DE29918341U1 - Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Meßpunkten eines Meßobjekts relativ zu einem Bezugssystem - Google Patents

Description

F:\IJBDHF\DHFANM\2055011

Anmelder:

Dr.-Ing.

Charalambos Tassakos
Drischerstraße 66
52146 Würselen

2055011

15.10.1999 wrz / wrz

Titel: Vorrichtung zur Positionsbestimmung von

Meßpunkten eines Meßobjekts relativ zu einem Bezugssystem

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Meßpunkten eines Meßobjekts, mit einer Meßeinrichtung zum Bestimmen der Position der Meßpunkte relativ zu der Lage der Meßeinrichtung und mit einer Referenzmeßeinrichtung zum Bestimmen der Lage der Meßeinrichtung relativ zu einem Bezugssystem.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 197 21 903 Cl bekannt. Bei der dort offenbarten Vorrichtung ist die

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Meßeinrichtung als eine Tasteinrichtung mit einer Tasterspitze ausgebildet. Die Meßpunkte eines Meßobjekts werden vermessen, indem die einzelnen Meßpunkte mit der Tasterspitze der Tasteinrichtung nacheinander berührt werden. Die Lage der Tasteinrichtung in einem Bezugssystem wird durch eine mit der Tasteinrichtung starr verbundene Referenzmeßeinrichtung bestimmt.

Die Referenzmeßeinrichtung weist drei zueinander versetzte elektronische Kameras auf, die spezielle Meßsymbole in dem Bezugssystem erfassen. Aus der Lage der Meßsymbole wird die Position der Tasterspitze in dem Bezugssystem photogrammetrisch ermittelt. Mit der bekannten Vorrichtung kann somit die Position der Tasterspitze und damit die Position eines Meßpunkte relativ zu dem Bezugssystem bestimmt werden. Dies ist insbesondere online möglich, wobei zu jedem Meßpunkt die Signalwerte der Kameras zu einer Verarbeitungseinrichtung weitergegeben werden müssen, in der die Positionen der Meßpunkte dann ermittelt werden.

Wenn nun die Form und die Lage (Position und Ausrichtung) zumindest eines Teils eines Meßobjekts im dreidimensionalen Raum bestimmt werden soll, muss bei der bekannten Vorrichtung die Position von mindestens sechs Meßpunkten des Meßobjekts nacheinander ermittelt werden. Wenn bspw. eine kreisförmige Vertiefung in dem Meßobjekt bzgl. Form

und Lage vermessen werden soll, muss die Tasterspitze zum Bestimmen der Form der Vertiefung zunächst an mindestens drei verschiedenen Meßpunkten nacheinander von innen an dem Rand der Vertiefung zur Auflage gebracht und durch die Verarbeitungseinrichtung die Positionen der Meßpunkte ermittelt werden. Anschließend wird die Tasterspitze zum Bestimmen der Lage der Vertiefung im dreidimensionalen Raum an mindestens drei verschiedenen Meßpunkten außerhalb der Vertiefung auf einer Oberfläche des Meßobjekts nacheinander zur Auflage gebracht, und es werden wiederum die Positionen der Meßpunkte ermittelt. Es läßt sich leicht vorstellen, dass das Vermessen der Form und Lage komplexer Muster, insbesondere von allgemein durch Polygonzüge beschreibbaren Geometrien, des Meßobjekts noch wesentlich aufwendiger ist.

Die Aufnahme der Vielzahl von Messpunkten zum Bestimmen der Form und Lage eines einzigen Meßobjekts ist sehr zeit- und arbeitsaufwendig. Zudem ist das offenbarte Verfahren zum Bestimmen der Position von Meßpunkten eines Meßobjekts relativ fehlerträchtig, da die Messung fehlerbehaftet ist, sobald die Tasterspitze an einem Meßpunkt nicht voll zur Auflage kommt. Das kann bspw. bei schlecht zugänglichen Meßpunkten vorkommen oder wenn die Bestimmen der Position der Tasterspitze relativ zu dem Bezugssystem ausgelöst wird, obwohl die Tasterspitze noch auf dem Weg zu dem Meßpunkt ist oder schon wieder von dem Meßpunkt abrückt.

Als nachteilig kommt noch hinzu, dass mit der bekannten Vorrichtung nur solche Meßobjekte Vermessen werden können, die aus einem Material bestehen, das bei der Auflage der Tasterspitze nicht nachgibt. Deshalb können Meßobjekte aus nachgiebigen Materialien, wie bspw. aus Schaumstoff oder Gummi, nicht vermessen werden. Auch Muster auf planen Oberflächen eines Meßobjekts können mit der bekannten Vorrichtung nicht vermessen werden, da zum Bestimmen der Form des Musters eine seitliche Auflagefläche für die Tasterspitze notwendig ist (im o. g. Beispiel der Rand der Vertiefung), die auf einer planen Oberfläche nicht vorhanden ist. Deshalb können bspw. die auf einem Glas-Keramik Kochfeld aufgebrachten Muster zur Begrenzungen der einzelnen Kochstellen mit der bekannten Vorrichtung nicht vermessen werden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht in der recht aufwendigen Ausbildung des Referenzmeßsystems. Es muß zunächst eine mit dem Bezugssystem starr verbundene Targetfläche mit den darauf angebrachten Meßsymbolen vorgesehen werden. Die starre Verbindung zwischen der Targetfläche und dem Bezugssystem darf keinesfalls verloren gehen und die Meßsymbole müssen hochgenau auf der Targetfläche aufgebracht sein, da es sonst zu einer fehlerhaften Positionsbestimmung der Meßpunkte kommt. Auch das bei der bekannten Vorrichtung angewandte

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photogrammetrische Verfahren zur Ermittlung der Position der Tasterspitze aus den erfaßten Meßsymbolen (sog. inverse Photogrammetrie) ist sehr aufwendig, zeit- und rechenintensiv.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu vereinfachen und dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass beliebige Meßobjekte, insbesondere mit beliebig ausgebildeten Oberflächen und aus beliebigen Materialien bestehend, vermessen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von der Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass die Referenzmeßeinrichtung als ein Meßarm oder ein Roboterarm ausgebildet ist, dessen proximales Ende in einem festen Bezug zu dem Bezugssystem steht, und die Meßeinrichtung als eine optische Sensoreinrichtung ausgebildet ist, die an dem distalen Ende des Meßarms bzw. des Roboterarms angeordnet ist, wobei die optische Sensoreinrichtung mindestens zwei Ein- oder Mehrbildsensoren aufweist, die Bilder zumindest eines Teils des Meßobjekts aufnehmen, und die Vorrichtung eine Verarbeitungseinrichtung aufweist, die aus den aufgenommenen Bildern die Position der Meßpunkte des Meßobjekts bestimmt,

wobei die Verarbeitung der aufgenommenen Bilder mit der Aufnahmefrequenz der Ein- oder Mehrbildsensoren schritthaltend erfolgt (Echtzeitverarbeitung).

