DE102015118362A1 - DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING A POINT CLOUD REPRESENTING A SURFACE OF A SPATIAL BODY - Google Patents

DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING A POINT CLOUD REPRESENTING A SURFACE OF A SPATIAL BODY Download PDF

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Abstract

Gezeigt wird eine Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Punktwolke, welche eine Oberfläche eines räumlichen Körpers (30) repräsentiert. Die Vorrichtung (10) umfasst eine erste Messeinrichtung (12), eingerichtet zum fortlaufenden Bestimmen einer Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers (30) relativ zur ersten Messeinrichtung (12) und eine zweite Messeinrichtung (14), eingerichtet zum Messen von Koordinaten einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des räumlichen Körpers (30) relativ zur zweiten Messeinrichtung (14), wobei den Koordinaten jedes Punktes der Vielzahl von Punkten eine Angabe hinsichtlich eines Zeitpunktes der Messung der Koordinaten zugeordnet ist. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Recheneinrichtung (32), eingerichtet zum Korrigieren der Koordinaten der Vielzahl von Punkten um den Einfluss einer Relativbewegung zwischen dem räumlichen Körper (30) und der zweiten Messeinrichtung (12), basierend auf dem fortlaufenden Bestimmen der Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers (30) relativ zur ersten Messeinrichtung (12) und einer Lagebeziehung zwischen der ersten Messeinrichtung (12) und der zweiten Messeinrichtung (14), wobei die um den Einfluss der Relativbewegung korrigierten Koordinaten der Vielzahl von Punkten die Punktwolke bestimmen.Shown is a device (10) for determining a point cloud, which represents a surface of a spatial body (30). The apparatus (10) comprises a first measuring device (12) arranged to continuously determine a position and orientation of the spatial body (30) relative to the first measuring device (12) and a second measuring device (14) arranged to measure coordinates of a plurality of Points on the surface of the spatial body (30) relative to the second measuring device (14), wherein the coordinates of each point of the plurality of points is associated with an indication of a time of measurement of the coordinates. The apparatus further comprises computing means (32) arranged to correct the coordinates of the plurality of points for the influence of relative movement between the spatial body (30) and the second measuring device (12) based on continuously determining the position and orientation of the spatial Body (30) relative to the first measuring device (12) and a positional relationship between the first measuring device (12) and the second measuring device (14), wherein the corrected by the influence of the relative movement coordinates of the plurality of points determine the point cloud.

Description

GEBIET TERRITORY

Die vorliegende Erfindung betrifft das Bestimmen einer Punktwolke, welche eine Oberfläche eines räumlichen Körpers repräsentiert. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Bestimmen einer die Oberfläche eines bewegten räumlichen Körpers repräsentierenden Punktwolke.  The present invention relates to determining a point cloud representing a surface of a spatial body. In particular, the present invention relates to determining a point cloud representing the surface of a moving spatial body.

HINTERGRUND BACKGROUND

Die Bestimmung der Geometrie räumlicher Körper eröffnet eine Vielzahl technischer Anwendungsmöglichkeiten. Während jedoch die Bestimmung der Geometrie eines ruhenden räumlichen Körpers mittels eines ruhenden Messsystems aus dem Stand der Technik bekannt ist, stellen sich bei der Bestimmung der Geometrie räumlicher Körper, die relativ zum Messsystem bewegt werden, eine Vielzahl ungelöster oder unzureichend gelöster technischer Herausforderungen.  The determination of the geometry of spatial bodies opens up a variety of technical applications. However, while the determination of the geometry of a stationary body by means of a stationary measuring system is known from the prior art, in the determination of the geometry of spatial bodies which are moved relative to the measuring system, a large number of unsolved or insufficiently solved technical challenges.

ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die das Bestimmen einer Punktwolke, welche eine Oberfläche eines räumlichen Körpers repräsentiert, ermöglicht. Unter dem Begriff „Punktwolke“ ist dabei insbesondere eine Vielzahl von (räumlich verteilt angeordneten) Punkten zu verstehen, die zumindest näherungsweise die Oberfläche eines räumlichen Körpers nach- oder abbilden. Als räumlicher Körper wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein solcher Körper angesehen, der sich in drei jeweils zueinander orthogonalen Raumrichtungen ausdehnt. Unter dem Begriff „Oberfläche“ soll ferner sowohl die gesamte Oberfläche des räumlichen Körpers, d. h. die Einhüllende des räumlichen Körpers, als auch ein oder mehrere Teilbereiche der Einhüllenden des räumlichen Körpers verstanden werden.  The present invention provides an apparatus enabling the determination of a point cloud representing a surface of a spatial body. The term "point cloud" is to be understood in particular as meaning a multiplicity of (spatially distributed) points which at least approximately reproduce or reproduce the surface of a spatial body. As a spatial body in this context, in particular, such a body is considered, which expands in three mutually orthogonal spatial directions. The term "surface" is further intended to mean both the entire surface of the spatial body, i. H. the envelope of the spatial body, as well as one or more portions of the envelope of the spatial body are understood.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine erste Messeinrichtung, eingerichtet zum fortlaufenden Bestimmen einer Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers relativ zur ersten Messeinrichtung, eine zweite Messeinrichtung, eingerichtet zum Messen von Koordinaten einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des räumlichen Körpers relativ zur zweiten Messeinrichtung, wobei den Koordinaten jedes Punktes der Vielzahl von Punkten eine Angabe hinsichtlich eines Zeitpunktes der Messung der Koordinaten zugeordnet ist, und eine Recheneinrichtung, eingerichtet zum Korrigieren der Koordinaten der Vielzahl von Punkten um den Einfluss einer Relativbewegung zwischen dem räumlichen Körper und der zweiten Messeinrichtung, basierend auf dem fortlaufenden Bestimmen der Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers relativ zur ersten Messeinrichtung und einer (bekannten zeitinvarianten oder fortlaufend gemessenen) Lagebeziehung zwischen der ersten Messeinrichtung und der zweiten Messeinrichtung, wobei die um den Einfluss der Relativbewegung korrigierten Koordinaten der Vielzahl von Punkten die Punktwolke bestimmen.  The device according to the invention comprises a first measuring device configured to continuously determine a position and orientation of the spatial body relative to the first measuring device, a second measuring device configured to measure coordinates of a plurality of points on the surface of the spatial body relative to the second measuring device, wherein the Coordinates of each point of the plurality of points is associated with an indication as to a time point of the measurement of the coordinates; and calculating means arranged to correct the coordinates of the plurality of points for the influence of a relative movement between the spatial body and the second measuring device based on the continuous one Determining the position and orientation of the spatial body relative to the first measuring device and a (known time-invariant or continuously measured) positional relationship between the first measuring device and the second fair device, wherein the corrected by the influence of the relative movement coordinates of the plurality of points determine the point cloud.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst somit neben einer Messeinrichtung, welche die Oberfläche bzw. den Oberflächenverlauf des räumlichen Körpers abscannt/abtastet, eine weitere Messeinrichtung, die während des Abscannens/Abtastens die Relativbewegung zwischen der ersten Messeinrichtung und dem räumlichen Körper bestimmt. Das Bestimmen der Relativbewegung kann dabei insbesondere durch das Bestimmen einer (Messwert-)Zeitreihe, basierend auf aufeinanderfolgenden Position und/oder Ausrichtung von Merkmalen des räumlichen Körpers, erfolgen. Als Merkmale sollen im Sinne der Anmeldung dabei sowohl intrinsische als auch extrinsische Merkmale des räumlichen Körpers wie beispielsweise am räumlichen Körper vorhandene charakteristische Konturen oder am räumlichen Körper angebrachte Markierungen gelten, die nach dem Betrieb der Vorrichtung wieder entfernt werden (können). Ferner kann das Bestimmen der Relativbewegung durch ein Bestimmen der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des räumlichen Körpers gestützt werden.  The device according to the invention thus comprises, in addition to a measuring device which scans / scans the surface or the surface profile of the spatial body, a further measuring device which determines the relative movement between the first measuring device and the spatial body during the scanning / scanning. The relative movement can be determined in particular by determining a (measurement) time series based on successive position and / or orientation of features of the spatial body. As characteristics, both intrinsic and extrinsic features of the spatial body, such as characteristic contours present on the spatial body or markings applied to the spatial body, are to be considered in the context of the application, which are removed again after operation of the device. Further, the determination of the relative movement may be supported by determining the velocity or acceleration of the spatial body.

