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DE102015004873A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts Download PDF

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DE102015004873A1
DE102015004873A1 DE102015004873.2A DE102015004873A DE102015004873A1 DE 102015004873 A1 DE102015004873 A1 DE 102015004873A1 DE 102015004873 A DE102015004873 A DE 102015004873A DE 102015004873 A1 DE102015004873 A1 DE 102015004873A1
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DE
Germany
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tracking system
measuring device
measuring
coordinates
camera
Prior art date
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Application number
DE102015004873.2A
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English (en)
Inventor
Herbert Daxauer
Andreas Fuchs
Thomas Mayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Optotechnik GmbH
Original Assignee
Steinbichler Optotechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Steinbichler Optotechnik GmbH filed Critical Steinbichler Optotechnik GmbH
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der der 3D-Koordinaten eines Objekts (1) wird in einem 1. Schritt das Objekt (1) in einer Umgebung positioniert, die eine Vielzahl von Referenzkörpern (2) aufweist, die photogrammetrisch vermessen sind und die ein geometrisches Merkmal aufweisen, das von einem Messgerät (5) detektierbar ist. In einem 2. Schritt wird ein Tracking-System (3) für das Messgerät (5) in einer ersten Position positioniert. In einem 3. Schritt werden von dem Tracking-System (3) mindestens drei Referenzkörper (2) mittels des Messgeräts (5) erfasst. In einem 4. Schritt werden die 3D-Koordinaten des Objekts (1) mittels des Messgeräts (5) und mittels des Tracking-Systems (3) bestimmt. In einem 5. Schritt wird das Tracking-System (3) In einer zweiten Position positioniert. Anschließend werden der 3. Schritt und der 4. Schritt erneut durchgeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts und eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
  • Aus der EP 553 266 B1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts bekannt, bei dem ein Objekt durch einen Scanner abgetastet wird. Durch den Scanner werden die 3D-Koordinaten im Scanner-Bezugsystem bestimmt. Ferner ist ein Tracking-System vorhanden, das die Position und Richtung des Scanners bestimmen kann. Aus den 3D-Koordinaten im Scanner-Bezugsystem und aus den Daten der Position und Richtung des Scanners im absoluten Bezugsystem können die 3D-Koordinaten des Objekts im absoluten Bezugsystem bestimmt, gespeichert und verwendet werden. Der handgehaltene Scanner kann innerhalb des Bereichs des Tracking-Systems beliebig bewegt werden.
  • Die DE 10 2005 043 912 B4 und die DE 103 50 861 A1 offenbaren Vorrichtungen zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts mit einem optischen Scanner und einem Tracking-System.
  • Aus der DE 10 2009 032 262 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts bekannt, bei dem ein 3D-Sensor verwendet wird, der einen Projektor und eine Kamera umfasst. Durch den Projektor kann ein Muster auf das Objekt projiziert werden, insbesondere ein Weißlicht-Streifenmuster. Die Kamera umfasst eine Optik und einen Flächensensor, insbesondere einen CCD-Sensor. Ferner ist ein Tracking-System vorgesehen, mit dem die Lage und Orientierung des 3D-Sensors in einem übergeordneten Koordinatensystem bestimmt werden kann. Das Objekt ist von Referenzkulissen umgeben, die Referenzmarken aufweisen. Bei der Durchführung des Verfahrens ist das Objekt von mehreren Referenzkulissen mit kodierten Referenzmarken umgeben. Von dem Objekt werden mehrere Aufnahmen derart hergestellt, dass darauf jeweils ein Teil des Objekts und ein Teil einer Referenzkulisse enthalten ist.
  • Die DE 10 2010 018 979 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts mit einem optischen Scanner zur Gewinnung von Oberflächendaten des Objekts und einem Tracking-System zum Bestimmen der Position und Orientierung des Scanners.
