DE102015118986A1

DE102015118986A1 - Prüfgrubenmesssystem zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche, Verfahren zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche mit einem solchen Prüfgrubenmesssystem und Verwendung eines solchen Prüfgrubenmesssystems

Info

Publication number: DE102015118986A1
Application number: DE102015118986.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Weingart
Original assignee: ANIX GmbH
Current assignee: ANIX GmbH
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Prüfgrubenmesssystem zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche (OF), enthaltend a) eine Messeinrichtung (1) zum optischen Vermessen der Prüfgrubenoberfläche (OF); b) eine Positioniereinrichtung (2) zum Positionieren der Messeinrichtung (1) über der Prüfgrubenoberfläche (OF), c) eine in die Messeinrichtung (1) integrierte oder extern mit der Messeinrichtung (1) verbundene Datenverarbeitungseinheit (3); und d) eine zum Steuern des Zusammenwirkens von Messeinrichtung (1) und Datenverarbeitungseinheit (3) ausgelegte elektronische Steuerung (4). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass e) die Messeinrichtung (1) eine Projektionseinheit (10) zur Projektion einer Mehrzahl unterschiedlicher zweidimensionaler Lichtmuster auf die Prüfgrubenoberfläche (OF) und mindestens eine Kamera (11) zur Aufnahme von Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche (OF) aus definierten Kameraaufnahmepositionen aufweist, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (3) und die Steuerung (4) derart ausgebildet und eingerichtet sind, um aus den Kamerabildern über ein Triangulationsverfahren eine Topologie der Prüfgrubenoberfläche (OF) zu ermitteln. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche und die Verwendung eines Prüfgrubenmesssystems für die Vermessung der Oberflächentopologie eines verformten plattenförmigen Elements, das einem Zeitstands-Druckversuch ausgesetzt worden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfgrubenmesssystem zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche, das eine Messeinrichtung zum optischen Vermessen der Prüfgrubenoberfläche, eine Positioniereinrichtung zum Positionieren der Messeinrichtung über der Prüfgrubenoberfläche, eine in die Messeinrichtung integrierte oder extern mit der Messeinrichtung verbundene Datenverarbeitungseinheit und eine zum Steuern des Zusammenwirkens von Messeinrichtung und Datenverarbeitungseinheit ausgelegte elektronische Steuerung enthält.
Unter einer Prüfgrube wird ein unter kontrollierten Bedingungen durchgeführter Bodenaushub verstanden. Eine Prüfgrube dient insbesondere im Straßenbau der Beurteilung bautechnischer Eigenschaften des bearbeiteten Schüttmaterials, auf dem Schichten der Straßendecke aufgebracht werden. Gewöhnlich haben Prüfgruben einen Durchmesser von zirka 20 cm und eine Tiefe von rund 30 cm. Deren Volumen beträgt mehr als einen und üblicherweise weniger als 10 Liter, vorzugsweise sind es mehr als fünf und weniger als neun Liter. Es sind aber auch Prüfgruben mit anderen Abmessungen möglich und die Erfindung beschränkt sich nicht auf übliche Prüfgrubengrößen.
Prüfgruben dienen zur Bestimmung der Dichte und des Feuchtigkeitsgehalts des Schüttmaterials bei der Verdichtungsüberprüfung im Erdbau und in der Geotechnik. Die Feuchtdichte oder die Trockendichte des Schüttmaterials ergibt sich aus dem Quotienten aus Feuchtmasse oder Trockenmasse des Schüttmaterials und dem gemessenen Prüfgrubenvolumen.
Im Erdbau ist eine ausreichende Verdichtung von Schüttmaterialien die grundlegende Voraussetzung für eine ausreichende Standsicherheit und eine weitgehende Setzungsfreiheit von Dämmen und Straßen. Diese wiederum sind Voraussetzung für langfristig qualitativ hochwertige und gebrauchstaugliche Straßenkonstruktionen. Das maßgebliche Prüfmerkmal für die Bestimmung der Verdichtung im Erdbau ist der Verdichtungsgrad der Schüttmaterialien, der als Quotient aus der Trockendichte im Feld und der im Labor bestimmten Proctordichte definiert ist. Hierzu entnimmt man Proben des Schüttmaterials aus einer Prüfgrube und bestimmt insbesondere die Dichte und den Feuchtigkeitsgehalt des Materials. Dies erfordert unter anderem eine möglichst genaue Bestimmung des Volumens der Prüfgrube. Hierfür sind verschiedene mechanische Verfahren bekannt.
In dem deutschen Patent DE102007010532B3 wird unter anderem eine Einrichtung zur optischen Vermessung von Prüfgruben beschrieben. Diese Einrichtung verfügt über eine optische Messeinrichtung in Form einer lasergestützten Abtastvorrichtung, eine Steuereinheit und einen an die Steuereinheit angeschlossenen Rechner. Die Steuereinheit und der Rechner sind über elektrische Signal- und Versorgungsleitungen verbunden. Die Abtastvorrichtung besteht aus einem Trägergestell und einem Abtastkopf. Der Abtastkopf verfügt über zwei motorische Antriebe, einen für eine horizontale Rotation und einen für eine vertikale Rotation. Ferner verfügt der Abtastkopf über einen Laserdistanzsensor zur Abstandserfassung eines mittels Laserstrahlen angepeilten Punktes. Des Weiteren verfügt der Abtastkopf über zwei Winkelsensoren. Der erste Winkelsensor erfasst die vertikale Position und der zweite dient der Erfassung der horizontalen Position des Laserdistanzsensors. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass die Prüfgrube zeilenweise abgetastet wird. Dies erfordert relativ viel Zeit bei der Vermessung einer Prüfgrube. Ferner sind die motorischen Antriebe und der verwendete Laser empfindlich gegenüber den auf einer Baustelle auftretenden Umwelteinflüssen, wie Staub und Nässe.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Prüfgrubenmesssystem bereit zu stellen, das unter den Baustellenbedingungen schneller und effizienter arbeitet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Prüfgrubenmesssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Für das Prüfgrubenmesssystem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Messeinrichtung eine Projektionseinheit zur Projektion einer Mehrzahl unterschiedlicher zweidimensionaler Lichtmuster auf die Prüfgrubenoberfläche und mindestens eine Kamera zur Aufnahme von Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche aus definierten Kameraaufnahmepositionen aufweist, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung und die Steuerung derart ausgebildet und eingerichtet sind, um aus den Kamerabildern über ein Triangulationsverfahren eine Topologie der Prüfgrubenoberfläche zu ermitteln.
Dadurch, dass die mindestens eine Kamera die projizierten zweidimensionalen Lichtmuster auf der Prüfgrubenoberfläche aus einer ihr zugeordneten und fest definierten Kameraaufnahmeposition abbildet, müssen für die Vermessung der Prüfgrubenoberfläche zumindest keine makroskopischen und/oder den Umwelteinflüssen ausgesetzten Teile mechanisch bewegt werden. Die Kamerabilder nehmen das auf die dreidimensionale Oberfläche der Prüfgrube projizierte zweidimensionale Lichtmuster innerhalb weniger Sekunden auf. Daher ist mit einem solchen, nach einem photogrammetrischen Verfahren oder Streifenprojektions-Verfahren arbeitenden Prüfgrubenmesssystem eine deutlich robustere, genauere und schnellere optische Vermessung von Prüfgrubenoberflächen und der Bestimmung des Prüfgrubenvolumens möglich.
Die Formen des projizierten zweidimensionalen Musters werden in spezifischer Weise durch die Prüfgrubenoberfläche beeinflusst und von der mindestens einen Kamera erfasst. Die Kamerabilder werden anschließend durch eine Software ausgewertet. Üblicherweise werden Streifenmuster projiziert. Ein besonderes Streifenmuster-Verfahren ist das Gray-Code Verfahren. Es werden nacheinander verschiedene Streifenmuster auf die Prüfgrubenoberfläche projiziert, wobei die Streifendichte – unter Zuhilfenahme der Gray-Code-Kodierung – von Bild zu Bild verdoppelt wird. Die Abfolge heller und dunkler Werte ermöglicht es, jedem Kamerapixel einen Punkt in der Oberflächentopologie eindeutig zuzuordnen.
Ein weiteres besonderes Streifenmuster-Verfahren ist das Phasenschiebe-Verfahren. Die von der Kamera abgebildete Intensitätsverteilung wird dahingehend ausgewertet, dass die absolute Ordnung der einzelnen Streifen sowie die Phasenlage für jeden Bildpunkt bestimmt werden. Dazu wird die Prüfgrubenoberfläche sukzessiv mit n größer 3 Einzelaufnahmen abgebildet. Dabei wird das auf die Prüfgrubenoberfläche projizierte, periodische Streifenmuster zwischen den Aufnahmen um den n-ten Teil der Streifenperiode verschoben. Auf diese Weise erhält man für jeden Bildpunkt einen Satz von n Einzelaufnahmen. Mit diesen Aufnahmen wird die durch das Gray-Codeverfahren gewonnene Oberflächentopologie verfeinert.
Die Datenverarbeitungseinheit ist in die Messeinrichtung integriert oder als separater Computer extern mit der Messeinrichtung verbunden. Das Verbinden zwischen Datenverarbeitungseinheit und Messeinrichtung kann kabelgebunden oder kabellos erfolgen.
Die Steuerung übernimmt sowohl Steuerungs- als auch Regelungsaufgaben.
Die Topologie der Prüfgrubenoberfläche wird unter Verwendung der Kamerabilder über ein Triangulationsverfahren bestimmt. Die Kamerabilder werden bevorzugt mit digitalen Matrixkameras generiert.
Die mindestens eine Kamera ist vor der Aufnahme der Prüfgrubenoberfläche zu kalibrieren. Eine solche Kalibrierung betrifft sowohl so genannte innere als auch äußere Parameter. Innere Kalibrierungsparameter schließen beispielsweise die Linsenverzerrung ein. Äußere Kalibrierungsparameter beinhalten den Abstand und den Aufnahmewinkel der Kamera zu einer Referenzebene.
Wird nur eine einzelne Kamera verwendet, so ist auch die Projektionseinheit vor der Aufnahme der Prüfgrubenoberfläche entsprechend ihrer inneren und äußeren Parameter zu kalibrieren. Eine derartige Kalibrierung ist im Vergleich zur Kalibrierung einer Kamera mit einem höheren Aufwand verbunden. Daher wird die Verwendung von einer nicht kalibrierten Projektionseinheit und einer Mehrzahl kalibrierter Kameras bevorzugt.
Das zu untersuchende Prüfgrubenvolumen beträgt bevorzugt bis zu fünf Liter, besonders bevorzugt bis zu drei Liter und höchst bevorzugt bis zu zwei Liter.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung einen die Prüfgrube zumindest teilweise umschließenden Referenzrahmen und ein die Messeinrichtung aufnehmendes Stativ aufweist, wobei der Referenzrahmen eine Referenzebene für die Messeinrichtung aufweist. Bevorzugt sind Stativ und Referenzrahmen derart ausgebildet, dass das Stativ vom Referenzrahmen abnehmbar ist.
Wenn der Referenzrahmen eine ebene Oberfläche aufweist, kann sich die Referenzebene über die gesamte Oberfläche des Referenzrahmens erstrecken. Aber auch eine nur abschnittsweise Erstreckung der Referenzebene über den Referenzrahmen ist möglich. Der Referenzrahmen weist bevorzugt Verankerungsmittel für das robuste Fixieren des Referenzrahmens in dem die Prüfgrubenoberfläche umgebenden Material auf. Diese Verankerungsmittel beispielsweise in Form von Stiften, Erdnägeln, oder Erdschrauben fixieren den Referenzrahmen für die bei den Messungen aufzunehmenden dynamischen und statischen Lasten hinreichend steif im Schüttmaterial.
