DE102014106641A1

DE102014106641A1 - Verfahren und Vorrichtung zum automatisierten dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten insbesondere mit schwer zugänglichen Bereichen

Info

Publication number: DE102014106641A1
Application number: DE102014106641.3A
Authority: DE
Inventors: Herrmann Jürgen; Dr. Reich Carsten
Original assignee: GOM Gesellschaft fuer Optische Messtechnik mbH
Current assignee: Carl Zeiss GOM Metrology GmbH
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten (1) mit einem topometrischen Messverfahren mittels Projektion mindestens eines Musters auf ein Objekt (1) und Aufnehmen mindestens einer Abbildung des Objektes (1) mit dem mindestens einen projizierten und vom Objekt (1) rückgestreuten Muster zur topometrischen Vermessung des Objektes (1) mit einem topometrischen Sensor (2; 2a, 2b), welcher mit einem in den Freiheitsgraden eines Industrieroboters (3; 3a, 3b) beweglichen Flansch des Industrieroboters (3; 3a, 3b) verbunden ist und durch den Industrieroboter (3; 3a, 3b) in seiner räumlichen Position und Orientierung verlagerbar ist. Zur dreidimensionalen optischen Vermessung des Objektes (1) an vorgegebenen Positionen des Sensors (2; 2a, 2b) erfolgt ein Verlagern des an einer Translationsvorrichtung (4, 4a, 4b) mit mindestens zwei in verschiedene Erstreckungsrichtungen zueinander ausgerichteten Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) beweglich getragenen Industrieroboters (3; 3a, 3b) mittels der Translationsvorrichtung (4, 4a, 4b) in die durch die Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) vorgegebenen Richtungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten mit einem topometrischen Messverfahren mittels Projektion mindestens eines Musters auf ein Objekt und Aufnehmen mindestens einer Abbildung des Objektes mit dem mindestens einen projizierten und vom Objekt rückgestreuten Muster zur topometrischen Vermessung des Objektes mit einem topometrischen Sensor, welcher mit einem in den Freiheitsgraden eines Industrieroboters beweglichen Flansch des Industrieroboters verbunden ist und durch den Industrieroboter in seiner räumlichen Position und Orientierung verlagerbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messanordnung zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten mit einem topometrischen Messverfahren, wobei die Messanordnung mindestens einen topometrischen Sensor, der mindestens eine Projektionseinheit zur Beleuchtung eines Objektes mit mindestens einem Projektionsmuster und mindestens eine Bildaufnahmeeinheit zur Aufnahme mindestens eines Bildes des vom Objekt rückgestreuten Projektionsmusters aufweist, eine Steuerungseinheit und eine Auswerteeinheit zur topometrischen Auswertung der mit der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bilder des zu vermessenden Objektes und mindestens einen Industrieroboter hat, wobei der topometrische Sensor mit einem in den Freiheitsgraden des zugeordneten Industrieroboters beweglichen Flansch des Industrieroboters verbunden ist und durch den Industrieroboter in seiner räumlichen Position und Orientierung variierbar ist.
Die dreidimensionale optische Erfassung von Objektoberflächen mittels optischer Triangulationssensoren nach dem Prinzip der Topometrie ist in der Praxis weit verbreitet. Hierbei werden auf das zu vermessende Objekt Muster projiziert. Anschließend wird das rückgestreute Muster von einer oder mehreren Bildaufnahmeeinheiten aufgenommen und durch eine Bildauswerteeinheit ausgewertet.
Die durch die Projektionseinheit projizierten Muster können mannigfaltig ausgestaltet sein. Typische projizierte Muster sind stochastische Muster sowie regelmäßige Muster, z. B. Punkt- und Streifenmuster. Insbesondere Streifenmuster haben sich als gängige Muster im Rahmen der optischen 3D-Messung etabliert.
