CN104602870A - 坐标测量机器 - Google Patents

Abstract

一种坐标测量机器CMM(10)和通过所述CMM(10)测定目标对象的方法。该CMM(10)包括：作为支撑结构的德尔塔机器人(12)，该德尔塔机器人(12)具有可在运动区域内运动的末端执行器(28)；固定至所述末端执行器(28)的工具保持架(31)，该工具保持架(31)被构造成容纳各种测量探头(30，30’)尤其是摄像机(30)，其中所述摄像机(30)包括视野涵盖所述末端执行器(28)的运动区域的最大20％的光学器件。另外，所述CMM包括控制单元(38)，该控制单元(38)控制所述末端执行器(28)在所述运动区域内以及所述测量探头(30，30’)在目标对象(35)上以“飞行”模式进行的运动。另外，所述CMM包括分析单元(40)，该分析单元(40)用于处理由所述测量探头(30，30’)输出的电子信号和/或数据。所述分析单元(40)特别包括用于存储所述图像的存储装置并包括用于处理所述图像的电路单元。

Description

坐标测量机器

本发明涉及一种根据权利要求1所述的坐标测量机器以及一种根据权利要求17所述的通过使用这种坐标测量机器测定目标对象的方法。

通常，坐标测量机器(简称CMM)具有用于测定目标对象的表面的接触探头或光学探头。光学探头或接触探头可移动地固定在铰接臂处(如例如在EP2283311A1中针对接触探头所示的情形)或门架处(如例如在WO2008/135530A1中针对光学探头所示的情形)，从而探头能够在目标对象的表面上移动。为了准备这种测量，通常必须借助参考对象对CMM进行校准，并且必须编写限定用于测量探头的轨迹的程序。在刚要能够开始测量之前，必须检查目标对象是否适当地固定在正确位置以及在测量探头的路径上是否存在障碍物。这意味着除了测量本身之外，在进行测量之前还必须进行耗时的校准，并且只有受到专业训练的用户才能执行测量。

在工业上，测量时间被认为是非生产时间，因为在该期间并没有生产可供销售的部件。因此，测量任务必须尽可能快地进行。因而，高测量速度和短的准备时间，包括待测定对象的快速固定和CMM的短的校准时间，都具有高的商业重要性。在这种情况下，可以理解的是，不仅关心测量探头相对于目标对象的最大运动速度(这主要对于大部件以及测量探头需要行进较长距离比较重要)，而且关心最大加速度和减速度，这对较小工件来说比较重要，因为其允许将测量探头相对于目标对象非常快速地定位在所关心的位置。

因此，在过去已经采取了若干措施来增加测量速度。例如，通常利用光学探头而不是接触探头进行测量能够增加测量速率并且能够避免目标对象表面处的磨损影响。

另一个增加测量速率的选择是使用摄像机作为测量探头，并且以“飞行”模式使用该摄像机，如在WO2008/135530A1中公开的。在“飞行”测量模式期间，摄像机在目标对象上连续地运动，并且仅在所关心的位置处拍摄照片，而不在此处停留。用于每幅图像的位置数据从位置编码器发出并与相应的图像存储在一起。所关心位置的闪光灯照明确保了清晰的照片，而不管摄像机的运动速度如何。由于摄像机并不停留在所关心位置，必须进行较小的减速和加速动作，这降低了测量时间。然而，为了获知所关心位置并且为了沿着包括所有关心位置的最佳轨迹移动摄像机，通常必须根据参考对象对CMM进行校准，并且随后对包括限定的应该拍摄照片的所关心位置的轨迹进行编程。

然而，使用具有标准尺寸光学器件的节约成本的标准摄像机当以足以到达必要精度的放大率使用时显示出了较小的视野。由于视野较小，必须拍摄许多图像，这意味着为了看到所有关心特征，摄像机必须进行许多运动。因此，具有铰接臂或门架结构的商用CMM的生产量—不管是以飞行模式使用还是不以飞行模式使用—由于其低速度和低加速度都仍然不是令人满意。为了面对这种不令人满意的情形，如今许多CMM都提供有设置大直径物镜的摄像机，从而对于相同放大率来说显示出更大的视野。结果，对于测量较小目标对象来说无需任何运动，涵盖较大目标对象仅需要较少的运动的较少的图像。然而，这些CMM比较昂贵，因为具有这种大物镜的摄像机的价格较高。

最新的发展是通过使用所谓的德尔塔(Delta)机器人而不是门架结构或铰接臂移动接触测量探头来增加测量速率(Renishaw的小册子“Equator 300 Mess-System”，2011年7月出版)。

德尔塔机器人是一种并联机器人。这种机器人包括固定在静止框架(其安装在工作空间上方)上的静止基座以及从基座延伸的三个中间铰接臂。经常被称为运动链的臂通过万向接头以其第一端联接至基座，并且以其第二端连接至经常采取三角形或圆形平台形式的末端执行器。这些臂由轻质复合材料制成并由位于基座中的致动器驱动。通过致动器的驱动，末端执行器可在运动区域内运动。该运动区域是末端执行器可最大程度地运动的三维空间。最大运动的边界—并通过运动区域的边界—由运动链的构造限定，并且在物理上得到的它们的公共运动的极限由末端执行器联接。可以利用线性或旋转致动器进行致动。由于臂由轻质复合材料制成，因此德尔塔机器人的运动部件具有较小惯性。这允许进行非常高的加速度和非常快的运动，迄今为止其远高于与门架机器或铰接臂所能够实现的。德尔塔机器人的关键设计特征是在臂中使用平行四边形，其通过将末端执行器的运动限制成纯平移(仅具有三个自由度的运动(3DOF：在x、y或z方向上的平移))来维持末端执行器的方位。如今，在工业中德尔塔机器人主要用来夹持和放置物品，其中夹持器布置在末端执行器处。末端执行器的运动以及物品的精确夹持和放置由主控制器来控制，该主控制器获得致动器以及连接至臂的接头的角度编码器(经常被称为位置编码器)的反馈信息。从必须被夹持的物品的位置到必须放置物品的位置的末端执行器的轨迹存储在主控制器中。在操作过程中，主控制器控制臂的致动器，使得末端执行器遵循编程轨迹的方式。