Anders als bei einem Stativ, das direkt auf der die Prüfgrube umgebenden Oberfläche steht, stellt das teilweise oder vollständige Umschließen der Prüfgrube durch den Referenzrahmen eine solide mechanische Basis für einen sicheren Stand des Stativs dar. Dies gestattet es weiterhin, eine definierte räumliche Beziehung zwischen Referenzrahmen und Stativ herzustellen und ermöglicht somit reproduzierbare und qualitativ hochwertige Messergebnisse.
Bevorzugt umschließt der Referenzrahmen die Prüfgrubenoberfläche vollständig. Ein vollständig geschlossener Referenzrahmen mit einer Öffnung für die umschlossene Prüfgrubenoberfläche ist in sich verwindungssteifer und somit für ein optimiertes Messsystem zu bevorzugen. Dennoch könnte ein die Prüfgrube nur teilweise umschließender Referenzrahmen eine Unterbrechung oder Lücke aufweisen, so dass eine Positionierung über einer eventuell auftretenden Unebenheiten oder Erhöhungen in der Nähe der Prüfgrube möglich ist. Dadurch kann die Unebenheit oder Erhöhung ausgeglichen werden und ein hinreichend sicherer Stand des Stativs ist trotz Unebenheiten oder Erhöhungen der Oberfläche gegeben.
Das Stativ ist abnehmbar mit dem Referenzrahmen verbunden, so dass Referenzrahmen und Stativ getrennt werden können. Dies ermöglicht insbesondere eine erleichterte Handhabung und einen einfachen Transport des Messsystems. Ferner wird es dadurch möglich, das Stativ in unterschiedlichen Positionen relativ zum Referenzrahmen zu positionieren. Das kann dazu genutzt werden, die Prüfgrubenoberfläche aus einem anderen Winkel mit der mindestens einen Kamera der Messeinrichtung abzubilden. Hilfreich ist dies, wenn beispielsweise optische Effekte wie Reflexionen oder topologische Effekte wie Verdeckungen die exakte optische Erfassung der Prüfgrube abschnittsweise erschweren. Eine optische Erfassung aus einer anderen Position kann dazu beitragen derart bedingte Messfehler zu verringern und die ermittelte Oberflächentopologie zu verbessern.
Die vorhergehende Ausführungsform ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzrahmen strukturell ausgebildete Positioniermittel zum Anbringen des Stativs am Referenzrahmen in einer definierten Position aufweist.
Diese strukturell ausgebildeten Positioniermittel können im einfachsten Fall als Vertiefungen im Referenzrahmen ausgebildet sein oder in Form von auf den Referenzrahmen aufgesetzten Erhöhungen oder als eine Kombination aus beiden verwirklicht sein. Es können aber auch farbig oder schwarzweiß gekennzeichnete zweidimensionale Positioniermittel vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Markierungen. Ferner können die Positioniermittel auch mit magnetischen Eigenschaften ausgebildet sein, um über die zwischen Stativ und den Positioniermitteln wirkende Magnetkraft eine definierte räumliche Beziehung zwischen Stativ und Referenzrahmen herbeizuführen. Die Positioniermittel dienen dazu, eine feste räumliche Beziehung zwischen Referenzrahmen und dem auf den Referenzrahmen aufgestellten Stativ zu definieren. Da Referenzrahmen und Stativ lösbar miteinander verbunden sind, kann die definierte Position zwischen beiden Komponenten nach einer Trennung wiederhergestellt werden. Die Positioniermittel sind derart ausgebildet, dass die gleiche Position im Rahmen der Toleranzen zumindest im Zehntel-Millimeterbereich zur Referenzebene reproduzierbar ist.
Die vorangehenden Ausgestaltungen sind bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zusätzlich zu der mindestens einen Kamera mindestens eine Drehwinkel-Kamera zum Generieren von Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche aus einer anderen Kameraaufnahmeposition aufweist, wobei die mindestens eine Drehwinkel-Kamera zur mindestens einen Kamera um einen Kamera-Drehwinkel versetzt angeordnet ist.
Die Drehwinkel-Kameras haben bevorzugt den gleichen Abstand zur Referenzebene wie die mindestens eine Kamera. Aber auch ein anderer Abstand ist möglich. Parameter der Drehwinkel-Kameras wie Winkeleinstellung und Abstand zur Referenzebene werden bei der Kamera-Kalibrierung äußerer Parameter einbezogen, damit können diese bei der Berechnung der Oberflächentopologien berücksichtigt werden.
Die Drehwinkel-Kameras dienen dazu, die Prüfgrubenoberfläche aus einem im Vergleich zu der mindestens einen Kamera unterschiedlichen Kameraaufnahmewinkel mit Drehwinkel-Kamerabilder abzubilden, wobei es für das Generieren der Drehwinkel-Kamerabilder nicht erforderlich ist, das Stativ vom Referenzrahmen zu trennen und dann wieder mit diesem verbinden zu müssen.
Ferner ist es auch möglich, die Drehung des Stativs mittels eines Antriebes vorzunehmen oder mittels eines Antriebs die am Stativ befestigte Messeinrichtung relativ zur Referenzebene zu drehen. Bei dem Antrieb kann es sich beispielsweise um einen elektrischen Antrieb handeln. Es sind aber auch andere Antriebsarten möglich.
Die beiden vorangehenden Ausführungsformen sind weiterhin bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Positioniermittel am Referenzrahmen ausgebildet ist, derart, dass eine Mehrzahl unterschiedlicher Aufnahmepositionen des am Referenzrahmen angebrachten Stativs relativ zum Referenzrahmen realisierbar ist.
Gleicher Abstand im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet Toleranzen im Bereich von weniger als einem Millimeter. Die Positioniermittel können im Bezug auf die Referenzebene gleich beabstandet sein oder einen unterschiedlichen Abstand zueinander haben.
Bevorzugt sind zum Beispiel drei oder vier Positioniermittel am Referenzrahmen derart vorgesehen, dass durch eine drehende Versetzung des Stativs relativ zum Referenzrahmen eine Mehrzahl von Aufnahmepositionen des Stativs realisiert wird, die den gleichen Abstand der am Stativ befestigten Messeinrichtung zur Referenzebene des Referenzrahmens gewährleisten. Das Generieren der Kamerabilder kann dann aus unterschiedlichen Aufnahmepositionen erfolgen. In der ersten Aufnahmeposition kann die Prüfgrubenoberfläche insbesondere nach dem Aushub von Schüttgut in den zugehörigen Kamerabildern Reflexionen, verdeckte Areale oder andere Irritationen aufweisen. Dadurch kann aus den ersten Kamerabildern eine nicht vollständig den realen Gegebenheiten entsprechende Topologie der Prüfgrubenoberfläche generiert werden. Um die realen Gegebenheiten besser abzubilden, werden aus einer oder mehreren weiteren Aufnahmepositionen weitere Kamerabilder der Prüfgrubenoberfläche generiert. Bevorzugt ist die weitere Aufnahmeposition um 90° gegenüber der ersten Aufnahmeposition gedreht. Es sind aber auch andere Drehwinkel möglich, beispielsweise 45° oder 270°.
Alle vorausgehenden Ausführungsformen, die einen Referenzrahmen aufweisen, sind vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzrahmen mindestens eine ablesbare Referenzmarkierung zur Ermittlung einer relativen Position zwischen Messeinrichtung und Referenzrahmen aufweist.
Die Referenzmarkierung dient dem Überprüfen der Position des Stativs auf dem Referenzrahmen nachdem es vom Referenzrahmen abgenommen und wieder aufgesetzt wurde. Dabei lässt sich anhand der Referenzmarkierung feststellen, ob das Stativ relativ zum Referenzrahmen im gleichen räumlichen Verhältnis zueinander positioniert worden ist. Die Referenzmarkierung kann zwei- oder dreidimensional ausgebildet sein. Bevorzugt ist eine dreidimensionale Ausbildung beispielsweise in Form einer Kerbe am Rand des Referenzrahmens. Diese ist robuster gegenüber auf einer Baustelle auftretende Verschmutzungen, denn eine zweidimensionale Referenzmarkierung kann beispielsweise von Staub verdeckt sein.
Alle vorgenannten Ausführungsformen, die einen Referenzrahmen aufweisen, sind vorteilhafterweise mit einem ringförmigen Referenzrahmen ausgebildet. Ein Ring ist einfach in der Herstellung und aufgrund seiner Geometrie besonders verwindungssteif. Der Referenzrahmen kann aber auch oval oder mehreckig die Prüfgrube umschließen. Der Referenzrahmen ist bevorzugt einstückig ausgebildet. Aber auch ein mehrteiliger Aufbau aus mehreren Bauelementen ist möglich.
Die vorgehenden Ausführungsformen mit einem Referenzrahmen sind bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit ausgebildet ist, ein zweidimensionales Streifenlichtmuster zu projizieren.
Das definierte zweidimensionale Streifenmuster dient zur optischen Erkennung der Prüfgrubenoberfläche mittels Kamerabildern, die aus mindestens einer zur Projektionsrichtung unterschiedlichen Kameraaufnahmerichtung aufgenommen wurden. Das zweidimensionale Streifenmuster wird auf die Prüfgrubenoberfläche projiziert und kann mit Hilfe eines LED-Projektors, Lasers oder eines holografisch-optischen Elements (HOE) erzeugt werden. Das Streifenmuster ist bevorzugt ein Muster von eng beabstandeten lang gezogenen Vierecken. Es sind aber auch andere Muster möglich.
Unter Anwendung eines Triangulationsverfahrens wird mit Hilfe der aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommenen Kamerabilder des erzeugten Streifenlichtmusters die Bestimmung/Berechnung der dreidimensionalen Koordinaten der Prüfgrubenoberfläche durchgeführt, so dass eine Oberflächentopologie erzeugt werden kann. Dies wird anschließend im Zusammenhang mit den mittels des Prüfgrubenmesssystems durchführbaren Verfahren näher erläutert.
Die vorausgehend beschriebene Ausführungsform mit der Projektion des zweidimensionalen Streifenmusters ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit einen Laser mit einem Laserstrahl aufweist, wobei der Laserstrahl über eine Optik als Laserlinie mit einer Erstreckungsrichtung auf einen rotierenden Spiegel fällt.
Die Verwendung einer Projektionseinheit mit einem Laser erlaubt den Einsatz des Messsystems auch bei stärkeren Lichtverhältnissen wie zum Beispiel direkter Sonneneinstrahlung. Für diesen Zweck ist bevorzugt ein Laser im optisch sichtbaren Bereich mit hinreichend hoher Pulsenergie vorgesehen. Es kann aber auch ein Infrarot-Laser verwendet werden, sofern die Kameras für Infrarotaufnahmen optimiert sind.
Das rotierende Spiegelelement weist mindestens eine Spiegelfläche auf. Bevorzugt sind sechs oder acht Spiegelflächen vorgesehen. Die Rotationsgeschwindigkeit des Spiegelelements ist veränderbar und wird zusammen mit der zeitlichen Taktung der Laserpulse derart eingestellt, dass ein für den Betrachter stehendes Streifenlichtmuster auf der Prüfgrubenoberfläche entsteht.
Die vorgenannte Ausführungsform ist vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement um eine Rotationsachse rotiert, die parallel zu der Erstreckungsrichtung der Laserlinie angeordnet ist. Dadurch ist die Erzeugung eines gleichmäßigen parallel ausgebildeten Streifenlichtmusters möglich.
Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Für dieses Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zunächst eines der vorangehend beschriebenen Prüfgrubenmesssysteme zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche mit einem Referenzrahmen aufweisend eine Referenzmarkierung und mit einem auf dem Referenzrahmen lösbar befestigbaren Stativ an einer Prüfgrubenoberfläche bereitgestellt wird. Anschließend werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

