DE202013010966U1 - Device for 3-D measurement of a surface and projection unit - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur 3-D-Vermessung einer Oberfläche (1), aufweisend eine Projektionseinheit (2) mit einem Laser (2.1) und mindestens einem diffraktiven optischen Element (2.2), wobei mittels der Projektionseinheit (2) ein Punktmuster (3) auf die Oberfläche (1) projizierbar ist, und aufweisend ein Stereokamerasystem (4), mittels dessen das Punktmuster (3) auf der Oberfläche (1) optisch erfassbar ist, sowie aufweisend eine Auswertungseinheit (5), mittels derer das optisch erfasste Punktmuster (3) auswertbar ist und mittels derer Raumkoordinaten der Punkte des Punktmusters (3) ermittelbar sind, wobei die Raumkoordinaten als Raumkoordinatendaten ausgebbar bereitstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Laser (2.1) und dem mindestens einen diffraktiven optischen Element (2.2) ein Ablenkungsmittel (2.3) angeordnet ist, wobei durch das Ablenkungsmittel (2.3) eine Ablenkung eines, durch den Laser (2.1) bereitgestellten, Laserstrahls (6) bewirkbar ist und wobei die Ablenkung veränderbar ist.Device for the 3-D measurement of a surface (1), comprising a projection unit (2) with a laser (2.1) and at least one diffractive optical element (2.2), wherein by means of the projection unit (2) a dot pattern (3) on the surface (1) is projectable, and comprising a stereo camera system (4), by means of which the dot pattern (3) on the surface (1) is optically detectable, and comprising an evaluation unit (5), by means of which the optically detected dot pattern (3) is evaluable and by means of which spatial coordinates of the points of the dot pattern (3) can be determined, wherein the spatial coordinates can be output as spatial coordinate data, characterized in that a deflection means (2.3) is arranged between the laser (2.1) and the at least one diffractive optical element (2.2) , wherein by the deflection means (2.3) deflection of a, provided by the laser (2.1), the laser beam (6) is effected and wherein the deflection verä is changeable.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur 3-D-Vermessung einer Oberfläche, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie, sowie eine zugehörige Projektionseinheit zum Projizieren eines Punktmusters auf die Oberfläche.The invention relates to a device for the 3-D measurement of a surface, in particular a vehicle body, and to an associated projection unit for projecting a dot pattern onto the surface.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen für optische 3-D-Vermessungsvorrichtungen bekannt.Various solutions for optical 3-D surveying devices are known from the prior art.
Bei derartigen Vermessungsvorrichtungen wird in der Regel ein Farb- oder Linienmuster auf die zu vermessende Oberfläche projiziert, welches anschließend meist mittels Stereokameras erfasst wird und aus welchem abschließend die Oberflächentopologie der vermessenen Oberfläche berechnet wird. Der Nachteil derartiger Vorrichtungen liegt insbesondere in dem vergleichsweise hohen technologischen Aufwand zur Bereitstellung der Farb- oder Linienmuster sowie für die anschließende Auswertung der erfassten Muster.In surveying devices of this type, a color or line pattern is generally projected onto the surface to be measured, which is then usually detected by means of stereo cameras and from which the surface topology of the measured surface is finally calculated. The disadvantage of such devices lies in particular in the comparatively high technological complexity for providing the color or line pattern as well as for the subsequent evaluation of the detected patterns.
Zudem sind aus dem Stand der Technik Vermessungsvorrichtungen bekannt, welche ein statisches Punktmuster auf die zu vermessende Oberfläche projizieren, welches ebenfalls mittels Stereokameras erfasst wird. Aus den erfassten Daten werden anschließend die Raumkoordinaten der Punkte auf der Oberfläche ermittelt und daraus deren Oberflächentopologie berechnet. Derartige Vorrichtungen weisen jedoch insbesondere den Nachteil auf, dass die maximale optische Auflösung der Menge der erfassten Punkte des Punktmusters entspricht. Eine beliebig enge Ausbildung des Punktmusters kann mit derartigen Vorrichtungen insbesondere deshalb nicht erfolgen, da für die, die Punkte des Punktmusters erfassenden, Stereokameras eine eindeutige Trennung der Punkte voneinander ermöglicht und damit ein entsprechender Mindestabstand zwischen den Punkten eingehalten werden muss.In addition, from the prior art surveying devices are known which project a static dot pattern on the surface to be measured, which is also detected by means of stereo cameras. The spatial coordinates of the points on the surface are then determined from the acquired data and their surface topology calculated therefrom. However, such devices have the particular disadvantage that the maximum optical resolution corresponds to the amount of the detected points of the dot pattern. An arbitrary narrow design of the dot pattern can not be done with such devices, in particular, since for the, the points of the dot pattern detecting stereo cameras allows a clear separation of the points from each other and thus a corresponding minimum distance between the points must be complied with.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur 3-D-Vermessung von Oberflächen bereitzustellen, welche mit geringem technischen Aufwand eine besonders hohe optische Auflösung und somit eine exakte Bereitstellung der Oberflächentopologie ermöglicht. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Projektionseinheit für eine eben solche Vorrichtung zur 3-D-Vermessung bereitzustellen.The object of the invention is to provide a device for the 3-D measurement of surfaces, which enables a particularly high optical resolution and thus an exact provision of the surface topology with little technical effort. In addition, it is an object of the invention to provide a projection unit for such a device for 3-D measurement.
