DE102015214857A1 - Method and system for creating a three-dimensional model of a production environment - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung (1), insbesondere einer Produktionsumgebung, mit einer Anzahl an Objekten (2, 3, 4), insbesondere Produktionsressourcen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem Schritt a) die Anordnung von zumindest drei Markern (7, 8, 9, 10) in der zu vermessenden Umgebung (1), wobei jeder der Marker (7, 8, 9, 10) derart beschaffen ist, dass er durch einen Laserscanner (5), der zur Abtastung der Umgebung (1) ausgebildet ist, von unterschiedlichen Messorten erfassbar und eindeutig identifizierbar ist. In einem Schritt b) erfolgt die Ermittlung zumindest eines Parameters (12, 13, 14, 15) für jeden der Marker (7, 8, 9, 10), wobei der zumindest eine Parameter (12, 13, 14, 15) die jeweilige Lage des Markers (7, 8, 9, 10) relativ zu dem an einem Messort (11) angeordneten Laserscanner (5) charakterisiert, wobei die Ermittlung des zumindest einen Parameters (12, 13, 14, 15) durch Abtastung der Umgebung (1) mit dem Laserscanner (5) erfolgt, der an dem Messort (11) angeordnet ist. In Schritt c) wird die Umgebung (1) mit dem Laserscanner (5) von einem ersten Messort (11) aus abgetastet, wobei bei der Abtastung eine erste Punktwolke mit einer diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Umgebung (1) ermittelt wird. Ferner umfasst die Erfindung in einem Schritt d) die Erkennung und Detektion der Lage der zumindest drei Marker (7, 8, 9, 10) in der ersten Punktwolke durch Verarbeitung des für jeden Marker (7, 8, 9, 10) ermittelten Parameters (12, 13, 14, 15). In Schritt e) erfolgt eine Wiederholung der Schritte b), c) und d) für zumindest einen zweiten Messort (11), wodurch zumindest eine zweite Punktwolke und die Lage der zumindest drei Marker (7, 8, 9, 10) in der zweiten Punktwolke gewonnen wird. Schließlich wird in einem Schritt f) eine Oberflächengeometrie aus der ersten und der zumindest einen zweiten Punktwolke ermittelt, indem die Abtastpunkte der ersten und der zumindest einen zweiten Punktwolke derart kombiniert werden, dass die zumindest drei Marker (7, 8, 9, 10) aller Punktwolken bei der Überlagerung ineinander liegen.The invention describes a method for creating a three-dimensional model of an environment (1), in particular a production environment, with a number of objects (2, 3, 4), in particular production resources. The method according to the invention comprises, in a step a), the arrangement of at least three markers (7, 8, 9, 10) in the environment (1) to be measured, each of the markers (7, 8, 9, 10) being such in that it can be detected and clearly identified by different measuring locations by means of a laser scanner (5) which is designed to scan the surroundings (1). In a step b), at least one parameter (12, 13, 14, 15) is determined for each of the markers (7, 8, 9, 10), the at least one parameter (12, 13, 14, 15) being the respective Position of the marker (7, 8, 9, 10) relative to the at a measuring point (11) arranged laser scanner (5) characterized, wherein the determination of the at least one parameter (12, 13, 14, 15) by scanning the environment (1 ) with the laser scanner (5), which is arranged at the measuring location (11). In step c), the environment (1) is scanned with the laser scanner (5) from a first measuring location (11), wherein the sampling a first point cloud with a discrete set of three-dimensionally distributed sampling points of the environment (1) is determined. Furthermore, in a step d) the invention comprises the detection and detection of the position of the at least three markers (7, 8, 9, 10) in the first point cloud by processing the parameter determined for each marker (7, 8, 9, 10) ( 12, 13, 14, 15). In step e), steps b), c) and d) are repeated for at least one second measuring location (11), whereby at least one second point cloud and the position of the at least three markers (7, 8, 9, 10) in the second Point cloud is won. Finally, in a step f), a surface geometry from the first and the at least one second point cloud is determined by combining the sampling points of the first and the at least one second point cloud such that the at least three markers (7, 8, 9, 10) of all Point clouds lie in each other when superimposed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung, insbesondere Produktionsumgebung, mit einer Anzahl an Objekten, insbesondere Produktionsressourcen. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Laserscanner, einen Marker und ein System zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells, welches einen erfindungsgemäßen Laserscanner und mehrere erfindungsgemäße Marker umfasst. The invention relates to a method for creating a three-dimensional model of an environment, in particular a production environment, with a number of objects, in particular production resources. The invention further relates to a laser scanner, a marker and a system for creating a three-dimensional model comprising a laser scanner according to the invention and a plurality of markers according to the invention.

