DE10106160A1

DE10106160A1 - Measurement of surface geometry or coordinates of an object, especially vehicle bodywork, in which surface modeling is used to reduce the overall scanning time

Info

Publication number: DE10106160A1
Application number: DE2001106160
Authority: DE
Inventors: Walter Lindner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-02-10
Filing date: 2001-02-10
Publication date: 2002-08-14

Abstract

Measurement device for 3-D measurement of the surface of an object (10). A scanning device (12) is used for digital measurement of a shape defining line path (14) of the object surface. The scanning device is connected to a computer (22) in which an algorithm can be run using one or more actual line paths to define a model surface (26). The scanning unit can then be used to compare the actual surface with the model surface by measuring one or more actual points (30) and comparing them with model surface points (28). An independent claim is made for a corresponding surface measurement method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Abtasteinheit zum digitalen Erfassen mindestens eines formgebenden Linienverlaufs einer Oberflä che des dreidimensionalen Objektes umfaßt, wobei die Erfassungsvorrichtung weiterhin eine Rechnereinheit aufweist, die für die Übertragung von Abtastdaten mit der Abtast einheit gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Erfassungsverfah ren.The present invention relates to a detection device for digital detection of a three-dimensional object, wherein the detection device is a scanning unit for digitally capturing at least one shaping line course of a surface surface of the three-dimensional object, wherein the detection device further has a computer unit which is used for the transmission of scan data with the scan unit is coupled. The invention also relates to a corresponding detection method ren.

Eine derartige Erfassungsvorrichtung bzw. ein derartiges Erfassungsverfahren wird be reits standardmäßig in der Automobilindustrie eingesetzt, um insbesondere Karosse riemodelle digital zu erfassen. Eine solche Erfassungsvorrichtung weist eine Abtastein heit mit einem mechanischen Taster auf, wobei die Abtasteinheit CNC-gesteuert wird. Nachdem die Begrenzungen des abzutastenden Objektes von einer Bedienperson der Erfassungsvorrichtung vorgegeben worden sind, erfolgt die Abtastung durch die Ab tasteinheit automatisch in geraden Scanbahnen. Die durch die Abtasteinheit erfaßten Abtastdaten werden einer Rechnereinheit übermittelt, in der die Abtastdaten ausgewer tet werden. Erst nach einer Verarbeitung der Abtastdaten, beispielsweise durch CAD/CAM-Systeme erfolgt eine Flächenerstellung. Die beschriebene Abtastung ist ins besondere bei komplexen Objekten äußerst schwierig und insbesondere Hinterschnitte führen zu größeren Problemen. Außerdem ist aufgrund der mechanischen Abtastung eine Beschädigung der Objektoberfläche zu befürchten. Der entscheidende Nachteil ist jedoch, daß die Erfassung der Abtastdaten äußerst zeitaufwendig ist, weil extrem viele Daten aufgenommen werden müssen, um ein befriedigendes Ergebnis zu erhalten. Diese große Datenmenge führt außerdem dazu, daß die Datenauswertung und die Verarbeitung der Abtastdaten ebenso langwierig ist, so daß der gesamte Vorgang äu ßerst zeitintensiv ist und erst nach mehreren Tagen mit einem Ergebnis, also der digita len Erfassung des Objektes, gerechnet werden kann. Würden allerdings weniger Daten aufgenommen, wäre die Übereinstimmung der berechneten Flächen mit den tatsächli chen Flächen des Objekts zu gering. Auch der Einsatz anderer Abtasteinheiten, die beispielsweise einen optischen Sensor für die Abtastung aufweisen, führen nicht zu einer nennenswerten Beschleunigung des Verfahrens. Außerdem können mit der Er fassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik Kanten des Objektes entweder gar nicht oder nur sehr ungenau erfaßt werden. Die Bedienung der Erfassungsvorrichtung ist nur durch eine hochqualifizierte Person mit fundierter Erfahrung möglich.Such a detection device or such a detection method will be is already used as standard in the automotive industry, especially for bodywork digitally capture belt models. Such a detection device has a scanning stone with a mechanical button, whereby the scanning unit is CNC-controlled. After the limitations of the object to be scanned by an operator of the Detection device have been specified, the scanning is carried out by the Ab scanning unit automatically in straight scan paths. Those detected by the scanning unit Sampling data are transmitted to a computer unit in which the scanning data are evaluated be tested. Only after processing the scan data, for example by CAD / CAM systems create a surface. The scan described is ins extremely difficult especially with complex objects and especially undercuts lead to bigger problems. Also due to the mechanical scanning fear of damage to the surface of the object. The main disadvantage is however, that the acquisition of the scan data is extremely time consuming because of the large number Data must be recorded in order to obtain a satisfactory result. This large amount of data also means that the data evaluation and the Processing the scan data is also tedious, so that the entire process is extremely time-consuming and only after several days with a result, i.e. the digita len acquisition of the object. Would, however, be less data would have been the agreement of the calculated areas with the actual surfaces of the object are too small. The use of other scanning units that for example, have an optical sensor for scanning, do not lead to a significant acceleration of the process. In addition, with the Er Detection device from the prior art edges of the object either not or only very inaccurately. Operation of the detection device is only possible through a highly qualified person with sound experience.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, eine Erfassungsvorrichtung bzw. ein Erfas sungsverfahren der oben genannten Art derart weiterzubilden, daß das Erfassungsver fahren bzw. die Erfassungsvorrichtung ein schnelleres digitales Erfassen eines dreidi mensionalen Objektes gewährleistet und durch eine weniger qualifizierte Person durchgeführt bzw. bedient werden kann.Accordingly, it is an object of the invention to provide a detection device or a detection solution process of the type mentioned above in such a way that the acquisition ver drive or the detection device a faster digital detection of a dreidi guaranteed dimensional object and by a less qualified person can be carried out or operated.

Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Erfassungsvorrichtung gelöst, bei der in der Rechnereinheit ein Algorithmus abgelegt ist, mit dem aus dem digital erfaßten, mindestens einen formgebenden Linienverlauf eine Modelloberfläche berechenbar ist. Solche Algorithmen sind bekannt und werden beispielsweise zur Interpolation einge setzt. Die Abtasteinheit ist weiterhin dazu ausgelegt, für den Vergleich der Modellober fläche mit der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes mindestens einen Punkt der tatsächlichen Oberfläche zu erfassen, der mit einem Punkt der berech neten Oberfläche korrespondiert. In der Rechnereinheit ist ein weiterer Algorithmus ab gelegt, mit dem jeweils ein Abstand eines Punktes der Modelloberfläche von einem kor respondierenden Punkt der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes berechenbar ist. Durch diesen weiteren Algorithmus werden zu diesem Zweck Differen zen zwischen den jeweiligen Punktkoordinaten gebildet. Der weitere Algorithmus bein haltet folglich eine vergleichsweise einfache Rechenvorschrift. Die Abtasteinheit ist au ßerdem derart ausgebildet, daß in Abhängigkeit von dem jeweils berechneten Abstand mindestens ein weiterer formgebender Linienverlauf digital erfaßbar ist, wobei durch den in der Rechnereinheit abgelegten Algorithmus aus dem mindestens einen Linien verlauf und dem mindestens einen weiteren Linienverlauf eine weitere Modelloberflä che ermittelbar ist.This object is achieved by a generic detection device in which An algorithm is stored in the computer unit with which the digitally recorded a model surface can be calculated at least one shaping line. Such algorithms are known and are used, for example, for interpolation puts. The scanning unit is also designed to compare the model upper area with the actual surface of the three-dimensional object at least to capture a point of the actual surface, which is calculated with a point of the calc corresponding surface. Another algorithm is in the computer unit placed, with a distance from a point of the model surface from a kor corresponding point of the actual surface of the three-dimensional object is predictable. This further algorithm makes differences for this purpose zen formed between the respective point coordinates. The further algorithm includes consequently keep a comparatively simple calculation rule. The scanning unit is on In addition, designed such that depending on the distance calculated in each case at least one further shaping line course is digitally recordable, whereby by the algorithm stored in the computer unit from the at least one line course and the at least one further line course another model surface che can be determined.

Die Abtasteinheit dient folglich zunächst nur dem digitalen Erfassen mindestens eines formgebenden Linienverlaufs einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes, wobei der mindestens eine formgebende Linienverlauf so gewählt wird, daß durch den in der Rechnereinheit abgelegten Algorithmus eine Modelloberfläche berechenbar ist. Auf grund dieser Berechnung muß nur ein Bruchteil der Abtastdaten mit der Abtasteinheit erfaßt werden, die bei Verwendung der Erfassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik ermittelt werden müssen. Die Oberfläche eines ersten Modells ist daher nach sehr kurzer Zeit verfügbar. Inwieweit dieses erste Modell von der tatsächlichen Oberflä che des dreidimensionalen Objektes abweicht, kann dadurch ermittelt werden, daß die Abtasteinheit weiterhin dazu ausgelegt ist, mindestens einen Punkt der tatsächlichen Oberfläche zu erfassen, der mit einem Punkt der berechneten Modelloberfläche korre spondiert. Durch den weiteren in der Rechnereinheit abgelegten Algorithmus ist der jeweilige Abstand dieser Punkte berechenbar und kann dazu dienen, zu beurteilen, ob die Modelloberfläche schon ausreichend mit der tatsächlichen Oberfläche überein stimmt. Da die Abtasteinheit derart ausgebildet ist, daß mindestens ein weiterer form gebender Linienverlauf digital erfaßbar ist, können bei einer unzureichenden Überein stimmung neue Abtastdaten gewonnen werden, die durch den in der Rechnereinheit abgelegten Algorithmus der Ermittlung einer weiteren Modelloberfläche dienen können. Das Resultat von Abtastdatenerfassung und Nachbearbeitung, also eine aktuelle Mo delloberfläche, ist im Gegensatz zu den Systemen aus dem Stand der Technik zu je dem Zeitpunkt ersichtlich und wird durch die sich abwechselnden Vorgänge von Ab tastdatenerfassung und Bearbeitung inkrementell verbessert. Da das Resultat zu jedem Zeitpunkt einsehbar ist, kann dieser inkrementelle Vorgang zum optimalen Zeitpunkt abgebrochen werden. Optimal bedeutet in diesem Zusammenhang eine möglichst ho he Übereinstimmung mit dem dreidimensionalen Objekt innerhalb eines möglichst ge ringen Zeitraums. Studien haben gezeigt, daß der Prozeß des digitalen Erfassens eines dreidimensionalen Objektes durch die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung auf im Mittel ein Achtel der im Stand der Technik benötigten Zeit reduziert werden kann. Au ßerdem können bei geeigneter Wahl des mindestens einen formgebenden Linienverlaufs bzw. des mindestens einen weiteren formgebenden Linienverlaufs Kanten und andere signifikante Bereiche des dreidimensionalen Objektes optimal erfaßt werden. Die Bedienung der Erfassungsvorrichtung kann aufgrund der weitgehend automatisch ablaufenden Berechnungen durch eine lediglich kurz eingewiesene Person vorgenom men werden.The scanning unit is therefore initially only used for digital detection of at least one shaping line course of a surface of the three-dimensional object, wherein the at least one shaping line course is selected so that by the in the Computer unit stored algorithm a model surface can be calculated. on Because of this calculation, only a fraction of the scanning data with the scanning unit can be detected when using the detection device from the prior art Technology must be determined. The surface of a first model is therefore after available in a very short time. To what extent this first model is based on the actual surface surface of the three-dimensional object differs can be determined in that the Scanning unit is still designed to at least one point of the actual To capture the surface that is correct with a point of the calculated model surface spondiert. Due to the further algorithm stored in the computer unit, the The respective distance between these points can be calculated and can be used to assess whether the model surface already matches the actual surface sufficiently Right. Since the scanning unit is designed such that at least one further form Giving line course is digitally detectable, if there is an insufficient match mood new scan data can be obtained by the in the computer unit stored algorithm can serve to determine a further model surface. The result of scan data acquisition and post-processing, i.e. a current mo in contrast to the systems from the prior art the time and is shown by the alternating processes from Ab Tactile data acquisition and processing incrementally improved. Because the result to everyone When the time is visible, this incremental process can be carried out at the optimal time be canceled. In this context, optimal means as high as possible he agreement with the three-dimensional object within a ge as possible wrestle period. Studies have shown that the process of digitally capturing a three-dimensional object by the detection device according to the invention on im An average of one eighth of the time required in the prior art can be reduced. Au In addition, with a suitable choice of the at least one shaping line course or the at least one further shaping line course edges and other significant areas of the three-dimensional object can be optimally detected. The operation of the detection device can be largely automatic due to the ongoing calculations by a briefly trained person men.

