuracy in the measurement. The uncertainty of the position along the optical axis (z) is in Essentially given by the distance of the focal surfaces. Depending on the task and the respective uncertainty in determining the position of the properties of the image sensor can be selected accordingly.

Da zu jedem aufgenommenen Bild zugleich Informationen über den Zeitpunkt der Aufnahme durch die Auswerteeinheit gespeichert werden können, sind in einer Weiterbildung der Erfindung auch Kombinationen von translatorischen und/oder rotatorischen Bewegungen mit unterschiedlichen, variierenden Geschwindigkeiten des Objektes möglich. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem der Bildsensor ein Bild aufnimmt, müssen Informationen über die relative Lage zwischen dem Objekt und dem Bildaufnehmer rechnerisch vorliegen, um als Basis für die Auswerteeinheit genutzt werden zu können. Somit können sich das Objekt und/oder der Bildaufnehmer gleichzeitig in gleichen oder unterschiedlichen, konstanten oder sich verändernden Bewegungsrichtungen und geschwindigkeiten bewegen.Since information about the time of the recording by the evaluation unit can be stored for each recorded image at the same time, combinations of translatory and / or rotational movements with different, varying speeds of the object are possible in one development of the invention. At any time at which the image sensor receives an image, information about the relative position between the object and the image sensor must be present in a mathematical manner in order to be able to be used as the basis for the evaluation unit. Thus, the object and / or the imager may move simultaneously in the same or different, constant or changing directions of movement and speeds.

Defekte oder Abweichungen des Objektes, beispielsweise Oberflächenbeschädigungen durch Kratzer oder geschlossene Blasen im Objektvolumen, führen im Bild zu Hell-/Dunkelabweichungen. Im digitalisierten Bild führt dieses zu Unterschieden benachbarter Pixel oder Pixelbereiche, wobei die Übergänge zwischen helleren und dunkleren Pixeln oder Pixelbereichen weicher im unscharfen Bereich und stärker im scharfen Bereich ausgebildet sein können.Defects or deviations of the object, for example surface damage due to scratches or closed bubbles in the object volume, lead to light / dark deviations in the picture. In the digitized image, this leads to differences in adjacent pixels or pixel areas, wherein the transitions between lighter and darker pixels or pixel areas may be softer in the blurred area and more pronounced in the sharp area.

Auf diese Weise können Defekte oder Abweichungen räumlich vermessen werden. So können auch Informationen über die räumliche Ausdehnung im dreidimensionalen Raum, also beispielsweise die Lage, die Länge, die Breite und die Tiefe eines Kratzers bestimmt werden. Wird beispielsweise ein transparentes Objekt vermessen, können auf diese Weise auch Abweichung unter der Oberfläche gemessen werden. Auch im Material eingeschlossene Defekte oder Abweichungen, so etwa Schlieren, geschlossene Blasen oder Fremdpartikel können gemessen werden. Die Auswerteeinheit kann Informationen zu der Lage im Raum und der räumlichen Ausdehnung der Defekte oder Abweichungen berechnen.In this way, defects or deviations can be spatially measured. Thus, information about the spatial extent in three-dimensional space, so for example, the position, the length, the width and the depth of a scratch can be determined. If, for example, a transparent object is measured, deviation below the surface can also be measured in this way. Also included in the material defects or deviations, such as streaks, closed bubbles or foreign particles can be measured. The evaluation unit can calculate information about the position in space and the spatial extent of the defects or deviations.

Das Objekt kann sich dabei in einem weiten Geschwindigkeitsbereich, ausgehend von Geschwindigkeiten von Null oder nahe Null, bis hin zu Geschwindigkeiten in einem Bereich von größer als 100 m/s bewegen.The object can move in a wide speed range, from zero or near zero speeds, to speeds in the range of greater than 100 m / s.

Soll die erfindungsgemäße optische Vorrichtung beispielsweise für eine Bodenaufklärung in Flugzeugen verwendet werden, so kann die Relativgeschwindigkeit zwischen Objekt und Bildaufnehmer in einem Bereich von über 100 Metern pro Sekunde liegen. Sollen dagegen Objekte im mikroskopischen Bereich gemessen werden, so kann eine Relativgeschwindigkeit in einem Bereich von wenigen Mikrometern pro Sekunde liegen.If the optical device according to the invention is to be used, for example, for ground reconnaissance in aircraft, then the relative speed between the object and the imager can be in a range of more than 100 meters per second. On the other hand, if objects are to be measured in the microscopic range, then a relative speed may be in the range of a few micrometers per second.