Laserscanning oder Laserabtastung bezeichnet das zeilen- oder rasterartige Überstreichen von Oberflächen oder Körpern mit einem Laserstrahl, um diese zu vermessen, zu bearbeiten oder um ein Bild zu erzeugen. Sensoren, die den Laserstrahl entsprechend ablenken, heißen Laserscanner. Ein Laserscanner besteht aus einem Scan- oder Abtastkopf und einer Treiber- und Ansteuerelektronik. Beim Laserscanning wird die Oberflächengeometrie von Gegenständen, z.B. mittels Pulslaufzeit, Phasendifferenz im Vergleich zu einer Referenz oder durch Triangulation von Laserstrahlen, digital erfasst. Dabei entsteht eine diskrete Menge von Abtastpunkten, die als Punktwolke bezeichnet wird. Die Koordinaten der gemessenen Punkte werden aus den Winkeln und der Entfernung in Bezug zu einem Ursprung, z.B. dem Standort des Laserscanners, ermittelt. Das dreidimensionale Laserscanning liefert als Ergebnis eine dreidimensionale Punktwolke und somit ein vollständiges Abbild einer Messszene. Anhand der Punktwolke werden beispielsweise Einzelmaße, wie z.B. Längen und Winkel, bestimmt oder es wird aus ihr eine geschlossene Oberfläche konstruiert und zur Visualisierung verwendet. Dadurch ist es beispielsweise möglich, im Umfeld von Produktionsanlagen, ein vollständiges dreidimensionales Modell der Produktionsumgebung mit einer darin angeordneten Anzahl an Produktionsressourcen zu erstellen. Produktionsressourcen können beispielsweise Roboter, Maschinen, Werkzeuge, Wände, Säulen, Träger oder andere Gegenstände sein. Laser scanning or laser scanning refers to the line or raster-like sweeping of surfaces or bodies with a laser beam in order to measure, process or create an image. Sensors that deflect the laser beam accordingly are called laser scanners. A laser scanner consists of a scanning or scanning head and a driver and control electronics. In laser scanning, the surface geometry of objects, e.g. by means of pulse transit time, phase difference in comparison to a reference or by triangulation of laser beams, recorded digitally. This results in a discrete set of sampling points, which is referred to as a point cloud. The coordinates of the measured points are determined from the angles and the distance with respect to an origin, e.g. the location of the laser scanner. As a result, three-dimensional laser scanning yields a three-dimensional point cloud and thus a complete image of a measurement scene. On the basis of the point cloud, for example, individual dimensions, such as Lengths and angles, determined or it is constructed from a closed surface and used for visualization. This makes it possible, for example, to create a complete three-dimensional model of the production environment with a number of production resources arranged therein in the vicinity of production plants. Production resources can be, for example, robots, machines, tools, walls, columns, carriers or other objects.

Ein Problem der Erstellung eines dreidimensionalen Modells besteht darin, dass es erforderlich ist, den Laserscanner derart zu platzieren, dass möglichst alle Abschattungen kompensiert werden können. Ist dies nicht möglich, sind mehrere Messungen von unterschiedlichen Messorten durchzuführen und die jeweiligen Punktwolken miteinander zu kombinieren. A problem of creating a three-dimensional model is that it is necessary to place the laser scanner in such a way that as far as possible all shadowing can be compensated. If this is not possible, several measurements must be taken from different measuring locations and the respective point clouds combined.

Ein Verfahren zur Detektion bzw. Lageerkennung von bekannten Objekten ist beispielsweise aus der EP 0 364 614 A1 bekannt. Als Kriterium für die Erkennung der Lage und Orientierung des bekannten Körpers bezüglich einer Referenzlage wird die Berechnung der Trägheitsmomente der Schnittlinie zwischen einer Körperoberfläche eines Messobjekts, das der an sich bekannter Körper ist, und einem virtuellen Volumenprimitiv, sowie einer daran anschließenden Hauptachsentransformation genutzt. Auch dieses Verfahren kann jedoch nicht das Problem von Abschattungen bei einer Abtastung berücksichtigen und erfordert mehrfache Messungen von unterschiedlichen Messorten und deren Kombination. A method for detection or position detection of known objects is for example from the EP 0 364 614 A1 known. As a criterion for the recognition of the position and orientation of the known body with respect to a reference position, the calculation of the moments of inertia of the line of intersection between a body surface of a measurement object, which is the known body, and a virtual volume primitive, and a subsequent main axis transformation is used. However, this method, too, can not address the problem of shadowing in a scan and requires multiple measurements of different measurement locations and their combination.

Die US 2011/052263 A1 offenbart einen Scanner, mit dem die Erstellung einer dreidimensionalen Abbildung einer Umgebung ermöglicht wird. The US 2011/052263 A1 discloses a scanner that allows the creation of a three-dimensional image of an environment.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das die Erstellung eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung, insbesondere einer Produktionsumgebung mit einer Anzahl an Produktionsressourcen, auf einfachere und schnellere Weise mit hoher Präzision ermöglicht. It is an object of the present invention to provide a method that enables the creation of a three-dimensional model of an environment, in particular a production environment with a number of production resources, in a simpler and faster manner with high precision.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Laserscanner und weitere Hilfsmittel anzugeben, welche die effiziente Durchführung des Verfahrens ermöglichen. Another object of the invention is to provide a laser scanner and other tools that enable the efficient implementation of the method.