在进一步的改进中，已经创造了基于德尔塔机器人结构的机器。由此，德尔塔机器人的自由度(DOF)已经扩展到6个，允许末端执行器在笛卡尔方向x、y和z上进行横向运动并围绕这些轴进行旋转运动，从而得到偏航、滚动和俯仰。因为它们较高的加速度/减速度以及它们较高的运动速度，德尔塔机器人和基于德尔塔机器人的机器广泛用来在包装工业、医学和医药工业的工厂中进行拾取和包装。一些可以每分钟执行高达300次拾取。其他可能的应用包括在电子元件的清洁室内进行的组装任务或操作以及触觉接口，这种触觉接口控制医疗或工业机器人系统，以便使得操作人员能够本能地安全地操作临界系统。

但是，尽管德尔塔机器人在各种技术领域中都有应用，但是迄今已经发现德尔塔机器人并不适合于测量要求。这是因为它们对温度波动以及在快速运动和快速加速/减速动作期间由它们的轻质构造引起的强烈振动比较敏感。结果，无法足够精确地确定末端执行器的确切位置，并且不可能利用光学装置(例如用于CMM的光学探头或摄像机)进行足够的聚焦。

因此，如在Renishaw的小册子“Equator 300 Mess-System”中提出的，使用德尔塔机器人移动CMM的接触探头与以上阐述并不矛盾，而是通过使用接触测量探头考虑到了德尔塔机器人的这些问题。由于接触探头必须接触目标对象的表面，因此接触探头规定了测量速度，该速度远低于德尔塔机器人将允许的速度。因而，无论如何测量速率到受到接触探头的限制，并且因而能够确定其位置。然而，德尔塔结构关于加速度和运动速度提供的可能性仍未充分开发。另外，在该小册子中公开的CMM也是仅仅能够参照参考对象测量目标对象，在生产一系列目标对象之前必须测量参考对象。这意味着在测量之前必须进行校准。因此，在测量准备过程中不可能削减任何测量时间，并且只有受到专门训练的人员才将能够操作这种CMM。

因此，所提出的发明的目的是一种用户友好、价格合理且非常快速的坐标测量机器。所说的目的通过根据一个或多个独立权利要求或与一个或多个从属权利要求组合的独立权利要求的坐标测量机器来解决。

这里提供的一种坐标测量机器CMM包括作为支撑结构的德尔塔机器人。该德尔塔机器人具有可在运动区域内运动的位于其运动链的自由端的末端执行器。其中所述运动区域是所述末端执行器能够最大程度运动的空间，并且所述末端执行器的最大运动受到运动链的构造及其由所述末端执行器联接的相互作用的限制。固定至所述末端执行器的工具保持架被构造成容纳各种测量探头。所述测量探头可借助所述末端执行器在目标对象上在所述运动区域内运动，其中所述末端执行器的运动受到控制单元的控制。CMM的分析单元被构造成处理由所述测量探头输出的电子信号和/或数据。根据本发明，所述测量探头是摄像机。因而，由所述测量探头输出的信号或数据是由所述摄像机拍摄的图像，其中所述摄像机包括视野涵盖所述运动区域的最大20％的光学器件。所述分析单元包括用于存储所述图像的存储装置并包括用于处理所述图像的电路单元。所述控制系统被构造成使所述摄像机以“飞行”模式在所述目标对象上运动。

如前面提到的，在该申请中，以在WO2008/135530A1中更详细地描述“飞行”模式的意义来使用“飞行”模式。因而，“飞行”模式是指摄像机在目标对象上连续地运动，并且仅在关心位置处拍摄照片，并且这些照片是在不在所关心的那些位置处停止的情况下拍摄的。对用于每个图像的位置数据进行检测并与对应图像一起存储。如果必要的话，对所关心位置进行闪光灯照明确保清晰照片，而不管摄像机的运动速度如何。由于摄像机并不在所关心位置停止，不必执行减速度和加速度动作，从而能够显著降低测量时间。

摄像机具有运动区域最大20％的视野是指，如果末端执行器位于运动区域的边界位置，并且固定在末端执行器处的摄像机拍摄穿过运动区域到达位于该运动区域的最靠外的另一侧的边界的景象，摄像机的视野涵盖该运动区域在一区域(即由所述摄像机从所述视角从该运动区域拍摄的图像)上的投影的最大20％。这意味着，在摄像机在运动区域的一端即德尔塔结构的静止基座(运动链固定在该静止基座上)附近在目标对象上运动并且目标对象相对于静止基座固定在运动区域的一侧的情况下，摄像机涵盖目标对象在一区域即图像上的投影的最多20％，并且如果其更接近地在目标对象上运动则相应地涵盖更少的区域。由于摄像机具有视野涵盖运动区域最多20％的光学器件，摄像机能够以非常低的惯性质量构建，并且能够输出高质量图像。另外，这种摄像机节省成本，并且因此整个CMM的价格都可以较为合理。具有这种摄像机的作为支撑结构的德尔塔机器人与构造成使摄像机以“飞行”模式运动的控制单元的组合，使得摄像机可进行高速运动和高加速度和减速度动作。因而，由于高速运动而能够非常快速地测量大的目标对象。小的目标对象也能够非常快速地测量，这是因为允许发生多次快速改变运动方向的高加速度和减速度动作。

如在现有技术中已知的，CMM设置有采取显示器或监视器以及可选的用于声音警报的扬声器形式的输出装置，它们连接至分析单元，以将结果提供给用户。另外，如所公知的，还有用于使用户能够操纵CMM的输入装置。这些装置可以被集成在这里提供的CMM中，例如，集成在静止基座中，或者它们可以构建为外部单元或集成在以公知方式通过有线或无线连接至CMM的计算机中。

在一个优选实施方式中，所述分析单元的电路被构造成生成已经被所述摄像机测定或当前正在测定的所述目标对象的真实景象。这意味着所述分析单元能够在测定完成之后或在进行测定的过程中执行图像处理。所述真实景象的信息内容是由用户选择的。所述电路由此通过以重叠或交接(handshaking)方式添加所述图像的相应信息来生成具有所选信息内容的真实景象。仅考虑到所选信息来生成测定的目标对象的真实景象减少了处理从摄像机输出的图像的处理时间。

因而，利用期望的信息生成对象或对象的关心部分的真实景象是指通过处理通常许多照片(至少两个照片是摄像机拍摄的)的期望信息生成图像，从而与由摄像机拍摄的一幅照片捕获的部分相比，所述生成的图像显示整个对象或者该对象至少更大的部分。获知所选信息，所述真实景象图像允许用户快速识别对象或该对象的所选部分，因为所生成的真实景象图像显示了比由摄像机拍摄的单幅图像所显示的细节更多的细节。

