-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts.
-
Eine derartige Vorrichtung ist aus der
DE 10 2010 018 979 A1 bekannt. Die vorbekannte Vorrichtung umfasst einen optischen Scanner zur Gewinnung von Oberflächendaten des Objekts und ein Tracking-System zum Bestimmen der Position und Orientierung des Scanners.
-
Die
DE 10 2005 043 912 B4 und die
DE 103 50 861 A1 offenbaren weitere Vorrichtungen zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts mit einem optischen Scanner und einem Tracking-System. Die vorbekannten Vorrichtungen sind verhältnismäßig groß ausgebildet. Sie müssen für den jeweiligen Verwendungszweck gesondert aufgebaut werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine leicht handhabbare Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts vorzuschlagen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Vorrichtung umfasst einen Messtisch, ein Tracking-System und ein Messgerät.
-
Der Messtisch weist Referenzmarken auf. Das Tracking-System weist einen Kamerabalken auf, in dem mehrere Kameras angeordnet sind, vorzugsweise drei Kameras. Das Messgerät weist mehrere Detektoren auf, die von dem Tracking-System detektierbar sind. Ferner ist das Messgerät handgeführt.
-
Gemäß der Erfindung sind der Messtisch und der Kamerabalken des Tracking-Systems in einem zusammenklappbaren Behälter angeordnet. Der zusammenklappbare Behälter kann als Koffer ausgebildet sein. Durch die Erfindung wird eine transportable Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts geschaffen, die an beliebige Standorte transportiert und dort in Betrieb genommen werden kann.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Das Messgerät kann als Messgriffel ausgebildet sein. Der Messgriffel kann einen Messtaster aufweisen. Der Messtaster ist vorzugsweise als Messkugel ausgebildet. Die Messkugel kann als Rubinkugel oder als Kugel auf einem anderen geeigneten Material ausgebildet sein.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Messgerät als Laserstrahl-Messgriffel ausgebildet. Der Messgriffel gibt einen Laserstrahl ab.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Messgerät als 3D-Sensor ausgebildet, der einen Laserscanner und eine Kamera zum Aufnehmen des Objekts aufweist. Der Laserscanner ist insbesondere als Laser-Linienscanner ausgebildet.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Messgerät als 3D-Sensor ausgebildet, der einen Projektor und eine Kamera aufweist. Der Projektor dient zum Projizieren eines Musters auf das Objekt. Bei dem Muster handelt es sich insbesondere um ein Streifenmuster. Der Projektor arbeitet vorzugsweise mit Weißlicht.
-
Die Kamera dient zum Aufnehmen des Objekts einschließlich des auf das Objekt projizierten Musters.
-
Der Messtisch und der Kamerabalken des Tracking-Systems sind in dem aufgeklappten Behälter vorzugsweise in einer vorbestimmten Lage zueinander positioniert. Vorteilhaft ist es, wenn der aufklappbare Behälter in der aufgeklappten Stellung arretierbar ist. Der Behälter kann dann in einer definierten aufgeklappten Stellung arretiert werden, wodurch der Messtisch und der Kamerabalken in einer definierten Lage zueinander positioniert und arretiert sind.
-
Vorteilhaft ist es, wenn die Detektoren des Messgriffels als aktive optische Detektormarken ausgebildet sind. Die Detektormarken können als Infrarotmarken ausgebildet sein. Sie sind dann für den menschlichen Betrachter nicht sichtbar, ihre Erkennung kann dann allerdings auch nicht durch störende Lichtquellen beeinträchtigt werden.
-
Vorteilhaft ist es, wenn das Messgerät eine Auslösetaste aufweist. Durch eine Betätigung der Auslösetaste kann die Durchführung einer Messung ausgelöst werden. Die Auslösetaste kann von Hand betätigbar sein. Es ist allerdings auch möglich, dass die Auslösetaste durch eine Berührung auslösbar ist, beispielsweise durch eine Berührung des Messtasters oder der Messkugel auf der Oberfläche des Objekts.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt
-
1 eine erste Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts mit einem Messgriffel in einer perspektivischen Darstellung,
-
2 die Vorrichtung gemäß 1 mit einem Objekt und dem Messgriffel in Tastposition,
-
3 eine zweite Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts mit einem Laserstrahl-Messgriffel in einer perspektivischen Darstellung,
-
4 die Vorrichtung gemäß 3 in Messposition,
-
5 eine dritte Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts mit einem 3D-Sensor, der einen Laser-Linienscanner aufweist, in einer perspektivischen Darstellung,
-
6 die Vorrichtung gemäß 5 in Messposition,
-
7 eine vierte Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts mit einem 3D-Sensor, der einen Projektor zum Projizieren eines Streifenmusters auf das Objekt aufweist, in einer perspektivischen Darstellung und
-
8 die Vorrichtung gemäß 7 in Messposition.