Die Aufgabe wird im Bezug auf die Vorrichtung zur 3-D-Vermessung durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale und im Bezug auf die Projektionseinheit durch die im Schutzanspruch 6 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen.The object is achieved with respect to the device for 3-D measurement by the features listed in the
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur 3-D-Vermessung einer Oberfläche, beispielsweise einer Oberfläche einer Fahrzeugs, weist eine Projektionseinheit mit einem Laser und mit mindestens einem diffraktiven optischen Element, nachfolgend auch abgekürzt als DOE bezeichnet, auf und ist erfindungsgemäß dazu in der Lage, ein Punktmuster auf die zu vermessende Oberfläche zu projizieren. Mittels des Lasers wird ein Laserstrahl bereitgestellt. Der Laser weist vorzugsweise ein optisches Element zur Bereitstellung eines parallelen Strahlenverlaufs auf. Das optische Element wird hierbei beispielsweise durch einen Kollimator gebildet. Nach dem optischen Element trifft der Laserstrahl auf das mindestens eine diffraktive optische Element und wird durch dieses so zerlegt, dass auf der Oberfläche ein Punktmuster projiziert wird.A device according to the invention for the 3-D measurement of a surface, for example a surface of a vehicle, has a projection unit with a laser and at least one diffractive optical element, hereinafter also referred to as DOE for short, and according to the invention is capable of producing a dot pattern to project onto the surface to be measured. By means of the laser, a laser beam is provided. The laser preferably has an optical element for providing a parallel beam path. The optical element is formed here, for example, by a collimator. After the optical element, the laser beam strikes the at least one diffractive optical element and is disassembled by it so that a dot pattern is projected on the surface.
Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur 3-D-Vermessung, nachfolgend auch nur als Vorrichtung bezeichnet, ein Stereokamerasystem, mittels dessen das auf die Oberfläche projizierte Punktmuster optisch erfassbar ist, sowie eine Auswertungseinheit, mit welcher das optisch erfasste Punktmuster auswertbar ist, auf. Das Punktmuster liegt hierbei vorzugsweise als regelmäßiges Punktmuster vor, was insbesondere den Vorteil bietet, dass ein Kontrast zwischen der Farbe und/oder der Textur der Oberfläche möglichst groß eingestellt werden kann und somit eine optische Bilderfassung mit eindeutigen Werten ermöglicht wird.Furthermore, the device according to the invention for 3-D measurement, hereinafter also referred to as device, a stereo camera system by means of which the projected onto the surface dot pattern is optically detectable, and an evaluation unit with which the optically detected dot pattern is evaluated on. The dot pattern is here preferably in the form of a regular dot pattern, which offers the particular advantage that a contrast between the color and / or the texture of the surface can be set as large as possible and thus optical image acquisition with unique values is made possible.
Die Auswertungseinheit ist erfindungsgemäß dazu in der Lage, die Raumkoordinaten der Punkte des optisch erfassten Punktmusters zu ermitteln und die Raumkoordinaten als Raumkoordinatendaten ausgebbar bereitszustellen. Aus den bereitgestellten Raumkoordinatendaten wird anschließend, in der Auswertungseinheit selbst oder in einer, der Auswertungseinheit zugeordneten, Datenverarbeitungseinheit die Topologie der Oberfläche erstellt und für eine weitere Verarbeitung verfügbar gemacht.According to the invention, the evaluation unit is able to determine the spatial coordinates of the points of the optically detected dot pattern and to set the spatial coordinates as spatial coordinate data as output. From the space coordinate data provided, the topology of the surface is then created in the evaluation unit itself or in a data processing unit assigned to the evaluation unit, and made available for further processing.
