專利名稱：用于無(wú)接觸動(dòng)態(tài)檢測(cè)固體輪廓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)接觸動(dòng)態(tài)檢測(cè)固體輪廓的方法，特別為了測(cè)定 一個(gè)固體上所發(fā)生的磨損的目的。
背景技術(shù)：
為了測(cè)定磨損，通常利用所謂的模型測(cè)試臺(tái)(如來(lái)自Amsler， Laffon - Eichinger等)來(lái)才全測(cè)材料樣本在一個(gè)摩4察配對(duì)中用于一種特 定用途時(shí)發(fā)生的摩擦特性。然而，因?yàn)橛绊懩p的一些參數(shù)構(gòu)成了一 組復(fù)雜的條件，它們?cè)谀Ｐ蜏y(cè)試臺(tái)上無(wú)法與實(shí)際情況相對(duì)應(yīng)，所以將 按照這一方式所測(cè)定的一些特性轉(zhuǎn)移到具體應(yīng)用時(shí)，例如轉(zhuǎn)移到比這 些樣本的尺寸大得多摩擦體上時(shí)，遇到的困難是這些檢測(cè)僅僅能夠提 供一些傾向性數(shù)值。因此對(duì)一些重要應(yīng)用而言在實(shí)際物體上進(jìn)行摩擦 學(xué)勘測(cè)是不可避免的，但是經(jīng)常遇到的問(wèn)題是有待勘測(cè)磨損特性的一 個(gè)部件必須在一定的運(yùn)行時(shí)間之后拆卸下來(lái)，然后(例如)通過(guò)測(cè)定
表面輪廓來(lái)針對(duì)磨損進(jìn)行勘測(cè)，而這通常伴隨著相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用。
已知通過(guò)一些接觸的方式，例如，通過(guò)使用一臺(tái)輪廓儀，可以檢測(cè) 固體的輪廓，也就是可以建立表面的輪廓圖，后者是基于與該固體相 接觸的一^^觸針的一種方法并且在該情況下測(cè)量范圍在一個(gè)毫米以下 并且，例如，不可能獲得厘米范圍的測(cè)量值。這一情況下的測(cè)量時(shí)間 是每個(gè)測(cè)量點(diǎn)幾秒鐘，并且該方法的不利之處是不適用于嚴(yán)酷的測(cè)量 環(huán)境。
10還已知用于靜態(tài)檢測(cè)固體輪廓的不同的無(wú)接觸運(yùn)行的光學(xué)方法。這
些方法以及相關(guān)的4義器也包括在(例如)Bernd Breuckmann的專著 "Bildverarbeitung und optische Mefitechnik"["圖像處理與光學(xué)測(cè)量技 術(shù)，，]，Munich: Franzis，， 1993, Chapter 6中的"形貌測(cè)量的三維測(cè)量學(xué)，，這 一術(shù)語(yǔ)之下。這一情況下激光三角測(cè)量法被描述為形貌測(cè)量方法之一， 三角測(cè)量法凈皮認(rèn)為是指Snellius在1615年為了測(cè)地學(xué)而首次形成的 一種測(cè)量方法，其中利用三角關(guān)系從測(cè)得的其他變量來(lái)間接地確定待 定的一個(gè)#1測(cè)變量。
在激光三角法中，使用 一個(gè)激光器來(lái)將一個(gè)光點(diǎn)投射到一個(gè)測(cè)量物 體上。從該物體反射的光，特別是散射光，被成像到一個(gè)光接收元件 上，例如一個(gè)位置壽丈感探測(cè)器，也稱PSD ( Position Sensitive Device )。 光學(xué)結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系以及照射與觀測(cè)方向之間的夾角被用于通過(guò)三角 測(cè)量法來(lái)確定考察之中的物點(diǎn)的位置，特別是高度位置。目前，激光 三角測(cè)量法允許在遠(yuǎn)達(dá)幾米的距離范圍內(nèi)以低到|im范圍的深度分辨 率來(lái)進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量。
與所述專著中說(shuō)明的那些方法類似，激光三角測(cè)量的新發(fā)展是一 個(gè)已知的方法，其中激光束4皮展寬成一個(gè)線狀光帶，即所謂的光斷面。 一個(gè)平面探測(cè)器，例如，像一個(gè)視頻攝相機(jī)，可在此用于探測(cè)反射光。 進(jìn)而，在三角測(cè)量法的基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估。這一方法的一個(gè)特點(diǎn)是輪廓 高度從lmm直到lm的一個(gè)測(cè)量范圍同時(shí)分辨率是這一范圍的大約 千分之一到千分之五十。所述專著提出了該光斷面法在連續(xù)移動(dòng)的物 體的情況下使用的 一種根本性的適用性，但沒(méi)有給出可能的用途以及 局限性的細(xì)節(jié)。然而，在實(shí)踐中用于動(dòng)態(tài)地、也就是實(shí)時(shí)地、檢測(cè)一 個(gè)移動(dòng)固體輪廓的方法遇到的問(wèn)題是該運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的待測(cè)表面的畸變使得不可能采用該經(jīng)典三角測(cè)量法的程序方式，因此不能由其得到與 真值一致的測(cè)得值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于動(dòng)態(tài)地檢測(cè)一個(gè)開(kāi)篇時(shí)所描述類型的固 體輪廓的一種無(wú)接觸方法，它允許短的測(cè)量時(shí)間，包括覆蓋至少三個(gè) 數(shù)量級(jí)的測(cè)量范圍，如零點(diǎn)幾個(gè)毫米、幾個(gè)毫米以及幾個(gè)厘米，保證 高的測(cè)量精度，并且可在嚴(yán)酷的操作條件下使用，特別是用于測(cè)定部 件的磨損。
根據(jù)本發(fā)明這是通過(guò)一種方法實(shí)現(xiàn)的，其中由一個(gè)激光裝置產(chǎn)生并 且被展寬成至少一個(gè)線狀光帶的至少一個(gè)光束被投射到該固體表面的 至少一個(gè)區(qū)域上，該固體被移動(dòng)通過(guò)該激光裝置，并且來(lái)自該固體的 表面區(qū)域的反射光被聚焦到一個(gè)成像裝置之中，所述成像裝置的光軸 與該激光裝置的才殳射方向成一個(gè)固定的三角測(cè)量的夾角并且所述成像 裝置被安排在離該激光裝置一個(gè)固定的基本距離處，并且通過(guò)一個(gè)平 面的光接收元件以相較于該固體的運(yùn)動(dòng)速度而言的一個(gè)高頻率來(lái)進(jìn)行 探測(cè)，其后，從該光接收元件作為該三角測(cè)量角度與該基本距離的一 個(gè)函數(shù)輸出的多個(gè)信號(hào)來(lái)獲得該輪廓的測(cè)量值，并且將這些測(cè)量值在 該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中存儲(chǔ)為 一幅輪廓圖，其中在于一個(gè)圖像觸發(fā)的確定 是在一個(gè)接收循環(huán)中進(jìn)行，對(duì)該圖像觸發(fā)選擇由該光接收元件輸出的 信號(hào)用于獲得該輪廓的這些測(cè)量值。
在此，該固體可以是進(jìn)行平動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或者優(yōu)選地滾動(dòng)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì) 稱體，特別是一個(gè)車輪。因此根據(jù)本發(fā)明的方法構(gòu)成了隨著一個(gè)車輪
經(jīng)過(guò)時(shí)用于測(cè)量其輪廓以及由其中得出磨損量的結(jié)論的 一個(gè)極其有利的可能性。
除了結(jié)合依照該固體的運(yùn)動(dòng)速度而確定的修正值(這有利地允許測(cè) 定未被該速度"模糊"的輪廓)之外，有可能在在所述優(yōu)選情況之下， 特別是結(jié)合依照該固體的表面區(qū)域而確定的一些修正值來(lái)獲得該輪廓 的測(cè)量值以便無(wú)失真地測(cè)定該輪廓圖。
