DE19618283A1 - Bildaufnahmevorrichtung und Verfahren für die dreidimensionale berührungsfreie Messung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bild­ aufnahmevorrichtung und auf ein Verfahren für die dreidimen­ sionale berührungslose Messung der Außenmaße eines Gegen­ stands.

Es sind Meßsysteme bekannt, die mindestens einen im dreidimensionalen Meßraum beweglichen Taststift verwenden, der mit einer Anzahl von Transduktoren für die Bestimmung der Lage des Taststifts in Bezug auf ein kartesisches Koor­ dinatensystem verbunden ist und die Oberfläche eines Gegen­ stands berührt, um dessen Abmessungen zu bestimmen.

Berührungslose Meßsysteme sind ebenfalls bekannt, die Bildaufnahmevorrichtungen (z. B. Fernsehkameras) in Verbin­ dung mit Rechnern für die Bildverarbeitung besitzen und so die Abmessungen des von der Bildaufnahmevorrichtung erfaßten Gegenstands bestimmen.

Berührungslose Meßsysteme bieten einige Vorteile im Vergleich mit Tastsystemen. Insbesondere bieten berührungs­ lose Meßsysteme eine schnellere Messung im Vergleich zu Tastsystemen, in denen die Messungen in mehreren Schritten erfolgen, bei denen der Taststift auf mehrere Kontaktstellen aufgesetzt wird.

Außerdem ermöglichen kontaktlose Meßsysteme eine Messung von sehr engen Spalten (z. B. in einem Fahrzeugchas­ sis), die mit Tastsystemen entweder gar nicht oder nur schwer gemessen werden können, wenn der Taststift breiter als der Spalt ist oder nicht ohne weiteres positioniert wer­ den kann.

Schließlich kann man mit kontaktlosen Meßsystemen auch verformbare Materialien messen, ohne sie während der Messung zu verformen.

Auf der anderen Seite sind kontaktlose Meßsysteme nicht so genau wie Tastsysteme.

Außerdem besitzen bekannte kontaktlose Meßsysteme mit Bildaufnahmevorrichtungen, die nicht in einem dreidimensio­ nalen Raum ausgerichtet werden können, nur wenige Freiheits­ grade, so daß die Messungen nur in wenigen Richtungen im Raum durchgeführt werden können.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bildauf­ nahmevorrichtung und ein Verfahren für die berührungslose Messung vorzuschlagen, wobei die für bekannte Systeme typi­ schen Nachteile vermieden werden.

Insbesondere ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Eichprozedur vorzusehen, um die Orientierung und Raum­ lage sowie die optischen Merkmale der Bildaufnahmevorrich­ tung so zu bestimmen, daß Messungen in einer beliebigen Richtung im dreidimensionalen Raum durchgeführt werden kön­ nen.

Diese Ziele werden erfindungsgemäß durch eine Bild­ aufnahmevorrichtung und ein Verfahren für dreidimensionale berührungslose Messungen erreicht, die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 8 definiert sind.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten, aber die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Meßmaschine, die in einer Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung verwendet wird.

Die Fig. 2a und 2b zeigen ein Detail aus der Ma­ schine gemäß Fig. 1 in zwei unterschiedlichen Betriebsposi­ tionen.

Fig. 3 zeigt schematisch das zur Beschreibung der optischen Vorrichtung in der erfindungsgemäßen Bildaufnahme­ vorrichtung verwendete Modell.

Fig. 4 zeigt schematisch das Meßprinzip der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 5a, 5b, 5c zeigen drei Ansichten eines prismatischen Eichkörpers zum Eichen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 6a, 6b, 6c und 6d zeigen Verfahrens­ schritte bei der Eichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 7a, 7b, 7c, 7d zeigen Bilder, die die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen hat.

In Fig. 1 ist eine Bildaufnahmevorrichtung 1 ge­ zeigt, die berührungslose, dreidimensionale Messungen durch­ führt und in der eine bekannte Meßmaschine 10, z. B. vom be­ weglichen Portaltyp, eine Säule 12 besitzt, die durch nicht dargestellte Betätigungsorgane innerhalb des dreidimensiona­ len Raums T und in drei zueinander senkrechten Koordinaten­ richtungen X, Y, Z bewegt werden kann.

Die Meßmaschine 10 besitzt hierzu ein Bezugskoordina­ tensystem X, Y, Z mit einem Ursprung O und enthält bekannte und nicht dargestellte elektronische Meßtransduktoren zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements 12 bezüglich des Ursprungs O des Bezugssystems X, Y, Z.

Weiter enthält die Meßvorrichtung 1 einen bekannten Meßkopf 15, der auf das bewegliche Element 12 aufgesteckt werden kann. Insbesondere enthält der Meßkopf 15 einen er­ sten Körper 18, der starr mit dem beweglichen Element 12 verbunden ist, und einen zweiten Körper 20 (siehe Fig. 2a, 2b), der axial symmetrisch und bezüglich des ersten Kör­ pers 18 beweglich montiert ist. Insbesondere enthält dieser zweite Körper 20 einen ersten Endbereich, der an einem be­ weglichen Endbereich 18a des ersten Körpers 18 angelenkt ist und um eine im wesentlichen waagrechte Achse P (in Neigungs­ richtung - siehe Fig. 2a, 2b) gedreht werden kann. Der bewegliche Endbereich 18a kann auch bezüglich der Säule 12 um seine eigene Symmetrieachse R gedreht werden (in Roll­ richtung).

Der Neigungs- und der Rollwinkel variieren schritt­ weise, so daß die Anzahl von möglichen Neigungs- und Roll­ winkeln begrenzt ist.

Der Meßkopf 15 besitzt zwei Freiheitsgrade, und zwar durch Drehung in Roll- und in Neigungsrichtung.

Der Körper 20 enthält einen zweiten Endbereich, der seinerseits eine schematisch dargestellte Koppelvorrichtung 22 zum Anbau eines schematisch gezeigten Bildaufnahmesensors 25 oder von üblichen Taststiften besitzt.

In Fig. 3 ist der Bildaufnahmesensor 25 gezeigt, der ein äußeres, mit der Koppelvorrichtung 22 verbundenes Gehäu­ se 28 enthält, in welchem eine schematisch gezeigte Fernseh­ kamera 31 und eine Quelle 33 für einen Laserstrahl 35 unter­ gebracht sind. Die Kamera 31 beobachtet einen dreidimensio­ nalen Raum 38, der in Fig. 3 von einem pyramidenförmigen Raumwinkel gebildet wird, dessen Scheitel an der nicht ge­ zeigten Objektivlinse der Kamera 31 liegt. Der Raumwinkel 38 besitzt eine optische Achse 41 (strichpunktiert angedeutet) und wird durch vier einander schneidende Ebenen P1, P2, P3, P4 definiert, die vier mit durchgezogenen Linien angedeutete Ecken K, L, M, N des Raumwinkels 38 bestimmen.

Der Laserstrahl 35 besitzt eine Symmetrieachse 44 (strichpunktiert angedeutet), die durch den dreidimensiona­ len Raum 38 verläuft. Der Schnittpunkt der Achsen 44 und 41 bildet das Zentrum CR des Bezugssystems.

