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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR MEASURING OBJECTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/207364
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a device (22) for measuring objects (20, 21), comprising a mobile base (24) that allows the device (22) to move towards objects (20, 21) to be measured. A measuring head (25) that is mounted on a kinematic unit (23) subsequently allows the object (20, 21) to be measured.

Inventors:
HÖLLER FRANK (DE)
GRAF VOM HAGEN CHRISTOPH-HILMAR (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/062445
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
May 23, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ZEISS CARL AG (DE)
International Classes:
G01B11/00; G01B11/24; G06T7/579
Foreign References:
US20150269792A12015-09-24
EP2023077A12009-02-11
EP2896931A12015-07-22
DE1963754A11970-07-16
Other References:
BIRUK A GEBRE ET AL: "Remotely Operated and Autonomous Mapping System (ROAMS)", TECHNOLOGIES FOR PRACTICAL ROBOT APPLICATIONS, 2009. TEPRA 2009. IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, USA, 9 November 2009 (2009-11-09), pages 173 - 178, XP031570394, ISBN: 978-1-4244-4991-0
Attorney, Agent or Firm:
STICHT, Andreas (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Vorrichtung (22) zur Vermessung von Objekten, umfassend:

eine mobile Basis (24) zum Bewegen der Vorrichtung durch einen Raumbereich, eine an der mobilen Basis (24) angebrachte Kinematik (23), und einen an der Kinematik

(23) angebrachten Messkopf (25), wobei die Kinematik (23) eingerichtet ist, den Messkopf

(25) relativ zu der mobilen Basis (24) zu bewegen, wobei der Messkopf (25) einen Sensor zum Vermessen von Objekten (20, 21 ) umfasst.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die mobile Basis (24) Räder aufweist oder eine schienengebundene mobile Basis ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend eine Navigationseinrichtung (32) zum Navigieren der mobilen Basis (24) durch den Raumbereich.

Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Navigationseinrichtung (32) ein differentielles GPS-System und/oder eine Kameraeinrichtung umfasst.

Vorrichtung (22) nach einem der Ansprüche 1 -4, weiter umfassend eine Steuerung (31 ) und mindestens einen Sensor (33, 34), wobei die Steuerung (31 ) eingerichtet ist, die Kinematik auf Basis von Daten des mindestens einen Sensors (33) zur Bewegung des Messkopfes (25; 30) entlang des Objekts (20, 21 ) zu steuern.

Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Sensor einen ersten Sensor eines ersten Typs und einen zweiten Sensor eines vom ersten Typ verschiedenen zweiten Typs umfasst, wobei die Steuerung eingerichtet ist, eine Pose des Messkopfes (25, 30) auf Basis einer Kombination von Daten des ersten Sensors und des zweiten Sensors zu bestimmen.

Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Pose des

Messkopfes auf Basis von Steuerdaten der Vorrichtung zu bestimmen.

Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Kombinieren auf Basis eines Bayesian- Algorithmus erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5-7, wobei der mindestens eine Sensor ein oder mehrere Sensoren aus der Gruppe bestehend aus einer 2D-Kamera, einer 3D-Kamera, einem Magnetfeldsensor, einem Beschleunigungssensor und einem Winkelsensor, umfasst.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -9, wobei der Messkopf einen optischen Sensor umfasst.

1 1. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der optische Sensor einen konfokal chromatischen Multispotsensor umfasst.

12. Verfahren, umfassend:

Bewegen einer Vorrichtung zur Vermessung von Objekten nach einem der Ansprüche 1 - 1 1 zu einem zu vermessenden Objekt, und

Vermessen des Objekts.

13. Verfahren nach Anspruch 12, weiter umfassend Bewegen der Vorrichtung in

verschiedene Messpositionen zur Durchführung mehrerer Messungen, und

Kombinieren der mehreren Messungen zu einer Gesamtmessung.

Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Gesamtmessung eine 3D-Punktwolke eines interessierenden Bereichs ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Kombinieren der mehreren Messungen durch Fusion von Daten verschiedener Sensoren vorgenommen wird.