Zudem ist die Auswertungseinheit erfindungsgemäß mit den Stereokameras und vorzugsweise ebenso mit der Projektionseinheit verbunden. Durch die Verbindung mit der Projektionseinheit wird es ermöglicht, dass beispielsweise das Ablenkungsmittel oder der Laser über die Auswertungseinheit angesteuert werden können. Die Auswertungseinheit stellt in diesem Fall gleichzeitig eine Steuerungseinheit für die Vorrichtung zur 3-D-Vermessung dar.In addition, the evaluation unit according to the invention is connected to the stereo cameras and preferably also to the projection unit. The connection with the projection unit makes it possible, for example, for the deflection means or the laser to be controlled via the evaluation unit. In this case, the evaluation unit simultaneously represents a control unit for the device for 3-D measurement.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur 3-D-Vermessung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Laser und dem mindestens einen diffraktiven optischen Element ein Ablenkungsmittel angeordnet ist. Durch das Ablenkungsmittel ist erfindungsgemäß eine Ablenkung des Laserstrahls bewirkbar, wobei die Ablenkung mittels des Ablenkungsmittels veränderlich ist.The inventive device for 3-D measurement is characterized in that a deflection means is arranged between the laser and the at least one diffractive optical element. By the deflection means according to the invention a deflection of the laser beam can be effected, wherein the deflection is variable by means of the deflection means.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf als besonderer Vorteil auf sehr einfache Weise eine zeitlich versetzte Mehrfachprojektion des Punktmusters auf der zu vermessenden Oberfläche bereitstellbar. Innerhalb einer solchen Mehrfachprojektion wird durch die Vorrichtung in einem ersten Projektions- und Erfassungsvorgang ein Punktmuster auf die Oberfläche projiziert und anschließend die Punkte auf der Oberfläche mittels des Stereokamerasystems erfasst und deren Raumkoordinaten ermittelt. Die Raumkoordinaten des ersten Projektions- und Erfassungsvorgangs werden ferner als erster Raumkoordinatendatensatz bereitgestellt.By means of the device according to the invention, a temporally offset multiple projection of the dot pattern on the surface to be measured can be provided as a particular advantage in a very simple manner. Within such a multiple projection, a point pattern is projected onto the surface by the device in a first projection and detection process, and then the points on the surface are detected by means of the stereo camera system and their spatial coordinates are determined. The spatial coordinates of the first projection and detection process are also provided as the first spatial coordinate data set.
In einem anschließenden, zweiten Projektions- und Erfassungsvorgang wird dann erneut ein Punktmuster auf die Oberfläche projiziert, wobei in dem zweiten Projektions- und Erfassungsvorgang der Laserstrahl durch das Ablenkungsmittel so abgelenkt wird, dass die Punkte des Punktmusters des zweiten Projektions- und Erfassungsvorgangs eine andere Position auf der zu vermessenden Oberfläche einnehmen als die Punkte des Punktemusters des ersten Projektions- und Erfassungsvorgangs. Die Raumkoordinaten der Punkte des zweiten Projektions- und Erfassungsvorgangs werden ebenfalls ermittelt und als zweiter Raumkoordinatendatensatz bereitgestellt. Optional können analog weitere Projektions- und Erfassungsvorgänge mittels weiterer Ablenkungen zur Bereitstellung weiterer Raumkoordinatendatensätze durchgeführt werden. Mindestens zwei bereitgestellte Raumkoordinatendatensätze bilden erfindungsgemäß die Basis für die im Ergebnis zur Verfügung gestellte Topologie der vermessenen Oberfläche.In a subsequent, second projection and detection process, a dot pattern is then projected onto the surface again, wherein in the second projection and detection process, the laser beam is deflected by the deflection means so that the points of the dot pattern of the second projection and detection process a different position occupy the surface to be measured as the points of the dot pattern of the first projection and detection process. The spatial coordinates of the points of the second projection and detection process are also determined and provided as a second spatial coordinate data set. Optionally, further projection and acquisition processes can be carried out by means of further distractions to provide further spatial coordinate data sets. According to the invention, at least two provided spatial coordinate data sets form the basis for the topology of the surveyed surface provided in the result.
Auf diese Weise wird es als besonderer Vorteil der Erfindung ermöglicht, die optische Auflösung der Punkte auf der zu vermessenden Oberfläche gegenüber herkömmlichen Lösungsansätzen deutlich zu erhöhen und somit eine genauere Topologie der vermessenen Oberfläche zur Verfügung zu stellen. Durch die vorgenommene Mehrfachprojektion wird zudem als weiterer Vorteil ein unerwünschtes Ineinanderübergehen einzelner Punkte des Punktemusters vermieden, sodass jeder projizierte Punkt exakt durch das Stereokamerasystem erfasst werden kann.In this way it is possible, as a particular advantage of the invention, to significantly increase the optical resolution of the points on the surface to be measured compared to conventional approaches, and thus to provide a more accurate topology of the measured surface. As a further advantage, the multiple projection that is carried out avoids an undesired overlapping of individual points of the dot pattern, so that each projected point can be detected exactly by the stereo camera system.