Der Schnittbereich des Laserstrahls 35 und des orts­ festen Winkels 38 definiert einen Meßraum 47 in Form eines Pyramidenstumpfs, der seitlich durch Teile der Ebenen P1, P2, P3, P4 sowie durch rechteckige Basisebenen P5 und P6 senkrecht zur Achse 41 begrenzt wird. Insbesondere bildet die Ebene PS eine gerade Kante LM an der Schnittlinie des Strahls 35 mit der Ebene P1, und die Ebene P6 bildet eine gerade Kante RM an der Schnittlinie des Strahls 35 und der Ebene P3, die der Ebene P1 gegenüberliegt.

Die Fig. 7b, 7c, 7d zeigen einige Bilder des Bild­ aufnahmesensors 25 zur Darstellung des Funktionsprinzips. Die Fig. 7b und 7d zeigen von der Kamera 31 aufgenommene Bilder eines flachen Gegenstands, z. B. einer nicht darge­ stellten Metallplatte, die zu den Ebenen P5 und P6 koplanar liegt und eine Linie 50 (Laserlinie) dort definiert, wo der Strahl 35 den Gegenstand schneidet.

Insbesondere liegt die Laserlinie 50 am linken Sei­ tenrand des Bildes in Fig. 7b und am rechten Seitenrand des Bildes in Fig. 7d. Wenn der flache Gegenstand koplanar zur Ebene durch den Punkt CR und senkrecht zur Achse 41 liegt, ergibt sich die Laserlinie auf halber Strecke in der Mitte des Bilds (Fig. 7c).

Die Lage der Laserlinie 50 im Bild und damit der Abstand D zwischen der Laserlinie 50 und dem Zentrum CI des Bildes hängt von der Lage des Gegenstands entlang der Achse 41 und damit vom Abstand des Gegenstands von der Kamera 31 ab.

Durch Messung des Abstands D in dem von der Kamera aufgenommenen Bild kann man durch bekannte trigonometrische Berechnungen den wirklichen Abstand des Gegenstands von der Kamera bestimmen.

Der Bildaufnahmesensor 25 besitzt ein internes Be­ zugssystem X′, Y′, Z′ mit einem Ursprung O′ im Bezugszentrum CR, wobei die Achse Z′ mit der Achse 41 zusammenfällt (Fig. 3).

Insbesondere können die Achsen X′ und Y′ in dem zwei­ dimensionalen rechteckigen Bild, das von der Kamera 31 auf­ genommen wird, koplanar zur Bildebene ausgerichtet werden, wobei der Ursprung O′ im Zentrum CI des Bildes liegt (Fig. 7b bis 7d). Wenn auch die Achse Z′ nicht unmittelbar in dem Bild erfaßt werden kann, so wird ihre Lage doch mit Hil­ fe der Laserlinie 50 wie oben angegeben bestimmt.

Die Vorrichtung 1 (Fig. 1) enthält weiter einen Zentralprozessor 52 mit einem VAX-Mikrorechner, der mit der Meßmaschine 10 zur Übermittlung der Meßdaten der Lage des Elements 12 und mit dem Bildaufnahmesensor 25 verbunden ist. Insbesondere ist der Sensor 25 mit einem PC zur Bildverar­ beitung (z. B. vom Typ PC 486) verbunden, der über ein DEC- NET-Netz 53 an die Einheit 52 zur Lieferung der dreidimen­ sionalen Information angeschlossen ist, die im Meßraum 47 erfaßt wurde.

Weiter sind ein Videoterminal 54, das an die Einheit 52 angeschlossen ist und eine Schnittstelle mit der Meßma­ schine bildet, und ein Videoterminal 54a vorgesehen, das an den PC angeschlossen ist, um das Bild darzustellen und um charakteristische Parameter des Sensors einzugeben.

Um arbeiten zu können, benötigt die Vorrichtung 1 eine Anzahl von sögenannten intrinsischen und extrinsischen Rechenparametern.

Die intrinsischen Parameter beschreiben die intrinsi­ schen Eigenschaften des Bildaufnahmesensors 25.

Die Kamera 31 liefert nämlich ein zweidimensionales Bild (Fig. 7a bis 7d) mit einer Rechteckmatrix von z. B. 500 × 582 Bildpunkten, wobei die Information bezüglich der Lage (d.h des Abstands) des Gegenstands entlang der Achse Z′ in­ direkt durch die Messung und Verarbeitung des Abstandswerts D der Laserlinie 50 vom Zentrum CI des Bildes wie oben ange­ geben bestimmt wird.

Die wirklichen Abmessungen des Gegenstands (entlang der Achsen X′ und Y′) werden direkt durch Untersuchung der entsprechenden Abmessungen in dem Bild und durch Umwandlung dieser Abmessungen mit Hilfe eines geeigneten Maßstabsfak­ tors bestimmt.

Jeder Bildpunkt des von der Kamera 31 aufgenommenen Bilds entspricht daher einer aktuellen Abmessungen (in mm), die vom Abstand des Gegenstands bezüglich der Kamera 31 ab­ hängt. Eine echte Dimension des Gegenstands (entlang der Achse X′ oder der Achse Y′) nimmt auf die in dem Bild aufge­ nommene Dimension über einen Maßstabsfaktor Bezug, der vom Abstand entlang der Z′-Achse abhängt: Tatsächliche Dimension (in mm) = Pixelabmessung × f(Z′).

Hierbei wird f(Z′) durch einen Satz von intrinsischen Parametern definiert.

Die extrinsischen Parameter stellen eine Beziehung zwischen dem Bildaufnahmesensor 25 und dem Meßvolumen der Meßmaschine 10 her.

Der Bildaufnahmesensor 25 erzeugt nämlich Meßwerte relativ zu dem Bezugssystem X′ Y′ Z′ innerhalb des Meßraums 47. Diese Messungen werden dann auf das Bezugssystem X, Y, Z der Maschine 10 mit Hilfe von extrinsischen Parametern bezo­ gen.

Insbesondere verwendet die Vorrichtung 1

• - eine erste Gruppe von extrinsischen Parametern, die durch die Rotationsmatrix ROT-MAT definiert ist, die das System, X, Y, Z auf den Bezugsrahmen X′, Y′, Z′ bezieht,
• - eine zweite Gruppe von extrinsischen Parametern, die den OFFSET-Vektor CT-CR beschreibt (hierbei ist CR der Ursprung des Bezugssystems X′, Y′, Z′ und CT das Zentrum des bewegli­ chen Elements 12 (Fig. 3)).

Die erwähnten extrinsischen Parameter werden für jede mögliche Orientierung des Meßkopfes 15 berechnet.

Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen den verschiede­ nen Bezugssystemen, um den Betrieb der Vorrichtung 1 klarzu­ stellen und zu zeigen, wie die intrinsischen und extrinsi­ schen Parameter für die Messung verwendet werden.