16. Computerprogramm zur Steuerung einer Vorrichtung zur Vermessung von Objekten, mit einem Programmcode, der, wenn er auf einer Steuerung ausgeführt wird, bewirkt, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 12-15 durchgeführt wird.

Description:
Beschreibung Vorrichtung zur Vermessung von Objekten

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen von Objekten, welche insbesondere in der industriellen Fertigung von Objekten wie beispielsweise Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen oder zur Vermessung industrieller Einrichtungen einsetzbar ist, jedoch nicht hierauf beschränkt ist.

In der Industrie sind verschiedene Vorrichtungen zum Vermessen von Objekten, beispielsweise von industriell gefertigten Produkten, bekannt. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise zur Endkontrolle eines hergestellten Produktes oder auch zur Kontrolle während der Fertigung dienen.

Ein Beispiel für derartige Vorrichtungen sind Koordinatenmessgeräte. Derartige

Koordinatenmessgeräte umfassen üblicherweise ein Messkopfsystem mit einem Sensor sowie ein Verfahr- bzw. Positioniersystem, mit welchem der Messkopf an einem zu vermessenden Objekt entlang bewegt werden kann. Derartige herkömmliche Koordinatenmessgeräte sind stationär und erfordern, dass das Koordinatenmessgerät größer als das zu vermessende Objekt ist. Zudem muss das zu vermessende Objekt zu dem Koordinatenmessgerät gebracht werden. Zur Veranschaulichung ist hier in Fig. 1 ein Beispiel gezeigt, in welchem ein Kraftfahrzeug 10 durch ein solches herkömmliches Koordinatenmessgerät 1 1 gefahren wird.

Eine weitere herkömmliche Herangehensweise sind lasertrackerbasierte Verfahren zur

Vermessung großer Objekte, wie sie in der Flugzeugindustrie eingesetzt werden. Diese ermöglichen eine relative hohe Genauigkeit bei der Vermessung, sind jedoch langsam und nicht oder nur relative schwer automatisierbar. Zudem erfordern sie gut geschultes Personal und freie Sicht zwischen einem Sensor und einer Basisstation, was in einer industriellen Umgebung und insbesondere an Robotern nur schwer zu realisieren ist. Entsprechende Vorrichtungen sind kommerziell erhältlich.

Als transportable Messsystem sind artikulierte Messarme bekannt. Ein derartiges Messsystem mit einem artikulierten Messarm ist beispielsweise in der DE 196 37 54 A1 offenbart. Derartige Messarme sind vergleichsweise einfach und intuitiv handhabbar. Eine Automatisierung ist üblicherweise jedoch nicht vorhanden, was der Wiederholbarkeit von Messprozessen entgegensteht. Handgeführte artikulierte Messarme sind zudem im Messvolumen durch die Armlänge des Messarms begrenzt. Zudem werden Roboter mit Kalibrierverfahren und modellgestützter Korrektur einer

Roboterpose (d.h. momentane Positionierung und Ausrichtung des Roboters) eingesetzt. Bei derartigen Robotern sind in der Regel Genauigkeiten unterhalb eines Millimeters nur in Form von Reproduzierbarkeit von Messung zu Messung, aber nicht als absolute Positionierung erreichbar. Somit sind solche Systeme kaum für flexible Messaufgaben einsetzbar.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Vermessung von Objekten bereitzustellen, welche in Bezug auf eine autonome Arbeitsweise, Mobilität und/oder Automatisierungsmöglichkeit gegenüber den herkömmlichen Vorrichtungen verbessert ist.

Zudem ist es eine Aufgabe, entsprechende Verfahren und Computerprogramme bereitzustellen.

Diesbezüglich wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 , ein Verfahren nach Anspruch 12 sowie ein Computerprogramm zur Steuerung einer derartigen Vorrichtung nach Anspruch 16 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen. Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Vermessung von Objekten bereitgestellt, umfassend eine mobile Basis zum Bewegen der Vorrichtung durch einen Raumbereich, eine an der mobilen Basis angebrachte Kinematik, und einen an der Kinematik angebrachten Messkopf, wobei die Kinematik eingerichtet ist, den Messkopf relativ zu der mobilen Basis zu bewegen, wobei der Messkopf einen Sensor zum Vermessen von Objekten umfasst.