Eine erste besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Rechnereinheit ein Speicherelement aufweist, in dem mindestens ein Sollwert abgelegt ist, der mit dem jeweils berechneten Abstand vergleichbar ist, wobei bei Überschreiten des Sollwerts mindestens ein weiterer formgebender Linienverlauf durch die Abtast einheit digital erfaßbar ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß ein Bediener den jeweils berechneten Abstand im Hinblick darauf überprüfen muß, ob dieser akzeptabel ist und damit die berechnete Modelloberfläche mit einer ausreichenden Genauigkeit der tatsächlichen Oberfläche entspricht oder ob eine Verbesserung des Modells erforderlich ist. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung muß der Bediener hingegen lediglich zu Be ginn einen Sollwert festlegen, der dann sozusagen eine Art Meßlatte für die Übereinstimmung zwischen tatsächlicher Oberfläche und Modelloberfläche bildet.A first particularly advantageous development of the invention provides that the Computer unit has a memory element in which at least one setpoint is stored which is comparable to the distance calculated in each case, being exceeded of the target value at least one further shaping line course through the scanning unit is digitally detectable. In this way it is prevented that an operator Each calculated distance must check whether it is acceptable and thus the calculated model surface with sufficient accuracy of the corresponds to the actual surface or whether an improvement of the model is required is. In this development of the invention, however, the operator only has to be begin to set a target value, which is a kind of yardstick for the Agreement between actual surface and model surface.

Für die Bedienung der Erfassungsvorrichtung durch eine Person kann die Erfassungs vorrichtung eine Bedieneinheit aufweisen. Vorzugsweise ist die Erfassungsvorrichtung durch diese Bedieneinheit vollständig steuerbar, so daß die bedienende Person sich ausschließlich an einem Platz aufhalten kann.For the operation of the detection device by one person, the detection device have an operating unit. The detection device is preferably fully controllable by this control unit, so that the operator himself can only stay in one place.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Abtasteinheit einen in einer Gebrauchsstellung zum Objekt beabstandeten Scanner und/oder einen in einer Gebrauchsstellung das Objekt berührenden Taster aufweisen. Ob der Einsatz eines Scanners oder eines Tasters sinnvoller ist, hängt von der Geometrie und den speziellen Eigenschaften des Objektes ab. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn problemlos zwischen dem Scanner und dem Taster auch während der Abtastung eines Objektes gewechselt werden kann. Als Scanner kann vorteilhafterweise ein Laserscanner einge setzt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the scanning unit can be one in a position of use to the object spaced scanner and / or one in one Have the button touching the object. Whether the use of a Scanner or a push button makes more sense depends on the geometry and the special Properties of the object. It is therefore particularly advantageous if without problems between the scanner and the button even while scanning an object can be changed. A laser scanner can advantageously be used as the scanner be set.

