专利名称：用于生成对象的三维图像的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于利用非接触式激光三角测量传感器生成对象的表面的三维图像的设备。
背景技术：
通常，这种激光扫描设备在现有技术中是众所周知的，且用于例如通过生成表示对象表面上多个点的点云测量对象的表面的三维形状。因此，能够生成待测量对象的表面的三维图像。利用非接触式传感器的传统三维成像设备包括用于利用非接触式传感器测量对象的表面的形状并输出测量数据的形状测量设备(JP 3554264)、用于处理从形状测量设备输出的测量数据的计算机和用于利用计算机的控制显示对象的表面的三维图像的显示设备。图6是传统形状测量设备的光学单元的示意图，该形状测量设备包括激光二极管 111、扩束器112、第一镜113、第二镜114和第三镜115。从激光二极管111发射的光经过第一镜到第三镜113-115并照射待测量对象。从对象的表面反射的光经过第三镜115、第二镜114、第四镜116、成像透镜部分117，并进入作为非接触式传感器的CCD线阵传感器部分118。在形状测量设备中，容纳光学单元的外壳可围绕X轴旋转，并且第三镜115可围绕 Y轴旋转，以利用激光二极管111扫描对象的表面。图7示出了三维成像设备的原理。从激光二极管111发射的光照射待测量对象的表面，并且利用成像透镜部分117的成像透镜117a汇聚从表面反射的光，并成像到C⑶线阵传感器部分118的线阵传感器118a上。线阵传感器118a上反射光的成像位置从形状测量设备输出作为测量数据。计算机利用用于测距仪的三角方法计算对象的表面的三维形状。线阵传感器118a还测量反射光的量，以获得对象的表面的对比度信息并产生对象的三维图像。图8是三维成像设备的框图。电气控制设备150控制激光二极管111，并连接到编码器121来检测旋转第三镜115的电机119的旋转角度。信号从电气控制设备150输出到计算机200。信号通过坐标转换部分210和图像处理部分220转换为图像信号，以显示三维图像。在图8中所示的三维成像设备中，编码器121附接到电机119以旋转第三镜115。 编码器121产生编码器脉冲信号以围绕Y轴旋转第三镜115，从而检测激光的照射位置。在一个编码器脉冲信号和下一个编码器脉冲信号之间的时间段中，来自照射位置的反射光被作为电荷累积地存储在CXD线阵传感器部分118的线阵传感器118a的CXD装置中。测量编码器脉冲信号之间的时间间隔中存储在CCD装置中的电荷的总量，作为从照射位置反射的光的量。C⑶装置具有重置定时以释放存储的电荷。当如图9所示，在传统三维成像设备中，编码器121的编码器脉冲信号没有与CCD的重置定时同步时，存储在CCD装置中的电荷的总量不表示编码器脉冲信号之间存储的累积电荷。因此，传统三维成像设备没有测量从照射位置反射的光的正确量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于基于在照射位置从对象的表面反射的激光的正确量的测量生成具有对象的正确位置和对比度信息的三维图像的改进设备。通过实现独立权利要求的特征实现该目的。在从属权利要求中描述以替代或有利方式进一步发展本发明的特征。根据本发明的第一目的，一种用于生成对象的三维图像的扫描设备包括用于发射激光的激光源；用于朝向待测量对象的表面照射从激光源发射的激光的第一光学单元； 用于成像从对象的表面反射的激光的第二光学单元；具有多个传感器元件的光敏检测器， 用于检测来自第二光学单元的激光的成像位置；入射光测量装置，用于测量与进入光敏检测器的激光量对应的接收激光量；和处理单元。其中，处理单元用于以下述方式控制扫描设备生成具有预定时间间隔的多个定时信号，这些定时信号控制光敏检测器的传感器元件的重置定时，在一个定时信号之后从激光源照射验证激光达短于预定时间间隔的时间段， 利用入射光测量装置测量从对象的表面反射的验证激光的量，并且根据利用入射光测量装置测量的验证激光的量确定从激光源发射的测量激光的量。特别地，激光源被构造为激光二极管。特别地，光敏检测器被构造为线阵传感器(例如，CXD或CMOS线阵传感器)或被构造为面阵传感器(例如，CCD或CMOS面阵传感器/矩阵传感器)。