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kombiniert in vorteilhafter Weise eine einfach ausgebildete, besonders genau und schnell arbeitende optische Sensoreinrichtung mit einem einfach aufgebauten und leicht handhabbaren Meßarm bzw. Roboterarm. Insgesamt ergibt sich eine einfach aufgebaute Vorrichtung, mit der beliebige Meßobjekte, insbesondere mit beliebig ausgebildeten Oberflächen und aus beliebigen Materialien bestehend, auf einfache Weise vermessen werden können.

Ein Meßarm weist mehrere gelenkig miteinander verbundene Glieder auf. Der Meßarm ist mit seinem proximalen Ende in einem Bezugssystem angeordnet. Das distale Ende des Meßarms ist in mehreren Freiheitsgraden bewegbar. Der Meßarm wird üblicherweise durch eine Bedienperson von Hand bewegt. Die Anzahl der Freiheitsgrade, in denen der Meßarm bewegbar ist, hängt von der Anzahl der Glieder und der Anzahl und der Art der Gelenke zwischen den Gliedern ab. Der Meßarm weist Sensoren auf, die eine Bewegung der Gelenke aufnehmen und vorzugsweise im Bereich der Gelenke angeordnet sind. Die Sensorsignale werden an eine Verarbeitungseinrichtung geleitet, die aus den Sensorsignalen die Lage des distalen

Endes des Meßarms relativ zu dem Bezugssystem bestimmt. Meßarme, wie sie für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, werden bspw. von der Firma Faro, Lake Mary, Florida, USA (http://www.faro.com) unter der Bezeichnung FaroArm vertrieben.

Alternativ kann statt eines Meßarms auch ein Roboterarm eingesetzt werden, der ebenfalls mehrere gelenkig miteinander verbundene Glieder aufweist und mit seinem proximalen Ende in einem Bezugssystem angeordnet ist. Das distale Ende des Roboterarms ist in mehreren Freiheitsgraden bewegbar. Dazu sind in dem Roboterarm mehrere Aktoren angeordnet, die von der Verarbeitungseinrichtung derart angesteuert werden, dass das distale Ende des Roboterarms eine vorgegebenen Lage einnimmt. Die Anzahl der Freiheitsgrade, in denen der Roboterarm bewegbar ist, hängt von der Anzahl der Glieder und der Anzahl und der Art der Gelenke zwischen den Gliedern ab. Zum Bestimmen der Lage des distalen Endes des Roboterarms weist der Roboterarm entweder Sensoren auf, die eine Bewegung der Gelenke aufnehmen und vorzugsweise im Bereich der Gelenke angeordnet sind. Alternativ ist es auch denkbar, dass statt der tatsächlichen Istwerte die Sollwerte der Lage des distalen Endes des Roboterarms herangezogen werden. Die Sollwerte sind der Verarbeitungseinrichtung.bekannt, da sie den Roboterarm

entsprechend steuert. Roboter mit Roboterarmen, wie sie für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, sind bspw. aus dem Bereich der Automobilfertigung in unterschiedlichen Ausführungsformen und von verschiedenen Herstellern bekannt.

An dem distalen Ende des Meßarms bzw. des Roboterarms ist eine optische Sensoreinrichtung angeordnet, mit der die Position von Meßpunkten eines Meßobjekts relativ zu der Lage der Sensoreinrichtung bestimmt werden kann. Die optische Sensoreinrichtung kann die Meßpunkte des Meßobjekts auf unterschiedliche Weise erfassen. Sie kann mit optischer Strahlung beliebiger Wellenlängen arbeiten. Sie kann jeden einzelnen Meßpunkt einzeln oder mehrere gleichzeitig erfassen. Eine bevorzugte Ausführungsform einer für die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut geeigneten optischen Sensoreinrichtung ist in der DE 199 10 699 beschrieben.

Die optische Sensoreinrichtung weist mindestens zwei Ein- oder Mehrbildsensoren auf. Mittels der Einbildsensoren (z. B. Kameras zur Aufnahme von Standbildern) oder der Mehrbildsensoren (z. B. Kameras zur Aufnahme bewegter Bilder) werden Bilder zumindest von dem Teil des Meßobjekts aufgenommen, das vermessen werden soll. Durch den Einsatz von mindestens zwei Ein- oder Mehrbildsensoren können auf

einfache Weise Abbilder des Meßobjekts mit einem höheren Informationsgehalt gewonnen werden. Für die Aufnahme der Bilder ist es nicht erforderlich, dass die Ein- oder Mehrbildsensoren in einer bestimmten Lage zu den aufzunehmenden Meßpunkten des Meßobjekts stehen. Die Meßpunkte müssen lediglich in den von den Ein- oder Mehrbildsensoren aufgenommenen Bildern enthalten sein. Bei entsprechender Hardware- und Softwareauslegung erfolgt die Aufnahme von Bildern mit den Ein- oder Mehrbildsensoren innerhalb sehr kurzer Zeit.

Aus den von den Ein- oder Mehrbildsensoren aufgenommenen Bildern werden in der Verarbeitungseinrichtung die Positionen der Meßpunkte des Meßobjekts bestimmt. Dazu werden geeignete Bildbearbeitungsverfahren eingesetzt. Die Verarbeitung der aufgenommenen Bilder erfolgt mindestens mit der Aufnahmefrequenz der Ein- oder Mehrbildsensoren schritthaltend. Eine derartige Verarbeitung wird auch als Echtzeitverarbeitung bezeichnet. Die Echtzeitverarbeitung hat den Vorteil, dass von den Bildsensoren ständig Bilder aufgenommen und ausgewertet werden können, während sich die Sensoreinrichtung an dem Meßobjekt vorbei bewegt. Die Aufnahme und Verarbeitung von Bildern kann beendet werden, sobald die Sensoreinrichtung ein bestimmtes Meßobjekt vermessen hat, d. h. von diesem Meßobjekt Bilder aufgenommen und ausgewertet hat. Dadurch kann eine

Suchfunktion realisiert werden, durch die eine Automatisierung des Vermessens von Meßobjekten mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erleichtert wird.

Für die optische Sensoreinrichtung können Ein- oder Mehrbildsensoren eingesetzt werden, die bspw. alle 20ms bzw. 40ms ein Bild aufnehmen, das aufgenommene Bild an die Verarbeitungseinrichtung übertragen und es dort ablegen, so dass im Rahmen der weiteren Verarbeitung jederzeit auf das aufgenommene Bild zugegriffen werden kann. Die in der Verarbeitungseinrichtung abgelegten Bilder werden dann in dem nachfolgenden Verarbeitungstakt (20ms bzw. 40ms später) verarbeitet. Die eigentliche Aufnahme der Bilder erfolgt für alle Bildsensoren der Sensoreinrichtung quasigleichzeitig und dauert in der Regel weniger als 2ms, insbesondere etwa 0,5ms. Durch den Einsatz eines Blitzlichts, das etwa 0,02ms (etwa 1/100 der Aufnahmezeit der Bildsensoren) dauernde Lichtblitze auf das Meßobjekt aussendet, kann die effektive Aufnahmezeit reduziert werden. Der Großteil der 20ms bzw. 40ms wird zum Einlesen der aufgenommenen Bilder in die Verarbeitungseinrichtung benötigt.