-
Die in 1 und 2 gezeigte Vorrichtung zum Bestimmen der 3D-Koordinaten der Oberfläche eines Objekts umfasst einen Messtisch 1, der Referenzmarken 2 aufweist, ein Tracking-System mit einem Kamerabalken 3, in dem drei Kameras 4 angeordnet sind, und einen Messgriffel 5, der einen Messtaster 6 und neun Detektoren 7 aufweist, die von dem Tracking-System detektierbar sind. Der Messtisch 1 und der Kamerabalken 3 sind in einem zusammenklappbaren Behälter, der als Koffer ausgestaltet sein kann, angeordnet.
-
Der Messtaster 6 ist als Messkugel ausgebildet. Der Messgriffel 5 weist eine Auslösetaste auf (in der Zeichnung nicht dargestellt), die sich am Handgriff 8 des Messgriffels 5 befindet. Durch eine Betätigung der Auslösetaste wird eine Aufnahme ausgelöst.
-
Der Messgriffel 5 weist ferner drei Arme 9 auf, die an dem dem Messtaster 6 abgewandten Ende des Handgriffs 8 angeordnet sind und die in einem Winkel zueinander verlaufen. An jedem Arm sind drei Detektoren 7 in einem Abstand voneinander angeordnet. Die Detektoren 7 sind als aktive optische Detektormarken ausgebildet, nämlich als Infrarotmarken. Jeder Detektor 7 ist gesondert ansteuerbar. Er gibt Infrarotstrahlung ab.
-
Die Zeichnung zeigt den Messtisch 1 und den Kamerabalken 3, die in einer vorbestimmten Lage zueinander positioniert sind. Durch diese Lage wird das optische Messvolumen 10 aufgespannt. Dieses optische Messvolumen 10 erstreckt sich ähnlich der Form einer Pyramide von dem Messtisch 1 zu dem Kamerabalken 3 hin. Der Messtisch 1 und der Kamerabalken 3 nehmen die in der Zeichnung gezeigte, definierte Lage zueinander ein, wenn sich der Behälter in seinem aufgeklappten Zustand befindet, in dem der Behälter arretiert ist. Um dies zu erreichen kann der Messtisch 1 fest mit dem Grundkörper des zusammenklappbaren Behälters verbunden sein und kann der Kamerabalken 3 mit dem Deckel des zusammenklappbaren Behälters fest verbunden sein. Der Deckel des Behälters kann um eine Achse um den Grundkörper des Behälters schwenkbar sein. Ferner kann der Behälter einen Tragegriff aufweisen.
-
Die Kameras 4 sind an dem Kamerabalken 3 in einem Abstand voneinander angeordnet. Dabei befindet sich die mittlere Kamera 4 in einem jeweils gleichen Abstand zu den beiden äußeren Kameras 4. Jede Kamera 4 umfasst eine Optik und einen flächenhaften Sensor, insbesondere einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor.
-
Durch die Referenzmarken 2, die der Messtisch 1 aufweist und die sich auf der dem Kamerabalken 3 zugewandten Seite des Messtischs befinden, kann das Tracking-System gegenüber dem Messtisch 1 kalibriert werden. Wenngleich der Messtisch 1 und der Kamerabalken 3 bei aufgeklapptem Behälter in einer vorbestimmten, definierten Lage zueinander positioniert sind, können sich geringfügige Abweichungen ergeben, die je nach geforderter Genauigkeit eine Kalibrierung des Kamerabalkens 3 gegenüber dem Messtisch 1 erforderlich machen.
-
Im Betrieb wird das Objekt 11, insbesondere ein Bauteil oder einer Werkstück, von dessen Oberfläche die 3D-Koordinaten zu bestimmen sind, auf dem Messtisch 1 positioniert. Es kann auf den Messtisch 1 gelegt werden. Ferner ist es möglich, dass das Objekt 11 auf dem Messtisch 1 festgehalten wird, beispielsweise durch eine Spannvorrichtung oder durch Magnete.
