WO1993003349A1 - Device for optically scanning the surface of an object whose surface is capable of reflecting or scattering light - Google Patents
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- WO1993003349A1 WO1993003349A1 PCT/DE1991/000617 DE9100617W WO9303349A1 WO 1993003349 A1 WO1993003349 A1 WO 1993003349A1 DE 9100617 W DE9100617 W DE 9100617W WO 9303349 A1 WO9303349 A1 WO 9303349A1
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Definitions
- the invention relates to a device for optically scanning the surface of an object, the surface of which is capable of reflecting or scattering light, according to the preamble of claim 1.
- a device for optically scanning the one surface has been disclosed a movable object, for reflecting the surface of light or to scatter capable of having a light source and an internally comparable reflected pitched mirror with a circumferential Mirror surface and a centrally arranged through opening for the passage of the object through the desk mirror, in whose direction and within the opening angle above the through opening there is another mirror, as well as with an opto-electronic sensor and an electrical evaluation device. After reflection or scattering on the object, the light falls on the mirror surfaces of the mirrors, is directed onto the sensor and evaluated in the evaluation device.
- the light source illuminates the object around its circumference in the area of the through opening of the desk mirror in such a way that the light reflected or scattered by the object around the circumference simultaneously falls peripherally onto the mirror surface of the desk mirror.
- the second mirror has an obliquely inclined, flat mirror surface which directs the light onto an optical system for standing imaging on the sensor, which detects a complete circumferential band which corresponds to a circumferential surface of the object of a predetermined width.
- Symmetrical lenses can be arranged around the object, which guide the reflected light to the sensor, even with the interposition of optical fibers.
- GRIN rod lenses lenses with a graded refractive index
- SELFOC lens lenses with a graded refractive index
- SELFOC lens which has the shape of a cylindrical rod.
- the refractive index of such a lens usually has a parabolic course with the
- Such a lens is an imaging optical element.
- 3 can create upright images of an object in the image plane.
- the invention is based on the object of a device of the above-mentioned
- the device is also intended to be compared with known devices
- the lenses are upright 1 imaging rod lenses with a graduated refractive index (GRIN rod lenses) in 2 form of a lens bundle, which the design of the desk mirror and the transverse 3 adapted to the sectional contour of the object, preferably ring or elliptical, 4 , the light entry surfaces of the rod lenses facing the mirror surface of the desk mirror 5 and the light exit surfaces being opposed by an annular, circular or elliptical 6- shaped sensor.
- GRIN rod lenses graduated refractive index
- the invention has the salient advantage that it is most advantageously suitable for scanning objects with practically any cross-section, which can be translucent, transparent or opaque, but whose surface is able to reflect or scatter light Device by the use according to the invention of a plurality of individual, upright imaging optical rod lenses with a graduated refractive index (GRIN rod lenses) always produces an upright and standing image, so that a region of predeterminable width of the entire circumference of the object or only a part of the same can be obtained with the highest resolution when the object is in motion or at a standstill as an optical image or image signal, for example in the form of an illustrated peripheral band or part of the peripheral band.
- the surface of the object can reflect regularly or diffusely, the object can have a high or low reflectivity.
- the object has irregularities, holes, cutouts, edge damage, breaks, chipping or other anomalies on its surface, this changes the reflection or scattering or the light transmission compared to the normal surface; this change in the reflection or the scatter or the light intensity can be detected according to the invention.
- the majority of the GRIN rod lenses are advantageously formed by a lens field from.
- the GRIN rod lenses in particular in the form of a rod lens field, produce an image which is circular, ring-shaped or elliptical, etc.
- the geometric shape of the sensor for example in the form of a circular line or ellipse or a ring, the sensor being in particular a CCD pixel field sensor, advantageously selects the peripheral image of the object in the image plane. Short image and object widths, a bright image and a compact design can be realized.
- REPLACEMENT LEAF 1 device according to the invention fall far fewer items, assembly
- a CCD pixel array-building 5 are given as a sensor element the functions of a CCD flat-panel camera in use.
- the 8 sensor to be adapted to the profile or cross-section of the object to be scanned, for example such that the field of components or GRIN lenses is congruent with the profile or cross-section; in the case of an elliptical cross section of the object, the field of the upright imaging optical components or the rod lens field and / or the effective sensor surface is designed elliptically.
- an image of the object to be imaged is optically imaged in the image plane and mapped as an upright image on the circular, ring, elliptical or other planar selection sensor.
- a uniform upright image on the sensor is thus selected via the lens field of the GRIN rod lenses.
- the device can e.g. B. be designed such that the surface of the objects in free fall or in the running passage, e.g. in the case of a rope, can be detected, thereby ensuring high performance of the device according to the invention with a large throughput of objects or per running meter of object.
- the device can only be designed for one-sided insertion of an object, so that the object is inserted through an opening for scanning and removed again through the same opening.
- FIG. 1 shows a schematic illustration of a device in a top view along the line CD in FIG. 2, the cover and the sensor in the left half of the image being removed in order to view the GRIN rod lenses in the view of the end faces
- Figure 2 shows a section through the device for displaying the GRIN rod lenses in a longitudinal view along the line AB in Figure 1
- Figure 3 shows a partial section of a desk mirror in the form of a transparent toroid with a semi-transparent mirror surface and with a cylindrical peripheral lens surface for shifting the geometric location the intersection points of all the marginal rays on the surface of the object to be scanned and
- FIG. 1 shows a schematic illustration of a device in a top view along the line CD in FIG. 2, the cover and the sensor in the left half of the image being removed in order to view the GRIN rod lenses in the view of the end faces
- Figure 2 shows a section through the device for displaying the GRIN rod lenses in a longitudinal view along the line AB in Figure 1
- Figure 3 shows a partial
- a partial section of a further desk mirror in the form of a transparent toroid of a semitransparent mirror surface and with a convex curved peripheral lens surface for the adapted correction of the course of the geometry location of the rays of the light beam on the object in relation to the geometry of the sensor.
- the figures show a schematic representation of the device, consisting of a prismatic or conical or bowl-shaped mirror body 7, which is made of suitable glasses or metal with a correspondingly mirrored surface as a closed peripheral mirror surface 16 in the form of a desk mirror is.
- the console mirror 7 is arranged within a housing 9, which has a lower
- the 2 has cover 8, on which the desk mirror 7 is placed.
- the mirror surface 16 of the desk mirror 7 is internally frustoconical or also curved, the main axis of the desk mirror coinciding with the main axis 17 of the device.
- a through opening 18 runs centrally through the mirror surface 16 or the mirror body 7 in the direction of the main axis 17 of the mirror surface 16, so that the console mirror 7 is designed in a ring shape.
- the lower cover 8 of the housing 9 has a through-opening 13, the two through-openings 13 and 18 of the cover 8 and the desk mirror 7 lying centrally on one another.
- the console mirror 7 can be arranged to be vertically displaceable in the axial direction of the main axis 17, which is to be indicated by the movement arrow 14. An object can be inserted into and out of the device through the through opening 13 of the lower cover 8 and through the through opening 18 of the desk mirror 7.
- the housing 9 has an upper cover 3, which closes the housing 9 like a lid and to which a tube 11 is integrally formed, which is preferably cylindrical and has a through opening 12.
- the tube 11 projecting into the interior of the housing 9 ends above the lower cover 8, so that a circumferential gap 21 of height a remains between the same and the lower end of the tube 11.