Es ist schließlich Aufgabe der Erfindung, ein System zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung anzugeben, welches die schnelle Durchführung des Verfahrens mit hoher Effizienz und geringem Aufwand erlaubt. It is finally an object of the invention to provide a system for creating a three-dimensional model of an environment, which allows the rapid implementation of the method with high efficiency and little effort.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1, ein Computerprogrammprodukt gemäß den Merkmalen des Anspruches 14, einen Marker gemäß den Merkmalen des Anspruches 15, einen Laserscanner gemäß den Merkmalen des Anspruches 18 und ein System gemäß den Merkmalen des Anspruches 22. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. These objects are achieved by a method according to the features of claim 1, a computer program product according to the features of claim 14, a marker according to the features of claim 15, a laser scanner according to the features of claim 18 and a system according to the features of claim 22. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung mit einer Anzahl an Objekten. Bei der Umgebung handelt es sich insbesondere um eine Produktionsumgebung mit Produktionsressourcen. Solche Produktionsressourcen können beispielsweise Roboter, Maschinen, Werkzeuge sein. Andere Objekte sind beispielsweise Wände, Säulen, Träger oder andere Gegenstände in der Umgebung. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • a) Anordnung von zumindest drei Markern in der zu vermessenden Umgebung, wobei jeder der Marker derart beschaffen ist, dass er durch einen Laserscanner, der zur Abtastung der Umgebung ausgebildet ist, von unterschiedlichen Messorten erfassbar, insbesondere eindeutig, identifizierbar, ist. Die Marker können derart in der Umgebung angeordnet sein, dass diese nach einer Abtastung rückstandslos von ihrem Anbringungsort entfernbar bzw. von diesem demontierbar sind. Die Anbringungsorte der Marker können derart beschaffen sein, dass diese auch für spätere Messungen wieder verwendet werden können.
  • b) Ermittlung zumindest eines Parameters für jeden der Marker, wobei der zumindest eine Parameter die jeweilige Lage des Markers relativ zu dem an einem Messort angeordneten Laserscanner charakterisiert, wobei die Ermittlung des zumindest einen Parameters durch Abtastung der Umgebung mit dem Laserscanner erfolgt, der an dem Messort angeordnet ist. Durch diesen Schritt wird somit die Position jedes der Marker relativ zu einem bestimmten Messort durch Abtastung mit dem Laserscanner ermittelt.
  • c) Abtastung der Umgebung mit dem Laserscanner von einem ersten Messort aus, wobei bei der Abtastung eine erste Punktwolke mit einer diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Umgebung ermittelt wird. Die Abtastung der Umgebung mit dem Laserscanner von dem ersten Messort aus erfolgt zeitlich nachdem für jeden der Marker der in Schritt b) erwähnte, zumindest eine Parameter ermittelt wurde.
  • d) Erkennung und Detektion der Lage der zumindest drei Marker in der ersten Punktwolke durch Verarbeitung des für jeden Marker ermittelten Parameters. Die Erkennung und Detektion der Lage der zumindest drei Parameter erfolgt unter Zuhilfenahme der in Schritt b) vorab ermittelten Parameter, welche die jeweilige Lage eines Markers relativ zu dem Messort charakterisieren.
  • e) Wiederholung der Schritte b), c) und d) für zumindest einen zweiten Messort, wodurch eine zweite Punktwolke und die Lage der zumindest drei Marker in der zweiten Punktwolke gewonnen wird. Der zweite Messort ist ein von dem ersten Messort unterschiedlicher Messort. Von dem zweiten Messort wird die Umgebung aus einer anderen Perspektive abgetastet.
  • f) Ermittlung einer Oberflächengeometrie aus der ersten und der zumindest einen zweiten Punktwolke, indem die Abtastpunkte der ersten und der zumindest einen zweiten Punktwolke derart kombiniert werden, dass die zumindest drei Marker aller Punktwolken bei der Überlagerung ineinander liegen. Dadurch ist durch mehrfache Abtastung die Ermittlung einer vollständigen Oberflächengeometrie der Umgebung möglich.
The object is achieved by a method for creating a three-dimensional model of an environment with a number of objects. In particular, the environment is a production environment with production resources. Such production resources can be, for example, robots, machines, tools. Other objects include walls, pillars, beams, or other objects in the area. The method comprises the steps:
  • a) arrangement of at least three markers in the environment to be measured, each of the markers being such that it can be detected, in particular unambiguously, identifiable by a laser scanner, which is designed to scan the environment, from different measurement locations. The markers can be arranged in the environment such that they are without residue after scanning from their mounting location removable or can be removed from this. The locations of the markers can be such that they can also be used again for later measurements.
  • b) determining at least one parameter for each of the markers, wherein the at least one parameter characterizes the respective position of the marker relative to the laser scanner arranged at a measuring location, wherein the determination of the at least one parameter takes place by scanning the surroundings with the laser scanner which is connected to the laser scanner Measuring location is arranged. This step thus determines the position of each of the markers relative to a particular measurement location by scanning with the laser scanner.
  • c) scanning the environment with the laser scanner from a first measurement location, wherein the scan is a first point cloud with a discrete amount of three-dimensionally distributed sampling points of the environment is determined. The scanning of the environment with the laser scanner from the first measuring location takes place in time after at least one parameter has been determined for each of the markers mentioned in step b).
  • d) Detecting and detecting the position of the at least three markers in the first point cloud by processing the parameter determined for each marker. The detection and detection of the position of the at least three parameters takes place with the aid of the parameters determined in advance in step b), which characterize the respective position of a marker relative to the measuring location.
  • e) repeating steps b), c) and d) for at least one second measuring location, whereby a second point cloud and the position of the at least three markers in the second point cloud is obtained. The second location is a different location from the first location. From the second location, the environment is scanned from a different perspective.
  • f) Determining a surface geometry from the first and the at least one second point cloud, by combining the sampling points of the first and the at least one second point cloud in such a way that the at least three markers of all point clouds lie in one another during the superposition. As a result, multiple sampling makes it possible to determine a complete surface geometry of the environment.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein an sich bekanntes Verfahren genutzt, indem eine zu vermessende Umgebung aus unterschiedlichen Perspektiven mit Hilfe eines Laserscanners abgetastet wird. Um die bei den verschiedenen Abtastungen erfassten Messwerte in Gestalt von Abtastpunkten im dreidimensionalen Raum miteinander kombinieren zu können, wird eine Anzahl an Markern in der zu vermessenden Umgebung angeordnet. Bei herkömmlichen Verfahren werden die Marker durch eine Recheneinheit im Nachgang zu einer Abtastung erkannt werden. Nach der Erkennung erfolgt die Ermittlung einer geometrischen Relation der Marker zueinander. Beispielsweise können dazu die Mittelpunkte der als Kugeln ausgebildeten Marker und deren Distanz zueinander bestimmt werden. Dieses Vorgehen muss für jede Abtastung wiederholt werden. Durch „Übereinanderlegen“ der Geometrie der Marker im dreidimensionalen Raum und einer Prüfung, ob diese ineinander passen, kann dann das Gesamtmodell ermittelt werden. Dieses Vorgehen ist jedoch zeit- und rechenintensiv, da die Marker durch Verarbeitung der dreidimensional verteilten Abtastpunkte aus den Punktwolken ermittelt, d.h. erkannt, werden müssen. Dabei kommt es häufig zu Fehlern, wenn beispielsweise den Markern ähnliche Objekte oder Gegenstände fälschlicherweise als Marker identifiziert werden. Hierdurch ist häufig eine manuelle Nachbearbeitung erforderlich. In the method according to the invention, a method known per se is used by scanning an environment to be measured from different perspectives with the aid of a laser scanner. In order to be able to combine the measured values acquired in the various scans in the form of sampling points in three-dimensional space, a number of markers are arranged in the environment to be measured. In conventional methods, the markers will be recognized by a computing unit following a scan. After recognition, the determination of a geometric relation of the markers takes place relative to one another. For example, the centers of the markers formed as balls and their distance from one another can be determined for this purpose. This procedure must be repeated for each scan. By "overlaying" the geometry of the markers in three-dimensional space and checking whether they fit together, the overall model can then be determined. However, this approach is time consuming and computationally intensive because the markers are determined by processing the three-dimensionally distributed sampling points from the point clouds, i. to be recognized. This often leads to errors, for example, if the markers similar objects or objects are incorrectly identified as a marker. This often requires manual post-processing.