  • Die DE 10 2011 011 360 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts, bei dem das Objekt vor einem Feld von Referenzmarken positioniert wird. Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die einen Projektor, eine Kamera und eine Referenzkamera aufweist. Durch den Projektor wird ein Muster auf das Objekt projiziert. Durch die Kamera wird das Objekt aufgenommen. Die Referenzkamera dient zum Aufnehmen einer oder mehrerer Referenzmarken des Feldes von Referenzmarken.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem 1. Schritt das Objekt in einer Umgebung positioniert, die eine Vielzahl von Referenzkörpern aufweist, die photogrammetrisch vermessen sind und die ein geometrisches Merkmal aufweisen, das von einem Messgerät detektierbar ist. Bei dem Messgerät handelt es sich vorzugsweise um ein in der Hand gehaltenes Messgerät. In einem 2. Schritt wird ein Tracking-System für das Messgerät in einer ersten Position positioniert. In einem 3. Schritt werden von dem Tracking-System mindestens drei Referenzkörper mittels des Messgeräts erfasst. In einem 4. Schritt werden die 3D-Koordinaten des Objekts mittels des Messgeräts und mittels des Tracking-Systems bestimmt. Danach wird in einem 5. Schritt das Tracking-System in einer zweiten Position positioniert. Anschließend werden der 3. Schritt, bei dem von dem Tracking-System mindestens drei Referenzkörper mittels des Messgeräts erfasst werden, und der 4. Schritt, bei dem die 3D-Koordinaten des Objekts mittels des Messgeräts und mittels des Tracking-Systems bestimmt werden, erneut durchgeführt.
  • Bei dem geometrischen Merkmal handelt es sich vorzugsweise um ein punktreduzierbares Merkmal. Das Messgerät ist vorzugsweise zum Erfassen des punktreduzierbaren geometrischen Merkmals des Referenzkörpers ausgebildet.
  • Das Tracking-System kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Geeignet ist das übliche Tracking-System, das mit mindestens drei Kameras arbeitet und bei dem das Messgerät Empfänger für das Tracking-System aufweist, beispielsweise Marken, die Strahlen, insbesondere Infrarotstrahlen aussenden, die zeitlich gesteuert eingeschaltet werden.
  • Es kann allerdings auch ein Laser-Tracking-System verwendet werden. Ferner ist es möglich, das Tracking-System als System von Gelenk-Messarmen auszubilden. Dabei handelt es sich um Stangen, die durch Gelenke verbunden sind. In den Gelenken können Drehgeber vorhanden sein. Das Messgerät kann sich am Ende der Gelenkkette befinden. Durch die Winkel der Gelenk-Messarme sind die Koordinaten des Messgeräts festgelegt und bestimmbar.
  • Durch die Erfindung können die 3D-Koordinaten auch dann bestimmt werden, wenn das Objekt besonders groß und/oder kompliziert geformt ist. Wenn das Messgerät zum Bestimmen der 3D-Koordinaten des Objekts an eine Stelle geführt werden muss, in der es vom Tracking-System nicht erfasst werden kann, kann das Tracking-System in einer zweiten Position positioniert werden, in der es das Messgerät wieder erfassen kann. Dies kann insbesondere dann erforderlich werden, wenn das Messgerät von dem Objekt abgeschattet wird oder wenn es sich außerhalb der Reichweite des Tracking-Systems befindet.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Tracking-System in einer oder mehreren weiteren Positionen positioniert wird und wenn jeweils anschließend der 3. Schritt und der 4. Schritt erneut durchgeführt werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weisen die Referenzkörper eine oder mehrere Referenzmarken auf. Vorteilhaft ist es, wenn einige oder alle Referenzmarken eine Kodierung aufweisen. Dabei können die Referenzmarken in sich kodiert sein. Stattdessen oder zusätzlich können die Referenzmarken derart räumlich zueinander angeordnet sein, dass diese räumliche Anordnung eine Kodierung beinhaltet.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung bilden die vermessenen Referenzkörper ein globales Koordinatensystem und werden die lokalen Koordinaten des Messgeräts oder des 3D-Sensors in globale Koordinaten umgerechnet.