在进一步优选的实施方式中，所述摄像机是能够非常快速的拍摄照片/图像的高速摄像机，这意味着以多于每秒360帧(fps)进行拍摄，其中所述目标对象的照明通过光源来保证，该光源被构造成用于在每次拍摄照片时以频闪方式照明所述目标对象。频闪照明确保清晰图像，而不管摄像机的快速运动如何。

所述光源是CMM的部件，并且可以以如下方式布置，即：所述目标对象的应该由所述摄像机拍摄照片的部分从所述摄像机看该部分的一侧进行照明，或者—仅在对象的轮廓是所关心的情况下—从对象后面进行照明。在甚至更优选的实施方式中，所述光源与摄像机一起布置在末端执行器处。

所述摄像机特别地以如下方式控制，即：以高时钟速率，以500fps或更快的时钟速率拍摄照片，并且闪光灯照明与该时钟速率协调，从而每次拍摄照片时目标对象都被照明。所述时钟速率优选适合于摄像机运动以及摄像机的视野，从而所述分析单元能够通过重叠或交接从所拍摄的图像的对应信息生成真实景象，而无需具有许多图像(许多图像会增加处理时间)，并且不会有用于交接/重叠的图像不足的情况。

以与摄像机在目标对象上的运动速率对应的规定时钟速率拍摄照片允许以常规轨迹而不是个别编程的运动路径对目标对象进行测定，这使得甚至没有经受训练的用户也能够操纵所述CMM，从而降低测量所需的时间。另外，在测量目标对象之前无需测量参考对象，因而不需要进行校准的时间。

通常，CMM的德尔塔机器人具有固定至静止框架处的静止基座，并且包括作为中间接头臂的运动链，这意味着臂的第一部件通过接头连接至臂的第二部件。所述臂通过接头以其第一部件连接至静止基座，并通过接头以其第二部件连接至末端执行器。通常，接头可以设置有角度编码器，也称为位置传感器，以便输出相应的角度信号，从而具有所述摄像机的末端执行器的当前位置能够被输送并供分析单元和控制单元使用。

在一个优选的实施方式中，所述末端执行器支撑传感器单元，其中所述传感器单元包括多轴加速度传感器，该多轴加速度传感器测量所述测量探头在水平x轴和/或水平y轴和/或竖直z轴的方向上的减速度和减速度。使用这些加速度传感器的信号允许通过最大程度消除振动效应而更精确地确定摄像机的当前位置。

另一个选择是在所述末端执行器的传感器单元中设置用于水平x轴和y轴的倾斜传感器，以便更精确地确定摄像机的当前位置。

可以将采取回转仪形式的陀螺仪、MEMS(微机电系统)、VSG(振动结构陀螺仪)或其他已知实施方式集成在传感器单元中。

在优选实施方式中，在所述传感器单元中包括集成有加速度计和陀螺仪以及可选的磁力计的IMU(惯性测量单元)。

为了更精确地确定位于末端执行器的摄像机的位置，另一个选择是给CMM设置全局监视系统。该全局监视系统包括位于所述末端执行器的附近的至少一个标记和至少一个静止摄像机，其中所述末端执行器的附近包括所述末端执行器和/或所述工具保持架和/或所述摄像机。所述全局监视系统的标记和静止摄像机相对彼此以如下方式布置，即：在测量时间的至少80％期间，所述标记可由所述静止摄像机看到。使用该全局监视系统最大程度地消除了由例如接头中的机械间隙、温度波动的影响以及德尔塔机器人的轻质构造与快速运动和加速度/减速度动作的组合的弹簧效应引起的不精确性。这是因为由全局监视系统输送的数据从外部视角而不是德尔塔机器人的部件(像角度编码器和/或传感器单元)反映德尔塔机器人和位于德尔塔机器人的末端执行器处的摄像机的位置。

用于布置全局监视系统的静止摄像机的最容易方式是将静止摄像机固定在德尔塔机器人的静止基座或静止框架处。静止框架由此以具有高惯性矩的较重方式构造，从而具有末端执行器和测量探头的运动链的运动对静止框架不具有任何影响。

在CMM的全局监视系统的优选实施方式中，有两个静止摄像机，以便能够进行形成立体视图。所述静止摄像机可以具有较少涵盖末端执行器的整个运动区域并因而涵盖由该区域中的目标对象占据的整个空间的视野。因此，具有运动区域的100％或更多的视野的摄像机是不可用的，但是通常摄像机具有视野越小就越昂贵。因此，具有较小视野，在视野的60％直到80％的范围内的摄像机就足够，并且可降低成本。

一般来说，在该申请中，表达“摄像机具有以一定百分量涵盖运动区域的视野”当然是指运动区域在一面积上特别是在由所述摄像机拍摄的照片/图像上的投影被所述摄像机的视野涵盖至所述一定百分比。

甚至更优选的是具有三个静止摄像机或更多个静止摄像机的全局监视系统，其中每个静止摄像机的视野可以甚至小于运动区域的上述60％，例如，小于末端执行器的运动区域30％至40％。三个或更多个摄像机可能更好地确保所述标记在运动过程中总是可由至少一个摄像机看见。然而，静止摄像机太多增加了用于确定位置将处理的数据，因此必须发现摄像机的数量和数据处理时间之间的最佳化。摄像机的视野应该在运动区域的中心重叠，或者一个摄像机聚焦在运动区域的中心区域，并且与视野同等地围绕“中心”摄像机的视野布置的“外部”摄像机的视野重叠。

所述标记的数量为至少一个，但是最好是两个，更优选是三个、七个或十个，其中所述全局间隙系统的标记不仅布置在末端执行器的附近(位于末端执行器处和/或工具保持架处和/或摄像机处)，但是也可以布置在臂的第二部件的附近。

标记应该以距离彼此这样的距离布置，即：它们在由摄像机拍摄的照片上能够很好地区分开。

另外，所述全局监视系统的标记的尺寸应该足够，从而使得它们在所拍摄的照片中能够很好地看到。这意味着，根据分辨率，标记应该由多于一个像素，最好由四个或九个像素或者甚至更多像素来表示。然而，标记的尺寸必须确保它们在照片中是可识别的，它们从一个照片到随后照片的存在或不存在/消失应该是毫无疑义地确定的。