Die Abtasteinheit kann einen Positionsgeber aufweisen, durch den der Scanner und/oder der Taster positionierbar ist. Vorteilhafterweise ist der Positionsgeber derart ausgebildet und mit der Rechnereinheit verbunden, daß die Position des Positionsge bers durch die Rechnereinheit vorgebbar ist und/oder die Position des Positionsgebers an die Rechnereinheit übermittelbar ist. Letzteres ist dann von besonderem Nutzen, wenn der Positionsgeber manuell an dem Objekt entlang geführt wird, um mindestens einen geeigneten formgebenden Linienverlauf oder mindestens einen weiteren geeig neten formgebenden Linienverlauf oder mindestens einen geeigneten Punkt der tat sächlichen Oberfläche optimal zu erfassen. Insbesondere um einer Person die Ent scheidung zu erleichtern, ob die Übereinstimmung zwischen der Modelloberfläche und der tatsächlichen Oberfläche ausreichend ist oder nicht, und zur besseren Übersicht kann die Erfassungsvorrichtung eine Ausgabeeinheit, insbesondere mit einem Bild schirm, für die Darstellung der berechneten Modelloberfläche und/oder der weiteren berechneten Modelloberfläche aufweisen.The scanning unit can have a position sensor through which the scanner and / or the button can be positioned. The position transmitter is advantageously of this type trained and connected to the computer unit that the position of the Positionsge bers can be specified by the computer unit and / or the position of the position transmitter can be transmitted to the computer unit. The latter is particularly useful if the position sensor is manually guided along the object by at least a suitable shaping line or at least one other suitable neten shaping line course or at least one suitable point that did optimal surface to capture. In particular, the Ent to facilitate whether the match between the model surface and the actual surface is sufficient or not, and for a better overview can the detection device an output unit, in particular with an image screen, for displaying the calculated model surface and / or the others have calculated model surface.

Die Übereinstimmung zwischen der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes und der Modelloberfläche kann besonders hoch sein, wenn der mindestens eine Linienverlauf und/oder der mindestens eine weitere Linienverlauf so gewählt wird, daß der mindestens eine Linienverlauf und/oder der mindestens eine weitere Linienver lauf mindestens eine Fläche einschließt.The correspondence between the actual surface of the three-dimensional Object and the model surface can be particularly high if the minimum a line course and / or the at least one further line course is selected such that the at least one line course and / or the at least one further line ver includes at least one surface.

Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch ein Erfassungsverfahren zum digitalen Er fassen eines dreidimensionalen Objektes, bei dem zunächst mindestens ein formge bender Linienverlauf einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes digital erfaßt wird und aus dem mindestens einen Linienverlauf eine Modelloberfläche berechnet wird. In einem weiteren Schritt wird mindestens ein Punkt der tatsächlichen Oberfläche, der mit mindestens einem Punkt der Modelloberfläche korrespondiert, digital erfaßt. Der mindestens eine Punkt der Modelloberfläche wird mit jeweils einem korrespondieren den Punkt der tatsächlichen Oberfläche des dreidimensionalen Objektes verglichen und der jeweilige Abstand der Punkte ermittelt. In Abhängigkeit des jeweils ermittelten Ab standes erfolgt ein erneutes Erfassen mindestens eines weiteren formgebenden Lini enverlaufs der Oberfläche des dreidimensionalen Objektes, wobei aus dem mindestens einen Linienverlauf und dem mindestens einen weiteren Linienverlauf des dreidimen sionalen Objektes eine weitere Modelloberfläche berechnet wird. Daraufhin wird erneut die Abweichung zwischen der weiteren Modelloberfläche und der tatsächlichen Ober fläche mit Hilfe der Punktabstände überprüft. Weitere formgebende Linienverläufe werden erfaßt, und weitere Modelloberflächen werden berechnet, bis der jeweilige Abstand zwischen den Punkten einen annehmbaren Wert erreicht hat.The above task is also solved by an acquisition method for digital Er capture a three-dimensional object, in which at least one shape Bender line course of a surface of the three-dimensional object is recorded digitally and a model surface is calculated from the at least one line course becomes. In a further step, at least one point of the actual surface, that corresponds to at least one point on the model surface, recorded digitally. The at least one point on the model surface will correspond to one compared the point of the actual surface of the three-dimensional object and the respective distance between the points is determined. Depending on the Ab determined As a result, at least one further shaping line is recorded again course of the surface of the three-dimensional object, with at least a line course and the at least one further line course of the three-dimensional sional object another model surface is calculated. Thereupon again the deviation between the further model surface and the actual surface area checked with the help of the point distances. Further shaping lines are detected, and further model surfaces are calculated until the respective distance has reached an acceptable value between the points.