Die Koordinaten der Punkte, die von der zweiten Messeinrichtung gemessen werden, werden, insofern ihnen unterschiedliche Messzeitpunkte zugeordnet sind, auf einen gemeinsamen Zeitpunkt transformiert, indem ihre Lage zueinander unter Berücksichtigung der Lagebeziehung zwischen der ersten Messeinrichtung und der zweiten Messeinrichtung um die Relativbewegung zwischen der ersten Messeinrichtung und dem räumlichen Körper korrigiert wird. Sind die erste Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung in einer festen (zeitinvarianten) Lagebeziehung zueinander, beispielsweise indem sie auf einer starren Halterung montiert sind, kann dazu die von der ersten Messeinrichtung bestimmte Relativbewegung direkt benutzt werden. Die Vorrichtung ermöglicht somit das Bestimmen einer Punktwolke, welche die Oberfläche des räumlichen Körpers repräsentiert, bei zeitgleicher Bewegung der Vorrichtung, des räumlichen Körpers, oder der Vorrichtung und des räumlichen Körpers. Ferner kann die Vorrichtung auch dann verwendet werden, wenn keine Relativbewegung oder keine kontinuierliche Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und dem räumlichen Körper stattfindet. Ferner kann die Vorrichtung während des Betriebs um den räumlichen Körper geführt werden, so dass die gesamte Oberfläche des räumlichen Körpers abgescannt/abgetastet werden kann. Des Weiteren können interessante Regionen oder Regionen mit komplexer Oberfläche bzw. Oberflächenverlauf mehrmals (optional unter verschiedenen Perspektivwinkeln) abgescannt/abgetastet werden. The coordinates of the points measured by the second measuring device, insofar as they are assigned different measuring times, are transformed to a common point in time by taking into account the positional relationship between the first measuring device and the second measuring device by the relative movement between the first Measuring device and the spatial body is corrected. If the first measuring device and the second measuring device are in a fixed (time-invariant) positional relationship to one another, for example by being mounted on a rigid holder, then the relative movement determined by the first measuring device can be used directly. The device thus makes it possible to determine a point cloud, which represents the surface of the spatial body, with simultaneous movement of the device, the spatial body, or the device and the spatial body. Furthermore, the device can also be used when there is no relative movement or no continuous relative movement between the device and the spatial body. Furthermore, during operation, the device can be guided around the spatial body, so that the entire surface of the spatial body can be scanned / scanned. Furthermore, interesting regions or regions can be more complex Surface or surface curve are scanned / scanned several times (optionally under different perspective angles).

Vorzugsweise ist die zweite Messeinrichtung dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung auszusenden und am räumlichen Körper rückgestreute elektromagnetische Strahlung zu detektieren.  Preferably, the second measuring device is adapted to emit electromagnetic radiation and to detect backscattered electromagnetic radiation on the spatial body.

Die elektromagnetische Strahlung kann dabei beispielsweise elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektrum, Infrarot-Spektrum oder Radarstrahlung sein. Durch die Messung des Signallaufs zwischen ausgesendeter und rückgestreuter elektromagnetischer Strahlung können beispielsweise (Polar-)Koordinaten von Reflexionspunkten auf der Oberfläche des räumlichen Körpers gemessen werden. Alternativ zu elektromagnetischer Strahlung kann die Vorrichtung auch (Ultra-)Schallwellen aussenden, beispielsweise wenn die Vorrichtung in einem Gewässer verwendet wird oder sehr kurze Distanzen zwischen der zweiten Messeinrichtung und dem räumlichen Körper zu erwarten sind.  The electromagnetic radiation can be, for example, electromagnetic radiation in the visible spectrum, infrared spectrum or radar radiation. By measuring the signal travel between emitted and backscattered electromagnetic radiation, for example (polar) coordinates of reflection points on the surface of the spatial body can be measured. As an alternative to electromagnetic radiation, the device can also emit (ultra) sound waves, for example when the device is used in a body of water or when very short distances between the second measuring device and the three-dimensional body are to be expected.

Vorzugsweise umfasst die erste Messeinrichtung ein Stereokameramodul und die zweite Messeinrichtung ein Laserscannermodul.  Preferably, the first measuring device comprises a stereo camera module and the second measuring device comprises a laser scanner module.

Durch den Einsatz eines Stereokameramoduls ist es insbesondere möglich, eine Bewegung des räumlichen Körpers relativ zur ersten Messeinrichtung durch Verfolgen der Kontur des räumlichen Körpers und/oder einer oder mehrerer Markierungen auf dem räumlichen Körpers zu bestimmen, beispielsweise durch Berechnen des optischen Flusses in den Stereokamerabilddaten oder durch Merkmalsdetektion. Die Verwendung eines Laserscanners als einer Laserlichtquelle, die Licht zyklisch in vorgegebene Raumrichtungen abstrahlt, ermöglicht ein systematisches Abscannen/Abtasten der Oberfläche des räumlichen Körpers nach Reflexionspunkten. Ferner können die erste Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung gemeinsam kalibriert werden, beispielsweise indem reflektierende, farbige Markierungen an Orten bekannter Position relativ zur Vorrichtung platziert werden und die Vorrichtung sodann in einem Kalibriermodus betrieben wird.  By using a stereo camera module, it is possible in particular to determine a movement of the spatial body relative to the first measuring device by following the contour of the spatial body and / or one or more markings on the spatial body, for example by calculating the optical flow in the stereo camera image data or by feature detection. The use of a laser scanner as a laser light source, which emits light cyclically in predetermined spatial directions, allows a systematic scanning / scanning of the surface of the spatial body for reflection points. Further, the first measuring device and the second measuring device may be calibrated together, for example, by placing reflective colored markers in locations of known position relative to the device, and then operating the device in a calibration mode.