- the upper cover (3) and the tube (11) can be formed in one piece and, together with the lower cover, the annular holder (6) and the housing (9), are made of plastic.
- annular holder 6 is placed on the tube 11, within which a plurality of individual, upright imaging optical rod lenses 5 with a graduated refractive index (GRIN) are arranged.
- the rod lenses 5 run close together, preferably parallel to one another, and thus form an annular lens field, which is preferably annularly centered with respect to the main axis 17.
- two such rod lenses 5 are in
- FIG. 1 is a plan view of the Schnitdinie CD in
- the lens field of the rod lenses 5 is preferably parallel
- rod lenses 5 can also be adjusted in height on the tube 11, so that the rod lenses 5 and the desk mirror 7 can be adapted to the object throughput.
- the annular sensor 4 is a ring-shaped CCD pixel field component and is connected to an electrical evaluation device (not shown).
- the annular sensor 4 is
- An object 1 for example a transparent glass tube through which fürgangsöff- 1 calculations 12,13 of the covers 3,8 and through the tube 11 and the through opening 18 of the pitched mirror 7 moved through and from a light source 2, a laser light source preferably , illuminated, which is a simple and effective lighting variant.
- the glass tube is axially illuminated during manufacture, originating from the melt (light conduction); scattered light is detected by the imaging optics at defects.
- Other objects may require modified and adapted lighting methods.
- the light rays of the light source 2 are incident parallel to the main axis 17.
- REPLACEMENT LEAF 1 the light is scattered or reflected or the light intensity is weakened or
- the beam path changes in some other way, whereby the scattered or reflected
- the object 1 is moved in the direction of the main axis 17 of the device during the described scanning process, it is evident that the entire circumferential surface of the object 1 is scanned and reproduced in the sensor 4 as a circular ring or circular line which depicts the illuminated circumferential surface of the object in maps the image plane as an image. If an anomaly on the surface of the object 1 is illuminated when the object 1 passes through the mirror surface 18 at time t, this anomaly is displayed in the circumferential band of the object 1 shown on the pixel field of the sensor 4, so that this object can be sorted out, for example . In the case of a standing object, an upright and standing image is created.
- a silky illumination of the object is also possible, also through the desk mirror, which in this case can be a semi-transparent mirror, which is shown in FIGS. 3 and 4; with regard to further lighting options, reference is made to DE-Al-3822303.
- Figures 3 and 4 show ring-shaped desk mirrors 22 and 22 'for side lighting and to avoid imaging errors. Because due to
- the surface 25 is cylindrical and represents a cylindrical lens surface; in Figure 4, the surface 25 'is convex.
- the image can be adapted to specific requirements of the object or else the geometry of the optoelectronic sensor used.
- the light sources 2 or 2 'or 2 can surround the desk mirrors 22 or 22' in a ring, so that the object 1 is illuminated in a uniform ring, for example by means of optical fibers.
- the curvature of the lens surface facing the center of the mirror body can be in the direction of the main axis of the lens
- REPLACEMENT LEAF 1 mirror body can be changed in such a way that the focal length of the lens
- the desk mirror can be made of flexible, transparent material
- the device according to the invention is used for scanning objects whose surface has reflective, scattering or properties which otherwise change the light intensity.
- the device is suitable, on the one hand, for use where a large number of objects, preferably long objects, such as pencils, which can be mass-produced, are to be quickly checked or sorted according to specified quality criteria, and, on the other hand, where a running object is in one piece, for example a braided or knitted rope, whose surface condition including the criterion of its color is to be detected.
- the device according to the invention is suitable for examining the surface properties of elongated objects, preferably when moving them, such as lipsticks, screws, nails, pencils, glasses, braided or knitted ropes and others, in order to differentiate according to specified quality criteria. for example, sorting the objects according to surface characteristics.
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Abstract
A device for optically scanning the surface of an object (1) whose surface is capable of reflecting or scattering light has a light source (2) and a ring-shaped control mirror (7) with a continuous reflecting surface (16). Above the control mirror, in the direction of the main axis (17) and inside the opening angle of the control mirror (7) are arranged a plurality of individual optical lenses that surround the main axis (17) of the control mirror (7), as well as a sensor (4) and an electric evaluation device. After being reflected and/or scattered by the object (1) around its circumference (15), the light (10, 10') is projected onto the reflecting surface (16) of the control mirror (7), is deflected onto the sensor (4) and is evaluated in the evaluating device. The lenses are graded-index rod lenses (5) (GRIN rod-lenses) that reproduce an upright image and form a bundle of lenses adapted to the design of the control mirror (7) and to the cross-sectional profile of the object (1). The light input surfaces of the rod-lenses (5) face the reflecting surface (18) of the control mirror (7) and their light output surfaces are opposite to a ring-shaped, circular or elliptic sensor (4).
Description
• Vorrichtung zum optischen Abtasten der Oberfläche eines Objektes, • means for optical scanning the surface of an object,
2 dessen Oberfläche Licht zu reflektieren oder zu streuen imstande ist 2 whose surface is capable of reflecting or scattering light
3 Technisches Gebiet: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Abtasten der Oberfläche eines Objektes, dessen Oberfläche Licht zu reflektieren oder zu streuen imstande ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.3 Technical field: The invention relates to a device for optically scanning the surface of an object, the surface of which is capable of reflecting or scattering light, according to the preamble of claim 1.
Stand der Technik: Durch die DE-Al- 38 22 303 ist eine Vorrichtung zum optischen Abtasten der 1 Oberfläche eines bewegbaren Objektes bekanntgeworden, dessen Oberfläche Licht zu reflektieren oder zu streuen imstande ist, mit einer Lichtquelle und einem innen ver- spiegelten Pultspiegel mit umlaufender Spiegelfläche und einer dazu zentrisch angeord- neten Durchgangsöffnung zum Durchgang des Objektes durch den Pultspiegel, in des- sen Richtung und innerhalb dessen Öffnungswinkels über der Durchgangsöffnung sich ein weiterer Spiegel befindet, sowie mit einem opto-elektronischen Sensor und einer elektrischen Auswerteeinrichtung. Das Licht fällt nach Reflexion oder Streuung am Ob- jekt auf die Spiegelflächen der Spiegel, wird auf den Sensor gelenkt und in der Auswerteeinrichtung ausgewertet. Die Lichtquelle beleuchtet das Objekt rings dessen Umfang im Bereich der Durchgangsöffnung des Pultspiegels dergestalt, daß das vom Objekt rings des Umfangs reflektierte oder gestreute Licht gleichzeitig peripher auf die Spiegelfläche des Pultspiegels fällt. Der zweite Spiegel besitzt eine schräg geneigte, ebene Spiegelfläche, die das Licht auf eine Optik leitet zur stehenden Abbildung auf den Sen- sor, der ein vollständiges Umfangsband detektiert, das einer Umfangsfläche des Objek- tes von vorgegebener Breite entspricht. Um das Objekt herum können symmetrisch Linsen angeordnet sein, die das reflektierte Licht, auch unter Zwischenschalten von Lichtleitfasern, auf den Sensor leiten.Prior Art: From DE-Al-38 22 303, a device for optically scanning the one surface has been disclosed a movable object, for reflecting the surface of light or to scatter capable of having a light source and an internally comparable reflected pitched mirror with a circumferential Mirror surface and a centrally arranged through opening for the passage of the object through the desk mirror, in whose direction and within the opening angle above the through opening there is another mirror, as well as with an opto-electronic sensor and an electrical evaluation device. After reflection or scattering on the object, the light falls on the mirror surfaces of the mirrors, is directed onto the sensor and evaluated in the evaluation device. The light source illuminates the object around its circumference in the area of the through opening of the desk mirror in such a way that the light reflected or scattered by the object around the circumference simultaneously falls peripherally onto the mirror surface of the desk mirror. The second mirror has an obliquely inclined, flat mirror surface which directs the light onto an optical system for standing imaging on the sensor, which detects a complete circumferential band which corresponds to a circumferential surface of the object of a predetermined width. Symmetrical lenses can be arranged around the object, which guide the reflected light to the sensor, even with the interposition of optical fibers.