– Beleuchtung der Prüfgrubenoberfläche in einem ersten Oberflächenzustand mit mindestens einem zweidimensionalen Lichtmuster mittels der Projektionseinheit,
– Aufnahme von ersten Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche in dem ersten Oberflächenzustand aus einer ersten Aufnahmeposition des Stativs relativ zur Referenzebene des Referenzrahmens mit der mindestens einen Kamera,
– Berechnung einer ersten Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche in ihrem ersten Oberflächenzustand mittels der ersten Kamerabilder,
– Ausheben von Prüfgrubenmaterial derart, dass die Prüfgrubenoberfläche in einen zweiten Oberflächenzustand überführt wird,
– Beleuchtung der Prüfgrubenoberfläche in ihrem zweiten Oberflächenzustand mit mindestens einem zweidimensionalen Lichtmuster mittels der Projektionseinheit,
– Aufnahme von zweiten Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche in dem zweiten Oberflächenzustand aus der ersten Aufnahmeposition des Stativs relativ zur Referenzebene des Referenzrahmens mit der mindestens einen Kamera,
– Berechnung einer zweiten Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche im zweiten Oberflächenzustand mittels der zweiten Kamerabilder,
– Berechnung eines Volumens des ausgehobenen Prüfgrubenmaterials mittels der ersten Oberflächentopologie und der zweiten Oberflächentopologie.

Das Beleuchten der Prüfgrube erfolgt bevorzugt derart, dass eine definierte Abfolge von zweidimensionalen Mustern auf die Prüfgrubenoberfläche projiziert wird, von denen jeweils Aufnahmen gemacht werden.
Die Berechnung der Volumenänderung erfolgt im einfachsten Fall durch eine Differenzbildung der ersten Oberflächentopologie und der zweiten Oberflächentopologie.
Das Ausheben des Prüfgrubenmaterials erfolgt nachdem erste Kamerabilder aufgenommen und vorzugsweise das Stativ vom Referenzrahmen abgenommen wurde. Das Materialausheben kann aber auch erfolgen ohne dass das Stativ abgenommen wurde. Die Verfahrensschritte zur Berechnung der Oberflächentopologien können unmittelbar nach Aufnahme der zugehörigen Kamerabilder oder aber zeitlich nachgelagert in der Datenverarbeitungseinrichtung des Prüfgrubenmesssystems vorgenommen werden. Wenn zum Ausheben des Materials das Stativ vom Referenzrahmen entfernt wird, ist darauf zu achten, dass die erste Aufnahmeposition der beiden Kameras wieder möglichst genau hergestellt wird. Andernfalls werden dadurch Messfehler verursacht.
Das vorangehende Verfahren ist bevorzugt derart weitergebildet, dass bei diesem Verfahren ein Prüfgrubenmesssystem mit Referenzrahmen aufweisend eine Referenzmarkierung bereitgestellt wird und
folgende Verfahrensschritte jeweils nach der Aufnahme der ersten Kamerabilder und/oder
nach Aufnahme der zweiten Kamerabilder durchgeführt werden:

– Überführen des Stativs in eine zweite Aufnahmeposition, wobei in der zweiten Aufnahmeposition die Kameras im gleichen Abstand zur Referenzebene angeordnet und um eine Vertikalachse senkrecht zur Referenzebene gedreht sind,
– Ermittlung eines Drehwinkels zwischen der ersten Aufnahmeposition und der zweiten Aufnahmeposition durch eine Positionsauswertung der Referenzmarkierung,
– Aufnahme von Drehwinkel-Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche im ersten Oberflächenzustand und/oder im zweiten Oberflächenzustand mit der mindestens einen Kamera aus der zweiten Aufnahmeposition des Stativs
– Berechnung einer Drehwinkel-Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche im ersten Oberflächenzustand und/oder im zweiten Oberflächenzustand mittels der Drehwinkel-Kamerabilder und
– Zusammenführen der ersten Oberflächentopologie und/oder der zweiten Oberflächentopologie mit der zugehörigen Drehwinkel-Oberflächentopologie durch einen Vergleichsvorgang mit Plausibilitätsprüfung zum Generieren einer optimierten ersten und/oder optimierten zweiten Oberflächentopologie.

