DE102017104766B4 - Method and device for measuring the thickness of a transparent body - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers (4), umfassend die Schritte
- Anordnen des zu messenden transparenten Körpers (4) auf einem Messmuster,
- optisches Abtasten des Messmusters mit einer Kamera (5) unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel (γ),
- Bestimmen eines Versatzes (V) des Messmusters gegenüber einer realen oder fiktiven Referenzabtastung ohne transparentem Körper unter dem gleichen vorbestimmten Beobachtungswinkel (γ), und
- Berechnen der Dicke (d) des transparenten Körpers (4) anhand des bestimmten Versatzes (V) und des Beobachtungswinkels (γ).

Figure DE102017104766B4_0000
Method for measuring the thickness of a transparent body (4), comprising the steps
- arranging the transparent body (4) to be measured on a measuring pattern,
- optically scanning the measurement pattern with a camera (5) at a predetermined observation angle (γ),
- determining an offset (V) of the measurement pattern compared to a real or fictitious reference scan without a transparent body under the same predetermined observation angle (γ), and
- Calculating the thickness (d) of the transparent body (4) based on the determined offset (V) and the observation angle (γ).
Figure DE102017104766B4_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers.The present invention relates to a method and a device for measuring the thickness of a transparent body.

Die DE 199 42 244 A1 offenbart ein Verfahren zur Dickenmessung von transparenten Materialien mit einer Kamera, wobei unterhalb des transparenten Materials eine Beleuchtungsvorrichtung ausgewiesen ist, die ein Messmuster erzeugt. Eine Kamera in Schrägstellung zu dem Material, das untersucht werden soll, filmt durch dieses Material das Messmuster, welches unter anderem als zwei farbige Flächen dargestellt ist.The DE 199 42 244 A1 discloses a method for measuring the thickness of transparent materials using a camera, wherein an illumination device is provided underneath the transparent material, which generates a measurement pattern. A camera positioned at an angle to the material to be examined films the measurement pattern through this material, which is represented, among other things, as two colored areas.

Die Trennlinie zwischen den beiden farbigen Feldern wird genutzt, um die virtuelle Änderung der Position dieser Trennlinie, hervorgerufen durch den Parallelversatz des Lichtes durch das Material im Vergleich zur wahren Position der Trennlinie ohne Material, zu messen. Dieser Versatz ist Maß für die Dicke des transparenten Materials.The dividing line between the two colored fields is used to measure the virtual change in the position of this dividing line caused by the parallel offset of the light through the material compared to the true position of the dividing line without material. This offset is a measure of the thickness of the transparent material.

Die JP H11-257 925 A beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Dickenmessung eines transparenten Materials. Dazu wird unter dem zu vermessenden Material ein Lichtkegel erzeugt, welches durch dieses Material scheint. Das Material ist da drüber in Schrägstellung angeordnet. Durch Lichtbrechung verzerrt sich das durchgehende Licht, und sofern es durch einen Sensor empfangen wird, können darüber Rückschlüsse auf die Dicke des Materials gewonnen werden.The JP H11-257 925 A also describes a method for measuring the thickness of a transparent material. To do this, a cone of light is generated under the material to be measured, which shines through this material. The material is arranged above it at an angle. The light passing through is distorted by refraction, and if it is received by a sensor, conclusions can be drawn about the thickness of the material.

Die DE 42 13 601 A1 offenbart ein Verfahren zur Dickenmessung, in dem ein Lichtpunkt schräg durch die zur vermessenden transparenten Schicht geschickt wird. Dahinter befindet sich ein Sensor, der die Position dieses Lichtpunktes vermisst. Alternativ kann über eine Reflektionsschicht der Lichtpunkt auch nochmals durch die transparente Schicht reflektiert werden, sodass der Sensor auf der gleichen Seite sich befindet wie der Ursprung des Lichtpunktes. Anhand des Versatzes, den der Lichtpunkt auf dem Sensor, die durch das Einbringen eines transparenten Materials hervorgerufen wird, kann Rückschluss auf die Dicke des transparenten Materials gezogen werden.The DE 42 13 601 A1 discloses a method for measuring thickness in which a point of light is sent at an angle through the transparent layer to be measured. Behind this is a sensor that measures the position of this point of light. Alternatively, the point of light can be reflected again through the transparent layer via a reflective layer so that the sensor is on the same side as the origin of the point of light. Based on the offset of the point of light on the sensor, which is caused by the introduction of a transparent material, conclusions can be drawn about the thickness of the transparent material.

Zur Messung einer Dicke eines Körpers gibt es berührende und berührungslose Messverfahren. Hierbei können die Dickenmessungen einseitig gegenüber einer Referenz oder doppelseitig mittels zweier Sensoren durchgeführt werden. Bei einer berührenden Dickenmessung wird ein Sensor in Kontakt mit dem zu messenden Körper gehalten.There are contact and non-contact measuring methods for measuring the thickness of a body. Thickness measurements can be carried out on one side against a reference or on both sides using two sensors. In a contact thickness measurement, a sensor is held in contact with the body to be measured.

Eine berührungslose Dickenmessung kann mittels eines Lasers oder einer Ultraschallquelle ausgeführt werden. Die Vorteile einer berührungslosen Messung liegen darin, dass kein Materialkontakt besteht, die Messung in der Regel unabhängig von der Farbe des Materials ist, die Messung unabhängig von der Zusammensetzung des Materials ist, eine hohe Ortsauflösung durch einen kleinen Messpunkt erzielt wird, der Körper mit einer hohen Messfrequenz abgetastet werden kann, ein großer Abstand zum Körper möglich ist und die Messung von heißen Oberflächen möglich ist.A non-contact thickness measurement can be carried out using a laser or an ultrasound source. The advantages of a non-contact measurement are that there is no material contact, the measurement is generally independent of the color of the material, the measurement is independent of the composition of the material, a high spatial resolution is achieved by a small measuring point, the body can be scanned with a high measuring frequency, a large distance from the body is possible and the measurement of hot surfaces is possible.

Optische Messverfahren zum Messen der Dicke eines Körpers beruhen auf der Triangulation. Bei transparenten Körpern ist eine besondere Messvorrichtung notwendig, welche eine Direktreflexion erlaubt, d.h., dass die Lichtquelle und die Kamera bezüglich des abzutastenden Körpers im Glanzwinkel angeordnet sind.Optical measuring methods for measuring the thickness of a body are based on triangulation. For transparent bodies, a special measuring device is necessary that allows direct reflection, i.e. the light source and the camera are arranged at the glancing angle with respect to the body to be scanned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers zu schaffen, das einfach und kostengünstig ausführbar ist und dennoch präzise Messergebnisse liefert.The invention is based on the object of creating a method and a device for measuring the thickness of a transparent body, which can be carried out simply and inexpensively and yet provides precise measurement results.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers zu schaffen, welche eine schnelle Abtastung einer Zeile und/oder einer Fläche des transparenten Körpers erlauben.Another object of the present invention is to provide a method and a device for measuring the thickness of a transparent body, which allow a rapid scanning of a line and/or an area of the transparent body.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers zu schaffen, das zuverlässig in einer Produktionsumgebung, wie sie zum Beispiel beim Herstellen von Glasplatten vorliegt, ausführbar ist und über eine lange Zeitdauer zuverlässig ausgeführt werden kann.Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for measuring the thickness of a transparent body, which can be reliably carried out in a production environment such as that found in the manufacture of glass plates, and can be carried out reliably over a long period of time.

Eine oder mehrere der vorbezeichneten Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.One or more of the aforementioned objects are achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments are specified in the respective subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers umfasst die Schritte

  • - Anordnen des zu messenden transparenten Körpers auf einem Messmuster,
  • - optisches Abtasten des Messmusters mit einer Kamera unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel,
  • - Bestimmen eines Versatzes des Messmusters gegenüber einer realen oder fiktiven Referenzabtastung ohne transparentem Körper unter dem gleichen vorbestimmten Beobachtungswinkel, und
  • - Berechnen der Dicke des transparenten Körpers anhand des bestimmten Versatzes und des Beobachtungswinkels.
The method according to the invention for measuring the thickness of a transparent body comprises the steps
  • - Arranging the transparent body to be measured on a measuring pattern,
  • - optical scanning of the measurement pattern with a camera at a predetermined observation angle,
  • - determining an offset of the measurement pattern compared to a real or fictitious reference scan without a transparent body under the same predetermined observation angle, and
  • - Calculate the thickness of the transparent body based on the determined offset and observation angle.

Beim Übergang eines Lichtstrahls zwischen Medien mit unterschiedlichen optischen Brechzahlen wird der Lichtstrahl gebrochen, so dass er seine Ausbreitungsrichtung ändert. Dies führt dazu, dass ein Muster, das sich unterhalb eines transparenten Körpers befindet, durch die Brechung des Lichtes an den Grenzflächen zwischen dem transparenten Körper und der Umgebung (in der Regel: Luft) versetzt wird.When a light beam passes between media with different optical refractive indices, the light beam is refracted so that it changes its direction of propagation. This causes a pattern located underneath a transparent body to be displaced by the refraction of the light at the interfaces between the transparent body and the environment (usually air).

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieser Versatz bestimmt und anhand dieses Versatzes und in Kenntnis des Beobachtungswinkels die Dicke des transparenten Körpers berechnet.With the method according to the invention, this offset is determined and the thickness of the transparent body is calculated based on this offset and knowledge of the observation angle.

Es kann eine Referenzmessung ohne transparentem Körper durchgeführt werden, wobei bei der Referenzmessung dasselbe Messmuster abgetastet wird und die Referenzmessung in Beziehung zur Messung mit dem transparenten Körper gesetzt wird. Die Referenzmessung kann mit der Messung mit dem transparenten Körper derart in Beziehung gesetzt werden, dass der Ort des Messmusters bezüglich der Kamera erfasst wird und die beiden Messungen bei jeweils übereinstimmendem Ort des Messmusters miteinander verglichen werden.A reference measurement can be carried out without a transparent body, whereby the same measurement pattern is scanned during the reference measurement and the reference measurement is related to the measurement with the transparent body. The reference measurement can be related to the measurement with the transparent body in such a way that the location of the measurement pattern is recorded with respect to the camera and the two measurements are compared with each other when the location of the measurement pattern matches.