特别地，扫描设备进一步包括用于移动从激光二极管发射的激光的照射位置的移动装置和用于检测移动装置的移动的检测装置。其中，通过从检测装置输出的检测信号能够生成多个定时信号。然而，替代地，也可以通过控制单元触发所述多个定时信号。特别地，能够至少从入射光测量装置的信号获取对象表面的对比度信息(考虑测量出的验证激光的量)。因此，入射光测量装置的输出可以用于确定待测量对象的表面的对比度信息。替代地或附加地，也可以考虑测量激光的量来确定待测量对象的表面的对比度信息。例示地，能够根据由入射光测量装置测量的接收激光量、由光敏位置检测器测量的接收激光量和/或由激光源发射的激光量(根据本发明它们本身已彼此依赖)确定对象表面的对比度信息。特别地，利用激光源的发射时间的长度确定测量激光的量。替代地或附加地，也能够利用控制激光源的光的强度来确定测量激光的量。特别地，测量激光在预定时间间隔多次照射，利用入射光测量装置测量一个测量激光的量，并且利用用入射光测量装置确定的一个测量激光的量来确定从激光源发射的测量激光的下一光强度。特别地，入射光测量装置具有对激光的强度做出响应的多个放大器。在本发明的三维成像设备的特定实施方式中，从检测装置输出的检测信号生成具有预定时间间隔的多个定时信号，并且这些定时信号控制CCD线阵传感器部分的CCD的重置定时。进入CXD线阵传感器的光的量因而对应于照射位置。因此，设备正确地测量从照射位置反射的光的量。
在一个定时信号之后从激光二极管照射验证激光达短于预定时间间隔的时间段。 利用入射光测量装置测量验证激光的量。利用用入射光测量装置测量的验证激光的量来确定从激光二极管发射的测量激光的量。因此，进入CCD线阵传感器部分的测量激光的量始终处于可存储在CCD线阵传感器部分的电荷的范围中而没有对象的表面的反射性或对象和形状测量设备之间的距离的影响，从而正确地测量从对象反射的测量激光的量。本发明的设备通过将对比度信息分配到三维形状数据的正确坐标来生成清楚且正确的对象的三维图像。利用激光二极管的发射时间的长度确定测量激光的量，从而设备能够利用具有恒定强度的测量激光。利用激光二极管的光的强度确定测量激光的量，从而设备能够利用具有恒定发射时间的测量激光。利用一个测量激光的量确定从激光二极管发射的测量激光的下一强度。因此，从对象反射并进入CCD装置的测量激光的量始终处于可存储在CCD装置中的电荷的范围中而没有对象的表面的反射性或对象和形状测量设备之间的距离的影响，从而正确地测量从对象反射的测量激光的量。然后将对比度信息与正确的三维形状数据的坐标组合。入射光测量装置具有对激光的大和小强度做出响应的多个放大器，以确保响应反射光的大和小量的宽动态范围。因此设备获取具有宽动态范围的对比度信息。
以下将参照在附图中示意地示出的可行实施方式的示例更详细地说明本发明，其中图1是本发明第一实施方式的三维成像设备的形状测量设备的光学单元的立体图；图2示出了图1的三维成像设备的测量的原理；图3是示出了图1的实施方式的形状测量设备的构造的框图；图4是图1的实施方式的形状测量设备的控制系统的定时图；图5是本发明第二实施方式的三维测量设备的形状测量设备的控制系统的定时图；图6是传统三维成像设备的形状测量设备的光学单元的示意图；图7示出了图6的形状测量设备的测量的原理；图8是示出了图6的形状测量设备的构造的框图；图9是图6的形状测量设备的控制系统的定时图；图10是本发明的第三实施方式的三维成像设备的形状测量设备的光学单元的立体图；图11是本发明的第四实施方式的三维成像设备的形状测量设备的光学单元的立体图；图12是示出了图11的实施方式的形状测量设备的构造的框图；图13是本发明的第五实施方式的三维成像设备的形状测量设备的光学单元的立体图。