Durch die Einbeziehung einer zusätzlich berechneten Drehwinkel-Oberflächentopologie aus der zweiten Aufnahmeposition für den ersten und/oder den zweiten Oberflächenzustand der Prüfgrube kann die Qualität der ersten und/oder der zweiten Oberflächentopologie optimiert werden. Bei der Aufnahme der Kamerabilder können abhängig vom Kameraaufnahmewinkel bestimmte Bereiche der Prüfgrubenoberfläche insbesondere nach dem Ausheben von Material abgeschattet sein, so dass die ermittelte Oberflächentopologie fehlerhaft ist. Weiterhin können beispielsweise Bereiche der Prüfgrubenoberfläche durch viel Feuchtigkeit aus dem Kameraaufnahmewinkel das Licht des zweidimensionalen Lichtmusters reflektieren. Diese Abschattungen und Reflexionen treten in der ersten Aufnahmeposition und in der zweiten Aufnahmeposition in unterschiedlichen Bereichen der Prüfgrubenoberfläche auf. Dabei liefern Reflexionen unbrauchbare Messwerte. Bei Abschattungen liegen unterschiedliche Messwerte im Vergleich der ersten Oberflächentopologie und der zugehörigen Drehwinkel-Oberflächentopologie vor. Daher lässt sich anhand einfacher Algorithmen und einer Plausibilitätsprüfung beim Zusammenführen der ersten Oberflächentopologie und/oder der zweiten Oberflächentopologie mit der zugehörigen Drehwinkel-Oberflächentopologie eine optimierte erste und/oder zweite Oberflächentopologie ermitteln.
Bevorzugt erfolgt die Ermittlung des Drehwinkels zwischen der ersten Aufnahmeposition und der zweiten Aufnahmeposition mit Hilfe einer Positionsauswertung einer Referenzmarkierung im Referenzrahmen. Ist die Referenzmarkierung dreidimensional ausgebildet, beispielsweise als Kerbe im Referenzrahmen so kann deren Position aus der ersten Oberflächentopologie und aus der zweiten Oberflächentopologie ermittelt werden.
Es lassen sich auch eine Mehrzahl von Drehwinkel-Oberflächentopologien aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Drehwinkel zur Optimierung heranziehen. Wichtig ist, dass der Abstand der Kameras zur Referenzebene entlang der Vertikalachse betrachtet mit Toleranzen im Submillimeterbereich konstant bleibt. Insbesondere in staubigen Umgebungen einer Baustelle kann dies jedoch nicht immer mit der gewünschten Genauigkeit gewährleistet sein. Dieser Abstand definiert auch den z-Wert der Kameraposition im kartesischen Koordinatensystem des Prüfgrubenmesssystems.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Prüfgrubenmesssystem mit mindestens einer Drehwinkel-Kamera bereitgestellt wird und folgende Verfahrensschritte jeweils nach der Aufnahme der ersten Kamerabilder und/oder nach Aufnahme der zweiten Kamerabilder durchgeführt werden:

– Aufnahme von Drehwinkel-Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche im ersten Oberflächenzustand und/oder im zweiten Oberflächenzustand mit der mindestens einen Drehwinkel-Kamera,
– Berechnung einer Drehwinkel-Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche im ersten Oberflächenzustand und/oder im zweiten Oberflächenzustand mittels der Drehwinkel-Kamerabilder und
– Zusammenführen der ersten Oberflächentopologie und/oder der zweiten Oberflächentopologie mit der zugehörigen Drehwinkel-Oberflächentopologie durch einen Vergleichsvorgang mit Plausibilitätsprüfung zum Generieren einer optimierten ersten und/oder optimierten zweiten Oberflächentopologie.

Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist es nicht erforderlich das Stativ vom Referenzrahmen zu lösen und relativ dazu zu drehen oder die Messeinrichtung mit der mindestens einen Kamera relativ zum Referenzrahmen zu drehen. Für die Aufnahme der Drehwinkel-Kamerabilder ist bereits mindestens eine Kamera vorhanden.
Sofern das Stativ zum Zweck der Drehung relativ zum Referenzrahmen gedreht wird (Überführen vom ersten Oberflächenzustand in den zweiten Oberflächenzustand) vom Referenzrahmen abgenommen und wieder aufgesetzt wird, ist das Verfahren bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Aufnahmeposition zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden:

– Definieren einer Mehrzahl von Messfeldern in Form von auf der Referenzebene liegenden Flächen, die beabstandet voneinander auf der Referenzebene verteilt angeordnet sind,
– Aufnahme der Messfelder mit den ersten Kamerabildern oder mit ersten Messfeld-Kamerabildern und dass in der zweiten Aufnahmeposition zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden:
– Aufnahme der definierten Messfelder mit den zweiten Kamerabildern oder mit zweiten Messfeld-Kamerabildern, und weiterhin
– Bestimmung einer ersten Messfeldtopologie in der ersten Aufnahmeposition mit den ersten Kamerabildern oder mit den ersten Messfeld-Kamerabildern,
– Bestimmung einer zweiten Messfeldtopologie in der zweiten Aufnahmeposition mit den zweiten Kamerabildern oder mit den zweiten Messfeld-Kamerabildern,
– Bestimmung eines ersten z-Werts für jedes Messfeld als deren Abstand zu den Kameras parallel zur Vertikalachse aus der ersten Topologie des Messfeldes,
– Bestimmung eines zweiten z-Werts für jedes Messfeld als deren Abstand zu den Kameras parallel zur Vertikalachse aus der zweiten Topologie des Messfeldes,
– Bildung der z-Wert-Differenz zwischen dem ersten z-Wert und dem zweiten z-Wert für jedes Messfeld,
– wenn mindestens einer der z-Wert-Differenzen über einer Korrekturschwelle liegt, wird eine Korrekturschieflage des Stativs in der zweiten Aufnahmeposition berechnet,
– sofern die Korrekturschieflage des Stativs in der zweiten Aufnahmeposition errechnet worden ist, wird vor dem Verfahrensschritt des Zusammenführens der ersten Oberflächentopologie und/oder der zweiten Oberflächentopologie mit der zugehörigen Drehwinkel-Oberflächentopologie eine Schieflagekorrektur der Drehwinkel-Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche unter Einbeziehung der Korrekturschieflage des Stativs durchgeführt.

Während des Überführens des Stativs von der ersten in die zweite Aufnahmeposition oder während des Aushebens von Material aus der Prüfgrube können Verschmutzungen in Baustellenumgebungen derart auf den Referenzrahmen gelangen, dass der Abstand zwischen Referenzebene und zumindest Teilabschnitten des Stativs messbar, d.h. angefangen im Zehntelmillimeterbereit, verändert wird. Dies führt zu einer zumindest teilweisen Schieflage des Stativs. Mit Hilfe der zusätzlich ausgewerteten Oberflächentopologien der Messfelder sind derartige Fehlerquellen ermittelbar und lassen sich kompensieren ohne dass dafür ein erneutes Abheben des Stativs und eine Reinigung des Referenzrahmens notwendig werden würde.
Eine nicht erkannte und unkorrigierte Schieflage des Stativs hätte eine oder mehrere fehlerbehaftete Oberflächentopologien und im Ergebnis ein fehlerhaft bestimmtes Volumen des Aushubmaterials zur Folge. Durch die zusätzliche Einbeziehung von Messfeldern und deren Vermessung in der ersten und der zweiten Aufnahmeposition gelingt eine Bestimmung der Schieflage des Stativs, sofern die Abweichungen über einstellbaren Schwellwerten liegen. Ist eine Fehlpositionierung ermittelt worden, so kann diese mittels Softwarealgorithmen beseitigt werden.
Vorteil an dieser Vorgehensweise ist, dass die Bestimmung und Korrektur einer Schieflage des Stativs während der Vermessung der Prüfgrubenoberfläche erfolgt. Ein Entfernen des Stativs und Säubern der Referenzoberfläche und/oder darauf vorgesehener Positioniermittel für das Stativ ist dadurch nicht mehr erforderlich. Dies spart viel Zeit. Darüber hinaus führt diese Vorgehensweise auch zu genaueren Messergebnissen, da ein Entfernen und erneutes Positionieren des Stativs, das immer die Gefahr einer signifikanten mechanischen Verschiebung des Referenzrahmens ins sich birgt, vermieden werden kann.
Bevorzugt sind drei Messfelder auf der Referenzebene vorgesehen. Es kann aber auch eine geringere oder eine höhere Anzahl von Messfeldern auf der Referenzebene angeordnet sein. Bevorzugt sind die Messfelder gleichbeabstandet. Sie können aber auch verschiedene Abstände zueinander aufweisen.
Sobald das Stativ vom Referenzrahmen entfernt werden muss, um die Prüfgrube auszuheben, so ist in einer weiteren Ausführungsform das Verfahren bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Aufnahmeposition zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden:

– Definieren einer Mehrzahl von Messfeldern in Form von auf der Referenzebene liegenden Flächen, die beabstandet voneinander auf der Referenzebene verteilt angeordnet sind,
– Aufnahme der Messfelder mit den ersten Kamerabildern oder mit ersten Messfeld-Kamerabildern, und dass nach dem Überführen der Prüfgrubenoberfläche in den zweiten Oberflächenzustand in der ersten Aufnahmeposition des Stativs zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden:
– Aufnahme der definierten Messfelder mit den zweiten Kamerabildern oder mit zweiten Messfeld-Kamerabildern, und weiterhin
– Bestimmung einer ersten Messfeldtopologie in der ersten Aufnahmeposition mit den ersten Kamerabildern oder mit den ersten Messfeld-Kamerabildern,
– Bestimmung einer zweiten Messfeldtopologie in der ersten Aufnahmeposition mit den zweiten Kamerabildern oder mit den zweiten Messfeld-Kamerabildern,
– Bestimmung eines ersten z-Werts für jedes Messfeld aus der ersten Messfeldtopologie als dessen Abstand zu der Messeinrichtung parallel zur Vertikalachse,
– Bestimmung eines zweiten z-Werts für jedes Messfeld aus der zweiten Messfeldtopologie als dessen Abstand zu der Messeinrichtung parallel zur Vertikalachse,
– Bildung von z-Wert-Differenzen zwischen dem ersten z-Wert und dem zweiten z-Wert für jedes Messfeld,
– wenn mindestens einer der z-Wert-Differenzen über einer Korrekturschwelle liegt, wird eine Korrekturschieflage des Stativs in der ersten Aufnahmeposition nach dem Überführen der Prüfgrubenoberfläche in den zweiten Oberflächenzustand berechnet,
– sofern die Korrekturschieflage des Stativs in der ersten Aufnahmeposition nach dem Überführen der Prüfgrubenoberfläche in den zweiten Oberflächenzustand berechnet worden ist, wird vor dem Verfahrensschritt der Berechnung der zweiten Oberflächentopologie eine Korrektur der zweiten Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche unter Einbeziehung der Korrekturschieflage des Stativs durchgeführt.