Ebenso kann die Schärfentiefe unterschiedlich groß sein und beispielsweise zwischen einigen Mikrometern im Fall von Verwendungen in Mikroskopen bis hin zu einigen Metern im Fall von Verwendungen zur Bodenaufklärung betragen.Also, the depth of field may vary in size, for example between a few microns in the case of microscopic uses to a few meters in the case of ground reconnaissance applications.

Der Abstand zwischen dem Bildaufnehmer und dem Objekt kann dabei unterschiedlich groß sein. So kann zum Beispiel bei einer Verwendung in der Mikroskopie ein Abstand in einem Bereich von einigen Zentimetern vorliegen. Zum anderen kann aber auch, beispielsweise bei einer Verwendung zur Bodenaufklärung durch Flugkörper ein Abstand in einem Bereich von mehreren 100 m vorliegen.The distance between the image sensor and the object can be different. For example, when used in microscopy, there may be a distance in the range of a few centimeters. On the other hand, however, for example when used for ground reconnaissance by missiles, there may be a distance in the range of several 100 m.

Zum Vermessen großflächiger Objekte können auch mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen parallel eingesetzt werden, um einen größeren Flächenbereich zu messen.For measuring large-area objects, several devices according to the invention can also be used in parallel in order to measure a larger surface area.

Erfindungsgemäß können eine oder mehrere optische Vorrichtungen das Objekt berührungslos messen, um Abweichungen in der geometrischen Form, Defekte oder Fehlstellen auf der Oberfläche oder im Objektvolumen zu identifizieren und zu lokalisieren. Somit können Abweichungen von einer gewünschten Qualität im laufenden Produktionsprozess gemessen und annähernd in Echtzeit ausgewertet werden.According to the invention, one or more optical devices can measure the object without contact in order to identify and locate deviations in the geometric shape, defects or defects on the surface or in the object volume. Thus, deviations from a desired quality can be measured in the current production process and evaluated almost in real time.

Mögliche Fehlerbilder, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemessen und detektiert werden können, können geometrische Abweichungen von vorgegebenen Maßen oder Formen sein, etwa die Lage von Außen- oder Innenkanten oder auch Positionen von Aussparungen oder Bohrungen. Es können auch Verletzungen der Oberfläche durch Kratzer oder Formabweichungen gemessen werden sowie Substanzen auf der Oberfläche, beispielsweise Partikel oder Anhaftungen.Possible fault patterns which can be measured and detected with the device according to the invention can be geometric deviations from predetermined dimensions or shapes, for example the position of outer or inner edges or even positions of recesses or bores. It is also possible to measure surface damage due to scratches or deviations in form, as well as substances on the surface, such as particles or buildup.

Weiterhin können Defekte oder Fehlstellen im Materialvolumen, beispielsweise Einschlüsse von Fremdmaterial im Objekt, gemessen werden. Hierunter sind im Fall von Objekten aus Glas oder Glaskeramik auch Glaseinschlüsse zu verstehen, also eingeschlossene Fremdmaterialien wie etwa aus einer Schmelzwanne stammende Steinfragmente oder -partikel.Furthermore, defects or imperfections in the material volume, for example inclusions of foreign material in the object, can be measured. In the case of objects made of glass or glass ceramic, this also includes glass inclusions, ie enclosed foreign materials such as stone fragments or particles originating from a melting tank.

Messbare Defekte können auch Poren, Riefen oder Kratzer an der Oberfläche oder geschlossene Blasen bzw. Hohlräume im Objektvolumen sein.Measurable defects can also be pores, grooves or scratches on the surface or closed bubbles or cavities in the object volume.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich das Ausmaß eines Fehlerbildes sowie dessen Lage im Volumen des Objektes bestimmen. Diese Informationen können in der Auswerteeinheit analysiert werden. Auf Basis der Analyse und einem. Vergleich mit hinterlegten Sollwerten kann daher eine Klassifikation des Objektes oder eines Bereiches eines Objektes erfolgen. Diese Klassifikation kann somit als Entscheidungsgrundlage für eine weitere Verwendung des Objektes oder des Objektbereiches herangezogen werden. By the device according to the invention, the extent of a defect image and its location in the volume of the object can be determined. This information can be analyzed in the evaluation unit. Based on the analysis and a. Therefore, a classification of the object or a region of an object can be carried out in comparison with stored nominal values. This classification can thus be used as a decision basis for a further use of the object or the object area.