具体实施例方式参照图1-4说明本发明的第一实施方式。一种用于生成三维图像的设备(也称为三维成像设备)包括发射激光的激光二极管2、将从激光二极管2发射的激光照射到待测量对象的表面的第一光学单元、移动从激光二极管2发射的激光的照射位置的移动装置、检测移动装置的移动的编码器6a(检测装置)、对从对象的表面反射的激光进行成像的第二光学单元、检测从第二光学单元接收的激光的成像位置的CCD线阵传感器部分13和测量进入CCD线阵传感器部分13的光量的布置在第二光学单元上的入射光测量装置。利用从检测装置输出的检测信号生成具有预定时间间隔的多个定时信号。这些定时信号控制CCD线阵传感器部分13的CXD的重置定时。激光二极管2在一个定时信号之后发射验证激光达短于预定时间间隔的时间段。入射光测量装置测量验证激光的量。由利用入射光测量装置测量的验证激光的量确定从激光二极管2发射的测量激光的量。从入射光测量装置输出的数据用作用于生成对象的三维图像的对比度信息。第一光学单元包括扩束器3、第一镜4和第二镜5。第二光学单元包括第三镜7、第四镜8、第五镜9、成像透镜部分10和半反射镜(half mirror) 11。根据三角的测量原理工作的三维扫描设备包括利用CXD线阵传感器部分13测量对象的表面并输出测量数据的形状测量设备、处理从形状测量设备输出的数据的计算机30 和未示出的由计算机控制来显示三维图像的显示装置。形状测量设备通常附接到未示出的便携臂坐标测量机或计算机控制或手动操作的坐标测量机(以下称为PCMM/CMM)的端部。PCMM/CMM的端部的坐标和定向数据输出到计算机30。图1是示出三维成像设备的实施方式的形状测量设备的光学单元1的立体图。从激光二极管2发射的光经由第一光学单元照射到待测量对象的表面。第一光学单元的扩束器3用于在测量距离的范围内将激光射束的直径保持小。第一镜4和第二镜5被布置为改变激光的方向。第二镜5附接到回转电机6的旋转轴的一端并可围绕图1所示的Y轴旋转。第二镜5的旋转在对象的表面上水平地移动激光的照射位置。第三镜7也附接到回转电机6的旋转轴的另一端并与第二镜5旋转相同的角度。第二镜5、回转电机6和第三镜7构成移动装置来移动从激光二极管2发射的激光的照射位置。利用围绕接收光学单元的整个外壳 (未示出)的X轴的旋转实现对象的表面上垂直方向上的往复移动。关于外壳的旋转角度的数据也输出到计算机30。参照图3，编码器6a附接到回转电机6作为检测移动装置的移动的检测装置。编码器6a输出回转电机6的旋转位置作为检测信号。通过图3中所示的FPGA20(现场可编程门阵列)从检测信号生成具有预定时间间隔的所述多个定时信号。第二光学单元被布置为对从对象的表面反射的激光进行成像。第三镜7、第四镜 8、第五镜9和半反射镜11被布置为改变激光的方向并使激光通过。成像透镜部分10被布置为收集反射光并将该光成像在CCD线阵传感器部分13的线阵传感器13a上。第三镜7 配合第二镜5并可通过回转电机6围绕Y轴旋转，参见图1，从而从对象的表面反射的激光以与激光到对象的表面的照射角对应的入射角进入第三镜7。成像透镜部分10具有成像透镜IOa和带通滤波器10b。CXD线阵传感器部分13具有测量反射光的成像位置的线阵传感器 13a。光电二极管12被布置为接收从半反射镜11的表面反射的光并检测反射光的量。图2示出了三维成像设备的测量原理。从激光二极管2发射的激光照射在待测量对象的表面上。利用成像透镜部分10的成像透镜IOa汇聚从对象的表面反射的光并将该光成像在CCD线阵传感器部分13的线阵传感器13a上。在线阵传感器13a上的反射光的成像位置被输出作为来自形状测量设备的测量数据。计算机将在距离测量中应用的三角方法应用到测量数据并计算对象的三维形状。图3示出了三维成像设备的控制系统。由FPGA 20和由自动功率控制控制的反馈来控制驱动激光二极管2的激光二极管驱动器加。利用由邻近激光二极管2中发光体布置的光电传感器测量的光的量的检测值实现自动功率控制。由光电传感器检测的激光二极管2的光的量输入到放大器2b并进一步输入到比较器2c。由FPGA 20控制从激光二极管 2发射的光的量和发射时间。从FPGA 20输出的数字信号被利用D/A转换器20a转换为模拟信号并被输入到比较器2c。比较器2c接收自动功率控制的反馈控制信号和FPGA 20的控制信号，并将这两种信号输入到激光二极管驱动器加。附接到回转电机6的编码器6a检测回转电机6的旋转位置作为检测信号，并将检测信号经过编码转换器6b输入到FPGA 20。经过CCD驱动器13b将CCD线阵传感器部分13连接到FPGA 20。FPGA 20控制线阵传感器I3a的各(XD的重置定时。光电二极管12连接到第一放大器1 和第二放大器12c。