Durch das projizierte Muster entsteht auf dem zu vermessenden Objekt eine künstliche, temporäre Textur. Diese wird durch eine oder mehrere Bildaufnahmeeinheiten (z.B. Kameras) erfasst. Anhand der künstlich erzeugten, im allgemeinen a priori bekannten Textur können beleuchtete 3D-Punkte auf dem zu vermessenden Objekt eindeutig sowohl in der Projektionseinheit, als auch der einen oder mehreren Bildaufnahmeeinheiten identifiziert werden.
Durch ein Triangulationsverfahren können die 3D-Koordinaten bestimmt werden. Dazu muss der gleiche Objektpunkt in mindestens zwei räumlich verschiedenen Aufnahmepositionen gemessen werden und die Position und Orientierung der an der Triangulation beteiligten Bildaufnahmeeinheiten vorbekannt sein. Die Projektionseinheit kann dabei als inverse Kamera fungieren, so dass zur Bestimmung der 3D-Koordinaten die Messung mit einer Kamera ausreicht. In vielen Fällen kann es jedoch hilfreich sein, mehrere Kameras zur Erfassung der projizierten Textur zu verwenden.
In der industriellen Massenfertigung können eine große Anzahl an gleichartigen Produkten in sehr kurzer Zeit gefertigt werden. Dabei kann es sich um einfache Rohprodukte wie Bleche über Zwischenprodukte wie Karosserieteile bis hin zu komplexen Endprodukten wie Automobile handeln. Im Folgenden sollen alle denkbaren Produkte ebenfalls durch den Begriff Objekt subsummiert werden.
Der Fertigungsprozess ist in der Regel durch einen hohen Automatisierungs- und Optimierungsgrad gekennzeichnet. So werden viele Arbeitsschritte durch automatisierte Werkzeuge vorgenommen, die von Industrierobotern geführt werden. Oft werden diverse Arbeitsschritte in einem komplexen Ablauf zusammengefasst, wobei mehrere Industrieroboter mit jeweils einem Werkzeug in einer räumlich und zeitlich aufeinander abgestimmten Reihenfolge die jeweiligen Arbeitsschritte an einem oder mehreren Produkten durchführen.
Um die Anzahl an Produkten, welche die Spezifikationen (z.B. Bauteiltoleranzen, Fehlstellen etc.) nicht einhalten, möglichst klein zu halten, werden häufig produktionsnah 3D-Messsysteme eingesetzt. Diese 3D-Messsysteme prüfen gemäß Vorgabe diverse Prüfgrößen. Sofern die Spezifikationen nicht eingehalten werden, werden die betroffenen Produkte aussortiert. Ferner können die Messergebnisse genutzt werden, um Fehlerquellen in der Produktion aufzudecken und abzustellen.
Im einfachen Fall werden stichprobenartig Produkte aus der Produktion herausgenommen. Die Prüfung der Spezifikationen erfolgt dann zum Beispiel in einem handgeführten (manuellen) Mess- und Auswerteprozess. In komplexeren Abläufen wird die Prüfung automatisiert durchgeführt. Dabei kann das 3D-Messsystem ebenfalls von einem Industrieroboter geführt werden. Der eigentliche Messprozess wird in einem vorhergehenden Lernvorgang einstudiert („trainiert“). Dadurch wird die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit der Messergebnisse gesteigert.
Weiterhin ist es möglich, den Prüfprozess direkt in den Herstellungsprozess zu integrieren. Das 3D-Messsystem mit seinem zugehörigen Roboter agiert dann wie ein Werkzeug im Fertigungsprozess. Dadurch kann der Kontrolldurchsatz deutlich gesteigert werden. Ferner können Fehler schneller im Produktionsprozess identifiziert und die Fehlteilquote deutlich reduziert werden. Je nach Ausgestaltung kann eine ausgewählte Stichprobenprüfung (z.B. jedes 10-te Produkt) oder eine 100%-Kontrolle erfolgen.