Des weiteren sind Linsen mit abgestuftem Brechungsindex (Graded-index Rod Lenses, abgekürzt GRIN-Stablinsen), auch unter dem Namen SELFOC-Linse, bekannt, die die Form eines zylindrischen Stabes aufweist. Der Brechungsindex einer derartigen Linse hat gewöhnlich einen parabolischen Verlauf mit demFurthermore, lenses with a graded refractive index (Graded-Index Rod Lenses, abbreviated GRIN rod lenses) are known, also under the name SELFOC lens, which has the shape of a cylindrical rod. The refractive index of such a lens usually has a parabolic course with the
ERSATZBLATT
- höchsten Wert in der optischen Achse, der zur Peripherie hin abnimmt, wobeiREPLACEMENT LEAF - highest value in the optical axis, which decreases towards the periphery, whereby
2 eine derartige Linse ein abbildendes optisches Element ist. Derartige Stablinsen 2 such a lens is an imaging optical element. Such rod lenses
3 können von einem Objekt direkt aufrechtstehende Bilder in der Bildebene erzeu- 3 can create upright images of an object in the image plane.
* gen (Introduction to Graded-Index Rod Lenses, Fiber Optics Newport Corpora-* gen (Introduction to Graded-Index Rod Lenses, Fiber Optics Newport Corpora-
* tion, 1986; Naumann/Schröder: Bauelemente der Optik, Hanser 1987).* tion, 1986; Naumann / Schröder: Components of Optics, Hanser 1987).
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7 Technische Aufgabe: 7 Technical task:
* Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Gat-* The invention is based on the object of a device of the above-mentioned
9 tung zu schaffen, mit der die Oberfläche eines beliebig langen Objektes, vorzugs- 9 creation with which the surface of an object of any length, preferably
10 weise während einer Bewegung des Objektes, mit einer einfachen, dem Problem u der Umfangsabtastung angepaßten Abbildungsmethode abgetastet werden kann, 10 wise can be scanned during a movement of the object with a simple imaging method adapted to the problem u of the circumferential scanning,
12 um damit eine optische Abbildung bzw. ein Bildsignal hoher Auflösung für die 12 in order to obtain an optical image or an image signal of high resolution for the
1 Wiedergabe eines Bereiches einer bestimmten Breite des Umfangs des Objektes w als abgebildetes Umfangsband zu gewinnen, wobei sich im Abbildungsstrahlen- 1 to reproduce a region of a certain width of the circumference of the object w as an illustrated circumferential band,
15 gang eine möglichst niedrige Anzahl abbildungsoptisch wirksamer Flächen befin- 15 pass as low a number of optically effective surfaces as possible
16 den soll; ebenso soll die Vorrichtung im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen 16 should; the device is also intended to be compared with known devices
17 eine kleinere und kompakte Bauweise aufweisen und einfacher gestaltet sein. 8 9 Darstellung der Erfindung und deren Vorteile: 0 Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Linsen aufrecht 1 abbildende Stablinsen mit abgestuftem Brechungsindex (GRIN-Stablinsen) in 2 Form eines Linsenbündels sind, das der Gestaltung des Pultspiegel und der Quer- 3 schnittskontur des Objektes angepaßt, vorzugsweise ring- oder ellipsenförmig, ist, 4 wobei die Lichteintrittsflächen der Stablinsen der Spiegelfläche des Pultspiegels 5 zugewandt sind und den Lichtaustrittsflächen ein ring-, kreislinien- oder ellipsen- 6 förmiger Sensor gegenübersteht. 7 Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn- zeichnet. 17 have a smaller and more compact design and be designed more simply. 8 9 Presentation of the invention and its advantages: 0 The solution to the problem according to the invention is that the lenses are upright 1 imaging rod lenses with a graduated refractive index (GRIN rod lenses) in 2 form of a lens bundle, which the design of the desk mirror and the transverse 3 adapted to the sectional contour of the object, preferably ring or elliptical, 4 , the light entry surfaces of the rod lenses facing the mirror surface of the desk mirror 5 and the light exit surfaces being opposed by an annular, circular or elliptical 6- shaped sensor. 7 Further refinements of the invention are characterized in the subclaims.
ERSATZBLATT
Die Erfindung besitzt den hervorstechenden Vorteil, daß diese zum Abtasten von Objekten mit praktisch beliebigen Querschnitten, die durchscheinend, durch- sichtig oder undurchsichtig sein können, aber deren Oberfläche Licht zu reflek- tieren oder zu streuen imstande ist, höchst vorteilhaft geeignet ist, weil die Vor- richtung durch die erfindungsgemäße Verwendung von einer Mehrzahl von ein- zelnen, aufrecht abbildenden optischen Stablinsen mit abgestuftem Brechungsin- dex (GRIN-Stablinsen) immer ein aufrechtes und stehendes Bild erzeugt, so daß ein Bereich vorgebbarer Breite des gesamten Umfangs des Objektes oder nur ein Teil desselben bei Bewegung oder im Stillstand des Objektes als optische Abbil- düng bzw. Bildsignal, zum Beispiel in Form eines abgebildeten Umfangsbandes oder Teils des Umfangsbandes, mit höchster Auflösung gewonnen werden kann. Dabei kann die Oberfläche des Objektes regelmäßig oder diffus reflektieren, das Objekt kann ein hohes oder geringes Reflexionsvermögen haben. Besitzt das Ob- jekt auf seiner Oberfläche Unregelmäßigkeiten, Löcher, Ausbrüche, Kanten- beschädigungen, Abbruche, Abplatzungen oder sonstige Anomalien, so verändert sich dadurch die Reflexion oder Streuung oder der Lichtdurchlaß gegenüber der normalen Oberfläche; diese Änderung der Reflexion oder der Streuung oder der Lichtintensität kann erfindungsgemäß detektiert werden. Vorteilhaft wird die Mehrheit der GRIN-Stablinsen durch ein Linsenfeld von gebildet.REPLACEMENT LEAF The invention has the salient advantage that it is most advantageously suitable for scanning objects with practically any cross-section, which can be translucent, transparent or opaque, but whose surface is able to reflect or scatter light Device by the use according to the invention of a plurality of individual, upright imaging optical rod lenses with a graduated refractive index (GRIN rod lenses) always produces an upright and standing image, so that a region of predeterminable width of the entire circumference of the object or only a part of the same can be obtained with the highest resolution when the object is in motion or at a standstill as an optical image or image signal, for example in the form of an illustrated peripheral band or part of the peripheral band. The surface of the object can reflect regularly or diffusely, the object can have a high or low reflectivity. If the object has irregularities, holes, cutouts, edge damage, breaks, chipping or other anomalies on its surface, this changes the reflection or scattering or the light transmission compared to the normal surface; this change in the reflection or the scatter or the light intensity can be detected according to the invention. The majority of the GRIN rod lenses are advantageously formed by a lens field from.