Immer wenn die Position eines oder mehrerer Meßpunkte relativ zu der Lage der optischen Sensoreinrichtung von der Sensoreinrichtung aufgenommen wird, wird durch den Meßarm

bzw. durch den Roboter auch die Lage der Sensoreinrichtung relativ zu dem Bezugssystem bestimmt. Aus diesen beiden Positionswerten kann dann die Position des oder der Meßpunkte relativ zu dem Bezugssystem ermittelt werden. Anhand der Position der Meßpunkte kann schließlich die Lage des Meßobjekts oder eines Teils des Meßobjekts relativ zu dem Bezugssystem bestimmt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch von ungelernten Bedienpersonen bedient werden, da keine Kenntnisse darüber erforderlich sind, welche Meßpunkte eines Meßobjekts genau angefahren werden müssen, um eine ausreichend genaue Vermessung des Meßobjekts zu erreichen. Es genügt, wenn die Meßpunkte des Meßobjekts grob angefahren werden und in den aufgenommenen Bildern enthalten sind. Dazu ist es erforderlich, dass die Hardware der optischen Sensoreinrichtung so eingestellt ist, dass sämtliche zu erfassenden Meßpunkte des Meßobjekts auch tatsächlich von der Sensoreinrichtung erfaßt werden können, d. h. die Ein- oder Mehrbildsensoren müssen auf ein vorgebenes Meßvolumen ausgerichtet sein und der Teil des Meßobjekts, der vermessen werden soll, in dem Meßvolumen angeordnet sein. Die Auswahl der richtigen Meßpunkte eines aufgenommenen Meßobjekts und die Positionsbestimmung der Meßpunkte wird dann von einer Bildbearbeitungssoftware in der Verarbeitungseinrichtung durchgeführt.

Dank des Einsatzes der vorgeschlagenen optischen Sensoreinrichtung mit der schnellen Verarbeitung kann die Position von Meßpunkten eines Meßobjekts überhaupt erst mit einem Meßarm bestimmt werden. Bei herkömmlichen Meßeinrichtungen dauert das Erfassen der Meßpunkte nämlich so lange, dass deren Einsatz in Verbindung mit einem Meßarm sinnvollerweise nicht möglich ist. Der von einer Bedienperson geführte Meßarm ist einer natürlichen Zitterbewegung der Bedienperson unterworfen, der die Positionsbestimmung der Meßpunkte mit herkömmlichen Meßeinrichtungen verfälscht. Die vorgeschlagene optische Sensoreinrichtung benötigt eine so kurze Zeit (z. B. 2ms, bzw. 0,02ms beim Einsatz eines Blitzlichts) zur Aufnahme der Bilder des Meßobjekts, dass sich die Zitterbewegungen der Bedienperson nicht auf die Positionsbestimmung auswirken.

Ebenso kommt es beim Verfahren eines Roboterarms am Ende der Verfahrbewegung zu einem Nachschwingen des distalen Endes des Roboterarms. Bei herkömmlichen Meßeinrichtungen führt dieses Nachschwingen zu Meßfehlern bei der Positionsbestimmung der Meßpunkte, so dass das Abklingen des Nachschwingens abgewartet werden muss, bevor die Positionsbestimmung durchgeführt werden kann. Durch den Einsatz der vorgeschlagenen optischen Sensoreinrichtung kann in vorteilhafter Weise noch während des Nachschwingens

mit der Positionsbestimmung begonnen werden, da die optische Sensoreinrichtung eine so kurze Zeit zur Aufnahme der Bilder des Meßobjekts benötigt,"dass sich das Nachschwingen nicht auf die Positionsbestimmung auswirkt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verarbeitungseinrichtung für jedes der von den Ein- oder Mehrbildsensoren aufgenommenen Bilder die Position der Meßpunkte des Meßobjekts bestimmt, wobei die Verarbeitungseinrichtung erste Mittel zum Herausfiltern der besten Positionen der Meßpunkte aufweist. Das Herausfiltern der besten Positionen kann bspw. durch Mitteln der an einem Meßobjekt bestimmten Positionen der Meßpunkte und durch Streichen derjenigen Positionen, die eine zu große Abweichung von dem Mittelwert aufweisen, erfolgen. Das Herausfiltern der besten Positionen kann auch mit Hilfe der Standardabweichung der an einem Meßobjekt bestimmten Positionen der Meßpunkte erfolgen. Auf diese Weise können Ausreißer aus den Messungen herausgefiltert werden. Dadurch können die Auswirkungen von Zitterbewegungen einer Bedienperson des Meßarms bzw. die Auswirkungen des Nachschwingens des Roboterarms auf die Positionsbestimmung der Meßpunkte mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter reduziert werden.

Gemäß noch einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verarbeitungsvorrichtung zweite Mittel zum Ermitteln sowohl der Form als auch der Lage zumindest eines Teils des Meßobjekts relativ zu der Lage der optischen Sensoreinrichtung aus der Position der Meßpunkte aufweist. Der Teil eines Meßobjekts, dessen Form und Lage (Position und Ausrichtung) bestimmt werden soll, ist bspw. als eine farbliche Begrenzung der Kochstellen auf einem Glas-Keramik Kochfeld ausgebildet, deren richtige Positionierung auf dem Glas-Keramik Kochfeld überprüft werden soll. Ein weiterer typischer Anwendungsfall für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist das Vermessen des Profils eines Fahrzeugreifens. Ein besonders bevorzugter Anwendungsbereich ist die Fahrzeugtechnik, wo mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Lage (Position und Ausrichtung) einer Klappe (Autotür, Kofferraum- oder Motorraumdeckel) relativ zu der Fahrzeugkarosserie überprüft werden kann.

Die zweiten Mittel der Verarbeitungseinrichtung sind vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sie die Form und die Lage zumindest eines Teils des Meßobjekts relativ zu der Lage der optischen Sensoreinrichtung quasigleichzeitig erfassen. Das hat den Vorteil, dass zum Erfassen der Form und der Lage nicht nacheinander mehrere

getrennte Messungen durchgeführt werden müssen. Vielmehr werden die entsprechenden Meßpunkte für die Messungen quasi-gleichzeitig erfaßt. Quasi-gleichzeitig im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Messungen für Form und Lage des Meßobjekts in einem so kurzen Abstand nacheinander durchgeführt werden, dass den Messungen ohne Genauigkeitsverluste derselbe Wert für die Lage der Sensoreinrichtung relativ zu dem Bezugssystem zugeordnet werden kann.