Vorzugsweise ist die Recheneinrichtung dazu eingerichtet, dem räumlichen Körper ein körperfestes Koordinatensystem zuzuordnen und die korrigierten Koordinaten beziehen sich auf das körperfeste Koordinatensystem.  The computing device is preferably set up to assign a body-fixed coordinate system to the spatial body, and the corrected coordinates relate to the body-fixed coordinate system.

Dem Körper kann beispielsweise ein kartesisches oder Polarkoordinatensystem zugeordnet werden, dessen Ursprung und Ausrichtung in gleichbleibender Beziehung zum räumlichen Körper steht. Der Begriff „gleichbleibende Beziehung“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein realer Punkt auf der Oberfläche des räumlichen Körpers in einem idealen (fehlerfreien) körperfesten Koordinatensystem zu jedem Zeitpunkt identische (zeitinvariante) Koordinaten aufweist.  For example, the body can be assigned a Cartesian or polar coordinate system whose origin and orientation are in constant relation to the spatial body. The term "constant relationship" in this context means that a real point on the surface of the spatial body in an ideal (error-free) body-fixed coordinate system has identical (time-invariant) coordinates at all times.

Vorzugsweise ist die Recheneinrichtung dazu eingerichtet, eine Bewegung des körperfesten Koordinatensystems relativ zur ersten Messeinrichtung basierend auf der fortlaufend bestimmten Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers zu bestimmen.  Preferably, the computing device is configured to determine a movement of the body-fixed coordinate system relative to the first measuring device based on the continuously determined position and orientation of the spatial body.

Durch das Bestimmen der Relativbewegung kann die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers zu beliebigen Zeitpunkten interpoliert werden. Beispielsweise kann die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers als Transformation umfassend einen Translationsvektor (Position) und eine Rotationsmatrix (Ausrichtung), welche 6 Freiheitsgrade umfassen, beschrieben werden. Jedem Translationsvektor und jeder Transformationsmatrix ist dabei der Zeitpunkt zugeordnet, den sie repräsentieren. Um einen Translationsvektor und eine Transformationsmatrix zwischen zwei Zeitpunkten zu interpolieren, kann der Translationsvektor und die Transformationsmatrix auf Basis der bestimmten Relativbewegung um eine zu erwartende Bewegung korrigiert werden, so dass sie näherungsweise die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers zum interpolierten Zeitpunkt beschreiben.  By determining the relative movement, the position and orientation of the spatial body can be interpolated at arbitrary times. For example, the position and orientation of the spatial body may be described as a transformation comprising a translation vector (position) and a rotation matrix (orientation) comprising 6 degrees of freedom. Each translation vector and each transformation matrix is assigned the time that they represent. In order to interpolate a translation vector and a transformation matrix between two times, the translation vector and the transformation matrix can be corrected for expected motion based on the determined relative motion so that they approximately describe the position and orientation of the spatial body at the interpolated time.

Vorzugsweise ist die Recheneinrichtung dazu eingerichtet, ein Bewegungsmodell der bestimmten Relativbewegung des körperfesten Koordinatensystems zu schätzen und dieses zur Stützung der fortlaufend bestimmten Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers zu verwenden.  Preferably, the computing device is adapted to estimate a movement model of the determined relative movement of the body-fixed coordinate system and to use this to support the continuously determined position and orientation of the spatial body.

Beispielsweise kann die Recheneinrichtung dazu eingerichtet sein, im Betrieb einen Kalman-Filter-Algorithmus zu implementieren. Durch die Verwendung des Kalman-Filter-Algorithmus kann, bei Vorliegen entsprechender Abschätzung der Genauigkeit der Messungen der ersten Messeinrichtung und des die Bewegung beschreibenden Bewegungsmodells, die neue Transformation durch eine vorhergesagte Transformation mittels (gewichteter) Mittelwertbildung in ihrer Genauigkeit verbessert werden.  For example, the computing device may be configured to implement a Kalman filter algorithm during operation. By using the Kalman filtering algorithm, given the appropriate estimation of the accuracy of the measurements of the first measuring device and the movement descriptive motion model, the new transformation can be improved in accuracy by a predicted (averaged) averaging transformation.

Vorzugsweise ist die Recheneinrichtung dazu eingerichtet, jedem Punkt der Punktwolke einen Genauigkeitswert zuzuordnen.  The computing device is preferably set up to assign an accuracy value to each point of the point cloud.

Der Genauigkeitswert kann beispielsweise ein numerischer Wert sein, der es erlaubt abzuschätzen, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Distanz zwischen einem bestimmten Punkt und einem entsprechenden Oberflächenpunkt des räumlichen Körpers kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Der Genauigkeitswert kann aus einem Genauigkeitswert der aktuellen Transformation, beispielsweise repräsentiert durch die entsprechende Kovarianz-Matrix des Kalman-Filters, und einem Genauigkeitswert der Messung der zweiten Messeinrichtung berechnet werden. For example, the accuracy value may be a numerical value that allows one to estimate with what probability a distance between a particular point and a corresponding surface point of the spatial body is less than a predetermined value. Of the Accuracy value may be calculated from an accuracy value of the current transformation, for example represented by the corresponding covariance matrix of the Kalman filter, and an accuracy value of the measurement of the second measurement device.

Vorzugsweise ist der Genauigkeitswert ein gewichtetes Mittel basierend auf Messgenauigkeitswerten der ersten und zweiten Messeinrichtungen.  Preferably, the accuracy value is a weighted average based on measurement accuracy values of the first and second measuring devices.

Durch die Zuordnung von Genauigkeitswerten können ungenau erfasste Oberflächenbereiche ermittelt werden und in Antwort darauf erneut vermessen werden. Ferner können somit auf dem Bestimmen der Punktwolke basierende (sukzessive) Arbeitsschritte oder Entscheidungen an die erreichte Genauigkeit angepasst werden.  By assigning accuracy values inaccurately recorded surface areas can be determined and measured again in response to it. Furthermore, thus based on the determination of the point cloud (successive) operations or decisions can be adapted to the achieved accuracy.