有利的是為了完全地測(cè)定這些輪廓的目的，當(dāng)通過(guò)使用至少三個(gè)激 光裝置將多個(gè)光帶投射到該固體表面的不同側(cè)面上的多個(gè)區(qū)域上，并 且對(duì)所述多個(gè)激光裝置分配多個(gè)成像裝置，使多個(gè)輪廓圖被測(cè)定為分 量輪廓圖時(shí)，這些分量輪廓圖存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)之中，并且從它 們獲得了 一幅總輪廓圖。在該固體的基本形狀大致上是圓柱形或圓環(huán) 形，如一個(gè)車輪的情況下，這些光帶所投射的至少三個(gè)區(qū)域可以有利 地落在該圓柱或圓環(huán)的兩個(gè)端面和側(cè)面上。于是該輪廓圖、這些分量 輪廓圖和/或該總輪廓圖可以各自與 一個(gè)或多個(gè)參考輪廓圖相比較，并 且可以確定與對(duì)應(yīng)參考圖的對(duì)應(yīng)的偏差，所述偏差構(gòu)成所發(fā)生磨損的 一個(gè)度量或者關(guān)于所發(fā)生磨損是否仍然在可容忍的范圍之內(nèi)的 一個(gè)度 量。在這一情況下，借助于已發(fā)生的該固體的應(yīng)力期間與所確定的磨 損量之間的相關(guān)組合，還可以做出關(guān)于多長(zhǎng)的進(jìn) 一 步的應(yīng)力周期是可 以接受的或者關(guān)于什么時(shí)候有必要進(jìn)行重新測(cè)試的 一個(gè)推斷表述。
另外，當(dāng)該輪廓圖、這些分量輪廓圖、該總輪廓圖、對(duì)應(yīng)的參考輪 廓圖和/或?qū)?yīng)的偏差與 一個(gè)固定的長(zhǎng)期不變的幾何基礎(chǔ)量如一個(gè)不磨 損的輪緣內(nèi)徑進(jìn)行參照時(shí)是有利的。例如，有可能以這一方式將該磨 損區(qū)域表示為一種展開(kāi)圖，在此基礎(chǔ)上借助于合適的表現(xiàn)手段參照該 基本量值來(lái)描繪高度輪廓。例如，該輪廓圖、這些分量輪廓圖、總輪 廓圖、對(duì)應(yīng)的參考輪廓圖和/或這些對(duì)應(yīng)的偏差可以在一個(gè)指示裝置如顯示器中進(jìn)行可視化。
在此情況下，該基本量值可以有利地從至少三個(gè)測(cè)量的值來(lái)確定，這些測(cè)量值類似地是通過(guò)無(wú)接觸并且動(dòng)態(tài)地測(cè)量移動(dòng)的固體并且是以與該輪廓圖的檢測(cè)或者這些分量輪廓圖的檢測(cè)相同的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)定。為此目的，存在的可能性是或者對(duì)該運(yùn)動(dòng)固體的測(cè)量是通過(guò)被展寬成一個(gè)線狀光帶的一個(gè)單光束在至少三個(gè)時(shí)刻的設(shè)定時(shí)間間隔中進(jìn)行，或者這些測(cè)量通過(guò)分別展寬為一個(gè)線狀光束的至少三個(gè)光束結(jié)合這些光帶所投射的固體的多個(gè)表面區(qū)域的設(shè)定距離來(lái)同時(shí)進(jìn)行。
有利的是可以使用提供數(shù)字信號(hào)的裝置作為光接收元件，如觸發(fā)控制的CCD攝像機(jī)、或位置敏感探測(cè)器(位置敏感裝置)，如光電二極管陣列。在此要保證第一種情況下該光接收元件對(duì)該光強(qiáng)敏感，而在第二種情況下光通量能提供足夠的信號(hào)。
至于根據(jù)本發(fā)明的激光裝置，以下的特征已被證明是特別有利的
-關(guān)于結(jié)果的高再現(xiàn)性與高精度方面所產(chǎn)生的光帶的波長(zhǎng)在400nm到1000nm的范圍內(nèi)，特別是在650nm到700nm的范圍內(nèi)；
-同樣關(guān)于這一方面激光裝置的功率在0.5到50mw的范圍
內(nèi)；
-關(guān)于高職業(yè)安全性方面(根據(jù)DIN EN 60825-1:2001-11的2
類激光器)可見(jiàn)區(qū)內(nèi)的光帶波長(zhǎng)以及該激光裝置的可觸及的輻射(GZS)極限值小于lmw-由此要確保在激光器功率高于lmw的情況下通過(guò)合適的手段將該可觸及的輻射的極限值降低到所要求的值；
-關(guān)于該方法的最小費(fèi)用方面(成本)使用一個(gè)CW(連續(xù)波)固態(tài)二才及管，例如包括一種半導(dǎo)體材料如GaAs、 AlGaAs、 InGaP、GaAsSb、 InP、 PbSnTc或者類似的材料的二極管，優(yōu)選一個(gè)VLD (可見(jiàn)光激光二極管)，與它在一個(gè)激光指示器中的使用方式類似， 一個(gè)可見(jiàn)光帶額外地有助于該激光器相對(duì)于待測(cè)固體的調(diào)整。
至于根據(jù)本發(fā)明的方法的測(cè)量條件，以下特征已被證明對(duì)用于檢測(cè)磨損的輪廓測(cè)量技術(shù)而言特別有利和/或最優(yōu)，對(duì)于分別測(cè)定的輪廓圖、這些分量輪廓圖以及該總輪廓圖而言，有可能實(shí)現(xiàn)小于2.0mm的分辨率，特別是小于0.5mm。
-該光帶的寬度在0.3mm到6.5mm的范圍內(nèi)，特別是在在0.8mm到2.2mm的范圍內(nèi)-同時(shí)有可能希望的增大的平均工作距離(測(cè)量距離)，發(fā)散導(dǎo)致該光帶寬度的擴(kuò)大，但降低測(cè)量精度；
-該光帶的長(zhǎng)度在50mm到750mm的范圍內(nèi)，特別是在200mm到400mm的范圍內(nèi)-對(duì)應(yīng)于該固體表面的待測(cè)區(qū)域的幾何特性；
-三角測(cè)量角度在15°到40°的范圍內(nèi)，特別實(shí)在20°到30。的范圍內(nèi)，擴(kuò)大的角度提高測(cè)量精度，但也有該固體表面不均勻照明以及出現(xiàn)陰影的危險(xiǎn)；
-該成像裝置，特別是該成像裝置的一個(gè)聚焦透鏡的中點(diǎn)與該激光裝置的光軸之間的基本距離在30mm到450mm的范圍內(nèi)，特別是在60mm到270mm的范圍內(nèi)；
-該激光裝置和/或該成像裝置到該固體表面的光帶所投射的區(qū)域的平均工作距離在20mm到650mm的范圍之內(nèi)，特別是在150mm到350mm的范圍之內(nèi)；-該固體可能的平移運(yùn)動(dòng)速度低于3.5m/s，優(yōu)選低于1.5m/s;
-該固體可能的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度小于15s"，優(yōu)選低于6s"和優(yōu)選地恒定不變；
-通過(guò)該光接收元件探測(cè)的固體表面的反射光頻率在25Hz到100 kHz的范圍內(nèi)，特別是在lkHZ到10 kHz的范圍內(nèi)。
至于頻率，它必須調(diào)諧到該固體的運(yùn)動(dòng)速度， 一個(gè)相對(duì)高的頻率減小該固體的速度對(duì)該光接收元件的信號(hào)失真的影響。因此，可以有利地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)速度與反射光探測(cè)頻率的相關(guān)性組合，以便確定根據(jù)該運(yùn)動(dòng)速度來(lái)測(cè)定的修正值，并且所述修正值可以是，特別地，與該運(yùn)動(dòng)速度成比例的一些矢量系數(shù)并且與該輪廓圖的測(cè)量值和/或被加數(shù)的本質(zhì)相對(duì)應(yīng)。在此情況下有利的是不需要對(duì)該固體運(yùn)動(dòng)速度的特定范圍而考慮非線性。
旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體的半徑和/或一些被加數(shù)的一個(gè)函數(shù)而確定的一些矢量系數(shù)，所述半徑有可能是作為測(cè)定這些輪廓圖的參考量的同一個(gè)長(zhǎng)期不變的幾何基本量值。
本發(fā)明進(jìn)一 步的有利的設(shè)計(jì)包括在從屬權(quán)利要求和以下詳細(xì)說(shuō)明之中。


本發(fā)明將借助附圖所示的一個(gè)示例性實(shí)施方案來(lái)詳細(xì)說(shuō)明，在附圖中
16的方法在一個(gè)示意性側(cè)視圖中示出一個(gè)原理圖，
圖2為了闡明根據(jù)本發(fā)明的方法，在一個(gè)示意性透視圖中示出一個(gè)進(jìn)一步的基本原理圖，
圖3示出用于軌道車輛車輪，如鐵路車輪，應(yīng)用了根據(jù)并本發(fā)明的方法的一個(gè)磨損;險(xiǎn)測(cè)臺(tái)的一個(gè)透視圖，
圖4示出對(duì)應(yīng)于圖3從一個(gè)正面選取的浮見(jiàn)角、相對(duì)于運(yùn)動(dòng)的方
向到一個(gè)車l侖的外側(cè)的一個(gè)細(xì)節(jié)，
圖5示出對(duì)應(yīng)于圖3的一個(gè)細(xì)節(jié)，但是從后面選取的一個(gè)視角相對(duì)于運(yùn)動(dòng)方向到一個(gè)車輪的內(nèi)側(cè)，
圖6示出確定根據(jù)本發(fā)明所測(cè)定的一個(gè)輪廓圖可以參照的一個(gè)幾何基本量值時(shí)的程序方式的一個(gè)示意圖，
圖7和圖8示出根據(jù)本發(fā)明來(lái)測(cè)定的一些輪廓圖的示意圖，和圖9示出應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的程序過(guò)程。
參考號(hào)列表
1 固體la 車輪
2 激光裝置3，3a，3b,3c，3cl，3c2，3c3 光帶
4 5的透鏡
5 成像裝置