Das Objekt kann dabei verschiedene Materialien, umfassend Materialien aus der Gruppe der Gläser, der Glaskeramiken, der Keramiken, der Kunststoffe oder der Metalle, umfassen. Die Objekte können für elektromagnetische Strahlung transparent, semi-transparent oder opak ausgebildet sein.The object may include various materials comprising materials from the group of glasses, glass ceramics, ceramics, plastics or metals. The objects may be transparent, semi-transparent or opaque to electromagnetic radiation.

In einer besonderen Ausführungsform werden nicht nur die sichtbaren Bereiche der elektromagnetischen Strahlung, somit die Bereich einer Wellenlänge von 380 bis 780 nm, gemessen, sondern auch die angrenzenden Wellenlängenbereiche. Besonders bevorzugt sind Wellenlängenbereiche, welche von siliziumbasierten Sensoren wie CCD- oder CMOS-Sensoren detektiert werden können. Diese Bereiche können bei etwa 0,1 pm beginnen und bis in Bereiche von etwa 1.100 nm gehen.In a particular embodiment, not only the visible regions of the electromagnetic radiation, thus the range of a wavelength of 380 to 780 nm, are measured, but also the adjacent wavelength ranges. Particularly preferred are wavelength ranges which can be detected by silicon-based sensors such as CCD or CMOS sensors. These areas can begin at about 0.1 pm and go to areas of about 1100 nm.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Bildaufnahme durch die Bewegungsinformation zu der Geschwindigkeit des Objektes getriggert. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Anzahl der aufgenommenen Bilder mit der Geschwindigkeit des Objektes korreliert werden kann. Bewegt sich das Objekt etwa mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so kann die Anzahl der aufgenommenen Bilder entsprechend höher bei einer größeren Geschwindigkeit und niedriger bei einer kleineren Geschwindigkeit sein. Auf diese Weite können Bilder von äquidistanten Flächen im Prüfling erzeugt werden.In another embodiment, the image acquisition is triggered by the motion information about the speed of the object. This method has the advantage that the number of recorded images can be correlated with the speed of the object. If the object is moving at different speeds, the number of pictures taken may be correspondingly higher at a higher speed and lower at a lower speed. Images of equidistant areas in the test object can be created on this width.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können sowohl vereinzelte, voneinander getrennte, als auch zusammenhängende Objekte oder Teilbereiche davon gemessen werden.With the method according to the invention, it is possible to measure both isolated, mutually separated, as well as contiguous objects or subregions thereof.

Zu messende Objekte können sich direkt im Produktionsprozess befinden und „inline” annähernd in Echtzeit gemessen werden. Beispielsweise seien hier Rohmaterialien, Vor-, Zwischen- oder Endprodukte genannt, welche auf Förderbändern oder -bahnen zwischen Produktionseinrichtungen, Maschinen oder Anlagen bewegt werden. Dieses können beispielsweise Hohlkörper oder Scheiben aus Glas oder Glaskeramik sein, keramische Fliesen oder Kunststoffbauteile.Objects to be measured can be located directly in the production process and measured "inline" almost in real time. Examples include raw materials, pre-, intermediate or end products, which are moved on conveyor belts or tracks between production facilities, machinery or equipment. This can be, for example, hollow bodies or discs made of glass or glass ceramic, ceramic tiles or plastic components.