Vorzugsweise können dem zweiten Projektions- und Erfassungsvorgang weitere Projektions- und Erfassungsvorgänge folgen, wobei durch die Mehrzahl der bereitgestellten Raumkoordinatendatensätze die Genauigkeit der Topologie der Oberfläche weiter verbessert werden kann.Preferably, the second projection and detection process can be followed by further projection and detection processes, wherein the accuracy of the topology of the surface can be further improved by the plurality of provided spatial coordinate data sets.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt insbesondere darin, dass die Mehrfachprojektion durch das Ablenkungsmittel technologisch besonders unkompliziert und insbesondere ohne eine Verdrehung oder Lageänderung des mindestens einen diffraktiven Elements oder der gesamten Vorrichtung bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann die Lagebeziehung zwischen dem Laser und dem mindestens einem DOE unverändert bleiben, womit besondere Vorteile in Bezug auf die Justierung verbunden sind.A further advantage of the device according to the invention lies in the fact that the multiple projection can be provided by the deflection means technologically particularly uncomplicated and in particular without a rotation or position change of the at least one diffractive element or the entire device. In particular, the positional relationship between the laser and the at least one DOE may remain unchanged, with particular advantages associated with the adjustment.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Vermessung von Fahrzeugkarosserien, beispielsweise im Zuge einer Schadensanalyse, wobei mittels der Vorrichtung die Oberfläche der Fahrzeugkarosserie vermessen und die aus den Raumkoordinatendaten bereitgestellte Oberflächentopographie mit einem vorhandenen Idealmodell der Oberfläche abgeglichen wird.A device according to the invention is particularly suitable for measuring vehicle bodies, for example in the course of a damage analysis, whereby the surface of the vehicle body is measured by means of the device and the surface topography provided from the space coordinate data is compared with an existing ideal model of the surface.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Ablenkungsmittel ein lageveränderliches Prisma auf. Das Prisma ist hierbei in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung angeordnet, welche beispielsweise ein Verschieben oder ein Drehen des Prismas relativ zu dem Laserstrahl und somit die erfindungsgemäße Anpassung der Ablenkung des Laserstrahls ermöglicht.In a particularly advantageous development of the invention, the deflection means comprises a position-adjustable prism. The prism is in this case arranged in a corresponding receiving device, which allows, for example, a displacement or rotation of the prism relative to the laser beam and thus the inventive adjustment of the deflection of the laser beam.
Der besondere Vorteil der Ausbildung des Ablenkungsmittels als lageveränderliches Prisma besteht insbesondere in dessen Einfachheit und den jeweils im Vorfeld berechenbaren Ablenkungseigenschaften des Prismas in dessen jeweiliger Lageposition. Somit können in erster Linie der technologische Aufwand und die Kosten für die Bereitstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung niedrig gehalten werden. Gleichzeitig kann durch die variable Anordnung des Prismas eine entsprechend große Anzahl an Mehrfachprojektionen realisiert werden.The particular advantage of the design of the deflection means as a prism variable in position consists, in particular, in its simplicity and the respectively predictable deflection properties of the prism in its respective position. Thus, in the first place, the technological complexity and the cost of providing a device according to the invention can be kept low. At the same time a correspondingly large number of multiple projections can be realized by the variable arrangement of the prism.
Eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, dass das Ablenkungsmittel durch eine Prismenanordnung gebildet wird. Eine solche Prismenanordnung weist im Wesentlichen eine Mehrzahl Prismen mit unterschiedlichen Ablenkungseigenschaften sowie eine drehbare Scheibe, auf welcher die Prismen stationär angeordnet sind, auf.A further advantageous variant of the invention provides that the deflection means is formed by a prism arrangement. Such a prism arrangement essentially comprises a plurality of prisms with different deflection properties and a rotatable disk on which the prisms are arranged stationary.
Die drehbare Scheibe ist gegenüber dem Laser derart angeordnet, dass je nach gewünschtem Ablenkungsgrad das entsprechende Prisma in den Laserstrahl gedreht werden kann. Zudem kann, je nach Anordnung der Prismen auf der drehbaren Scheibe, das Eindrehen des jeweils erforderlichen Prismas in den Laserstrahl so variiert werden, dass der Laserstrahl das Prisma in einem vorher festgelegten Punkt durchdringt.The rotatable disc is arranged opposite to the laser such that, depending on the desired degree of deflection, the corresponding prism can be rotated into the laser beam. In addition, depending on the arrangement of the prisms on the rotatable disc, the screwing of the respectively required prism into the laser beam can be varied so that the laser beam penetrates the prism at a predetermined point.
Durch die Ausbildung des Ablenkungsmittels als Prismenanordnung kann somit in einfacher Weise die Variabilität des Ablenkungsmittels und die Anzahl möglicher Mehrfachprojektionen bereitgestellt werden. By forming the deflection means as a prism arrangement, the variability of the deflection means and the number of possible multiple projections can thus be provided in a simple manner.