Analog zur originären Fertigungsaufgabe soll auch die 3D-Messung und Spezifikationsprüfung mit einem geringen Ausrüstungsaufwand z.B. hinsichtlich Anzahl und Ausgestaltung der Industrieroboter absolviert werden. Zeitgleich müssen die Messungen oft in einem geringen Zeitfenster vollständig durchgeführt werden, um den Produktionsprozess nicht auszubremsen. Insbesondere bei komplexen Objekten mit einer strukturierten Geometrie gestaltet sich dieses sehr schwierig.
Bei Verwendung eines einzelnen Industrieroboters mit einem 3D-Messsystem ist der Arbeitsbereich der Vermessung neben den Spezifikationen des 3D-Messsystems insbesondere vom Arbeitsbereich des Roboters limitiert. Ferner können bei der Vermessung von komplexen Objekten oft nicht alle wichtigen Positionen und Orientierungen durch den Roboter realisiert werden, weil es entweder auf dem Fahrweg und/oder in der Endposition beziehungsweise Endorientierung zu einer Kollision des Roboters und/oder des 3D-Messsystems mit dem Objekt kommen würde.
Zur Vergrößerung des messbaren Bereichs kann ein größerer Roboter mit längeren Achslängen verwendet werden. Allerdings steigt im Allgemeinen mit der Größe des Roboters auch seine Störkontur. Dadurch sinkt die Fähigkeit insbesondere bei Objekten mit komplexer Geometrie alle für den Prüfprozess notwendigen Messungen an den zugehörigen Messpositionen und -orientierungen durchzuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Verfahren und eine Messanordnung zu schaffen, um ein automatisiertes dreidimensionales optisches Vermessen von Objekten insbesondere mit schwer zugänglichen Bereichen mit einem topometrischen Sensor zu ermöglichen, wobei der Arbeitsbereich des topometrischen Sensors durch durch eine den Sensor führende Handhabe nicht originär eingeschränkt wird und der Sensor hinreichend störungsfrei gezielt in seiner Position und Ausrichtung gegenüber dem Objekt variiert werden kann, so dass eine vollumfängliche 3D-Messung des Objektes möglich wird.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit der Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der topometrische Sensor, welcher mindestens eine zur Projektion von mindestens einem Muster auf das Objekt eingerichtete Projektionseinheit sowie mindestens eine zur Erfassung des vom Objekt rückgestreuten Musters in Form eines 2D-Bildes eingerichtete Bildaufnahmeeinheit aufweist, ist mit dem Flansch eines Industrieroboters verbunden. Durch diesen kann er in seiner Position und Ausrichtung zu dem zu vermessenden Objekt variiert werden. Der Industrieroboter wird wiederum von einer Translationsvorrichtung getragen, welche mindestens zwei Linearachsen aufweist, die in unterschiedliche Richtungen zueinander angeordnet sind. Die erste Linearachse ermöglicht eine Translation des Industrieroboters und des mit ihm verbundenen topometrischen Sensors in eine erste definierte Richtung. Die zweite Linearachse ermöglicht eine Translation des Industrieroboters und dem mit ihm verbundenen topometrischen Sensor in eine zweite definierte Richtung. Jede weitere Linearachse ermöglicht eine Translation des Industrieroboters und des mit ihm verbundenen topometrischen Sensor in eine weitere definierte Richtung. Damit ist der Industrieroboter insgesamt in mindestens zwei Erstreckungsrichtungen der Linearachsen der den Industrieroboter tragenden Translationsvorrichtung verlagerbar. Zusätzlich ist – unabhängig von der Translationsvorrichtung – der an dem Flansch des Industrieroboters angeordnete topometrische Sensor in den Freiheitsgraden des Industrieroboters durch diesen mittels der mehreren beweglich zueinander angeordneten Roboterarme in seiner Position und Lage verlagerbar.
Unter einem Industrieroboter wird vorliegend eine Manipulationseinheit mit einem Flansch zum Tragen eines Werkzeugs verstanden, wobei der Flansch durch Aktuatoren des Industrieroboters und gesteuert durch eine Bewegungssteuerung innerhalb der Freiheitsgrade des Industrieroboters in allen Raumdimensionen (X, Y, Z) bewegbar ist. Ein bevorzugter Industrieroboter hat mindestens zwei in Reihe hintereinander angeordnete und drehgelenkig miteinander verbundene Arme, an deren freiem Ende der Flansch ist. Diese Kette von Armen ist drehgelenkig an einer Roboterplattform getragen, die üblicherweise fest und vorliegend beweglich an der Translationsvorrichtung getragen ist.