Vorzugsweise sind die erste und zweite Messeinrichtung relativ zueinander schwenkbar gelagert und die Vorrichtung umfasst Sensoren, welche dazu eingerichtet sind, im Betrieb Messwerte hinsichtlich Relativposition und/oder Relativausrichtung zwischen der ersten und zweiten Messeinrichtung an die Recheneinrichtung fortlaufend zu übertragen und die Recheneinrichtung ist dazu eingerichtet, die fortlaufend übertragenen Messwerte hinsichtlich Relativposition und/oder Relativausrichtung zur Aktualisierung der Lagebeziehung zu verwenden.  Preferably, the first and second measuring devices are mounted pivotably relative to one another and the device comprises sensors which are configured to continuously transmit measured values regarding the relative position and / or relative orientation between the first and second measuring devices to the computing device during operation and the computing device is adapted to to use the continuously transmitted measured values with regard to relative position and / or relative orientation for updating the positional relationship.

Beispielsweise kann die erste Messeinrichtung mittels eines oder zweier oder einer Vielzahl an Kugel- oder Drehgelenken mit der zweiten Messeinrichtung gekoppelt sein. Ferner kann an einem oder mehreren Gelenken ein Inkrementalgeber oder ein elektrischer (Schritt-)Motor angebracht sein, welcher er erlaubt, einen Winkel zwischen den das Gelenk bildenden Armen zu bestimmen bzw. einzustellen.  For example, the first measuring device can be coupled to the second measuring device by means of one or two or a plurality of ball or rotary joints. Further, an incremental encoder or an electric (step) motor may be attached to one or more joints, allowing it to set an angle between the arms forming the joint.

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Punktwolke, welche eine Oberfläche eines räumlichen Körpers repräsentiert, umfasst vorzugsweise das Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung und der räumliche Körper während des Betreibens relativ zu einem Fixpunkt auf der Erdoberfläche bewegt werden.  A method for determining a point cloud, which represents a surface of a spatial body, preferably comprises operating the device according to the invention, wherein the device and the spatial body are moved during operation relative to a fixed point on the earth's surface.

Dabei ist unter der Wendung „Fixpunkt auf der Erdoberfläche“ jeglicher Punkt auf der Erdoberfläche gemeint, welcher während des Betreibens der Vorrichtung ruht.  By the term "fixed point on the earth's surface" is meant any point on the earth's surface which rests during operation of the device.

Vorzugsweise sind die erste Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung synchronisiert, beispielsweise indem (zumindest einige) Messungen zu einem (annähernd) gleichen Zeitpunkt ausgeführt werden bzw. von einem gemeinsamen Auslösesignal ausgelöst werden. Vorzugsweise ist ferner eine Messfrequenz der zweiten Messeinrichtung ein ganzzahliges Vielfaches der Messfrequenz der ersten Messeinrichtung, oder umgekehrt.  Preferably, the first measuring device and the second measuring device are synchronized, for example by (at least some) measurements being carried out at (approximately) the same time or triggered by a common triggering signal. Furthermore, a measuring frequency of the second measuring device is preferably an integer multiple of the measuring frequency of the first measuring device, or vice versa.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen ist, in denen:  The invention is explained below with reference to an exemplary embodiment, reference being made to drawings in which:

1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt; und 1 a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention; and

2 ein schematisches Ablaufdiagramm des Betriebs der Vorrichtung zeigt. 2 a schematic flow diagram of the operation of the device shows.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION

1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 umfasst eine erste Messeinrichtung 12, eine zweite Messeinrichtung 14 und eine Kopplungseinrichtung 16, welche die erste Messeinrichtung 12 mit der zweiten Messeinrichtung 14 verbindet. Die Kopplungseinrichtung 16 umfasst mehrere Arme 18, 20, 22, die über Kugelgelenke oder Drehgelenke miteinander verbunden sind, wodurch die erste Messeinrichtung 12 und die zweite Messeinrichtung 14 hinsichtlich ihrer Position und Ausrichtung zueinander auf verschiedene Anwendungsszenarien angepasst werden können. Die Kopplungseinrichtung 16 umfasst ferner Mittel zum Bestimmen der Winkel zwischen den Armen 18, 20 und 22, wie beispielsweise Inkrementalgeber (z. B. Drehgeber), wodurch zusammen mit den bekannten Längen der Arme die Position und Ausrichtung der ersten Messeinrichtung 12 relativ zur zweiten Messeinrichtung 14 jederzeit bestimmt werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, die Arme 18, 20 und 22 relativ zueinander durch Schrittmotoren zu bewegen. Die Schrittmotoren können dabei durch ein in der Vorrichtung angeordnetes Steuerungsmodul gesteuert werden, welches beispielsweise die Schrittmotoren nach einem vorgegebenen Bewegungsmuster steuert. Ferner kann das Steuerungsmodul eine Schnittstelle zur Fernsteuerung der Schrittmotoren bereitstellen, welche Steuerbefehle über ein in der Vorrichtung angeordnetes (Funk-)Empfangsmodul (bspw. ein W-LAN-Modul) empfängt. Alternativ kann die Kopplungseinrichtung 16 starr ausgebildet sein, beispielsweise indem die erste Messeinrichtung 12 und die zweite Messeinrichtung 14 in einem gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) angeordnet sind. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention 10 , The device 10 includes a first measuring device 12 , a second measuring device 14 and a coupling device 16 , which is the first measuring device 12 with the second measuring device 14 combines. The coupling device 16 includes several arms 18 . 20 . 22 , which are connected to each other via ball joints or hinges, whereby the first measuring device 12 and the second measuring device 14 be adapted to different application scenarios in terms of their position and orientation. The coupling device 16 further comprises means for determining the angles between the arms 18 . 20 and 22 such as incremental encoders (eg encoders), which together with the known lengths of the arms, determine the position and orientation of the first measuring device 12 relative to the second measuring device 14 can be determined at any time. Furthermore, it can be provided, the arms 18 . 20 and 22 relative to each other by stepper motors to move. The stepper motors can be controlled by a control module arranged in the device, which, for example, controls the stepper motors according to a predetermined movement pattern. Furthermore, the control module can provide an interface for the remote control of the stepper motors, which receives control commands via a (radio) receiving module (for example a W-LAN module) arranged in the device. Alternatively, the coupling device 16 be rigid, for example by the first measuring device 12 and the second measuring device 14 in a common housing (not shown) are arranged.