Ein zu messendes Objekt kann auch ein quasi-kontinuierlich hergestelltes Endlosmaterial umfassen, beispielsweise ein aus einem Floatbad abgezogenes Flachglas, welches über Förderrollen bewegt wird. Häufig wird ein derartiges Flachglas anschließend einer Weiterverarbeitung zugeführt, wobei mittels geeigneter Trennvorrichtungen einzelne Scheiben aus dem Flachglasband abgetrennt werden. Dabei können auch unterschiedlich große Scheiben gefertigt werden. Hier kann beispielsweise das Flachglasband vor der Weiterverarbeitung mit der optischen Vorrichtung gemessen werden, um mittels der Auswerteeinheit eine Information an die Trennvorrichtung zu geben bezüglich der Qualität des gemessenen Bereiches. Daraufhin kann beispielsweise eine Art Schnittmuster an die Trennvorrichtung gegeben werden werden, um auf Basis der Qualitätsinformation die größtmöglichen Scheiben aus dem Flachglasband mit einem geringstmöglichen Verschnitt herstellen zu können. Hierdurch kann der Trennprozess mittels der Erfindung deutlich optimiert werden.An object to be measured can also comprise a quasi-continuously produced endless material, for example a flat glass drawn off from a float bath, which is moved via conveyor rollers. Frequently, such a flat glass is subsequently fed to a further processing, wherein individual slices are separated from the flat glass strip by means of suitable separating devices. It can also be made of different sizes discs. Here, for example, the flat glass ribbon can be measured before further processing with the optical device in order to provide information to the separating device with regard to the quality of the measured region by means of the evaluation unit. Thereupon, for example, a kind of cutting pattern can be given to the separating device in order to be able to produce the largest possible slices from the flat glass band with the lowest possible waste on the basis of the quality information. As a result, the separation process can be significantly optimized by means of the invention.

In ähnlicher Weise kann selbstverständlich auch ein Stahlblech, welches aus einer Bramme gewalzt wird, bevor es auf ein Coil aufgewickelt wird, gemessen werden. Ebenso können auch beispielsweise Kunststofffolien gemessen werden. Die hier genannten Beispiele zeigen lediglich einige Bereiche für eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf und sind keineswegs als abschließend zu verstehen.Similarly, of course, a steel sheet which is rolled from a slab before it is wound on a coil can be measured. Likewise, for example, plastic films can be measured. The examples given here merely show a few areas for use of the device according to the invention and are by no means to be understood as conclusive.

So können selbstverständlich auch weitere Endlosmaterialien wie Bahnware, Bleche, Folien, Fäden oder Seile gemessen werden.Of course, other continuous materials such as webs, sheets, foils, threads or ropes can be measured.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden rohrförmige Produkte, beispielsweise Glasrohre oder metallische Rohre, im laufenden, kontinuierlichen Produktionsprozess gemessen. Vorteilhafterweise werden hier mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen eingesetzt, die jeweils einen bestimmten Abschnitt eines Umfangs vermessen. Als vorteilhaft hat sich eine Variante mit vier optischen Meßvorrichtungen gezeigt, die jeweils einen Umfangsbereich von 90° abdecken. Das Objekt führt dabei abschnittsweise translatorische und rotatorische Bewegungen aus, d. h. in wiederholender Folge etwa zunächst eine translatorische parallel zur Mittelachse, sodann eine rotatorische. Hiermit kann gewährleistet werden, dass auch großvolumige Objekte vollständig gemessen werden können.In a further development of the invention, tubular products, for example glass tubes or metallic tubes, are measured in the ongoing, continuous production process. Advantageously, several devices according to the invention are used here, each measuring a specific section of a circumference. As advantageous, a variant with four optical measuring devices has been shown, each covering a circumferential range of 90 °. The object executes sections of translatory and rotational movements, d. H. in a repetitive sequence about first a translational parallel to the central axis, then a rotatory. This ensures that even large-volume objects can be measured completely.