Durch die Verknüpfung des topometrischen Sensors mit einem Industrieroboter und einer Translationsvorrichtung mit mindestens zwei in unterschiedlichen Richtungen zueinander angeordneten Linearachsen generiert sich eine Vielzahl von Vorteilen. So wird der Arbeitsbereich des topometrischen Sensors im Vergleich zu einem stationären Industrieroboter mit einem topometrischen Sensor deutlich vergrößert. Zudem können kleinere und damit in der Regel auch günstigere Industrieroboter eingesetzt werden, da die im Rahmen der topometrischen Vermessung des Objektes notwendigen Translationsbewegungen zum überwiegenden Teil durch die Translationsvorrichtung selbst durchgeführt werden können. Gleichzeitig ermöglicht die Verwendung kleiner Industrieroboter in Kombination mit den mindestens zwei in unterschiedliche Erstreckungsrichtungen zueinander angeordneten Linearachsen eine ungleich größere Anzahl an möglichen Sensorpositionen und Sensororientierungen bezüglich des zu vermessenden Objekts, da die Störkontur dieses Industrieroboters kleiner ist als die eines großen Industrieroboters ohne Linearachsen mit vergleichbarem Arbeitsraum und jede zusätzliche Linearachse jeweils einen weiteren nutzbaren Freiheitsgrad beinhaltet. Diese weiteren Freiheitsgrade vergrößern zudem deutlich die Kombinationen der Parameter je Industrieroboterachse und Linearachse zur Realisierung einer identischen Position und Ausrichtung des topometrischen Sensors gegenüber dem Objekt. Insbesondere im Fall von Objekten mit einer komplexen 3D-Geometrie ist eine vollumfängliche Messung dieser Objekte überhaupt erst möglich.
Speziell bei Objekten mit innenliegenden Bereichen, welche durch eine oder mehrere Öffnungen mit der äußeren Objektoberfläche verknüpft sind, kann die Messanordnung und das Verfahren seine volle Leistungskraft entfalten. Die Translation des Sensors zur jeweiligen Messposition wird hauptsächlich durch die Translation des Industrieroboters anhand des Translationssystems bestehend aus den mindestens zwei Linearachsen realisiert. Die Orientierung des Sensors in der jeweiligen Messposition wird ausschließlich durch die Achsen des Industrieroboters gesteuert. In der Praxis wird die jeweilige Messposition und Messorientierung des Sensors durch wechselseitige Änderung der Position des Industrieroboters durch Verschiebung auf einer oder mehreren Linearachsen und Änderung der Position und Orientierung des Sensors durch Änderung eines oder mehrerer Achswinkel und/oder Hubachsen des Industrieroboters realisiert. Somit kann der Sensor auf einem definierten Pfad so an seine Zielposition und Zielorientierung gebracht werden, dass es zu keiner Kollision des Industrieroboters und/oder des Sensors mit dem Objekt oder anderen Gegenständen kommt.
Die Verfahrrichtung der mindestens zwei Linearachsen ist prinzipiell beliebig und kann speziell an die Aufgabenstellung sowie die räumlichen Gegebenheiten der Messumgebung angepasst werden. In einer bevorzugten Ausführung sind die mindestens zwei Linearachsen senkrecht zueinander angeordnet.
Durch die senkrechte Anordnung ist die Summe der möglichen Positionsänderungen des Sensors unter Berücksichtigung des verfügbaren Verfahrweges je Linearachse in der Regel am größten. Somit wird der Arbeitsbereich des Industrieroboters optimal vergrößert.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn sich eine Linearachse parallel zum Boden, auf dem das Objekt platziert ist, und die andere Linearachse lotrecht zum Boden erstreckt. Damit ist der Industrieroboter in seiner Höhe durch die lotrecht zum Boden stehende Linearachse veränderbar. Durch die sich parallel zum Boden erstreckende Linearachse wird der Bewegungsraum in Richtung der Länge des Objektes vergrößert.