Durch die Bereitstellung einer fahrbaren Basis ist eine hohe Flexibilität hinsichtlich des

Einsatzortes beispielsweise in Fabriken möglich.

Die mobile Basis kann Räder aufweisen oder eine schienengebundene mobile Basis sein.

Damit ist eine Bewegung auch durch größere Raumbereiche möglich.

Die Vorrichtung kann weiter eine Navigationseinrichtung zum Navigieren der mobilen Basis durch den Raumbereich umfassen. So kann die Vorrichtung autonom verschiedene zu vermessende Objekte anfahren. Die Navigationseinrichtung kann ein differentielles GPS-System und/oder eine

Kameraeinrichtung umfassen. So ist eine genaue Navigation und/oder ein Erkennen von zu vermessenden Objekten möglich. Die Vorrichtung kann weiter eine Steuerung und mindestens einen Sensor umfassen, wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Kinematik auf Basis von Daten des mindestens einen Sensors zur Bewegung des Messkopfes entlang des Objekts zu steuern. So kann die Kinematik genau gesteuert werden. Der mindestens eine Sensor kann einen ersten Sensor eines ersten Typs und einen zweiten Sensor eines vom ersten Typ verschiedenen zweiten Typs umfassen, wobei die Steuerung eingerichtet sein kann, eine Pose des Messkopfes auf Basis einer Kombination von Daten des ersten Sensors und des zweiten Sensors zu bestimmen. So ist eine erhöhte Genauigkeit bei der Bestimmung der Pose möglich.

Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Pose des Messkopfes auf Basis von Steuerdaten der Vorrichtung zu bestimmen. So wird die Genauigkeit weiter erhöht. Das Kombinieren kann auf Basis eines Bayesian-Algorithmus, z.B. auf Basis einer Kaiman- Filterung oder einer erweiterten Kaiman-Filterung, erfolgen. So können verschiedene

Datenquellen zur Bestimmung der Pose fusioniert werden.

Der mindestens eine Sensor kann ein oder mehrere Sensoren aus der Gruppe bestehend aus einer 2D-Kamera, einer 3D-Kamera, einem Magnetfeldsensor, einem Beschleunigungssensor, einem Winkelsensor besteht, umfassen.

Der Messkopf kann einen optischen Sensor umfassen. Der optische Sensor kann insbesondere einen konfokal chromatischen Multispotsensor umfassen.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt, umfassend Bewegen einer Vorrichtung zur Vermessung von Objekten wie oben beschrieben zu einem zu vermessenden Objekt, und Vermessen des Objekts. Das Verfahren kann weiter ein Bewegen der Vorrichtung in verschiedene Messpositionen zur Durchführung mehrerer Messungen, und ein Kombinieren der mehreren Messungen zu einer Gesamtmessung umfassen. So können große Raumbereiche und/oder Objekte vermessen werden.

Die Gesamtmessung kann eine 3D-Punktwolke eines interessierenden Bereichs sein. So kann ein 3D-Modell bereitgestellt werden.

Durch eine Zusammenführung in ein einheitliches Koordinatensystem können dabei die gewonnen Daten gemeinsam verarbeitet werden.

Das Kombinieren der mehreren Messungen kann durch Verknüpfung (Fusion) von Daten verschiedener Sensoren vorgenommen werden. So kann eine hohe Genauigkeit erzielt werden. Die Vorrichtung, insbesondere die Steuerung, kann zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet sein.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Computerprogramm zur Steuerung einer Vorrichtung zur Vermessung von Objekten bereitgestellt, mit einem Programmcode, der, wenn er auf einer Steuerung ausgeführt wird, bewirkt, dass eins der obigen Verfahren durchgeführt wird. So kann durch entsprechende Programmierung das Verfahren implementiert werden. Das

Computerprogramm kann z.B. auf einem elektronisch lesbaren Datenträger bereitgestellt sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Vermessung von Objekten gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Vermessen von Objekten gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Vermessen von Objekten gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Datenflusses in einer Vorrichtung und bei einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel, und

Fig. 6 Diagramme zur Veranschaulichung einer Kombination verschiedener Messungen zur Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen.