Eine weitere erfindungsgemäße Verwendung ist gegeben, wenn die Objekte stationär oder annähernd stationär sind und sich der Bildaufnehmer bewegt. Dieses ist beispielsweise der Fall, wenn die Objekte sehr groß sind und gemessen werden sollen. Um etwa Teile eines Flugzeuges wie einen Flugzeugflügel zu messen, kann dieser stationär gelagert sein und sich die optische Vorrichtung mittels Roboterunterstützung relativ zu diesem bewegen. Eine weitere mögliche Verwendung der Vorrichtung liegt etwa in einer Verwendung in Flugzeugen oder Flugkörpern wie Satelliten, beispielsweise im Rahmen von Messungen zur Geodäsie, zur Kartographie oder zum Erhalt topographischer Informationen. So können beispielsweise auch Acker- oder Waldflächen gemessen werden, um beispielsweise ein Pflanzenwachstum zu analysieren.A further use according to the invention is given when the objects are stationary or approximately stationary and the image recorder moves. This is the case, for example, if the objects are very large and should be measured. In order to measure, for example, parts of an aircraft, such as an aircraft wing, it can be stored stationary and the optical device can move relative to it by means of robot assistance. Another possible use of the device is, for example, in a use in aircraft or missiles such as satellites, for example in the context of measurements for geodesy, for cartography or for obtaining topographical information. For example, field or forest areas can also be measured, for example to analyze plant growth.

Eine weitere Verwendung im Sinne der Erfindung kann eine Erfassung und Messung von bewegten oder nicht bewegten Verkehr darstellen. So kann die Vorrichtung beispielsweise in sogenannten Mautbrücken eingesetzt werden, um dreidimensionale Bilder von durchfahrenden Fahrzeugen aufzunehmen.Another use within the meaning of the invention may be a detection and measurement of moving or non-moving traffic. Thus, the device can be used for example in so-called toll bridges to record three-dimensional images of passing vehicles.

Die hier genannten Beispiele zeigen lediglich einige Bereiche für eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf und sind keineswegs als abschließend zu verstehen.The examples given here merely show a few areas for use of the device according to the invention and are by no means to be understood as conclusive.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.The invention will be described in more detail below with reference to preferred embodiments and with reference to the accompanying figures.

In 1 zeigt ein sich in Pfeilrichtung A bewegendes Objekt (10). Dargestellt ist ein quasi-kontinuierliches Objekt wie etwa ein Ausschnitt eines Flachglases aus einem Floatprozess. X und y spannen das Koordinatensystem jedes einzelnen Bildes auf, z zeigt in Richtung der optischen Achse. In dem Beispiel weist das Flachglas einige Defekte oder Abweichungen auf. Dargestellt sind Defekte im Materialvolumen 16 und 17, beispielsweise abweichende Materialzusammensetzung oder Hohlräume. Weitere qualitätsrelevante Defekte können Abweichung der geometrischen Außenfläche (15) von einer Sollform bestehen, die aus fehlerhaft geformtem Grundmaterial oder auch aus aufliegenden Fremdkörpern bestehen können.In 1 shows an object moving in the direction of arrow A ( 10 ). Shown is a quasi-continuous object such as a cutout of a flat glass from a float process. X and y span the coordinate system of each individual image, z points in the direction of the optical axis. In the example, the flat glass has some defects or deviations. Shown are defects in the material volume 16 and 17 For example, different material composition or cavities. Further quality-relevant defects may cause deviation of the geometric outer surface ( 15 ) consist of a desired shape, which may consist of incorrectly shaped base material or from resting foreign bodies.

Die optische Vorrichtung umfasst einen optischen Bildaufnehmer (11) mit einem abbildenden Objektiv (12). Der optische Bildaufnehmer kann als lichtempfindliche Kamera ausgebildet sein und einen CCD- oder CMOS-Sensor enthalten. Desweiteren ist die optische Achse (13) abgebildet, die in Richtung des zu messenden Objektes weist. In dem Beispiel ist eine Fokalfläche (14) gezeigt, die senkrecht zur optischen Achse liegt. Der Bildsensor ist mit einer computerunterstützten Auswerteeinheit (nicht dargestellt) zur Signalauswertung uns Speicherung verbunden. Gegenüber der Bewegungsrichtung A des Objektes weist die optische Achse 13 einen Winkelbereich Winkel β in der Horizontalen auf, der in einem Bereich von etwa 30° liegt.The optical device comprises an optical image recorder ( 11 ) with an imaging lens ( 12 ). The optical image sensor can be designed as a photosensitive camera and contain a CCD or CMOS sensor. Furthermore, the optical axis ( 13 ), which points in the direction of the object to be measured. In the example, a focal area ( 14 ), which is perpendicular to the optical axis. The image sensor is connected to a computer-aided evaluation unit (not shown) for signal evaluation and storage. Opposite the direction of movement A of the object, the optical axis 13 an angular range angle β in the horizontal, which is in a range of about 30 °.