Im Folgenden ist mit dem Ausdruck „Ort des Messmusters“ der Ort des Messmusters bzgl. der Kamera gemeint.In the following, the term “location of the measurement pattern” refers to the location of the measurement pattern with respect to the camera.

Beim optischen Abtasten wird vorzugsweise der Ort des Messmusters erfasst und anhand der im Muster enthaltenen Musterinformationen der Versatz bestimmt. Ist beim optischen Abtasten der Ort des Messmusters bekannt und sind die im Muster enthaltenen Musterinformationen bekannt, d.h., dass in einer Auswerteeinrichtung eine Beschreibung des Messmusters vorliegt, dann kann ohne eine Referenzmessung eine fiktive Abtastung ohne transparentem Körper erfolgen, welche mit einem beim optischen Abtasten des auf dem Messmuster befindlichen transparenten Körpers erhaltenen Messbildes zur Bestimmung des Versatzes verglichen werden kann. Die fiktive Abtastung bedeutet, dass in Kenntnis des Messmusters und des Ortes des Messmusters bzgl. der Kamera eindeutig bestimmt ist, wie die Kamera das Messmuster sieht, wenn sich zwischen der Kamera und dem Messmuster kein die Lichtstrahlen ablenkender bzw. brechender Körper befindet. Das Messmuster kann somit in ein Referenzbild transferiert werden, das mit einem Messbild, das mit der Kamera vom Messmuster erfasst wird, verglichen werden kann. Die Umsetzung des Messmusters in ein Referenzbild erfolgt mit den Abbildungseigenschaften eines Objektives der Kamera. Die Abbildungseigenschaften sind z. B. die Brennweite, die Blickrichtung, der Abstand zum Messmuster und gegebenenfalls die Verzeichnung des Objektives. Ein Messbild wird in der Regel mit einem auf dem Messmuster befindlichen transparenten Körper erzeugt. Zum Kalibrieren einer Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers kann es auch zweckmäßig sein, ein Messbild des Messmusters ohne transparenten Körper zu erzeugen und dieses mit dem Referenzbild gemäß einer fiktiven Abtastung zu vergleichen.During optical scanning, the location of the measurement pattern is preferably recorded and the offset is determined based on the pattern information contained in the pattern. If during optical scanning, the location of the measurement pattern is known and the pattern information contained in the pattern is known, i.e. if a description of the measurement pattern is available in an evaluation device, then a fictitious scan without a transparent body can be carried out without a reference measurement, which can be compared with a measurement image obtained during optical scanning of the transparent body on the measurement pattern to determine the offset. Fictitious scanning means that, knowing the measurement pattern and the location of the measurement pattern with respect to the camera, it is clearly determined how the camera sees the measurement pattern if there is no body between the camera and the measurement pattern that deflects or refracts the light rays. The measurement pattern can thus be transferred to a reference image that can be compared with a measurement image that is recorded from the measurement pattern with the camera. The measurement pattern is converted into a reference image using the imaging properties of a camera lens. The imaging properties are, for example, the focal length, the direction of view, the distance to the measurement pattern and, if applicable, the distortion of the lens. A measurement image is usually generated with a transparent body on the measurement pattern. To calibrate a device for measuring the thickness of a transparent body, it can also be useful to generate a measurement image of the measurement pattern without a transparent body and to compare this with the reference image according to a fictitious scan.

Der Ort des Messmusters kann mittels eines Ortsensors, wie zum Beispiel eines Inkrementalgebers, erfasst werden. Das Messmuster kann auch nur teilweise mit dem transparenten Körper abgedeckt sein. Anhand der Abtastung eines nicht mit dem transparenten Körper abgedeckten Bereiches des Messmusters kann der Ort des Messmusters bezüglich der Kamera bestimmt werden. Das Messmuster enthält dann in dem nicht abgedeckten Bereich ein für die jeweiligen Orte charakteristisches Muster, das mittels der Kamera erkannt wird.The location of the measurement pattern can be detected using a location sensor, such as an incremental encoder. The measurement pattern can also be only partially covered with the transparent body. By scanning an area of the measurement pattern that is not covered by the transparent body, the location of the measurement pattern can be determined with respect to the camera. The measurement pattern then contains a pattern in the uncovered area that is characteristic of the respective locations and is recognized by the camera.

Das Messmuster kann in einer vorbestimmten relativen Position zur Kamera angeordnet sein oder es kann mittels eines Ortsensors die relative Position des Messmusters zur Kamera detektiert werden, so dass anhand dieser relativen Position, die sich durch eine fiktive Abtastung ohne transparenten Körper ergebene Anordnung des abgetasteten Messmusters bestimmbar ist. Diese fiktive Abtastung entspricht einem Referenzbild, das mit dem Messbild zum Bestimmen des Versatzes verglichen werden kann.The measurement pattern can be arranged in a predetermined relative position to the camera or the relative position of the measurement pattern to the camera can be detected by means of a location sensor, so that the arrangement of the scanned measurement pattern resulting from a fictitious scan without a transparent body can be determined based on this relative position. This fictitious scan corresponds to a reference image that can be compared with the measurement image to determine the offset.

Bei der Abtastung des transparenten Körpers mit der Kamera wird ein Messbild erzeugt, das zum Bestimmen des Versatzes mit einem Referenzbild verglichen werden kann, wobei aus dem Messbild und dem Referenzbild übereinstimmende Merkmalspunkte extrahiert werden und deren Abstand als Versatz bestimmt wird.When the transparent body is scanned with the camera, a measurement image is generated which can be compared with a reference image to determine the offset, whereby matching feature points are extracted from the measurement image and the reference image and their distance is determined as the offset.

Der Abstand zwischen den übereinstimmenden Merkmalspunkten kann auch nur entlang einer bestimmten Vorzugsrichtung gemessen werden.The distance between the matching feature points can also be measured only along a certain preferred direction.

Diese Vorzugsrichtung kann einer Bewegungsrichtung entsprechen, mit welcher das Messbild durch relatives Bewegen des Messmusters und dem darauf angeordneten transparenten Körper bezüglich einer quer zur Bewegungsrichtung ausgerichteten Zeilenkamera erzeugt wird.This preferred direction can correspond to a direction of movement with which the measurement image is generated by relative movement of the measurement pattern and the transparent body arranged thereon with respect to a line scan camera aligned transversely to the direction of movement.

Die Merkmalspunkte können aus dem Messbild und dem Referenzbild mittels Kreuzkorrelation extrahiert werden. Grundsätzlich sind auch andere Verfahren zum Extrahieren von Merkmalspunkten geeignet. Diesbezüglich wird auf den Überblicksartikel " Image Registration Techniques: A Comprehensive Survey; Guido Bartholi; Universitä degli Studi di Siena, Juni 2007 (herunterladbar am 14. Februar 2017 :

  • http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.471.1134&rep=rep1&type=pdf .) In Kapitel 2 sind unterschiedliche Verfahren beschrieben, die zur automatischen Extraktion von Bildmerkmalen verwendet werden können. In Kapitel 3 ist die Zuordnung von Merkmalen unterschiedlicher Bilder zueinander erläutert. Diese bekannten Verfahren können dazu verwendet werden, Merkmalspunkte des Messbildes und des Referenzbildes zu extrahieren und einander zuzuordnen.
The feature points can be extracted from the measurement image and the reference image using cross-correlation. In principle, other methods for extracting feature points are also suitable. In this regard, please refer to the overview article " Image Registration Techniques: A Comprehen sive survey; Guido Bartholi; Universitä degli Studi di Siena, June 2007 (downloadable on February 14, 2017 :
  • http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.471.1134&rep=rep1&type=pdf .) Chapter 2 describes different methods that can be used to automatically extract image features. Chapter 3 explains how to assign features from different images to each other. These known methods can be used to extract feature points from the measurement image and the reference image and assign them to each other.

Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Kamera das Messmuster mit dem darauf befindlichen transparenten Körper unter zumindest zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln abtastet. Aus der Position von zumindest zwei charakteristischen Punkten des Messmusters in dem so erhaltenen Messbild kann der Versatz zumindest eines dieser charakteristischen Punkte des Messmusters gegenüber einer fiktiven Abtastung ohne transparentem Körper unter den gleichen Beobachtungswinkeln bestimmt werden. Ist beispielsweise der Abstand dieser beiden charakteristischen Punkte im Messmuster bekannt, kann anhand des Abstandes der entsprechenden charakteristischen Punkte im Messbild die Dicke des transparenten Körpers bestimmt werden, sofern es sich bei dem transparenten Körper um eine planparallele Platte handelt. Bei diesem Verfahren muß als Musterinformation lediglich das Vorhandensein zweier charakteristischer Punkte und deren Abstand im Messmuster bekannt sein, welche eine Referenzinformation bilden. Mit dieser Referenzinformation kann die Dicke des transparenten Körpers aus dem Abstand dieser charakteristischen Punkte im Messbild bestimmt werden.In principle, it is also possible for the camera to scan the measurement pattern with the transparent body on it at at least two different observation angles. From the position of at least two characteristic points of the measurement pattern in the measurement image obtained in this way, the offset of at least one of these characteristic points of the measurement pattern can be determined compared to a fictitious scan without a transparent body at the same observation angles. If, for example, the distance between these two characteristic points in the measurement pattern is known, the thickness of the transparent body can be determined from the distance between the corresponding characteristic points in the measurement image, provided that the transparent body is a plane-parallel plate. With this method, only the presence of two characteristic points and their distance in the measurement pattern must be known as pattern information, which form reference information. With this reference information, the thickness of the transparent body can be determined from the distance between these characteristic points in the measurement image.