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise bedeutet eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Komponenten nicht, dass alle diese Komponenten zur Implementierung von Ausführungsbeispielen notwendig sind. Vielmehr können bei anderen Ausführungsbeispielen auch manche Komponenten weggelassen sein und/oder durch alternative Komponenten ersetzt werden. Zusätzlich zu den explizit

dargestellten und beschriebenen Komponenten können auch weitere Komponenten, beispielsweise in herkömmlichen Vorrichtungen zur Vermessung von Objekten verwendete Komponenten, bereitgestellt sein.

Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Variationen und Abwandlungen, welche für eines der

Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 22 zur Vermessung von Objekten, beispielsweise Kraftfahrzeugen 20, 21 , dargestellt. Die Vorrichtung 22 umfasst dabei eine mobile Plattform 24 mit Rädern, Raupenketten, oder anderen Möglichkeiten zur Fortbewegung, und einen Antrieb, sodass die Vorrichtung 22 durch einen oder mehrere Räume oder auch im Freien zu zu vermessenden Objekten 20, 21 fahren kann. Dieses Fahren kann wie später noch erläutert werden wird mittels einer Steuerung autonom durch die Vorrichtung 22 erfolgen. Des Weiteren weist die Vorrichtung 22 einen Messkopf 25 auf, welcher an einer Kinematik 23, beispielsweise einem Roboterarm, angebracht ist. Mittels der Kinematik 23 kann der Messkopf 25 genau an dem jeweils zu vermessenden Objekt, beispielsweise den Kraftfahrzeugen 20 oder 21 , positioniert werden. Die genaue Bestimmung einer Pose des Messkopfes 25 kann dabei als Kombination von Messdaten mehrerer Sensoren erfolgen, wie später noch näher erläutert werden wird. Unter einer Pose wird dabei die Kombination aus Position (z.B. durch Angabe von x, y und z-Koordinate) und Ausrichtung (z.B. durch Angabe von Winkeln) verstanden. Eine derartige Pose kann bei voller Beweglichkeit des Messkopfes 6 unabhängige Koordinaten umfassen. Mittels des Messkopfes 25, auch als Sensorkopf bezeichnet, wird dann die eigentliche Messung durchgeführt. Hierzu kann der Messkopf 25 beispielsweise einen konfokal chromatischen Multispotsensor (CCMS), eine andere Art von optischem Sensor, einen taktilen Sensor, oder jeden anderen geeigneten Sensor umfassen, um eine gewünschte Messung an dem zu vermessenden Objekt vornehmen zu können.

Statt eines Roboters können auch andere Kinematiken verwendet werden, beispielsweise eine autonome Ständermessmaschine. Während die mobile Plattform hier mit Rädern dargestellt sind, sind auch andere Lösungen wie beispielsweise eine fest eingebaute mobile Plattform, welche auf schienen fährt möglich. Letzteres ist insbesondere dann eine mögliche

Herangehensweise, wenn ein Bereich beispielsweise innerhalb einer Fabrikhalle, in dem die Messungen durchgeführt werden sollen, gut definiert ist, sodass ein Verfahren auf Schienen ebenso möglich ist.

Um dies weiter zu erläutern, zeigt Fig. 3 ein Blockdiagramm, anhand dessen ein Beispiel für einen Aufbau einer Vorrichtung wie der Vorrichtung 22 erläutert wird. Die Funktionsweise der Vorrichtung wird dann nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 noch näher erläutert.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 umfasst eine Vorrichtung zur Vermessung von Objekten einen Messkopf 30, welcher wie für den Messkopf 25 erklärt einen oder mehrere Sensoren zur Vermessung der gewünschten Objekte umfasst. Die Messung wird durch eine Steuerung 31 gesteuert. Die Steuerung 31 kann hierzu beispielsweise eine oder mehrere MikroSteuerungen, Mikroprozessoren und dergleichen aufweisen, welche durch ein entsprechenden

Computerprogramm programmiert sind, die Vorrichtung zu steuern und nachfolgend noch näher erläuterte Funktionen auszuführen. Auch eine Implementierung durch spezielle Hardware ist möglich. Zu bemerken ist, dass die Steuerung 31 der Vorrichtung nicht vollständig auf der mobilen Plattform 24 implementiert sein muss. Vielmehr kann auch ein Teil der

Steuerungsaufgaben, beispielsweise Rechnungen, in einer externen Recheneinrichtung wie einem Computer erfolgen und an eine Steuerungskomponente auf der Plattform über eine geeignete Schnittstelle, beispielsweise eine Funkschnittstelle, übertragen werden.