第一放大器1 经过 A/D转换器12b连接到FPGA 20，并且第二放大器12c经过A/D转换器12d连接到FPGA 20。 光电二极管12、第一和第二放大器12a、12c和A/D转换器12b、12d构成入射光测量装置。第一放大器1 设置在高放大因数，并且第二放大器12c设置在低放大因数。当利用光电二极管12检测的反射光线是小量时，检测信号经过第一放大器1 和A/D转换器 12b输入到FPGA 20。当利用光电二极管12检测的反射光是大量时，检测信号经过第二放大器12c和A/D转换器12d输入到FPGA 20。因而设备具有对反射光的大量和小量做出响应的宽动态范围。图4示出了形状测量设备的控制系统的定时图。编码器6a(检测装置)将在图4中表示为“编码器脉冲”的检测信号发送到FPGA 20，并且FPGA 20从检测信号生成定时信号。从编码器6a的一个检测信号生成一个定时信号，并且从下一个检测信号生成下一个定时信号。定时信号之间的时间间隔是预定时间间隔。在一个定时信号的生成之后利用定时信号控制激光二极管驱动器2a，并且从激光二极管2发射图4中表示为“验证激光”的验证激光。预先确定验证激光的强度，从而验证激光的反射光的量处于第一和第二放大器12a、12c和A/D转换器12b、12d的动态范围之间。验证激光的照射时间短于预定时间间隔。这是因为需要在预定时间间隔期间照射验证激光和测量激光。从激光二极管2向对象的表面发射验证激光并且反射光经过半反射镜11进入光电二极管12。利用入射光测量装置(参照由图4的“PD输入”表示的波形)测量验证激光的反射光的量。当对象的表面暗或对象和形状测量设备之间的距离长时，反射光的量减少。 当对象的表面亮或为金属，或者对象和形状测量设备之间的距离短时，反射光的量增加。利用A/D转换器12b、12d数字化验证激光的反射光的量的测量值，并将其输入到 FPGA 20。在该实施方式中，FPGA 20基于验证激光的量确定激光二极管2的测量激光的照射时间。当验证激光的反射光的量大时，测量激光的照射时间缩短，而当其反射光的量小时，测量激光的照射时间延长。测量激光的照射时间的调整控制其反射光的量，使得反射光的量处于CCD线阵传感器部分13的线阵传感器13a的各CCD的电荷的适当范围内。当测量激光的反射光的量大于可存储在CCD装置中的电荷的量时，CCD装置不能正确地测量光的量。当其反射光的量太小时，很难区分反射光和噪声。CCD装置的电荷的适当范围在可存储在CCD装置中的电荷(上限)和大于噪声水平的电荷(下限)之间。FPGA 20控制激光二极管驱动器2a，使得激光二极管2基于确定的测量激光的照射时间发射光。预先确定激光二极管2的光强度并且调整其发射时间。因此，激光二极管 2的发射具有脉冲波形(参照由图4中的“测量激光开1，，表示的波形)。当测量激光从对象的表面反射并进入CCD线阵传感器部分13的线阵传感器13a 的CCD装置时，接收测量激光的CCD装置被指定并且反射光的成像位置被确定。通过CCD 驱动器1 利用FPGA 20测量测量激光的反射光的量。由于进入C⑶装置的反射光的量处于可存储在C⑶装置中的电荷的范围中，而与对象的表面的反射性以及对象和形状测量设备之间的距离无关，所以正确地测量测量激光的反射光的量。激光二极管2发射作为脉冲激光的测量激光和验证激光。因而减少了热产生，并且因而防止了由于热导致的激光二极管2的光的量的变化。激光二极管2的脉冲发射允许改进光电二极管12的S/N比的激光二极管2的大量的光。在该实施方式中，从激光二极管2发射的测量激光具有预定光强度并且测量激光的发射时间被调整。还可行的是，预先确定发射时间并且利用FPGA 20调整光强度。线阵传感器13a的CCD装置的电荷的适当范围处于可存储在CCD装置的电荷(上限)和高于噪声水平的电荷(下限)之间。需要控制激光二极管2的发射时间和强度以不超过该范围。 由图4的“测量激光开2”表示的波形属于这种情况。测量激光开1和测量激光开2均具有发射时间和光强度的产品的相同值。根据从CCD装置输出的数据获得对象的表面的正确三维形状。根据从入射光测量装置获得的数据生成对象的表面的对比度信息。入射光测量装置包括光电二极管12、第一和第二放大器12a、12c和A/D转换器 12b、12d，并且具有对反射光的大量和小量做出响应的宽动态范围。