Neben der Realisierung der bereits oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemä ßen Erfassungsvorrichtung erwähnten Funktionen kann bei einem erfindungsgemäßen Erfassungsverfahren vorgesehen sein, daß mindestens ein Linienverlauf und/oder min destens ein weiterer Linienverlauf mindestens eine Kante und/oder mindestens eine Kerbe und/oder mindestens einen Riß und/oder mindestens einen Markierungsstreifen und/oder mindestens einen Rand des Objektes umfaßt. Gerade das digitale Erfassen dieser sogenannten Feature Lines ermöglicht die schnelle Berechnung einer Modell oberfläche, die besonders gut mit der tatsächlichen Oberfläche übereinstimmt. Der mindestens eine digital erfaßte Linienverlauf und/oder der mindestens eine weitere digi tal erfaßte Linienverlauf kann in einem weiteren Verfahrensschritt mindestens einer CAD-Funktion, insbesondere einem Glätten und/oder einem Verschneiden, unterworfen werden. Gleichsam können auch CAM-Funktionen durchgeführt werden.In addition to the implementation of the above in connection with the ß detection device functions can be in an inventive Detection method can be provided that at least one line course and / or min at least one further line course at least one edge and / or at least one Notch and / or at least one crack and / or at least one marking strip and / or comprises at least one edge of the object. Digital capture in particular these so-called feature lines enable a model to be calculated quickly surface that matches the actual surface particularly well. The at least one digitally recorded line course and / or the at least one further digi In a further process step, at least one of the line profiles recorded CAD function, in particular smoothing and / or blending, subjected become. CAM functions can also be carried out at the same time.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Erfas sungsverfahrens kann das digitale Erfassen durch manuelle Führung und/oder durch automatische Führung eines Scanners und/oder eines Tasters erfolgen. Insbesondere bei sehr komplex geformten Objekten ist es hilfreich, eine manuelle Führung vorzuse hen, um so alle vorhandenen Strukturmerkmale optimal zu erfassen.In a further particularly advantageous development of the detection according to the invention The digital recording process can be carried out using manual guidance and / or automatic guidance of a scanner and / or a button take place. In particular in the case of very complex shaped objects, it is helpful to perform manual guidance beforehand hen in order to optimally capture all existing structural features.

Der zu erfassende Linienverlauf und/oder der mindestens eine weitere Linienverlauf und/oder der mindestens eine Punkt kann anhand eines visuellen Eindrucks von einem Objekt bestimmt werden. Auf diese Weise wird die Datenaufnahme immer optimal auf das jeweilige zu erfassende Objekt abgestimmt, so daß äußerst zufriedenstellende Er gebnisse erhalten werden können.The line course to be recorded and / or the at least one further line course and / or the at least one point can be based on a visual impression of one Object can be determined. In this way, the data acquisition is always optimal the respective object to be detected matched, so that extremely satisfactory Er results can be obtained.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Hinweis auf die beige fügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the beige added drawings described in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung; Fig. 1 shows a schematically illustrated embodiment of a detection device according to the invention;

Fig. 2 einen Iterationsablauf bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Erfassungsverfahrens; und Fig. 2 is a Iterationsablauf in one embodiment of a detection method of the invention; and