In einer bevorzugten Ausführung werden auf dem Objekt und/oder einer auf einer Vorrichtung (z.B. eine das Objekt tragende Plattform/Fußboden ortsfest zum Objekt) photogrammetrische Messmarken platziert. Die Vorrichtung kann je nach Aufgabenstellung eine reine Kulisse oder auch eine Aufspannvorrichtung sein, welche das Objekt fixiert. In beiden Fällen darf sich diese während der Messung nicht relativ zum Objekt bewegen. Anschließend werden diese Marken durch mindestens eine Bildaufnahmeeinheit des topometrischen Sensors und/oder durch mindestens eine weitere Bildaufnahmeeinheit, welche mit dem topometrischen Sensor verknüpft ist, durch Aufnahme mehrerer Bilder photogrammetrisch bestimmt. Dazu wird der topometrische Sensor anhand des ihn führenden Industrieroboters und der Translationsvorrsichtung bestehend aus mindestens zwei zusätzlichen Linearachsen in unterschiedliche Positionen und Ausrichtungen bzgl. der zu vermessenden photogrammetrischen Messmarken gebracht und jeweils mindestens ein Bild durch die mindestens eine zur photogrammetrischen Einmessung vorgesehenen Bildaufnahmeeinheiten aufgenommen. Aus der Summe aller aufgenommenen Bilder können durch das bekannte Verfahren der Bündelblockausgleichung die 3D-Koordinaten der photogrammetrischen Messmarken bestimmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden mehrere topometrische Sensoren in einem aufeinander abgestimmten Messprozess zur dreidimensionalen Vermessung eines Objekts eingesetzt. Dabei wird jeder topometrische Sensor durch einen eigenen Industrieroboter geführt, der jeweils wiederrum durch ein Translationssystem bestehend aus mindestens zwei Linearachsen in seiner Position variiert werden kann. Die optische Vermessung durch zwei oder mehr topometrische Sensoren kann je nach Ausprägung der Messaufgabe sowie der örtlichen Gegebenheiten dabei sowohl parallel als auch hintereinander erfolgen. Die Kombination von mehreren topometrischen Sensoren entfaltet insbesondere bei zeitkritischen Messaufgaben sowie hochkomplexen Geometrien des zu vermessenden Objekts seine Vorteile.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 – Skizze einer Messanordnung zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten mit einem topometrischen Sensor, der durch einen Industrieroboter geführt wird und in seiner horizontalen und vertikalen Lage durch eine Translationsvorrichtung mittels zweier senkrecht zueinander angeordneten Linearachsen variiert werden kann;
2 – Skizze einer Messanordnung zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten mit zwei topometrischen Sensoren, wobei jeder topometrische Sensor durch einen Industrieroboter geführt wird und in seiner horizontalen und vertikalen Lage durch jeweils eine Translationsvorrichtung, die jeweils zwei senkrecht zueinander angeordnete Linearachsen hat, variiert werden kann.
1 zeigt eine Skizze einer Messanordnung 20 zur automatisierten dreidimensionalen Vermessung eines Objektes 1. Die Messanordnung 20 hat einen topometrischen Sensor 2, der an einem Flansch eines Industrieroboters 3 angeordnet ist und durch den Industrieroboter 3 in den Freiheitsgraden des Industrieroboters 3 geführt wird.
Der topometrische Sensor 2 weist einen Projektor 9, welcher eingerichtet ist, um verschiedene Muster insbesondere auch Streifenmuster auf das zu vermessende Objekt 1 zu projizieren, sowie mindestens eine Bildaufnahmeeinheit 10 auf, welche eingerichtet ist, um ein oder mehrere Bilder des vom Objekt 1 rückgestreuten Muster aufzunehmen.