  • Vor der Durchführung des beschriebenen Verfahrens können die Referenzkörper unter Verwendung eines Referenzmaßstabs photogrammetrisch vermessen werden. Der Referenzmaßstab dient zur Skalierung. Vorteilhaft ist es, mehrere, insbesondere mindestens zwei, Referenzmaßstäbe zu verwenden. Die Referenzmaßstäbe können nach der photogrammetrischen Vermessung der Referenzkörper entfernt werden.
  • Das Messgerät kann als Messgriffel ausgebildet sein. Der Messgriffel kann einen Messtaster aufweisen, der vorzugsweise als Messkugel ausgebildet ist. Wenn der Messgriffel mit einem Messtaster ausgebildet ist, ist das geometrische Merkmal vorzugsweise als taktiles Merkmal ausgebildet. Der Messtaster, insbesondere die Messkugel, ist vorzugsweise dazu ausgebildet, ein taktiles geometrisches Merkmal zu erfassen. Dabei ist der Messtaster bzw. die Messkugel vorzugsweise komplementär zum geometrischen Merkmal des Referenzkörpers ausgebildet.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Messgerät als Laserstrahl-Messgriffel ausgebildet. Der Messgriffel gibt einen Laserstrahl ab.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Messgerät als 3D-Sensor ausgebildet, der einen Laserscanner und eine Kamera zum Aufnehmen des Objekts aufweist. Der Laserscanner kann insbesondere als Laser-Linienscanner ausgebildet sein.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Messgerät als 3D-Sensor ausgebildet, der einen Projektor und eine Kamera aufweist. Der Projektor dient zum Projizieren eines Musters auf das Objekt. Bei dem Muster handelt es sich insbesondere um ein Streifenmuster. Der Projektor arbeitet vorzugsweise mit Weißlicht.
  • Die Kamera dient zum Aufnehmen des Objekts einschließlich des auf das Objekt projizierten Musters.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Vielzahl von Referenzkörpern, ein Messgerät und ein Tracking-System für das Messgerät. Vorteilhaft ist es, wenn das Messgerät als Messgriffel ausgebildet ist, der vorzugsweise einen Messtaster aufweist, der vorzugsweise als Messkugel ausgebildet ist, und/oder wenn das Messgerät als Laserstrahl-Messgriffel ausgebildet ist und/oder wenn das Messgerät als 3D-Sensor ausgebildet ist, der einen Laserscanner, insbesondere einen Laser-Linienscanner, und eine Kamera zum Aufnehmen des Objekts aufweist und/oder wenn das Messgerät als 3D-Sensor ausgebildet ist, der einen Projektor zum Projizieren eines Musters auf das Objekt und eine Kamera zum Aufnehmen des Objekts aufweist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt
  • 1 einen Referenzkörper in einer perspektivischen Darstellung für eine erste Ausführungsform, bei der das Messgerät als Messgriffel mit einem Messtaster ausgebildet ist,
  • 2 einen Schnitt durch den Referenzkörper gemäß 1,
  • 3 die Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts, bei der sich das Tracking-System in einer ersten Position befindet,
  • 4 die Vorrichtung gemäß 3, wobei sich das Tracking-System in einer zweiten Position befindet,
  • 5 einen Referenzkörper in einer perspektivischen Darstellung für eine zweite Ausführungsform, bei der das Messgerät als Laserstrahl-Messgriffel ausgebildet ist,
  • 6 einen Schnitt durch den Referenzkörper gemäß 5,
  • 7 die Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts, bei der sich das Tracking-System in einer ersten Position befindet,
  • 8 die Vorrichtung gemäß 7, wobei sich das Tracking-System in einer zweiten Position befindet,
  • 9 einen Referenzkörper in einer perspektivischen Darstellung für eine dritte Ausführungsform, bei der das Messgerät als 3D-Sensor mit einem Laser-Linienscanner und einer Kamera ausgebildet ist,
  • 10 einen Schnitt durch den Referenzkörper gemäß 9,
  • 11 die Vorrichtung nach der dritten Ausführungsform zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts, bei der sich das Tracking-System in einer ersten Position befindet,
  • 12 die Vorrichtung gemäß 11, wobei sich das Tracking-System in einer zweiten Position befindet,
  • 13 einen Referenzkörper in einer perspektivischen Darstellung für eine vierte Ausführungsform, bei der das Messgerät als 3D-Sensor mit einem Projektor und einer Kamera ausgebildet ist,
  • 14 einen Schnitt durch den Referenzkörper gemäß 13,
  • 15 die Vorrichtung nach der vierten Ausführungsform zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts, bei der sich das Tracking-System in einer ersten Position befindet und
  • 16 die Vorrichtung gemäß 15, wobei sich das Tracking-System in einer zweiten Position befindet.