Im Gegensatz dazu sieht das vorliegende Verfahren vor, die Position der Marker in der zu vermessenden Umgebung vorab mit Hilfe des Laserscanners zu bestimmen. Ebenso kann beispielsweise eine geometrische Relation der Marker zueinander bereits vor der eigentlichen Abtastung der Umgebung erfolgen. Damit ist bereits während der nachfolgenden Abtastung(en) bekannt, wo in den Punktwolken die Marker enthalten sind. Dadurch ist die Nachbearbeitung der Abtastungen schneller, ebenso kann ein aufwändiges Preprocessing entfallen, um Marker in den einzelnen Abtastungen zu detektieren. Insbesondere können Fehler im Hinblick auf die Identifikation von Markern vermieden werden. Im Ergebnis ist es zudem möglich, in Echtzeit bzw. während eines Abtastvorgangs festzustellen, an welchem Messort sich der Laserscanner befindet, wodurch ebenfalls die Weiterverarbeitung der Abtastwerte vereinfacht wird. In contrast, the present method provides for determining the position of the markers in the environment to be measured in advance by means of the laser scanner. Likewise, for example, a geometric relation of the markers to each other can already take place before the actual scanning of the surroundings. Thus it is already known during the subsequent scan (s) where the markers are contained in the point clouds. As a result, the post-processing of the samples faster, as well as a costly preprocessing can be omitted to detect markers in the individual scans. In particular, errors with regard to the identification of markers can be avoided. As a result, it is also possible to determine in real time or during a scanning process at which measuring location the laser scanner is located, which also simplifies the further processing of the sampled values.

Der Parameter, der die jeweilige Lage der Marker relativ zu dem an einem der Messorte angeordneten Laserscanner beschreibt, umfasst zweckmäßigerweise eine Richtungsinformation. Die Richtung bezieht sich dabei auf ein zuvor definiertes Koordinatensystem, welches zweckmäßigerweise kartesisch ist. Der Ursprung des Koordinatensystems kann grundsätzlich beliebig gewählt werden. So ist es möglich, dass der Ursprung des Koordinatensystems in der zu vermessenden Umgebung liegt. Der Ursprung des Koordinatensystems kann jedoch auch außerhalb der zu vermessenden Umgebung gewählt sein, und z.B. in einem markanten Punkt liegen, wie z.B. einem Gebäude, einem Kirchturm, usw. The parameter which describes the respective position of the markers relative to the laser scanner arranged at one of the measuring locations expediently comprises a direction information. The direction refers to a previously defined coordinate system, which is expediently Cartesian. The origin of the coordinate system can basically be chosen arbitrarily. So it is possible that the origin of the coordinate system lies in the environment to be measured. However, the origin of the coordinate system may also be chosen outside the environment to be measured, and e.g. are at a prominent point, such as a building, a church tower, etc.

Zweckmäßigerweise umfasst der Parameter, der die jeweilige Lage der Marker relativ zu dem an einem der Messorte angeordneten Laserscanner beschreibt, eine Distanz zwischen dem Laserscanner und dem jeweiligen Marker sowie zumindest eine Winkelinformation. Die Distanz bezieht sich z.B. auf einen bekannten Ursprung des Laserscanners und einen Mittelpunkt des Markers. Die Winkelinformation wiederum bezieht sich auf das zuvor gewählte Koordinatensystem. Expediently, the parameter which describes the respective position of the markers relative to the laser scanner arranged at one of the measuring locations comprises a distance between the laser scanner and the respective marker as well as at least one Angle information. The distance refers, for example, to a known origin of the laser scanner and a center of the marker. The angle information in turn refers to the previously selected coordinate system.

Die Anzahl der Marker kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, solange bei jeder Abtastung zumindest drei Marker in den erfassten Daten enthalten sind. Dabei ist zu beachten, dass die aus Abtastungen resultierenden Punktwolken, welche miteinander kombiniert werden sollen, die gleichen drei Marker umfassen. Andernfalls ist eine Kombination und Referenzierung der Punktwolken bzw. Abtastungen (Scans) zueinander nicht möglich. The number of markers can basically be chosen arbitrarily, as long as each scan contains at least three markers in the acquired data. It should be noted that the point clouds resulting from scans, which are to be combined with each other, comprise the same three markers. Otherwise, a combination and referencing of the point clouds or scans to each other is not possible.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn zwischen der Abtastung der Umgebung mit dem Laserscanner von einem der Messorte und einer zeitlich darauf folgenden Abtastung der Umgebung von einem anderen der Messorte die Position und/oder Lage der Marker nicht verändert wird. Nur dadurch kann sichergestellt werden, dass bei miteinander zu kombinierende Punktwolken die drei Marker ineinander gelegt werden können. It is also expedient if the position and / or position of the markers is not changed between the scanning of the surroundings with the laser scanner from one of the measuring locations and a temporally subsequent scanning of the surroundings from another of the measuring locations. Only in this way can it be ensured that in the case of point clouds to be combined with one another, the three markers can be interlaced.

Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Laserscanner zur Ermittlung der Oberflächengeometrie der Umgebung nur solche Parameter verarbeitet, die solchen Markern zugeordnet sind, bei denen zwischen zwei Abtastungen keine Veränderung der Position detektiert wurde. Hierdurch ist sichergestellt, dass die zumindest drei Marker der Punktwolken bei der Überlagerung ineinander gelegt werden können, wodurch die korrekte Oberflächengeometrie der zu vermessenden Umgebung bestimmt werden kann. It can furthermore be provided that the laser scanner processes only the parameters associated with those markers for detecting the surface geometry of the environment in which no change in position was detected between two scans. This ensures that the at least three markers of the point clouds can be superposed in the overlay, whereby the correct surface geometry of the environment to be measured can be determined.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst jeder der Marker eine Kommunikationseinrichtung, wobei zur Ermittlung des zumindest einen Parameters ein jeweiliger Marker ein Signal oder eine Nachricht aussendet, anhand dem oder der der Laserscanner eine jeweilige Lageinformation des betreffenden Markers ermitteln kann. Beispielsweise kann hierzu ein Marker ein Schallsignal aussenden. Der Laserscanner ermittelt aus dem Schallsignal die Richtung und eventuell auch die (ungefähre) Distanz zu dem das Schallsignal aussendenden Marker. Nachdem die ungefähre Richtung bestimmt wurde, ermittelt der Laserscanner durch Abtastung dann die genauen Lageinformationen, d.h. den oben erwähnten zumindest einen Parameter. According to a further embodiment, each of the markers comprises a communication device, wherein for determining the at least one parameter, a respective marker emits a signal or a message on the basis of which the laser scanner can determine a respective position information of the relevant marker. For example, a marker can emit a sound signal for this purpose. The laser scanner determines from the sound signal the direction and possibly also the (approximate) distance to the marker emitting the sound signal. After the approximate direction has been determined, the laser scanner then scans the exact location information, i. the above-mentioned at least one parameter.

Jeder Marker ist derart beschaffen, dass er durch den Laserscanner anhand seiner Form und/oder Größe und/oder Oberflächenbeschaffenheit und/oder Farbe eindeutig identifiziert werden kann. Die eindeutige Identifikation erleichtert es, die Marker in der durch Abtastung gewonnenen Punktwolke zu erkennen und für die weitere Verarbeitung zu identifizieren. Insbesondere kann hierdurch die für die Überlagerung genutzte geometrische Anordnung der Marker untereinander auf einfache und präzise Weise ermittelt werden. Ferner kann die Ermittlung der Position jedes Markers hierdurch in verhältnismäßig kurzer Zeit erfolgen. Each marker is such that it can be uniquely identified by the laser scanner based on its shape and / or size and / or surface condition and / or color. The unique identification makes it easier to identify the markers in the scanned point cloud and to identify it for further processing. In particular, this makes it possible to determine the geometric arrangement of the markers used for superimposition in a simple and precise manner. Furthermore, the determination of the position of each marker can thereby be done in a relatively short time.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn der Laserscanner jedem der detektierten Marker eine Identifikation zuweist. Eine Identifikation kann beispielsweise eine eindeutige, z.B. fortlaufende, Nummer und dergleichen sein. Alternativ kann der Laserscanner von jedem der Marker ein Identifikationsdatum empfangen. Das Identifikationsdatum kann hierzu von der Kommunikationseinrichtung an den Laserscanner übertragen werden. Wird dieses Signal z.B. kontinuierlich oder periodisch ausgesendet, kann dieses auch zur Ermittlung der Lageinformation genutzt werden. In this context, it is expedient for the laser scanner to assign an identification to each of the detected markers. For example, an identification may be a unique, e.g. be consecutive, number and the like. Alternatively, the laser scanner may receive an identification date from each of the markers. The identification date can be transmitted from the communication device to the laser scanner for this purpose. If this signal is e.g. transmitted continuously or periodically, this can also be used to determine the position information.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn jeder der Marker eine Einrichtung zur Bewegungsdetektion, mit der ein jeweiliger Marker eine Bewegung detektieren kann, umfasst, wobei ein jeweiliger Marker dann, wenn er eine Bewegung detektiert, eine die Bewegung anzeigende Nachricht an den Laserscanner überträgt. Eine Bewegung kann dabei eine bewusste oder unbewusste Veränderung des Orts des Markers in jeder beliebigen Raumrichtung umfassen. Eine Bewegung kann auch schon eine Erschütterung des Markers darstellen. In der Nachricht, in der die Bewegung des Markers an den Laserscanner übertragen wird, kann zudem die den Marker identifizierende Information, z.B. das Identifikationsdatum, übertragen werden. It is furthermore expedient if each of the markers comprises a device for motion detection, with which a respective marker can detect a movement, wherein a respective marker, when it detects a movement, transmits a message indicating the movement to the laser scanner. A movement may include a conscious or unconscious change of the location of the marker in any spatial direction. A movement can also be a shock of the marker. In addition, in the message in which the movement of the marker is transmitted to the laser scanner, the information identifying the marker, e.g. the identification date to be transmitted.

Zweckmäßigerweise berücksichtigt der Laserscanner beim Erhalt der die Bewegung anzeigenden Nachricht den die Nachricht aussendenden Marker bei der Ermittlung der Oberflächengeometrie in einer vorgegebenen Weise. Zum Beispiel wird dieser Marker durch den Laserscanner für die weitere Verarbeitung nicht weiter berücksichtigt, da keine Referenz zu einer zuvor aufgenommenen Abtastung hergestellt werden kann. Alternativ kann der Marker auch ein neues Identifikationsdatum aussenden, wobei das Identifikationsdatum der nunmehr veränderten Position zugeordnet ist, welche eventuell bei zukünftigen Abtastungen berücksichtigt und verarbeitet werden kann. Conveniently, upon receiving the message indicating the movement, the laser scanner considers the message emitting markers in determining the surface geometry in a predetermined manner. For example, this marker will not be considered by the laser scanner for further processing since no reference to a previously acquired sample can be made. Alternatively, the marker may also emit a new identification date, the identification date being associated with the now changed position, which may eventually be considered and processed in future scans.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kann der Laserscanner für jeden Messort seine Position relativ zu den zumindest drei Markern ermitteln, wobei die Position bei der Ermittlung der Oberflächengeometrie der Umgebung verarbeitet wird. According to a further expedient embodiment, the laser scanner can determine its position relative to the at least three markers for each measuring location, the position being processed in the determination of the surface geometry of the surroundings.