Es kann eine weitere Bildaufnahmeeinheit 11 von dem Flansch des Industrieroboters 3 getragen werden, die vorgesehen ist, eine Vielzahl von photogrammetrischen Messmarken 12, welche auf der Karosserie 1 oder ortsfest im Umfeld der Karosserie 1 angeordnet sind, aufzunehmen. Die Auswerteeinheit 8 ist dann eingerichtet, die mit einer Vielzahl von Bildern aufgenommenen Messmarken 12 photogrammetrisch zu vermessen.
Das Objekt 1 des Ausführungsbeispiels ist eine Rohkarosserie 1 eines Personenkraftwagens. Es umfasst eine Vielzahl von unterschiedlich räumlich ausgerichteten Flächen und weist mehrere Öffnungen auf. Die Messaufgabe beinhaltet die möglichst vollständige dreidimensionale Erfassung der geometrischen Form des Objektes 1, d.h. der Rohkarosserie inklusive der innenliegenden Bereiche.
Dazu kann der Industrieroboter 3 mit dem topometrischen Sensor 2 durch eine Translationsvorrichtung 4 gezielt in einer horizontalen und einer vertikalen Position variiert werden. Die Translationsvorrichtung 4 hat zwei Linearachsen 5, 6, wobei die erste Linearachse 5 eine Translationsbewegung in eine horizontale Richtung X und die zweite Linearachse 6 eine Translationsbewegung in eine vertikale Richtung Z des topometrischen Sensors 2 und des Industrieroboters 3 ermöglicht. Der Arbeitsbereich des topometrischen Sensors 2 wird somit durch den Industrieroboter 3 nicht originär eingeschränkt und der topometrische Sensor 2 kann gezielt in seiner Position und Ausrichtung gegenüber dem Objekt 1 variiert werden, so dass eine vollumfängliche 3D-Messung des Objektes 1 möglich wird. Die Steuerung des topometrischen Sensors 2, des Industrieroboters 3 und der Translationsvorrichtung 4 mit ihren zwei jeweils Linearaktuatoren zur Linearverschiebung aufweisenden Linearachsen 5, 6 erfolgt durch eine z.B. per Kabel oder drahtlos gekoppelte Steuerungseinheit 7. Die Messanordnung 20 hat ferner eine (Bild-)Auswerteeinheit 8, die dazu eingerichtet ist, die Bilder, welche von dem topometrischen Sensor 2 aufgenommen worden sind, auszuwerten und die 3D-Koordinaten des Objektes 1 daraus zu bestimmen.
Durch die Kombination von Industrieroboter 3 und Translationsvorrichtung 4 wird der Arbeitsbereich des topometrischen Sensors 2 deutlich vergrößert. Die translatorische Bewegungsfreiheit des Sensors 2 im Raum wird dabei vornehmlich durch die Translationsvorrichtung 4 ermöglicht. Die Orientierung des topometrischen Sensors 2 wird durch den Industrieroboter 3 realisiert. Aufgrund der mindestens zwei zusätzlichen Freiheitsgrade in der Positionierung und Ausrichtung des Sensors 2 kann insbesondere der Innenbereich eines Objektes 1, wie bspw. der Karosserie optimal dreidimensional vermessen werden. Dazu empfiehlt es sich, einen kleineren Industrieroboter 3 mit einer entsprechend kleineren Störkontur einzusetzen, der auch in begrenzten Bereichen (z.B. Messung des Innenbereichs durch gezieltes Positionieren des Sensors 2 im Innenbereich durch die Öffnung eines späteren Fensters) noch manövriert werden kann, ohne eine Kollision mit dem Objekt 1 zu verursachen.