  • 3 zeigt ein Objekt 1, nämlich ein Kraftfahrzeug, dessen 3D-Koordinaten bestimmt werden sollen. Das Objekt 1 ist in einer Umgebung positioniert, die eine Vielzahl von Referenzkörpern 2 aufweist. Die Referenzkörper 2 sind photogrammetrisch vermessen. Die photogrammetrische Vermessung kann durch eine übliche Kamera oder durch eine Photogrammmetriekamera erfolgen.
  • Die Umgebung des Objekts 1 wird von einem Tracking-System 3 erfasst. Das Tracking-System 3 umfasst drei Kameras 4, die ein Messgerät erfassen, das als Messgriffel 5 ausgebildet ist, der einen Messtaster aufweist, der als Messkugel (Tastkugel) 7 ausgebildet ist. Der Messgriffel 5 ist ein handgehaltener Messgriffel. Er könnte allerdings auch von einem Roboter geführt werden. Der Messgriffel 5 umfasst einen Griff 6, die Messkugel 7 und Marker 8, die von den Kameras 4 des Tracking-Systems 3 erfasst werden. Das Tracking-System 3 kann auf diese Weise die Lage und Orientierung des Messgriffels 5 bestimmen.
  • 1 und 2 zeigen einen Referenzkörper 2 in einer vergrößerten Darstellung. Der Referenzkörper 2 ist pyramidenförmig ausgestaltet. Seine Grundfläche 9 kann als Klebefläche oder magnetische Fläche ausgebildet sein, um zu gewährleisten, dass der Referenzkörper 2 nach seiner Positionierung nicht mehr versehentlich bewegt werden kann.
  • Der Referenzkörper 2 weist an seinen Seitenflächen Referenzmarken 10 und Kodierungen 11 auf. Ferner weist der Referenzkörper 2 in seiner oberen Endfläche ein geometrisches Merkmal 12 auf. Dabei handelt es sich um ein taktiles punktreduzierbares Merkmal. Dieses Merkmal ist als konische Fläche ausgebildet, wie insbesondere aus 2 ersichtlich. Die Messkugel 7 kann mit dem konusförmigen geometrischen Merkmal 12 in Anlage gebracht werden, wie aus 2 ersichtlich.
  • Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vielzahl von Referenzkörpern 2 auf einer Bodenfläche angeordnet, wie aus 3 ersichtlich. Die Referenzkörper 2 werden in der Weise angeordnet, dass sie eine Umgebung für ein Objekt, dessen 3D-Koordinaten bestimmt werden sollen, bilden. Dieses Objekt wird allerdings zunächst noch nicht positioniert. Die Referenzkörper 2 werden unter Verwendung eins oder mehrerer Referenzmaßstäbe (in der Zeichnung nicht dargestellt) photogrammetrisch vermessen.
  • Anschließend wird das Objekt 1 in der Umgebung der Vielzahl der Referenzkörper 2, die photogrammetrisch vermessen sind, positioniert, wie in 3 gezeigt. Das Tracking-System 3 befindet sich in der in 3 gezeigten ersten Position. Der Bereich seiner Reichweite wird durch das Gitter 13 dargestellt.