Fig. 3 eine detaillierte Darstellung einzelner Teilschritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erfassungsverfahrens. Fig. 3 is a detailed representation of individual sub-steps of an embodiment of the detection method of the invention.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung zum digitalen Erfassen eines dreidimensionalen Objektes 10 schematisch dargestellt. Diese Ausführungsform weist eine Abtasteinheit 12 auf, mit der zunächst mindestens ein formgebender Linienverlauf 14 einer Oberfläche des dreidimensionalen Objektes 10 erfaßt werden kann. Zu diesem Zweck weist die Abtasteinheit 12 einen Positionsgeber auf, der in der dargestellten Ausführungsform exemplarisch zwei Arme 16 aufweist, die jeweils einen Scanner 18 und einen Taster 20 positionieren. Der Positionsgeber kann beliebig viele weitere Arme umfassen, die ebenfalls Taster und/oder Scanner positio nieren können. Der Scanner 18 ist bei der Abtastung des Objektes 10 von dem Objekt 10 beabstandet, während der Taster 20 bei der Abtastung direkten Kontakt zu dem ab zutastenden Objekt 10 hat. In der dargestellten Ausführungsform ist ein einfaches Um schalten zwischen Abtastung durch den Scanner 18 und Abtastung durch den Taster 20 möglich. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der mindestens eine formge bende Linienverlauf 14 der Objektoberfläche automatisch mit Hilfe der zwei Arme 16 abgetastet, d. h. digital erfaßt. Alternativ kann die Führung der Arme 16 auch manuell durch eine Bedienperson erfolgen, um auch tatsächlich den entscheidenden minde stens einen formgebenden Linienverlauf des Objektes 10 zu erfassen. Die hierbei ge wonnenen Abtastdaten resultieren aus der zeitlichen Detektion der Raumkoordinaten der verwendeten Taster 20 bzw. Scanner 18 und bei Benutzung von Scannern 18 au ßerdem aus der zeitlichen Detektion des Abstandes von dem jeweiligen Scanner 18 zu dem Objekt 10. Die Abtastdaten werden von der Abtasteinheit 12 an eine Rechnerein heit 22 übermittelt. In der Rechnereinheit 22 ist ein Algorithmus abgelegt, mit dem aus dem digital erfaßten mindestens einen formgebenden Linienverlauf 14 eine Modellober fläche 26 berechenbar ist. Diese Modelloberfläche 26 ist an eine Ausgabeeinheit 24 übermittelbar, durch die die Modelloberfläche 26 dreidimensional oder auch zweidi mensional darstellbar ist. Um zu überprüfen, ob diese Modelloberfläche 26 bereits gut mit der Oberfläche des dreidimensionalen Objektes 10 übereinstimmt, werden von der Rechnereinheit 22 Punkte 28 auf der berechneten Modelloberfläche 26 bestimmt, die vorzugsweise eine zentrale Position auf dieser Modelloberfläche 26 haben und mit kor respondierenden Punkten 30 auf der tatsächlichen Oberfläche verglichen werden sol len. Dementsprechend werden die Koordinaten dieser Punkte 28 der Modelloberfläche 26 von der Rechnereinheit 22 an die Abtasteinheit 12 übermittelt, durch die dann mit Hilfe des Positionsgebers und den beiden Armen 16 die korrespondierenden Punkte 30 abgetastet werden können. Alternativ können die abzutastenden Punkte 30 auch durch eine Bedienperson anhand des visuellen Eindrucks von dem Objekt 10 ausgewählt werden, um vor allem die Problemzonen des Objektes 10 erfassen zu können. In die sem Fall kann die Bedienperson mindestens einen der Arme 16 manuell so führen, daß die gewünschten Punkte optimal digital erfaßt werden können. Die erhaltenen Abtast daten werden der Rechnereinheit 22 übermittelt, in der ein weiterer Algorithmus zum Vergleich der Punkte 30 und 28 und der Berechnung der jeweiligen Abstände abgelegt ist. Diese Abstände können einerseits an die Ausgabeeinheit 24 übertragen werden, so daß eine Bedienperson eine Beurteilung der Daten vornehmen kann. Andererseits ist es jedoch auch möglich, daß die berechneten Abstände direkt mit einem von einer Be dienperson vorgegebenen Sollwert verglichen werden, wobei der Sollwert in einem Speicherelement 32 innerhalb der Rechnereinheit 22 abgelegt ist. Bei Überschreiten des Sollwerts kann die Rechnereinheit 22 veranlassen, daß durch die Abtasteinheit 12 mindestens ein weiterer formgebender Linienverlauf digital erfaßt wird. Dabei kann die Bedienperson den mindestens einen weiteren formgebenden Linienverlauf auswählen und die Arme 16 entsprechend über das Objekt 10 führen. Aus diesem mindestens ei nen weiteren Linienverlauf und dem bereits vorher erfaßten mindestens einen Linien verlauf 14 kann dann durch die Rechnereinheit 22 eine weitere Modelloberfläche ermit telt werden, die ebenfalls durch die Ausgabeeinheit 24 dargestellt werden kann. Erst, wenn der jeweilige Abstand zwischen einem Punkt der Modelloberfläche und einem korrespondierenden Punkt der tatsächlichen Oberfläche den Sollwert unterschreitet, wird die Aufnahme weiterer formgebender Linienverläufe eingestellt. Wird auf den Ver gleich mit dem Sollwert verzichtet, kann eine Bedienperson entscheiden, ob die Erfas sung weiterer Linienverläufe notwendig ist, um die Übereinstimmung zwischen der Mo delloberfläche 26 und der tatsächlichen Oberfläche des Objektes 10 zu verbessern. Die Ausführungsform kann weiterhin eine in Fig. 1 nicht dargestellte Bedieneinheit aufwei sen, durch die alle Funktionen der Erfassungsvorrichtung angesprochen werden kön nen. In Fig. 1, an embodiment of the detection device according to the invention for digitally detecting a three-dimensional object 10 is shown schematically. This embodiment has a scanning unit 12 with which at least one shaping line course 14 of a surface of the three-dimensional object 10 can first be detected. For this purpose, the scanning unit 12 has a position transmitter, which in the illustrated embodiment has two arms 16 as examples, each of which positions a scanner 18 and a button 20 . The position sensor can include any number of other arms, which can also position sensors and / or scanners. The scanner 18 is spaced in the scanning of the object 10 from the object 10 while the button 20 has direct contact in the scan to the object from zutastenden 10th In the illustrated embodiment, a simple switchover between scanning by the scanner 18 and scanning by the button 20 is possible. In the embodiment shown, the at least one shape-giving line profile 14 of the object surface is automatically scanned, ie, digitally, using the two arms 16 . Alternatively, the arms 16 can also be guided manually by an operator in order to actually capture the decisive at least one shaping line course of the object 10 . The scan data obtained here result from the temporal detection of the spatial coordinates of the buttons 20 or scanners 18 used and, when using scanners 18, moreover from the temporal detection of the distance from the respective scanner 18 to the object 10 . The scanning data are transmitted from the scanning unit 12 to a computer unit 22 . An algorithm is stored in the computer unit 22 , with which a model surface 26 can be calculated from the digitally recorded at least one shaping line profile 14 . This model surface 26 can be transmitted to an output unit 24 , through which the model surface 26 can be represented three-dimensionally or two-dimensionally. In order to check whether this model surface 26 already agrees well with the surface of the three-dimensional object 10 , the computer unit 22 determines points 28 on the calculated model surface 26 , which preferably have a central position on this model surface 26 and with corresponding points 30 the actual surface should be compared. Accordingly, the coordinates of these points 28 of the model surface 26 are transmitted from the computer unit 22 to the scanning unit 12 , through which the corresponding points 30 can then be scanned with the aid of the position transmitter and the two arms 16 . Alternatively, the points 30 to be scanned can also be selected by an operator on the basis of the visual impression of the object 10 , in order above all to be able to detect the problem zones of the object 10 . In this case, the operator can manually guide at least one of the arms 16 so that the desired points can be optimally recorded digitally. The scanning data obtained are transmitted to the computer unit 22 , in which a further algorithm for comparing the points 30 and 28 and the calculation of the respective distances is stored. On the one hand, these distances can be transmitted to the output unit 24 , so that an operator can carry out an assessment of the data. On the other hand, however, it is also possible for the calculated distances to be compared directly with a target value specified by an operator, the target value being stored in a memory element 32 within the computer unit 22 . If the target value is exceeded, the computer unit 22 can cause the scanning unit 12 to digitally record at least one further shaping line profile. In this case, the operator can select the at least one further shaping line course and guide the arms 16 accordingly over the object 10 . From this at least one further line course and the previously recorded at least one line course 14 , a further model surface can then be determined by the computer unit 22 , which can also be represented by the output unit 24 . Only when the respective distance between a point on the model surface and a corresponding point on the actual surface falls below the target value, is the inclusion of further shaping line courses stopped. If the comparison with the nominal value is dispensed with, an operator can decide whether the detection of further line courses is necessary in order to improve the correspondence between the model surface 26 and the actual surface of the object 10 . The embodiment can also have an operating unit, not shown in FIG. 1, by means of which all the functions of the detection device can be addressed.