Insbesondere zeigt Fig. 4 das kartesische Koordina­ tensystem X, Y, Z der Meßmaschine 10, das Bezugssystem X′, Y′, Z′ des Bildaufnahmesensors 25, den OFFSET-Vektor, der sich zwischen dem Ursprung O′ des Bezugssystems X′, Y′, Z′ und dem Zentrum CT des Kopfes des beweglichen Elements 12 er­ streckt, den Vektor CTPOS, der sich zwischen dem Ursprung O des Bezugssystems X, Y, Z und dem Zentrum CT des Kopfes befin­ det, und den Vektor V, der sich zwischen dem Ursprung O des Bezugssystems X, Y, Z und dem Ursprung O′ des Bezugssystems X′, Y′, Z′ erstreckt.

Für jeden gegebenen Raumpunkt P liefert der Bildauf­ nahmesensor 25 eine Messung, die durch einen Vektor m′ aus­ gedrückt wird, der bezüglich des Bezugssystems X′,Y′,Z′ orientiert ist und auf das Bezugssystem X, Y, Z bezogen werden muß.

Hierzu wandelt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hilfe der Rotationsmatrix ROT-MAT den vom Bildaufnahmesensor 25 ermittelten Vektor m′ gemäß der Gleichung m = ROT-MAT (m′) in einen Vektor m um, der bezüglich des Bezugssystems X, Y, Z orientiert ist.

Der Vektor V muß auch zum Vektor m hinzugefügt wer­ den, um die Messung des Punktes P auf das Bezugssystem X, Y, Z zu beziehen und einen Meßwert M des Punktes P bezüglich des Systems X, Y, Z zu erhalten, d. h. M = m+V.

Der Vektor V wird berechnet, indem der OFFSET-Vektor zum CTPOS-Vektor hinzugefügt wird. Insbesondere wird der CTPOS-Vektor von den Transduktoren (nicht gezeigt) gelie­ fert, die entlang der drei Achsen der Maschine 10 liegen (dieser Vektor beschreibt die Lage des Zentrums CT des Kop­ fes des beweglichen Elements 12 bezüglich des Bezugssystems X, Y, Z). Der OFFSET-Vektor ist wie erwähnt einer der extrin­ sischen Parameter.

Nun wird der Eichvorgang beschrieben, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird, um die in­ trinsischen und extrinsischen Parameter zu definieren.

Die Eichung erfolgt mit Hilfe eines prismatischen Eichkörpers.

Die Fig. 5a, 5b, 5c zeigen eine bevorzugte Aus­ führungsform des Eichkörpers 60 gemäß der vorliegenden Er­ findung.

Der Eichkörper 60 besitzt einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Achtecks und wird durch 26 flache seitli­ che Wände begrenzt. Insbesondere enthält der Eichkörper 18 quadratische und acht dreieckige Wandteile.

Jedes quadratische und dreieckige Wandteil besitzt ein zentrales, kreisförmiges Sackloch 63, dessen Aufgabe später beschrieben wird.

Für die Eichung wird der Eichkörper 60 auf eine Meß­ maschine 10 gelegt, worauf eine vorbereitende Messung (Block 98 in Fig. 6a) erfolgt, bei der die Lage des Eichkörpers 60 bezüglich des Bezugssystems X, Y, Z der Maschine 10 ermittelt wird. Bei der vorbereitenden Messung werden die Lage der Löcher 63 und die Orientierung der Seiten des prismatischen Eichkörpers bezüglich des Bezugssystems X, Y, Z der Maschine 10 bestimmt.

Die vorbereitende Messung erfolgt mit einem bekannten mechanischen Taststift (nicht gezeigt), der auf die Koppel­ vorrichtung 22 gesteckt ist. Nach dieser vorbereitenden Mes­ sung wird der mechanische Taststift (nicht gezeigt) entfernt und der Bildaufnahmesensor 25 wird auf den Kopf 15 gesteckt (Block 99 unterhalb des Blocks 98).

Anhand der Fig. 6a und 6b wird nun die Betriebs­ weise der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Berechnung von extrinsischen Parametern bezüglich der Definition der Matrix ROT-MAT beschrieben. Nachfolgend wird auf das Bild I (auch als Bildebene bezeichnet) Bezug genommen, das von der Kamera 31 aufgenommen wird und auf dem Videoterminal 54A angezeigt wird.

Wie Fig. 7a zeigt, enthält das Bild I eine recht­ winklige Punktematrix, die durch einen rechtwinkligen Umriß definiert ist. Im Bild I kann ein zentraler Punkt (Bildzen­ trum) CI definiert werden, durch den die Z′-Achse des Be­ zugssystems X′, Y′, Z′ verläuft. Auch kann man im Bild I eine gerade Linie r₁ parallel zu den Längsseiten des Bildes ent­ sprechend der Y′-Achse sowie eine gerade Linie r₂ parallel zu den kurzen Seiten des Bildes entsprechend der X′-Achse defi­ nieren. Die Linien r₁ und r₂ schneiden sich im Bildzentrum CI.

Zuerst (Block 100 hinter dem Block 99) bringt die Bedienungsperson mit Hilfe eines Steuerknüppels 55 (Fig. 1) den Meßkopf 15 über den Eichkörper 60, wobei die Kamera 31 einer zur Z-Achse gerichteten Seite des Eichkörpers 60 ge­ genüberliegt. Während dieser Operation haben die Roll- und Neigungswinkel den Wert Null.

Die Kamera 31 ist somit ausgerichtet und nimmt ein Loch 63 in der Bildebene auf.

Auf den Block 100 folgt der Block 110, in dem eine automatische Prozedur gestartet wird, um den Meßkopf 15 in eine Lage p1 (bezüglich des Systems X, Y, Z) zu bringen, so daß das Zentrum des Bilds des Lochs 63 genau im Bildzentrum CI liegt. In dieser Lage verläuft die Achse Z′ genau durch das Zentrum des Lochs.

Auf den Block 110 folgt der Block 120, in dem der Meßkopf 15 entlang der Achse Z der Meßmaschine 10 so bewegt wird, daß das Bild des Lochs, da die Achse der Maschine 10 nicht mit der Achse Z′ des Sensors 25 zusammenfällt, aus dem Zentrum der Bildebene auswandert.

Auf den Block 120 folgt der Block 130, in dem automa­ tisch der Meßkopf 15 in eine Stellung p2 (bezüglich des Sy­ stems X, Y, Z) gebracht wird, so daß das Zentrum des Bilds des Lochs genau im Zentrum CI liegt und die Achse Z′ genau durch das Zentrum des Lochs verläuft.

Auf den Block 130 folgt der Block 140, in dem die Linie durch die Punkte p1 und p2 (bezüglich des Systems X, Y, Z) berechnet wird, wobei diese Linie der Achse Z′ ent­ spricht.

Auf den Block 140 folgt der Block 150 (Fig. 6b), in dem der Meßkopf 15 automatisch so neu eingestellt wird, daß in dem von der Kamera 31 aufgenommenen Bild das Loch in der Nähe der Y′-Achse liegt (Linie r1).