Des Weiteren umfasst die Vorrichtung der Fig. 3 einen Antrieb 35, welcher beispielsweise benutzt wird, um die mobile Plattform 24 der Fig. 2 zu bewegen. Der Antrieb 35 wird dabei von der Steuerung 31 gesteuert. Hierzu kann die Vorrichtung über ein Navigationssystem 32 verfügen, beispielsweise ein differentielles GPS-System, eine Navigation auf Basis von Kamerabildern, eine Navigation auf Basis von Sendern, die in einem von der Vorrichtung zu befahrenden Raum verteilt sind, und dergleichen. Mit derartigen Navigationsvorrichtungen ist eine autonome Navigation der

Vorrichtung in einem zu befahrenden Raum, beispielsweise in Fabrikräumen, mit einer

Genauigkeit kleiner als 0,1 Meter möglich.

Des Weiteren umfasst die Vorrichtung der Fig. 3 eine Weitfeldkamera 33 (oder mehrere Weitfeldkameras) zur Aufnahme von Übersichtsbildern. Die Weitfeldkamera 33 kann dabei auch eine Stereokamera zum Erfassen dreidimensionaler Bilder sein. Diese können für die

Navigation 32 benutzt werden, und können zudem dazu benutzt werden, den Messkopf 30 an einer geeigneten Stelle an einem zu vermessenden Objekt zu positionieren. Die Genauigkeit dieser Positionierung des Messkopfs 30 liegt bei Ausführungsbeispielen in einem Bereich kleiner als ein Bildfeld des Messkopfes 30 im Falle eines optischen Sensors. Zudem können weitere Sensoren 34, beispielsweise Beschleunigungssensoren, Winkelsensoren,

Kombinationen hiervon, z.B. sogenannte Inertiale Messeinheiten (IMUs, Inertial Measurement Units), Magnetometer, ein Thermometer zur Temperaturkompensation und dergleichen in der Vorrichtung, z.B. an der Kinematik 32, bereitgestellt sein. Als weiterer Sensor kann auch eine musterbasierte Projektionskamera eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in

Gestenerkennungssystemen eingesetzt wird.

Die Vorgehensweise bei der Vermessung von Objekten wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 6 noch näher erläutert. Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. In Schritt 40 fährt die Messvorrichtung mittels der mobilen Plattform 24 zu dem zu vermessenden Objekt. Dies kann wie bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 3 erläutert mittels autonomer Navigation unter Benutzung

beispielsweise eines differentiellen GPS-Systems und/oder unter Bezugnahme von

Kamerabildern und/oder Benutzung von Markierungen oder Signalgebern innerhalb des zu befahrenden Bereichs sein. Hier kann beispielsweise eine Genauigkeit kleiner 0,1 Meter in Fabrikräumen erreicht werden und eine kollisionsfreie Fahrt zu dem zu vermessenden Objekt und ein Auffinden des zu vermessenden Bereichs, beispielsweise Volumens, erzielt werden.

In Schritt 41 wird dann das Objekt vermessen. Unter Vermessung ist dabei nicht nur eine Vermessung der Geometrie zu verstehen, sondern es kann ebenso über das Objekt hinweg eine optische Messung z.B. eines Spektrums durchgeführt werden, aus den Ergebnissen beispielsweise auf Materialdefekte und dergleichen geschlossen werden.