6 光接收元件7
8
9
10
90 95
100
101
102
103
104
105A 105B， 105C
106入106B, 106C
107A, 107B, 107C
107
雨
109
110, 111
112
113 195
A-A B
殼體
磨損檢測(cè)臺(tái)
軌道
軌道車輛
來(lái)自服務(wù)器的請(qǐng)求
系統(tǒng)啟動(dòng)
接收循環(huán)
激光距離傳感器
信號(hào)調(diào)理
距離信號(hào)
信號(hào)評(píng)估
用于106A, 106B, 106C的啟動(dòng)器 圖像觸發(fā)
來(lái)自106A, 106B, 106C的圖像矩陣
來(lái)自IS的圖像矩陣
圖像存儲(chǔ)
定時(shí)器復(fù)位
對(duì)ioo才企測(cè)退出條件
停止圖像記錄
數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器
系統(tǒng)停止
6的光軸 基本距離
18b 3,3a，3b，3c, 3cl，3c2，3c3的寬度
Dz Z的測(cè)量范圍
dzA zA的分辨率
D,，D2 1， la的端面
f 頻率
GPG 總輪廓圖
H 距離4/6 (圖1 )
IS 100中的圖像選定
Kv 乂于應(yīng)于v，co的l奮正值
Ko 對(duì)應(yīng)于3， 3a, 3b， 3c, 3cl, 3c2， 3c3的區(qū)域/位置
的修正值
k 對(duì)應(yīng)于N1,N2和At的系數(shù)
L 工作距離
LL 3,3a，3b，3c，3cl，3c2，3c3的線長(zhǎng)
M 1， la的4黃向表面
N1，N2 3cl,3c2, 3c3之間的距離
O-O 2的光軸
P 輪廓
PG 4侖廓圖
PGa,PGb，PGe 分量輪廓圖
R 半徑
RL 反射光
v 1， la的平動(dòng)速度
tk,tht2,t3 測(cè)量時(shí)刻
S,，S2,S3 圍繞R的圓周上的點(diǎn)Sl!，sl2, Sl3 對(duì)于S!, S2, S3的弦長(zhǎng)
X 長(zhǎng)度坐標(biāo)
xA RL在6上的^象斑位置
的最大值
的最小值
X,，X2，X3 對(duì)于ShS2, S3的長(zhǎng)度的測(cè)量值
y 長(zhǎng)度坐標(biāo)
z 高度坐標(biāo)
zA 測(cè)量寸直，3，3a, 3b，3c, 3cl,3c2，3c3的入射位置
zB zA的修正測(cè)量值
Zmax Z 的最大值
zmin z的最小l直
Zj，Z2,Z3 對(duì)于S,，S2，S3的高度的測(cè)量值
△PG 輪廓偏差
△t 時(shí)間間隔
CP 三角測(cè)量角度
具體實(shí)施例方式
在附圖的不同圖示中，相同的部件總是配以相同的參考號(hào)，并且因 此在每一情況下它們通常僅說(shuō)明一次。
首先如圖1中的一個(gè)二維示圖所示的關(guān)于以速度V運(yùn)動(dòng)的一個(gè) 固體1的測(cè)量目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明的方法從一個(gè)激光裝置2發(fā)射的一 個(gè)光束通過(guò)一個(gè)光學(xué)元件(未示出)被聚焦以便該光束的寬度b落在 由深度或者輪廓高度z的一個(gè)最大可測(cè)值z(mì)max與一個(gè)最小可測(cè)值Zmin的差值所產(chǎn)生的一個(gè)測(cè)量范圍Dz的一個(gè)設(shè)定范圍內(nèi)。這種情況下 該光束被擴(kuò)大以形成一個(gè)光帶3,如圖2中的一個(gè)三維圖示所示。
在該固體1的表面上該光帶的入射位置ZA,漫射的散射光(反射
光RL)形成了一個(gè)測(cè)量斑，它也可以在偏離由該激光裝置2的光軸 O-O所確定的入射方向的一些方向上感受到。
該測(cè)量斑現(xiàn)在如果通過(guò)一個(gè)成像裝置5的一個(gè)合適的聚焦透鏡4 在一個(gè)三角測(cè)量角度cp上成像到一個(gè)平面的光接收元件6上，根據(jù)該 入射位置zA的距離在該光接收元件6上在一個(gè)最小值xmin和一個(gè) 最大值xmax之間建立了一個(gè)像斑位置xA。
除了永久設(shè)定的三角測(cè)量角度cp之外，用于根據(jù)本發(fā)明的方法的 裝置的結(jié)構(gòu)的幾何特性由該成像裝置5的聚焦光學(xué)元件4的光軸A -A到該激光裝置2的位置(由其光軸O-O來(lái)固定)的一個(gè)固定 基本距離B來(lái)確定。
通過(guò)應(yīng)用三角測(cè)量關(guān)系，該入射位置zA的距離，也就是說(shuō)該固體 1的表面到激光裝置2的距離，可以由所測(cè)量的像斑位置xA通過(guò)以 下等式來(lái)確定
zA = H/(l-B/xA) (1)
H表示該成像裝置5的聚焦透鏡4到其光接收元件6的一個(gè) 距離，如圖1中所示。
這種情況下獲得的相對(duì)測(cè)量精度dzA/zA為
dzA/zA =1/(1 -xA/B)*dxA/xA ( 2 )，
21其中該像斑位置的相對(duì)分辨率dxA/xA取決于該反射光RL被圖 像接收元件6接收時(shí)與所采用的一個(gè)頻率f相關(guān)的該固體的運(yùn)動(dòng)速 度v,并且取決于信號(hào)噪聲以及該光接收元件6的類型。在此，等式 (2)中的量dzA構(gòu)成測(cè)量精度的一個(gè)絕對(duì)值。
為了提高分辨率，通過(guò)將這些值z(mì)A與多個(gè)修正值Kv相結(jié)合而獲 得該輪廓(圖1和2中由P表示)的多個(gè)最終測(cè)量值z(mì)B,所述多 個(gè)修正值Kv根據(jù)該固體1的運(yùn)動(dòng)速度v而確定的，并且可以是， 特別地，與該運(yùn)動(dòng)速度v成比例的一些向量系數(shù)和/或一些被加數(shù)。在 此，進(jìn)行該運(yùn)動(dòng)速度v與該反射光RL的探測(cè)頻率f的相關(guān)結(jié)合以 便確定由運(yùn)動(dòng)速度v來(lái)決定的這些修正值Kv。
通過(guò)改變上述幾何特性，特別是該基本距離B、該三角測(cè)量角度cp 和/或成像裝置5或激光裝置2到固體1上光帶3所投射的表面區(qū) 域的一個(gè)平均工作距離(圖1中由該長(zhǎng)度L所示)，有利的是有可能
量范圍Dz以及與之相關(guān)的測(cè)量精度dzA/zA 。在此，這些單獨(dú)的裝置 無(wú)需，如圖1所示，由一個(gè)共同的殼體7來(lái)包裝。這一情況下擴(kuò)大 該測(cè)量范圍Dz的具有降低測(cè)量精度的效果，反之亦然。
在所示的i殳計(jì)中， 一個(gè)SONY HCC 400攝相機(jī)凈皮用作光4妻收元件 6。因?yàn)榉直媛嗜Q于測(cè)量范圍的大小，也就是取決于該測(cè)量范圍Dz, 這意味著對(duì)于用來(lái)完成根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)裝置的尺寸而言，探 測(cè)攝像頭的數(shù)量直接取決于所需或所選的分辨率。
如已說(shuō)明的以及圖2中所示，至此僅僅考慮二維的系統(tǒng)將在三維 上進(jìn)行考慮以便記錄一個(gè)三維固體1的形貌。也就是說(shuō)，將使用一個(gè)展寬的激光束形成一個(gè)光帶3來(lái)進(jìn)行工作。用到了光斷面法這一術(shù)語(yǔ)。
該反射光RL已經(jīng)纟皮該平面形光接收元件6 4果測(cè)之后，并且在一個(gè)數(shù) 據(jù)處理裝置(未示出)中，如一臺(tái)PC中，該輪廓P的這些測(cè)量值從 該光接收元件6輸出的多個(gè)信號(hào)并考慮該三角測(cè)量角度cp以及該基 本距離B來(lái)確定，并且所述多個(gè)測(cè)量值作為一幅4侖廓圖PG存儲(chǔ)在該 數(shù)據(jù)處理裝置中。這樣一個(gè)輪廓圖PG在圖2的示意性圖示中由在該 光接收元件6上對(duì)應(yīng)示出的多邊折線來(lái)表示。來(lái)自實(shí)測(cè)的多個(gè)輪廓圖 在圖7和8中不同類型的圖示中示出。
一種可商購(gòu)的線長(zhǎng)LB (圖2)為300mm并且線寬b (圖1 )為 1.5mm、激光器功率為30mW并且具有可見(jiàn)的紅光(波長(zhǎng)680nm )的 線性激光器模塊L200被用作激光裝置2，其將光帶3投射到位于該 固體1表面的多個(gè)區(qū)域上。
如以上已經(jīng)提到的，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)典型應(yīng)用， 專門用于測(cè)定磨損。該圖示重現(xiàn)一個(gè)磨損檢測(cè)臺(tái)8的透視圖，它被設(shè) 計(jì)為用于隨著待測(cè)固體1在軌道9上滾動(dòng)并且以平動(dòng)速度v和一個(gè) 角速度co運(yùn)動(dòng)通過(guò)的車輪la。