Im Beispiel führt das Objekt (10) eine translatorische Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung A aus. In kurzen Abständen nimmt der Bildaufnehmer Bilder von dem Objekt auf, wobei jeweils die in der Fokalfläche liegende Fläche scharf abgebildet wird.In the example, the object ( 10 ) a translational movement at a constant speed in the direction of arrow A from. At short intervals, the image recorder takes pictures of the object, wherein in each case the area lying in the focal surface is sharply imaged.

In 2 ist eine Bildserie (20), umfassend sechs Bildaufnahmen, dargestellt. Jedes Bild der Bildserie ist zu einem unterschiedlichen, aufeinanderfolgenden Zeitpunkt aufgenommen. In Kombination mit der Information über die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes kann somit eine Information über den Abstand der Pokalflächen zueinander rechnerisch durch die Auswerteeinheit bestimmt werden.In 2 is a series of pictures ( 20 ), comprising six images, shown. Each image of the series of pictures is taken at a different, consecutive time. In combination with the information about the direction of movement and the speed of movement of the object, information about the distance of the cup surfaces from one another can thus be determined mathematically by the evaluation unit.

Der Defekt (17) wird in dem Beispiel zum ersten Mal bei Aufnahme (201) als in der Fokalebene liegend identifiziert. Bei einer darauffolgenden Aufnahme (202) verläuft die Fokalebene durch einen weiteren Bereich des Defektes und ermöglicht es somit, eine Information über die räumliche Ausdehnung zu erhalten.The defect ( 17 ) is used in the example for the first time at recording ( 201 ) identified as lying in the focal plane. In a subsequent recording ( 202 ), the focal plane extends through a wider region of the defect and thus makes it possible to obtain information about the spatial extent.

3 zeigt weitere mögliche Defekte, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemessen werden können. Hierunter fallen ein Kratzer (31) mit einer räumlichen Ausdehnung, die eine Oberflächen- sowie eine Tiefenschädigung bewirken können, eine Blase (32) sowie ein Einschluss von Fremdmaterial (33). Die Blase sowie der Materialeinschluss liegen im Objektvolumen vor. 3 shows further possible defects that can be measured by the device according to the invention. This includes a scratch ( 31 ) with a spatial extent that can cause surface and deep damage, a bubble ( 32 ) as well as an inclusion of foreign material ( 33 ). The bubble as well as the material inclusion are present in the object volume.

In 4 ist die Messung eines Glasbarrens dargestellt. Der Glasbarren weist eine Höhe h auf, die etwa in einem Bereich von 20 mm liegt. Eine Neigung der optischen Achse gegenüber der Senkrechten der Oberfläche des Objektes liegt in diesem Beispiel- in einem Ninkelbereich von etwa α = 45°. In der gezeigten Ausführungsform können sehr vorteilhafte Messungen durchgeführt werden, wenn der Abstand des Bildsensors zu der Oberfläche in einem Bereich von a = 15 cm liegt.In 4 the measurement of a glass bar is shown. The glass ingot has a height h which is approximately in a range of 20 mm. An inclination of the optical axis with respect to the vertical of the surface of the object lies in this example in an angle range of approximately α = 45 °. In the embodiment shown, very advantageous measurements can be made if the distance of the image sensor to the surface is in a range of a = 15 cm.

Hierbei wird eine Kamera mit einer Auflösung von beispielsweise 3 Megapixeln eingesetzt sowie ein Objektiv mit einer Brennweite von f = 50 mm. Die im Glas wirkende Tiefenschärfe kann mit dem Objektiv auf beispielsweise 0,5 mm eingestellt werden. Bewegt sich das Objekt mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/s, so hat sich eine Bildrate von 20 Bildern/s als ideal herausgestellt.Here, a camera with a resolution of, for example, 3 megapixels is used as well as a lens with a focal length of f = 50 mm. The depth of field acting in the glass can be adjusted with the lens to 0.5 mm, for example. If the subject moves at a speed of 10 mm / s, a frame rate of 20 fps has been found to be ideal.