Die reihenweise Anordnung der aufrecht abbildenden Einzelobjektive in Form von GRIN-Stablinsen, deren Bilder sich in der Bildebene zu einem Gesamtbild zusammenfügen, ergeben das Gesamtbild. Im Gegensatz zur Anwendung eines üblichen Objektives erzeugen die GRIN-Stablinsen, insbesondere in Form eines Stablinsenfeldes, ein Bild, welches kreis-, ring- oder ellipsenförmig usw. ist. Denn in vorteilhafter Weise selektiert die geometrische Gestalt des Sensors, beispiels- weise in Form einer Kreislinie oder Ellipse oder eines Ringes, wobei der Sensor insbesondere ein CCD-Pixelfeld-Sensor ist, in der Bildebene das Umfangsbild des Objektes. Dabei lassen sich kurze Bild- und Objektweiten, eine lichtstarke Abbil- düng und eine kompakte Bauweise realisieren. Bei der Herstellung derThe row-by-row arrangement of the upright imaging individual lenses in the form of GRIN rod lenses, the images of which merge into an overall image in the image plane, result in the overall image. In contrast to the use of a conventional lens, the GRIN rod lenses, in particular in the form of a rod lens field, produce an image which is circular, ring-shaped or elliptical, etc. This is because the geometric shape of the sensor, for example in the form of a circular line or ellipse or a ring, the sensor being in particular a CCD pixel field sensor, advantageously selects the peripheral image of the object in the image plane. Short image and object widths, a bright image and a compact design can be realized. When producing the
ERSATZBLATT
1 erfindungsgemäßen Vorrichtung fallen wesentlich weniger Einzelteile, MontageREPLACEMENT LEAF 1 device according to the invention fall far fewer items, assembly
2 und Justagearbeϊten an. Dementsprechend ist die Herstellung weniger aufwendig 2 and adjustment work. Accordingly, the production is less expensive
3 und die Anwendung unproblematischer als bei Umfangsprüfgeräten des Standes * der Technik. Insbesondere sind bei der Verwendung eines CCD-Pixelfeld-Bau- 5 elementes als Sensor die Funktionen einer CCD-Flachbild-Kamera gegeben. 3 and the application is less problematic than with circumference testing devices of the state of the art *. In particular, a CCD pixel array-building 5 are given as a sensor element the functions of a CCD flat-panel camera in use.
66
7 In vorteilhafter Weise kann das Stablinsenfeld von GRIN-Linsen und/oder der 7 The rod lens field of GRIN lenses and / or the
8 Sensor dem abzutastenden Profil oder Querschnitt des Objektes angepaßt sein z.B. dergestalt, daß das Feld der Bauelemente oder GRIN-Linsen kongruent dem Profil bzw. Querschnitt ist; bei einem elliptischen Querschnitt des Objektes ist das Feld der aufrecht abbildenden optischen Bauelemente oder das Stablinsenfeld und/oder die wirksame Sensorfläche elliptisch gestaltet. 8 sensor to be adapted to the profile or cross-section of the object to be scanned, for example such that the field of components or GRIN lenses is congruent with the profile or cross-section; in the case of an elliptical cross section of the object, the field of the upright imaging optical components or the rod lens field and / or the effective sensor surface is designed elliptically.
Aufgrund der Abbildungsgesetze der Stablinsen mit abgestuftem Brechungs-index wird vom abzubildenden Objekt ein Bild in der Bildebene optisch abgebildet und als aufrecht stehendes Bild auf den kreis-, ring-, ellipsen- oder sonstwie flächen- förmig selektierenden Sensor abgebildet. Über das Linsenfeld der GRIN-Stab- linsen wird somit ein einheidiches aufrechtes Bild auf dem Sensor selektiert.On the basis of the imaging laws of rod lenses with a graduated refractive index, an image of the object to be imaged is optically imaged in the image plane and mapped as an upright image on the circular, ring, elliptical or other planar selection sensor. A uniform upright image on the sensor is thus selected via the lens field of the GRIN rod lenses.
Aufgrund der Verstellbarkeit der Stablinsen mit abgestuftem Brechungsindex und/oder des Planspiegels in axialer Richtung relativ zueinander kann eine An- passung an einen bestimmten Objektdurchmesser erzielt werden.Due to the adjustability of the rod lenses with a graduated refractive index and / or the plane mirror in the axial direction relative to one another, an adaptation to a specific object diameter can be achieved.
Die Vorrichtung kann z. B. dergestalt ausgelegt sein, daß die Oberfläche der Ob- jekte im freien Fall oder im laufenden Durchgang, z.B. bei einem Seil, detekdert werden kann, wodurch eine hohe Leistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit großem Durchsatz an Objekten bzw. pro laufenden Meter Objekt gewährleistet ist.The device can e.g. B. be designed such that the surface of the objects in free fall or in the running passage, e.g. in the case of a rope, can be detected, thereby ensuring high performance of the device according to the invention with a large throughput of objects or per running meter of object.
ERSATZBLATT
Ebenso kann die Vorrichtung nur zum einseitigen Einführen eines Objektes aus- gelegt sein, so daß das Objekt zum Abtasten durch eine Öffnung eingeschoben und durch dieselbe Öffnung wieder herausgenommen wird.REPLACEMENT LEAF Likewise, the device can only be designed for one-sided insertion of an object, so that the object is inserted through an opening for scanning and removed again through the same opening.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung in der Draufsicht längs der Linie C-D in Figur 2, wobei in der linken Bildhälfte die Abdeckung mitsamt dem Sensor entfernt ist, um die GRIN-Stablinsen in der Ansicht der Stirnflächen zu zeigen Figur 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung zur Darstellung der GRIN- Stablinsen in einer Längsansicht längs der Linie A-B in Figur 1 Figur 3 einen Teilausschnitt eines Pultspiegels in Form eines transparenten Toroids mit einer halbdurchlässigen Spiegelfläche und mit einer zylinderförmigen umlaufenden Linsenfläche zur Verlagerung des geometrischen Ortes der Schnittpunkte sämdicher Randstrahlen auf die Oberfläche des abzutastenden Objektes und Figur 4 einen Teilausschnitt eines weiteren Pultspiegels in Form eines transpa- renten Toroids einer halbdurchlässigen Spiegelfläche und mit einer kon- vex gekrümmten, umlaufenden Linsenfläche zur angepaßten Korrektur des Verlaufs des geometrischen Ortes der Strahlen des Lichtbündels auf dem Objekt in bezug auf die Geometrie des Sensors.Brief description of the drawing, in which: FIG. 1 shows a schematic illustration of a device in a top view along the line CD in FIG. 2, the cover and the sensor in the left half of the image being removed in order to view the GRIN rod lenses in the view of the end faces Figure 2 shows a section through the device for displaying the GRIN rod lenses in a longitudinal view along the line AB in Figure 1 Figure 3 shows a partial section of a desk mirror in the form of a transparent toroid with a semi-transparent mirror surface and with a cylindrical peripheral lens surface for shifting the geometric location the intersection points of all the marginal rays on the surface of the object to be scanned and FIG. 4 a partial section of a further desk mirror in the form of a transparent toroid of a semitransparent mirror surface and with a convex curved peripheral lens surface for the adapted correction of the course of the geometry location of the rays of the light beam on the object in relation to the geometry of the sensor.