通常，可以说，布置的标记越多，位置确定的精度越高，越不模糊，但是标记的数量经常受到空间限制。然而，摄像机越多，越少的标记就足以毫无疑义地确定位置。

如果全局监视系统仅包括一个摄像机，则应该有七个或更多个标记，如果有两个静止摄像机用于立体观察，则应该有五个或更多个标记，不过具有三个标记也可以工作。如果具有三个或更多个静止摄像机，则三个标记就行，不过更多的标记更好。

在一个非常优选的实施方式中，德尔塔机器人不具有角度编码器但是具有如上所述的全局监视系统以及可选的用于水平x轴和y轴的倾斜传感器和/或以上所述的多轴加速度传感器和/或IMU。在德尔塔机器人中不使用角度编码器使得德尔塔机器人更便宜并且CMM总体上更廉价。另外，其降低了为了确定测量探头的当前位置而处理的数据，这对于处理时间和电子设备来说都是有利的。

为了增加数据处理速度，所述分析单元和/或控制单元被构造成通过传感器融合(sensor fusion)推导出位置信息。由此，优选的是，处理由所述全局监视系统产生的数据和/或由所述传感器单元的一个或多个传感器产生的数据。另外，在德尔塔机器人设置有角度编码器的情况下，可以通过传感器融合将德尔塔结构的角度编码器的信号/数据与那些其他信号/数据一起处理。

具体地说，所述分析单元和/或控制单元被构造成通过卡尔曼滤波器或类似仪器执行传感器融合，以便进一步增加处理速度。

通过所述分析单元和/或控制单元利用系统时钟速率从所述传感器单元和/或角度编码器和/或全局监视系统推导出位置信息。在优选实施方式中，所述摄像机拍摄图像的时钟速率适合于所述系统时钟速率，从而对于每个拍摄图像都能够给出精确位置。由此，适合于是指拍摄图像的时钟速率可以与系统时钟速率同步，从而每次从或通过传感器单元和/或角度编码器和/或全局监视系统推到出的或输送的位置信息，都拍摄图像；或者拍摄图像的时钟速率以如下方式与时钟速率协调，即：对于所推导出或输出的位置信息，仅每隔一秒或每三秒拍摄图像或以另一限定的比率拍摄图像。

控制单元被构造成具有高控制速率的高性能伺服控制系统。通过高性能伺服控制系统获得非常快速的控制允许进行更刚性因而更精确的控制。其进一步使得能够实现更复杂的控制构思，例如状态变量控制环和/或双环控制，并且其使得能够集成高带宽，这便于所述过程的高时钟速率。

在另一个优选实施方式中，所述CMM设置有距离测量单元，该距离测量单元确定所述摄像机光学器件和所述目标对象的表面之间的距离，以便确保合适的聚焦。

在另一个实施方式中，可以使用同一个距离测量单元确定所述目标的尺寸。

所述距离测量系统优选位于所述末端执行器处并与所述摄像机一起运动。

在优选实施方式中，所述距离测量单元是激光距离测量单元，该激光距离测量单元被构造成确定所述摄像机的光学器件和所述目标对象的表面的将要拍摄下次照片的区域之间的距离，从而所述距离确定总是在所述摄像机运动到所述区域之前完成的。因而，通过将在z方向上的运动距离或摄像机光学器件适应至所修改的距离能够在摄像机向所述区域运动的过程中确保相对于所述摄像机的光学器件和所述目标对象的表面之间的正确聚焦。在以时钟速率拍摄照片并且摄像机以恒定速度运动的情况下，可以根据运动速度和时钟速率容易地实现距离的确定，而无需在数据处理或编程上花费大量努力。

具体地说，所述摄像机能够以6个运动自由度在所述运动区域中运动。这可以通过以如下方式构建工具保持架来实现，即：诸如所述摄像机之类的工具能够围绕x轴、y轴和z轴可枢转地运动或通过以使得工具保持架能够围绕x轴、y轴和z轴可枢转地运动的方式将工具保持架连接至所述末端执行器。实现该功能的另一个选择是使用诸如从医疗应用中已知的结构之类的德尔塔机器人，例如来自“force dimension”的德尔塔.6，其中末端执行器不仅能够通过中间接头臂在横向尺寸上运动，而且还能够枢转。

因而，所述德尔塔机器人可以被描述成具有支撑静止基座的静止框架。所述静止基座支撑三个中间接头臂，所述中间接头臂承载具有工具保持架的末端执行器，该工件保持架能够以最小3个自由度和最大6个自由度运动。所述末端执行器支撑传感器单元。所述传感器单元包括多轴加速度传感器和/或陀螺仪和/或倾斜传感器和/或IMU和/或至少三个标记之后是固定至静止框架或静止基座的至少两个静止摄像机。

在进一步的实施方式中，位于所述德尔塔机器人的末端执行器处的工具保持架被构造成容纳其他工具，例如具有另一种视野或帧速率的摄像机、光学测量探头或接触测量探头或其他工具，例如用于金属的激光写入器、钻头或切割器头等等。所述工具保持架可以被构造成允许互换这些探头和工具，并且可以设置有自动识别固定在所述工具保持架中的探头或工具的适配器，并且由此开始相应的程序运行。所述工具保持架可以进一步被形成为在所述末端执行器处与上述探头或工具相邻地容纳以上所述的摄像机。所述摄像机由此可以以如下方式布置，即：所述探头或工具位于所述摄像机的视野内，从而其能够被所述摄像机看到。

由于所述工具保持架被构造成容纳各种探头，因此可以使用以所述摄像机作为测量探头的上述CMM来例如给出所述目标对象的粗糙分析，作为随后利用同一个摄像机或另一个摄像机、光学探头或触觉探头或另一个工具进行测量的准备。所述准备可以包括：确保所述目标对象位于工作台上；确保所述目标对象利用正确的横跨工具正确地固定；检查是否有可能的障碍物在测量执行过程中会导致发生碰撞；发现已经存储的必须用于测量的程序(自动检测待测量的目标对象)；自动生成并执行用于测量主要特征的新程序，而无需使用者进行任何编程任务；获得足够信息将目标对象对准并避免用于对准的通常手动步骤；在货盘上进行测量，这意味着对未知取向的同一目标对象进行多次测量或对未知取向或可能未知单元数量的例如组装在支撑件中的不同目标对象进行多次测量。

在进一步优选的实施方式中，所述测量探头为所述距离测量单元，该距离测量单元被构造成输出用于三维点云(3D点云)的数据，而所述分析单元被构造成从所述数据输出所述3D点云，从而可以由所述3D点云代表所述目标对象的空间表面。