Die Ein- oder Mehrbildsensoren sind vorzugsweise als elektronische Kameras, insbesondere als CCD-Kameras, ausgebildet. CCD-Kameras enthalten sog. CCD-Bildwandler, die eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Halbleiterbauelementen als photoelektrische Lichtempfänger aufweisen. Die Lichtempfänger ermöglichen eine Zerlegung der von einem Kameraobjektiv entworfenen optischen Bilder in einzelne Bildelemente und ihre Umwandlung in elektrische Signale. Die Ausgangssignale von CCD-Kameras liegen bereits in digitaler Form vor und müssen für eine Weiterverarbeitung in der Verarbeitungseinrichtung nicht erst noch digitalisiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ein- oder Mehrbildsensoren jeweils mindestens zwei Bilder mit

zweidimensionalem Informationsgehalt zumindest eines Teils des Meßobjekts aufnehmen und dass die Verarbeitungseinrichtung die zweidimensionalen Bilder zu mindestens einem Abbild mit dreidimensionalem Informationsgehalt zusammenfügt und das Abbild auswertet, um die Form und die Lage des aufgenommenen Teils des Meßobjekts relativ zu der Lage der optischen Sensoreinrichtung zu bestimmen. Jedem aufgenommenen zweidimensionalen Bild werden von dem Meßarm bzw. dem Roboterarm aufgenommene Werte für die Lage der Sensoreinrichtung relativ zu dem Bezugssystem zugeordnet. Zwei zweidimensionale Bilder, die denselben Teil des Meßobjekts darstellen, werden zu einem Abbild mit dreidimensionalem Informationsgehalt zusammengefügt. Das Abbild muss nicht als dreidimensionales Bild, auf dem das aufgenommene Meßobjekt dreidimensional dargestellt ist, vorhanden sein. Vielmehr kann das dreidimensionale Abbild auch einfach als mathematisches Modell vorhanden sein, anhand dessen dann durch die Verarbeitungseinrichtung die Form und Lage des aufgenommenen Teils des Meßobjekts bestimmt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt die Vorrichtung nach ihrer Aktivierung ständig mit der optischen Sensoreinrichtung mit der Aufnahmefreguenz Bilder auf und verarbeitet diese in der

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Verarbeitungseinrichtung, wobei die Verarbeitungseinrichtung dritte Mittel aufweist, um die ermittelten Positionen der Meßpunkte des Meßobjekts als gültig oder ungültig zu klassifizieren, je nach dem ob die ermittelten Positionen innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Meßvolumens der optischen Sensoreinrichtung liegen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird also die optische Sensoreinrichtung entweder an einem Meßarm von der Bedienperson manuell oder von einem Roboter an einem Roboterarm in Richtung auf das zu vermessende Meßobjekt verfahren. Nach der Aktivierung der Vorrichtung nehmen die Ein- oder Mehrbildsensoren mit der Abtastfrequenz Bilder auf, die in Echtzeit von der Verarbeitungseinrichtung verarbeitet werden. Solange die Positionen der Meßpunkte des Meßobjekts außerhalb eines vorgegebenen Meßvolumens liegen, werden die Positionen als ungültig klassifiziert und es werden erneut Bilder aufgenommen. Sobald die Verarbeitungseinrichtung feststellt, dass die Positionen der Meßpunkte innerhalb des Meßvolumens liegen, werden die Positionen als gültig klassifiziert. Die Positionsbestimmung kann nun beendet oder so lange fortgesetzt werden, bis eine vorgegebene Anzahl gültiger Messungen desselben Meßobjekts vorliegen.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung Signalisierungsmittel auf, um eine gültige Positionsbestimmung der Meßpunkte eines Meßobjekts nach außen hin mitzuteilen. Falls ein Meßarm als Referenzmeßeinrichtung eingesetzt wird, können die Signalisierungsmittel bspw. als Anzeigemittel (Signalleuchte oder Symbol auf einem Bildschirm) oder akustische Mittel (Signalton) ausgebildet sein, um der Bedienperson eine gültige Positionsbestimmung mitzuteilen. Falls ein Roboterarm als Referenzmeßeinrichtung eingesetzt wird, können die Signalisierungsmittel dem Roboter in entsprechender Weise eine gültige Ermittlung von Meßpunkten mitteilen. Die Bedienperson oder der Roboter kann daraufhin die laufende Positionsbestimmung beenden und die optische Sensoreinrichtung bspw. in eine Ruheposition verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird inaktiviert.

Alternativ kann die optische Sensoreinrichtung nach dem Ende der Positionsbestimmung der Meßpunkte eines Meßobjekts zu einem weiteren Meßobjekt verfahren werden, wo dann eine erneute Positionsbestimmung von Meßpunkten des weiteren Meßobjekts durchgeführt wird. Dazu wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, dass die Verarbeitungseinrichtung eine Ablaufsteuerung aufweist, in der mehrere zu vermessende Meßobjekte in einer bestimmten

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Reihenfolge abgelegt sind, wobei die Ablaufsteuerung nach dem Ende der Positionsbestimmung der Meßpunkte eines zu vermessenden Meßobjekts automatisch zu dem nächsten Meßobjekt wechselt. Wenn die Positionsbestimmung der Meßpunkte des gemäß der Ablaufsteuerung letzten zu vermessenden Meßobjekts abgeschlossen ist, beendet die Ablaufsteuerung die Positionsbestimmung und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird inaktiviert.

Die Ein- oder Mehrbildsensoren der optischen Sensoreinrichtung arbeiten in einem vorgegebenen Meßvolumen. Nur innerhalb dieses Meßvolumens haben die Ein- oder Mehrbildsensoren eine vorgegebene Auflösung. Die Lage des Meßobjekts kann nur dann mit einer geforderten Genauigkeit bestimmt werden, wenn die Meßpunkte des Meßobjekts innerhalb des Meßvolumens positioniert sind. Deshalb wird die Sensoreinrichtung von der Bedienperson oder von dem Roboter derart in einem Abstand zu dem zu vermessenden Teil des Meßobjekts positioniert, dass sich die aufzunehmenden Meßpunkte in dem Meßvolumen befinden.