從該圖解中可以看出，這個(gè)磨損檢測(cè)臺(tái)8配備了將多個(gè)光帶3a、 3b、 3c投射到位于該固體1表面上各個(gè)側(cè)面D,、 D2、 M之上的多 個(gè)區(qū)域的三個(gè)激光裝置2來(lái)測(cè)定作為分量輪廓圖(在圖7中也記作 PGa， PGb和PGC)的多幅輪廓圖PG,并且確定了分配給所述激光裝 置的多個(gè)成像裝置5。這些分量輪廓圖PGa， PGb和PGC可以存儲(chǔ)在 該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，并且可用它們獲得一個(gè)總輪廓圖GPG。
該軌道車輛10的車輪la構(gòu)成基本形狀為實(shí)質(zhì)上成一個(gè)圓柱形或圓環(huán)形的一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的固體1，這些光帶3a、 3b、 3c所投射的 這三個(gè)區(qū)域位于該圓柱體或者圓環(huán)的兩個(gè)端面Di、D2和;鏡向表面M 上。如圖3所示以及圖4和5中的細(xì)節(jié)所示，這三個(gè)光帶3a、 3b、 3c并不需要形成一個(gè)封閉的多邊折線來(lái)測(cè)定該總輪廓圖GPG。投射 到該橫向表面M的光帶3b也不需要平行于該車輪la的軸線。對(duì)于 軸向平行性的一個(gè)相應(yīng)偏差可以通過(guò)獲取該4侖廓P的這些測(cè)量值z(mì)B 結(jié)合根據(jù)該固體表面的區(qū)域而測(cè)定的多個(gè)修正值KQ來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。
圖5示出測(cè)定該車輪la的一個(gè)輪緣內(nèi)部半徑R來(lái)作為輪廓圖 PG、分量輪廓圖PGa、 PGb、 PGC以及總輪廓圖GPG可以參考的一 個(gè)固定的、長(zhǎng)期不變的幾何基本量值的上述多個(gè)可能性中的第 一個(gè)， 而圖6示出了第二個(gè)。在此，這兩種情況下該半徑R都從至少三個(gè) 測(cè)量值Zl、 z2、 z3來(lái)確定，它們通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)車輪la的多次無(wú)接觸以 及動(dòng)態(tài)的測(cè)量來(lái)確定并且以與輪廓圖PG的檢測(cè)或者這些分量輪廓圖 PGa、 PGb、 PGC的4企測(cè)相同的方式來(lái)進(jìn)行。
根據(jù)圖5,通過(guò)分別展寬以形成線狀光帶3cl、 3c2、 3c3的至少 三個(gè)光束，結(jié)合這些光帶3cl、 3c2、 3c3所投射到的該固體1表面的 多個(gè)區(qū)域間分別設(shè)定的距離Nl、 N2來(lái)同時(shí)進(jìn)行該滾動(dòng)車輪la的無(wú) ^接觸動(dòng)態(tài)測(cè)量。
根據(jù)圖6，在至少三個(gè)時(shí)刻tp t2、 t3設(shè)定的時(shí)間間隔At內(nèi)通過(guò) 被展寬以形成一個(gè)線狀光帶3c的一個(gè)單光束來(lái)進(jìn)行對(duì)滾動(dòng)車輪la 的無(wú)接觸并且動(dòng)態(tài)的測(cè)量。
這些測(cè)量因此是以單向的方式來(lái)進(jìn)行，也就是說(shuō)給定這些對(duì)應(yīng)光帶 3c, 3cl、 3c2、 3c3的相同指向(same alignment)的條件下，每一情況下在三個(gè)點(diǎn)S,、 S2、 S3上，位于半徑為R的一段圓弧之上的三個(gè)測(cè)
量值Zl、 z2、 z3凈皮測(cè)定為這些點(diǎn)S,、 S2、 S3在一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系中 的縱坐標(biāo)值。按照?qǐng)D6所示的方式賦給這些點(diǎn)S,、 S2、 S3的這些測(cè) 量值z(mì),、 z2、 z3分別對(duì)應(yīng)于該線狀光帶3c或3cl、 3c2、 3c3的一個(gè) 測(cè)量長(zhǎng)度。該線狀光帶3c或3cl、 3c2、 3c3的這些測(cè)量的長(zhǎng)度可以 毫無(wú)問(wèn)題地對(duì)這一賦值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其方式是使這些測(cè)量值z(mì),、 z2、 z3分 別代表穿過(guò)該圓弧的一根弦sl,、 sl2、 sl3的長(zhǎng)度的一半。分別與這些 測(cè)量值z(mì)2、 z3關(guān)聯(lián)的多個(gè)橫坐標(biāo)值x2、 x3 (圖6中顯示為分 別在三個(gè)時(shí)刻t,、t2、t3出現(xiàn)的圓M，、M2，、M3的中心到該光帶3c的 距離)或者在該第一種情況下由根據(jù)圖5的這些距離Nl、 N2來(lái)產(chǎn) 生，或者在該第二種情況下由這三個(gè)測(cè)量時(shí)刻h、 t2、 t3所設(shè)定的這些 時(shí)間間隔At通過(guò)將這些時(shí)間間隔At乘以該角速度co來(lái)產(chǎn)生。在這一 情況下該角速度co可以要么是永久設(shè)定，要么同樣地由通過(guò)一個(gè)或多 個(gè)光帶3對(duì)該滾動(dòng)車輪la的無(wú)接觸和動(dòng)態(tài)測(cè)量來(lái)確定。當(dāng)該車輪 la的速度，也就是一方面該轉(zhuǎn)動(dòng)，并因此在另一方面還有平移運(yùn)動(dòng)恒 定不變時(shí)，使得評(píng)估更容易。
這些測(cè)量值Zl、 z2、 z3確定后，該滾動(dòng)車輪la的參考半徑R可 以用以下方禾呈組來(lái)確定
R2 = X卩+ Z,2 ( 3 )
R2 = x22 + z22 ( 4 )
R2 = x32 + z32 (5)
-x2 = k*(x2-x3) (6)
這些變量R、以及Xl、 x2和x3各自在其中表示未知量。等式(6)中的變量k是一個(gè)已知的系數(shù)，對(duì)應(yīng)于這些設(shè)定的時(shí)間間隔At或者
該車輪la表面的這些區(qū)域的距離Nl、 N2并且在固定不變的時(shí)間間 隔At和等距的距離Nl、 N2的優(yōu)選情況下耳又值為1。
所確定的該半徑R可以一方面用作對(duì)于該4侖廓高度的測(cè)量值z(mì)B 的基線，這些測(cè)量值在該車輪la的橫向表面M上測(cè)定，而另一方面 有可能使用這一半徑R來(lái)確定根據(jù)該固體1表面上由光帶3或者 3a、 3b、 3c、 3cl、 3c2、 3c3所照明的區(qū)域來(lái)進(jìn)行考慮的多個(gè)修正值Ko。 考慮這些修正值Ko的必要性來(lái)自，例如，事實(shí)上圖6中的這些弦 sip sl2、 sl3各自限定不同的中心角度，因此產(chǎn)生不同的局部輪廓失真。 在此，這些中心角落在該光帶3c在所考慮的車輪la的圓弧的圓周 形成一根切線時(shí)的第一個(gè)極端情況下的0。和該光帶3c與所考慮的 車輪la的圓弧的直徑2R重合時(shí)的另一個(gè)極端情況下的180°之 間。最大的弦長(zhǎng)sl3包含了與待測(cè)定輪廓有關(guān)的最多的信息，并且具 有最小的局部失真。
因?yàn)檫@些原因，因此當(dāng)圖7所示的一個(gè)滾動(dòng)固體1 (在所示情況 下是該車輪la)的總輪廓圖GPG從在一個(gè)4企測(cè)時(shí)刻tk由兩個(gè)端面 D,、 D2和在該橫向表面M上同時(shí)測(cè)定的三個(gè)分量輪廓圖來(lái)獲取時(shí)是 極其有利的，這些單獨(dú)的分量輪廓圖的檢測(cè)時(shí)刻tk的選定方式為在 這一檢測(cè)時(shí)刻tk測(cè)定的一個(gè)平均值z(mì)k (當(dāng)前情況下是z3)從至少三 個(gè)測(cè)量值Zl， z2， z3中取一個(gè)最大值，這些測(cè)量值位于這些端面Dp D2之一中半徑為R的一個(gè)圓弧之上并且分別在連續(xù)的時(shí)刻t卜t2、 t3 以單向的方式從該線狀光帶3c、 3cl、 3c2、 3c3的對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度LB來(lái)測(cè) 定、并且分別對(duì)應(yīng)于穿過(guò)該圓弧的一根弦si" sl2、 sl3的長(zhǎng)度的一半。 當(dāng)然，用于選取該檢測(cè)時(shí)刻tk的這一判據(jù)的應(yīng)用并不局限于三個(gè)測(cè)量
26值Z,、 Z2、 Z3。給定多于三個(gè)測(cè)量值Zl、 Z2、 Z3的一個(gè)基準(zhǔn)，如果所 測(cè)定的最大半弦長(zhǎng)Sl3更小地偏離該半徑R或者與該半徑R取同一 個(gè)值，甚至還有可能實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)果。