Wege zur Ausführung der Erfindung: Die Figuren zeigen eine schematische Darstellung der Vorrichtung, bestehend aus einem prismatischen oder kegelförmigen oder schalenförmigen Spiegel-körper 7, der aus geeigneten Gläsern oder aus Metall mit entsprechend verspiegelter Fläche als geschlossen-umlaufende Spiegelfläche 16 in Form eines Pultspiegels ausgebildet ist.WAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION: The figures show a schematic representation of the device, consisting of a prismatic or conical or bowl-shaped mirror body 7, which is made of suitable glasses or metal with a correspondingly mirrored surface as a closed peripheral mirror surface 16 in the form of a desk mirror is.
ERSATZBLATT
1 Der Pultspiegel 7 ist innerhalb eines Gehäuses 9 angeordnet, welches eine untereREPLACEMENT LEAF 1 The console mirror 7 is arranged within a housing 9, which has a lower
2 Abdeckung 8 besitzt, auf die der Pultspiegel 7 aufgesetzt ist. Die Spiegelfläche 16 des Pultspiegels 7 ist innenliegend kegelstumpfförmig oder auch gekrümmt aus- gebildet, wobei die Hauptachse des Pultspiegels mit der Hauptachse 17 der Vor- richtung zusammenfällt. Zentrisch durch die Spiegelfläche 16 bzw. den Spiegel- körper 7 verläuft eine Durchgangsöfϊhung 18 in Richtung der Hauptachse 17 der Spiegelfläche 16, so daß der Pultspiegel 7 ringförmig gestaltet ist. Ebenso weist die untere Abdeckung 8 des Gehäuses 9 eine Durchgangsöffiiung 13 auf, wobei die beiden Durchgangsöffnungen 13 und 18 von Abdeckung 8 und Pultspiegel 7 zentrisch aufeinanderliegen. Der Pultspiegel 7 kann in axialer Richtung der Hauptachse 17 höhenverschieblich angeordnet sein, was durch den Bewegungs- pfeil 14 angedeutet sein soll. Ein Objekt kann durch die Durchgangsöffnung 13 der unteren Abdeckung 8 und durch die Durchgangsöfϊ ung 18 des Pultspiegels 7 in die Vorrichtung eingeführt und wieder herausgeführt werden. 2 has cover 8, on which the desk mirror 7 is placed. The mirror surface 16 of the desk mirror 7 is internally frustoconical or also curved, the main axis of the desk mirror coinciding with the main axis 17 of the device. A through opening 18 runs centrally through the mirror surface 16 or the mirror body 7 in the direction of the main axis 17 of the mirror surface 16, so that the console mirror 7 is designed in a ring shape. Likewise, the lower cover 8 of the housing 9 has a through-opening 13, the two through-openings 13 and 18 of the cover 8 and the desk mirror 7 lying centrally on one another. The console mirror 7 can be arranged to be vertically displaceable in the axial direction of the main axis 17, which is to be indicated by the movement arrow 14. An object can be inserted into and out of the device through the through opening 13 of the lower cover 8 and through the through opening 18 of the desk mirror 7.
Das Gehäuse 9 besitzt eine obere Abdeckung 3, die deckelartig das Gehäuse 9 verschließt und an die zentrisch ein Tubus 11 angeformt ist, der vorzugsweise zy- lindrisch gestaltet ist und eine Durchgangsöffnung 12 aufweist. Der ins Innere des Gehäuses 9 ragende Tubus 11 endet oberhalb der unteren Abdeckung 8, so daß zwischen derselben und dem unteren Ende des Tubus 11 ein umlaufender Spalt 21 der Höhe a verbleibt. Die obere Abdeckung (3) und der Tubus (11) können einstückig ausgebildet sein und mitsamt der unteren Abdeckung, der ringförmigen Halterung (6) und dem Gehäuse (9) aus Kunststoff bestehen.The housing 9 has an upper cover 3, which closes the housing 9 like a lid and to which a tube 11 is integrally formed, which is preferably cylindrical and has a through opening 12. The tube 11 projecting into the interior of the housing 9 ends above the lower cover 8, so that a circumferential gap 21 of height a remains between the same and the lower end of the tube 11. The upper cover (3) and the tube (11) can be formed in one piece and, together with the lower cover, the annular holder (6) and the housing (9), are made of plastic.
Auf den Tubus 11 ist eine ringförmige Halterung 6 aufgesetzt, innerhalb der- selben eine Mehrzahl von einzelnen, aufrecht abbildenden optischen Stablinsen 5 mit abgestuftem Brechungsindex (GRIN) angeordnet sind. Die Stablinsen 5 ver- laufen eng aneinandergesetzt, vorzugsweise parallel zueinander und bilden so ein ringförmiges Linsenfeld, welches vorzugsweise ringförmig-zentrisch zur Haup- tachse 17 gerichtet ist. In der Figur 2 sind zwei derartige Stablinsen 5 imAn annular holder 6 is placed on the tube 11, within which a plurality of individual, upright imaging optical rod lenses 5 with a graduated refractive index (GRIN) are arranged. The rod lenses 5 run close together, preferably parallel to one another, and thus form an annular lens field, which is preferably annularly centered with respect to the main axis 17. In Figure 2, two such rod lenses 5 are in
EHSATZBLATT
* Längsschnitt dargestellt, in Figur 1 ist eine Draufsicht auf die Schnitdinie C-D inMARINE LEAF * Longitudinal section shown, in Figure 1 is a plan view of the Schnitdinie CD in
2 der linken Bildhälfte auf die Stablinsen gezeigt, aus der ersichdich ist, daß diese 2 of the left half of the picture shown on the rod lenses, from which it can be seen that these
3 zylindrisch gestaltet sind. Das Linsenfeld der Stablinsen 5 ist vorzugsweise parallel 3 are cylindrical. The lens field of the rod lenses 5 is preferably parallel
4 der Hauptachse 17 der Vorrichtung ausgerichtet. Die Halterung 6 mitsamt den 4 of the main axis 17 of the device aligned. The bracket 6 together with the
5 Stablinsen 5 kann ebenfalls auf dem Tubus 11 höhenmäßig verstellbar sein, so « daß die Stablinsen 5 und der Pultspiegel 7 zur Anpassung an den Objektdurch- 5 rod lenses 5 can also be adjusted in height on the tube 11, so that the rod lenses 5 and the desk mirror 7 can be adapted to the object throughput.
7 messer relativ zueinander verstellbar sind. Die unteren Enden der Stablinsen 5 7 knives are adjustable relative to each other. The lower ends of the rod lenses 5
8 sind der Spiegelfläche 16 des Pultspiegels 7 direkt benachbart und innerhalb des 8 are the mirror surface 16 of the desk mirror 7 directly adjacent and within the
9 Öffnungswinkels desselben angeordnet. 9 opening angle arranged the same.
Oberhalb der oberen Enden der Stablinsen 5 ist ein opto-elektronischerAbove the upper ends of the rod lenses 5 is an opto-electronic one
2 kreisringförmiger Sensor 4 angeordnet, der in bevorzugter Ausgestaltung ein 2 annular sensor 4 arranged, which in a preferred embodiment
3 ringförmiges CCD-Pixelfeld-Bauelement ist und der mit einer nichtgezeigten elektrischen Auswerteeinrichtung verbunden ist. Der ringförmige Sensor 4 ist 3 is a ring-shaped CCD pixel field component and is connected to an electrical evaluation device (not shown). The annular sensor 4 is
5 vorzugsweise auf einem Träger 3 angeordnet, der innen an der oberen Abdeckung 3 befestigt ist. Die Brennpunkte sämdicher Stablinsen 5 fallen dabei jeweils auf einzelne CCD-Elemente des Feldes, die damit ohne softwaremäßiger Maskierung einen vollständigen Kreisring zu detektieren und abzubilden imstande ist. 5 is preferably arranged on a carrier 3 which is fastened on the inside of the upper cover 3. The focal points of all rod lenses 5 fall on individual CCD elements of the field, which is thus able to detect and image a complete circular ring without software masking.