为了创建3D点云，所述距离测量单元包括线或阵列接收传感器。

其在所述目标对象上以“飞行”模式运动，优选扫描所述目标对象的表面。

在所述距离测量单元为激光距离测量单元的情况下，所述激光器包括以使脉冲激光束能够沿着第一线例如在x方向上扫描所述目标对象的方向构造的光学元件。因而，可以通过所述末端执行器在整个目标对象上移动所述距离测量来扫描整个目标对象，但是在其扫描时部不使用光学元件，或者可以通过沿着第二线例如垂直于第一线(例如在y方向上)移动所述激光距离测量单元扫描整个目标对象，同时扫描激光器在x方向上沿着第一线发出其脉冲。集成在所述激光距离测量单元中的接收传感器被构造成优选对入射的反射脉动来说强度敏感的线或阵列传感器，例如连接至所述分析单元的CCD线或阵列传感器。

另外，位于所述末端执行器处的摄像机也可以用来通过从不同位置拍摄至少两个图像(这些图像重叠至少50％)并通过利用相应软件构造所述分析单元以从这些图像推导出3D点云(如在立体摄影测量术领域中已知的)而输出用于3D点云的数据。根据CMM的实施方式，所述摄像机从所述目标对象上方的垂直的不同位置拍摄图像(具有3DOF的CMM)或者所述摄像机在不同角度下从所述目标对象上方拍摄照片(具有6DOF的CMM)。

另外，上述的全局监视系统还可以用来产生数据，这些数据被输送到所述分析单元以推导出3D点云，如在一些实施方式中，两个或更多个摄像机可用于该目的。如上所述，这些摄像机被定向成看到位于末端执行器附近的标记，所述末端执行器还将所述目标对象带到视野内。

在一非常简约成本而进一步优选的实施方式中，设置属于所述全局监视系统的仅一个静止摄像机和布置在所述末端执行器处的摄像机，所述分析单元被构造成推导出所述3D点云。为了利用该实施方式生成3D点云，位于所述末端执行器处的摄像机通过所述末端执行器运动到如下位置：利用静止摄像机获得的立体视图产生所述目标对象的关心部分或整个目标对象。由所述静止摄像机以及位于所述末端执行器处的摄像机产生的数据然后被输送到所述分析单元并由所述分析单元进行处理以推导出3D点云。

与旧系统相比，利用具有上述摄像机的新CMM，利用光学探头或接触探头的测量准备快得多，因为无需任何编程和校准。对于没有经受训练的使用者，也可以使用该CMM，这是因为无需任何编程步骤：必要的程序自动地识别或自动地进行新编程。另外，无需使用大型光学器件获得目标对象的全景，这使得CMM非常有效。

下面将参照可能实施方式的示例更详细地说明本发明。附图中的相同元件由相同的附图标记表示。应理解的是，附图是示意性的并且是这些示例实施方式的示意性表示，因而，不限制本发明的范围，并且附图也不是必然按比例绘制。附图示意性地示出了：

图1是根据本发明的CMM的第一实施方式；

图2是图1的CMM，其中没有静止框架；

图3是CMM的另一个实施方式；

图4是图3的CMM，其中没有静止框架；

图5是CMM的又一个实施方式。

图1示出了根据本发明的坐标测量机器CMM 10，该CMM 10具有作为支撑结构的德尔塔机器人12。

德尔塔机器人12包括支撑静止基座14的静止框架13以及也被称为运动链的三个臂16。框架13通常是大而重的构造，但是这里呈现的是装饰性的并且仅仅是示例性的，以便更清楚地显示出德尔塔机器人的细节。在图2中，在没有静止框架13的情况下更详细地示出了德尔塔机器人。每个臂都具有通过中间接头22联接的两个部件18、20。每个臂16的第一部件18通过第一接头24连接至静止基座14，而每个臂16的第二部件20通过第二接头26连接至末端执行器28。在这种情况下，末端执行器以支撑工具或测量探头30’(这里，采取容纳在工件保持架31中的摄像机30的形式)、距离测量单元32和用于照明目标对象35的光源34(它们可以在末端执行器28下面放置在工作空间36处)的圆形板的形式构建。工具保持架31以使得工具或测量探头30、30’可互换的方式构造。另外，末端执行器28支撑传感器单元41，该传感器单元41包括测量水平x和y方向以及在竖直z方向上的加速/减速动作的多重加速度传感器42。可选的是，在该传感器单元中可以包含IMU。然而，在这些实施方式中更重要的是具有六个自由度(参见以下)。

在该示例中，控制单元38和分析单元40布置在德尔塔机器人12的静止基座14中。然而，分析单元40也可以在外部位于计算机中，该计算机可以通过有线或无线通信装置(没有示出)连接至德尔塔机器人12。如通常一样，接头设有角度编码器(没有示出)，以便发送出相应的角度信号，从而具有摄像机30的末端执行器28的当前位置能够被推导出并供分析单元40和控制单元38使用。控制单元38通过使用由角度编码器发送出的信号/数据(并且在该示例中还通过附加地使用由多重加速度传感器2发送出的信号/数据)以已知方式通过致动器(没有示出)来控制具有摄像机30的末端执行器28在具有三个自由度(在x、y和z方向上的侧向)的运动区域内的运动。使用多重加速度传感器42的信号，允许更精确地确定摄像机的当前位置。

当然，如在现有技术中已知的，CMM 10设置有输入装置(没有示出)和输出装置(没有示出)，例如，采取显示器或监视器和可选地用于声学警告的扬声器形式，它们连接至分析单元40，以给用户提供结果。另外，如已知的，有使用户能够操纵CMM 10的输入装置。这些装置可以集成在CMM 10中，例如集成在静止基座14中，或者它们可以构建为外部单元(没有示出)或集成在计算机(没有示出)中并以公知方式通过有线或无线连接至CMM 10。

为了测定目标对象35，在目标对象上高速移动摄像机，并且在关心位置处拍摄照片，其中利用具有高强度的闪光灯进行非常短时间的照明确保不管运动速度如何都能够获得清晰图像。另外，相对于摄像机光学元件和待测量表面之间的距离进行聚焦是通过距离测量单元32确定该距离来保证的，在这种情况下，该距离测量单元32是基于三角测量的激光距离测量系统。

然而，CMM在没有距离测量单元32的情况下同样能工作，特别是如果已知目标对象的几何形状在待测定的表面上没有更大不连续性的情况下。对于这种应用来说，这种没有距离测量单元的更为便宜的CMM就足够了。