Die Anordnung, bestehend aus dem zu messenden transparenten Körper und dem Messmuster kann relativ zur Kamera in einer Bewegungsrichtung bewegt werden, wobei der vorbestimmte Beobachtungswinkel der Winkel sein kann, den die Blickrichtung der Kamera mit dem transparenten Körper entweder in Bewegungsrichtung oder quer zur Bewegungsrichtung einschließt. Bei Verwendung einer Zeilenkamera wird vorzugsweise der Winkel, den die Blickrichtung der Kamera mit dem transparenten Körper in Bewegungsrichtung einschließt, als vorbestimmter Beobachtungswinkel verwendet, da dieser Winkel für alle Punkte entlang einer abzutastenden Zeile gleich ist, wenn die Zeilenkamera quer zur Bewegungsrichtung angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich bei gleicher Dicke des transparenten Körpers derselbe Versatz entlang der abzutastenden Zeile.The arrangement, consisting of the transparent body to be measured and the measuring pattern, can be moved relative to the camera in a direction of movement, wherein the predetermined observation angle can be the angle that the viewing direction of the camera encloses with the transparent body either in the direction of movement or transversely to the direction of movement. When using a line camera, the angle that the viewing direction of the camera encloses with the transparent body in the direction of movement is preferably used as the predetermined observation angle, since this angle is the same for all points along a line to be scanned if the line camera is arranged transversely to the direction of movement. This results in the same offset along the line to be scanned if the thickness of the transparent body is the same.

Die oben erläuterten Verfahren werden vorzugsweise zum Messen von transparenten Körpern verwendet, welche etwa planparallele Platten sind, verwendet. Diese planparallelen Platten können in gewissem Maße unterschiedliche Dicken aufweisen.The methods explained above are preferably used for measuring transparent bodies, which are, for example, plane-parallel plates. These plane-parallel plates can have different thicknesses to a certain extent.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers vorgesehen, umfassend

  • - ein Messmuster, auf welchem ein zu messender transparenter Körper angeordnet werden kann,
  • - eine Kamera zum Abtasten des sich auf dem Messmuster befindenden Körpers unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel,
  • - eine Auswerteeinrichtung zum Bestimmen eines Versatzes des Messmusters gegenüber einer realen oder fiktiven Abtastung ohne transparentem Körper unter dem gleichen vorbestimmten Beobachtungswinkel, und zum Berechnen der Dicke des transparentem Körpers anhand des bestimmten Versatzes und dem Beobachtungswinkel.
According to a further aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring the thickness of a transparent body, comprising
  • - a measuring pattern on which a transparent body to be measured can be arranged,
  • - a camera for scanning the body located on the measuring pattern at a predetermined observation angle,
  • - an evaluation device for determining an offset of the measurement pattern compared to a real or fictitious scan without a transparent body under the same predetermined observation angle, and for calculating the thickness of the transparent body based on the determined offset and the observation angle.

Die Kamera ist vorzugsweise eine Zeilenkamera.The camera is preferably a line scan camera.

Es kann eine Bewegungseinrichtung zum relativen Bewegen des Messmusters und des auf dem Messmuster angeordneten transparenten Körpers bezüglich der Kamera vorgesehen sein.A moving device may be provided for relatively moving the measuring pattern and the transparent body arranged on the measuring pattern with respect to the camera.

Vorzugsweise ist eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten des Messmusters bzw. des auf dem Messmuster befindlichen transparenten Körpers vorgesehen. Die Beleuchtungsvorrichtung weist vorzugsweise eine diffuse Lichtquelle auf.Preferably, an illumination device is provided for illuminating the measurement pattern or the transparent body located on the measurement pattern. The illumination device preferably has a diffuse light source.

Die Kamera kann mit einem objektseitigen, telezentrischen Objektiv ausgebildet sein. Bei Verwendung einer Zeilenkamera kann das objektseitige, telezentrische Objektiv zumindest entlang einer Abtastzeile telezentrisch ausgebildet sein. Bei Verwendung einer Flächenkamera ist das objektseitige, telezentrische Objektiv vorzugsweise über die gesamte Abtastfläche telezentrisch ausgebildet. Die Verwendung eines objektseitigen, telezentrischen Objektivs hat den Vorteil, dass ausschließlich parallele Lichtstrahlen vom Abtastbereich auf die Kamera abgebildet werden. Hierdurch liegt an allen Punkten des Abtastbereiches der gleiche vorbestimmte Beobachtungswinkel vor. Dies vereinfacht die Auswertung.The camera can be designed with an object-side, telecentric lens. When using a line camera, the object-side, telecentric lens can be designed to be telecentric at least along one scanning line. When using an area camera, the object-side, telecentric lens is preferably designed to be telecentric over the entire scanning area. The use of an object-side, telecentric lens has the advantage that only parallel light rays from the scanning area are projected onto the camera. This means that the same predetermined observation angle is present at all points in the scanning area. This simplifies the evaluation.

Bei Verwendung einer Zeilenkamera, welche quer zur Bewegungsrichtung einer relativen Bewegung zwischen der Zeilenkamera und dem abzutastenden, transparenten Körper ausgebildet ist, und bei Verwendung des von der Blickrichtung der Kamera und dem abzutastenden, transparenten Körper ausschließlich in Bewegungsrichtung eingeschlossenen Winkels als vorbestimmten Beobachtungswinkel ist dieser vorbestimmte Beobachtungswinkel auch über den gesamten Abtastbereich entlang einer vorbestimmten Abtastlinie konstant, ohne dass hierzu die Verwendung eines objektseitigen, telezentrischen Objektivs notwendig ist.When using a line camera which is designed transversely to the direction of movement of a relative movement between the line camera and the transparent body to be scanned, and When using the angle enclosed by the viewing direction of the camera and the transparent body to be scanned exclusively in the direction of movement as the predetermined observation angle, this predetermined observation angle is also constant over the entire scanning area along a predetermined scanning line without the need for the use of an object-side, telecentric lens.

Das Messmuster weist vorzugsweise Marker auf, anhand derer der Versatz detektierbar ist. Die Marker können an sich beliebige Punkte oder Markierungen im Messmuster sein, welche im erfassten Bild erkennbar und eindeutig zuordbar sind.The measurement pattern preferably has markers that can be used to detect the offset. The markers can be any points or markings in the measurement pattern that are recognizable and clearly identifiable in the captured image.

Das Messmuster ist vorzugsweise ein Zufallsmuster. Das Messmuster ist zweckmäßigerweise ein zweidimensionales Muster, wobei die einzelnen Punkte des Messmusters einer Zufallsverteilung entsprechen. Die Punkte des Messmusters können auch eine Folge maximaler Länge bzw. Maximalfolge (MLS: Maximum Length Sequence) entsprechen. Für eine eindeutige Zuordnung von Merkmalen des Musters ist es zweckmäßig, wenn Referenzausschnitte vorbestimmter Länge möglichst eindeutig sind, d.h., dass sie sich nicht oder nur sehr selten an einer anderen Stelle des Musters wiederholen. Die einzelnen Punkte des Messmusters bilden derartige Marker bzw. Merkmalspunkte.The measurement pattern is preferably a random pattern. The measurement pattern is expediently a two-dimensional pattern, with the individual points of the measurement pattern corresponding to a random distribution. The points of the measurement pattern can also correspond to a sequence of maximum length or maximum sequence (MLS: Maximum Length Sequence). For a clear assignment of features of the pattern, it is expedient if reference sections of predetermined length are as clear as possible, i.e. they are not repeated or only very rarely repeated at another point in the pattern. The individual points of the measurement pattern form such markers or feature points.

Die Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers weist vorzugsweise eine Steuereinrichtung auf, die zum Ausführen eines der oben erläuterten Verfahren ausgebildet ist.The device for measuring the thickness of a transparent body preferably has a control device which is designed to carry out one of the methods explained above.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

  • 1eine Ablenkung eines Lichtstrahles in einem transparenten Medium,
  • 2 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers in einem Blockschaltbild,
  • 3zwei Diagramme, mit welchen der gemessene Versatz bei unterschiedlich dicken transparenten Körpern dargestellt ist, wobei am oberen Diagramm der Versatz in Transportrichtung und im unteren Diagramm der Versatz quer zur Transportrichtung gezeigt ist,
  • 4a und 4b schematisch die Abtastung eines in etwa ebenflächigen transparenten Körpers mittels einer Zeilenkamera mit einer gegenüber dem transparenten Körper geneigten Blickrichtung, und
  • 5die Zuordnung von Merkmalspunkten eines Referenzbildes zu einem Messbild mittels eines Korrelationsverfahrens.
The invention is explained in more detail below using an embodiment shown in the drawings. The drawings show:
  • 1a Deflection of a light beam in a transparent medium,
  • 2 schematically shows the structure of a device for measuring the thickness of a transparent body in a block diagram,
  • 3two Diagrams showing the measured displacement of transparent bodies of different thicknesses, with the upper diagram showing the displacement in the transport direction and the lower diagram showing the displacement transverse to the transport direction,
  • 4a and 4b schematically the scanning of an approximately flat transparent body by means of a line camera with a viewing direction inclined relative to the transparent body, and
  • 5the Assignment of feature points of a reference image to a measurement image using a correlation method.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beruhen auf dem Snelliusschen Brechungsgesetz, das den Übergang von Lichtstrahlen von einem Medium mit einem ersten Brechungsindex n1 in ein anderes Medium mit einem zweiten Brechungsindex n2 beschreibt. Ein Lichtstrahl 1, der eine Grenzfläche 2 zwischen den beiden Medien mit den Brechungsindizes n1 und n2 quert, wird an der Grenzfläche 2 gemäß folgender Formel gebrochen (1) sin β sin α = n 1 n 2 ,

Figure DE102017104766B4_0001
wobei α der Einfallswinkel im Medium mit dem Brechungsindex n1 gegenüber einem Lot 3 auf der Grenzfläche 2 und β der Ausfallswinkel gegenüber dem Lot 3 ist.The method and the device according to the invention are based on Snell's law of refraction, which describes the transition of light rays from a medium with a first refractive index n 1 into another medium with a second refractive index n 2. A light ray 1 that crosses an interface 2 between the two media with the refractive indices n 1 and n 2 is refracted at the interface 2 according to the following formula ( 1 ) sin β sin α = n 1 n 2 ,
Figure DE102017104766B4_0001
where α is the angle of incidence in the medium with the refractive index n 1 with respect to a perpendicular 3 on the interface 2 and β is the angle of reflection with respect to the perpendicular 3.