Die Erfindung schafft ferner ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher einer digitalen Recheneinheit geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte der vorher beschriebenen Verfahren ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einer Recheneinheit läuft. Das Computerprogrammprodukt kann in Gestalt eines physikalischen Datenträgers, wie z.B. einer DVD, einer CD, einem USB-Speicher, einer Speicherkarte, aber auch in Gestalt einer über einen Kommunikationskanal übertragbaren Datei vorliegen. The invention further provides a computer program product directly into the internal memory a digital arithmetic unit can be loaded and includes software code sections, with which the steps of the previously described methods are performed when the product is running on a computing unit. The computer program product can be in the form of a physical data carrier, such as a DVD, a CD, a USB memory, a memory card, but also in the form of a transferable via a communication channel file.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Marker für die Erstellung eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung, insbesondere einer Produktionsumgebung, der derart beschaffen ist, dass er anhand seiner Form und/oder Größe und/oder Oberflächenbeschaffenheit und/oder Farbe durch einen Laserscanner eindeutig identifizierbar ist und der eine Kommunikationseinrichtung zur Aussendung eines Signals oder einer Nachricht, anhand dem oder der der Laserscanner eine jeweilige Lageinformation des Markers ermitteln kann, sowie eine Einrichtung zur Detektion von Eigenbewegungen umfasst. The object is further achieved by a marker for creating a three-dimensional model of an environment, in particular a production environment, which is such that it is clearly identifiable by its shape and / or size and / or surface texture and / or color by a laser scanner, and a communication device for emitting a signal or a message, on the basis of which or the laser scanner can determine a respective position information of the marker, and a device for detecting intrinsic movements.

Der Marker kann darüber hinaus einen Energiespeicher zur Versorgung der Kommunikationseinrichtung und der Einrichtung zur Bewegungsdetektion umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der Marker eine Einrichtung zur Energiegewinnung zur Versorgung der Kommunikationseinrichtung und der Einrichtung zur Bewegungsdetektion umfassen. The marker may further comprise an energy store for supplying the communication device and the movement detection device. Alternatively or additionally, the marker may comprise a device for generating energy for supplying the communication device and the device for detecting movement.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Laserscanner zur Abtastung einer Umgebung, insbesondere einer Produktionsumgebung, mit einer Anzahl an Objekten, insbesondere Produktionsressourcen, mit einer Steuer- und Recheneinheit, welche zur Detektion der Lage eines jeweiligen, erfindungsgemäßen Markers gemäß Schritt b) des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. The object is further achieved by a laser scanner for scanning an environment, in particular a production environment, with a number of objects, in particular production resources, with a control and computing unit, which for detecting the position of a respective inventive marker according to step b) of the above Method is formed.

Der Laserscanner kann ferner dazu ausgebildet sein, ein Signal oder eine Nachricht zu empfangen und zu verarbeiten, anhand dem oder der der Laserscanner eine jeweilige Lage des Markers ermitteln kann. The laser scanner can furthermore be designed to receive and process a signal or a message by means of which the laser scanner can determine a respective position of the marker.

Der Laserscanner kann weiter dazu ausgebildet sein, ein Signal oder eine Nachricht zu empfangen und zu verarbeiten, anhand dem oder der der Laserscanner ein jeweiliges Identifikationsdatum des Markers ermitteln kann. The laser scanner can also be designed to receive and process a signal or message, by means of which the laser scanner can determine a respective identification date of the marker.

Darüber hinaus kann die Steuer- und Recheneinheit des Laserscanners dazu ausgebildet sein, einen jeweiligen Marker in einer durch Abtastung erzeugten Punktwolke zu detektieren und zu identifizieren. In addition, the control and computing unit of the laser scanner can be designed to detect and identify a respective marker in a point cloud generated by scanning.

Die Recheneinheit kann Bestandteil des Laserscanners oder eine davon getrennte Recheneinheit sein, die zum Austausch von Daten mit dem Laserscanner in Verbindung steht. Die Aufgabe der Recheneinheit besteht insbesondere darin, die Vorverarbeitung der Positionsbestimmung der in der zu vermessenden Umgebung angeordneten Marker vorzunehmen und die Oberflächengeometrie der Umgebung zu errechnen. The arithmetic unit may be part of the laser scanner or a separate arithmetic unit, which communicates with the laser scanner for the exchange of data. The task of the arithmetic unit is in particular to carry out the preprocessing of the position determination of the markers arranged in the environment to be measured and to calculate the surface geometry of the surroundings.