  • Der Messgriffel 5 wird mit seiner Messkugel 7 mit dem konischen geometrischen Merkmal 12 eines Referenzkörpers 2, der sich im Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 befindet, in Anlage gebracht. Auf diese Weise wird dieser Referenzkörper 2 mittels des Messgriffels 5 von dem Tracking-System 3 erfasst.
  • Dieser Vorgang wird anschließend für mindestens zwei weitere Referenzkörper 2, die sich im Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 befinden, wiederholt. Auf diese Weise werden mindestens drei Referenzkörper 2 mittels des Messgriffels 5 von dem Tracking-System 3 erfasst.
  • Anschließend werden die 3D-Koordinaten des Objekts mittels des Messgriffels 5 und mittels des Tracking-Systems 3 bestimmt. Der handgehaltene Messgriffel 5 wird im Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 über die Oberfläche des Objekts 1 bewegt. Dabei können mit dem Messgriffel 5 bestimmte oder alle Oberflächenpunkte des Objekts 1 angetastet werden.
  • Wenn die 3D-Koordinaten des Objekts 1, die sich im Erfassungsbereich des 3D-Sensors 3 befinden, ermittelt worden sind, kann das Tracking-System 3 in einer zweiten Position positioniert werden, beispielsweise in der Position, die in 4 gezeigt ist. In dieser Position wird der Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 durch das Gitter 13' angezeigt. Dieser Erfassungsbereich liegt im Abschattungsgebiet des Objekts 1, wenn sich das Tracking-System 3 in der ersten, in 3 gezeigten Position befindet.
  • Wenn sich das Tracking-System in der zweiten, in 4 gezeigten Position befindet können die beschriebenen Vorgänge wiederholt werden. Zunächst werden mindestens drei Referenzkörper 2, die sich im Erfassungsgebiet des Tracking-Systems 3 befinden, mittels des Tasters 5 von dem Tracking-System 3 erfasst. Anschließend werden die 3D-Koordinaten des Objekts 1, die sich im Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 befinden, mittels des Messgriffels 5 und mittels des Tracking-Systems 3 bestimmt.
  • Diese Maßnahmen können anschließend wiederholt werden. Es ist also möglich, das Tracking-System 3 in weiteren Positionen zu positionieren, jeweils mindestens drei Referenzkörper 2 mittels des Messgriffels 5 von dem Tracking-System 3 zu erfassen und die 3D-Koordinaten des Objekts 1 mittels des Messgriffels 5 und mittels des Tracking-Systems 3 zu erfassen.
  • Die photogrammetrisch vermessenen Referenzkörper 2 bilden ein globales Koordinatensystem. Die lokalen Koordinaten des Messgriffels 5 können mittels des Tracking-Systems 3 in globale Koordinaten umgerechnet werden.
  • 5 bis 8 zeigen eine zweite Ausführungsform, bei der entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen sind und nicht erneut beschrieben werden. Hier ist das Messgerät als Laserstrahl-Messgriffel 14 ausgebildet. In dem Griff 6 befindet sich ein Laser, der einen punktförmigen Laserstrahl 15 parallel zur Längsrichtung des Griffs 6 aussendet. In der Messposition, die in 6 gezeigt ist, tastet der Laserstrahl 15 das konische geometrische Merkmal 12 des Referenzkörpers 2 ab. Dabei wird der Laserstrahl-Messgriffel 14 durch dessen Marker 8 von dem Tracking-System 3 erfasst. Dieser Vorgang wird anschließend für mindestens zwei weitere Referenzkörper 2, die sich im Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 befinden, wiederholt. Auf diese Weise werden mindestens drei Referenzkörper 2 mittels des Laserstrahl-Messgriffels 14 von dem Tracking-System 3 erfasst.
  • Anschließend werden die 3D-Koordinaten des Objekts mittels des Laserstrahl-Messgriffels 14 und mittels des Tracking-Systems 3 bestimmt. Der handgehaltene Laserstrahl-Messgriffel 14 wird im Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 über die Oberfläche des Objekts 1 bewegt. Dabei können mit dem Laserstrahl-Messgriffel 14 bestimmte oder alle Oberflächenpunkte des Objekts 1 gescannt werden. Dies geschieht zunächst, während sich das Tracking-System 3 in der in 7 gezeigten, ersten Position befindet.