图像与源自于角度编码器信号和加速度传感器信号的所属位置信息一起传送到CMM 10的静止基座14中的分析单元40。然后，在分析单元40中对图像进行处理，从而利用用户之前已经选择的信息内容产生目标对象35的真实景象。

该信息可以例如仅仅是在不同纳米范围内具有颜色的像素或具有高于或低于不同阈值的强度或强度在特定强度范围内的像素、或示出特定对比差别的图像部分、或沿着预定几何形状(例如，沿着目标对象的外轮廓)的图像部分以及其他更多信息。

代替生成含有用户之前已经选择的信息的目标对象35的真实景象，位于末端执行器28处的摄像机30还可以用来提供用于目标对象35的一部分的3D点云的数据，例如通过垂直于目标对象35上方从不同位置拍摄至少两个图像(这两个图像重叠至少50％)，或在整个目标对象中通过拍摄整个目标对象的图像(所述图像重叠至少50％)并通过利用对应的软件来配置分析单元40，以从这些图像推导出3D点云，如在立体摄影测量术领域中已知的那样。

在另一个优选实施方式中，测量探头是距离测量单元32，该距离测量单元32被配置成提供用于三维点云的数据，其中3D点云例如可以通过所述分析单元40从所述数据推导出，从而可以由该3D点云表示目标对象35的空间表面。

在图3和4中，示出了CMM的又一个实施方式。具体地说，该CMM类似于图1和2中所示的CMM来构建，但是除了传感器单元41中的角度编码器和加速度传感器43之外，该CMM设置有全局监视系统43。在该示例中，该全局监视系统43包括三个固定在由静止基座14支撑的悬臂45处的静止摄像机44。悬臂45当然也可以固定在静止框架13处。全局监视系统43包括其他标记46，这些标记46布置在末端执行器28/摄像机30/传感器单元41的范围内。在该示例中，在传感器单元41的顶部上固定有具体五个标记46。

标记46和摄像机44相对于彼此以如下方式布置，即：至少在通过至少一个摄像机44进行的测量时间的80％期间，每个标记46是可见的。静止摄像机44均具有涵盖末端执行器28的运动区域的70％的视野。为了能够将摄像机位置最优化，在该示例中，可以以伸缩方式调节悬臂45的长度，并且通过万向接头(没有示出)将摄像机44固定至悬臂45。使用全局监视系统43消除了由机械间隙和热波动引起的测量的不精确性。

在该示例中，摄像机30是高速摄像机，该高速摄像机能够每秒拍摄500帧(fps)以上，并且对于在437’664像素(752X 568)到4’194’304像素(2048X 2048)的范围内的图像尺寸特别是1’048’576(1024X 1024)的图像尺寸来说具有例如在400’000和4,200,000之间的分辨率。

为了测定目标对象35，可以以例如每秒0.5m到1m的恒定速度在目标对象上移动摄像机30。通过摄像机30以高时钟频率拍摄照片，其中控制由光源34进行的照明以便以相同的时钟速率照明目标对象35的表面，从而使得每个图像都得到最佳的照明。测量加速度并考虑全局监视系统43的信息来确定测量探头30的位置允许测量探头30即使在更高测量频率下也能够以高精度进行位置确定。

在图5中示出了CMM 10，该CMM 10与图3和4中的CMM非常类似。然而，在该实施方式中，由于末端执行器28能够通过臂16的运动的相应控制而倾斜，所以摄像机30能够在6个自由度(DOF)在运动区域中运动。实现摄像机30的6个DOF的另一个选择将摄像机30固定在可枢转的工具保持架31内，或者利用万向接头(没有示出)将容纳摄像机30的工具保持架31连接至末端执行器28。工具保持架31或摄像机30的倾斜或枢转运动将由控制单元31控制并由致动器来致动，如公知的那样。摄像机30的6个DOF使得摄像机视野不仅从顶部是垂直的，而且从目标对象处的各个角度以及从位于目标对象的侧表面的侧面也是垂直的。

位于该CMM 10的末端执行器28处的摄像机30还可以用来利用选定的信息内容生成目标对象的真实景象，所述选定的信息内容如上所述不仅来自目标对象的顶部，而且来自目标对象的侧面。另外，如以上已经描述的，该摄像机30还可以用来提供用于3D点云的数据，但是在这种情况下，可以在从目标对象35的上方以及目标对象35的不同侧面在不同角度下拍摄图像。

另外，距离测量单元32可以用来生成能够由分析单元40处理以提供3D点云的数据。激光距离测量单元32包括用于接收反射激光脉冲的强度敏感线或阵列传感器(没有示出)。为了生成这些数据，激光距离测量单元32可以在目标对象上以“飞行”模式运动，或者其可以通过末端执行器28以如下方式枢转，即：所传输的激光脉冲沿着第一线例如在x方向上扫描目标对象35，并且同步地通过末端执行器28沿着垂直的第二线例如在y方向上运动。另一个选择是给激光距离测量单元32提供光学部件，该光学部件被构造成使激光束偏转，使得在激光距离测量单元32借助末端执行器28而沿着第二线运动期间激光束沿着第一线扫描目标对象。又一个选择是将激光距离测量单元32的光学部件构造成使得激光束在x方向和y方向上偏转，从而激光束能够从静止位置扫描对象的表面，而无需末端执行器28进行运动。

该示例中的全局监视系统43具有利用万向接头固定在静止框架13处的四个静止摄像机44。静止摄像机44被固定成可沿着框架支柱50和/或框架横梁52移动。

另外，在该实施方式中，德尔塔机器人12没有连接至接头22、24、26的角度编码器，而是除了多重加速度传感器42之外，还有集成在传感器单元41中的倾斜传感器48，该倾斜传感器48用于测量末端执行器28和摄像机30分别在水平x方向和y方向上的倾斜。使用倾斜传感器48来测量围绕水平x轴和y轴的倾斜允许更精确地确定摄像机的当前位置。优选地，该实施方式设置有包含在传感器单元中的IMU。

在该实施方式中，控制单元38被构造成具有极高控制速率(通常远远高于1kHz并且高达200kHz)的高性能伺服控制系统，该控制系统可具有双环控制或状态变量控制环。

臂16优选通过轴伺服控制(没有示出)控制，轴伺服控制使得能够以与高控制刚度相关的极高控制速率对臂16进行轴控制。控制单元38例如使用基于模型的双环控制和/或状态变量控制环与轴伺服控制一起控制高精度运动轨迹。为此，控制单元38使用位置信息，该位置信息已经通过数据融合(优选通过卡尔曼滤波)使用由全局监视系统43生成的数据以及至少针对末端执行器28确定的加速度数据推导出来。