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Ablenkungsmittel durch einen, um eine Drehachse drehbaren, Spiegel gebildet wird, dessen Spiegelfläche nicht orthogonal zu der Drehachse ausgerichtet ist. Der Spiegel ist somit in der Lage, mit seiner Spiegelfläche gegenüber dem Laserstrahl eine anpassbare Winkelstellung einzunehmen, sodass die gewünschte Ablenkung des Laserstrahls in diesem Fall durch die entsprechend einzustellende Winkelstellung des Spiegels bewirkt wird.Furthermore, an advantageous development of the invention provides that the deflection means is formed by a mirror which is rotatable about a rotation axis and whose mirror surface is not oriented orthogonally to the rotation axis. The mirror is thus able to assume with its mirror surface relative to the laser beam an adjustable angular position, so that the desired deflection of the laser beam is effected in this case by the correspondingly adjusted angular position of the mirror.
Der technologische Vorteil der hier aufgeführten Weiterbildung liegt insbesondere in der Einfachheit und der unkomplizierten und günstigen Bereitstellung des Spiegels, wodurch die Bereitstellungskosten für die gesamte Vorrichtung zur 3-D-Vermessung gering gehalten werden können.The technological advantage of the training listed here lies in particular in the simplicity and the uncomplicated and cheap provision of the mirror, whereby the provision costs for the entire device for 3-D measurement can be kept low.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung wird das Ablenkungsmittel durch eine Flüssiglinse gebildet. Die Flüssiglinse weist hierbei insbesondere den techologischen Vorteil auf, dass diese eine elektrisch variierbare Brennweite bereitstellt und somit eine besonders exakte Einstellung der gewünschten Ablenkungseigenschaften ermöglicht wird. Zudem sind keine mechanischen Verstellmittel erforderlich, so dass als besonderer Vorteil Verschleiß- und mechanische Justieraufwendungen entfallen.In a particularly advantageous embodiment, the deflection means is formed by a liquid lens. In this case, the liquid lens in particular has the technological advantage that it provides an electrically variable focal length and thus enables a particularly exact adjustment of the desired deflection properties. In addition, no mechanical adjustment means are required, so that wear and mechanical Justieraufwendungen omitted as a particular advantage.
Zudem können Flüssiglinsen sehr klein ausgebildet werden, sodass diese innerhalb der Vorrichtung nur einen geringen Platzbedarf benötigen.In addition, liquid lenses can be made very small, so they require only a small footprint within the device.
Als weiterer Vorteil weisen Flüssiglinsen eine schnelle Reaktionszeit und einen geringen Energieverbrauch auf. Insbesondere durch die schnelle Reaktionszeit ermöglicht ein als Flüssiglinse ausgebildetes Ablenkungsmittel einen besonders schnellen Vermessungsvorgang, wobei die Mehrfachprojektionen in vergleichsweise kurzen Zeitabständen nacheinander durchgeführt werden können.As a further advantage, liquid lenses have a fast response time and low energy consumption. In particular, due to the fast reaction time, a deflection means designed as a liquid lens enables a particularly rapid measurement process, wherein the multiple projections can be performed one after the other in comparatively short time intervals.
Eine erfindungsgemäße Projektionseinheit, insbesondere zur Anwendung innerhalb einer Vorrichtung zur 3-D-Vermessung, weist einen Laser und mindestens ein diffraktives optisches Element auf und ist dazu in der Lage, ein Punktmuster auf eine Oberfläche, insbesondere eine zu vermessende Oberfläche, zu prijizieren.A projection unit according to the invention, in particular for use within a device for 3-D measurement, has a laser and at least one diffractive optical element and is able to prijise a dot pattern on a surface, in particular a surface to be measured.
Die Projektionseinheit zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass zwischen dem Laser und dem mindestens einen diffraktiven optischen Element ein Ablenkungsmittel angeordnet ist, mittels dessen eine Ablenkung des Laserstrahls in eine gewünschte Richtung bewirkbar ist.According to the invention, the projection unit is characterized in that a deflection means is arranged between the laser and the at least one diffractive optical element, by means of which a deflection of the laser beam into a desired direction can be effected.
Die Ablenkung ist zudem besonders vorteilhaft veränderlich, indem beispielsweise das Ablenkungsmittel relativ zu dem Laserstrahl in dessen Lageposition angepasst wird.The deflection is also particularly advantageous variable, for example, by adjusting the deflection means relative to the laser beam in its positional position.
Das Ablenkungsmittel einer erfindungsgemäßen Projektionseinheit kann vorliegend verschiedenartig bereitgestellt werden, wobei für die einzelnen Ausführungsvarianten des Ablenkungsmittels auf die Ansprüche 2 bis 5 und die dort offenbarten Merkmale verwiesen wird, welche in gleichem Maße für das Ablenkungsmittel einer erfindungsgemäßen Projektionseinheit gelten.In the present case, the deflection means of a projection unit according to the invention can be provided in various ways, reference being made to claims 2 to 5 and the features disclosed therein for the individual variant embodiments of the deflection means, which apply to the same extent to the deflection means of a projection unit according to the invention.
Mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Verfahren zur 3-D-Vermessung durchführbar, welches die nachfolgenden Verfahrensschritte aufweist:
- a) Bereitstellen einer ersten Ablenkung des Laserstrahls durch das Ablenkungsmittel,
- b) erste Projektion eines Punktmusters auf die Oberfläche mittels der Projektionseinheit,
- c) erste Erfassung des Punktmusters auf der Oberfläche mittels des Stereokamerasystems sowie Bilden eines ersten Bilddatensatzes und Übertragung des ersten Bilddatensatzes an die Auswertungseinheit,
- d) Bereitstellen einer zweiten Ablenkung des Laserstrahls durch das Ablenkungsmittel,
- e) zweite Projektion eines Punktmusters auf die Oberfläche mittels der Projektionseinheit, wobei der Laserstrahl durch die, durch das Ablenkungsmittel bereitgestellte, zweite Ablenkung derart abgelenkt wird, dass die Position des Punktmusters der zweiten Projektion gegenüber der Position des Punktmusters der ersten Projektion verschoben ist,
- f) zweite Erfassung des Punktmusters auf der Oberfläche mittels des Stereokamerasystems sowie Bilden eines zweiten Bilddatensatzes und Übertragen des zweiten Bilddatensatzes an die Auswertungseinheit,
- g) Ermitteln der Raumkoordinaten der Punkte der Punktmuster aus dem ersten und zweiten Bilddatensatz durch die Auswertungseinheit,
- h) Zusammenführen der Raumkoordinaten in einen gemeinsamen Raumkoordinatendatensatz,
- i) Bereitstellen der Topologie der Oberfläche aus dem gemeinsamen Raumkoordinatendatensatz.
- a) providing a first deflection of the laser beam by the deflection means,
- b) first projection of a dot pattern onto the surface by means of the projection unit,
- c) first detecting the dot pattern on the surface by means of the stereo camera system and forming a first image data record and transmitting the first image data record to the evaluation unit,
- d) providing a second deflection of the laser beam by the deflection means,
- e) second projection of a dot pattern on the surface by means of the projection unit, wherein the laser beam is deflected by the second deflection provided by the deflection means such that the position of the dot pattern of the second projection is shifted from the position of the dot pattern of the first projection,
- f) second detection of the dot pattern on the surface by means of the stereo camera system and formation of a second image data record and transmission of the second image data record to the evaluation unit,
- g) determining the spatial coordinates of the points of the dot patterns from the first and second image data sets by the evaluation unit,
- h) merging the spatial coordinates into a common spatial coordinate dataset,
- i) providing the topology of the surface from the common space coordinate data set.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Prinzip der Mehrfachprojektion, wobei vorliegend mindestens zwei nacheinander durchzuführende Projektions- und Erfassungsvorgänge erfolgen. Der erste Projektions- und Erfassungsvorgang umfasst vorliegend die Verfahrensschritte a) bis c), während der zweite Projektions- und Erfassungsvorgang die Verfahrensschritte d) bis f) umfasst.The method according to the invention is based on the principle of multiple projection, wherein in the present case at least two consecutive projection and detection operations are performed. In the present case, the first projection and detection process comprises the method steps a) to c), while the second projection and detection process comprises the method steps d) to f).
In dem ersten Verfahrensschritt a) wird eine erste Ablenkung des, durch den Laser der Projektionseinheit bereitgestellten, Laserstrahls durch das Ablenkungsmittel bereitgestellt. Die Bereitstellung der ersten Ablenkung erfolgt beispielsweise durch eine entsprechende Ausrichtung des Ablenkungsmittels gegenüber dem Laserstrahl oder durch eine entsprechende Positionierung des Ablenkungsmittels in dem Strahlengang des Laserstrahls.In the first method step a), a first deflection of the laser beam provided by the laser of the projection unit is provided by the deflection means. The provision of the first deflection takes place, for example, by a corresponding orientation of the deflection means relative to the laser beam or by a corresponding positioning of the deflection means in the beam path of the laser beam.
Anschließend erfolgt in Verfahrensschritt b) mittels der Projektionseinheit die erste Projektion des Punktmusters auf die zu vermessende Oberfläche, wobei die Position des Punktmusters durch die erste Ablenkung des Ablenkungsmittels festgelegt wird.Subsequently, in method step b) the first projection of the dot pattern onto the surface to be measured is carried out by means of the projection unit, wherein the position of the dot pattern is determined by the first deflection of the deflection means.