Zur Vermessung wird zunächst eine Navigation an dem zu vermessenden Objekt durchgeführt, um den Messkopf zu positionieren. Hierfür können 2D-Bilder und/oder 3D-Bilder benutzt werden, welche beispielsweise mit der Weitfeldkamera 33 der Fig. 3 aufgenommen werden können. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das zu vermessende Objekt optimal in einem Messfeld des Kopfes liegt. Eine Positioniergenauigkeit hier kann im Bereich 1 -10 mm liegen und von einer Größe des Bildfeldes oder Vermessungsbereichs des Messkopfes abhängen. Dann folgt eine Vermessung des Objekts, beispielsweise der dreidimensionalen Topographie des Objekts, mit einem geeigneten optischen Sensor wie einem chromatischen Multispotsensor oder anderen geeigneten Sensor. Diese Vermessung kann in Echtzeit erfolgen. Eine Messgenauigkeit kann hier je nach Implementierung des Messkopfes im Bereich von 0,01 - 0,1 mm liegen.

Um größere Objekte zu vermessen, erfolgt dann eine Navigation des Messkopfes entlang des Objekts zur Generierung einer zusammenhängenden Messung, insbesondere einer

zusammenhängenden Punktewolke. Dabei kann die Punktewolke objektreferenziert sein kann, d.h. sich auf ein Koordinatensystem des Objekts beziehen.

Eine derartige Navigation des Messkopfes entlang des Objekts erfolgt insbesondere als differentielle Navigation des Messkopfes und weist bevorzugt eine Genauigkeit kleiner als 0,1 mm auf. Eine derartige differentielle Navigation des Messkopfes am Objekt kann auch bei ortsfesten Vorrichtungen zur Vermessung eingesetzt werden. Diese Genauigkeit ist

insbesondere bevorzugt, um bei einer entsprechenden Genauigkeit eines Sensors des

Messkopfes das Objekt insgesamt zusammenhängend mit einer entsprechenden Genauigkeit zu vermessen.

Hierzu ist eine möglichst genaue Bestimmung der Position des Messkopfes nötig. Um die Genauigkeit einer derartigen Bestimmung zu erhöhen, können hier Daten mehrerer Sensoren und Modelle kombiniert werden. Insbesondere können Robotermodelle und -befehle, welche die Bewegung einer Kinematik wie der Kinematik 23 beschreiben bzw. steuern,

Trajektorienberechnungen des Messkopfes aus Stereobildsequenzen (beispielsweise mit der Weitfeldkamera 33 aufgenommen, wobei hier ein sogenannter„Inverse Structure from Motion"- Algorithmus verwendet werden kann), und/oder zeitliche Daten aus der Vorrichtung 22, beispielsweise Daten von Bewegungssensoren der Vorrichtung wie Beschleunigungssensoren, verknüpft werden.

Je nach Messaufgabe können dann verschiedene Punktewolken oder Messungen,

beispielsweise Messungen an verschiedenen Objekten, in ein einheitliches Koordinatensystem überführt werden. Auf diese Weise können beispielsweise Bereiche eines Raumes,

beispielsweise einer Fabrikhalle oder mehrere Objekte, komplett vermessen werden. Eine derartige Zusammenführung der Punktewolken kann Trajektoriendaten der Vorrichtung

(beispielsweise der Vorrichtung 22) und/oder Trajektoriendaten der Kinematik 23 nutzen. Diese Trajektoriendaten können insbesondere die Pose des Messkopfes über die Zeit beschreiben. Dabei kann eine globale Nachoptimierung durch Nutzung herkömmlicher Stitchingverfahren und/oder Nutzung von Objektvorwissen, d.h. Vorwissen über die zu vermessenden Objekte, erfolgen. Ein derartiges Vorwissen kann beispielsweise ein Vorwissen, dass die Objekte frei von Unstetigkeiten sind, ein Wissen über ein Vorhandensein von Kanten, vorliegende CAD-Daten, welche das Design der Objekte beschreiben und dergleichen umfassen.

Um dies weiter zu veranschaulichen, zeigt die Fig. 5 als Beispiel einen Datenfluss bei

Verwendung eines konfokal chromatischen Multispotsensors zusammen mit einer inertialen Messeinheit (IMU vom Englischen„Inertial Measurement Unit"), welche eine räumliche

Kombination mehrerer Inertialsensoren wie Beschleunigungssensoren und Winkelsensoren ist, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet sein kann, und einer

Stereoweitfeldkamera (beispielsweise der Weitfeld kamera 33).