Dazu kann für die Positionierung innerhalb des Objektes 1 vorzugweise folgendes Vorgehen empfohlen werden. Zuerst wird der Industrieroboter 3 mit dem topometrischen Sensor 2 in eine erste Position und Ausrichtung außerhalb des Objektes 1 gebracht. Anschließend wird der topometrischen Sensor 2 durch die avisierte Öffnung in dem Objekt 1 durch die Translationsbewegungen der beiden Linearachsen 5 und 6 an die genäherte Endposition gebracht. Nachfolgend werden durch kleine Korrekturen insbesondere der letzten Achsen des Industrieroboters 3 nahe des Flansches (d.h. durch Ausrichtung der Lage des auf den Flansch folgenden Roboterarms und ggf. der Lage weiterer, sich daran anschließender Roboterarme der Kette) und der Position der Linearachsen 5 und 6 die vorgesehene Position und Orientierung des topometrischen Sensors 2 erreicht.
Die Vermessung des Objektes 1 kann schneller und vollständiger durch Kombination mehrerer topometrischer Sensoren 2a, 2b realisiert werden. Die 2 zeigt eine Skizze mit zwei topometrischen Sensoren 2a, 2b, die jeweils von einem zugeordneten Industrieroboter 3a, 3b und jeweils einer Translationsvorrichtung 4a, 4b geführt werden, die jeweils eine horizontale Linearachse 5a, 5b und vertikale Linearachse 6a, 6b aufweisen. Beide topometrischen Sensoren 2a, 2b weisen eine zusätzliche zweite Bildaufnahmeeinheit 11a, 11b auf, die jeweils vorgesehen ist, eine Vielzahl von photogrammetrischen Messmarken 12, welche auf dem Objekt 1 oder benachbart und ortsfest zum Objekt 1 z.B. auf einer das Objekt tragenden Plattform (z.B. Fußboden) angeordnet sind, aufzunehmen. Die Auswerteeinheit 8 ist durch Aufnahme einer Vielzahl von Bildern eingerichtet, die aufgenommenen Messmarken 12 photogrammetrisch zu vermessen. Die beiden topometrischen Sensoren 2a, 2b vermessen zeitlich parallel das Objekt 1 in einem aufeinander abgestimmten Messablauf. Die Aufnahme der photogrammetrischen Bilder kann vor, während oder nach der eigentlichen dreidimensionalen Vermessung des Objektes 1 durch die beiden topometrischen Sensoren 2a, 2b erfolgen.

Claims

Verfahren zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten (1) mit einem topometrischen Messverfahren mittels Projektion mindestens eines Musters auf ein Objekt (1) und Aufnehmen mindestens einer Abbildung des Objektes (1) mit dem mindestens einen projizierten und vom Objekt (1) rückgestreuten Muster zur topometrischen Vermessung des Objektes (1) mit einem topometrischen Sensor (2; 2a, 2b), welcher mit einem in den Freiheitsgraden eines Industrieroboters (3; 3a, 3b) beweglichen Flansch des Industrieroboters (3; 3a, 3b) verbunden ist und durch den Industrieroboter (3; 3a, 3b) in seiner räumlichen Position und Orientierung verlagerbar ist, gekennzeichnet durch Verlagern des an einer Translationsvorrichtung (4, 4a, 4b) mit mindestens zwei in verschiedene Erstreckungsrichtungen zueinander ausgerichteten Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) beweglich getragenen Industrieroboters (3; 3a, 3b) zur dreidimensionalen optischen Vermessung des Objektes (1) an vorgegebenen Positionen des Sensors (2; 2a, 2b) mittels der Translationsvorrichtung (4, 4a, 4b) in die durch die Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) vorgegebenen Richtungen.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verlagern des Industrieroboters (3; 3a, 3b) mit der Translationsvorrichtung (4, 4a, 4b), bei der mindestens zwei Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) zueinander senkrecht angeordnet sind, in zueinander senkrechte Richtungen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch photogrammetrisches Bestimmen der Position von photogrammetrischen Messmarken (12), welche auf dem Objekt (1) und/oder einer Vorrichtung platziert sind, durch mindestens eine Bildaufnahmeeinheit (10) des topometrischen Sensors (2; 2a, 2b) und/oder durch mindestens eine weitere Bildaufnahmeeinheit (11; 11a, 11b), welche mit dem topometrischen Sensor (2; 2a, 2b) gekoppelt ist, indem mehrere Bilder aufgenommen und photogrammetrisch ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch topometrisches Vermessen eines Objektes (1) mit Hilfe mehrerer topometrischer Sensoren (2a, 2b) in einem aufeinander abgestimmten Messprozess.