Das projizierte Punktmuster der erste Projektion wird anschließend in Verfahrensschritt c) durch das Stereokamerasystem optisch erfasst und aus den optisch erfassten Daten ein erster Bilddatensatz gebildet, welcher anschließend von dem Stereokamerasystem an die Auswertungseinheit übertragen wird.The projected dot pattern of the first projection is then optically detected in method step c) by the stereo camera system and a first image data record is formed from the optically acquired data, which is then transmitted from the stereo camera system to the evaluation unit.
An den Verfahrensschritt c) schließt sich der zweite Projektions- und Erfassungsvorgang an, wobei in dem folgenden Verfahrensschritt d) eine zweite Ablenkung des Laserstrahls durch das Ablenkungsmittel bereitgestellt wird. Die Bereitstellung der zweiten Ablenkung erfolgt beispielsweise durch Anpassen der Ausrichtung des Ablenkungsmittels gegenüber dem Laserstrahl und ist erfindungsgemäß verschieden zu der ersten Ablenkung des Ablenkungsmittels.The second projection and detection process is followed by method step c), wherein in the following method step d) a second deflection of the laser beam is provided by the deflection means. The second deflection is provided, for example, by adjusting the orientation of the deflection means relative to the laser beam and, according to the invention, is different from the first deflection of the deflection means.
In Verfahrensschritt e) erfolgt dann eine zweite Projektion eines Punktmusters auf die zu vermessene Oberfläche, wobei in diesem Fall der Laserstrahl durch die durch das Ablenkungsmittel bereitgestellte zweite Ablenkung, welche sich von der ersten Ablenkung unterscheidet, in der Weise abgelenkt wird, dass die Position des Punktmusters der zweiten Projektion gegenüber der Position des Punktmusters der ersten Projektion verschoben ist.In method step e), a second projection of a dot pattern then takes place on the surface to be measured, in which case the laser beam is deflected by the second deflection provided by the deflection means, which differs from the first deflection, in such a way that the position of the laser beam is deflected Point pattern of the second projection is shifted from the position of the dot pattern of the first projection.
Im anschließenden Verfahrensschritt f) erfolgen die zweite optische Erfassung des Punktmusters auf der Oberfläche mittels des Stereokamerasystems sowie das Bilden eines zweiten Bilddatensatzes aus den optisch erfassten Daten. Der zweite Bilddatensatz wird anschließend ebenfalls von dem Stereokamerasystem an die Auswertungseinheit übertragen.In the subsequent method step f), the second optical detection of the dot pattern on the surface takes place by means of the stereo camera system and the formation of a second image data set from the optically acquired data. The second image data set is then also transmitted from the stereo camera system to the evaluation unit.
Aus dem ersten und zweiten Bilddatensatz ermittelt die Auswertungseinheit in Verfahrensschritt g) die Raumkoordinaten der Punkte des Punktmusters auf der Oberfläche. Die Ermittlung der Raumkoordinaten kann hierbei sowohl separat für jeden Bilddatensatz in Echtzeit oder zusammengefasst für beide Bilddatensätze nach Übertragung des zweiten Bilddatensatzes erfolgen.From the first and second image data sets, the evaluation unit determines in method step g) the spatial coordinates of the points of the dot pattern on the surface. The determination of the spatial coordinates can be carried out either separately for each image data set in real time or combined for both image data sets after transmission of the second image data set.
Die ermittelten Raumkoordinaten werden anschließend in Verfahrensschritt h) in einen gemeinsamen Raumkoordinatendatensatz zusammengeführt, aus welchem abschließend in Verfahrensschritt i) die Topologie der Oberfläche bereitgestellt wird.The determined spatial coordinates are then combined in method step h) into a common spatial coordinate data set, from which the topology of the surface is finally provided in method step i).
Alternativ können sich nach Verfahrensschritt i) weitere Projektions- und Erfassungsvorgänge anschließen, in welchen die Ablenkung des Laserstrahls durch das Ablenkungsmittel weiter angepasst ist und durch welche eine noch höhere Informationsdichte über die Beschaffenheit und Topologie der zu vermessenden Oberfläche bereitgestellt werden kann.Alternatively, after method step i), further projection and detection operations can follow, in which the deflection of the laser beam is further adjusted by the deflection means and by which an even higher information density can be provided about the nature and topology of the surface to be measured.