Die erste Messeinrichtung 12 umfasst ein Stereokameramodul, welches fortlaufend Bilder von einer Vielzahl von Markierungen 24, 26 und 28 aufnimmt, die an einem räumlichen Körper 30 angebracht sind. Die Markierungen 24, 26 und 28 heben sich in ihrer Formgebung und/oder Farbe/Reflexionsverhalten so vom räumlichen Körper 30, der Umgebung des räumlichen Körpers 30 und voneinander ab, dass sie mittels eines Bildverarbeitungsmoduls, welches ebenfalls in der ersten Messeinrichtung 12 angeordnet und mit dem Stereokameramodul über eine Datenleitung verbunden ist, in Bilddaten, die Markierungen 24, 26 und 28 aufweisen, eindeutig identifiziert werden können. Aus der Identifikation und Positionsbestimmung von mindestens drei eindeutig identifizierbaren Markierungen 24, 26 und 28, die fest auf dem räumlichen Körper 30 angebracht sind, kann für jedes aufgenommene Bilderpaar die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers 30 eindeutig bestimmt und an eine Recheneinrichtung 32 der Vorrichtung 10 übertragen werden. Aus der Zeitreihe der so gewonnenen Positions- und Ausrichtungsdaten kann dann gegebenenfalls eine Relativbewegung zwischen dem räumlichen Körper 30 und der ersten Messeinrichtung 12 bestimmt und weitere Positions- und Ausrichtungsdaten interpoliert werden. Wie in 1 gezeigt, kann die Übertragung drahtlos, beispielsweise über ein in der Vorrichtung 10 vorgesehenes (Funk-)Sendemodul (bspw. das W-LAN-Modul), an die Recheneinrichtung 32 übertragen werden. Alternativ kann die Recheneinrichtung 32 in das gemeinsame Gehäuse integriert sein und die Übertragung mittels einer Datenleitung (z. B. über Ethernet) erfolgen. The first measuring device 12 includes a stereo camera module that continuously images images from a variety of markers 24 . 26 and 28 takes on a spatial body 30 are attached. The marks 24 . 26 and 28 In their shaping and / or color / reflection behavior, they thus stand out from the spatial body 30 , the environment of the spatial body 30 and from each other that they by means of an image processing module, which is also in the first measuring device 12 is arranged and connected to the stereo camera module via a data line, in image data, the markers 24 . 26 and 28 can be clearly identified. From the identification and position determination of at least three clearly identifiable markers 24 . 26 and 28 firmly on the spatial body 30 are attached, for each recorded image pair, the position and orientation of the spatial body 30 uniquely determined and to a computing device 32 the device 10 be transmitted. If appropriate, a relative movement between the spatial body can then be determined from the time series of the position and orientation data obtained in this way 30 and the first measuring device 12 determined and further position and alignment data are interpolated. As in 1 shown, the transmission can be wireless, for example via a device in the device 10 provided (radio) transmission module (eg the W-LAN module) to the computing device 32 be transmitted. Alternatively, the computing device 32 be integrated into the common housing and the transmission via a data line (eg, via Ethernet) done.

Die zweite Messeinrichtung 14 umfasst ein Laserscannermodul, welches fortlaufend elektromagnetische Strahlung aussendet und am räumlichen Körper 30 rückgestreute elektromagnetische Strahlung detektiert. Wie in 1 angedeutet, liegen die vom Laserscannermodul ausgesendeten Strahlenbündel in einer Ebene 34, so dass bei einer Bewegung der Vorrichtung 10 relativ zum räumlichen Körper 30 mit einem Richtungsvektor 36, der nicht parallel zur Ebene ist (bspw. die Normale zur Ebene 34), ein der Vorrichtung 10 zugewandter, sich in drei Dimensionen erstreckender Teilbereich der Einhüllenden des räumlichen Körpers 30 (komplett) abgescannt/abgetastet werden kann. Durch Vergleich der Laufzeit zwischen ausgesendeter und rückgestreuter elektromagnetischer Strahlung können unter Berücksichtigung des (sich zyklisch ändernden) Abstrahlwinkels zwischen ausgesendeter elektromagnetischer Strahlung und der zweiten Messeinrichtung 14 die Koordinaten einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des räumlichen Körpers 30 relativ zur zweiten Messeinrichtung 14 gemessen werden, wobei den Koordinaten jedes Punktes der Vielzahl von Punkten eine Angabe hinsichtlich eines Zeitpunktes der Messung der Koordinaten zugeordnet werden kann. Die zweite Messeinrichtung 14 erzeugt somit eine Vielzahl an Oberflächenreflexionspunkten, die zusammen mit einer Indikation des zugeordneten Messzeitpunkts an die Recheneinrichtung 32 der Vorrichtung 10 übertragen werden kann. Die Übertragung kann, wie oben im Zusammenhang mit der ersten Messeinrichtung 12 beschrieben, drahtlos, beispielsweise über das in der Vorrichtung 10 vorgesehene (Funk-)Sendemodul, oder wenn die Recheneinrichtung 32 in das gemeinsame Gehäuse integriert ist, mittels einer Datenleitung (z. B. über Ethernet) erfolgen. The second measuring device 14 includes a laser scanner module, which continuously emits electromagnetic radiation and the spatial body 30 backscattered electromagnetic radiation detected. As in 1 indicated, the beams emitted by the laser scanner module lie in a plane 34 so that upon movement of the device 10 relative to the spatial body 30 with a direction vector 36 which is not parallel to the plane (eg the normal to the plane 34 ), one of the device 10 facing, extending in three dimensions portion of the envelope of the spatial body 30 (completely) can be scanned / scanned. By comparing the transit time between emitted and backscattered electromagnetic radiation, taking into account the (cyclically changing) radiation angle between emitted electromagnetic radiation and the second measuring device 14 the coordinates of a plurality of points on the surface of the spatial body 30 relative to the second measuring device 14 can be measured, wherein the coordinates of each point of the plurality of points can be assigned an indication of a time of measurement of the coordinates. The second measuring device 14 thus generates a plurality of surface reflection points, which together with an indication of the associated measurement time point to the computing device 32 the device 10 can be transferred. The transmission may, as above in connection with the first measuring device 12 described wirelessly, for example, about that in the device 10 provided (radio) transmission module, or if the computing device 32 is integrated in the common housing, by means of a data line (eg via Ethernet) done.