Auch beim Einsatz von Drehwinkel-Kameras, die das Drehen des Stativs relativ zum Referenzrahmen zur Erzeugung von Drehwinkel-Kamerabildern überflüssig machen, kann ein Abnehmen des Stativs vom Referenzrahmen vor dem Ausheben der Prüfgrube erforderlich sein. Nach dem Ausheben der Prüfgrube, d.h. dem Überführen in den zweiten Oberflächenzustand wird das Stativ wieder aufgesetzt. Unter den Bedingungen einer Baustelle besteht dann die vorangehend beschriebene Gefahr von verschmutzungsbedingten Fehlpositionierungen des Stativs relativ zum Referenzrahmen. Das Vorliegen derartiger Fehlpositionierungen kann mit Hilfe der Messfelder kontrolliert, quantifiziert und durch den Einsatz von Softwarealgorithmen kompensiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorangehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens unter Einsatz von Messfeldern ist vorgesehen, dass
der Verfahrensschritt der Bestimmung des ersten z-Wertes oder des zweiten z-Wertes für jedes Messfeld folgende Schritte aufweist:

– Ermittlung einer Vielzahl ortsaufgelöster z-Werte innerhalb jedes Messfeldes,
– Analyse der Vielzahl an z-Werten und Bestimmung einer Untergruppe an z-Werten, die die kleinsten 30%, bevorzugt 25% und besonders bevorzugt 20% der Vielzahl der z-Werte bilden und
– Mittelwertbildung der Untergruppe an z-Werten zur Bestimmung des ersten z Wertes oder des zweiten z-Wertes.