Zur Überwachung des Meßvolumens in zwei Dimensionen ist ein Bildschirm an die optische Sensoreinrichtung angeschlossen. Auf dem Bildschirm sind die Ausgangssignale der Ein- oder Mehrbildsensoren, also das von den Ein- oder Mehrbildsensoren erfaßte Sichtfeld, dargestellt. Die

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optische Sensoreinrichtung an dem distalen Ende des Meßarms oder des Roboterarms wird so lange verschoben bis sämtliche aufzunehmenden Meßpunkte des Meßobjekts auf dem Bildschirm zu erkennen sind. Auf diese Weise kann die Sensoreinrichtung von der Bedienperson bzw. von dem Roboter auf einfache Weise so positioniert werden, dass die Messpunkte des Meßobjekts in den zwei auf dem Bildschirm dargestellten Dimensionen innerhalb des Meßvolumens liegen.

Zur Überwachung des Meßvolumens in der dritten Dimension, die senkrecht zu den zwei auf dem Bildschirm dargestellten Dimensionen liegt, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass die optische Sensoreinrichtung mindestens einen Laser zum Bestimmen des Abstands der optischen Sensoreinrichtung zu einer Oberfläche des Meßobjekts mit Hilfe eines Laserstrahls aufweist. Wenn der Abstand auch in der dritten Dimension auf einen definierten Wert eingestellt wird, ist sichergestellt dass sich die Meßpunkte innerhalb des Meßvolumens der optischen Sensoreinrichtung befinden.

Die Abstandsmessung zwischen der Sensoreinrichtung und der Oberfläche des Meßobjekts kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Insbesondere wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die optische Sensoreinrichtung einen Laser zum Aussenden eines Laserstrahls auf die Oberfläche des

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Meßobjekts, einen optischen Sensor zum Empfang des an der Oberfläche des Meßobjekts reflektierten Laserstrahls und Mittel zum Messen der Laufzeit des Laserstrahls von dem Laser bis zu dem optischen Sensor und zum Bestimmen des Abstands der optischen Sensoreinrichtung zu der Oberfläche des Meßobjekts aus der Laufzeit des Laserstrahls aufweist. Der optische Sensor ist bspw. als ein Flächensensor ausgebildet. Der ermittelte Abstand zwischen der Sensoreinrichtung und der Oberfläche des Meßobjekts wird der Bedienperson dann bspw. auf dem Bildschirm oder einer anderen Anzeigevorrichtung angezeigt oder an die Verarbeitungseinrichtung zur Ansteuerung des Roboters übermittelt. Die Bedienperson bzw. der Roboter verschiebt die Sensoreinrichtung so lange, bis sie sich in einem vorgegebenen Abstand zu der Oberfläche des Meßobjekts, d. h. innerhalb des Meßvolumens, befindet.

Alternativ wird vorgeschlagen, dass die optische Sensoreinrichtung zwei Laser zum Aussenden von zwei Laserstrahlen in Richtung auf die Oberfläche des Meßobjekts aufweist, wobei die Laserstrahlen in einer gemeinsamen Ebene verlaufen und sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden, der innerhalb des Meßvolumens der optischen Sensoreinrichtung liegt. Der Abstand der Abbildungen der Laserstrahlen verändert sich in Abhängigkeit von dem Abstand der Sensoreinrichtung zu der Oberfläche des

Meßobjekts. Wenn die Sensoreinrichtung den vorgegebenen Abstand zu der Oberfläche aufweist, sind die beiden Abbildungen der Laserstrahlen deckungsgleich und es ist nur noch eine einzige Abbildung auf der Oberfläche des Meßobjekts zu erkennen. Es ist denkbar, dass die Bedienperson die Abbildungen der Laserstrahlen auf der Oberfläche des Meßobjekts verfolgt. Die Bedienperson verschiebt die Sensoreinrichtung so lange, bis nur noch eine Abbildung der Laserstrahlen zu erkennen ist.

Statt der Bedienperson kann die Überwachung des Abstands der Abbildungen der beiden Laserstrahlen auch automatisch mit Hilfe eines Flächensensors durchgeführt werden. Dazu wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, dass die optische Sensoreinrichtung einen Flächensensor zur Aufnahme der Abbildungen der beiden Laserstrahlen auf der Oberfläche des Meßobjekts und Mittel zum Messen des Abstands der Abbildungen der Laserstrahlen und zum Bestimmen des Abstands der optischen Sensoreinrichtung zu der Oberfläche des Meßobjekts aus dem Abstand der Abbildungen der Laserstrahlen aufweist. Dazu müssen die trigonometrischen Zusammenhänge zwischen den Lasern und dem Flächensensor bekannt sein. Der ermittelte Abstand zwischen der optischen Sensoreinrichtung und der Oberfläche des Meßobjekts kann der Bedienperson dann bspw. auf dem Bildschirm oder einer anderen Anzeigevorrichtung

angezeigt werden. Alternativ kann der ermittelte Abstand auch der Verarbeitungseinrichtung übermittelt werden, die die Sensoreinrichtung an dem distalen Ende des Roboterarms dann entsprechend verfährt.

Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtungen ist es einer Bedienperson bzw. einem Roboter möglich, die optische Sensoreinrichtung auf einfache Weise in eine solche Lage relativ zu den Meßpunkten des Meßobjekts zu bringen, dass die Meßpunkte in dem Meßvolumen der optischen Sensoreinrichtung angeordnet sind. Dadurch ist eine genaue Positionsbestimmung der Meßpunkte des Meßobjekts relativ zu dem Bezugssystem sichergestellt.

Des weiteren wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Flächensensor zum Empfang des an der Oberfläche des Meßobjekts reflektierten Laserstrahls bzw. zum Empfang der Abbildungen der Laserstrahlen auf der Oberfläche des Meßobjekts als mindestens ein Ein- oder Mehrbildsensor, bspw. als eine CCD-Kamera, ausgebildet ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Meßpunkten eines Meßobjekts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 2 eine optische Sensoreinrichtung der Vorrichtung aus Fig. 1, im Schnitt von oben; und

Fig. 3 die optische Sensoreinrichtung aus Fig. 2 in einer Ansicht von vorne.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Meßpunkten eines Meßobjekts in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 1 weist eine als optische Sensoreinrichtung ausgebildete und in Fig. 1 nur symbolisch dargestellte Meßeinrichtung zum Erfassen von Meßpunkten des Meßobjekts relativ zu der Lage der Sensoreinrichtung 2 auf. Außerdem weist die Vorrichtung 1 eine als Meßarm 3 ausgebildete Referenzmeßeinrichtung zum Bestimmen der Lage der Sensoreinrichtung 2 relativ zu einem Bezugssystem 4 auf.

Der Meßarm 3 steht mit seinem proximalen Ende 5 in einem festen Bezug zu dem Bezugssystem 4. Der Meßarm 3 weist mehrere über Gelenke 6 miteinander verbundene Glieder auf. Die Gelenke 6 sind bspw. als Drehgelenke, Kugelgelenke

oder Schubgelenke ausgebildet. Das distale Ende 8 des Meßarms 3 ist in mehreren Freiheitsgraden bewegbar. Die Anzahl der Freiheitsgrade, in denen der Meßarm 3 bewegbar ist, hängt von der Anzahl der Glieder 7 und der Anzahl und der Art der Gelenke 6 zwischen den Gliedern 7 ab. Der Meßarm 3 weist Sensoren (nicht dargestellt) auf, die eine Bewegung der Gelenke 6 aufnehmen. Die Sensorsignale werden an eine Verarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt) geleitet, die aus den Sensorsignalen die Lage des distalen Endes 8 des Meßarms 3 relativ zu dem Bezugssystem 4 bestimmt.