Die Recheneinrichtung 32, die über ein (Funk-)Empfangsmodul (bspw. ein W-LAN-Modul) und/oder über eine Schnittelle für eine Datenleitung verfügt, empfängt die Information über die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers 30 (relativ zur ersten Messeinrichtung 12) und die Koordinaten einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des räumlichen Körpers 30 (relativ zur zweiten Messeinrichtung 14), wobei den Koordinaten jedes Punktes der Vielzahl von Punkten eine Angabe hinsichtlich eines Zeitpunktes der Messung der Koordinaten zugeordnet ist. Um aus der Koordinatenzeitreihe die Punktwolke, welche die Oberfläche des räumlichen Körpers 30 repräsentiert, zu bestimmen, werden die Koordinaten der Punkte um die gegebenenfalls auftretende Relativbewegung zwischen der zweiten Messeinrichtung 14 und dem räumlichen Körper 30 korrigiert. Dazu erzeugt die Recheneinrichtung 32 ein körperfestes Koordinatensystem 38, d. h. ein Koordinatensystem, in dem den Oberflächenpunkten des räumlichen Körpers 30 bei Bewegung desselben bewegungsinvariante Koordinaten zugeordnet sind. Die Recheneinrichtung 32 berechnet ferner eine Transformation (bspw. Translationsvektorwerte und Rotationsmatrixwerte), welche die Position und die Ausrichtung des körperfesten Koordinatensystems 38 relativ zur ersten Messeinrichtung 12 definiert (im Folgenden als „Transformation zwischen körperfestem Koordinatensystem 38 und erster Messeinrichtung 12“ bezeichnet). Die Transformation zwischen körperfestem Koordinatensystem 38 und erster Messeinrichtung 12 kann dann basierend auf der bestimmten Relativbewegung zwischen dem räumlichen Körper 30 und der ersten Messeinrichtung 12 fortlaufend aktualisiert werden. Dazu kann ein Bewegungsmodell der bestimmten Relativbewegung des körperfesten Koordinatensystems 38, welches beispielsweise einen Beschleunigungsvektor umfasst, geschätzt werden. Das Bewegungsmodell kann zur Stützung der fortlaufenden Aktualisierung verwendet werden, beispielsweise durch Implementieren eines Kalman-Filter-Algorithmus (KF, EKF, UKF, etc.). Das Bewegungsmodell kann ferner dazu verwendet werden, die Transformation für Zeitpunkte zu interpolieren, für die die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers 30 durch die erste Messeinrichtung 12 nicht unmittelbar gemessen wurde. The computing device 32 , which has a (radio) receiving module (for example a W-LAN module) and / or via an interface for a data line, receives the information about the position and orientation of the spatial body 30 (relative to the first measuring device 12 ) and the coordinates of a plurality of points on the surface of the spatial body 30 (relative to the second measuring device 14 ), wherein the coordinates of each point of the plurality of points is associated with an indication of a time of measurement of the coordinates. From the coordinate time series to the point cloud, which is the surface of the spatial body 30 represents, to be determined, the coordinates of the points to the possibly occurring relative movement between the second measuring device 14 and the spatial body 30 corrected. For this purpose, the computing device generates 32 a body-fixed coordinate system 38 ie a coordinate system in which the surface points of the spatial body 30 are associated with movement of the same motion invariant coordinates. The computing device 32 further calculates a transformation (eg, translation vector values and rotation matrix values) that determine the position and orientation of the body-fixed coordinate system 38 relative to the first measuring device 12 defined (hereinafter referred to as "transformation between body-fixed coordinate system 38 and first measuring device 12 " designated). The transformation between a body-fixed coordinate system 38 and first measuring device 12 can then be based on the determined relative movement between the spatial body 30 and the first measuring device 12 be updated continuously. For this purpose, a movement model of the specific relative movement of the body-fixed coordinate system 38 which includes, for example, an acceleration vector can be estimated. The motion model can be used to support the continuous update, for example, by implementing a Kalman filter algorithm (KF, EKF, UKF, etc.). The motion model may also be used to interpolate the transformation for times for which the position and orientation of the spatial body 30 through the first measuring device 12 was not measured directly.

Unter Berücksichtigung der Lagebeziehung zwischen der ersten Messeinrichtung 12 und der zweiten Messeinrichtung 14 kann für jeden Messzeitpunkt aus der (interpolierten) Transformation zwischen körperfestem Koordinatensystem 38 und erster Messeinrichtung 12 eine Transformation zwischen dem körperfesten Koordinatensystem 38 und der zweiten Messeinrichtung 14 berechnet werden, welche die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers 30 relativ zur zweiten Messeinrichtung 14 definiert (im Folgenden als „Transformation zwischen körperfestem Koordinatensystem 38 und zweiter Messeinrichtung 14“ bezeichnet). Die von der zweiten Messeinrichtung 14 gemessenen Koordinaten der Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des räumlichen Körpers 30 relativ zur zweiten Messeinrichtung 14 können dann durch Anwenden von (in Hinblick auf den Zeitpunkt) entsprechenden Transformationen zwischen körperfestem Koordinatensystem 38 und zweiter Messeinrichtung 14 um die gegebenenfalls auftretende Relativbewegung korrigiert werden. Taking into consideration the positional relationship between the first measuring device 12 and the second measuring device 14 can for everyone Measuring time from the (interpolated) transformation between body-fixed coordinate system 38 and first measuring device 12 a transformation between the body-fixed coordinate system 38 and the second measuring device 14 which calculates the position and orientation of the spatial body 30 relative to the second measuring device 14 defined (hereinafter referred to as "transformation between body-fixed coordinate system 38 and second measuring device 14 " designated). The second measuring device 14 measured coordinates of the plurality of points on the surface of the spatial body 30 relative to the second measuring device 14 can then be applied by applying transformations (in terms of time) between body-fixed coordinate system 38 and second measuring device 14 be corrected to the possibly occurring relative movement.

2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm 40 des Betriebs der Vorrichtung 10 aus 1, wobei optionale Schritte durch Rechtecke mit gestrichelter Linie gekennzeichnet sind. Das Ablaufdiagramm startet bei 42 und 44 mit dem Aufnehmen von Bildern durch die erste Messeinrichtung 12 und dem Erfassen einer Laserstrahlreflexion durch die zweite Messeinrichtung. Nach dem Aufnehmen der Bilder werden bei 46 die Markierungen 24, 26 und 28 in den Bilddaten gesucht. Aus den gefundenen Markierungen 24, 26, 28 wird bei 48 die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers 30 bestimmt. Gleichzeitig bzw. geringfügig zeitversetzt, werden bei 50 aus der erfassten Laserstrahlreflexion Koordinaten eines Punktes auf der Oberfläche des räumlichen Körpers 30 gemessen. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die Verwendung eines Stereokameramoduls in der ersten Messeinrichtung 12 und eines Laserscannermoduls in der zweiten Messeinrichtung 14 rein exemplarisch ist. So kann in der ersten Messeinrichtung 12 grundsätzlich jegliche (berührungslose) Messtechnologie zum Einsatz kommen, die dazu in der Lage ist, eine Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers 30 relativ zur ersten Messeinrichtung 12 zu bestimmen. Ferner kann in der zweiten Messeinrichtung 14 grundsätzlich jegliche (berührungslose) Messtechnologie zum Einsatz kommen, die dazu in der Lage ist, Koordinaten einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des räumlichen Körpers 30 relativ zur zweiten Messeinrichtung 14 zu messen. 2 shows a schematic flow diagram 40 the operation of the device 10 out 1 , where optional steps are indicated by rectangles with a dashed line. The flowchart starts at 42 and 44 with taking pictures through the first measuring device 12 and detecting a laser beam reflection by the second measuring device. After taking the pictures are at 46 the marks 24 . 26 and 28 searched in the image data. From the found marks 24 . 26 . 28 is at 48 the position and orientation of the spatial body 30 certainly. At the same time or slightly delayed, be at 50 from the detected laser beam reflection coordinates of a point on the surface of the spatial body 30 measured. In this context, it should be noted that the use of a stereo camera module in the first measuring device 12 and a laser scanner module in the second measuring device 14 is purely exemplary. So can in the first measuring device 12 In principle, any (non-contact) measuring technology is used, which is capable of a position and orientation of the spatial body 30 relative to the first measuring device 12 to determine. Furthermore, in the second measuring device 14 In principle, any (non-contact) measuring technology is used, which is capable of coordinates of a plurality of points on the surface of the spatial body 30 relative to the second measuring device 14 to eat.