因而正确地获得对比度信息而与反射光的量无关。利用线阵传感器13a的每个CCD装置测量的亮度也能够用于对比度信息。在这种情况下，预先确定测量激光的发射时间并且仅调整光强度(参照由“测量激光开2”表示的波形)，并且从校正的光强度获得对比度信息。利用输入到计算机30的CMM的坐标数据、形状测量设备的整个外壳的旋转角的数据、编码器6a的旋转位置的数据和利用线阵传感器13a的各CXD测量的距离，计算机30生成正确的三维形状数据。计算机30组合三维形状数据和对比度信息以生成对象的三维图像。因此，该实施方式的三维成像设备通过将对比度信息分配到三维形状数据的正确坐标来生成非常清楚和正确的三维图像。图5示出了本发明的第二实施方式。第二实施方式具有与第一实施方式相同的构造。第一实施方式和第二实施方式的不同如下。测量激光在预定时间间隔期间照射多于一次，并且入射光测量装置测量一个测量激光的量。利用用入射光测量装置测量的一个测量激光的量确定由激光二极管2照射的下一个测量激光的强度。从编码器6a输出的检测信号输入到FPGA 20以生成类似于第一实施方式的定时信号(参照图5的由“编码器脉冲”表示的波形)。利用定时信号控制激光二极管驱动器 2a，并且从激光二极管2发射验证激光(参照图5的“激光输出”的“脉冲1”)。与第一实施方式类似地预先确定验证激光的光强度。当验证激光的反射光进入光电二极管12并且测量验证激光的反射光的量时， FPGA 20从测量值确定第一测量激光的光强度。照射第一测量激光的激光二极管2的发射是脉冲波形并且发射时间是预先确定的。第一测量激光被照射到待测量的对象的表面，并且从对象的表面反射的激光进入光电二极管12。测量第一测量激光的反射光的量，并且FPGA 20从测量值确定第二测量激光的光强度。第二测量激光也是与第一测量激光相同的脉冲波形并且预先确定其发射时间。照射第二测量激光并且测量反射光的量以确定第三测量激光的光强度。—个测量激光用作验证激光以确定下一测量激光的光强度。在第二实施方式中， 多个测量激光用作多个验证激光。正确地测量测量激光的反射光的量，而没有对象的表面的反射性以及对象与形状测量设备之间的距离的影响。进入CCD装置的测量激光的反射光的量始终处于可存储在CCD装置中的电荷的范围中。因此，这样正确地测量测量激光的反射光的量。与第一实施方式类似地，第二实施方式也通过组合由CXD装置获得的表面的正确三维形状和对象的表面的对比度信息来生成三维图像。与第一实施方式相反地，在编码器6a的一个定时信号和下一定时信号之间的预定时间间隔期间，入射光测量装置接收多个测量激光。利用光电二极管12测量的测量激光的反射光的量包含不同光强度。同样在第二实施方式中，首先以编码器的定时发射验证激光并且与优化反馈无关的输入变为对比度信息。第二实施方式的计算机30利用输入到计算机30的CMM的坐标数据、形状测量设备的整个外壳的旋转角的数据、编码器6a的旋转位置的数据和利用线阵传感器13a的各 CXD测量的距离生成正确的三维形状数据。计算机30通过组合正确的三维形状数据和对比度信息生成对象的三维图像。因此，本实施方式的三维成像设备通过将对比度信息分配到三维形状数据的正确坐标生成非常清楚和正确的三维图像。与图1中所描绘的实施方式类似地，图10示意性地示出了根据本发明的扫描设备。然而，代替如图1中所示的CCD线阵传感器，使用面阵传感器13b，特别地，使用CCD矩阵阵列或面阵CMOS传感器，作为光敏位置检测器，用于测量由第二光学单元接收的反射激光的成像位置。而且，存在激光二极管2作为激光源，以便于发射激光，即验证激光和测量激光。第一光学单元至少包括扩束器3和镜5，其中镜5通过回转电机6在给定角度范围内来回回转。因此，回转电机6是移动装置的用于来回往复从激光二极管发射的激光的照射位置的部分。角编码器6a用作检测装置，用于检测往复电机的移动。在描绘的简化实施方式中，第二光学单元包括部分透射镜11和成像透镜部分。因为面阵传感器1 在该实施方式中用作光敏位置检测器，所以接收反射激光的第二光学单元不包括也连接到回转电机6的轴的回转镜。为了确定到由测量激光照射的对象的表面的点，面阵传感器1 能够被逐行读出(并且能够根据三角原理获得距离)。