Zur Steuerung werden zunächst Steuerungsbefehle 50 für die Vorrichtung bereitgestellt, welche die Vorrichtung einschließlich einer Kinematik bewegen und positionieren. Mit 51 ist ein Stereobildstapel bezeichnet, weicher folgend der Positionierung über die Steuerbefehle 50 aufgenommen wird. Ein Bezugszeichen 52 bezeichnet die inertiale Messeinheit und ein Bezugszeichen 53 bezeichnet einen mittels des chromatischen Multispotsensors

aufgenommenen Datenstapel. Die Steuerbefehle, die Stereobilddaten 51 und Messdaten von der IMU 52 gehen in einen Algorithmus ein, welcher in Software implementiert sein kann und welcher die verschiedenen Messungen kombiniert (fusioniert), um hieraus eine Trajektorie des Messkopfes (d.h. die Pose des Messkopfes über die Zeit) wie mit 54 bezeichnet zu bestimmen.

Diese Kombination der Daten kann bevorzugt durch einen Bayesian-Algorithmus wie einen Kaiman-Filter oder einen erweiterten Kaiman-Filter erfolgen. Auf Basis der Trajektorie können dann die Messungen des Multispotsensors (Messstapel 53) an verschiedenen Orten zu einer einzigen Punktwolke kombiniert werden.

Zu dieser Kombination der Messungen des Multispotsensors kann auch eine merkmalsbasierte Bildauswertung aufgenommener Bilder und Messungen erfolgen, um Übereinstimmungen zu finden und die Messungen so zusammenzusetzen. Es können auch Markierungen zur verbesserten Erkennung von Merkmalen eingesetzt werden, beispielsweise Markierungen welche auf die zu vermessenden Objekte projiziert werden. Dies kann die Zusammensetzung von einzelnen Punktwolken erleichtern.

Zur Veranschaulichung der Verbesserung der Messqualität bei verschiedenen Sensoren durch Kombination mittels Kaiman-Filterung sind in Fig. 6 Beispielgraphen gezeigt. Ein Diagramm 60 zeigt in einer gestrichelten Kurve Beschleunigungsmesswerte, welche dargestellt mit einem deutlichen Rauschen behaftet sind. Eine blaue Kurve in Graph 60 zeigt ideale Werte ohne Rauschen.

In einem Diagramm 61 zeigt eine gestrichelte Kurve die integrierten (verrauschten)

Beschleunigungswerte aus dem Diagramm 60, Kreuze zeigen Werte, welche durch Kaiman- Filterung erhalten werden, und eine durchgezogene Linie zeigt ideale Werte. Kreise in

Abbildung 62 zeigen Messungen einer Ortsbestimmung, welche vergleichsweise ungenau ist. Durch eine Kaiman-Filterung kann auch hier eine deutliche Verbesserung erreicht werden, indem die Beschleunigungsmesswerte mit den Ortsmesswerten kombiniert werden, wie aus den Kreuzen des Diagramms 62 ersichtlich, welche nahe an einer idealen Linie liegen. Die bei auf Integration verrauschter Messwerte typischerweise auftretende Drift, wie sie durch gestrichelte Kurven in dem Diagramm 61 und dem Diagramm 62 symbolisiert werden, wird hierdurch vermieden.

Somit ist am Beispiel der Fig. 6 gezeigt, dass durch Kombination von Messwerten

beispielsweise mittels Kaiman-Filterung eine deutliche Steigerung der Genauigkeit erreicht werden kann. Hierdurch können letztendlich Positioniergenauigkeiten des Messkopfes von kleiner als 0,1 mm erreicht werden, was bei Ausführungsbeispielen eine hochgenaue

Vermessung ermöglicht.

Die angesichts der oben dargestellten Variationen, Abwandlungen und Alternativen ist ersichtlich, dass die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht als einschränkend auszulegen sind.