Die Koordinaten werden bei 52 um eine Relativbewegung zwischen der zweiten Messeinrichtung 14 und dem räumlichen Körper 30 korrigiert, um die während dem fortlaufenden Messen der Koordinaten auftretende Relativbewegung auszugleichen/zu kompensieren. Die so korrigierten Koordinaten werden bei 54 zu einer Punktwolke zusammengefasst, welche die Oberfläche bzw. den Oberflächenverlauf des räumlichen Körpers repräsentieren bzw. nachbilden. Sind die Messzeitpunkte, zu denen die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers 30 relativ zur ersten Messeinrichtung 12 bestimmt wurde, nicht mit den Zeitpunkten der Messung der Koordinaten synchron, kann bei 56 die Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers 30 relativ zur ersten Messeinrichtung 12 aus den bestimmten Positionen und Ausrichtungen des räumlichen Körpers 30 relativ zur ersten Messeinrichtung 12 interpoliert werden. Das Interpolieren kann bei 58 durch das Verfolgen der Relativbewegung zwischen dem räumlichen Körpers 30 und der ersten Messeinrichtung 12 gestützt werden. Das Verfolgen der der Relativbewegung zwischen dem räumlichen Körpers 30 und der ersten Messeinrichtung 12 kann ferner ein Bewegungsmodell 60 verwenden. Des Weiteren können, wie bei 62 gezeigt, die Markierungen verfolgt werden. Das Verfolgen der Markierungen kann allein auf der Analyse der Bilddaten basieren (optischer Fluss) oder zusätzlich durch die verfolgte Relativbewegung gestützt werden. The coordinates are included 52 a relative movement between the second measuring device 14 and the spatial body 30 corrected to compensate for the relative movement occurring during the continuous measurement of the coordinates. The corrected coordinates are included 54 summarized to a point cloud, which represent or emulate the surface or the surface profile of the spatial body. Are the measuring times, which include the position and orientation of the spatial body 30 relative to the first measuring device 12 was not synchronous with the times of measurement of coordinates, can at 56 the position and orientation of the spatial body 30 relative to the first measuring device 12 from the specific positions and orientations of the spatial body 30 relative to the first measuring device 12 be interpolated. The interpolation can at 58 by following the relative movement between the spatial body 30 and the first measuring device 12 be supported. Tracking the relative movement between the spatial body 30 and the first measuring device 12 can also be a movement model 60 use. Furthermore, as with 62 shown, the markers are tracked. The tracking of the marks can be based solely on the analysis of the image data (optical flow) or additionally supported by the tracked relative movement.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Vorrichtung contraption
1212
Erste Messeinrichtung First measuring device
1414
Zweite Messeinrichtung Second measuring device
1616
Kopplungseinrichtung coupling device
1818
(Gelenk-)Arm (Joint) arm
2020
(Gelenk-)Arm (Joint) arm
2222
(Gelenk-)Arm (Joint) arm
2424
Markierung mark
2626
Markierung mark
2828
Markierung mark
3030
Räumlicher Körper Spatial body
3232
Recheneinrichtung computing device
3434
Ebene level
3636
Richtungsvektor direction vector
3838
Körperfestes Koordinatensystem Body-fixed coordinate system
4040
Ablaufdiagramm flow chart
4242
Prozessschritt: Aufnehmen von Bildern Process step: taking pictures
4444
Prozessschritt: Erfassen einer Laserstrahlreflexion Process step: detecting a laser beam reflection
4646
Prozessschritt; Finden von Markierungen Process step; Finding marks
4848
Prozessschritt: Bestimmen von Position und Ausrichtung des Körpers Process step: Determining the position and orientation of the body
5050
Prozessschritt: Messen der Reflexions-Koordinaten Process step: measuring the reflection coordinates
5252
Prozessschritt: Korrigieren der Koordinaten um die (interpolierte) Relativbewegung Process step: Correct the coordinates by the (interpolated) relative movement
5454
Prozessschritt: Bestimmen der Punktwolke Process step: Determining the point cloud
5656
Prozessschritt: Interpolation der Relativbewegung Process step: Interpolation of the relative movement
5858
Prozessschritt: Verfolgen der Relativbewegung Process step: tracking the relative movement
6060
Bewegungsmodell movement model
6262
Prozessschritt: Verfolgen von Markierungen Process step: Tracing marks

Claims (10)