Die Aufgabe wird ferner durch ein System zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung, insbesondere einer Produktionsumgebung, mit einer Anzahl an Objekten, insbesondere Produktionsressourcen, gelöst, wobei das System zumindest drei Marker der hier beschriebenen Art und einen Laserscanner der hier beschriebenen Art umfasst. The object is further achieved by a system for creating a three-dimensional model of an environment, in particular a production environment, with a number of objects, in particular production resources, wherein the system comprises at least three markers of the type described here and a laser scanner of the type described here.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in the drawing. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Erstellung eines dreidimensionalen Modells einer Produktionsumgebung in einer Draufsicht; 1 a schematic representation of a system according to the invention for creating a three-dimensional model of a production environment in a plan view;

2 eine schematische Darstellung der Ermittlung der Position einer Anzahl an Markern relativ zu einem ersten Messort, an dem eine Abtastung der Umgebung mit einem Laserscanner erfolgen soll; 2 a schematic representation of the determination of the position of a number of markers relative to a first measurement location at which a scan of the environment is to be made with a laser scanner;

3 eine schematische Darstellung der Ermittlung der Position einer Anzahl an Markern relativ zu einem zweiten Messort, an dem eine Abtastung der Umgebung mit dem Laserscanner erfolgen soll; 3 a schematic representation of the determination of the position of a number of markers relative to a second measuring location at which a scan of the environment with the laser scanner is to take place;

4 eine schematische Darstellung der Ermittlung der Position einer Anzahl an Markern relativ zu einem dritten Messort, an dem eine Abtastung der Umgebung mit dem Laserscanner erfolgen soll; 4 a schematic representation of the determination of the position of a number of markers relative to a third measuring location at which a scan of the environment with the laser scanner is to take place;

5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laserscanners; 5 a schematic representation of a laser scanner according to the invention;

6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Markers; und 6 a schematic representation of a marker according to the invention; and

7 ein Flussdiagramm, das den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert. 7 a flowchart illustrating the flow of the inventive method.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Produktionsumgebung 1, welche eine zu vermessende Umgebung darstellt. Die Produktionsumgebung 1 umfasst eine Anzahl an Objekten in Gestalt von Produktionsressourcen 2, 3, 4. Die Produktionsressourcen 2, 4 sind beispielsweise Bearbeitungsmaschinen oder -werkzeuge. Objekte können darüber hinaus aus Säulen, Träger oder andere bauliche Gegenstände sein. Die Produktionsmaschine 2 stellt einen Knickarmroboter 3 mit beispielsweise drei Dreharmen 3A, 3B, 3C dar. Ein Arbeitsbereich des Knickarmroboters 3 ist mit dem Bezugszeichen 3D gekennzeichnet, wobei der Arbeitsbereich 3D in einem Bereich der Produktionsumgebung 1 zwischen der Produktionsressource 2 und der Produktionsressource 4 angeordnet ist. Lediglich beispielhaft umfasst die Produktionsressource eine erste Teilkomponente 4A und eine zweite Teilkomponente 4B, die in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Die Produktionsressource 3 vollführt lediglich beispielhaft im Rahmen eines Bearbeitungsprozesses eine Bewegung zwischen den beiden Produktionsressourcen 2 und 4, in dem beispielsweise ein Materialteil von der Produktionsressource 4 zu der Produktionsressource 2 bewegt, an der Produktionsressource 2 bearbeitet und anschließend zurück zur Produktionsressource 4 geführt wird. 1 shows a schematic representation of a system according to the invention for creating a three-dimensional model of a production environment 1 which represents an environment to be measured. The production environment 1 includes a number of objects in the form of production resources 2 . 3 . 4 , The production resources 2 . 4 are, for example, processing machines or tools. In addition, objects can be pillars, carriers or other structural objects. The production machine 2 represents an articulated robot 3 with, for example, three rotating arms 3A . 3B . 3C dar. A working area of the articulated robot 3 is with the reference numeral 3D characterized, wherein the work area 3D in one area of the production environment 1 between the production resource 2 and the production resource 4 is arranged. For example only, the production resource includes a first subcomponent 4A and a second subcomponent 4B which are arranged at a right angle to each other. The production resource 3 performs only as an example in the context of a processing process, a movement between the two production resources 2 and 4 in which, for example, a material part of the production resource 4 to the production resource 2 moved, at the production resource 2 edited and then back to the production resource 4 to be led.

Um ein dreidimensionales Modell der Produktionsumgebung 1 erstellen zu können, ist die Ermittlung einer Oberflächengeometrie der Produktionsumgebung 1 erforderlich. Insbesondere ist im Rahmen des Verfahrens eine jeweilige Oberflächengeometrie der Produktionsressourcen 2, 3, 4 zu erstellen. Dies erfolgt mittels eines Laserscanners 5, welcher in der Produktionsumgebung 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft in der Draufsicht der schematischen Darstellung an einem ersten Messort 11-1 oben links angeordnet ist. Die Produktionsressource 5 sendet in bekannter Weise ein Abtastsignal 5S aus, durch das ein zeilen- oder rasterartiges Überstreichen der Oberflächen der Produktionsressourcen 2, 3, 4 und anderer Körper (z.B. Säulen, Trageelemente, usw.) in der Produktionsumgebung 1 erfolgt, um diese zu vermessen. Bei der in 1 gezeigten relativen Anordnung des Laserscanners 5 und der Produktionsressourcen 2, 3, 4 ergibt sich das Problem von Abschattungen 6, d.h. Oberflächenbereichen, welche durch das Abtastsignal 5S aufgrund ihrer geometrischen Ausrichtung nicht erfassbar sind. To create a three-dimensional model of the production environment 1 Creating a surface geometry of the production environment 1 required. In particular, in the context of the method is a respective surface geometry of the production resources 2 . 3 . 4 to create. This is done by means of a laser scanner 5 which is in the production environment 1 in the present embodiment, only by way of example in the plan view of the schematic representation at a first measuring location 11-1 is arranged at the top left. The production resource 5 sends in a known manner a scanning signal 5S through a line or raster-like sweeping of the surfaces of the production resources 2 . 3 . 4 and other body (eg, columns, stretcher, etc.) in the production environment 1 done to measure these. At the in 1 shown relative arrangement of the laser scanner 5 and production resources 2 . 3 . 4 the problem arises of shadowing 6 , ie surface areas, which by the scanning signal 5S can not be detected due to their geometric orientation.