Der Meßarm 3 wird durch eine Bedienperson (nicht dargestellt) von Hand bewegt. Dazu faßt die Bedienperson den Meßarm im Bereich des distalen Endes 8 an einem Griff an. Mit Hilfe des Meßarms 3 kann auf einfache Weise, schnell und mit einer hohen Genauigkeit, die im Bereich von wenigen 1/lOOmm liegt, die Lage des distalen Endes 8 des Meßarms 3 relativ zu dem Bezugssystem 4 bestimmt werden. Meßarme 3, wie sie für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden, werden bspw. von der Firma Faro, Lake Mary, Florida, USA (http://www.faro.com) unter der Bezeichnung FaroArm vertrieben.

An dem distalen Ende 8 des Meßarms 3 ist die optische Sensoreinrichtung 2 angeordnet, die in Fig. 1 nur

symbolisch dargestellt ist. Eine bevorzugte optische Sensoreinrichtung 2 für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist in der DE 199 10 699 beschrieben. Mit der Sensoreinrichtung 2 kann die Position von beliebigen Meßpunkten 11 eines Meßobjekts 12 relativ zu der Lage der Sensoreinrichtung 2 bestimmt werden. Aus der Lage der optischen Sensoreinrichtung 2 relativ zu dem Bezugssystem 4 und aus der Position der Meßpunkte 11 relativ zu der Lage der Sensoreinrichtung 2 kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 die Position der Meßpunkte 11 des Meßobjekts 12 in dem Bezugssystem 4 bestimmt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kombiniert in vorteilhafter Weise eine einfach ausgebildete, besonders genau und schnell arbeitende optische Sensoreinrichtung 2 mit einem einfach aufgebauten und leicht handhabbaren Meßarm 3. Insgesamt ergibt sich eine einfach aufgebaute Vorrichtung 1, mit der beliebige Meßobjekte 12, insbesondere mit beliebig ausgebildeten Oberflächen und aus beliebigen Materialien bestehend, vermessen werden können.

In Fig. 2 ist die Sensoreinrichtung 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 im Ausschnitt und in einem Schnitt von oben dargestellt. Die Sensoreinrichtung 2 weist zwei Ein- oder Mehrbildsensoren 13 auf, die vorzugsweise als CCD-Kameras ausgebildet sind. Um genau, definierte optische

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Eigenschaften der Sensoren 13 zu erreichen sind vor den Öffnungen der Sensoren optische Elemente 14, z. B. Linsen, angeordnet. Die optischen Achsen 15 der beiden Sensoren 13 sind zueinander versetzt angeordnet und schneiden sich einem gemeinsamen Schnittpunkt 19. Jeder der Sensoren 13 nimmt eines oder mehrere Bild mit zweidimensionalem Informationsgehalt von dem Meßobjekt 12 auf. Die zweidimensionalen Bilder werden dann zu einem oder mehreren Bildern mit dreidimensionalem Informationsgehalt zusammengesetzt. Aus einem dreidimensionalen Bild kann dann die Position eines Meßpunkts 11 im dreidimensionalen Raum relativ zu der Lage der Sensoreinrichtung 2 ermittelt werden. Zusammen mit dem von dem Meßarm 3 gemessenen Wert der Lage der Sensoreinrichtung 2 relativ zu dem Bezugssystem 4 kann dann die Position des Meßpunkts 11 des Meßobjekts 12 relativ zu dem Bezugssystem 4 bestimmt werden. Anhand der Positionen von mehreren Meßpunkten 11 kann die Form und die Lage (Position und Ausrichtung) des Meßobjekts 12 relativ zu dem Bezugssystem 4 ermittelt werden.

Der Schnittpunkt 19 der optischen Achsen 15 der Sensoren liegt in einem vorgegebenen Meßvolumen 16 der Sensoreinrichtung 2. Das Meßvolumen 16 ist in Fig. 1 mit viereckiger Form und in Fig. 2 kreisförmig angedeutet. Die zu erfassenden Meßpunkte 1.1 müssen innerhalb dieses

Meßvolumens 16 liegen, damit eine Bestimmung der Position der Meßpunkte 11 mit einer ausreichenden Genauigkeit
möglich ist.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Meßobjekt 12 als kreisförmiges Muster zur Kennzeichnung der
Kochstellen eines planen Glas-Keramik Kochfeldes
ausgebildet. Als Meßpunkte 11 werden Punkte am äußeren Rand des kreisförmigen Musters ausgewählt. Im Rahmen der
Qualitätskontrolle soll überprüft werden, ob die
kreisförmigen Muster 12 an den richtigen Positionen auf dem Glas-Keramik Kochfeld aufgebracht sind.

Die Verarbeitungseinrichtung weist eine Ablaufsteuerung
auf, in der die zu vermessenden Meßobjekte 12, im
vorliegenden Ausführungsbeispiel die kreisförmigen Muster der verschiedenen Kochstellen des Glas-Keramik Kochfelds, in einer vorgegebenen Reihenfolge abgelegt sind. Zu Beginn eines Meßzyklusses wird das erste Meßobjekt 12 der
Ablaufsteuerung durch die Bedienperson mit der optischen
Sensoreinrichtung 2 angefahren, so dass das zu vermessende Meßobjekt 12 in einem vorgegebenen Meßvolumen 16 der
optischen Sensoreinrichtung 2 liegt. Nach der Aktivierung der Vorrichtung 1 nimmt jeder Ein- oder Mehrbildsensor 13 der Sensoreinrichtung 2 mit einer bestimmten
Aufnahmefrequenz (z. B. alle 40ms) Bilder auf. Die

aufgenommenen Bilder werden von der

Verarbeitungseinrichtung in Echtzeit verarbeitet, d. h. die Verarbeitung erfolgt schritthaltend mit der Aufnahmefrequenz. Erst durch eine derart schnelle Aufnahme und Verarbeitung von Bildern des Meßobjekts 12 ist es möglich, einen Meßarm 3 als Referenzmeßeinrichtung einzusetzen, ohne dass Zitterbewegungen der Bedienperson, die auf den Meßarm 3 und die optische Sensoreinrichtung 2 übertragen werden, zu Meßfehlern bei der Positionsbestimmung führen.