Wie bereits zu den Ansprüchen 2 bis 5 ausgeführt, kann das Ablenkungsmittel der Projektionseinheit durch verschiedene optische Mittel gebildet werden.As already stated in
Wird das Ablenkungsmittel gemäß dem Anspruch 2 durch ein lageveränderliches Prisma gebildet, so erfolgen die Verfahrensschritte a) und d) durch eine entsprechende Anpassung der Position oder der Ausrichtung des Prismas gegenüber dem Laserstrahl.If the deflection means according to
Für den Fall, dass das Ablenkungsmittel gemäß Anspruch 3 durch eine Prismenanordnung gebildet wird, erfolgen die Verfahrensschritte a) und d) durch Eindrehen des jeweiligen, für die notwendige Ablenkung geeigneten, Prismas in den Laserstrahl.In the event that the deflection means is formed by a prism arrangement according to
Wird das Ablenkungsmittel, wie im Anspruch 4 aufgeführt, durch einen, um eine Drehachse drehbaren, Spiegel gebildet, so erfolgen die Verfahrensschritte a) und d) durch Anpassen der Ausrichtung des Spiegels gegenüber dem Laserstrahl.If the deflection means, as stated in claim 4, formed by a rotatable about a rotation axis, mirror, the process steps a) and d) by adjusting the alignment of the mirror with respect to the laser beam.
Demgegenüber erfolgen die Verfahrensschritte a) und d) für den Fall, dass das Ablenkungsmittel gemäß Anspruch 5 durch eine Flüssiglinse gebildet wird, durch Variieren der Brennweite der Flüssiglinse.On the other hand, in the case that the deflecting means according to
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand vonThe invention will be described as an embodiment with reference to
Die Vorrichtung zur 3-D-Vermessung der Oberfläche
Die Projektionseinheit
Das diffraktive optische Element
Das Stereokamerasystem
Die Funktionsweise eines vorliegend zur Anwendung kommenden Stereokamerasystems
Der besondere technologische Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Ablenkbarkeit des Laserstahls
Die veränderbare Ablenkung des Laserstrahls
Unter einer Mehrfachprojektion wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel verstanden, dass beispielsweise in einem ersten Projektions- und Erfassungsvorgang der Laserstrahl
Der erste und der zweite Raumkoordinatensatz werden anschließend, vorzugsweise durch die Auswertungseinheit
Zudem bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung zur 3-D-Vermessung den besonderen Vorteil, dass lediglich das Ablenkungsmittel
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, dass als Ablenkungsmittel
Die
Die Projektionseinheit
Demgegenüber ist in einem zweiten Betriebszustand der Projektionseinheit
Zur besseren Veranschaulichung sind die Ablenkungen des Laserstrahls
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Oberflächesurface
- 1.11.1
- Schadstelledamaged area
- 22
- Projektionseinheitprojection unit
- 2.12.1
- Laserlaser
- 2.22.2
- diffraktives optisches Elementdiffractive optical element
- 2.32.3
- Ablenkungsmitteldeflecting means
- 2.42.4
- Kollimatorcollimator
- 33
- PunktmusterDot pattern
- 44
- StereokamerasystemStereo Camera System
- 4.14.1
- erste Stereokamerafirst stereo camera
- 4.24.2
- zweite Stereokamerassecond stereo cameras
- 55
- Auswertungseinheitevaluation unit
- 66
- Laserstrahllaser beam
- 6.16.1
- Laserstrahl vor der AblenkungLaser beam before the distraction
- 6.26.2
- Laserstrahl nach der AblenkungLaser beam after the distraction
- 6.36.3
- Teilstrahlen des LaserstrahlsPartial beams of the laser beam
Claims (6)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201320010966 DE202013010966U1 (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Device for 3-D measurement of a surface and projection unit |
| PCT/DE2014/000620 WO2015085982A1 (en) | 2013-12-11 | 2014-12-05 | Device for 3-d measurement of a surface and projection unit, and method for 3-d measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201320010966 DE202013010966U1 (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Device for 3-D measurement of a surface and projection unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE202013010966U1 true DE202013010966U1 (en) | 2015-03-16 |
Family
ID=52775491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE201320010966 Expired - Lifetime DE202013010966U1 (en) | 2013-12-11 | 2013-12-11 | Device for 3-D measurement of a surface and projection unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE202013010966U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111891688A (en) * | 2020-08-05 | 2020-11-06 | 广州贯力科技有限公司 | Dust cover cleanliness detection device and method of belt longitudinal tearing detection device |
| EP3701219A4 (en) * | 2017-10-27 | 2021-06-30 | AP Robotics, LLC | Systems and methods for gathering data and information on surface characteristics of an object |
-
2013
- 2013-12-11 DE DE201320010966 patent/DE202013010966U1/en not_active Expired - Lifetime
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| CN111891688B (en) * | 2020-08-05 | 2022-04-19 | 广州华方智能科技有限公司 | Dust cover cleanliness detection device and method of belt longitudinal tearing detection device |
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|
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|
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Representative=s name: DR. WEIHRAUCH & HAUSSINGEN PATENT- UND RECHTSA, DE |
|
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|
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Representative=s name: DR. WEIHRAUCH & HAUSSINGEN PATENT- UND RECHTSA, DE |
|
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
| R071 | Expiry of right |