圖7進(jìn)一步示出對(duì)應(yīng)的輪廓圖PG、分量輪廓圖PGa、PGb、PGc和 /或總輪廓圖GPG各自與一個(gè)或多個(gè)參考輪廓圖(在該圖解的展示中， 用于該輪廓P的最大測(cè)量值z(mì)B的一個(gè)參考輪廓圖BPl和用于該輪 廓P的最小測(cè)量值z(mì)B的一個(gè)參考輪廓圖BP2)進(jìn)行比較，并且可以 確定與各個(gè)參考4侖廓圖BP1、 BP2的對(duì)應(yīng)的偏差A(yù)PG 。在所示情況 下，這些偏差發(fā)生在用點(diǎn)劃線示出的區(qū)域之中。這些參考輪廓圖BP1、 BP2優(yōu)選地可以是能允許的所希望的尺寸，但是一個(gè)參考輪廓圖 BP1、BP2也可以是來(lái)自更早的測(cè)量的多個(gè)測(cè)量值z(mì)B的一個(gè)儲(chǔ)存的數(shù) 據(jù)記錄以便各個(gè)偏差A(yù)PG提供關(guān)于從以前的測(cè)量以來(lái)已經(jīng)發(fā)生的磨 損程度的信息。
雖然圖7中僅僅是該輪廓P的一個(gè)二維圖示，其中該輪廓P的 測(cè)量值z(mì)B被表示為該車輪la的橫截面Q上的一個(gè)多邊折線(矢量 x、 z),在圖8中該輪廓P的圖示描繪了根據(jù)本發(fā)明的方法的三維特 征。通過(guò)不同的灰度值，圖8將該輪廓P的這些測(cè)量值z(mì)B展示為 多個(gè)矢量x、 y、 z，這是通過(guò)借助上述半徑R來(lái)測(cè)定的該車輪la的 端面的展開(kāi)圖(development)來(lái)進(jìn)行的。根據(jù)等式(2)，分辨率dzA 的絕對(duì)值小于0.5mm,例如在0.4mm。由Q所指示并且在此由圓圈 所標(biāo)記的線條表示車輪la的(在圖7中所示的)橫截面Q,根據(jù) 圖7的分量輪廓PGa(如所列出的)存在于這一點(diǎn)上。為了提高清晰 度還有可能使用顏色取代這些灰度值在一個(gè)合適的顯示器中進(jìn)行顯 示。根據(jù)本發(fā)明的方法有利地使得一個(gè)輪廓P能在一個(gè)極短的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行4企測(cè)。因此，借助于設(shè)置在有一臺(tái)軌道車輛10滾動(dòng)經(jīng)過(guò)的軌道9的兩側(cè)的多個(gè)激光裝置2，以及用于五個(gè)回轉(zhuǎn)支架，也就是
說(shuō)十個(gè)輪組因此是20個(gè)車輪la的多個(gè)成像裝置5, 在5秒鐘的時(shí)間內(nèi)可以各自建立一個(gè)三維的總輪廓圖GPG。
圖9所示的、用于應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的程序過(guò)程是特別地為一臺(tái)軌道車輛的多個(gè)車輪(如多個(gè)鐵路車輪)輪廓的無(wú)接觸檢測(cè)而專門定制的。如已經(jīng)提到，這樣一個(gè)車輪在圖3中作為舉例展示為在軌道車輛10上以參考號(hào)la的方式示出。
該程序過(guò)程具體包括，用于動(dòng)態(tài);險(xiǎn)測(cè)該固體1或la的4侖廓P的一個(gè)接收循環(huán)100，它在來(lái)自一個(gè)服務(wù)器的用于系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行的請(qǐng)求90之后進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，這些系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行在圖9中以參考號(hào)95標(biāo)記的一個(gè)方框來(lái)表示并且可以包括對(duì)軌道車輛10啟動(dòng)交通燈、在光接收元件6中用于圖像觸發(fā)的一個(gè)觸發(fā)器的激活以及打開(kāi)激光器2。
這一情況下，在該接收循環(huán)100中設(shè)置了一個(gè)激光距離傳感器101，具體地它就是該光接收元件6，在信號(hào)調(diào)理102之后具體地提供了一個(gè)距離信號(hào)103,也就是說(shuō)確定了該固體1、 la的狀態(tài)，例如到該激光器2的距離，并且作為路徑對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)(速度)以及在加速運(yùn)動(dòng)的情況下，適當(dāng)時(shí)還作為二階導(dǎo)數(shù)(加速度)的這個(gè)距離的一個(gè)時(shí)間變化量。這一情況下電壓可以表征為該激光距離傳感器101在該信號(hào)調(diào)理102中所提供的一個(gè)模擬量。
根據(jù)所確定的該固體1、 la的這些初始狀態(tài)，然后在方法步驟"信號(hào)評(píng)估，，104 ，特別是從距離信號(hào)103中來(lái)確定或者是(參考結(jié)合圖5
28所說(shuō)明的方法) 一個(gè)纟企測(cè)時(shí)刻，在該時(shí)刻首先4妄收從該光接收元件6
為三個(gè)不同的光帶3cl、 3c2、 3c3輸出的三個(gè)信號(hào)并且該時(shí)刻進(jìn)一步用于獲取該輪廓P的這些測(cè)量值z(mì)B;或者是(參考結(jié)合圖6所說(shuō)明
的方法)至少三個(gè)時(shí)刻t,，t2,t3，在這些時(shí)刻首先接收從該光接收元件6
僅為一個(gè)光帶3c輸出的多個(gè)信號(hào)并且這些時(shí)刻進(jìn)一步用于獲取該輪廓P的這些測(cè)量值z(mì)B。
這意味著從細(xì)節(jié)上講根據(jù)方法在一個(gè)光接收元件6(例如在攝相機(jī)中)或在三個(gè)光4^收元件6中，在多個(gè)啟動(dòng)器105A、 105B、 105C的作用下進(jìn)行每一個(gè)圖像觸發(fā)106A、 106B、 106C。在這一情況下所記錄的多個(gè)圖像在此可以緩存在一個(gè)幀緩沖器中，也就是說(shuō)在一個(gè)優(yōu)選循環(huán)運(yùn)作的、順序存取的圖像存儲(chǔ)器中，例如攝相機(jī)。
在這種情況下該圖Y象觸發(fā)106A、 106B、 106C優(yōu)選地應(yīng)該按照時(shí)間上離進(jìn)行該固體1、 la的這些初始狀態(tài)的確定的時(shí)刻盡可能接近的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，因?yàn)?，在有利于信?hào)評(píng)估的一種方式中，這一時(shí)刻分別給出的這些信號(hào)僅僅略微地不同，特別是，到該激光裝置2的距離僅僅有輕樣支的改變。
優(yōu)選地該距離信號(hào)103的信號(hào)評(píng)估104在此可以進(jìn)行，特別是，能夠有利地通過(guò)被集成到一個(gè)現(xiàn)存的數(shù)據(jù)處理裝置之中的一個(gè)所謂的簡(jiǎn)單邏輯來(lái)進(jìn)行。在此簡(jiǎn)單邏輯被理解為允許配置各種基于時(shí)間的邏輯序列的一種可編程邏輯裝置。可以包含在名稱PLD (可編程邏輯器件)之下和特別是在名稱SPLD (簡(jiǎn)單可編程邏輯器件)之下的這些裝置使得用戶能夠在適當(dāng)?shù)能浖?優(yōu)選一個(gè)中繼梯形邏輯)的幫助下(例如通過(guò)在系統(tǒng)編程(ISP))，按照所需的方式來(lái)建立一個(gè)或多個(gè)輸入(在當(dāng)前情況下特別是該距離信號(hào)103)與一個(gè)或多個(gè)輸出(當(dāng)前情況下特別是這幾個(gè)啟動(dòng)器105A、 105B、 105C)之間的預(yù)先確定的邏輯和時(shí)間關(guān)系。因此為了實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法，有可能在該簡(jiǎn)單邏輯中規(guī)定一個(gè)時(shí)間范圍，在該時(shí)間范圍內(nèi)可允許圖像記錄并且優(yōu)選從所期望的圖像質(zhì)量的觀點(diǎn)來(lái)看這也是最優(yōu)的。例如，這一時(shí)間范圍可以是這樣的一個(gè)范圍，其中根據(jù)該固體1、 la的表面區(qū)域來(lái)確定的這些修正值Ko 、和/或根據(jù)該固體1、 la的運(yùn)動(dòng)速度v來(lái)確定的這些修正值Kv (優(yōu)選地作為永久設(shè)定的值，也就是說(shuō)沒(méi)有動(dòng)態(tài)化)是有效的。與一些分立的邏輯器件相比，簡(jiǎn)單邏輯的使用導(dǎo)致制造電路時(shí)硬件費(fèi)用(印刷電路、插件、連接件)的降低和安裝費(fèi)用(連線、結(jié)合)的降#0并導(dǎo)致可能更緊湊的設(shè)計(jì)。