Die Verarbeitungseinrichtung klassifiziert die aus den aufgenommenen Bildern ermittelten Positionen der Meßpunkte 11 so lange als ungültig, wie sie außerhalb des Meßvolumens 16 der Sensoreinrichtung 2 liegen. Sobald die optische Sensoreinrichtung 2 von der Bedienperson in den Bereich des Meßobjekts 12 verfahren wurde und die Meßpunkte 11 innerhalb des Meßvolumens 16 liegen, werden die ermittelten Positionen als gültig klassifiziert. Es wird eine vorgegebene Anzahl gültiger Messungen durchgeführt. Aus den gültigen Messungen werden die besten, d. h. die möglichst nah bei einem Mittelwert der gültigen Messungen liegen oder die einen möglichst kleinen Einfluß auf die Standardabweichung haben, herausgefiltert und für eine Weiterverarbeitung herangezogen. Nachdem die vorgegebene Anzahl gültiger Messungen durchgeführt wurde, ertönt ein

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Signalton, um der Bedienperson den Abschluß der Positionsbestimmung der Meßpunkte 11 dieses Meßobjekts 12 mitzuteilen. Die Ablaufsteuerung wechselt zu dem nächsten Meßobjekt und die Positionsbestimmung für dieses Meßobjekt erfolgt in derselben Weise wie für das Meßobjekt 12. Sobald das letzte Meßobjekt der Ablaufsteuerung vermessen worden ist, wird die Vorrichtung 1 inaktiviert, die Aufnahme und die Verarbeitung von Bildern wird beendet.

Zur Positionierung der Sensoreinrichtung 2, so dass die Meßpunkte 11 innerhalb des vorgegebenen Meßvolumens 16 liegen, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 Hilfsmittel für die Bedienperson auf. Zur Überwachung des Meßvolumens 16 in zwei Dimensionen ist ein Bildschirm (nicht dargestellt) an die Sensoreinrichtung 2 angeschlossen. Auf dem Bildschirm sind die Ausgangssignale der Ein- oder Mehrbildsensoren 13 dargestellt. Somit kann die Sensoreinrichtung 2 von einer Bedienperson auf einfache Weise in eine derartige Grob-Position relativ zu dem Meßobjekt 12 gebracht werden, dass die Messpunkte 11 des Meßobjekts 12 in den zwei auf dem Bildschirm dargestellten Dimensionen innerhalb des Meßvolumens 16 liegen.

Zur Überwachung des Meßvolumens 16 in einer dritten Dimension, die in etwa senkrecht zu den zwei auf dem Bildschirm dargestellten Dimensionen verläuft, weist die

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optische Sensoreinrichtung 2 zwei Laser 17 zum Bestimmen des Abstands der optischen Sensoreinrichtung 2 zu dem Meßobjekt 12 mit Hilfe eines Laserstrahls 18 auf. Die Laserstrahlen 18 verlaufen in einer gemeinsamen Ebene und weisen einen gemeinsamen Schnittpunkt 19 auf. Der Schnittpunkt 19 der optischen Achsen 15 der Sensoren 13 muß nicht zwangsläufig identisch sein mit dem Schnittpunkt der Laserstrahlen 18. Der Schnittpunkt 19 der beiden Laserstrahlen 18 liegt innerhalb des bevorzugten Meßvolumens 16 der Sensoreinrichtung 2. Die Bedienperson verfolgt die Abbildungen der Laserstrahlen 18 auf dem Meßobjekt 12. Der Abstand der Abbildungen der Laserstrahlen 18 verändert sich in Abhängigkeit von dem Abstand der Sensoreinrichtung 2 zu dem Meßobjekt 12. Wenn die Sensoreinrichtung 2 den optimalen Abstand zu dem Meßobjekt 12 aufweist, sind die beiden Abbildungen der Laserstrahlen 18 deckungsgleich und es ist nur noch eine einzige Abbildung zu erkennen.

Der Bedienperson ist es somit möglich, auf einfache Weise die Sensoreinrichtung 2 in eine derartige Lage relativ zu den Meßpunkten 11 des Meßobjekts 12 zu bringen, dass die Meßpunkte 11 in dem Meßvolumen 16 der optischen Sensoreinrichtung 2 angeordnet sind. Somit ist eine genaue Positionsbestimmung der Meßpunkte 11 des Meßobjekts 12 relativ zu dem Bezugssystem 4 sichergestellt.

In Fig. 3 ist die optische Sensoreinrichtung 2 in einer Ansicht von vorne dargestellt. Deutlich sind Beleuchtungselemente 21, 22 erkennbar, die die optischen Elemente 14 umgeben. Die Beleuchtungselemente weisen für jedes optische Element 14 ein C-förmiges Beleuchtungselement 21 und ein I-förmiges Beleuchtungselement 22 auf. Die beiden Beleuchtungselemente 21, 22 können getrennt voneinander angesteuert werden um die Lichtverhältnisse in dem Meßvolumen 16 gezielt variieren zu können. Die Beleuchtungselemente 21, 22 senden Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Wellenbereich aus. Sie können eine kontinuierliche Lichtverteilung erzeugen oder blitzartig angesteuert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kann die Position auch von Meßpunkten 11 eines Meßobjekts 12 bestimmt werden, das eine plane Oberfläche ohne in etwa senkrecht auf der Oberfläche stehende Auflageflächen aufweist, wie bspw. das Glas-Keramik Kochfeld. Des weiteren kann die Vorrichtung auch bei solchen Meßobjekten 12 angewandt werden, die aus einem nachgiebigen Material, bspw. Schaumstoff oder Gummi bestehen. Bei der Vorrichtung 1 muß nicht jeder zu ermittelnde Meßpunkt 11 des Meßobjekts 12 einzeln angefahren werden, sondern es können auch mehrere Meßpunkte 11 quasi-gleichzeitig aufgenommen werden. Die für eine Positionsbestimmung notwendigen Verfahrenwege der

Sensoreinrichtung 2 zu den Meßpunkten des Meßobjekts 12 können auf ein Minimum reduziert werden. Die Sensoreinrichtung 2 sollte lediglich derart verfahren werden, dass sich die Meßpunkte 11 in dem Meßvolumen 16 befinden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann auch von ungelernten Bedienpersonen bedient werden, da keine Kenntnisse darüber erforderlich sind, welche Meßpunkte eines Meßobjekts 12 genau angefahren werden müssen, um eine ausreichend genaue Vermessung des Meßobjekts 12 zu erreichen.