所选择的具有极高控制时钟速率和基于模型的双环控制的高性能电子控制的概念使极度动态轨迹系统成为可能。轴伺服控制使得能够以与控制器环的高刚度相关的高达200kHz的极高控制时钟速率进行轴控制。主控制系统与轴伺服控制一起利用基于模型的双环以及通过传感器融合(例如通过卡尔曼滤波)从所设立的监视系统和局部加速度数据推导出来的绝对位置信息控制高精度运动轨迹。

为了利用这种坐标测量机器10测定目标对象，摄像机30以德尔塔机器人结构12所能允许的高速和高加速度和减速度动作在目标对象上以“飞行”模式运动。在摄像机30运动过程中，摄像机30优选以恒定的高时钟速率从目标对象拍摄照片。每次拍摄照片时都通过具有闪光灯的光源34对目标对象进行照明，该闪光灯具有与拍摄照片的摄像机30相同的时钟速率。激光测量距离单元32优选根据摄像机30的运动速度以及针对每个即将到来的位置(将在该位置拍摄照片)拍摄照片的时钟速率来确定摄像机30的光学器件和目标对象的表面之间的距离。然后通过在竖直z方向上移动摄像机30(从而保持表面和摄像机30的光学器件之间的距离恒定)或通过使摄像机30的光学器件适应所确定的距离来使摄像机30的光学器件的焦点适应所确定的距离。

数据处理以与以上描述的方式类似的方式实现，但是位置确定是通过传感器融合(优选通过卡尔曼滤波器或类似仪器)使用从全局监视系统43和传感器单元41的各种传感器42、48推导出的信号/数据实现的，以便增加处理速度。通过使所拍摄的照片重叠或交接来对照片进行处理，以产生整个目标对象的真实景象。其中交接是指相邻图像3％到6％的重叠；重叠是指图像8％到15％的重叠，除非在特殊过程中，例如为了生成3D点云(参见以上)，在这种情况下，重叠可以高达50％。因此，只有被用户预先选择的信息才被从单个图像获取并被重叠或交接，从而减少数据量和处理时间。

如上所述，该方法本身或在相对于无法从所拍摄的图像推导出的其他信息测定目标对象之前可以用作测量方法，以便检查目标对象和/或障碍物在测量探头30’的轨迹上的正确位置和固定，或者以便针对测量探头对轨迹进行编程。为此，可以将摄像机30从工具保持架31拆下并替换为另一个工具30’，诸如接触或光学探头或其他工具。使用工具保持架31中的对应界面并适合于工具的信息接口允许自动识别工具，从而在分析单元40和控制单元38中提供自动适合的软件。

在通过适当地调节摄像机30的焦点拍摄图像的优选实施方式中，摄像机30的当前位置的记录以及对目标对象35的闪光灯照明通过触发器总线同步进行。

如前所述，通常德尔塔机器人12的三个臂16具有在现有技术中已经公知的角度编码器。所述编码器的信号分别供分析单元和控制单元使用，以便确定末端执行器28的位置。然而，具有全局监视系统43以及位于末端执行器28的传感器单元41的德尔塔机器人12在没有这些角度编码器的情况下也能够完美地工作。创造一个没有角度编码器的德尔塔机器人结构12使得结构更为廉价，并且可以减少数据处理。但是，使德尔塔机器人具有角度编码器和传感器单元41和/或全局监视系统43能够使用所有系统的信息，以更精确地确定末端执行器28以及工具保持架31中的工具的位置。

在预期到目标对象将具有更均匀表面的情况下，无需距离测量单元32就能够工作的更为简单、廉价类型的创造性的CMM就完全足够。在这些情况下，全局监视系统通过分析相对于末端执行器/摄像机从目标对象拍摄的图像以及特别是它们相对于z方向的位置而至少部分接管距离测量单元的功能，不过它可能精度不高。

本领域技术人员能够容易地认识到以上描述的实施方式中的哪个元件能够以合理的方式进行组合。然而，限于篇幅，不可能示出和描述所有可能的实施方式。

本发明提供了具有3到6个自由度的绝对测量系统。其能够以高精度和速度确定测量探头的绝对位置和方位。通过全局监视系统直接空间确定测量探头的绝对位置和方位使得不必对机器进行复杂校准，这降低了成本。通过使用全局监视系统，最大程度地消除了机械振动和热效应的影响。对测量摄像机的位置进行直接测量消除了所有不期望的机械和热影响，因而使得传统坐标测量机器的机械设备的构造更为廉价。

因而，可以将本发明的优点容易地概括如下：

·能够消除为校准每个机器所做的巨大努力。

·可进行高速结构监视。

·与经典测量机器相比能够减少测量机器的重量。

·使用轻质技术允许运动更快

·基于双环结构的高速系统允许更刚性的控制特性，更高的精度和对振动的主动阻尼。

·高速摄像机传感器模块使得能够进行快速光学勘测。

Claims (23)

1.一种坐标测量机器CMM(10)，该坐标测量机器包括：

作为支撑结构的德尔塔机器人(12)，该德尔塔机器人具有能够在运动区域内运动的末端执行器(28)；

固定至所述末端执行器(28)的工具保持架(31)，该工具保持架被构造成容纳各种测量探头(30，30’)；

控制单元(38)，该控制单元控制具有所述工具保持架(31)和所述测量探头(30，30’)的所述末端执行器(28)在可能的目标对象(35)上并且在所述运动区域内的运动；

分析单元(40)，该分析单元(40)用于处理由所述测量探头(30，30’)输出的电子信号和/或数据；

其特征在于，

所述测量探头(30，30’)是摄像机(30)，并且由所述测量探头(30，30’)输出的信号或数据是由所述摄像机(30)拍摄的图像，其中所述摄像机(30)包括视野涵盖所述运动区域的最大20％的光学器件；

所述分析单元(40)包括用于存储所述图像的存储装置并且包括用于处理所述图像的电路单元；

所述控制单元(38)被构造成使所述摄像机(30)以“飞行”模式在所述目标对象(35)之上运动。

2.根据权利要求1所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述分析单元(40)被构造成生成被所述摄像机(30)测定或已经测定的所述目标对象的真实景象，