在圖像觸發(fā)106A、 106B、 106C (其中這些圖像被獲取為，特別是，多個(gè)圖像矩陣107A、 107B、 107C)之后進(jìn)行一個(gè)圖像選定(特別是取決于該固體1、 la的速度的圖像選定)，為此參考號(hào)"IS"(圖像選定)出現(xiàn)在該程序過(guò)程中。出現(xiàn)在該圖像選定IS的結(jié)果之中并且代表該輪廓P的這些測(cè)量值z(mì)B的圖像矩陣107 (優(yōu)選地與該距離或測(cè)量點(diǎn)和/或該時(shí)間，例如這些時(shí)刻t!、 t2或t3之一的對(duì)應(yīng)的相關(guān)值一起)被饋入到一個(gè)存儲(chǔ)器108中。此處在同一時(shí)間一個(gè)定時(shí)器被復(fù)位109。所述的這些操作如所示由該接收循環(huán)IOO在此繼續(xù)進(jìn)行。
由參考號(hào)110和111所標(biāo)記的方框所示的一些條件校驗(yàn)用作該接收循環(huán)100中的多個(gè)過(guò)程的退出判據(jù)。在此(方框110)要校驗(yàn)，一方面，該定時(shí)器是否已經(jīng)運(yùn)行超過(guò)10s并且，另一方面，是否該軌道車輛10的所有軸已經(jīng)被記錄(方框lll)。如果這些條件之一滿足，該圖像記錄就被停止(方框112)。關(guān)于定時(shí)器是否已經(jīng)運(yùn)行超過(guò)10s的問(wèn)題是為了確認(rèn)該固體1或la是否已經(jīng)達(dá)到靜止。在停止圖像記錄112之后，所存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)108可以發(fā)送到服務(wù)器(方框113)。同時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)停止運(yùn)行的操作如"關(guān)閉觸發(fā)器"、"關(guān)閉激光裝置2"和"為該軌道車輛10點(diǎn)亮交通燈"，這些都由標(biāo)記有參考號(hào)195的方框來(lái)表示。
在此，合適的硬件可以根據(jù)圖3整合到測(cè)試臺(tái)8中以便實(shí)施根據(jù)圖9的程序流程所示的這些操作，特別是該接收循環(huán)100，從而有利地可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)客戶-服務(wù)器回路，在該回路的情況下該客戶位于該軌道9上而該服務(wù)器處于一個(gè)空間上遙遠(yuǎn)的位置。
本發(fā)明并不局限于所展示的示例性實(shí)施方案，而是覆蓋本發(fā)明意義之內(nèi)具有相同效果的所有方法和手段。因此，在所謂的條紋投影法的應(yīng)用中有一個(gè)進(jìn)一步的可能性來(lái)使用結(jié)構(gòu)化的或者編碼的照明。這些方法同樣基于三角測(cè)量原理，由對(duì)應(yīng)于該激光裝置2具有計(jì)算機(jī)設(shè)定的發(fā)光圖案的一個(gè)投射器對(duì)整個(gè)固體1照明。在記錄過(guò)程中，該發(fā)光圖案按照一個(gè)特定的方式來(lái)變化從而可以從所記錄的圖像產(chǎn)生出來(lái)的光強(qiáng)分布來(lái)確定該形貌。
不背離本發(fā)明的范圍。因此，適當(dāng)?shù)能浖K可以用來(lái)執(zhí)行所有的算術(shù)運(yùn)算，如該數(shù)據(jù)處理裝置中所說(shuō)明的這些等式(1)到(6)的運(yùn)算。
并且，本發(fā)明也不局限于權(quán)利要求1中所限定的多個(gè)特征的組合，而是還可以由整體上所披露的多個(gè)特定特征的任何其他所需組合來(lái)限定。這意味著原則上幾乎權(quán)利要求1的任何單獨(dú)的特征都可省略和/或由本申請(qǐng)中其他位置所披露的至少一個(gè)單獨(dú)的特征所取代。從這個(gè)意義上講，權(quán)利要求1僅僅可以理解為限定一個(gè)發(fā)明的一個(gè)初步嘗試。
權(quán)利要求
1、一種用于無(wú)接觸地并且動(dòng)態(tài)地檢測(cè)一個(gè)固體(1，1a)輪廓(P)的方法，尤其是為了測(cè)定在該固體(1，1a)上出現(xiàn)的磨損，由一個(gè)激光裝置(2)所產(chǎn)生并被展寬以形成至少一個(gè)線狀光帶(3，3a，3b，3c，3c1，3c2，3c3)的至少一個(gè)光束被投射到該固體(1，1a)表面的至少一個(gè)區(qū)域上，該固體(1，1a)被移動(dòng)經(jīng)過(guò)該激光裝置(2)，并且從該固體(1，1a)表面的該區(qū)域所反射的光(RL)被聚焦到一個(gè)成像裝置(5)中并且以比該固體(1，1a)的運(yùn)動(dòng)速度(v)高的頻率(f)依靠一個(gè)平面光接收元件(6)被探測(cè)，該成像裝置(5)的光軸(A-A)與該激光裝置(2)的投射方向(O-O)成一個(gè)固定的三角測(cè)量角度()，并且該成像裝置(5)被布置為距離該激光裝置(2)一個(gè)固定的基本距離(B)，其后，利用一個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)三角測(cè)量關(guān)系，從該光接收元件(6)作為該三角測(cè)量角度()與該基本距離(B)的一個(gè)函數(shù)輸出的多個(gè)信號(hào)來(lái)獲得該輪廓(P)的測(cè)量值(zB)，并且將這些測(cè)量值在該數(shù)據(jù)處理裝置中存儲(chǔ)為一幅輪廓圖(PG)，其中一個(gè)圖像觸發(fā)(106A，106B，106C)的確定是在一個(gè)接收循環(huán)(100)中進(jìn)行，對(duì)于該圖像觸發(fā)選擇由該光接收元件(6)輸出的信號(hào)來(lái)獲得該輪廓(P)的這些測(cè)量值(zB)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于該輪廓(P)的這些測(cè)量值 (Zb)是結(jié)合根據(jù)該固體(1， la)的運(yùn)動(dòng)速度(v)而確定的多個(gè)修正值(Kv)而獲得的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于該輪廓(P)的這些測(cè) 量值(zB)是結(jié)合根據(jù)該固體(1， la)表面的該區(qū)域確定的多個(gè)修正值(Ko)而獲得的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一的方法，其特征在于該固體(1， la)導(dǎo)丸4亍一種》走轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1到4之一的方法，其特征在于該固體(1, la) 是一個(gè)本質(zhì)上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體，特別是一個(gè)車輪da)，并執(zhí)行一種滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其特征在于該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以恒定的 角速度(co)進(jìn)行。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4到6之一的方法，其特征在于該固體(l, la) 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度(co)小于15 s",優(yōu)選小于6s人