Auf den Block 150 folgt der Block 160, in dem eine automatische Prozedur zur Positionierung des Kopfs 15 in einer Lage p3 abläuft, so daß das Zentrum des Bilds des Lochs genau auf der Y′-Achse liegt, so daß in dieser Lage die Achse Y′ genau durch das Zentrum des Lochs verläuft.

Auf den Block 160 folgt der Block 170, in dem der Kopf 15 bezüglich der Y-Achse so verschoben wird, daß das Bild des Lochs sich von der Y′-Achse entfernt.

Auf den Block 170 folgt der Block 180, in dem eine automatische Prozedur abläuft, in der der Meßkopf 15 in eine Lage p4 gelangt, so daß das Zentrum des Bilds des Lochs ge­ nau auf der Y′-Achse liegt, in der die Y′-Achse genau durch das Zentrum des Lochs verläuft.

Auf den Block 180 folgt der Block 190, in dem die Linie (bezüglich des Systems X,Y,Z) durch die Punkte p3 und p4 berechnet wird, welche der Y′-Achse entspricht.

Auf den Block 190 folgt der Block 200, in dem bei gegebenen Achsen Z′ und Y′ die dazu senkrecht stehende Achse X′ berechnet wird und damit das gesamte Bezugssystem X, Y′, Z′ definiert ist.

Auf den Block 200 folgt der Block 210, in dem in bekannter Weise die Matrix ROT-MAT berechnet wird, die die Beziehung zwischen den beiden Bezugssystemen X, Y, Z und X′, Y′, Z′ in Drehrichtung ausdrückt.

Anhand der Fig. 6c und 6d wird nun beschrieben, wie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die extrinsischen Parameter bezüglich der Definition des OFFSET-Vektors be­ rechnet werden.

Zu Beginn (Block 250 hinter dem Block 210) startet die Vorrichtung 1 eine automatische Prozedur, um den Meßkopf 15 entlang der nun bekannten Z′-Achse zu verschieben (denn das Bezugssystem X′, Y′, Z′ wurde bereits berechnet), bis die Laserlinie 50 genau im Zentrum der Bildebene und das Zentrum des Lochs genau im Zentrum CI des Bildes liegt (Fig. 7b). In dieser Lage p5 liegt der Ursprung des Systems X′,Y′, Z′ genau im Zentrum des auf die Prismenseite projizierten Lochs. Die Lage des Zentrums des Loches im Bezugssystem X, Y, Z ist jedoch bekannt und wurde durch die Gruppe von Mes­ sungen im Block 98 erhalten, während die Lage des Zentrums CT des Kopfes, im Bezugssystem X, Y, Z unmittelbar durch die Maschine bestimmt wird. Der OFFSET-Vektor kann nun (siehe Block 260 hinter dem Block 250) durch folgende Gleichung berechnet werden:
OFFSET = Lage von p5 - Lage des Zentrums des Kopfes CT Nun wird anhand von Fig. 6c beschrieben, wie die intrinsischen Parameter berechnet werden.

Zu Beginn (Block 265 hinter dem Block 260) wird die Laserlinie ins Zentrum der Bildebene gebracht, indem der Meßkopf 15 entlang der Achse Z′ verschoben wird, um den Punkt K1 (X1, Y1, Z1) zu erreichen.

Auf den Block 265 folgt der Block 270, in dem der Kopf 15 entlang der Achse Z′ um eine Strecke +deltaZ′ in die Stellung K2 (X2, Y2, Z2) verschoben wird.

Auf den Block 270 folgt der Block 275 zur Bestimmung der Verschiebung der Laserlinie in der Bildebene bezüglich der ursprünglich im Block 265 erreichten Stellung anhand der Anzahl y-pix von Bildpunkten.

Auf den Block 275 folgt der Block 280, in dem der Parameter DIM_PIX_Z2 gemäß folgender Gleichung berechnet wird:

DIM_PIX_Z2 = deltaZ′/y-pix
Auf Block 280 folgt der Block 285, in dem der Kopf 15 entlang der Z-Achse um -deltaZ′ in die Stellung K3 (X3, Y3, Z3) verschoben wird.

Auf den Block 285 folgt der Block 290 zur Bestimmung der Verschiebung y1-pix der Laserlinie in Bildpunkten bezüg­ lich der ursprünglichen, im Block 265 erreichten Stellung.

Auf den Block 290 folgt der Block 295, in dem die intrinsischen Parameter berechnet werden:

DIM_PIX_Z1 = deltaZ′/y1-pix
Y_PIX_REFER = yl-pix
PIX_Z_CST_ADD = DIM_PIX_Z1
PIX_Z_CST MUL = (DIM_PIX_Z2 - DIM_pix-Z1)/(y-pix-y1-pix)

Die Beziehung zwischen der tatsächlichen Abmessung in Richtung der Achse Z′ im Bezugssystem des Abbildungssensors 25 und die erfaßte Anzahl von Bildpunkten hängen von den intrinsischen Parametern ab, die im Block 295 gemäß folgen­ der Gleichung berechnet werden:

Z′ = y-pix[PIX_Z_CST_ADD+(y-pix-Y_PIX_REFER)PIX_Z_CST_MUL]

Auf den Block 295 folgt der Block 300, in dem das Bild des Lochs genau ins Zentrum der Bildebene (Ursprungs­ lage) gebracht wird, indem der Meßkopf 15 entlang der Achse Z′ bewegt wird, um in die Stellung P3 (X3, Y3, Z3) zu gelangen.

Auf den Block 300 folgt der Block 310, in dem der Kopf 15 entlang der drei Achsen in die Stellung P1 (X1, Y1, Z1) gebracht wird.

Auf den Block 310 folgt der Block 320, in dem die Verschiebung x-pix, y-pix des Bilds des Lochs in Bildpunkten entlang der Achsen X′ und Y′ und in Verbindung mit der ur­ sprünglichen Stellung P3 bestimmt wird, der im Block 300 gefunden wurde.

Auf den Block 320 folgt der Block 340, in dem die folgenden Parameter berechnet werden:

DIM_PIX_X1 = |X3-X1|/(x-pix)
DIM_PIX_Y1 = |Y3-Y1|/(y-pix)

Auf den Block 340 folgt der Block 350, in dem das Bild des Lochs durch Verschiebung des Meßkopfs 15 entlang der Achse Z′ in das Zentrum der Bildebene gebracht wird.

Auf den Block 350 folgt der Block 360, in dem der Kopf 15 entlang der drei Achsen in die Stellung P2 (X2, Y2, Z2) gebracht wird.

Ebenfalls werden die Verschiebungen des Bilds des Lochs in Bildpunkten x1-pix, y1-pix entlang der Achsen X′ und y′ bezüglich der Stellung P2 bestimmt, die im Block 350 erreicht wurde (siehe Block 362 hinter dem Block 360).