Ein Objekt 1, z.B. ein transparentes Glasrohr, wird durch die Durchgangsöff- 1 nungen 12,13 der Abdeckungen 3,8 und durch den Tubus 11 sowie die Durch- gangsöffnung 18 des Pultspiegels 7 hindurchbewegt und von einer Lichtquelle 2, vorzugsweise eine Laser-Lichtquelle, beleuchtet, was eine einfache und effektvolle Beleuchtungsvariante darstellt. Das Glasrohr wird z.B. bei der Herstellung, herrührend aus der Schmelze, axial durchleuchtet (Lichdeitung); an Fehlstellen wird gestreutes Licht von der Abbildungsoptik erfaßt. Andere Objekte können entsprechend abgewandelte und angepaßte Beleuchtungsmethoden erfordern.An object 1, for example a transparent glass tube through which Durchgangsöff- 1 calculations 12,13 of the covers 3,8 and through the tube 11 and the through opening 18 of the pitched mirror 7 moved through and from a light source 2, a laser light source preferably , illuminated, which is a simple and effective lighting variant. For example, the glass tube is axially illuminated during manufacture, originating from the melt (light conduction); scattered light is detected by the imaging optics at defects. Other objects may require modified and adapted lighting methods.
In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel fallen die Lichtstrahlen der Lichtquelle 2 parallel zur Hauptachse 17 ein. An einer Anomalie der Oberfläche des Objektes 1In the example shown in FIG. 2, the light rays of the light source 2 are incident parallel to the main axis 17. An anomaly of the surface of the object 1
ERSATZBLATT
1 wird das Licht gestreut oder reflektiert oder die Lichtintensität geschwächt oderREPLACEMENT LEAF 1 the light is scattered or reflected or the light intensity is weakened or
2 der Strahlengang sonstwie verändert, wobei die gestreuten oder reflektierten 2 the beam path changes in some other way, whereby the scattered or reflected
3 Lichtstrahlen 10 durch den Spalt 21 zwischen dem Ende des Tubus 11 und der unteren Abdeckung 8 auf die Spiegelfläche 18 des Pultspiegels 7 geworfen wer- den, sobald sich die Anomalie der Oberfläche im Bereich des Spaltes 21 befindet oder diesen Bereich durchquert. Der Pultspiegel 7 lenkt das Licht um, welches nun auf die unteren Eintrittsöffnungen der Stablinsen 5 des Linsenfeldes fällt, die die austretenden Lichtstrahlen 10' fokussieren und auf den ringförmigen Sen- sor 4 leiten, der an eine nicht gezeigte Auswerteeinrichtung angeschlossen ist. Da- durch wird ein schmaler Umfangsring 16 am Objekt 1 ringförmig auf dem Sen- sor 4 abgebildet. 3 light rays 10 are thrown through the gap 21 between the end of the tube 11 and the lower cover 8 onto the mirror surface 18 of the desk mirror 7 as soon as the anomaly of the surface is in the region of the gap 21 or crosses this region. The desk mirror 7 deflects the light, which now falls on the lower entry openings of the rod lenses 5 of the lens field, which focus the emerging light beams 10 'and direct them onto the ring-shaped sensor 4, which is connected to an evaluation device (not shown). As a result, a narrow circumferential ring 16 on the object 1 is imaged in a ring on the sensor 4.
Wird bei dem beschriebenen Abtastvorgang das Objekt 1 in Richtung der Haup- tachse 17 der Vorrichtung bewegt, so ist offensichdich, daß die gesamte Umfangsfläche des Objektes 1 abgetastet und im Sensor 4 als Kreisring oder Kreislinie wiedergegeben wird, die bildlich die beleuchtete Umfangsfläche des Objektes in der Bildebene als Abbildung abbildet. Wird beim Durchgang des Objektes 1 durch die Spiegelfläche 18 zum Zeitpunkt t eine Anomalie auf der Oberfläche des Objektes 1 beleuchtet, so wird diese Anomalie in dem auf dem Pixelfeld des Sensors 4 dargestellten Umfangsband des Objektes 1 angezeigt, so daß dieses Objekt beispielsweise aussortiert werden kann. Bei einem stehenden Objekt wird dabei ein aufrechtes und stehendes Bild erzeugt.If the object 1 is moved in the direction of the main axis 17 of the device during the described scanning process, it is evident that the entire circumferential surface of the object 1 is scanned and reproduced in the sensor 4 as a circular ring or circular line which depicts the illuminated circumferential surface of the object in maps the image plane as an image. If an anomaly on the surface of the object 1 is illuminated when the object 1 passes through the mirror surface 18 at time t, this anomaly is displayed in the circumferential band of the object 1 shown on the pixel field of the sensor 4, so that this object can be sorted out, for example . In the case of a standing object, an upright and standing image is created.
Daneben ist auch eine seidiche Beleuchtung des Objektes möglich, auch durch den Pultspiegel, der in diesem Fall ein halbdurchlässiger Spiegel sein kann, was in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist; hinsichtlich weiterer B euchtungsmöglich- keiten wird auf die DE-Al-3822303 verwiesen.In addition, a silky illumination of the object is also possible, also through the desk mirror, which in this case can be a semi-transparent mirror, which is shown in FIGS. 3 and 4; with regard to further lighting options, reference is made to DE-Al-3822303.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ringförmigen Pultspiegel 22 bzw. 22' zur seitlichen Beleuchtung und zum Vermeidung von Abbildungsfehlern. Denn aufgrund derFigures 3 and 4 show ring-shaped desk mirrors 22 and 22 'for side lighting and to avoid imaging errors. Because due to
ERSATZBLÄΓT
i Krümmung einer Spiegelfläche in tangentialer Richtung treten AbbildungsfehlerSPARE BLADE i Curvature of a mirror surface in the tangential direction results in aberrations
2 auf, weshalb sich die Randstrahlen nach ihrer Reflektion auf der Spiegelfläche 2 , which is why the marginal rays are reflected on the mirror surface
3 nicht in einem geometrischen Ort schneiden, der auf der Oberfläche des Objek- tes liegt, sondern in einem Ort, der außerhalb der Oberfläche des Objektes liegt; 3 do not cut in a geometric location that lies on the surface of the object, but in a location that lies outside the surface of the object;
5 bei rotationssymmetrischen Spiegelkörpern sind die geometrischen Orte Kreise. 5 in the case of rotationally symmetrical mirror bodies, the geometric locations are circles.
6 Andere zwischen den Randstrahlen liegende Strahlen schneiden sich radial auf den Bündelmittellinien zwischen den geometrischen Orten, was einen Verzug der Schnittpunkte über die Achsen des Lichtbündels ergibt. Dieser Verzug ist bei einem Kegelspiegel am augenfälligsten, er tritt jedoch auch bei anderen Spiegel- formen auf, die als Spiegelkörper gestaltet sind und bei denen die Spiegelfläche in einer Richtung gekrümmt ist. 6 Other rays lying between the marginal rays intersect radially on the bundle center lines between the geometric locations, which results in a distortion of the intersection points over the axes of the light bundle. This distortion is most noticeable with a conical mirror, but it also occurs with other mirror shapes that are designed as mirror bodies and in which the mirror surface is curved in one direction.