8、 根據(jù)權(quán)利要求3以及5到7之一的方法，其特征在于根據(jù)該固 體(1, la)的表面的區(qū)域所確定的這些修正值(Ko)是被確定為該旋 轉(zhuǎn)對(duì)稱體的半徑(R)的一個(gè)函數(shù)的多個(gè)矢量系數(shù)和/或多個(gè)被加數(shù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1到8之一的方法，其特征在于根據(jù)該固體(1， la) 的運(yùn)動(dòng)速度(v，co)所確定的這些修正值(Kv)是與所述運(yùn)動(dòng)速度(v， co)成比例的一些矢量系數(shù)和/或多個(gè)被加數(shù)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1到9之一的方法，其特征在于進(jìn)行所述運(yùn)動(dòng)速 度(v， co)與該反射光(RL)的探測(cè)頻率(f)的一種相關(guān)性組合以便 確定根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)速度(V，(D)而確定的這些修正值(Kv)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1到10之一的方法，其特征在于通過(guò)使用將多 個(gè)光帶(3，3a,3b，3c，3cl，3c2,3c3)投射到位于該固體(1, la)表面的 不同側(cè)面上的多個(gè)區(qū)域上的至少三個(gè)激光裝置(2)以及分配給所述多 個(gè)激光裝置的多個(gè)成像裝置(5)，將多個(gè)輪廓圖(PG)測(cè)定為多個(gè)分 量輪廓圖(PGa， PGb, PGc),這些分量輪廓圖(PGa， PGb， PGc)被存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，并從其獲得一個(gè)總輪廓圖(GPG)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于在一個(gè)固體(1, la)的 基本形狀為實(shí)質(zhì)上成圓柱形或者環(huán)狀的情況下，如一個(gè)車輪(la)，這些光帶(3， 3a, 3b, 3c, 3cl， 3c2, 3c3 ) 4皮才殳射到的至少三個(gè)區(qū)域位于該圓 柱體或者環(huán)狀體的兩個(gè)端面(D,，D2)和一個(gè)橫向表面(M)上。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于一個(gè)滾動(dòng)的固體(1， la) 的總輪廓圖(GPG)是從三個(gè)分量輪廓圖(PGa, PGb， PGc)獲得的，這 三個(gè)分量輪廓圖在一個(gè)檢測(cè)時(shí)刻(tk)通過(guò)兩個(gè)端面(D,, D2)以及在 該橫向表面(M)上同時(shí)測(cè)定，這些單獨(dú)的分量輪廓圖(PGa, PGb， PGC) 的4全測(cè)時(shí)刻(tk)的選定方式為在這一^r測(cè)時(shí)刻(tk)測(cè)定的一個(gè)測(cè) 量值(zk)從至少三個(gè)測(cè)量值(z,, z2， z3)中取一個(gè)最大值，這三個(gè)測(cè) 量值位于這些端面(Dh D2)之一中的半徑為(R)的一個(gè)圓弧上并且 對(duì)應(yīng)地在連續(xù)的時(shí)刻(t!， t2, t3)以單向的方式從該線狀光帶(3, 3a， 3b， 3c, 3c 1, 3c2, 3c3 )的對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度上進(jìn)行測(cè)定并且分別對(duì)應(yīng)于穿過(guò)該圓弧的 弦(slh sl2, sl3)長(zhǎng)度的一半。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1到13之一的方法，其特征在于該輪廓圖(PG)、 這些分量輪廓圖(PGa， PGb, PGC)和/或該總輪廓圖(GPG)各自與一 個(gè)或多個(gè)參考輪廓圖(BP1, BP2)進(jìn)行比較，并且確定與該對(duì)應(yīng)的參 考輪廓圖(BPl， BP2 )相對(duì)應(yīng)的偏差(APG )。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1到14之一的方法，其特征在于該輪廓圖(PG)、 這些分量輪廓圖(PGa, PGb, PGC )、該總輪廓圖(GPG)、該對(duì)應(yīng)的參考 輪廓圖(BP1， BP2)和/或這些對(duì)應(yīng)的偏差(APG)與一個(gè)固定的長(zhǎng)期 不變的幾何基本量值，如一個(gè)未磨損的輪緣內(nèi)徑(2*R)有關(guān)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于該基本量值是從至少三 個(gè)測(cè)量值來(lái)確定的，這些測(cè)量值是通過(guò)無(wú)接觸地并且動(dòng)態(tài)地測(cè)量該移動(dòng)固體(1, la)來(lái)測(cè)定的，并且以與該輪廓圖(PG)的檢測(cè)或者這些 分量輪廓圖(PGa， PGb， PGC)的檢測(cè)相同的方式來(lái)進(jìn)行。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于對(duì)該運(yùn)動(dòng)的固體(1, la)的無(wú)接觸并且動(dòng)態(tài)的測(cè)量是在至少三個(gè)時(shí)刻(tb t2， t3)設(shè)定的時(shí)間間隔(At)內(nèi)依靠被展寬形成為一個(gè)線狀光帶(3,3a，3b, 3c，3cl,3c2，3c3) 的一個(gè)單光束來(lái)進(jìn)行。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于依靠分別被展寬形成為 一個(gè)線狀光帶(3， 3a， 3b， 3c， 3cl， 3c2， 3c3 )的至少三個(gè)光束結(jié)合這些光 帶(3，3a,3b,3c,3cl,3c2，3c3)所投射到的固體(1， la)表面的多個(gè)區(qū) 域的設(shè)定距離(Nl， N2)來(lái)同時(shí)對(duì)該運(yùn)動(dòng)固體進(jìn)4亍該無(wú)接觸與動(dòng)態(tài)測(cè) 量。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15到18之一的方法，其特征在于該基本量值是 一個(gè)滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體的半徑(R)，它用以下方程式來(lái)確定R2 = jq2 + z ( 1 )R2 = x22 + z22 (2)R2 = x32 + z32 ( 3 )Xl - x2 = k*(x2 - x3) ( 4 ),Zl、 Z2和Z3是三個(gè)測(cè)量值，它們位于半徑為(R)的一個(gè)圓弧上、分別 以單向的方式測(cè)定并且對(duì)應(yīng)于一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)(z)的線狀 光帶(3, 3a, 3b, 3c, 3cl, 3c2， 3c3 )的長(zhǎng)度，并且它們分別對(duì)應(yīng)于穿過(guò)該圓弧的弦(Sl,，sl2，sl3)長(zhǎng)度的一半，X,、 X2和X3是分別對(duì)應(yīng)于這些測(cè)量值的^f黃坐標(biāo)值(X )，而k是對(duì)應(yīng)于設(shè)定時(shí)間間隔(At )或該固體(1，la)表面的這些區(qū)域之間的距離(N1,N2)的系數(shù)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1到19之一的方法，其特征在于該輪廓圖(PG)、 這些分量輪廓圖(PGa, PGb， PGC )、該總輪廓圖(GPG)、該對(duì)應(yīng)的參考 輪廓圖(BP1, BP2)和/或這些對(duì)應(yīng)的偏差(APG)在一個(gè)指示裝置如 顯示器中被可視化。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1到20之一的方法，其特征在于提供數(shù)字信號(hào) 的裝置，如觸發(fā)控制的CCD攝相機(jī)，被用作該光接收元件(6)。
22、 根據(jù)權(quán)利要求1到21之一的方法，其特征在于位置敏感探測(cè) 器(位置敏感裝置)，如光電二極管陣列，被用作該光接收元件(6)。
23、 根據(jù)權(quán)利要求1到22之一的方法，其特征在于該光帶(3,3a， 3b， 3c, 3cl， 3c2, 3c3 )的光具有在400nm到1000nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)，特 別是在650nm到700nm的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。
24、 根據(jù)權(quán)利要求1到23之一的方法，其特征在于該光帶(3， 3a， 3b, 3c，3cl，3c2, 3c3)的光具有可見(jiàn)光范圍內(nèi)的波長(zhǎng)，并且該激光裝置(2)的可達(dá)到的輻射(GZS)的極限值小于lmW。
25、 根據(jù)權(quán)利要求1到24之一的方法，其特征在于該激光裝置(2 ) 的功率在0.5到50mW的范圍內(nèi)。
26、 根據(jù)權(quán)利要求1到25之一的方法，其特征在于該激光裝置(2) 包括一個(gè)cw(連續(xù)波)固態(tài)二才及管，例如，由如GaAs、 AlGaAs、 InGaP、 GaAsSb、 InP、 PbSnTe等材料制造的二極管，優(yōu)選地為一個(gè)VLD(可 見(jiàn)光激光二極管)。