Fig. 2 zeigt einen Iterationsablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Er fassungsverfahrens. In dieser Ausführungsform soll ein neues Bauteil, beispielsweise ein Dach eines Fahrzeugs, digital erfaßt werden. In einem ersten Schritt 34 werden zu diesem Zweck die Berandungen des Bauteils digital erfaßt. Die aufgenommenen Lini enverläufe werden geglättet und verschnitten, bevor in einem zweiten Schritt 36 die Fläche innerhalb der Linienverläufe berechnet wird, was in einer Modelloberfläche re sultiert. Diese Modelloberfläche wird in einem dritten Schritt 38 visuell und maßlich kon trolliert, wobei unter der maßlichen Kontrolle der bereits oben ausführlich beschriebene Punktvergleich zwischen Punkten der Modelloberfläche und korrespondierenden Punk ten auf der Oberfläche des Bauteils zu verstehen ist. Ist nach dieser visuellen und maß lichen Kontrolle die Übereinstimmung zwischen der Modelloberfläche und der tatsächli chen Oberfläche des Bauteils ausreichend, können die Daten eines weiteren Bauteils erfaßt werden. ist die Übereinstimmung nicht befriedigend, müssen weitere Bauteilda ten durch die digitale Erfassung mindestens eines weiteren formgebenden Linienver laufs gesammelt werden, so daß über den vierten Schritt 40 eine Rückschleifung zu dem zweiten Schritt 36 erfolgt. Fig. 2 shows an iteration process of an embodiment of the detection method according to the invention. In this embodiment, a new component, for example a roof of a vehicle, is to be recorded digitally. For this purpose, the edges of the component are recorded digitally in a first step 34 . The recorded line courses are smoothed and blended before the area within the line courses is calculated in a second step 36 , which results in a model surface. This model surface is checked visually and dimensionally in a third step 38 , the dimensional control being understood to mean the point comparison already described in detail above between points on the model surface and corresponding points on the surface of the component. If after this visual and dimensional check the correspondence between the model surface and the actual surface of the component is sufficient, the data of another component can be recorded. if the correspondence is not satisfactory, further component data must be collected by digitally capturing at least one further shaping line course, so that a loopback to the second step 36 takes place via the fourth step 40 .

In Fig. 3 sind einzelne Teilschritte des anhand von Fig. 2 beschriebenen Erfassungsver fahrens in Form einer zweidimensionalen Darstellung der erfaßten Abtastdaten gezeigt. Die Berandungen des Bauteils werden durch vier formgebende Linienverläufe 42 digital erfaßt (siehe Fig. 3a). Diese Linienverläufe 42 werden geglättet und verschnitten (siehe Fig. 3b und Fig. 3b), so daß eine Modelloberfläche 44 innerhalb der Linienverläufe 42 berechnet werden kann, die insbesondere in Fig. 3e durch gestrichelte Linien angedeu tet wird. Es folgt eine Qualitätskontrolle durch einen Vergleich der berechneten Modell oberfläche 44 und der nicht dargestellten Bauteiloberfläche, indem zahlreiche Bereiche der tatsächlichen Oberfläche des Bauteils mit in Fig. 3f dargestellten korrespondieren den Bereichen 46 der Modelloberfläche 44 verglichen werden. Die zahlreichen Berei che der tatsächlichen Oberfläche werden hierzu durch Kontrollscanprozesse erfaßt. Die weiteren Verfahrensschritte gehen aus den obigen Ausführungen hervor. FIG. 3 shows individual sub-steps of the detection method described with reference to FIG. 2 in the form of a two-dimensional representation of the detected scan data. The edges of the component are digitally captured by four shaping line courses 42 (see FIG. 3a). This line 42 curves are smoothed and blended (see Fig. 3b and Fig. 3b), so that a pattern surface may be calculated 44 within the line profiles 42, which in particular in Fig. 3e is tet angedeu by dashed lines. This is followed by a quality control by comparing the calculated model surface 44 and the component surface, not shown, by comparing numerous areas of the actual surface of the component with corresponding areas 46 of the model surface 44 shown in FIG. 3f. The numerous areas of the actual surface are captured by control scanning processes. The further process steps are evident from the above explanations.

Weitere Veränderungen, Modifikationen oder Kombinationen der oben beschriebenen Ausführungsformen sind für den Fachmann offensichtlich und fallen ebenso unter den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche.Other changes, modifications or combinations of those described above Embodiments are obvious to the person skilled in the art and also fall under the Scope of the appended claims.