Als Beobachtungswinkel γ ist der Winkel definiert, der vom einfallenden Lichtstrahl 1 und der Grenzfläche 2 begrenzt wird. Das Medium mit dem Brechungsindex n1 ist in der Regel Luft und das Medium mit dem Brechungsindex n2 ist ein transparenter Körper 4, dessen Dicke d zu messen ist.The observation angle γ is defined as the angle subtended by the incident light beam 1 and the interface 2. The medium with the refractive index n 1 is usually air and the medium with the refractive index n 2 is a transparent body 4 whose thickness d is to be measured.

Die Dicke d ergibt sich aus folgender Formel: d = V tan ( α ) n 2 sin ( α ) n 1 2 n 2 2 sin 2 ( α ) = k V

Figure DE102017104766B4_0002
k = 1 tan ( α ) n 2 sin ( α ) n 1 2 n 2 2 sin 2 ( α )
Figure DE102017104766B4_0003
wobei V der Versatz an der Unterseite des transparenten Körpers 4 bezüglich eines Lichtstrahls 1', der gegenüber dem realen Lichtstrahl 1 nicht abgelenkt ist.The thickness d is determined from the following formula: d = V tan ( α ) n 2 sin ( α ) n 1 2 n 2 2 sin 2 ( α ) = k V
Figure DE102017104766B4_0002
k = 1 tan ( α ) n 2 sin ( α ) n 1 2 n 2 2 sin 2 ( α )
Figure DE102017104766B4_0003
where V is the offset at the bottom of the transparent body 4 with respect to a light beam 1' which is not deflected with respect to the real light beam 1.

Blickt man mit einer Kamera 5, die sich im Medium mit dem Brechungsindex n1 befindet, in Blickrichtung des Lichtstrahls 1 auf das Medium mit dem Brechungsindex n2, das der transparente Körper 4 ist, dann sieht die Kamera 5 an der Unterseite des transparenten Körpers einen Punkt P1. Da der Lichtstrahl, den die Kamera 5 erfasst, an der Grenzfläche zwischen dem transparenten Körper 4 und der Umgebung mit dem Brechungsindex n1, die in der Regel Luft ist, gebrochen wird, sieht die Kamera 5 den Punkt P1 um den Versatz V gegenüber einem Punkt P2 versetzt (1). Wäre der transparente Körper 4 nicht vorhanden, dann würde der Lichtstrahl nicht gebrochen werden und die Kamera 5 würde den Punkt P2 sehen, der gegenüber dem Punkt P1 um den Weg V versetzt ist.If one looks with a camera 5, which is located in the medium with the refractive index n 1 , in the direction of the light beam 1 at the medium with the refractive index n 2 , which is the transparent body 4, then the camera 5 sees a point P 1 on the underside of the transparent body. Since the light beam that the camera 5 captures is refracted at the interface between the transparent body 4 and the environment with the refractive index n 1 , which is usually air, the camera 5 sees the point P 1 offset by the offset V from a point P2 ( 1 If the transparent body 4 were not present, the light beam would not be broken and the camera 5 would see the point P 2 , which is offset from the point P 1 by the distance V.

Ordnet man ein Muster an der Unterseite des transparenten Körpers 4 an, so kann man das Muster mit der Kamera 5 um die Strecke V versetzt gegenüber einem Zustand erfassen, bei dem der transparente Körper mit dem Brechungsindex n2 nicht vorhanden ist. Aus obiger Formel ergibt sich, dass die Dicke d des transparenten Körpers 4 proportional zu diesem Versatz V ist. Die Proportionalitätskonstante ist k. Sie ist für einen bestimmten Einfallswinkel α bzw. für einen bestimmten Beobachtungswinkel γ konstant.If a pattern is arranged on the underside of the transparent body 4, the pattern can be captured with the camera 5 offset by the distance V compared to a state in which the transparent body with the refractive index n 2 is not present. From the above formula it follows that the thickness d of the transparent body 4 is proportional to this offset V. The proportionality constant is k. It is constant for a certain angle of incidence α or for a certain angle of observation γ.

Dieser Beobachtungswinkel γ ist mit dem Einfallswinkel über folgende Formel verknüpft: γ = 90 ° α

Figure DE102017104766B4_0004
This observation angle γ is related to the angle of incidence via the following formula: γ = 90 ° α
Figure DE102017104766B4_0004

Somit lässt sich die Dicke des transparenten Körpers unmittelbar aus dem gemessenen Versatz V und bei Kenntnis des Beobachtungswinkels γ bzw. des Einfallswinkels α bestimmen.Thus, the thickness of the transparent body can be determined directly from the measured offset V and knowing the observation angle γ or the angle of incidence α.

Dies gilt für transparente Körper 4 in der Form von etwa planparallelen Platten. Glasplatten stellen derartige planparallele Platten dar, bei welchen die oben erläuterten Zusammenhänge zwischen der Dicke und dem Versatz zutreffen. Bei der Herstellung von Glasplatten gibt es einen erheblichen Bedarf, diese auf einfache Weise bzgl. ihrer Dicken zu überprüfen.This applies to transparent bodies 4 in the form of approximately plane-parallel plates. Glass plates represent such plane-parallel plates for which the relationships between thickness and offset explained above apply. When producing glass plates, there is a considerable need to check their thickness in a simple manner.

Eine Vorrichtung 6 zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers 4 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist eine Bewegungs- bzw. Fördereinrichtung 7 zum Befördern eines zu messenden transparenten Körpers 4 in Bewegungsrichtung 8 auf (2). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Fördereinrichtung 7 ein Förderband 9, das von Rollen 10 unterstützt wird. In 2 ist nur ein Ausschnitt des Förderbandes 9 dargestellt. Das Förderband 9 ist mit einer Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt, welche das Förderband 9 in Bewegungsrichtung 8 antreibt.A device 6 for measuring the thickness of a transparent body 4 according to a first embodiment has a movement or conveying device 7 for conveying a transparent body 4 to be measured in the direction of movement 8 ( 2 ). In the present embodiment, the conveyor device 7 is a conveyor belt 9, which is supported by rollers 10. In 2 only a section of the conveyor belt 9 is shown. The conveyor belt 9 is coupled to a drive device (not shown) which drives the conveyor belt 9 in the direction of movement 8.

Auf der Oberseite des Förderbandes 9 ist ein Messmuster 11 aufgedruckt. Das Messmuster ist ein zweidimensionales Schwarz/Weiß-Muster mit einer Vielzahl zufällig verteilter schwarzer Punkte auf weißem Hintergrund. Die Punkte können jedoch auch nach einer anderen Verteilung angeordnet sein, wobei Verteilungen bevorzugt sind, die möglichst viele und möglichst große eindeutige Punktabschnitte aufweisen. Eine solche Verteilung kann beispielsweise der Folge maximaler Länge bzw. Maximalfolge (MLS: Maximum Length Sequence) entsprechen.A measuring pattern 11 is printed on the top of the conveyor belt 9. The measuring pattern is a two-dimensional black/white pattern with a large number of randomly distributed black dots on a white background. However, the dots can also be arranged according to a different distribution, with distributions being preferred that have as many and as large as possible unique dot sections. Such a distribution can, for example, correspond to the sequence of maximum length or maximum sequence (MLS: Maximum Length Sequence).

An der Unterseite des Förderbandes 9 ist ein Ortssensor gekoppelt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Inkrementalgeber 11 ist. Der Inkrementalgeber 11 ist mit einer Rolle an das Förderband 9 gekoppelt, so dass die Rolle bei einer Bewegung des Förderbandes 9 gedreht wird. Die Drehung der Rolle wird in elektrische Pulssignale umgesetzt, wobei bei einem bestimmten Drehwinkel der Rolle und damit einem bestimmten Weg des Förderbandes 9 jeweils ein elektrischer Puls ausgegeben wird.A position sensor is coupled to the underside of the conveyor belt 9, which in the present embodiment is an incremental encoder 11. The incremental encoder 11 is coupled to the conveyor belt 9 with a roller, so that the roller is rotated when the conveyor belt 9 moves. The rotation of the roller is converted into electrical pulse signals, with an electrical pulse being output at a certain angle of rotation of the roller and thus a certain path of the conveyor belt 9.

Der Inkrementalgeber 11 ist mit einer zentralen Steuereinrichtung 12 verbunden, welche die Pulse des Inkrementalgebers 11 empfängt. Die Pulse stellen somit ein Ortssignal für den Ort des Förderbandes 9 bzw. des darauf gedruckten Messmusters dar.The incremental encoder 11 is connected to a central control device 12, which receives the pulses of the incremental encoder 11. The pulses thus represent a location signal for the location of the conveyor belt 9 or the measurement pattern printed on it.

Die zentrale Steuereinrichtung 12 ist mit einer Kamera 5 verbunden, welche unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel γ mit ihrer Blickrichtung auf das Förderband 9 bzw. das darauf gedruckte Messmuster gerichtet ist.The central control device 12 is connected to a camera 5, which is directed at a predetermined observation angle γ with its viewing direction onto the conveyor belt 9 or the measuring pattern printed thereon.

Der Beobachtungswinkel γ ist ungleich 90°. Vorzugsweise ist der Beobachtungswinkel größer als 20°, insbesondere größer als 25° und vorzugsweise größer als 40°. Der Beobachtungswinkel kann kleiner als 70° und insbesondere kleiner als 65° und vorzugsweise kleiner als 60° sein.The observation angle γ is not equal to 90°. The observation angle is preferably greater than 20°, in particular greater than 25° and preferably greater than 40°. The observation angle can be less than 70° and in particular less than 65° and preferably less than 60°.