-
Anschließend wird der Messgriffel 5 von einer Person am Handgriff 8 erfasst und mit seinem Messtaster 6 über die Oberfläche des Objekts 11 geführt. Dabei wird an verschiedenen Stellen der Oberfläche des Objekts 11 durch Betätigen der Auslösetaste einen Aufnahme erzeugt.
-
Die Kameras 4 nehmen die Detektoren 7 auf. Zu diesem Zweck können die Detektoren 7 nacheinander angesteuert werden, sodass stets nur ein vorbestimmter Detektor 7 Infrarotstrahlung abgibt. Auf diese Weise kann das Tracking-System aus den Aufnahmen der Kameras 4 die räumliche Lage jedes Detektors 7 bestimmen. Aus der Bestimmung der Lage der Detektoren 7 können die Position und Orientierung des Messgriffels 5 bestimmt werden. Daraus können wiederum die Position des Messtasters 6 und damit der Oberfläche des Objekts 11 bestimmt werden.
-
Durch die Erfindung wird eine transportable handgeführte Koordinatenmessmaschine geschaffen. Es handelt sich um ein optisches handgeführtes Tisch-Koordinaten-Messgerät, das von einer Person bedient werden kann. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Bauteile mittels Antasten durch einen Messtaster, insbesondere eine handelsübliche Rubinkugel, dreidimensional im Raum vermessen werden. Das System kann als kompakte zusammenklappbare Einheit, insbesondere als Koffer transportiert werden.
-
Das Antasten erfolgt dabei mittels eines handgeführten Messtasters, dessen Positionsbestimmung durch eine Beobachtung der an einem Messgriffel fix angebrachten, aktiven optischen Infrarotmarken erfolgt. Die Übernahme einer Messposition erfolgt durch einen auf Berührung auslösenden Taster oder mittel Betätigung durch Tastendruck an dem Messgriffel. Die Berechnung der entsprechenden Koordinatenwerte erfolgt mittels geeigneter Softwareunterstützung. Das erfindungsgemäße System kann nach dem Aufbau mittels der Referenzmarken auf dem Messtisch in seiner Lage kalibriert und überprüft werden.
-
3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform, bei der Bestandteile, die mit denjenigen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind und nicht erneut beschrieben werden. Hier ist das Messgerät als Laserstrahl-Messgriffel 12 ausgebildet. In dem Handgriff 8 befindet sich ein Laser, der einen punktförmigen Laserstrahl 13 parallel zur Längsrichtung des Handgriffs 8 aussendet. In der Messposition, die in 4 gezeigt ist, tastet der Laserstrahl 13 das Objekt 11, insbesondere eines oder mehrere bestimmte Oberflächenmerkmale des Objekts 11, ab.
-
Bei der in 5 und 6 gezeigten, dritten Ausführungsform, bei der wiederum gleiche Bestandteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, ist das Messgerät als 3D-Sensor 14 ausgebildet. Der 3D-Sensor 14 umfasst einen Laser-Linienscanner 15 und eine Kamera 16. Der Laser-Linienscanner 15 sendet einen linienförmigen Laserstrahl aus, also Laserstrahlen, deren Endpunkte eine Linie 17 bilden. In der Messposition, die in 6 gezeigt ist, tastet die Linie 17 das Objekt 11, insbesondere eines oder mehrere Oberflächenmerkmale des Objekts 11, ab. Die Kamera 16 nimmt das Objekt einschließlich der Linie 17 auf.
-
7 und 8 zeigen eine vierte Ausführungsform, bei der erneut identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Hier ist das Messgerät als 3D-Sensor 18 ausgebildet, der einen Projektor 19 und eine Kamera 20 umfasst. Der Projektor 19 arbeitet mit Weißlicht. Er projiziert ein Streifenmuster auf das Objekt 11. In der Messposition, die in 8 gezeigt ist, wird das Streifenmuster auf das Objekt 11 projiziert. Die Kamera 20 nimmt das Objekt 11 einschließlich des Streifenmusters auf.
-
Als Messgerät zur Durchführung der Erfindung sind über die beschriebenen Ausführungsformen hinaus sämtliche Messgeräte geeignet, die dazu geeignet und bestimmt sind, in einem einzigen Abtastvorgang einen Abstandswert zwischen dem Messgerät und dem Objekt, insbesondere einem Merkmal des Objekts, zu ermitteln.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010018979 A1 [0002]
- DE 102005043912 B4 [0003]
- DE 10350861 A1 [0003]