Claims

1. detection device for digital detection of a three-dimensional object ( 10 ),
wherein the detection device comprises a scanning unit ( 12 ) for digitally detecting at least one shaping line ( 14 ; 42 ) of a surface of the three-dimensional object ( 10 ), the detection device further comprising a computer unit ( 22 ) which is used for the transmission of scanning data the scanning unit ( 12 ) is coupled, characterized in that
that an algorithm is stored in the computer unit ( 22 ), with which a model surface ( 26 ; 44 ) can be calculated from the digitally recorded at least one shaping line profile ( 14 ; 42 ),
wherein the scanning unit ( 12 ) is further designed to detect at least one point ( 30 ) of the actual surface for the comparison of the model surface ( 26 ; 44 ) with the actual surface of the three-dimensional object ( 10 ), which corresponds to a point ( 28 ; 46 ) corresponds to the calculated model surface ( 26 ; 44 ),
A further algorithm is stored in the computer unit ( 22 ), with which a distance between a point ( 28 ; 46 ) of the model surface ( 26 ; 44 ) and a corresponding point ( 30 ) of the actual surface of the three-dimensional object ( 10 ) can be calculated .
wherein the scanning unit ( 12 ) is designed in such a way that at least one further shaping line profile can be digitally determined as a function of the respectively calculated distance,
wherein the algorithm stored in the computer unit ( 22 ) can be used to determine a further model surface from the at least one line profile ( 14 ; 42 ) and the at least one further line profile.

2. Detection device according to claim 1, characterized in that the computer unit ( 22 ) has a memory element ( 32 ), in which at least one setpoint is stored, which is comparable to the distance calculated in each case, at least one further rer when the setpoint is exceeded shaping line course through the scanning unit ( 12 ) is digitally detectable.

3. Detection device according to one of the preceding claims, characterized, that the detection device has an operating unit with which the detection tion device can be operated by one person.

4. Detection device according to one of the preceding claims, characterized in that the scanning unit ( 12 ) has a in a position of use to the object ( 10 ) spaced scanner ( 18 ) and / or in a position of use the object ( 10 ) touching button ( 20 ) ,

5. Detection device according to claim 4, characterized in that the scanner ( 18 ) is a laser scanner.

6. Detection device according to one of claims 4 or 5, characterized in that the scanning unit ( 12 ) has a, in particular multi-armed, position sensor, by means of which the scanner ( 18 ) and / or the button ( 20 ) can be positioned, the position sensor being such is designed and connected to the computer unit ( 22 ) that the position of the position transmitter can be specified by the computer unit ( 22 ) and / or the position of the position transmitter can be transmitted to the computer unit ( 22 ).

7. Detection device according to one of the preceding claims, characterized in that the detection device has an output unit ( 24 ), in particular with egg nem screen, for displaying the calculated model surface ( 26 ; 44 ) and / or the further calculated model surface.

8. Detection device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one line profile ( 14 ; 42 ) and / or the at least one further line profile includes at least one surface.

9. Detection method for digital detection of a three-dimensional object ( 10 ), comprising the following steps:

a) digital detection of at least one shaping line course ( 14 ; 42 ) of a surface of the three-dimensional object ( 10 );
b) calculating a model surface ( 26 ; 44 ) from the at least one line profile ( 14 ; 42 ) of the three-dimensional object ( 10 );
c) digital detection of at least one point ( 30 ) of the actual surface, which corresponds to at least one point ( 28 ; 46 ) of the model surface ( 26 ; 44 );
d) comparing the at least one point ( 28 ; 46 ) of the model surface ( 26 ; 44 ) with in each case a corresponding point ( 30 ) of the actual surface of the three-dimensional object ( 10 ) and determining the respective distance between the points;
e) depending on the distance determined in each case, renewed detection of at least one further shaping line profile of the surface of the three-dimensional object ( 10 );
f) calculating a further model surface from the at least one line course ( 14 ; 42 ) and the at least one further line course of the three-dimensional object ( 10 ); and
g) repeating steps c) to f) until it is determined in step d) that the respective distance has reached an acceptable value.

10. detection method according to claim 9, characterized, that after step d) the respective distance is compared with a target value and if the setpoint is exceeded, at least one other shaping one Line course is recorded digitally.

11. Detection method according to one of claims 9 or 10, characterized in that at least one line course ( 14 ; 42 ) and / or at least one further line course at least one edge and / or at least one notch and / or at least one crack and / or at least one Marking strips and / or at least one edge of the object ( 10 ) comprises.

12. Detection method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the at least one digitally recorded line course ( 14 ; 42 ) and / or the at least one further digitally recorded line course in at least one further step after step a) and / or after Step e) is subjected to at least one CAD function, in particular smoothing and / or blending.

13. Detection method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the digital detection in step a) and / or step c) and / or step e) is carried out by non-contact scanning and / or by touching the object ( 10 ).

14. Detection method according to one of claims 9 to 13, characterized in that the digital detection in step a) and / or step c) and / or step e) by manual guidance and / or by automatic guidance of a scanner ( 18 ) and / or a button ( 20 ).

15. Detection method according to one of claims 9 to 14, characterized in that the at least one line profile ( 14 ; 42 ) to be recorded and / or the at least one further line profile to be recorded and / or the at least one point ( 30 ) to be recorded using a visual impression of an object ( 10 ) is determined.

16. Detection method according to one of claims 9 to 15, characterized in that the calculated model surface ( 26 ; 44 ) and / or the further calculated te model surface is shown in at least one representation three-dimensionally and / or two-dimensionally, in particular on a screen.