Die Kamera 5 ist eine Zeilenkamera, die mit ihrem zeilenförmigen Abtastbereich quer zur Bewegungsrichtung 8 angeordnet ist. Die Zeilenkamera 5 tastet somit das Förderband 9 bzw. das Messmuster mit einer quer zur Bewegungsrichtung 8 verlaufenden Abtastlinie 14 ab (4a).The camera 5 is a line camera which is arranged with its line-shaped scanning area transverse to the direction of movement 8. The line camera 5 thus scans the conveyor belt 9 or the measuring pattern with a scanning line 14 running transverse to the direction of movement 8 ( 4a) .

Es ist eine Beleuchtungsvorrichtung 13 vorgesehen, welche das Förderband 9 im Bereich der Abtastlinie ausleuchtet. Die Beleuchtungsvorrichtung weist vorzugsweise eine diffuse Lichtquelle auf.A lighting device 13 is provided which illuminates the conveyor belt 9 in the area of the scanning line. The lighting device preferably has a diffuse light source.

Die Kamera 5 ist mit der zentralen Steuereinrichtung 12 verbunden, wobei die zentrale Steuereinrichtung 12 jeweils das Erfassen eines eindimensionalen Bildes auslösen kann. Diese eindimensionalen Bilder können zu einem zweidimensionalen Messbild zusammengesetzt werden. Zur Unterscheidung werden im Folgenden die eindimensionalen Bilder als „Rahmen“ (Englisch: frames) und die hieraus erzeugten zweidimensionalen Bilder als Messbilder bezeichnet.The camera 5 is connected to the central control device 12, whereby the central control device 12 can trigger the capture of a one-dimensional image. These one-dimensional images can be combined to form a two-dimensional measurement image. To distinguish them, the one-dimensional images are referred to below as "frames" and the two-dimensional images generated from them are referred to as measurement images.

Die Kamera 5 wird vorzugsweise derart angesteuert, dass die einzelnen Rahmen mehrere Linien des Förderbandes abtasten, die jeweils den gleichen Abstand zueinander aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass das Förderband 9 mit konstanter Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung 8 bewegt wird und die Rahmen mit konstanter Frequenz aufgenommen werden. Die Geschwindigkeit, mit der das Förderband 9 bewegt wird, kann mittels des Inkrementalgebers 11 von der zentralen Steuereinrichtung 12 überwacht werden.The camera 5 is preferably controlled in such a way that the individual frames scan several lines of the conveyor belt, each of which is at the same distance from one another. This can be achieved, for example, by moving the conveyor belt 9 at a constant speed. direction of travel 8 and the frames are picked up at a constant frequency. The speed at which the conveyor belt 9 is moved can be monitored by the central control device 12 by means of the incremental encoder 11.

Andererseits ist es auch möglich, anhand der vom Inkrementalgeber 11 erzeugten Pulse die Kamera 5 derart anzusteuern, dass jeweils nach Zurücklegen eines vorbestimmten Weges des Förderbandes 9 ein Rahmen aufgenommen wird. So kann das Förderband 9 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden und es wird trotzdem ein Messbild aus mehreren einzelnen Rahmen erzeugt, in welchem die einzelnen Rahmen gleich voneinander beabstandet sind.On the other hand, it is also possible to control the camera 5 using the pulses generated by the incremental encoder 11 in such a way that a frame is recorded each time the conveyor belt 9 has covered a predetermined path. In this way, the conveyor belt 9 can be moved at different speeds and a measurement image is still generated from several individual frames in which the individual frames are equally spaced from one another.

Da die Zeilenkamera 5 quer zur Bewegungsrichtung 8 ausgerichtet ist, blickt die Zeilenkamera 5 entlang der gesamten Abtastlinie mit dem gleichen Beobachtungswinkel γ in Bewegungsrichtung 8 auf das Förderband 9. Würde man einen anderen Beobachtungswinkel wählen, der nicht den Winkel zwischen den Lichtstrahlen 1 und dem Förderband 9 in Bewegungsrichtung 8 einschließen würde, sondern beispielsweise den Winkel quer zur Bewegungsrichtung 8, dann würden sich für die einzelnen Lichtstrahlen 1 entlang der Abtastlinie 14 unterschiedliche Winkel ergeben, wie man es anhand von 4a erkennen kann. Ist die Kamera 5 zentrisch über dem Förderband 9 angeordnet, dann besitzt der Lichtstrahl in der Mitte keinerlei Neigung gegenüber dem Förderband 9 quer zur Bewegungsrichtung, wohingegen die Lichtstrahlen, die am Rand auf das Förderband 9 auftreffen, am stärksten gegenüber dem Förderband 9 in Querrichtung bezüglich der Bewegungsrichtung 8 geneigt sind. Grundsätzlich könnte man auch diese Winkel als Beobachtungswinkel zur Messung der Dicke eines transparenten Körpers verwenden. Hierbei müsste man jedoch bei der Auswertung die unterschiedlichen Beobachtungswinkel mit berücksichtigen. Deshalb ist die Anordnung mit einer Zeilenkamera, bei welcher die Abtastlinie 14 quer zur Bewegungsrichtung 8 angeordnet ist und die Verwendung des Beobachtungswinkels γ, der den Winkel zwischen den Lichtstrahlen 1 und dem Förderband 9 bzw. dem entsprechenden Messmuster in Bewegungsrichtung 8 einschließt, bevorzugt (4b).Since the line camera 5 is aligned transversely to the direction of movement 8, the line camera 5 looks along the entire scanning line with the same observation angle γ in the direction of movement 8 onto the conveyor belt 9. If a different observation angle were chosen that did not include the angle between the light rays 1 and the conveyor belt 9 in the direction of movement 8, but for example the angle transversely to the direction of movement 8, then different angles would result for the individual light rays 1 along the scanning line 14, as can be seen from 4a can be recognized. If the camera 5 is arranged centrally above the conveyor belt 9, then the light beam in the middle has no inclination relative to the conveyor belt 9 transverse to the direction of movement, whereas the light beams that hit the conveyor belt 9 at the edge are most inclined relative to the conveyor belt 9 in the transverse direction with respect to the direction of movement 8. In principle, these angles could also be used as observation angles for measuring the thickness of a transparent body. However, the different observation angles would have to be taken into account in the evaluation. Therefore, the arrangement with a line camera in which the scanning line 14 is arranged transverse to the direction of movement 8 and the use of the observation angle γ, which includes the angle between the light beams 1 and the conveyor belt 9 or the corresponding measuring pattern in the direction of movement 8, is preferred ( 4b) .

Die zentrale Steuereinrichtung ist mit einer Auswerteeinrichtung 15 verbunden, mit welcher die Dicke d eines transparenten Körpers anhand des mit der Kamera 5 erfassten Messbildes bestimmt wird.The central control device is connected to an evaluation device 15, with which the thickness d of a transparent body is determined based on the measurement image captured by the camera 5.

Nachfolgend wird das Messen der Dicke d eines transparenten Körpers 4 mit Hilfe der oben erläuterten Vorrichtung 6 näher erläutert.The measurement of the thickness d of a transparent body 4 using the device 6 explained above is explained in more detail below.

Ein transparenter Körper 4 wird mit dem Förderband 9 in Bewegungsrichtung 8 befördert. Hierbei wird der transparente Körper 4 mittels der Kamera 5 abgetastet und ein Messbild erzeugt, wie es oben erläutert ist. Das Messbild enthält eine Abbildung des Messmusters, das sich auf dem Förderband 9 befindet, wobei das Messmuster um den Weg V aufgrund der Brechung des Lichtes durch den transparenten Körper 4 versetzt ist. Die Größe des Versatzes hängt von der Einstellung des Beobachtungswinkels γ ab. Der Winkel γ ist vorzugsweise kleiner als 85°, insbesondere kleiner als 80°. Der Winkel γ kann auch kleiner als 75° bzw. kleiner als 70° sein. Je kleiner der Beobachtungswinkel γ ist, desto größer ist der gemessene Versatz. Umso kleiner der Beobachtungswinkel ist, desto größer ist die Auflösung des Verfahrens. Jedoch nimmt die Helligkeit des Lichtes die kleiner werdenden Beobachtungswinkel γ ab. An der Grenzfläche zwischen einem optisch dichten und einem optisch dünnen Medium tritt ab einem bestimmten Grenzwinkel Totalreflektion auf. Der Beobachtungswinkel ist deshalb so groß, dass Licht detektiert werden kann, das nicht totalreflektiert wird. Der Grenzwinkel hängt vom Brechungsindex des zu untersuchenden Materials ab. Bei dem Brechungsindex des untersuchenden Materials von zwei (n1 = 2,0) und bei dem Brechungsindex der Umgebungsluft von 1 (n2 = 1,0) beträgt der Grenzwinkel etwa 30°. Der Beobachtungswinkel γ ist daher vorzugsweise größer als 60°, insbesondere größer als 65°, vorzugsweise größer als 70°.A transparent body 4 is conveyed by the conveyor belt 9 in the direction of movement 8. The transparent body 4 is scanned by the camera 5 and a measurement image is generated, as explained above. The measurement image contains an image of the measurement pattern that is on the conveyor belt 9, whereby the measurement pattern is offset by the distance V due to the refraction of the light by the transparent body 4. The size of the offset depends on the setting of the observation angle γ. The angle γ is preferably less than 85°, in particular less than 80°. The angle γ can also be less than 75° or less than 70°. The smaller the observation angle γ, the greater the measured offset. The smaller the observation angle, the greater the resolution of the method. However, the brightness of the light decreases as the observation angle γ decreases. At the interface between an optically dense and an optically thin medium, total reflection occurs from a certain critical angle. The observation angle is therefore large enough to detect light that is not totally reflected. The critical angle depends on the refractive index of the material being examined. With a refractive index of two (n 1 = 2.0) for the material being examined and a refractive index of 1 (n 2 = 1.0) for the ambient air, the critical angle is approximately 30°. The observation angle γ is therefore preferably greater than 60°, in particular greater than 65°, preferably greater than 70°.