In den Figuren 3 und 4 bestehen die Pultspiegel 22 bzw. 22' je aus einem trans- parenten Körper in Form eines Toroids mit der Hauptachse 17, das durch eine obere Oberfläche 23 bzw. 23', eine rückseitige, schräg geneigte und in Richtung der Schräge ebene, der Lichtquelle 2' bzw. 2" zugewandte Oberfläche 24 bzw. 24', die eine innere halbduchlässige Spiegelfläche 24 bzw. 24' ist, deren Spiegel der Lichtquelle 2', 2" abgewandt ist und eine umlaufende, der Hauptachse 17 des Pultspiegels 22 bzw. 22' zugewandte Oberfläche 25 bzw. 25' begrenzt ist. In Figur 3 ist die Oberfläche 25 zylindrisch und stellt eine zylindrische Linsenfläche dar; in Figur 4 ist die Oberfläche 25' konvex gewölbt. Durch zylindrische oder die konvexe Krümmung der Linsenfläche 25 bzw. 25' kann eine Anpassung der Abbildung an spezifische Erfordernisse des Objektes oder auch der Geometrie des verwendeten opto-elektronischen Sensors erreicht werden. Die Lichtquellen 2 bzw. 2' bzw. 2" können die Pultspiegel 22 bzw. 22' ringförmig umgeben, so daß das Objekt 1 gleichmäßig-ringförmig beleuchtet wird, beispielsweise mittels Lichdeitfasern.In FIGS. 3 and 4, the desk mirrors 22 and 22 'each consist of a transparent body in the form of a toroid with the main axis 17, which through an upper surface 23 and 23', a rear, inclined and in the direction of the Oblique flat surface 24 or 24 'facing the light source 2' or 2 ", which is an inner semitransparent mirror surface 24 or 24 ', the mirror of which faces away from the light source 2', 2" and a circumferential one, the main axis 17 of the Desk mirror 22 or 22 'facing surface 25 or 25' is limited. In Figure 3, the surface 25 is cylindrical and represents a cylindrical lens surface; in Figure 4, the surface 25 'is convex. Due to the cylindrical or the convex curvature of the lens surface 25 or 25 ', the image can be adapted to specific requirements of the object or else the geometry of the optoelectronic sensor used. The light sources 2 or 2 'or 2 "can surround the desk mirrors 22 or 22' in a ring, so that the object 1 is illuminated in a uniform ring, for example by means of optical fibers.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann die dem Mittelpunkt des Spiegelkörpers zu- gewandte Linsenfläche in ihrer Krümmung in Richtung der Hauptachse desIn an advantageous embodiment, the curvature of the lens surface facing the center of the mirror body can be in the direction of the main axis of the lens
ERSATZBLATT
1 Spiegelkörpers veränderbar sein, dergestalt, daß die Brennweite der Linsen-REPLACEMENT LEAF 1 mirror body can be changed in such a way that the focal length of the lens
2 flächen veränderbar ist, um den Pultspiegel an Objekte unterschiedlicher Geome- 2 areas can be changed in order to attach the desk mirror to objects of different
3 trie, insbesondere an zylindrische Objekte mit unterschiedlichem Durchmesser, anzupassen. Dazu kann der Pultspiegel aus flexiblem, transparentem Material be- 3 trie, especially to adapt to cylindrical objects with different diameters. The desk mirror can be made of flexible, transparent material
5 stehen und beispielsweise mit einer massiven, ringförmigen, transparenten Loch- 5 stand and for example with a solid, ring-shaped, transparent perforated
6 scheibe abgedeckt sein. Wird auf die Lochscheibe, symmetrisch oder unsymme- 6 slices must be covered. Is placed on the perforated disc, symmetrical or asymmetrical
7 trisch, ein Druck ausgeübt, so verformt sich der Pultspiegel, wobei aufgrund der * Volumenverkleinerung die innere, zylindrische Linsenfläche umlaufend bombiert 7 trisch, a pressure exerted, the desk mirror deforms, whereby due to the * volume reduction the inner, cylindrical lens surface bulges all around
9 wird und eine bezüglich der Richtung der Hauptachse konvexe, veränderbare 0 Form annimmt. 1 Gewerbliche Anwendbarkeit: Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Abtasten von Objekten, deren Oberfläche reflektierende, streuende oder die Lichtintensität sonstwie ändernde Eigenschaften hat. Die Vorrichtung eignet sich einerseits zum Einsatz dort, wo eine Vielzahl von Objekten, vorzugsweise lange Objekte, wie Bleistifte, die als Massenware hergestellt sein können, schnell nach vorgegebenen Gütekriterien geprüft oder sortiert werden sollen, andererseits dort, wo ein laufendes Objekt am Stück, beispielsweise ein geflochtenes oder gewirktes Seil, auf seine Oberflächenbeschaffenheit einschließlich dem Kriterium seiner Farbe detektiert werden soll. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu geeignet, längliche Objekte, vorzugsweise bei Bewegung derselben, wie Lippenstifte, Schrauben, Nägel, Bleistifte, Gläser, geflochtene oder gewirkte Seile und anderes mehr, auf ihre Oberflächenbeschaffenheit zu untersuchen, um nach vorgegebe- nen Gütekriterien eine Unterscheidung, beispielsweise eine Sortierung, der Ob- jekte nach Oberflächenmerkmalen vorzunehmen.Is and 9 with respect to the direction of the major axis convex assumes 0 changeable form. 1 Industrial applicability: The device according to the invention is used for scanning objects whose surface has reflective, scattering or properties which otherwise change the light intensity. The device is suitable, on the one hand, for use where a large number of objects, preferably long objects, such as pencils, which can be mass-produced, are to be quickly checked or sorted according to specified quality criteria, and, on the other hand, where a running object is in one piece, for example a braided or knitted rope, whose surface condition including the criterion of its color is to be detected. In particular, the device according to the invention is suitable for examining the surface properties of elongated objects, preferably when moving them, such as lipsticks, screws, nails, pencils, glasses, braided or knitted ropes and others, in order to differentiate according to specified quality criteria. for example, sorting the objects according to surface characteristics.