其中所述真实景象的信息内容能由用户选择；并且

其中所述电路通过以重叠或交接方式添加所述图像的相应信息来生成具有所选信息内容的真实景象。

3.根据权利要求1或2所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述摄像机(30)是高速摄像机，并且所述CMM(10)具有用于在每次拍摄照片时以频闪方式照明所述目标对象(35)的光源(34)；其中所述摄像机(30)特别地被构造成以高时钟速率拍摄照片，并且所述时钟速率能够适应于所述摄像机(30)运动的当前运动速度以及该摄像机的视野。

4.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述末端执行器(28)支撑传感器单元(41)，该传感器单元(41)包括多轴加速度传感器(42)或IMU。

5.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，该坐标测量机器包括距离测量单元(32)，该距离测量单元(32)确定所述摄像机的光学器件和所述目标对象(35)的表面之间的距离，以确保聚焦图像，其中所述距离测量单元(32)优选地以能够与所述末端执行器(28)一起运动的方式布置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述坐标测量机器(10)具有全局监视系统(43)，该全局监视系统(43)至少包括静止摄像机(44)和位于所述末端执行器(28)的附近的至少一个标记(46)，其中所述静止摄像机(44)和所述标记(46)相对于彼此布置为使得在所述测量时间的至少80％期间，所述标记能够由所述静止摄像机(44)看到。

7.根据权利要求6所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述全局监视系统(43)包括具有光学器件的静止摄像机(44)，所述光学器件具有涵盖所述运动区域的至少30％的视野，该静止摄像机(44)优选固定在静止基座(14)处或所述德尔塔机器人(12)的静止框架(13，50，52)处。

8.根据权利要求6或7所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述全局监视系统(43)包括两个静止摄像机(44)和至少五个标记(46)，或者三个静止摄像机(44)和至少三个标记(46)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述德尔塔机器人(12)包括三个臂(16)，所述三个臂中的每个臂均具有第一部件(18)和第二部件(20)，所述第一部件连接至所述第二部件(20)并且所述第一部件通过第一接头(24)连接至所述静止基座(14)，所述第二部件(20)通过接头(26)连接至所述末端执行器(28)，其中所述全局监视系统(43)的标记(46)布置在所述臂(16)的所述第二部件(20)的附近。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述分析单元(40)和/或所述控制单元(38)被构造成优选使用由所述全局监视系统(43)生成的数据和/或由所述传感器单元(41)的一个或多个传感器生成的数据，通过传感器融合推导出位置信息，其中传感器融合优选通过卡尔曼滤波器执行。

11.根据权利要求10所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述分析单元(40)和/或所述控制单元(38)被构造成从由所述传感器单元(41)和/或所述全局监视系统(43)利用以下时钟速率输出的数据来推导出位置信息：所述时钟速率为不同的系统时钟速率和使由所述摄像机(30)拍摄的图像适合于所述系统时钟速率的时钟速率。

12.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述控制单元(38)被构造成具有高控制速率并且能够进行状态可变控制环和/或双环控制的高性能伺服控制系统。

13.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述距离测量单元(32)被构造成根据运动速度和用于进行照片拍摄的每个接近位置的拍摄照片的时钟速率来确定所述摄像机(30)的光学器件和所述目标对象(35)之间的距离。

14.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述距离测量单元是激光距离测量单元(32)，该激光距离测量单元(32)被构造成输送用于三维点云的数据，并且/或者所述摄像机(30)被构造成输送用于三维点云的数据，并且所述分析单元(40)被构造成从所述数据推导出所述三维点云，其中所述距离测量单元(32)包括优选对入射反射脉冲强度敏感的线或阵列传感器。

15.根据权利要求14所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，所述激光距离测量单元(32)包括光学元件，所述光学元件被构造成对能够在一个方向上变化的激光束进行偏转，使得该激光束至少沿着在该一个方向例如x方向上的第一线进行扫描。

16.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量机器(10)，其特征在于，具有所述摄像机(30)和/或所述距离测量单元(32)的所述末端执行器(28)以6个自由度在所述运动区域内运动。

17.使用根据权利要求1至16中任一项所述的坐标测量机器(10)测定目标对象的方法，其特征在于，

德尔塔机器人(12)使摄像机(30)能以高速以及高加速度和减速度动作在目标对象(35)的至少一部分上在运动区域内以“飞行”模式运动；

在所述摄像机的运动过程中，由所述摄像机(30)以涵盖所述运动区域的最大20％的视野从所述目标对象(35)拍摄图像；

根据所述摄像机(30)的运动速度并根据所述运动区域的被涵盖部分拍摄图像，以便能够以重叠或交接方式对所拍摄的图像进行处理，从而能够获得所述目标对象的被测定部分的真实景象。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述分析单元(40)和/或所述控制单元(38)以不同的系统时钟速率从所述传感器单元(41)和/或所述全局监视系统(43)推导出位置信息。

19.根据权利要求17和18所述的方法，其特征在于，对所述摄像机(30)进行控制以利用高时钟速率拍摄照片，并且使闪光灯照明与该时钟速率协调，从而在每次拍摄照片时所述目标对象都被照亮，其中拍摄图像的时钟速率与所述系统时钟速率协调或同步。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述摄像机的运动速度以及用于将拍摄照片的每个即将接近位置的拍摄照片的时钟速率来确定所述摄像机(30)的光学器件和所述目标对象(35)的表面之间的距离，并且

通过移动所述摄像机(30)使得所述表面和所述摄像机的光学器件之间的距离保持恒定、或者通过使所述摄像机的所述光学器件适应相应距离来将所述摄像机的所述光学器件的焦点适应于所确定的距离。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述分析单元生成由所述摄像机(30)测定或已经测定的所述目标对象的真实景象，

其中所述真实景象的信息内容由用户预先选择；并且

其中通过将所拍摄的相邻图像的相应信息重叠或交接而生成具有所选信息内容的真实景象。

22.根据权利要求17至21中任一项所述的方法，其特征在于，所述分析单元(40)和/或所述控制单元(38)优选使用由所述全局监视系统(43)生成的数据和/或由所述传感器单元(41)的一个或多个传感器生成的数据，通过传感器融合推导出位置信息，其中传感器融合优选通过卡尔曼滤波器执行。

23.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于，所述分析单元(40)从所述摄像机(30)和/或所述距离测量单元(32)和/或所述全局监视系统接收数据并从这些数据推导出三维点云。