Das Messbild gibt somit eine Abbildung des Messmusters wieder, wobei das Messmuster im Messbild einerseits ein Stück in Bewegungsrichtung 8 durch das Vorhandensein des transparenten Körpers 4 versetzt ist und andererseits das Messbild vor allem am Randbereich etwas in Querrichtung gestaucht ist. Aufgrund der Neigung der Lichtstrahlen gegenüber dem Förderband 9 in Querrichtung, die am Randbereich stärker als im Zentrum ausgeprägt ist ( 4a), sind die einzelnen Bildpunkte des Messmusters im Messbild ein Stück nach innen versetzt, wobei der Versatz umso größer ist, je weiter außen die Bildpunkte liegen. Da die Neigung der Lichtstrahlen in Querrichtung bezüglich des Förderbandes bzw. des Messmusters wesentlich geringer als in Bewegungsrichtung 8 ist, kann diese „Stauchung“ des Messbildes in Querrichtung oftmals vernachlässigt werden. Andererseits ist es auch möglich, das Messbild in Querrichtung entsprechend zu „entstauchen“, indem beispielsweise bestimmte Merkmalspunkte erfasst werden und diese mit den korrespondierenden Merkmalspunkten im nicht verzerrten Messmuster verglichen werden, so dass anhand dieses Vergleiches das Messbild in Querrichtung entsprechend entzerrt werden kann. Solche Verfahren sind beispielsweise aus dem oben genannten Dokument Image Registration Techniques: A Comprehensive Survey von Guido Bartoli bekannt.The measurement image thus represents an image of the measurement pattern, whereby the measurement pattern in the measurement image is on the one hand offset a little in the direction of movement 8 due to the presence of the transparent body 4 and on the other hand the measurement image is slightly compressed in the transverse direction, especially in the edge area. Due to the inclination of the light rays in relation to the conveyor belt 9 in the transverse direction, which is more pronounced in the edge area than in the center ( 4a) , the individual pixels of the measurement pattern are offset a little inwards in the measurement image, whereby the offset is greater the further out the pixels are. Since the inclination of the light rays in the transverse direction with respect to the conveyor belt or the measurement pattern is much lower than in the direction of movement 8, this "compression" of the measurement image in the transverse direction can often be neglected. On the other hand, it is also possible to "uncompress" the measurement image in the transverse direction by, for example, recording certain feature points and comparing them with the corresponding feature points in the undistorted measurement pattern, so that the measurement image in the transverse direction can be correspondingly undistorted based on this comparison. Such methods are known, for example, from the above-mentioned document Image Registration Techni ques: A Comprehensive Survey by Guido Bartoli.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jedoch keine solche Entzerrung des Messbildes durchgeführt, da die Verzerrung bzw. Stauchung so gering sind, dass sie vernachlässigt werden können.In the present embodiment, however, no such rectification of the measurement image is carried out, since the distortion or compression is so small that it can be neglected.

Nachfolgend wird die Bestimmung eines Versatzes V für einen bestimmten Punkt F0(x, y) des transparenten Körpers 4 erläutert. Dieser Punkt F0(x, y) ist ein bestimmter Punkt des Messmusters, an dessen Ort die Dicke des transparenten Körpers 4 bestimmt werden soll. Das Messmuster liegt als Referenzbild vor. Dieses Referenzbild ist ein Abbild des Referenzbildes, das derart umgesetzt worden ist, dass es ein Abbild des Messmusters darstellt, als ob es mit der Kamera 5 ohne Vorhandensein eines transparenten Körpers 4 aufgenommen worden wäre. Die Umsetzung mittels einer „fiktiven Abtastung“ ist oben bereits erläutert. Das Referenzbild kann auch erzeugt werden, indem das Messmuster tatsächlich mit der Kamera 5 ohne das Vorhandensein eines transparenten Körpers 4 erfasst wird.The determination of an offset V for a specific point F 0 (x, y) of the transparent body 4 is explained below. This point F 0 (x, y) is a specific point of the measurement pattern at whose location the thickness of the transparent body 4 is to be determined. The measurement pattern is available as a reference image. This reference image is an image of the reference image that has been converted in such a way that it represents an image of the measurement pattern as if it had been recorded with the camera 5 without the presence of a transparent body 4. The conversion by means of a “fictitious scan” has already been explained above. The reference image can also be generated by actually capturing the measurement pattern with the camera 5 without the presence of a transparent body 4.

Das Messbild, das das Messmuster mit dem darauf befindlichen transparenten Körper 4 zeigt, wird mit dem Referenzbild verglichen. Hierzu wird ein Referenzausschnitt 16 im Referenzbild um den Bildpunkt F0(x, y) ausgewählt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Referenzausschnitt 16 quadratisch mit einer Seitenlänge von b. Dieser Referenzausschnitt 16 wird in einem Suchfenster 17 des Messbildes an mehreren Positionen derart überlagert, dass jeweils der zentrale Bildpunkt F0(x, y) des Referenzausschnitts 16 mit einem Bildpunkt F1(x, y) überlagert ist. Die Bildpunkte F1(x, y) des Messbildes werden so gewählt, dass sie ausgehend von einem Bildpunkt, der dem Bildpunkt F0(x, y) des Referenzbildes in Bewegungsrichtung 8 aufeinanderfolgend um jeweils einen Bildpunkt versetzt überlagert.The measurement image, which shows the measurement pattern with the transparent body 4 located on it, is compared with the reference image. For this purpose, a reference section 16 is selected in the reference image around the pixel F 0 (x, y). In the present embodiment, the reference section 16 is square with a side length of b. This reference section 16 is superimposed in a search window 17 of the measurement image at several positions such that the central pixel F 0 (x, y) of the reference section 16 is superimposed with a pixel F 1 (x, y). The pixels F 1 (x, y) of the measurement image are selected such that, starting from a pixel that is offset by one pixel from the pixel F 0 (x, y) of the reference image in the direction of movement 8, they are superimposed successively.

Im Messbild und im Referenzbild verläuft die X-Achse quer zur Bewegungsrichtung 8 bzw. parallel zur Abtastlinie 14 und die Y-Achse in Bewegungsrichtung 8 bzw. quer zur Abtastlinie 14. Der Referenzausschnitt 16 des Referenzbildes bzw. dessen zentraler Bildpunkt wird somit in Richtung der Y-Achse aufeinanderfolgend mit mehreren Punkten des Messbildes in Deckung gebracht.In the measurement image and the reference image, the X-axis runs transversely to the direction of movement 8 or parallel to the scanning line 14 and the Y-axis runs in the direction of movement 8 or transversely to the scanning line 14. The reference section 16 of the reference image or its central pixel is thus successively aligned with several points of the measurement image in the direction of the Y-axis.

Da beim Erfassen des Messbildes die Position des Messmusters mittels des Ortssensors bzw. Inkrementalgebers 11 auch erfasst worden ist, ist die Position des Messmusters bezüglich der Kamera beim Erfassen der einzelnen Rahmen bekannt. Diese Positionsinformation wird zusammen mit dem Messbild abgespeichert. Beim Vergleichen des Messbildes mit dem Referenzbild werden diese Bilder anhand dieser Positionsinformation einander zugeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bedeutet dies konkret, dass der Punkt F0(x, y) des Referenzbildes dem Punkt F1(x, y) im Messbild entspricht, der in dem Moment aufgenommen worden ist, an dem sich der Punkt F0(x, y) des Messmusters im Blickfeld der Kamera 5 befunden hätte, wenn kein transparenter Körper 4 auf dem Messmuster angeordnet wäre. Mit anderen Worten heißt dies, dass der Punkt F0(x, y) des Messmusters sich an der Stelle P2 gemäß 1 befunden hat, wobei die Kamera aufgrund des Vorhandenseins des transparenten Körpers 4 den Punkt P1 gesehen hat, der im Messbild am Punkt F1(x, y) dargestellt ist.Since the position of the measurement pattern was also recorded by means of the position sensor or incremental encoder 11 when the measurement image was recorded, the position of the measurement pattern with respect to the camera is known when the individual frames were recorded. This position information is stored together with the measurement image. When the measurement image is compared with the reference image, these images are assigned to one another using this position information. In the present exemplary embodiment, this means specifically that the point F 0 (x, y) of the reference image corresponds to the point F 1 (x, y) in the measurement image that was recorded at the moment at which the point F 0 (x, y) of the measurement pattern would have been in the field of view of the camera 5 if no transparent body 4 had been arranged on the measurement pattern. In other words, this means that the point F 0 (x, y) of the measurement pattern is at the point P 2 according to 1 was located, whereby the camera, due to the presence of the transparent body 4, saw the point P 1 which is shown in the measurement image at the point F 1 (x, y).

Da der Punkt F0(x, y) aufgrund der Ablenkung des Lichtstrahls 1 bereits zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommen worden ist, an dem sich das Messmuster mit seinem Punkt F0(x, y) am Punkt P1 befand, ist das Abbild dieses Punktes F0(x, y) des Messmusters im Messbild um den Versatz V in Y-Richtung (also bei F1(x, y + V)) versetzt.Since the point F 0 (x, y) was already recorded at an earlier point in time due to the deflection of the light beam 1, when the measuring pattern with its point F 0 (x, y) was located at the point P 1 , the image of this point F 0 (x, y) of the measuring pattern in the measuring image is offset by the offset V in the Y direction (i.e. at F 1 (x, y + V)).

Ausgehend vom Punkt F1(x, y) im Messbild wird somit innerhalb des Suchfensters 17 in Y-Richtung bzw. Bewegungsrichtung 8 die Anzahl w Bildpunkte des Messbildes mit dem zentralen Punkt des Referenzausschnittes 16 aufeinanderfolgend in Deckung gebracht. Die Länge des Suchfensters beträgt somit w + b - 1 und ist so gewählt, dass die maximal möglichen Dicken d des transparenten Körpers 4 zuverlässig erfasst werden können. Die Breite des Suchfensters 16 beträgt b.Starting from point F 1 (x, y) in the measurement image, the number w of image points of the measurement image are successively aligned with the central point of the reference section 16 within the search window 17 in the Y direction or direction of movement 8. The length of the search window is therefore w + b - 1 and is selected so that the maximum possible thicknesses d of the transparent body 4 can be reliably recorded. The width of the search window 16 is b.