ERSATZBLATT
Liste der Bezugszeichen:REPLACEMENT LEAF List of reference numerals:
ERSATZBLATT
REPLACEMENT LEAF
Claims
1 Patentansprüche: 1 claims:
22
3 1. Vorrichtung zum optischen Abtasten der Oberfläche eines Objektes (1), des- 3 1. Device for optically scanning the surface of an object (1),
4 sai Oberfläche Licht zu reflektieren oder zu streuen imstande ist, mit einer Licht- s quelle (2) und einem optischen kegel-, schalen- oder ellipsenförmigen, innen ver-Is 4 to reflect or scatter light sai surface capable of having a light source s (2) and an optical conical, shell or ellipse shaped, inner to
6 spiegelten Pultspiegel (7) mit umlaufender Spiegelfläche (16) und einer dazu zen- 6 mirrored desk mirrors (7) with circumferential mirror surface (16) and a
7 trisch angeordneten Durchgangsöffhung (18) zum Durchgang des Objektes (1) 7 trically arranged through opening (18) for the passage of the object (1)
8 durch den Pultspiegel (7), oberhalb desselben in Richtung der Hauptachse (17) 8 through the console mirror (7), above it in the direction of the main axis (17)
9 und innerhalb des Öffnungswinkels des Pultspiegels (7) sich eine Mehrzahl von 9 and within the opening angle of the desk mirror (7) a plurality of
10 einzelnen optischen Linsen befindet, die ringförmig-zentrisch die Hauptachse 10 individual optical lenses located, the ring-centered the main axis
11 (17) des Pultspiegels (7) umgeben und mit einem opto-elektronischen Sensor (4), 11 (17) of the console mirror (7) and an opto-electronic sensor (4),
12 der an eine elektrische Auswerteeinrichtung angeschlossen ist, wobei das Licht 12 which is connected to an electrical evaluation device, the light
13 (10,10') nach Reflexion und/oder Streuung am Objekt (1) rings seines Umfangs 13 (10, 10 ') after reflection and / or scattering on the object (1) around its circumference
1 (15) auf die Spiegelfläche (16) des Pultspiegels (7) geworfen, auf den Sensor (4) 1 (15) thrown onto the mirror surface (16) of the desk mirror (7), onto the sensor (4)
15 gelenkt und in der Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, i-s dadurch gekennzeichnet, 15 is steered and evaluated in the evaluation device, is characterized in that
17 daß die Linsen aufrecht abbildende Stablinsen (5) mit abgestuftem Brechungsin- 17 that the lenses upright imaging rod lenses (5) with graduated refractive
18 dex (GRIN-Stablinsen) in Form eines Linsenbündels sind, das der Gestaltung des 18 dex (GRIN rod lenses) are in the form of a lens bundle that matches the design of the
19 Pultspiegel (7) und der Querschnittskontur des Objektes (1) angepaßt, vorzugs- 0 weise ring- oder eUipsenförmig, ist, wobei die Lichteintrittsflächen der Stablinsen 1 (5) der Spiegelfläche (18) des Pultspiegels (7) zugewandt sind und den 2 Lichtaustrittsflächen ein ring-, kreislinien- oder ellipsenförmiger Sensor (4) 3 gegenübersteht. * 5 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 6 daß die Stablinsen (5) in einem Gehäuse (9) mit oberer und unterer Abdeckung 7 (3,8) mit je einer Durchgangsöfϊhung (12,13) zum Durchgang des Objektes (1) 8 innerhalb einer ring- oder ellipsenförmigen Halterung (6) gehaltert sind, die auf einen Tubus (11) zum Ein- oder Durchfuhren des Objektes (1) aufgeschoben 19 console mirror (7) and the cross-sectional contour of the object (1) is adapted, preferably 0 or ring-shaped, where the light entry surfaces of the rod lenses 1 (5) face the mirror surface (18) of the console mirror (7) and the second A ring, circular or elliptical sensor (4) 3 faces light exit surfaces. * 5 2. Device according to claim 1, characterized in that 6 the rod lenses (5) in a housing (9) with upper and lower cover 7 (3.8), each with a passage opening (12, 13) for the passage of the object ( 1) 8 are held within an annular or elliptical holder (6), which are pushed onto a tube (11) for introducing or passing through the object (1)
ERSATZBLÄΓT ist, der an der oberen Abdeckung (20) des Gehäuses (9) befestigt ist, die den Sen- sor (4) trägt, wobei der Tubus (11) oberhalb des Pultspiegels (7) endet.SPARE BLADE which is fastened to the upper cover (20) of the housing (9) which carries the sensor (4), the tube (11) ending above the desk mirror (7).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinsen (5) parallel zueinander gerichtetet sind und dieselben und/ oder der Pultspiegel (7) in der Höhe parallel zur Hauptachse (17) des Pultspiegels (7) relativ zueinander verschieblich sind.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rod lenses (5) are directed parallel to each other and the same and / or the desk mirror (7) in height parallel to the main axis (17) of the desk mirror (7) are displaceable relative to each other.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Abdeckung (3) und der Tubus (11) einstückig ausgebildet und mitsamt der unteren Abdeckung, der ringförmigen Halterung (6) und dem Gehäuse (9) aus Kunststoff bestehen.4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the upper cover (3) and the tube (11) are integrally formed and together with the lower cover, the annular holder (6) and the housing (9) consist of plastic.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein ring- oder kreislinienförmiges CCD-Pixelfeld-Bauelement (4) ist, der einen oder mehrere Pixelfeldringe aufweist.5. The device according to claim 1, characterized in that the sensor is a ring-shaped or circular-shaped CCD pixel field component (4) having one or more pixel field rings.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebenem Querschnitt des Objektes das Feld der GRIN-Stablinsen und/ oder die selektierende Sensorfläche dem Querschnitt oder dem abzutastenden Profil des Objektes angepaßt gestaltet ist.6. The device according to claim 1, characterized in that for a given cross section of the object, the field of GRIN rod lenses and / or the selecting sensor surface is adapted to the cross section or the profile of the object to be scanned.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pultspiegel ein halbdurchlässiger Teilerspiegel ist und die Beleuchtung des Objektes durch den Teilerspiegel auf das Objekt hin erfolgt.7. The device according to claim 1, characterized in that the console mirror is a semitransparent divider mirror and the illumination of the object is carried out by the divider mirror on the object.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pultspiegel ein durchsichtiger Körper in Form eines Toroids (22,22') ist, dessen rückseitige, der Lichtquelle (2,2,2") zu- oder abgewandte Oberfläche schräg geneigt als innen verspiegelte Spiegelfläche (24,24') ausgebildet ist, wobei 1 die der Hauptachse des Pultspiegels (17) zugewandte umlaufende Oberfläche als - zylindrische Linsenfläche (25) gestaltet ist.8. The device according to claim 1, characterized in that the console mirror is a transparent body in the form of a toroid (22,22 '), the back, the light source (2,2,2 ") facing or facing inclined inclined than inside mirrored mirror surface (24, 24 ') is formed, wherein 1 the peripheral surface facing the main axis of the desk mirror (17) is designed as a - cylindrical lens surface (25).
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* 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,* 9. Device according to claim 8, characterized in
5 daß die innen verspiegelte Spiegelfläche (24,24') halbdurchlässig ist und 5 that the mirrored mirror surface (24, 24 ') is semi-transparent and
6 Lichtquellen (2,2') seitlich ringsum das Toroid (22,22') umgeben zur radialen 6 light sources (2,2 ') surround the toroid (22,22') to the radial side
7 Beleuchtung des Objektes (1) durch die halbdurchlässige Spiegelfläche (24,24'). 7 Illumination of the object (1) through the semitransparent mirror surface (24, 24 ').
8 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Hauptachse (17) des Pultspiegels (22') zugewandte umlaufende innere Oberfläche als gewölbte Linsenfläche (25') gestaltet ist.8. The device according to claim 1, characterized in that the main axis (17) of the desk mirror (22 ') facing the circumferential inner surface is designed as a curved lens surface (25').
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenfläche, bezogen auf die Richtung der Hauptachse des Pultspiegel, konvex oder konkav gewölbt ist.11. The device according to claim 1, characterized in that the lens surface, based on the direction of the main axis of the desk mirror, is convex or concave.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite und/oder die Wölbung der Linsenfläche in Richtung der Hauptachse des Pultspiegels veränderbar sind.12. The apparatus according to claim 1, characterized in that the focal length and / or the curvature of the lens surface can be changed in the direction of the main axis of the desk mirror.
ERSATZBLATT REPLACEMENT LEAF
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