Auf den Block 362 folgt der Block 365, in dem die folgenden Parameter bestimmt werden:

DIM_PIX_X2 = |X2-X3|/(x′-pix)
DIM_PIX_Y2 = |Y2-Y3|/(y′-pix)

Auf den Block 365 folgt der Block 366, in dem die folgenden Größen (intrinsische Parameter) definiert werden:

DELTA_ZP_REFER = (Z2-Z3)
PIX_X_CST_MUL = (DIM_PIX-X1 - DIM_PIX_X2)/(Z1-Z2)
PIX_X_CST_ADD = DIM_PIX_X2
PIX_Y_CST_MUL = (DIM_PIX_YI - DIM_PIX_Y2)/(Z1-Z2)
PIX_Y_CST_ADD = DIM_PIX_Y2

Die obigen Größen bilden die intrinsischen Parameter und erlauben bei gegebenen Koordinaten x-pix und y-pix in Bildpunkten für die Punkte des Bilds und die Lage des Punkts entlang der Achse Z′ die Bestimmung der tatsächlichen Koor­ dinaten X′ Y′ des Punktes gemäß folgenden Gleichungen:

X′ = x-pix(PIX_X_CST_ADD+(Z′-DELTA_ZP_REFER)PIX_X_CST_MUL)
Y′ = y-pix(PIX_Y_CST_ADD+(Z′-DELTA_ZP_REFER)PIX_Y_CST_MUL)

Für alle anderen Neigungen des Meßkopfs 15, d. h. alle möglichen Kombinationen des Neigungs- und Rollwinkels, in denen diese Winkel nicht Null sind, werden die obigen Schritte zur Berechnung der extrinsischen Parameter (OFFSET Sund ROT-MAT) wiederholt.

Hierzu werden andere Seiten des Eichkörpers 60 ver­ wendet, insbesondere die Seite, deren Normale der Orientie­ rung des Sensors 25 für die gewählte Kombination der Neigungs- und Rollwinkel am nächsten kommt.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus obiger Beschreibung hervor. Aufgrund der Prozeduren zur Be­ rechnung der intrinsischen und extrinsischen Parameter er­ laubt die Vorrichtung 1 die Bestimmung der Orientierung und Lage der Bildaufnahmevorrichtung im Raum (extrinsische Para­ meter) und der optischen Gesamtmerkmale der Bildaufnahmevor­ richtung (intrinsische Parameter), um Messungen in allen Richtungen des dreidimensionalen Raums durchführen zu kön­ nen.

Claims (18)

1. Dreidimensionale kontaktlose Meßvorrichtung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie enthält:

• - eine Meßmaschine (10), die ein in einem dreidimensionalen Meßraum (T) bewegliches Element (12) enthält, wobei die Meß­ maschine (10) Mittel zur Bestimmung eines ersten Vektors (CTPOS) aufweist, der die Lage eines Bezugspunkts (CT) des beweglichen Elements (12) in einem ersten Bezugssystem der Meßmaschine (10) definiert, das durch ein erstes kartesi­ sches Koordinatensystem (X, Y, Z) mit orthogonalen Achsen de­ finiert ist,
• - einen Bildaufnahmesensor (25) auf einem Meßkopf (15), der auf das bewegliche Element (12) aufgesteckt ist und Positio­ niermittel (18) aufweist, um den Bildaufnahmesensor (25) im Meßraum (T) zu orientieren,

wobei der Bildaufnahmesensor (25) mindestens eine Fernsehka­ mera (31) und eine Quelle (33) eines Laserstrahls (35) ent­ hält und die Fernsehkamera (31) einen dreidimensionalen Raum (38) überblickt, insbesondere einen Raum in Form eines Raum­ winkels mit einer optischen Achse (41),
wobei der Laserstrahl (35) eine Symmetrieachse (44) besitzt, die sich mit dem dreidimensionalen Raum (38) schneidet, wobei der Schnittpunkt der optischen Achse (41) und der Sym­ metrieachse (44) den Ursprung eines zweiten kartesischen Koordinatensystems (X′, Y′, Z′) definiert, der zum Bezugssy­ stem des Bildaufnahmesensors gehört,
wobei das zweite kartesische Koordinatensystem zueinander orthogonale Koordinatenachsen X′, Y′, Z′ besitzt, von denen eine (Z′) entlang der optischen Achse (41) verläuft, wobei die Fernsehkamera (31) ein zweidimensionales Bild auf­ nimmt, das eine Bildebene definiert, in deren Zentrum (CI) ein Punkt entsprechend dem Ursprung des zweiten Bezugssy­ stems definiert werden kann, in dem die erste und die zweite Koordinatenachse (Y′, X′, Z′) aufeinander senkrecht und in der Bildebene liegen,
wobei der Bildaufnahmesensor (25) für einen Punkt (P) im Meßraum einen durch einen Meßvektor (m′) ausgedrückten Meß­ wert bezogen auf das zweite Bezugssystem (X′, Y′, Z′) liefert, wobei die Vorrichtung (1) Rechenmittel enthält, um eine An­ zahl von extrinsischen Parametern zu berechnen, nämlich:

• - mindestens einen OFFSET-Vektor, der vom Ursprung (O′) des zweiten Bezugssystems (X′, Y′, Z′) zum Bezugspunkt (CT) des beweglichen Elements (12) verläuft und für mindestens eine erste Anordnung der Positioniermittel definiert ist,
• - mindestens eine Rotationsmatrix (ROT-MAT), die die Bezie­ hungen zwischen dem ersten kartesischen Koordinatensystem (X, Y, Z) und dem zweiten kartesischen Bezugskoordinatensystem (X′, Y′, Z′) definiert,

wobei die Vorrichtung (1) Mittel zur Berechnung eines zwei­ ten Vektors (V) besitzt, der den Abstand zwischen den Ur­ sprüngen der beiden Bezugssysteme ausdrückt und auf der Ba­ sis des ersten Vektors und des OFFSET-Vektors berechnet wird,
wobei die Vorrichtung (1) Mittel zur Vektorberechnung be­ sitzt, um einen korrekten Meßwert (m) durch Zuordnung des gemessenen Vektors (m′) zum ersten Bezugssystem über die Rotationsmatrix zu berechnen,
wobei diese vektoriellen Rechenmittel den korrekten Meßwert (M = m+V) auf das erste Bezugssystem mit Hilfe des zweiten Vektors (V) beziehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Berechnung der Rotationsmatrix aufweisen:

• - Meßmittel (98), die einen Zyklus von ursprünglichen Rechenoperationen durchführen, bei denen ein Eichkörper (60) auf der Meßmaschine (10) angeordnet ist und die Lage von Referenzelementen des Körpers (60) bezüglich des ersten Be­ zugssystems (X, Y, Z) gemessen werden, wobei der Eichkörper eine Anzahl von Seitenflächen je mit einem zentralen Bezugs­ element (63) besitzt,
• - Positioniermittel (100), um den Bildaufnahmesensor gegen­ über einer Seite des Eichkörpers (60) und ausgerichtet gemäß einer ausgewählten Achse (Z) des ersten Bezugssystems anzu­ ordnen, wobei die Fernsehkamera (31) ein Bezugselement (63) in der Bildebene aufnimmt,
• - erste Positioniermittel (110), die eine automatische Pro­ zedur erlauben, bei der der Meßkopf (15) in eine erste Stel­ lung (p1) gebracht wird, derart, daß das Zentrum des Bildes des Bezugselements genau in das Bildzentrum (CI) gelangt und die Z-Achse des zweiten kartesischen Bezugssystems genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft,
• - erste Schiebemittel (120), die den Meßkopf (15) entlang der ausgewählten Achse (Z) der Meßmaschine (10) verschieben und dadurch das Bild des Bezugselements aus dem Zentrum der Bildebene rücken,
• - zweite Positioniermittel (130), die eine automatische Pro­ zedur erlauben, bei der der Meßkopf (15 in eine zweite Stel­ lung (p2) gebracht wird, so daß das Zentrum des Bildes des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) liegt, wobei in dieser Stellung die Z′-Achse des zweiten Bezugssystems genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft,
• - erste Achsenberechnungsmittel (140), die eine erste Linie durch die ersten und zweiten Stellungen (p1, p2) und bezüg­ lich des ersten Bezugssystems berechnen, wobei diese erste Linie der Z′-Achse entspricht,
• - dritte Positioniermittel (150), durch die der Meßkopf (150) automatisch so verschoben wird, daß in dem von der Fernsehkamera (131) aufgenommenen Bild das Bezugselement in die Nähe der ersten Koordinatenachse Y′ gelangt,
• - vierte Positioniermittel (160), durch die eine automati­ sche Prozedur zur Positionierung des Meßkopfs (15) in einer dritten Stellung (p3) durchgeführt wird, so daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau auf die erste Koordina­ tenachse Y′ gelangt, so daß die Achse Y′ genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft,
• - zweite Verschiebemittel (170), durch die der Meßkopf (15) bezüglich der Y-Achse des ersten Bezugssystems verschoben wird und diese Verschiebung das Bild des Bezugselements aus der Y′-Achse rückt,
• - fünfte Positioniermittel (180), durch die eine automati­ sche Prozedur zur Positionierung des Meßkopfs (15) in einer vierten Stellung (p4) ausgelöst wird, so daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau in die erste Koordinatenachse Y′ gelangt, wobei in dieser Stellung die Y′-Achse genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft,
• - zweite Achsenberechnungsmittel (190), um eine zweite Linie bezüglich des ersten Bezugssystems (X,Y,Z) und durch die dritte und die vierte Stellung (p3, p4) zu berechnen, wobei diese zweite Linie der Y′-Achse entspricht,
• - dritte Achsenberechnungsmittel (200), mit denen bei gege­ benen Achsen Z′ und Y′ des zweiten Bezugssystems die X′-Ach­ se senkrecht zu Z′ und Y′ berechnet wird, um das zweite Be­ zugssystem (X′, Y′, Z′) ganz zu definieren,
• - Endberechnungsmittel (210), um die Rotationsmatrix (ROT- MAT) zu berechnen, die die Beziehung zwischen den Achsen X, Y, Z des ersten Bezugssystems und den Achsen X′,Y′, Z′ des zweiten Bezugssystems in Drehrichtung ausdrückt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eichkörper (60) im Querschnitt die Form von regelmäßigen Achtecken besitzt und aus 26 flachen Seitenwänden besteht, nämlich 18 quadratischen und acht dreieckigen Seitenwänden, wobei jede dieser Seitenwände im Zentrum ein kreisförmiges Sackloch (63) besitzt, das das Bezugselement definiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rechenmittel für die Berechnung des OFFSET-Vek­ tors aufweisen:

• - sechste Positioniermittel (250) zur Durchführung einer automatischen Prozedur, bei der der Meßkopf (15) entlang der Z′-Achse des zweiten Bezugssystems (X′, Y′, Z′) in eine fünfte Stellung (p5) gelangt, in der eine Laserlinie (50), die durch den Schnitt des Laserstrahls (50) mit einer Seite des Eichkörpers gebildet wird, genau im Zentrum der Bildebene liegt und in der das Zentrum des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) liegt, wobei diese fünfte Stellung vorher von den ursprünglichen Meßmitteln (98) bestimmt wurde,
• - Wiederaufnahmemittel, um den Wert der fünften Stellung (p5) im ersten Bezugssystem zu lesen,
• - Vektorberechnungsmittel (260), um den OFFSET-Vektor auf der Basis des Abstands im ersten Bezugssystem zwischen der fünften Stellung (p5) und der Stellung des Bezugspunkts (CT) des beweglichen Elements (12) zu berechnen, für das die fünfte Stellung bestimmt wurde.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch Rechenmittel zur Berechnung einer Anzahl von intrinsischen Parametern, die den inneren Betrieb des Bildaufnahmesensors (25) beschreiben und zur Korrelation der Abmessungen eines in dem zweidimensionalen Bild aufgezeich­ neten Gegenstands zu den tatsächlichen Abmessungen des Ge­ genstands.

6. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenmittel zur Ermittlung der intrinsischen Parameter enthalten:

• - siebte Positioniermittel (265), die den Meßkopf entlang der Achse Z′ des zweiten Bezugssystems in eine erste, ur­ sprüngliche Stellung K1 (X1, Y1, Z1) verschieben, in der das Bild des Bezugselements genau im Zentrum der Bildebene liegt,
• - dritte Verschiebemittel (270), mit denen der Meßkopf (15) entlang der Achse Z′ in die erste endgültige Stellung K2 (X2, Y2, Z2) verschoben wird,
• - erste Bildanalysemittel (275), die in dem zweidimensiona­ len Bild eine erste Bildpunktverschiebung (y-pix) der Laser­ linie, die durch den Schnitt des Laserstrahls mit der Seite des Eichkörpers (60) gebildet wird, entlang der Y′-Achse durch die Bildebene bestimmen,
• - erste Parameterberechnungsmittel (280), die einen Parame­ ter auf der Basis der ersten Bildpunktverschiebung (y-pix) und der ersten ursprünglichen und endgültigen Stellung be­ rechnen,
• - achte Positioniermittel (285), die den Meßkopf (15) ent­ lang der Achse Z′ in eine zweite endgültige Stellung K3 (X3, Y3, Z3) bringen,
• - zweite Bildanalysemittel (290), die in dem zweidimensiona­ len Bild eine zweite Bildpunktverschiebung (y1-pix) der La­ serlinie von der Achse X′ entlang der Achse Y′ durch die Bildebene bestimmen,
• - zweite Parameterberechnungsmittel (295) zur Berechnung von mindestens einem intrinsischen Parameter auf der Basis von mindestens der ersten und der zweiten Bildpunktverschiebung (y-pix, y1-pix).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rechenmittel für die Berechnung der intrinsi­ schen Parameter aufweisen:

• - neunte Positioniermittel (300), um den Meßkopf (15) ent­ lang der Achse Z′ des zweiten Bezugssystems in eine erste, vorübergehende Stellung P3 (X3, Y3, Z3) zu bringen, in der das Bild des Bezugselements genau im Zentrum der Bildebene liegt,
• - zehnte Positioniermittel (310), um den Meßkopf (15) ent­ lang von drei Achsen in eine erste Endstellung P1 (X1, Y1, Z1) zu verschieben,
• - dritte Bildanalysemittel (320), die in dem zweidimensiona­ len Bild erste Paare von Bildpunktverschiebungen (x-pix, y- pix) des Bilds des Bezugselements entlang von zwei Koordina­ tenachsen (X′ und Y′) durch die Bildebene und relativ zur Verschiebung zwischen der ersten vorübergehenden Stellung und der ersten Endstellung bestimmen,
• - dritte Parameterrechenmittel (340), die eine erste Anzahl von Parametern auf der Basis des ersten Paars von Bildpunkt­ verschiebungen (x-pix, y-pix) und der ersten vorübergehenden und Endpositionen berechnen,
• - elfte Positioniermittel (350), die das Bild eines Bezugs­ elements wieder in das Zentrum der Bildebene durch Verschie­ bung des Meßkopfes (15) entlang der Achse Z′ bringen, um eine zweite vorübergehende Stellung zu erreichen,
• - zwölfte Positioniermittel (360), die den Meßkopf (15) ent­ lang von drei Achsen in eine zweite Endstellung P2 (X2, Y2, Z2) bringen,
• - vierte Bildanalysemittel (362), die in dem zweidimensiona­ len Bild zweite Paare von Bildpunktverschiebungen (x′-pix, y′-pix) des Bilds des Bezugselements entlang von zwei Koor­ dinatenachsen (X′ und Y′) durch die Bildebene und relativ zur Verschiebung zwischen der zweiten vorübergehenden Stel­ lung und der zweiten Endstellung bestimmen,
• - vierte Parameterrechenmittel (365), die eine zweite Anzahl von Parametern auf der Basis des zweiten Paars von Bild­ punktverschiebungen (x′-pix, y′-pix) und der zweiten vor­ übergehenden Stellung und der zweiten Endstellung berechnen,
• - Mittel (366), die die intrinsischen Parameter abhängig von der ersten und der zweiten Anzahl von Parametern definieren.

8. Verfahren zur dreidimensionalen berührungslosen Messung, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• - Bestimmung eines ersten Vektors (CTPOS), der die Stellung eines Bezugspunkts (CT) eines beweglichen Elements (12) der Meßmaschine (10) in Bezug auf ein erstes Bezugssystem defi­ niert, wobei das erste Bezugssystem der Maschine (10) selbst zugeordnet ist und durch ein erstes kartesisches System von zueinander orthogonalen Achsen X, Y, Z definiert ist,
• - Bestimmung eines Meßvektors (m′) bezüglich des zweiten Bezugssystems (X′, Y′, Z′) des Bildaufnahmesensors (25) selbst mit Hilfe eines Bildaufnahmesensors (25), der auf einen Meß­ kopf (15) des beweglichen Elements (12) aufgesteckt wird, wobei dieses Bezugssystem ein zweites kartesisches Bezugs­ system (X′, Y′, Z′) ist,
• - Berechnung einer Anzahl von extrinsischen Parametern, zu denen gehören:
• - mindestens ein OFFSET-Vektor, der vom Ursprung (O′) des zweiten Bezugssystems (X′, Y′, Z′) zum Bezugspunkt (CT) des beweglichen Elements (12) führt,
• - mindestens eine Rotationsmatrix (ROT-MAT), die die Beziehung zwischen dem ersten Bezugssystem (X, Y, Z) und dem zweiten Bezugssystem (X′ ,Y′, Z′) definiert,
• - Berechnung eines zweiten Vektors (V), der den Abstand zwi­ schen den Ursprüngen der beiden Bezugssysteme zum Ausdruck bringt und auf der Basis des ersten Vektors und des OFFSET- Vektors berechnet wird,
• - Berechnung einer genauen Messung (m) durch Zuordnung des gemessenen Vektors (m′) zum ersten Bezugssystem über die Rotationsmatrix,
• - Zuordnung der richtigen Messung (M = m+V) zum ersten Be­ zugssystem mit Hilfe des zweiten Vektors.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt der Positionierung des Bildaufnahmesensors (25) in Relation zum beweglichen Element (12), indem der Bildaufnah­ mesensor (25) in einen Meßraum (T) der Meßmaschine (10) ge­ eignet orientiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bildaufnahmesensor (25) mindestens eine Fern­ sehkamera (31) und eine Quelle (33) eines Laserstrahls (35) besitzt, wobei die Fernsehkamera (31) einen dreidimensiona­ len Raum (38), insbesondere einen Raum in Form eines Raum­ winkels mit einer optischen Achse (41) überblickt,

• - daß der Laserstrahl (35) eine Symmetrieachse (34) besitzt, die den dreidimensionalen Raum (38) schneidet, daß der Schnittpunkt zwischen der optischen Achse (41) und der Sym­ metrieachse (44) den Ursprung des zweiten kartesischen Be­ zugssystems (X′, Y′, Z′) des Bildaufnahmesensors definiert, daß das zweite kartesische Bezugssystem zueinander orthogo­ nale Achsen X′, Y′, Z′ enthält, von denen eine (Z′) entlang der optischen Achse verläuft, und daß die Fernsehkamera (31) ein zweidimensionales Bild mit einer Bildebene aufnimmt, in deren Zentrum (CI) ein Punkt entsprechend dem Ursprung des zweiten Bezugssystems im Schnittpunkt einer ersten und zwei­ ten zueinander senkrecht stehenden Koordinatenachse (X′, Y′) in der Bildebene definierbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Berechnung der Rotationsmatrix die folgenden Unterschritte aufweist:

• - Durchführung (98) eines Zyklus einer ursprünglichen Be­ rechnung, bei dem die Stellungen von Bezugselementen eines Eichkörpers (60) in Bezug auf das erste Bezugssystem (X, Y, Z) gemessen werden, wobei der Eichkörper (60) eine Anzahl von Seiten besitzt, die je ein zentrales Bezugselement (63) ent­ halten,
• - Positionierung (100) des Bildaufnahmesensors gegenüber einer Seite des Eichkörpers (60) durch Ausrichtung des Bild­ aufnahmesensors gemäß einer ausgewählten Achse (Z) des er­ sten kartesischen Bezugssystems, wobei die Fernsehkamera (31) ein Bezugselement (63) in der Bildebene aufnimmt,
• - automatische Positionierung (110) des Meßkopfes (15) in einer ersten Stellung (p1), derart, daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) liegt und die Z′-Achse des zweiten Bezugssystems genau durch das Zen­ trum des Bezugselements verläuft,
• - Verschiebung (120) des Meßkopfes (15) entlang der ausge­ wählten Achse (Z) der Meßmaschine (10), wodurch das Bild des Bezugselements aus dem Zentrum der Bildebene verschoben wird,
• - automatische Positionierung (130) des Meßkopfes (15) in einer zweiten Stellung (p2), derart, daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) liegt und daß die Z′-Achse des zweiten Bezugssystems genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft,
• - Berechnung (140) einer ersten Linie durch die ersten und zweiten Stellungen (p1, p2) relativ zum ersten Bezugssystem, wobei diese Linie der Z′-Achse entspricht,
• - automatische Positionierung (150) des Meßkopfes (15) der­ art, daß in dem von der Fernsehkamera (31) aufgenommenen Bild das Bezugselement in der Nähe der ersten Koordinaten­ achse Y′ liegt,
• - automatische Positionierung (160) des Meßkopfes (15) in einer dritten Stellung (p3) derart, daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau auf der ersten Koordinaten­ achse Y′ liegt und die erste Koordinatenachse Y′ genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft,
• - Verschiebung (170) des Meßkopfes (15) derart, daß das Bild des Bezugselements sich von der ersten Koordinatenachse Y′ entfernt,
• - automatische Positionierung (180) des Meßkopfes (15) in einer vierten Stellung (p4) derart, daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau auf der ersten Koordinaten­ achse Y′ liegt und die Y′-Achse genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft,
• - Berechnung (190) einer zweiten Linie im ersten Bezugssy­ stem (X, Y, Z) durch die dritte und vierte Stellung (p3, p4), wobei diese zweite Linie der ersten Koordinatenachse Y′ ent­ spricht,
• - Berechnung (200) der X′-Achse senkrecht zu den bereits ermittelten Achsen Z′ und Y′ im zweiten Bezugssystem, um dieses Bezugssystem (X′, Y′, Z′) endgültig zu definieren, - Berechnung (210) der Rotationsmatrix (ROT-MAT), die die Beziehung zwischen den Achsen des ersten Bezugssystems X, Y, Z und den Achsen des zweiten Bezugssystems X′, Y′, Z′ in Dreh­ richtung zum Ausdruck bringt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Eichkörper (60) im Querschnitt die Form von regelmäßigen Achtecken besitzt und durch 26 seitliche Wände definiert ist, und zwar 18 quadratische und acht dreieckige Wände, wobei jede dieser Wände in ihrem Zentrum ein kreisförmiges Sackloch (63) besitzt, das als Bezugselement dient.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schritt der Berechnung des OFFSET-Vektors die folgenden Unterschritte enthält:

• - automatische Positionierung (250) des Meßkopfes (15) ent­ lang der Z′-Achse des zweiten Bezugssystems (X′,Y′,Z′) in einer fünften Stellung (p5), wobei eine Laserlinie (50), die vom Schnittbild des Strahls (35) mit einer Seite des Körpers gebildet wird, genau im Zentrum der Bildebene liegt und das Zentrum des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) ange­ ordnet ist, und wobei der Wert der fünften Stellung (p5) im ursprünglichen Zyklus (98) bestimmt wurde,
• - Berechnung (260) des OFFSET-Vektors auf der Basis des Ab­ stands im ersten Bezugssystem zwischen der fünften Stellung (p5) und der Stellung des Bezugspunkts (CT) des beweglichen Elements (12), für das die fünfte Stellung bestimmt wurde.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekenn­ zeichnet durch den Schritt der Berechnung einer Anzahl von intrinsischen Parametern, die die internen Eigenschaften des Bildaufnahmesensors (25) beschreiben, und der Korrelation der Abmessungen eines in dem zweidimensionalen Bild aufge­ nommenen Gegenstands bezüglich der tatsächlichen Abmessungen des Gegenstands.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Berechnung einer Anzahl von intrinsischen Parametern folgende Unterschritte enthält:

• - Positionierung (265) des Meßkopfes entlang der Z′-Achse des zweiten Bezugssystems, um eine erste ursprüngliche Stel­ lung K1 (X1, Y1, Z1) zu erreichen, in der das Bild des Bezugs­ elements genau im Zentrum der Bildebene liegt,
• - Verschiebung (270) des Meßkopfs (15) entlang der Z′-Achse, um eine erste endgültige Stellung K2 (X2, Y2, Z2) zu erreichen,
• - Analyse (275) des zweidimensionalen Bilds, um eine erste Bildpunktverschiebung (y-pix) der vom Schnittpunkt des La­ serstrahls mit der Seite des Eichkörpers (60) gebildeten Laserlinie entlang der Y′-Achse durch die Bildebene zu be­ stimmen,
• - Berechnung (280) von Parametern auf der Basis der ersten Bildpunktverschiebung (y-pix) und der ersten ursprünglichen und der ersten endgültigen Stellung,
• - Positionierung (285) des Meßkopfes (15) entlang der Z′- Achse, um eine zweite endgültige Stellung K3 (X3, Y3, Z3) zu erreichen,
• - Analyse (290) des Bilds, um eine zweite Bildpunktverschie­ bung (y1-pix) der Laserlinie entlang der Y′-Achse durch die Bildebene zu bestimmen,
• - Berechnung (295) zumindest eines intrinsischen Parameters auf der Basis von mindestens der ersten und der zweiten Bildpunktverschiebung (y-pix, y1-pix).

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schritt der Berechnung der intrinsischen Para­ meter die folgenden Unterschritte enthält:

• - Positionierung (300) des Meßkopfs (15) entlang der Z′-Ach­ se des zweiten Bezugssystems, um eine erste vorübergehende Stellung P3 (X3, Y3, Z3) zu erreichen, in der das Bild des Be­ zugselements genau im Zentrum der Bildebene liegt,
• - Positionierung (310) des Meßkopfes (15) durch dessen Ver­ schiebung entlang von drei Achsen, um eine erste Endstellung P1 (X1, Y1, Z1) zu erreichen,
• - Analyse (320) des zweidimensionalen Bilds, um erste Paare von Bildpunktverschiebungen (x-pix, y-pix) des Bildes des Bezugselements entlang von zwei Koordinatenachsen (X′ und Y′) durch die Bildebene und relativ zur Verschiebung zwi­ schen der ersten vorübergehenden und der ersten Endstellung zu bestimmen,
• - Berechnung (340) von ersten Parametern auf der Basis des ersten Paares von Bildpunktverschiebungen (x-pix, y-pix) und der ersten vorübergehenden und der ersten Endstellung,
• - Positionierung (350) des Meßkopfes (15) entlang der Z′- Achse, so daß das Bild des Bezugselements sich im Zentrum der Bildebene in einer zweiten vorübergehenden Stellung be­ findet,
• - Positionierung (360) des Meßkopfes (15) entlang von drei Achsen, um eine zweite Endstellung P2 (X2, Y2, Z2) zu errei­ chen,
• - Analyse (362) des Bilds, um ein zweites Paar von Bild­ punktverschiebungen (x′-pix, y′-pix) des Bilds des Bezugs­ elements entlang von zwei Koordinatenachsen (X′ und Y′) durch die Bildebene und relativ zur Verschiebung zwischen der zweiten vorübergehenden Stellung und der zweiten End­ stellung zu bestimmen,
• - Berechnung (365) von zweiten Parametern auf der Basis der zweiten Paare von Bildpunktverschiebungen (x′-pix, y′-pix) und der zweiten vorübergehenden und der zweiten Endstellung,
• - Definition (366) der intrinsischen Parameter abhängig von den ersten und zweiten Parametern.