Auf diese Weise kann auch mit abschnittsweise z.B. durch Staub verschmutzten oder verklebten Messfeldern eine brauchbare Fehlerkorrektur erreicht werden. Dies setzt jedoch voraus, dass mindestens 20% des Messfeldes unverschmutzt frei liegen. Wenn dies anhand der Messung nicht der Fall zu sein scheint, wird das Messsystem eine diesbezügliche Fehlermeldung generieren. Dann ist bevorzugt vorgesehen, dass die Projektionseinrichtung derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass die Messfelder mittels Lichtprojektion auf dem Referenzrahmen sichtbar gemacht werden. Dadurch weiß der Nutzer des Messsystems, an welcher Stelle des Referenzrahmens eine Säuberung vorgenommen werden muss.
Für den Fall dass die Messfelder zu sehr verschmutzt sind, ist in einer Weiterbildung der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens unter Einsatz von Messfeldern vorgesehen, dass auf der Referenzebene neben den Messfeldern davon räumlich beabstandete Ersatzmessfelder definiert sind, die wie die Messfelder vermessen werden, wobei deren Auswertung nur dann vorgenommen wird, wenn die Messfelder weitgehend verschmutzt sind oder eine Plausibilitätskontrolle der gebildeten z-Wert-Differenzen vorgenommen werden soll.
Die Ersatzmessfelder dienen als Ersatz, beispielsweise wenn die Messfelder verschmutzt sind oder wegen anderer Gründe nicht verwendbar sind. Bevorzugt sind drei Ersatzmessfelder auf der Referenzebene vorgesehen. Es kann aber auch eine geringere oder eine höhere Anzahl von Ersatzmessfeldern auf der Referenzebene angeordnet sein. Bevorzugt sind die Ersatzmessfelder sowohl zueinander als auch zu den Messfeldern gleichbeabstandet. Sie können aber auch verschiedene Abstände voneinander aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Prüfgrubenmesssystems in einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen zur Vermessung der Oberflächentopologie eines verformten plattenförmigen Elements, das einem Zeitstands-Druckversuch ausgesetzt worden ist. Derartige Zeitstands-Druckversuche werden zur Überprüfung der Schutzwirksamkeit von Dichtungsbahnen und der Eignung eines bestimmten Aufbaus eines Kombinationsdichtungssystems für Deponien im Labor ausgeführt. Dazu wird im Labor das Dichtungssystem experimentell aufgebaut und über eine Lastplatte und eine Hydraulik bis zu 100h mit der auch in der Deponie auftretenden Last belastet. Der Aufbau besteht im Wesentlichen aus einer Dränschicht (z.B. Schotter), einer Schutzschicht (z.B. Geotextil), der Kunststoffdichtungsbahn und einem Weichmetallblech. Das Weichmetall wird verwendet, um die maximalen Verformungen der Kunststoffdichtungsbahn zu konservieren. Anstelle der Dränschicht kann auch eine Strukturplatte verwendet werden.
Nach dem Druckversuch wird das Weichmetallblech entnommen. Es werden die Abmessungen der im Weichmetallblech konservierten Deformationen gemessen und daraus auf die maximal aufgetretenen Dehnungen der Dichtungsbahn geschlossen.
Bisher erfolgt die Vermessung der Deformationen des Weichmetallbleches manuell mit mechanischem Taststift oder einer Messuhr. Nachteile sind der große Zeitaufwand bei der Erfassung der Deformationen und die zusätzliche Verformung des Weichmetallbleches durch die Andruckkraft des Taststiftes – und damit die unerwünschte Verfälschung der Messwerte.
Mittels der Verwendung des vorangehend beschriebenen Prüfgrubenmesssystems kann das Vermessen der verformten Weichmetallfolie rein optisch erfolgen. Eine mechanische Interaktion mit einem Taststift oder einer Messuhr ist nicht mehr notwendig. Wie vorangehend beschrieben wird eine Oberflächentopologie der in Z-Richtung verformten Weichmetallfolie erstellt. Die erste Ableitung des Z-Parameters stellt ein Maß für die auftretende Dehnung dar.
Auf einem Rechner wird ein 3D-Modell der Oberflächentopologie zwei- oder dreidimensional angezeigt. Das 3D-Modell kann entsprechend der Höhe (z-Werte) eingefärbt dargestellt werden. Die Dehnungen für die gesamte Oberfläche lassen sich auch ortsaufgelöst als Karte berechnen und – abhängig vom Dehnungswert unterschiedlich farbig eingefärbt – darstellen. Bereiche mit unzulässiger Dehnung (z.B. > 0.25%) werden auf der 2D- oder 3D-Darstellung der Oberflächentopologie farbig hervorgehoben.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen des Prüfgrubenmesssystems unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigt:
1 ein Prüfgrubenmesssystem in einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung von oben;
2 einen Längsschnitt des Prüfgrubenmesssystem aus 1 entlang der Linie II-II über einer Prüfgrube vor dem Aushub von Bodenmaterial;
3 einen Längsschnitt des Prüfgrubenmesssystem aus 1 entlang der Linie III-III über einer Prüfgrube nach dem Aushub von Bodenmaterial; und
4 eine schematische Darstellung von Bauelementen einer Projektionseinheit zur Erzeugung eines Streifenlichtmusters einer weiteren Ausführungsform des Prüfgrubenmesssystems.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung von oben ein Prüfgrubenmesssystem in einer bevorzugten Ausführungsform eines Prüfgrubenmesssystems zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche OF einer Prüfgrube. Auf der Prüfgrubenoberfläche OF ist eine Positionierungseinrichtung 2 zum Positionieren einer Messeinrichtung 1 über der Prüfgrubenoberfläche OF angeordnet. Die Positioniereinrichtung 2 weist einen Referenzrahmen 20 in Form eines ebenen Kreisringes mit auf der Kreisring-Oberfläche verteilt angeordneten virtuellen Messfeldern 30 und Ersatzmessfeldern 31 auf. Die Kreisring-Oberfläche des Referenzrahmens 20 bildet eine Referenzebene RE aus. Ferner ist am inneren Rand des kreisringförmigen Referenzrahmens 20 eine Referenzmarkierung 24 ausgebildet. Auf dem Referenzrahmen 20 ist ein zur Positioniereinrichtung 2 gehörendes Stativ 21 angeordnet, das an seinem von der Referenzebene RE beabstandeten Ende eine Messeinrichtung 1 in einem definierten Abstand über der Referenzebene RE positioniert. Die Messeinrichtung 1 weist eine Projektionseinheit 10, Kameras 11 und Drehwinkel-Kameras 110 auf. Die Referenzmarkierung 24 dient zur Bestimmung der relativen Lage des Referenzrahmens 20 zur Messeinrichtung 1.
2 zeigt einen Längsschnitt entlang der in 1 strichpunktiert dargestellten Schnittlinie II-II des Prüfgrubenmesssystems vor dem Aushub von Bodenmaterial. Gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Prüfgrubenmesssystem ist aus den Basiskomponenten der Messeinrichtung 1 und der Positioniereinrichtung 2 aufgebaut. Die Positioniereinrichtung 2 weist den kreisringförmigen Referenzrahmen 20 und das auf dem Referenzrahmen 20 angeordnete Stativ 21 auf. Der Referenzrahmen 20 liegt auf der Prüfgrubenoberfläche OF auf und ist im Boden mittels Bodenfixiermitteln 22 in Form von Bodennägeln oder Bodenschrauben mechanisch hinreichend verankert. Im Inneren des kreisringförmigen Referenzrahmens 20 ist die Prüfgrubenoberfläche OF in 2 beispielhaft in ihrem ersten Oberflächenzustand, d.h. vor dem kontrollierten Aushub von Bodenmaterial dargestellt. Im vorliegenden Fall ist die Prüfgrubenoberfläche OF im ersten Oberflächenzustand plan ausgebildet. Jede anders ausgeformte Prüfgrubenoberfläche OF kann jedoch ebenfalls als erster Oberflächenzustand dienen.
Das Stativ 21 ist mittels Positioniermitteln 23 in einer definierten Lage auf dem Referenzrahmen 20 abnehmbar angeordnet. Die Positioniermittel 23 sind in Form von Vertiefungen im Referenzrahmen 20 ausgebildet, die dem Referenzrahmen 20 zugewandten Endabschnitte des Stativs 21 aufnehmen. Diese Vertiefungen 23 sind derartig auf dem Referenzrahmen 20 angeordnet, dass sich das abnehmbare Stativ 21 um eine Vertikalachse V in 90°-Schritten gedreht aufsetzen lässt. Der Referenzrahmen 20 bildet aufgrund seiner kreisringförmigen Struktur mit seiner Kreisringoberfläche die Referenzebene RE aus. Die Positioniereinrichtung 2 mit seinem Referenzrahmen 20 und dem Stativ 21 positioniert die Messeinrichtung 1 in einem definierten Abstand zur Referenzebene RE entlang der Vertikalachse V und somit mit einem definierten z-Wert bezüglich der Referenzebene RE. Die Messeinrichtung 1 umfasst zusätzlich zu den in 1 gezeigten Bauelementen eine Datenverarbeitungseinheit 3 und eine Steuerung 4.
3 zeigt einen Längsschnitt entlang der in 1 strichpunktiert dargestellten Schnittlinie III-III des Prüfgrubenmesssystems jedoch im Unterschied zur identisch orientierten Schnittansicht der 2 nach dem Ausheben von Bodenmaterial. Gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Prüfgrubenoberfläche OF ist im Vergleich zur 2 durch das Ausheben von Bodenmaterial in einen zweiten Oberflächenzustand überführt worden. Wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, ermöglicht das Prüfgrubenmesssystem die hinreichend genaue Ermittlung des Volumens des ausgehobenen Bodenmaterials durch ein optisches Messverfahren.
4 zeigt eine schematische Darstellung von Bauelementen einer Projektionseinheit 10 zur Erzeugung eines Streifenlichtmusters in einer weiteren Ausführungsform des Prüfgrubenmesssystems.
Ein Laser 13 generiert einen Laserstrahl 14, der auf eine Optik 15 trifft. Der Laserstrahl 14 wird in dieser Optik 15 in eine Laserlinie mit einer Erstreckungsrichtung E (senkrecht zur Ebene der Figur) umgewandelt und trifft anschließend auf das rotierende Spiegelelement 16. Das Spiegelelement 16 weist eine Mehrzahl von Spiegelflächen auf, die um eine gemeinsame Rotationsachse 17 angeordnet sind. Die Rotationsgeschwindigkeit des Spiegelelementes 16 um die Rotationsachse 17 ist variabel einstellbar.
Das optische Vermessen einer Prüfgrube mit dem Prüfgrubenmesssystem erfolgt wie nachfolgend beschrieben:
Zunächst wird der in 2 gezeigte Referenzrahmen 20 auf dem mittels der Prüfgrube zu untersuchenden Bodenmaterial aufgelegt und mittels Bodenfixiermitteln 22 in diesem Bodenmaterial verankert. Der Referenzrahmen 20 ist einstückig ringförmig ausgebildet und umschließt eine Prüfgrubenoberfläche OF. Anschließend wird das Stativ 21 über die Positioniermittel 23 des Referenzrahmens 20 auf dem Referenzrahmen 20 aufgestellt. Die Positioniermittel 23 sind als Vertiefungen im Referenzrahmen 20 ausgebildet. Mit dem Stativ 21 verbunden ist die Messeinrichtung 1 mit den Kameras 11. Durch das Aufstellen des Stativs 21 auf die Positioniermittel 23 wird eine definierte Position der beiden Kameras 11 über dem Referenzrahmen 20 hergestellt. Nach dieser Positionierung wird die Prüfgrubenoberfläche OF in ihrem ersten Oberflächenzustand mit einer Mehrzahl zweidimensionaler Streifenlichtmuster durch die Projektionseinrichtung 10 bestrahlt (2). Anschließend werden mit den Kameras 11 in aus der jeweiligen Kameraposition erste Kamerabilder der Prüfgrube in diesem ersten Oberflächenzustand der Prüfgrubenoberfläche OF aufgenommen. Unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens werden die von der Steuerung 4 gesteuert aufgenommenen ersten Kamerabilder in der Datenverarbeitungseinrichtung 3 mit Hilfe der Daten zu Kamera-Aufnahmewinkeln und Entfernung der Kameras 11 zueinander und zur Referenzebene RE zu einer Oberflächentopologie des ersten Oberflächenzustands der Prüfgrubenoberfläche OF verarbeitet.
Danach wird das Stativ 21 mitsamt der Messeinrichtung 1 vom Referenzrahmen 20 entfernt. Auf dem Prüfgrubenboden verbleibt lediglich der ringförmige Referenzrahmen 20. Nun wird innerhalb des ringförmigen Referenzrahmens 20 Prüfgrubenmaterial ausgehoben. Der entnommene Aushub wird gewogen und insbesondere auf seinen Feuchtegehalt hin analysiert. Die Prüfgrubenoberfläche ist nun in einen im Vergleich zum ersten Oberflächenzustand unterschiedlichen, zweiten Oberflächenzustand überführt worden (siehe 3). Anschließend wird das Stativ 21 anhand der Positioniermittel 23 wieder in der exakt gleichen Position auf den Referenzrahmen 20 gestellt. In dieser Position werden mit der Projektionseinrichtung 10 wiederum zweidimensionale Streifenmuster auf die Prüfgrubenoberfläche OF projiziert. Nun werden zweite Kamerabilder vom zweiten Oberflächenzustand der Prüfgrubenoberfläche OF aufgenommen. Auch diese Kamerabilder werden unter Verwendung eines Triangulationsverfahrens in der Datenverarbeitungseinrichtung 3 zusammen mit Hilfe von Daten zu Aufnahmewinkel und Entfernung der Kameras 11 zueinander und zur Referenzebene RE zu einer Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche OF verarbeitet. Ergebnis dieser datentechnischen Verarbeitung ist die Oberflächentopologie der Prüfgrube im zweiten Oberflächenzustand. Anhand der Differenzbildung der Oberflächentopologien des ersten und des zweiten Oberflächenzustands der Prüfgrube wird das Volumen des ausgehobenen Materials berechnet, das der Änderung des Volumens der Prüfgrube entspricht.
Zur Verbesserung der berechneten Oberflächentopologien kann wie folgt vorgegangen werden: Nach dem Aufnehmen von ersten Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche OF im ersten Oberflächenzustand und der Berechnung der ersten Oberflächentopologie wird das Stativ 21 vom Referenzrahmen 20 abgehoben, in einem Drehwinkel von beispielsweise 90° gedreht und in neuer Position mit Hilfe der Positioniermittel 23 wieder auf dem Referenzrahmen 20 positioniert. Anschließend werden in dieser gedrehten Position mittels der Projektionseinheit 10 Streifenmuster auf die Prüfgrubenoberfläche OF projiziert. Nun werden mit den Kameras 11 erste Drehwinkel-Kamerabilder der Prüfgrubenoberfläche OF im ersten Oberflächenzustand aufgenommen. Daraus wird im Anschluss in der vorangehend beschriebenen Weise eine erste Drehwinkel-Oberflächentopologie berechnet. Aus der Oberflächentopologie und der Drehwinkel-Oberflächentopologie wird eine optimierte erste Oberflächentopologie im ersten Oberflächenzustand berechnet. Dadurch, dass der gleiche Oberflächenzustand der Prüfgrubenoberfläche OF aus zwei verschiedenen definierten Blickrichtungen fotografiert wird, können Messfehler der Prüfgrubenoberfläche OF, die beispielsweise durch Reflexionen oder Abschattungen entstehen, identifiziert werden. Für definierte Punkte auf der Prüfgrubenoberfläche OF gibt es somit immer mindestens einen Satz verwertbarer Bildmesswerte. Sind die verwertbaren Bildmesswerte über Plausibilitätsabfragen identifiziert, so erhöht sich dadurch die Qualität der errechneten Oberflächentopologien.
In gleicher Weise kann nach dem Aufnehmen der zweiten Kamerabilder vorgegangen werden, um die zweite Oberflächentopologie des zweiten Oberflächenzustands der Prüfgrubenoberfläche OF zu optimieren.
Im Ergebnis werden eine oder zwei optimierte Oberflächentopologien für die Berechnung des durch den Aushub erzeugten Prüfgrubenvolumens genutzt, was zu einem verbessertes Ergebnis bei der Volumenbestimmung führt.
Wenn das Stativ 21 entweder während des Aushubs der Prüfgrube also vor dem Aufnehmen der zweiten Kamerabilder oder zum verdrehten Aufsetzen vor der Aufnahme von Drehwinkel-Kamerabildern vom Referenzrahmen 20 entfernt wird, besteht jeweils die Gefahr, dass insbesondere in einer Baustellenumgebung Schmutz beispielsweise in Form von Erde oder Sand in die Positioniermittel 23 eingetragen wird. In einem solchen Fall wird das Stativ 21 im Ergebnis eine durch den Schmutz verursachte Schieflage einnehmen, die das Berechnungsergebnis des Prüfgrubenvolumens verfälscht.
Um dieser möglichen Fehlerursache zu begegnen wird wie folgt vorgegangen: In der ersten Aufnahmeposition des Stativs 21 werden auf der Referenzebene RE des Referenzrahmens 20 verteilt drei Messfelder 30 definiert. Diese sind in 1 schematisch dargestellt. Es sind bevorzugt virtuelle Messfelder 30, d.h. diese sind für einen Nutzer der Anlage nicht permanent sichtbar. Sie können jedoch beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung der Projektionseinheit 10 auf die Referenzebene RE des Referenzrahmens 20 projiziert und somit sichtbar gemacht werden. Die Messfelder 30 werden in der ersten Aufnahmeposition des Stativs 21 zusammen mit den ersten Kamerabildern aufgenommen. Alternativ können jedoch auch separate erste Messfeld-Kamerabilder der Messfelder 30 aufgenommen werden. Nach dem Zurücksetzen des Stativs 21 werden zusammen mit den zweiten Kamerabildern oder zusammen mit den Drehwinkel-Kamerabildern Aufnahmen der Messfelder 30 gemacht. Alternativ können in beiden Fällen auch separate zweite Messfeld-Kamerabilder gemacht werden. Anschließend wird aus den ersten Kamerabildern oder den ersten Messfeld-Kamerabildern für jedes Messfeld 30 eine erste Messfeldtopologie berechnet. Und aus den zweiten Kamerabildern oder aus den zweiten Messfeld-Kamerabildern wird für jedes Messfeld 30 eine zweite Messfeldtopologie berechnet. Aus der ersten Messfeldtopologie wird für jedes Messfeld 30 ein erster z-Wert bestimmt. Der z-Wert gibt Auskunft über den Abstand des Messfeldes 30 zu den Kameras 11 der Messeinrichtung 1. Danach wird aus der zweiten Messfeldtopologie für jedes Messfeld 30 ein zweiter z-Wert bestimmt. Anschließend wird für jedes Messfeld 30 aus dem ersten und dem zweiten z-Wert eine z-Wertdifferenz gebildet. Liegt die z-Wertdifferenz für mindestens ein Messfeld 30 über einer Korrekturschwelle, so liegt eine beispielsweise durch Schmutz verursachte Schieflage vor und es wird eine Korrekturschieflage des Stativs 21 berechnet. Diese Korrekturschieflage des Stativs 21 wird bei der Verarbeitung aller Bildmesswerte berücksichtigt, die mit dem schief gelagerten Stativ 21 aufgenommen wurden. Dadurch erhält man als Ergebnis ein fehlerkorrigiertes Prüfgrubenvolumen.
Der Einsatz von Messfeldern wird hinsichtlich seiner Funktionalität bevorzugt wie folgt erweitert. Bei der Bestimmung des ersten z-Wertes oder des zweiten z Wertes wird für jedes Messfeld 30 eine Vielzahl ortsaufgelöster z-Werte innerhalb jedes Messfeldes 30 ermittelt. Diese Vielzahl von z-Werten wird analysiert und eine Gruppe gebildet, die die kleinsten 20% der z-Werte bilden. In dieser Gruppe wird nun eine Mittelwertbildung der z-Werte durchgeführt und daraus der erste und zweite z-Wert bestimmt. Durch die zweidimensional ortsaufgelöste Analyse der Messfelder 30 wird das System tolerant gegenüber einer teilweisen Verschmutzung der Messfelder 30.
Für beide beschriebenen Varianten des Einsatzes von Messfeldern können bevorzugt auf der Referenzebene RE neben den Messfeldern 30 davon räumlich beabstandete Ersatzmessfelder 31 definiert werden. Diese werden wie die Messfelder 30 vermessen. Eine Auswertung erfolgt aber nur dann, wenn die Messfelder 30 weitgehend verschmutzt sind oder eine Plausibilitätskontrolle der gebildeten z-Wert-Differenzen vorgenommen werden soll.
Mit den Ausführungsformen des optischen Prüfgrubenmesssystems, die neben den Kameras 11 über Drehwinkel-Kameras 110 (vergleiche 1) verfügen, kann folgendes Verfahren durchgeführt werden. Durch die zusätzlichen Drehwinkel-Kameras 110 muss das Stativ 21 mit der Messeinrichtung 1 für das Aufnehmen von Drehwinkel-Kamerabildern nicht mehr vom Referenzrahmen 20 abgehoben, gedreht und anschließend in neuer Position wieder mit dem Referenzrahmen 20 verbunden werden. Dies erspart Zeit und verhindert eine Fehlstellung des Stativs 21, die durch Schmutz verursacht wird, der durch zwischenzeitlich in die Positioniermittel 23 eindringenden Schmutz entstehen kann.
Das vorangehend beschriebene Prüfgrubenmesssystems kann auch zum Vermessen einer bei einem Zeitstandsdruckversuch verformten Weichmetallfolie verwendet werden. Anstelle der Prüfgrubenoberfläche OF wird eine Oberflächentopologie einer Weichmetallfolie aufgenommen. Der Dehnungswert der Verformungen der Weichmetallfolie wird ortaufgelöst farbig in der Darstellung der Oberflächentopologie wiedergegeben. Der Dehnungswert dient zur Einschätzung der Eignung von Kunststoffdichtungsbahnen im Deponiebau und darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten.
Bezugszeichenliste