Messanordnung (20) zum dreidimensionalen optischen Vermessen von Objekten (1) mit einem topometrischen Messverfahren, wobei die Messanordnung (20) – mindestens einen topometrischen Sensor (2; 2a, 2b), der mindestens eine Projektionseinheit (9) zur Beleuchtung eines Objektes (1) mit mindestens einem Projektionsmuster und mindestens eine Bildaufnahmeeinheit (10) zur Aufnahme mindestens eines Bildes des vom Objekt (1) rückgestreuten Projektionsmusters hat, – eine Steuerungseinheit (7), – eine Auswerteeinheit (8) zur topometrischen Auswertung der mit der Bildaufnahmeeinheit (10) aufgenommenen Bilder des zu vermessenden Objektes (1) und – mindestens einen Industrieroboter (3; 3a, 3b) aufweist, wobei der topometrische Sensor (2; 2a, 2b) mit einem in den Freiheitsgraden des zugeordneten Industrieroboters (3; 3a, 3b) beweglichen Flansch des Industrieroboters (3; 3a, 3b) verbunden ist und durch den Industrieroboter (3; 3a, 3b) in seiner räumlichen Position und Orientierung variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (20) mindestens eine Translationsvorrichtung (4; 4a, 4b) mit mindestens zwei in verschiedene Erstreckungsrichtungen zueinander ausgerichteten Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) hat und dass der Industrieroboter (3; 3a, 3b) zur dreidimensionalen optischen Vermessung des Objektes (1) an vorgegebenen Positionen des Sensors (2; 2a, 2b) in die durch die Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) der Translationsvorrichtung (4, 4a, 4b) vorgegebenen Erstreckungsrichtungen beweglich getragen ist.
Messanordnung (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) einer Translationsvorrichtung (4; 4a, 4b) zueinander senkrecht angeordnet sind und eine Positionsänderung des Industrieroboters (3; 3a, 3b) in zueinander senkrechte Richtungen ermöglicht.
Messanordnung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Linearachse (5, 5a, 5b) parallel zum Boden, auf dem das Objekt (1) platziert ist, und die andere Linearachse (6, 6a, 6b) lotrecht zum Boden erstreckt.
Messanordnung (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bildaufnahmeeinheit (10) des topometrischen Sensors (2; 2a, 2b) und/oder eine zusätzliche mit dem topometrischen Sensor (2; 2a, 2b) gekoppelte Bildaufnahmeeinheit (11; 11a, 11b) zur photogrammetrischen Bestimmung der dreidimensionalen Position von photogrammetrischen Messmarken (12), welche auf dem Objekt (1) und/oder einer Vorrichtung platziert sind, durch Aufnahme mehrerer Bilder eingerichtet ist.
Messanordnung (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Translationsvorrichtungen (4a, 4b) vorgesehen sind, die jeweils einen Industrieroboter (3a, 3b) mit einem topometrischen Sensor (2a, 2b) tragen, wobei die Messanordnung (20) zur topometrischen Vermessung eines Objektes (1) mittels der mehreren topometrischen Sensoren (2a, 2b) in einem aufeinander abgestimmten Messprozess eingerichtet sind.
Messanordnung (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Industrieroboter (3a, 3b) von einer gemeinsamen Translationsvorrichtung (4; 4a; 4b) getragen sind.
Messanordnung (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) der Translationsvorrichtung (4; 4a, 4b) Linearaktuatoren zur automatischen Linearbewegung des Industrieroboters (3; 3a, 3b) entlang der durch die Linearachsen (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b) jeweils vorgegebene Erstreckungsrichtung haben und dass die Messanordnung (20) zur Ansteuerung der Linearaktuatoren eingerichtet ist.