  • Wenn die 3D-Koordinaten des Objekts 1, die sich im Erfassungsbereich des 3D-Sensors 3 befinden, ermittelt worden sind, kann das Tracking-System 3 in einer zweiten Position positioniert werden, beispielsweise in der Position, die in 8 gezeigt ist. Jetzt können die beschriebenen Vorgänge wiederholt werden.
  • Die 9 bis 12 zeigen eine dritte Ausführungsform, bei der entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen sind und nicht erneut beschrieben werden. Hier ist das Messgerät als 3D-Sensor 16 ausgebildet. Der 3D-Sensor 16 umfasst einen Laser-Linienscanner 17 und eine Kamera 18. Der Laser-Linienscanner 17 sendet einen linienförmigen Laserstrahl aus, also Laserstrahlen, deren Endpunkte eine Linie 19 bilden.
  • In der Messposition, die in 10 gezeigt ist, tastete die Linie 19 das konische geometrische Merkmal 12 des Referenzkörpers 2, der sich im Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 befindet, ab. Die Kamera 18 nimmt das Bild der Linie 19 auf den konischen geometrischen Merkmal 12 auf. Anschließend werden die bereits erläuterten Verfahrensschritte durchgeführt.
  • 13 bis 16 zeigen eine vierte Ausführungsform, bei der entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen sind und nicht erneut beschrieben werden. Hier ist das Messgerät als 3D-Sensor 20 ausgebildet, der einen Projektor 21 und eine Kamera 22 umfasst. Der Projektor 21 arbeitet mit Weißlicht. Er projiziert ein Streifenmuster auf den Referenzkörper 2 bzw. das Objekt 1.
  • In der Messposition, die in 14 gezeigt ist, wird das Streifenmuster auf das konische geometrische Merkmal 12 eines Referenzkörpers 2, der sich im Erfassungsbereich des Tracking-Systems 3 befindet, projiziert. Das Streifenmuster auf dem konischen geometrischen Merkmal 12 wird von der Kamera 22 erfasst. Auf diese Weise wird dieser Referenzkörper 2 mittels des 3D-Sensors 20 von dem Tracking-System 3 erfasst. Anschließend werden die bereits beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt.
  • Die Ausführungsformen der Erfindung können miteinander kombiniert werden.
  • Durch die Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, bei dem das hochgenaue, positionsübergreifende Koordinatensystem der Photogrammmetrie, das durch die photogrammetrisch vermessenen Referenzkörper 2 gebildet wird, benutzt werden kann, um die Koordinatensysteme des Tracking-Systems in den verschiedenen Positionen des Tracking-Systems zu korrigieren. Für die Bestimmung der absoluten 3D-Koordinaten im globalen Koordinatensystem der photogrammetrisch vermessenen Referenzkörper 2 ist es nicht erforderlich, sich überlappende Aufnahmen der Teiloberflächen des Objekts 1 herzustellen.
  • Durch die Erfindung wird es ermöglicht, einen optischen Bezug, der durch die Referenzmarken 10 hergestellt wird, in einen Bezug zu übertragen, der durch das geometrische Merkmal 12 hergestellt wird, insbesondere in einem taktilen Bezug, der durch ein taktiles geometrisches Merkmal 12 hergestellt wird.