Claims

Imaging device for non-contact, three-dimensional measurement of translationally and / or rotationally moving objects, comprising an optical image sensor, a lens and / or A lens and a computer-aided evaluation, wherein the optical axis of the image sensor is aligned obliquely or inclined to the direction of movement of the object and wherein the optical image pickup a surface in the object space two-dimensionally detected, wherein for each pixel for each recorded individual image, a degree of sharpness automatically evaluated and is stored in the evaluation unit and wherein during the image acquisition, the spatial position and orientation of the object relative to the image recorder detected by a separate measurement and the corresponding data are stored in the evaluation unit.

Imaging device according to claim 1, characterized in that the image sensor comprises an image sensor and an imaging element, wherein the image sensor, for example, as a matrix camera based on CCD or CMOS chip technology as IR camera, bolometer, InGaAs camera or HgCdTe camera can be trained.

Imaging device according to the preceding claims, characterized in that the image sensor via upstream converters can additionally detect electromagnetic radiation in areas for which the chips used are not sensitive.

Imaging device according to the preceding claims, characterized in that the optical image sensor converts the incident radiation into electrical, preferably digital signals and transmits them to the evaluation unit for storage and evaluation.

Imaging device according to the preceding claims, characterized in that by means of the objective a surface in the object space as a focal surface is imaged sharply on the detector.

Imaging device according to claim 5, characterized in that the focal surface has the shape of a plane or a curved or a curved surface.

Imaging device according to the preceding claims, characterized in that a sequence of images or a picture stack is picked up by the image recorder from the object.

Imaging device according to the preceding claims, characterized in that the recorded images differ in the relative position of the focal plane to the object from image to image.

Imaging device according to the preceding claims, characterized in that a recorded image contain information at the time of recording or can be linked computationally with this information.

Imaging device according to the preceding claims, characterized in that the time of taking each individual image is linked to the spatial position and orientation of the object relative to the image sensor.

Imaging device according to the preceding claims, characterized in that the recorded sequence of images are evaluated by means known as shape-from-focus or as a depth-from-focus method.

Method for the three-dimensional measurement of translationally and / or rotationally moving objects, using an optical device with an optical image recorder, a lens and / or lens and a computer-assisted evaluation unit, wherein the optical axis of the image recorder is aligned obliquely or inclined to the direction of movement of the object is, characterized in that for each recorded image, an evaluation of the degree of sharpness is done automatically and stored for each pixel in the evaluation and wherein recorded during the image acquisition, the spatial position and orientation of the object relative to the image sensor by a separate measurement and the corresponding Data are stored in the evaluation unit.

Method for three-dimensional measurement of moving objects according to claim 12, characterized in that the evaluation unit performs an evaluation of the course of the calculated degree of sharpness in the image stack in a direction perpendicular to the image plane and from this the most sharply imaged position is calculated.

Method for the three-dimensional measurement of moving objects according to claims 12 and 13, characterized in that by determining the image with the sharpest position, the position of the associated object point in space relative to the image sensor is calculated.

Method for the three-dimensional measurement of moving objects according to claims 12 to 14, characterized in that the object and / or the image recorder perform a constant or varying movement during and between the taking of the successive images.

Method for the three-dimensional measurement of moving objects according to claim 13 to 15, characterized in that in the evaluation unit information about the quality of the object or a portion of an object, preferably in approximately real time, takes place.

Method for the three-dimensional measurement of moving objects according to claim 12 to 16, characterized in that the objects for electromagnetic radiation can be transparent, semitransparent or opaque.

Method for the three-dimensional measurement of moving objects according to claim 12 to 17, characterized in that more than one imaging device according to claims 1 to 11 are used in parallel, which measure different areas of the object.

Method for three-dimensional measurement of objects according to claim 12 to 18, characterized in that the image sensor moves relative to the object.

Use of an imaging device and a method according to the preceding claims for checking and monitoring compliance with given geometric dimensions and shapes on, in and in the volume of objects.

Use of an imaging device and a method according to the preceding claims for detecting local deviations or defects in the object volume or on the object surfaces such as components of foreign materials, pores, bubbles, cavities, grooves, scratches or fractures.

Use of an imaging device and a method according to the preceding claims for detection and measurement for geodesy, for cartography or for obtaining topographical information.

Use of an imaging apparatus and method according to the preceding claims for creating three-dimensional images in moving and stationary traffic.