光电二极管12布置为接收从部分透射镜11反射的光，并且检测反射光的量。根据本发明，生成具有预定时间间隔的多个定时信号，其中定时信号控制面阵传感器13b的传感器元件的重置定时。为了控制从激光源发射的测量激光的量，从激光源照射验证激光达短于预定时间间隔的时间段，并且利用入射光测量装置测量从对象的表面反射的验证激光的量。因此，能够根据利用入射光测量装置测量的验证激光的量确定从激光源发射的测量激光的量。图11和12示意地示出了根据本发明的扫描设备，与图10中所描绘的实施方式类似地，其进一步包括至少一个引导光源，具体地第二激光二极管43，其被构造和布置为将可见光谱范围内的引导束44照射到对象的表面上。从而，引导束44的发射位置与由激光二极管2发射的测量激光45的发射位置隔开。此外，引导束以下述方式相对于测量激光倾斜照射引导束44和激光45以预定最优扫描偏移距离(例如大约IOcm)交叉，该预定最优扫描偏移距离由光敏检测器13b的布置给出，并且可由光敏检测器1 检测反射测量激光内的距离范围。因此，引导束44投射到对象的表面上以便表示正确或最优的测量距离。其中，能够也代表回转电机6 (移动装置)和回转镜5，来回往复引导束44的照射位置，类似于测量激光45。引导束44然后由第三光学单元沿第三光学路径导向并从镜41向对象的表面照射。以该方式生成的引导束44用作调整目标以使扫描设备位于相对于待测量对象的最优位置(距离和地点)。如所示的，当由测量光45生成到对象表面上的线与由往复引导束44投射的引导线一起下降时，提供该条件。因此，引导束44以下述方式来回往复并投射到对象的表面上投射作为对象的表面上的引导线出现(即，用于人眼)，特别地作为虚线的导引线，以允许容易地将引导线与由测量激光45投射的测量线区分。例如可以通过随着时间适当地控制引导光源的发射时间间隔来生成虚线的导引线。例示地，用于提供使用便利，引导光源43的引导束44和激光源2的激光45可以具有不同颜色(例如，分别为橙色和红色)。图13示出了图1和图11中所示的实施方式的组合。在该实施方式中，扫描设备再次包括用作引导光源的第二激光二极管43。然而，引导激光束44被导向在第二光学单元的镜7上并且由第二光学单元的镜7照射，该镜被设计为接收从对象的表面反射的激光并且代表回转电机6前后摆动。因此，弓丨导束44自动地生成相等长度的假想引导线作为由测量激光45投射的测量线，其中引导线和测量线是平行的。可选地，如结合图11所述的，通过随着时间的引导光源43的功率控制的开/关调制可以将引导线投射为虚线。综上所述，提供该特征用于在扫描时引导用户。扫描设备投射示出最优扫描偏移距离的准确虚线。这使用户能够快速熟悉良好的扫描实践。虽然部分地参照一些优选实施方式在上面已示出了本发明，但是应该理解能够进行实施方式的不同特征的大量修改和组合。所有这些修改都落在所附权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种用于生成待测量对象的表面的三维图像的扫描设备，所述扫描设备包括 激光源，用于发射激光； 第一光学单元，用于将从所述激光源发射的激光朝向所述对象的表面照射； 第二光学单元，用于成像从所述对象的表面反射的激光；眷具有多个传感器元件的光敏检测器，用于检测来自所述第二光学单元的激光的成像位置； 入射光测量装置，用于测量与进入所述光敏检测器的激光量对应的接收激光量；和 处理单元，用于以下述方式控制所述扫描设备-生成具有预定时间间隔的多个定时信号，-所述定时信号控制所述光敏检测器的传感器元件的重置定时，-在一个定时信号之后从所述激光源照射验证激光达短于所述预定时间间隔的时间段，-利用所述入射光测量装置测量从所述对象的表面反射的所述验证激光的量，和 -根据利用所述入射光测量装置测量的所述验证激光的量确定从所述激光源发射的所述测量激光的量。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述激光源被构造为激光二极管。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述光敏检测器被构造为线阵传感器，特别地为CCD线阵传感器，或者被构造为面阵传感器，特别地为CCD矩阵阵列或面阵CMOS传感ο