  • Der Verfahrensablauf kann mit einer photogrammetrischen Messung der Referenzkörper beginnen. Die Referenzkörper können frei an dem Bauteil und/oder um das Bauteil herum verteilt werden. Es ist allerdings auch möglich, das Verfahren mit bereits photogrammetrisch vermessenen Referenzkörpern durchzuführen. Durch die photogrammetrische Messung werden die hochgenauen Referenzkörper im dreidimensionalen Raum an dem Objekt und/oder um das Objekt herum in einer sehr hohen Genauigkeit in einem gemeinsamen, globalen Koordinatensystem erfasst. Die Referenzkörper sind sowohl durch die Photogrammmetrie wie auch durch das punktreduzierbare geometrische Merkmal erfassbar, insbesondere durch ein taktiles punktreduzierbares geometrisches Merkmal. Sie legen auf diese Weise ein globales Bezugssystem fest. Alle auf dem Referenzkörper 2 befindlichen photogrammetrischen Messmarken und geometrische Merkmale sind hochgenau im Bezug zueinander bekannt. Sie befinden sich in einem lokalen gemeinsamen Koordinatensystem.
  • Durch das Antasten von mindestens drei Referenzkörpern in der Nähe des Objekts wird das Koordinatensystem des Tracking-Systems auf das globale Koordinatensystem der Photogrammmetrie transformiert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 553266 B1 [0002]
    • DE 102005043912 B4 [0003]
    • DE 10350861 A1 [0003]
    • DE 102009032262 A1 [0004]
    • DE 102010018979 A1 [0005]
    • DE 102011011360 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Objekts (1), bei dem in einem 1. Schritt das Objekt (1) in einer Umgebung positioniert wird, die eine Vielzahl von Referenzkörpern (2) aufweist, die photogrammetrisch vermessen sind und die ein geometrisches Merkmal (12) aufweisen, das von einem Messgerät (5, 14, 16, 20) detektierbar ist, bei dem in einem 2. Schritt ein Tracking-System (3) für das Messgerät (5, 14, 16, 20) in einer ersten Position positioniert wird, bei dem in einem 3. Schritt von dem Tracking-System (3) mindestens drei Referenzkörper (2) mittels des Messgeräts (5, 14, 16, 20) erfasst werden, bei dem in einem 4. Schritt die 3D-Koordinaten des Objekts (1) mittels des Messgeräts (5, 14, 16, 20) und mittels des Tracking-Systems (3) bestimmt werden, bei dem in einem 5. Schritt das Tracking-System (3) in einer zweiten Position positioniert wird und bei dem anschließend der 3. Schritt und der 4. Schritt erneut durchgeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tracking-System (3) in einer oder mehreren weiteren Positionen positioniert wird und jeweils anschließend der 3. Schritt und der 4. Schritt erneut durchgeführt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkörper (2) eine oder mehrere Referenzmarken (10) aufweisen, wobei vorzugsweise einige oder alle Referenzmarken (10) eine Kodierung (11) aufweisen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die photogrammetrisch vermessenen Referenzkörper (2) ein globales Koordinatensystem bilden und dass die lokalen Koordinaten des Messgeräts (5, 14, 16, 20) in globale Koordinaten umgerechnet werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkörper (2) unter Verwendung eines Referenzmaßstabs photogrammetrisch vermessen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät als Messgriffel (5) ausgebildet ist, der vorzugsweise einen Messtaster aufweist, der vorzugsweise als Messkugel (7) ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät als Laserstrahl-Messgriffel (14) ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät als 3D-Sensor (16) ausgebildet ist, der einen Laserscanner (17), insbesondere einen Laser-Linienscanner, und eine Kamera (18) aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät als 3D-Sensor (20) ausgebildet ist, der einen Projektor (21) zum Projizieren eines Musters auf den Referenzkörper (2) und/oder das Objekt (1) und eine Kamera (22) zum Aufnehmen des Referenzkörpers (2) und/oder des Objekts (1) aufweist.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Referenzkörpern (2), ein Messgerät (5, 14, 16, 20) und ein Tracking-System (3) für das Messgerät (5, 14, 16, 20), wobei das Messgerät vorzugsweise als Messgriffel (5) und/oder als Laserstrahl-Messgriffel (14) und/oder als 3D-Sensor (16) mit einem Laserscanner (17) und einer Kamera (18) und/oder als 3D-Sensor (20) mit einem Projektor (21) und einer Kamera (22) ausgebildet ist.
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