27、 根據(jù)權(quán)利要求1到26之一的方法，其特征在于該光帶(3,3a, 3b, 3c， 3cl， 3c2, 3c3 )具有在0.3mm到6.5mm范圍內(nèi)特別是在0.8mm 到2.2mm范圍內(nèi)的寬度(b )。
28、 根據(jù)權(quán)利要求1到27之一的方法，其特征在于該光帶(3，3a, 3b， 3c， 3cl， 3c2， 3c3 )具有在50mm到750mm范圍內(nèi)特別是在200mm 到400mm范圍內(nèi)的長(zhǎng)度(LB )。
29、 根據(jù)權(quán)利要求1到28之一的方法，其特征在于該三角測(cè)量角 度(cp )具有在15°到40°范圍內(nèi)的值，優(yōu)選地在20。到30°范圍內(nèi)的值。
30、 根據(jù)權(quán)利要求1到29之一的方法，其特征在于依靠該光接收 元件(6)來(lái)探測(cè)從該固體(1, la)的表面反射的光(RL)所采用的頻 率(f)是在25Hz到100kHz的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在lkHz到10kHz的范 圍內(nèi)。
31、 根據(jù)權(quán)利要求1到30之一的方法，其特征在于該固體的平移 運(yùn)動(dòng)的速度(v)小于3.5m/s，優(yōu)選小于1.5m/s。
32、 根據(jù)權(quán)利要求1到31之一的方法，其特征在于該激光裝置(2 ) 和/或該成像裝置(5)到該固體(1, la)表面該光帶(3，3a，3b,3c,3cl， 3c2, 3c3 )所投射的區(qū)域的一個(gè)平均工作距離(L )在20mm到650mm 的范圍內(nèi)，特別是在150mm到350mm的范圍內(nèi)。
33、 根據(jù)權(quán)利要求1到32之一的方法，其特征在于該成像裝置(5 ), 特別是該成像裝置(5)的一個(gè)聚焦透鏡(4)的中點(diǎn)，與該激光裝置 的光軸(O-O)之間的基本距離(B )在30mm到450mm的范圍內(nèi)， 特別是在60mm到270mm的范圍內(nèi)。
34、 根據(jù)權(quán)利要求1到33之一的方法，其特征在于該輪廓圖(PG)、 這些分量輪廓圖(PGa，PGb,PGc)、該總輪廓圖(GPG)、該對(duì)應(yīng)的參考 輪廓圖(BP1, BP2)和/或該對(duì)應(yīng)的偏差(APG)基于一個(gè)小于2.0mm 優(yōu)選小于0.5mm的分辨率(dzA )。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其特征在于一個(gè)硬件元件被整合到 位于一個(gè)路軌(9 )上的一個(gè)測(cè)試臺(tái)(8 )之中以便實(shí)現(xiàn)該接收循環(huán)(100 )。
36、 根據(jù)權(quán)利要求34或35的方法，其特征在于該接收循環(huán)(100 ) 在具有一個(gè)空間上處在遠(yuǎn)端的服務(wù)器的一個(gè)客戶 - 服務(wù)器回路的一個(gè) 客戶端中實(shí)現(xiàn)，通過(guò)來(lái)自該服務(wù)器的請(qǐng)求(90)來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng)的多個(gè)啟 動(dòng)操作(95),如為一臺(tái)機(jī)動(dòng)車輛(10)點(diǎn)亮交通燈、激活一個(gè)用于圖 像觸發(fā)(106A, 106B, 106C)的觸發(fā)器和/或打開(kāi)該激光裝置(2)。
37、 根據(jù)權(quán)利要求34到36之一的方法，其特征在于該接收循環(huán) (100)中在信號(hào)調(diào)理(102)之后由一個(gè)激光距離傳感器(101,6)提供一個(gè)信號(hào)，特別是一個(gè)距離信號(hào)(103)，通過(guò)一個(gè)信號(hào)評(píng)估(104) >人該距離信號(hào)來(lái)獲得用于該圖像觸發(fā)(106A， 106B， 106C)的多個(gè)啟動(dòng) 器(105A, 105B, 105C)。
38、 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于該信號(hào)評(píng)估(104) 依靠允許構(gòu)建不同的基于時(shí)間的邏輯序列的 一 個(gè)可編程邏輯器件(PLD)，來(lái)建立預(yù)先確定的該距離信號(hào)(103 )與用于該圖像觸發(fā)(106A, 106B, 106C)的這些啟動(dòng)器(105A, 105B， 105C)之間的邏輯上與時(shí)間 上的耳關(guān)系。
39、 根據(jù)權(quán)利要求34到38之一的方法，其特征在于該圖像觸發(fā) (106A, 106B， 106C)提供了多個(gè)圖像矩陣(107A, 107B， 107C),所述圖像矩陣(107A， 107B, 107C)被緩存在該光接收元件(6)上的一個(gè) 優(yōu)選循環(huán)運(yùn)行、順序存取的圖像存儲(chǔ)器中。
40、 根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其特征在于代表該輪廓(P)的這 些測(cè)量值(zB)的一個(gè)圖像矩陣(107)的圖像選定(IS)是從這些圖 像矩陣(107A, 107B， 107C)作出的，特別是作為該固體(1, la)的速 度(v)的一個(gè)函數(shù)而作出的。
41、 根據(jù)權(quán)利要求36到40之一的方法，其特征在于獲得該輪廓(P ) 的這些測(cè)量值(zB)之后，特別是圖像記錄的一個(gè)停止(112)之后， 這些測(cè)量值(zB)特別是所存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)(108)被發(fā)送(113 )到該 服務(wù)器，優(yōu)選地與到該激光裝置(2)的距離、根據(jù)所使用的一個(gè)光帶(3cl， 3c2， 3c3 )的一個(gè)測(cè)量點(diǎn)和/或該圖像觸發(fā)(106A, 106B, 106C) 的一個(gè)時(shí)刻(tt，t2，t3)的對(duì)應(yīng)相關(guān)的一些值一起發(fā)送。
42、 根據(jù)權(quán)利要求34到41之一的方法，其特征在于該接收循環(huán) (100 )包括與一個(gè)定時(shí)器和/或一定次數(shù)的預(yù)定測(cè)量相連的一些條件校驗(yàn)(110,111)來(lái)作為退出的判據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于無(wú)接觸并且動(dòng)態(tài)地檢測(cè)一個(gè)固體(1)的輪廓(P)的方法。根據(jù)本發(fā)明，由一個(gè)激光裝置(2)所產(chǎn)生并被展開(kāi)以形成至少一個(gè)線狀光帶(3)的至少一個(gè)光束被投射到該固體(1)的運(yùn)動(dòng)表面上，并且從該固體(1，1a)表面所反射的光(RL)被聚焦在一個(gè)成像裝置(5)中，所述成像裝置(5)的光軸與該激光裝置(2)的投射方向成一個(gè)固定的三角測(cè)量角度并且所述成像裝置(5)被安排為離該激光裝置(2)一個(gè)固定的基本距離，并且所述光通過(guò)一個(gè)平面的光接收元件(6)以與該固體(1)的運(yùn)動(dòng)速度(v)相比為高的一個(gè)頻率被探測(cè)。其后，用一個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)三角測(cè)量關(guān)系根據(jù)該三角測(cè)量角度與該基本距離(B)從該光接收元件(6)輸出的信號(hào)，并結(jié)合依照該固體(1)的運(yùn)動(dòng)速度(v)而確定的一些修正值來(lái)獲得該輪廓(P)的測(cè)量值，并且所述測(cè)量值在該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中存儲(chǔ)為一幅輪廓圖(PG)，其中在一個(gè)接收循環(huán)(100)中確定一次圖像觸發(fā)(106A，106B，106C)，對(duì)于該觸發(fā)由光接收元件(6)輸出的信號(hào)按照使之有可能提取該輪廓(P)的這些測(cè)量值(z_B)的方式進(jìn)行選擇。
文檔編號(hào)G01B11/25GK101479567SQ200680046148
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2006年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月6日
發(fā)明者安德烈亞斯·布林克曼, 曼弗雷德·霍夫曼, 米夏埃多·J·瓦爾特, 迪特爾·霍夫曼 申請(qǐng)人:古特霍夫農(nóng)舒特拉特沙特斯股份公司