Vorrichtung (10) zum Bestimmen einer Punktwolke, welche eine Oberfläche eines räumlichen Körpers (30) repräsentiert, umfassend: eine erste Messeinrichtung (12), eingerichtet zum fortlaufenden Bestimmen einer Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers (30) relativ zur ersten Messeinrichtung (12); eine zweite Messeinrichtung (14), eingerichtet zum Messen von Koordinaten einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des räumlichen Körpers (30) relativ zur zweiten Messeinrichtung (14), wobei den Koordinaten jedes Punktes der Vielzahl von Punkten eine Angabe hinsichtlich eines Zeitpunktes der Messung der Koordinaten zugeordnet ist; und eine Recheneinrichtung (32), eingerichtet zum Korrigieren der Koordinaten der Vielzahl von Punkten um den Einfluss einer Relativbewegung zwischen dem räumlichen Körper (30) und der zweiten Messeinrichtung (12), basierend auf dem fortlaufenden Bestimmen der Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers (30) relativ zur ersten Messeinrichtung (12) und einer Lagebeziehung zwischen der ersten Messeinrichtung (12) und der zweiten Messeinrichtung (14), wobei die um den Einfluss der Relativbewegung korrigierten Koordinaten der Vielzahl von Punkten die Punktwolke bestimmen. Contraption ( 10 ) for determining a point cloud, which is a surface of a spatial body ( 30 ), comprising: a first measuring device ( 12 ) arranged to continuously determine a position and orientation of the spatial body ( 30 ) relative to the first measuring device ( 12 ); a second measuring device ( 14 ) arranged to measure coordinates of a plurality of points on the surface of the spatial body ( 30 ) relative to the second measuring device ( 14 ), wherein the coordinates of each point of the plurality of points is associated with an indication of a time of measurement of the coordinates; and a computing device ( 32 ) arranged to correct the coordinates of the plurality of points for the influence of a relative movement between the three-dimensional body ( 30 ) and the second measuring device ( 12 ), based on the continuous determination of the position and orientation of the spatial body ( 30 ) relative to the first measuring device ( 12 ) and a positional relationship between the first measuring device ( 12 ) and the second measuring device ( 14 ), the coordinates of the plurality of points corrected for the influence of the relative movement determining the point cloud. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die zweite Messeinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung auszusenden und am räumlichen Körper (30) rückgestreute elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Contraption ( 10 ) according to claim 1, wherein the second measuring device ( 14 ) is adapted to emit electromagnetic radiation and to the spatial body ( 30 ) to detect backscattered electromagnetic radiation. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Messeinrichtung (12) ein Stereokameramodul und die zweite Messeinrichtung (14) ein Laserscannermodul umfasst. Contraption ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the first measuring device ( 12 ) a stereo camera module and the second measuring device ( 14 ) comprises a laser scanner module. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Recheneinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, dem räumlichen Körper (30) ein körperfestes Koordinatensystem (38) zuzuordnen und die korrigierten Koordinaten sich auf das körperfeste Koordinatensystem (38) beziehen. Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the computing device ( 32 ) is adapted to the spatial body ( 30 ) a body-fixed coordinate system ( 38 ) and the corrected coordinates are based on the body-fixed coordinate system ( 38 ) Respectively. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei die die Recheneinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, eine Bewegung des körperfesten Koordinatensystems (38) relativ zur ersten Messeinrichtung (12) basierend auf der fortlaufend bestimmten Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers (30) zu bestimmen Contraption ( 10 ) according to claim 4, wherein the computing device ( 32 ) is adapted to a movement of the body-fixed coordinate system ( 38 ) relative to the first measuring device ( 12 ) based on the continuously determined position and orientation of the spatial body ( 30 ) Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die Recheneinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, ein Bewegungsmodell der bestimmten Relativbewegung des körperfesten Koordinatensystems (38) zu schätzen und dieses zur Stützung der fortlaufend bestimmten Position und Ausrichtung des räumlichen Körpers (30) zu verwenden. Contraption ( 10 ) according to claim 5, wherein the computing device ( 32 ) is adapted to a movement model of the determined relative movement of the body-fixed coordinate system ( 38 ) and this in support of the continuously determined position and orientation of the spatial body ( 30 ) to use. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Recheneinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, jedem Punkt der Punktwolke einen Genauigkeitswert zuzuordnen. Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the computing device ( 32 ) is arranged to assign an accuracy value to each point of the point cloud. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei der Genauigkeitswert ein gewichtetes Mittel basierend auf Messgenauigkeitswerten der ersten Messeinrichtung (12) und der zweiten Messeinrichtung (14) ist. Contraption ( 10 ) according to claim 7, wherein the accuracy value comprises a weighted average based on measurement accuracy values of the first measuring device ( 12 ) and the second measuring device ( 14 ). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Messeinrichtung (12) und die zweite Messeinrichtung (14) relativ zueinander schwenkbar gelagert sind und die Vorrichtung (10) Sensoren umfasst, welche dazu eingerichtet sind, im Betrieb Messwerte hinsichtlich Relativposition und/oder Relativausrichtung zwischen der ersten und zweiten Messeinrichtung (12, 14) fortlaufend an die Recheneinrichtung (32) zu übertragen und die Recheneinrichtung (32) dazu eingerichtet ist, die fortlaufend übertragenen Messwerte hinsichtlich Relativposition und/oder Relativausrichtung zur Aktualisierung der Lagebeziehung zu verwenden. Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the first measuring device ( 12 ) and the second measuring device ( 14 ) are mounted pivotably relative to each other and the device ( 10 ) Sensors, which are set up in operation to measure relative position and / or relative orientation between the first and second measuring devices ( 12 . 14 ) continuously to the computing device ( 32 ) and the computing device ( 32 ) is adapted to use the continuously transmitted measured values with regard to relative position and / or relative orientation for updating the positional relationship. Verfahren zum Bestimmen einer Punktwolke, welche eine Oberfläche eines räumlichen Körpers (30) repräsentiert, umfassend: Betreiben einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorrichtung (10) und der räumliche Körper (30) während des Betreibens relativ zu einem Fixpunkt auf der Erdoberfläche bewegt werden. Method for determining a point cloud which covers a surface of a spatial body ( 30 ), comprising: operating a device ( 10 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the device ( 10 ) and the spatial body ( 30 ) are moved during operation relative to a fixed point on the earth's surface.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886775A (en) * 1997-03-12 1999-03-23 M+Ind Noncontact digitizing imaging system
US20080307886A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 The Boeing Company System and method for automated inspection of large-scale part

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886775A (en) * 1997-03-12 1999-03-23 M+Ind Noncontact digitizing imaging system
US20080307886A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 The Boeing Company System and method for automated inspection of large-scale part

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F. Andert, F. Bäthge, J. Dittrich: Stereoskopische Bewegungsschätzung zur optische gestützten Navigation von unbemannten Luftfahrzeugen, Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2012, Berlin, DocumentID: 281160 *
Fa. New River Kinematics, Featurematrix SpatialAnalyzer, Williamsburg, USA, 2012http://kinematics.com/images/SAFeaturesMatrixJuly2012.pdf Das Jahr des Erscheinens wurde den pdf - Dokumenteigenschaften mit Hilfe des Adobe Reader XI entnommen *
Fa. New River Kinematics, NRK Today Vol. 7, 2013, S.2 unten, Williamsburg, USA, 2013http://www.kinematics.com/images/Newsletters/NRK%20Today%207.pdf Das Jahr des Erscheinens wurde den pdf - Dokumenteigenschaften mit Hilfe des Adobe Reader XI entnommen *
Fa. New River Kinematics, Produktdatenblatt SpatialAnalyzer, Williamsburg, USA, 2014http://www.kinematics.com/images/SAProductFactSheet.pdfDas Jahr des Erscheinens wurde den pdf - Dokumenteigenschaften mit Hilfe des Adobe Reader XI entnommen *
Fa. New River Kinematics, SpatialAnalyzer: Unified Spatial Metrology Network (USMN), http://www.kinematics.com/spatialanalyzer/usmn.php [Aufgerufen am 29.06.2016] Zum Beleg der Vorveröffentlichung: Fa. New River Kinematics, Mitteilung zur SpatialAnalyzer Version 2012.03.13, http://www.kinematics.com/spatialanalyzer/whatsnew-software-release-sa-20120313.php [Aufgerufen am 29.06.2016] *
Fa. VMT GmbH, Produktdatenblatt SpatialAnalyzer, Bruchsal, 2012 http://ims.vmt-gmbh.de/wp-content/uploads/2013/11/SpatialAnalyzer-Messsoftware_DE.pdfDas Jahr des Erscheinens wurde den pdf - Dokumenteigenschaften mit Hilfe des Adobe Reader XI entnommen *

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