Statt des in Fig. 1 dargestellten Meßarms 3 kann auch ein Roboterarm als Referenzmeßeinrichtung eingesetzt werden. Ein Roboterarm weist im Gegensatz zu dem Meßarm Aktoren zum Bewegen des Roboterarms auf. Die Aktoren werden von der Verarbeitungseinrichtung angesteuert. Es wird also keine Bedienperson zum Verfahren der optischen Sensoreinrichtung 2 benötigt. Die Lage der Sensoreinrichtung 2 im dreidimensionalen Raum kann entweder mittels Sensoren (Istwerte) oder anhand der Verfahrdaten für den Roboterarm (Sollwerte) der Verarbeitungseinrichtung ermittelt werden. Durch den Einsatz der vorgeschlagenen optischen Sensoreinrichtung 2 in Verbindung mit einem Roboterarm kann bereits unmittelbar nach einer Verfahrbewegung des Roboterarms, also während dieser noch nachschwingt, mit der Positionsbestimmung begonnen werden. Das ist deshalb

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möglich weil die Aufnahme und Verarbeitung von Bildern mit der vorgeschlagenen Sensoreinrichtung 2 so schnell erfolgt, dass das Nachschwingen des Roboterarms keine Auswirkungen auf die Genauigkeit der Positionsbestimmung hat.

Claims (15)

1. Vorrichtung (1) zur Positionsbestimmung von Meßpunkten (11) eines Meßobjekts (12), mit einer Meßeinrichtung zum Bestimmen der Position der Meßpunkte (11) relativ zu der Lage der Meßeinrichtung und mit einer Referenzmeßeinrichtung zum Bestimmen der Lage der Meßeinrichtung relativ zu einem Bezugssystem (4), dadurch gekennzeichnet, dass

- die Referenzmeßeinrichtung als ein Meßarm (3) oder ein Roboterarm ausgebildet ist, dessen proximales Ende (6) in einem festen Bezug zu dem Bezugssystem (4) steht, und

- die Meßeinrichtung als eine optische Sensoreinrichtung (2) ausgebildet ist, die an dem distalen Ende (8) des Meßarms (3) bzw. des Roboterarms angeordnet ist,

- wobei die optische Sensoreinrichtung (2) mindestens zwei Ein- oder Mehrbildsensoren (13) aufweist, die Bilder zumindest eines Teils des Meßobjekts (12) aufnehmen, und

- die Vorrichtung (1) eine Verarbeitungseinrichtung aufweist, die aus den aufgenommenen Bildern die Position der Meßpunkte (11) des Meßobjekts (12) bestimmt,

- wobei die Verarbeitung der aufgenommenen Bilder mindestens mit der Aufnahmefrequenz der Ein- oder Mehrbildsensoren (13) schritthaltend erfolgt (Echtzeitverarbeitung).

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung für jedes der von den Ein- oder Mehrbildsensoren (13) aufgenommenen Bilder die Position der Meßpunkte (11) des Meßobjekts (12) bestimmt, wobei die Verarbeitungseinrichtung erste Mittel zum Herausfiltern der besten Positionen der Meßpunkte (11) aufweist.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung dritte Mittel zum Ermitteln sowohl der Form als auch der Lage zumindest eines Teils des Meßobjekts (12) relativ zu der Lage der optischen Sensoreinrichtung (2) aus der Position der Meßpunkte (11) aufweist.

4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Mittel der Verarbeitungseinrichtung derart ausgebildet sind, dass sie die Form und die Lage zumindest eines Teils des Meßobjekts (12) relativ zu der Lage der optischen Sensoreinrichtung (2) quasi-gleichzeitig erfassen.

5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- oder Mehrbildsensoren (13) als elektronische Kameras, insbesondere als CCD-Kameras, ausgebildet sind.

6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (2) mindestens ein Blitzlicht aufweist, das auf den Aufnahmebereich der Ein- oder Mehrbildsensoren (13) gerichtet ist.

7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- oder Mehrbildsensoren (13) jeweils mindestens zwei Bilder mit zweidimensionalem Informationsgehalt zumindest eines Teils des Meßobjekts (12) aufnehmen und dass die Verarbeitungseinrichtung die zweidimensionalen Bilder zu mindestens einem Abbild mit dreidimensionalem Informationsgehalt zusammenfügt und das Abbild auswertet, um die Form und die Lage des aufgenommenen Teils des Meßobjekts (12) relativ zu der Lage der optischen Sensoreinrichtung (2) zu bestimmen.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) nach ihrer Aktivierung ständig mit der optischen Sensoreinrichtung (2) mit der Aufnahmefrequenz Bilder aufnimmt und diese in der Verarbeitungseinrichtung verarbeitet, wobei die Verarbeitungseinrichtung vierte Mittel aufweist, um die ermittelten Positionen der Meßpunkte (11) des Meßobjekts (12) als gültig oder ungültig zu klassifizieren, je nach dem ob die ermittelten Positionen innerhalb oder außerhalb eines vorgegebenen Meßvolumens (16) der Vorrichtung (1) liegen.

9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Signalisierungsmittel aufweist, um eine gültige Ermittlung von Positionen der Meßpunkte (11) eines Meßobjekts (12) nach außen hin mitzuteilen.

10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung eine Ablaufsteuerung aufweist, in der mehrere zu vermessende Meßobjekte (12) in einer bestimmten Reihenfolge abgelegt sind, wobei die Ablaufsteuerung nach dem Ende der Positionsbestimmung der Meßpunkte (11) eines zu vermessenden Meßobjekts (12) automatisch zu dem nächsten Meßobjekt (12) wechselt.

11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (2) mindestens einen Laser (17) zum Bestimmen des Abstands der optischen Sensoreinrichtung (2) zu einer Oberfläche des Meßobjekts (12) mit Hilfe eines Laserstrahls (18) aufweist.

12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (2) einen Laser (17) zum Aussenden eines Laserstrahls (18) auf die Oberfläche des Meßobjekts (12), einen optischen Sensor zum Empfang des an der Oberfläche des Meßobjekts (12) reflektierten Laserstrahls (18) und Mittel zum Messen der Laufzeit des Laserstrahls (18) von dem Laser (17) bis zu dem optischen Sensor und zum Bestimmen des Abstands der optischen Sensoreinrichtung (2) zu der Oberfläche des Meßobjekts (12) aus der Laufzeit des Laserstrahls (18) aufweist.

13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (2) zwei Laser (17) zum Aussenden von zwei Laserstrahlen (18) in Richtung auf die Oberfläche des Meßobjekts (12) aufweist, wobei die Laserstrahlen (18) in einer gemeinsamen Ebene verlaufen und sich in einem gemeinsamen Schnittpunkt (19) schneiden, der innerhalb des Meßvolumens (16) der Vorrichtung (1) liegt.

14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (2) einen Flächensensor zur Aufnahme der Abbildungen der beiden Laserstrahlen (18) auf der Oberfläche des Meßobjekts (12) und Mittel zum Messen des Abstands der Abbildungen der Laserstrahlen (18) und zum Bestimmen des Abstands der optischen Sensoreinrichtung (2) zu der Oberfläche des Meßobjekts (12) aus dem Abstand der Abbildungen der Laserstrahlen (18) aufweist.

15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Flächensensor als mindestens ein Ein- oder Mehrbildsensor ausgebildet ist.