Für eine jede Position des Referenzausschnittes 16 im Suchfenster 17 wird ein Korrelationswert berechnet. Der Korrelationswert ist ein Maß, wie gut die Bildpunkte des Referenzausschnitts 16 des Referenzbildes mit den Bildpunkten des Messbildes, mit welchen sie überlagert sind, übereinstimmen. Als Korrelationswert kann beispielsweise die Summe der quadratischen Abstände (SSD: Sum of Squared Difference) verwendet werden. Je geringer dieser Wert ist, desto besser ist die Übereinstimmung. Als Korrelationswert ist auch jede andere Metrik geeignet, die den Unterschied zweier Vektoren beschreibt. Dies können beispielsweise der euklidische Abstand oder ein Korrelationswert sein. Weitere geeignete Metriken sind ZNCC (zero-mean-normalized-cross-correlation), adaptives Binärfenster (adaptative binary window), POC (Phase-Only-Correlation), Free-Moded Census, geführte Bildfilter (guided image filter) oder ein minimal spannender Baum (minimum spending tree) sein.A correlation value is calculated for each position of the reference section 16 in the search window 17. The correlation value is a measure of how well the pixels of the reference section 16 of the reference image match the pixels of the measurement image with which they are superimposed. The sum of squared differences (SSD), for example, can be used as a correlation value. The lower this value, the better the match. Any other metric that describes the difference between two vectors is also suitable as a correlation value. This can be, for example, the Euclidean distance or a correlation value. Other suitable metrics are ZNCC (zero-mean-normalized-cross-correlation), adaptive binary window, POC (phase-only correlation), free-mode census, guided image filter, or a minimum spending tree.

Die Position des Referenzausschnitts 16 im Suchfenster 17, die den besten Korrelationswert aufweist, wird zur Bestimmung des Versatzes V ausgewählt. Der Versatz V (x, y) des Referenzausschnitts 16 an dieser Position stellt den entsprechenden Versatzwert dar, der dem entsprechenden Bildpunkt F0(x, y) im Referenzbild zugeordnet wird.The position of the reference section 16 in the search window 17 which has the best correlation value is selected to determine the offset V. The offset V (x, y) of the reference section 16 at this position represents the corresponding set value that is assigned to the corresponding pixel F 0 (x, y) in the reference image.

Diese Bestimmung des Versatzes V wird für alle Bildpunkte des Referenzbildes innerhalb eines vorbestimmten, relevanten Bereichs wiederholt.This determination of the offset V is repeated for all pixels of the reference image within a predetermined, relevant range.

Das Suchfenster 17 kann am Rand durch weitere fiktive Bildpunkte, insbesondere schwarze Bildpunkte, ergänzt werden, so dass das Zentrum des Referenzausschnittes 16 mit einem jeden Bildpunkt des Suchfensters in Deckung gebracht werden kann.The search window 17 can be supplemented at the edge by further fictitious pixels, in particular black pixels, so that the center of the reference section 16 can be aligned with each pixel of the search window.

Anhand des Versatzes V und des Beobachtungswinkels γ kann somit die Dicke d an allen Punkten F0(x, y) berechnet werden. Da die Dicke bei konstantem Beobachtungswinkel γ proportional zur oben angegebenen Konstante k ist, kann die Dicke d in Echtzeit für alle Punkte des Messbereiches festgestellt werden.Based on the offset V and the observation angle γ, the thickness d can be calculated at all points F 0 (x, y). Since the thickness is proportional to the constant k given above at a constant observation angle γ, the thickness d can be determined in real time for all points in the measuring range.

Dieses Verfahren ist somit geeignet, bei einem transparenten Körper über die gesamte Fläche die Dicke in einem sehr engen Raster zu messen und so die Produktion derartiger transparenter Körper kontinuierlich in Echtzeit zu überwachen.This method is therefore suitable for measuring the thickness of a transparent body over the entire surface in a very narrow grid and thus for continuously monitoring the production of such transparent bodies in real time.

Mit diesem Verfahren kann beispielsweise festgestellt werden, an welchen Bereichen auf einem transparenten Körper eine transparente Beschichtung aufgebracht ist, wobei der Bereich, an dem sich die Beschichtung befindet, eine andere Dicke als der Bereich, an dem keine Beschichtung angeordnet ist, aufweist. Dieser Dickenunterschied kann für die einzelnen Punkte festgestellt werden, so dass mit dieser Dickenmessvorrichtung kontinuierlich und in Echtzeit überwacht werden kann, wo die Schicht aufgebracht bzw. nicht aufgebracht ist.This method can be used, for example, to determine the areas of a transparent body where a transparent coating has been applied, with the area where the coating is located having a different thickness than the area where no coating is located. This difference in thickness can be determined for the individual points, so that this thickness measuring device can be used to continuously monitor in real time where the layer is or is not applied.

Die Messvorrichtung ist sehr einfach ausgebildet. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei welchem eine Zeilenkamera verwendet wird, deren Abtastlinie quer zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist, ist der Beobachtungswinkel entlang der gesamten Abtastlinie 14 konstant, so dass entlang der gesamten Abtastlinie bzw. entlang der gesamten Breite des Messbereiches die gleiche Berechnung ausgeführt werden kann, um die Dicken zu berechnen.The measuring device is very simply designed. In the preferred embodiment according to the present exemplary embodiment, in which a line camera is used whose scanning line is aligned transversely to the direction of movement, the observation angle is constant along the entire scanning line 14, so that the same calculation can be carried out along the entire scanning line or along the entire width of the measuring area in order to calculate the thicknesses.

In 3 sind zwei Diagramme gezeigt. Das obere Diagramm zeigt die Verschiebung der Bildpunkte Pi des Messbildes bei einer dünnen Glasplatte L1, einer mittelstarken Glasplatte L2 und einer dicken Platte L3 in Bewegungsrichtung bzw. in Y-Richtung. Der Beobachtungswinkel ist hier entlang der Bewegungsrichtung ausgerichtet. Diesem Diagramm liegt eine Messanordnung zugrunde, bei welchen anders als in 1 die Kamera nicht in Bewegungsrichtung sondern entgegen der Bewegungsrichtung 8 auf das Messmuster blickt. Hierdurch ist der Versatz der Bildpunkte negativ.In 3 Two diagrams are shown. The upper diagram shows the displacement of the pixels Pi of the measurement image for a thin glass plate L1, a medium-thick glass plate L2 and a thick plate L3 in the direction of movement or in the Y direction. The observation angle is aligned along the direction of movement. This diagram is based on a measurement arrangement in which, unlike in 1 the camera does not look at the measuring pattern in the direction of movement but against the direction of movement 8. This means that the offset of the pixels is negative.

Das untere Diagramm in 3 zeigt ein Diagramm, bei welchen der Beobachtungswinkel quer zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist. Dieses Diagramm zeigt die Verschiebung der Bildpunkte Pi des Messbildes bei einer dünnen Glasplatte L4, einer mittelstarken Glasplatte L5 und einer dicken Platte L6 quer zur Bewegungsrichtung bzw. in X-Richtung. Im Zentrum liegt kein Versatz vor und der Versatz ist umso größer, je weiter außen die Bildpunkte abgetastet werden. In diesem Diagramm schneiden sich die Linien L4, L5 und L6 im Zentrum. Die Steigung dieser Linien ist ein Maß für die Dicke d der jeweiligen Glasplatte.The lower diagram in 3 shows a diagram in which the observation angle is aligned perpendicular to the direction of movement. This diagram shows the displacement of the image points Pi of the measurement image for a thin glass plate L4, a medium-thick glass plate L5 and a thick plate L6 perpendicular to the direction of movement or in the X direction. There is no offset in the center and the offset is greater the further out the image points are scanned. In this diagram, the lines L4, L5 and L6 intersect in the center. The slope of these lines is a measure of the thickness d of the respective glass plate.

Oben wird eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Zeilenkamera erläutert. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, eine Flächenkamera zu verwenden. Bei Verwendung einer Flächenkamera ist es zweckmäßig, ein objektseitig telezentrisches Objektiv vorzusehen, da hierdurch mit der Kamera nur zueinander parallele Lichtstrahlen erfasst werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass über den gesamten Abtastbereich der gleiche Beobachtungswinkel vorliegt. Eine solche Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers ist vor allem dann zweckmäßig, wenn einzelne transparente Körper nicht entlang einer Förderstrecke bewegt werden, sondern aufeinanderfolgend im Messbereich positioniert werden.An embodiment of the invention with a line camera is explained above. Within the scope of the invention, it is also possible to use an area camera. When using an area camera, it is expedient to provide a telecentric lens on the object side, since this means that the camera only records light rays that are parallel to one another. This ensures that the same observation angle is present over the entire scanning area. Such a device for measuring the thickness of a transparent body is particularly useful when individual transparent bodies are not moved along a conveyor line, but are positioned one after the other in the measuring area.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, anstelle eines Referenzbildes lediglich bestimmte charakteristische Punkte im Messbild zu identifizieren. Anhand der jeweiligen Abstände zwischen diesen charakteristischen Punkten kann dann in Kenntnis des Abstandes der jeweiligen charakteristischen Punkte im Messmuster der Versatz ermittelt werden. Dies ist vor allem zum Messen von planparallelen Platten geeignet, die über den Messbereich hinweg eine konstante Dicke besitzen.Within the scope of the invention, it is also possible to identify only certain characteristic points in the measurement image instead of a reference image. Based on the respective distances between these characteristic points, the offset can then be determined knowing the distance of the respective characteristic points in the measurement pattern. This is particularly suitable for measuring plane-parallel plates that have a constant thickness across the measurement range.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Lichtstrahlbeam of light
22
Grenzflächeinterface
33
LotLot
44
transparenter Körpertransparent body
55
Kameracamera
66
Vorrichtung zum Messen der Dickedevice for measuring thickness
77
Fördereinrichtungconveyor system
88
Bewegungsrichtungdirection of movement
99
Förderbandconveyor belt
1010
Rollerole
1111
Inkrementalgeberincremental encoder
1212
zentrale Steuereinrichtungcentral control device
1313
Beleuchtungsvorrichtunglighting device
1414
Abtastliniescan line
1515
Auswerteeinrichtungevaluation device
1616
Referenzausschnittreference section
1717
Suchfenstersearch window