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，所述设备进一步包括 移动装置，用于移动从所述激光二极管发射的激光的照射位置； 检测装置，用于检测所述移动装置的移动；并且 其中，通过从所述检测装置输出的检测信号生成所述多个定时信号。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，其中，所述多个定时信号由所述控制单元触发。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的设备，其中，所述入射光测量装置的输出用于确定所述待测量对象的表面的对比度信息。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的设备，其中，所述测量激光的量用于确定所述待测量对象的表面的对比度信息。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的设备，其中，根据所述激光源的发射时间的长度确定所述测量激光的量。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的设备，其中，根据所述激光源的光的强度确定所述测量激光的量。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的设备，其中 所述测量激光在所述预定时间间隔被照射多次， 利用所述入射光测量装置测量一个测量激光的量，并且 根据利用所述入射光测量装置确定的所述一个测量激光的量确定从所述激光源发射的所述测量激光的下一光强度。
11.根据权利要求1-10中的任一项所述的设备，其中，所述入射光测量装置具有响应于激光的强度的多个放大器。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的设备，所述设备进一步包括至少一个引导光源，特别是第二激光二极管，其被构造和布置为将可见光谱范围内的引导束照射到所述对象的表面上， 其中，所述引导束的发射位置与由所述激光源发射的激光的发射位置隔开，并且 其中，所述引导束相对于所述测量激光倾斜照射，使得所述引导束和所述激光以最优扫描偏移距离交叉。
13.根据引用权利要求4时的权利要求12所述的设备，其中，代表所述移动装置，来回往复所述引导束的照射位置。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述引导束以下述方式照射并投射到表面上 通过随着时间控制所述引导光源的发射间隔，所述引导束作为引导线出现在所述对象的表面上，特别地作为虚线引导线。
15.根据权利要求12或13所述的设备，其中 从所述第二光学单元的镜发射所述引导，所述镜被设计为接收从所述对象的表面反射的激光， 或者从第三光学单元发射所述引导，所述第三光学单元用于朝向所述对象的表面照射所述弓I导光源的所述弓I导束。
16.根据权利要求12-14中的任一项所述的设备，其中，所述引导光源的所述引导束和所述激光源的所述激光具有不同颜色。
全文摘要
本发明涉及一种用于基于3D表面位置和表面对比度信息生成对象的表面的三维图像的非接触式激光三角扫描设备。该设备包括激光源、第一光学单元、第二光学单元、具有多个传感器元件的光敏位置检测器和入射光测量装置。根据生成的具有预定时间间隔的定时信号，控制光敏位置检测器的传感器元件的重置定时。入射光测量装置测量一个定时信号之后的验证激光的量。根据测量到的验证激光的量确定测量激光的量。通过组合从位置检测器的信号获得的位置数据和至少从入射光测量装置的信号，获得的对比度数据生成三维图像(考虑测量出的验证激光的量)。
文档编号G01B11/25GK102483326SQ200980160259
公开日2012年5月30日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者佐野阳一, 铃木健吾, 铃木敏, 铃木雅大, 高林正树 申请人:海克斯康测量技术株式会社, 莱卡地球系统公开股份有限公司