OF: Prüfgrubenoberfläche
E: Erstreckungsrichtung
V, z: Vertikalachse, z-Achse
RE: Referenzebene
1: Messeinrichtung
2: Positioniereinrichtung
3: Datenverarbeitungseinheit
4: Steuerung
10: Projektionseinheit
11: Kameras
110: Drehwinkel-Kameras
13: Laser
14: Laserstrahl
15: Optik
16: Spiegelelemente
17: Rotationsachse
20: Referenzrahmen
21: Stativ
22: Bodenfixiermittel
23: Positioniermittel
24: Referenzmarkierung
30: Messfeld
31: Ersatzmessfeld

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007010532 B3 [0005]

Claims

Prüfgrubenmesssystem zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche (OF), enthaltend a) eine Messeinrichtung (1) zum optischen Vermessen der Prüfgrubenoberfläche (OF); b) eine Positioniereinrichtung (2) zum Positionieren der Messeinrichtung (1) über der Prüfgrubenoberfläche (OF), c) eine in die Messeinrichtung (1) integrierte oder extern mit der Messeinrichtung (1) verbundene Datenverarbeitungseinheit (3); und d) eine zum Steuern des Zusammenwirkens von Messeinrichtung (1) und Datenverarbeitungseinheit (3) ausgelegte elektronische Steuerung (4); dadurch gekennzeichnet, dass e) die Messeinrichtung (1) eine Projektionseinheit (10) zur Projektion einer Mehrzahl unterschiedlicher zweidimensionaler Lichtmuster auf die Prüfgrubenoberfläche (OF) und mindestens eine Kamera (11) zur Aufnahme von Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche (OF) aus definierten Kameraaufnahmepositionen aufweist, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (3) und die Steuerung (4) derart ausgebildet und eingerichtet sind, um aus den Kamerabildern über ein Triangulationsverfahren eine Topologie der Prüfgrubenoberfläche (OF) zu ermitteln.
Prüfgrubenmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (2) einen die Prüfgrube zumindest teilweise umschließenden Referenzrahmen (20) und ein die Messeinrichtung (1) aufnehmendes Stativ (21) aufweist, wobei der Referenzrahmen (20) eine Referenzebene (RE) für die Messeinrichtung (1) aufweist.
Prüfgrubenmesssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzrahmen (20) strukturell ausgebildete Positioniermittel (23) zum Anbringen des Stativs (21) am Referenzrahmen (20) in einer definierten Position aufweist.
Prüfgrubenmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zusätzlich zu der mindestens einen Kamera (11) mindestens eine Drehwinkel-Kamera (110) zum Generieren von Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche (OF) aus anderen Kameraaufnahmepositionen aufweist, wobei die mindestens eine Drehwinkel-Kamera (110) zur mindestens einen Kamera (11) um einen Kamera-Drehwinkel versetzt angeordnet ist.
Prüfgrubenmesssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Positioniermittel (23) am Referenzrahmen (20) ausgebildet ist, derart, dass eine Mehrzahl unterschiedlicher Aufnahmepositionen des am Referenzrahmen (20) angebrachten Stativs (21) relativ zum Referenzrahmen (20) realisierbar ist.
Prüfgrubenmesssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzrahmen (20) mindestens eine ablesbare Referenzmarkierung (24) zur Ermittlung einer relativen Position zwischen Messeinrichtung (1) und Referenzrahmen (20) aufweist.
Prüfgrubenmesssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzrahmen (20) ringförmig ausgebildet ist
Prüfgrubenmesssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit (10) ausgebildet ist, ein zweidimensionales Streifenlichtmuster zu projizieren.
Prüfgrubenmesssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionseinheit (10) einen Laser (13) mit einem Laserstrahl (14) aufweist, wobei der Laserstrahl (14) über eine Optik (15) als Laserlinie mit einer Erstreckungsrichtung (E) auf ein rotierendes Spiegelelement (16) fällt.
Prüfgrubenmesssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelelement (16) um eine Rotationsachse (17) rotiert, die parallel zu der Erstreckungsrichtung (E) der Laserlinie angeordnet ist.
Verfahren zur optischen Vermessung einer Prüfgrubenoberfläche (OF) mit den folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10, an einer Prüfgrubenoberfläche (OF), – Beleuchtung der Prüfgrubenoberfläche (OF) in einem ersten Oberflächenzustand mit mindestens einem zweidimensionalen Lichtmuster mittels der Projektionseinheit (10), – Aufnahme von ersten Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche (OF) in dem ersten Oberflächenzustand aus einer ersten Aufnahmeposition des Stativs (21) relativ zur Referenzebene (RE) des Referenzrahmens (20) mit der mindestens einen Kamera (11), – Berechnung einer ersten Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche (OF) in ihrem ersten Oberflächenzustand mittels der ersten Kamerabilder, – Ausheben von Prüfgrubenmaterial derart, dass die Prüfgrubenoberfläche (OF) in einen zweiten Oberflächenzustand überführt wird, – Beleuchtung der Prüfgrubenoberfläche (OF) in ihrem zweiten Oberflächenzustand mit mindestens einem zweidimensionalen Lichtmuster mittels der Projektionseinheit (10), – Aufnahme von zweiten Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche (OF) in dem zweiten Oberflächenzustand aus der ersten Aufnahmeposition des Stativs (21) relativ zur Referenzebene (RE) des Referenzrahmens (20) mit der mindestens einen Kamera (11), – Berechnung einer zweiten Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche (OF) im zweiten Oberflächenzustand mittels der zweiten Kamerabilder, – Berechnung eines Volumens des ausgehobenen Prüfgrubenmaterials mittels der ersten Oberflächentopologie und der zweiten Oberflächentopologie.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei ein Prüfgrubenmesssystem gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10 bereitgestellt wird und folgende Verfahrensschritte jeweils nach der Aufnahme der ersten Kamerabilder und/oder nach Aufnahme der zweiten Kamerabilder durchgeführt werden: – Überführen des Stativs (21) in eine zweite Aufnahmeposition, wobei in der zweiten Aufnahmeposition die Kameras (11) im gleichen Abstand zur Referenzebene (RE) angeordnet und um eine Vertikalachse (V) senkrecht zur Referenzebene (RE) gedreht sind, – Ermittlung eines Drehwinkels zwischen der ersten Aufnahmeposition und der zweiten Aufnahmeposition durch eine Positionsauswertung der Referenzmarkierung (24), – Aufnahme von Drehwinkel-Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche (OF) im ersten Oberflächenzustand und/oder im zweiten Oberflächenzustand mit der mindestens einen Kamera (11) aus der zweiten Aufnahmeposition des Stativs (21) – Berechnung einer Drehwinkel-Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche (OF) im ersten Oberflächenzustand und/oder im zweiten Oberflächenzustand mittels der Drehwinkel-Kamerabilder und – Zusammenführen der ersten Oberflächentopologie und/oder der zweiten Oberflächentopologie mit der zugehörigen Drehwinkel-Oberflächentopologie durch einen Vergleichsvorgang mit Plausibilitätsprüfung zum Generieren einer optimierten ersten und/oder optimierten zweiten Oberflächentopologie.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei ein Prüfgrubenmesssystem gemäß einem der Ansprüche 4 bis 10 rückbezogen auf Anspruch 4 bereitgestellt wird und folgende Verfahrensschritte jeweils nach der Aufnahme der ersten Kamerabilder und/oder nach Aufnahme der zweiten Kamerabilder durchgeführt werden: – Aufnahme von Drehwinkel-Kamerabildern der Prüfgrubenoberfläche (OF) im ersten Oberflächenzustand und/oder im zweiten Oberflächenzustand mit mindestens einen Drehwinkel-Kamera (110), – Berechnung einer Drehwinkel-Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche (OF) im ersten Oberflächenzustand und/oder im zweiten Oberflächenzustand mittels der Drehwinkel-Kamerabilder und – Zusammenführen der ersten Oberflächentopologie und/oder der zweiten Oberflächentopologie mit der zugehörigen Drehwinkel-Oberflächentopologie durch einen Vergleichsvorgang mit Plausibilitätsprüfung zum Generieren einer optimierten ersten und/oder optimierten zweiten Oberflächentopologie.
Verfahren gemäß Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Aufnahmeposition zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden: – Definieren einer Mehrzahl von Messfeldern (30) in Form von auf der Referenzebene (RE) liegenden Flächen, die beabstandet voneinander auf der Referenzebene (RE) verteilt angeordnet sind, – Aufnahme der Messfelder (30) mit den ersten Kamerabildern oder mit ersten Messfeld-Kamerabildern und dass in der zweiten Aufnahmeposition zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden: – Aufnahme der definierten Messfelder (30) mit den zweiten Kamerabildern oder mit zweiten Messfeld-Kamerabildern, und weiterhin – Bestimmung einer ersten Messfeldtopologie in der ersten Aufnahmeposition mit den ersten Kamerabildern oder mit den ersten Messfeld-Kamerabildern, – Bestimmung einer zweiten Messfeldtopologie in der zweiten Aufnahmeposition mit den zweiten Kamerabildern oder mit den zweiten Messfeld(30)-Kamerabildern, – Bestimmung eines ersten z-Werts für jedes Messfeld (30) als deren Abstand zu den Kameras (11) parallel zur Vertikalachse (V) aus der ersten Topologie des Messfeldes (30), – Bestimmung eines zweiten z-Werts für jedes Messfeld (30) als deren Abstand zu den Kameras (11) parallel zur Vertikalachse (V) aus der zweiten Topologie des Messfeldes (30), – Bildung der z-Wert-Differenz zwischen dem ersten z-Wert und dem zweiten z-Wert für jedes Messfeld (30), – wenn mindestens einer der z-Wert-Differenzen über einer Korrekturschwelle liegt, wird eine Korrekturschieflage des Stativs (21) in der zweiten Aufnahmeposition berechnet, – sofern die Korrekturschieflage des Stativs (21) in der zweiten Aufnahmeposition errechnet worden ist, wird vor dem Verfahrensschritt des Zusammenführens der ersten Oberflächentopologie und/oder der zweiten Oberflächentopologie mit der zugehörigen Drehwinkel-Oberflächentopologie eine Lagekorrektur der Drehwinkel-Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche (OF) unter Einbeziehung der Korrekturschieflage des Stativs (21) durchgeführt.
Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Aufnahmeposition zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden: – Definieren einer Mehrzahl von Messfeldern (30) in Form von auf der Referenzebene (RE) liegenden Flächen, die beabstandet voneinander auf der Referenzebene (RE) verteilt angeordnet sind, – Aufnahme der Messfelder (30) mit den ersten Kamerabildern oder mit ersten Messfeld-Kamerabildern, und dass nach dem Überführen der Prüfgrubenoberfläche (OF) in den zweiten Oberflächenzustand in der ersten Aufnahmeposition des Stativs (21) zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden: – Aufnahme der definierten Messfelder (30) mit den zweiten Kamerabildern oder mit zweiten Messfeld-Kamerabildern, und weiterhin – Bestimmung einer ersten Messfeldtopologie in der ersten Aufnahmeposition mit den ersten Kamerabildern oder mit den ersten Messfeld-Kamerabildern, – Bestimmung einer zweiten Messfeldtopologie in der ersten Aufnahmeposition mit den zweiten Kamerabildern oder mit den zweiten Messfeld-Kamerabildern, – Bestimmung eines ersten z-Werts für jedes Messfeld (30) aus der ersten Messfeldtopologie als dessen Abstand zu der Messeinrichtung parallel zur Vertikalachse (V), – Bestimmung eines zweiten z-Werts für jedes Messfeld (30) aus der zweiten Messfeldtopologie als dessen Abstand zu der Messeinrichtung parallel zur Vertikalachse (V), – Bildung von z-Wert-Differenzen zwischen dem ersten z-Wert und dem zweiten z-Wert für jedes Messfeld (30), – wenn mindestens einer der z-Wert-Differenzen über einer Korrekturschwelle liegt, wird eine Korrekturschieflage des Stativs (21) in der ersten Aufnahmeposition nach dem Überführen der Prüfgrubenoberfläche in den zweiten Oberflächenzustand berechnet, – sofern die Korrekturschieflage des Stativs (21) in der ersten Aufnahmeposition nach dem Überführen der Prüfgrubenoberfläche in den zweiten Oberflächenzustand berechnet worden ist, wird vor dem Verfahrensschritt der Berechnung der zweiten Oberflächentopologie eine Korrektur der zweiten Oberflächentopologie der Prüfgrubenoberfläche (OF) unter Einbeziehung der Korrekturschieflage des Stativs (21) durchgeführt.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt der Bestimmung des ersten z-Wertes oder des zweiten z-Wertes für jedes Messfeld (30) folgende Schritte aufweist: – Ermittlung einer Vielzahl ortsaufgelöster z-Werte innerhalb jedes Messfeldes (30), – Analyse der Vielzahl an z-Werten und Bestimmung einer Untergruppe an z-Werten, die die kleinsten 30%, bevorzugt 25% und besonders bevorzugt 20% der Vielzahl der z-Werte bilden und – Mittelwertbildung der Untergruppe an z-Werten zur Bestimmung des ersten z-Wertes oder des zweiten z-Wertes.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass auf der Referenzebene (RE) neben den Messfeldern (30) davon räumlich beabstandete Ersatzmessfelder (31) definiert sind, die wie die Messfelder (30) vermessen werden, wobei deren Auswertung nur dann vorgenommen wird, wenn die Messfelder (30) weitgehend verschmutzt sind oder eine Plausibilitätskontrolle der gebildeten z-Wert-Differenzen vorgenommen werden soll.
Verwendung eines Prüfgrubenmesssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Vermessung der Oberflächentopologie eines verformten plattenförmigen Elements, das einem Zeitstands-Druckversuch ausgesetzt worden ist.
Verwendung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberflächentopologie des verformten plattenförmigen Elements ermittelt und aus der Oberflächentopologie in der Ebene des plattenförmigen Elements ortsaufgelöst Dehnungswerte berechnet werden.