Claims (20)

Verfahren zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers (4), umfassend die Schritte - Anordnen des zu messenden transparenten Körpers (4) auf einem Messmuster, - optisches Abtasten des Messmusters mit einer Kamera (5) unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel (γ), - Bestimmen eines Versatzes (V) des Messmusters gegenüber einer realen oder fiktiven Referenzabtastung ohne transparentem Körper unter dem gleichen vorbestimmten Beobachtungswinkel (γ), und - Berechnen der Dicke (d) des transparenten Körpers (4) anhand des bestimmten Versatzes (V) und des Beobachtungswinkels (γ).Method for measuring the thickness of a transparent body (4), comprising the steps - arranging the transparent body (4) to be measured on a measuring pattern, - optically scanning the measuring pattern with a camera (5) at a predetermined observation angle (γ), - determining an offset (V) of the measuring pattern compared to a real or fictitious reference scan without a transparent body at the same predetermined observation angle (γ), and - calculating the thickness (d) of the transparent body (4) based on the determined offset (V) and the observation angle (γ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als reale Referenzabtastung eine Referenzmessung ohne transparenten Körper durchgeführt wird, wobei die Referenzmessung in Beziehung zur Messung mit dem transparenten Körper (4) gesetzt wird.procedure according to claim 1 , characterized in that a reference measurement without a transparent body is carried out as a real reference scan, wherein the reference measurement is related to the measurement with the transparent body (4). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmessung mit der Messung mit dem transparenten Körper (4) dadurch in Verbindung gesetzt wird, dass bei beiden Messungen der Ort des Musters bzgl. der Kamera (5) erfasst wird, und die beiden Messungen mit dem selben Ort des Messmusters bzgl. der Kamera (5) verglichen werden.procedure according to claim 2 , characterized in that the reference measurement is linked to the measurement with the transparent body (4) in that the location of the pattern with respect to the camera (5) is recorded in both measurements and the two measurements are compared with the same location of the measurement pattern with respect to the camera (5). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim optischen Abtasten der Ort des Messmusters erfasst wird und anhand der im Messmuster enthaltenen Musterinformation der Versatz bestimmt wird.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the location of the measuring pattern is detected during optical scanning and the offset is determined on the basis of the pattern information contained in the measuring pattern. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort des Messmusters mittels eines Ortssensors (11) oder dadurch erfasst wird, dass das Messmuster nur teilweise mit dem transparenten Körper (4) abgedeckt ist und aus der Abtastung des nicht mit dem transparenten Körper (4) abgedeckten Bereichs des Messmusters der Ort des Messmusters bzgl. der Kamera (5) bestimmt wird.procedure according to claim 3 or claim 4 , characterized in that the location of the measuring pattern is detected by means of a location sensor (11) or in that the measuring pattern is only partially covered with the transparent body (4) and the location of the measuring pattern with respect to the camera (5) is determined from the scanning of the area of the measuring pattern not covered by the transparent body (4). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmuster in einer vorbestimmten relativen Position zur Kamera (5) angeordnet ist, oder mittels eines Ortssensors (11) die relative Position des Messmusters zur Kamera (5) detektiert wird, so dass anhand dieser relativen Position die sich durch eine fiktive Abtastung ohne transparentem Körper ergebende Anordnung des abgetasteten Messmusters bestimmbar ist, so dass hiermit der Versatz der Messmusters bestimmbar ist.Method according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the measuring pattern is arranged in a predetermined relative position to the camera (5), or the relative position of the measuring pattern to the camera (5) is detected by means of a location sensor (11), so that on the basis of this relative position the arrangement of the scanned measuring pattern resulting from a fictitious scan without a transparent body can be determined, so that the offset of the measuring pattern can hereby be determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abtastung mit der Kamera (5) ein Messbild erzeugt wird, das zum Bestimmen des Versatzes mit einem Referenzbild verglichen wird, wobei aus dem Messbild und dem Referenzbild übereinstimmende Merkmalspunkte extrahiert werden und deren Abstand als Versatz bestimmt wird.Method according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that during scanning with the camera (5) a measurement image is generated which is compared with a reference image to determine the offset, wherein matching feature points are extracted from the measurement image and the reference image and their distance is determined as the offset. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen übereinstimmenden Merkmalspunkten nur entlang einer Vorzugsrichtung gemessen wird.procedure according to claim 7 , characterized in that the distance between matching feature points is measured only along a preferred direction. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (5) eine Zeilenkamera ist und die Vorzugsrichtung einer Bewegungsrichtung (8) entspricht, mit welcher das Messbild durch relatives Bewegen des Messmusters und dem darauf angeordneten transparenten Körper (4) bzgl. der quer zur Bewegungsrichtung (8) ausgerichteten Zeilenkamera (5), erzeugt wird.procedure according to claim 8 , characterized in that the camera (5) is a line camera and the preferred direction corresponds to a direction of movement (8) with which the measurement image is generated by relative movement of the measurement pattern and the transparent body (4) arranged thereon with respect to the line camera (5) aligned transversely to the direction of movement (8). Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmalspunkte mittels Korrelation extrahiert werden.Method according to one of the Claims 7 until 9 , characterized in that the feature points are extracted by means of correlation. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (5) das Messmuster mit dem darauf befindlichen transparenten Körper (4) unter zumindest zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln abtastet, wobei aus der Position von zumindest zwei charakteristischen Punkten des Messmusters im mit der Kamera erzeugten Messbild der Versatz (V) zumindest eines dieser charakteristischen Punkte des Messmusters gegenüber einer fiktiven Abtastung ohne transparentem Körper unter den gleichen Beobachtungswinkeln (γ) bestimmt wird.Method according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the camera (5) scans the measurement pattern with the transparent body (4) located thereon at least two different observation angles, wherein the offset (V) of at least one of these characteristic points of the measurement pattern is determined from the position of at least two characteristic points of the measurement pattern in the measurement image generated with the camera compared to a fictitious scan without a transparent body at the same observation angles (γ). Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Versatzes der Abstand der charakteristischen Punkte im Messmuster berücksichtigt wird.procedure according to claim 11 , characterized in that the distance between the characteristic points in the measuring pattern is taken into account when determining the offset. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung bestehend aus dem zu messenden transparenten Körper (4) und dem Messmuster relativ zur Kamera (5) in Bewegungsrichtung (8) bewegt wird, wobei der vorbestimmte Beobachtungswinkel (γ) der Winkel ist, den die Blickrichtung der Kamera (5) mit dem transparenten Körper (4) entweder entlang der Bewegungsrichtung (8) oder quer zur Bewegungsrichtung (8) einschließt und dementsprechend der Versatz (V) des Messmusters in Bewegungsrichtung (8) oder quer zur Bewegungsrichtung (8) bestimmt wird.Method according to one of the Claims 1 until 12 , characterized in that the arrangement consisting of the transparent body (4) to be measured and the measuring pattern is moved relative to the camera (5) in the direction of movement (8), wherein the predetermined observation angle (γ) is the angle which the viewing direction of the camera (5) encloses with the transparent body (4) either along the direction of movement (8) or transversely to the direction of movement (8) and accordingly the offset (V) of the measuring pattern in the direction of movement (8) or transversely to the direction of movement (8) is determined. Vorrichtung zum Messen der Dicke eines transparenten Körpers, umfassend - ein Messmuster, auf welchem ein zu messender transparenter Körper (4) angeordnet werden kann, - eine Kamera (5) zum Abtasten des auf dem Messmuster befindlichen Körpers (4) unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel (γ), - eine Auswerteeinrichtung (15) zum Bestimmen eines Versatzes (V) des Messmusters gegenüber einer realen oder fiktiven Abtastung ohne transparentem Körper (4) unter dem gleichen vorbestimmten Beobachtungswinkel (γ), und zum Berechnen der Dicke (d) des transparentem Körpers (4) anhand des bestimmten Versatzes (V) und dem Beobachtungswinkel (γ).Device for measuring the thickness of a transparent body, comprising - a measuring pattern on which a transparent body (4) to be measured can be arranged, - a camera (5) for scanning the body (4) located on the measuring pattern at a predetermined observation angle (γ), - an evaluation device (15) for determining an offset (V) of the measuring pattern compared to a real or fictitious scan without a transparent body (4) at the same predetermined observation angle (γ), and for calculating the thickness (d) of the transparent body (4) based on the determined offset (V) and the observation angle (γ). Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (5) eine Zeilenkamera ist.device according to claim 14 , characterized in that the camera (5) is a line scan camera. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungseinrichtung (7) zum relativen Bewegen des Messmusters und des auf dem Messmuster angeordneten transparenten Körpers (4) bzgl. der Kamera (5) ausgebildet ist.device according to claim 14 or 15 , characterized in that a movement device (7) is designed for the relative movement of the measuring pattern and the transparent body (4) arranged on the measuring pattern with respect to the camera (5). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungsvorrichtung (13) zum Beleuchten des Messmusters vorgesehen ist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (13) vorzugsweise eine diffuse Lichtquelle aufweist.Device according to one of the Claims 14 until 16 , characterized in that an illumination device (13) is provided for illuminating the measurement pattern, wherein the illumination device (13) preferably has a diffuse light source. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (5) ein objektseitiges telezentrisches Objektiv aufweist.Device according to one of the Claims 14 until 17 , characterized in that the camera (5) has an object-side telecentric lens. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmuster ein Zufallsmuster ist.Device according to one of the Claims 14 until 18 , characterized in that the measurement pattern is a random pattern. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Steuereinrichtung (12) vorgesehen ist, die zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.Device according to one of the Claims 14 until 19 , characterized in that a central control device (12) is provided which is designed to carry out a method according to one of the Claims 1 until 13 trained.
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http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.471.1134&rep=rep1&type=pdf
Image Registration Techniques: A Comprehensive Survey; Guido Bartholi; Universitä degli Studi di Siena, Juni 2007 (herunterladbar am 14. Februar 2017

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