Um die Oberflächengeometrie der Produktionsressourcen 2, 3, 4 der Produktionsumgebung 1 vollständig erfassen zu können, wird eine Mehrzahl von Messungen an unterschiedlichen Messorten 11 durchgeführt, wobei jede Messung an bzw. von einem unterschiedlichen Messort erfolgt. In diesem Ausführungsbeispiel sind dies der zweite Messort 11-2 und der dritte Messort 11-3. Die verschiedenen Messungen werden dann miteinander kombiniert und zu einer vollständigen Oberflächengeometrie zusammengefügt. To the surface geometry of the production resources 2 . 3 . 4 the production environment 1 To be able to fully detect, a plurality of measurements at different locations 11 performed, with each measurement takes place at or from a different location. In this embodiment, these are the second measurement location 11-2 and the third location 11-3 , The different measurements are then combined together and assembled into a complete surface geometry.

Um eine Kombination verschiedener Messungen von unterschiedlichen Messorten 11 aus durchführen zu können, müssen die einzelnen Messungen (auch als Abtastung bezeichnet) zueinander referenziert sein. Dies erfolgt mit Hilfe sog. Marker. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind lediglich beispielhaft vier Marker 7, 8, 9, 10 dargestellt. Die Marker 7, 8, 9, 10 können derart beschaffen sein, dass diese anhand ihrer Form und/oder Größe und/oder Oberflächenbeschaffenheit und/oder Farbe durch den Laserscanner 5 eindeutig identifizierbar sind. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Marker 7, 8, 9, 10 im Querschnitt unterschiedliche Formen auf. So ist der Marker 7 lediglich beispielhaft als Achteck, der Marker 8 als Fünfeck, der Marker 9 als Zwölfeck und der Marker 10 als Kugel ausgebildet. Die Marker 7, 8, 9, 10 sind an unterschiedlichen Positionen in der Produktionsumgebung 1 angeordnet. Dabei sind diese nicht nur in der in 1 gezeigten Draufsicht verteilt angeordnet, sondern können auch an unterschiedlichen Höhenpositionen (d.h. senkrecht zur Zeichenebene) angeordnet sein. A combination of different measurements from different locations 11 The individual measurements (also referred to as sampling) must be referenced to one another. This is done with the help of so-called markers. In the embodiment of 1 are merely exemplary four markers 7 . 8th . 9 . 10 shown. The markers 7 . 8th . 9 . 10 may be such that they are based on their shape and / or size and / or surface texture and / or color by the laser scanner 5 are clearly identifiable. In the embodiment shown here, the markers 7 . 8th . 9 . 10 in cross-section different shapes. This is the marker 7 merely as an octagon, the marker 8th as a pentagon, the marker 9 as a dodecagon and the marker 10 designed as a ball. The markers 7 . 8th . 9 . 10 are in different positions in the production environment 1 arranged. These are not just in the in 1 arranged distributed overhead view, but can also be arranged at different height positions (ie perpendicular to the plane).

Die Marker sind relativ zu den Messorten 11-1, 11-2, 11-3 derart angeordnet, dass der an dem jeweiligen Messort 11-1, 11-2, 11-3 angeordnete Laserscanner 5 zumindest drei der Marker 7, 8, 9, 10 erfassen kann. Insbesondere ist es für eine Kombination zweier Abtastungen erforderlich, dass in den Abtastungen bzw. Messungen die gleichen drei Marker 7, 8, 9, 10 erfasst wurden, wobei als weitere Nebenbedingung sichergestellt werden muss, dass die Marker 7, 8, 9, 10 zwischen den beiden Abtastungen nicht in ihrer Position verändert wurden. The markers are relative to the measurement sites 11-1 . 11-2 . 11-3 arranged such that at the respective measuring location 11-1 . 11-2 . 11-3 arranged laser scanner 5 at least three of the markers 7 . 8th . 9 . 10 can capture. In particular, for a combination of two scans, it is necessary for the same three markers in the scans or measurements 7 . 8th . 9 . 10 as a further constraint must be ensured that the markers 7 . 8th . 9 . 10 were not changed in position between the two scans.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Laserscanner 5 von der ersten Messposition 11-1 zur Durchführung einer ersten Messung an den zweiten Messort 11-2 zur Durchführung einer zweiten Messung und schließlich an den dritten Messort 11-3 zur Durchführung einer dritten Messung verbracht. Der aktuelle Standort des Laserscanners 5 ist durch eine durchgezogene Linie des Laserscanners 5 gekennzeichnet, während eine durchbrochene Linie des Laserscanners 5 lediglich einen bestimmten Aufstellort bzw. Messort repräsentiert. Das Zentrum des Messorts ist durch den Punkt, an den die Linie des Bezugszeichens 11 ragt, gekennzeichnet. In the embodiment described here, the laser scanner 5 from the first measuring position 11-1 for carrying out a first measurement to the second measuring location 11-2 to carry out a second measurement and finally to the third location 11-3 to carry out a third measurement. The current location of the laser scanner 5 is by a solid line of the laser scanner 5 marked while a broken line of the laser scanner 5 only represents a specific location or location. The center of the site is by the point to which the line of the reference 11 protrudes, marked.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht, wie beschrieben, als ersten Schritt S71 des in 7 illustrierten Flussdiagramms das Anordnen von zumindest drei Markern in der zu vermessenden Umgebung vor. Jeder der Marker 7, 8, 9, 10 ist, wie beschrieben, von dem Laserscanner 5 als Marker eindeutig identifizierbar. Dies kann, wie in Verbindung mit 1 beschrieben, durch dessen äußere Beschaffenheit gewährleistet sein. Alternativ können die Marker auch identisch ausgebildet sein, vorzugsweise als Kugeln, wenn diesen durch den Laserscanner ein eindeutiges Identifikationsdatum zuweisbar ist, z.B. indem die Marker 7, 8, 9, 10 ein sie eindeutig identifizierendes Identifikationsdatum an den Laserscanner übertragen. Zu diesem Zweck kann ein jeweiliger Marker 7, 8, 9, 10 eine Kommunikationseinrichtung 61 umfassen (vgl. 6). Die Kommunikationseinrichtung 61 wird beispielsweise durch einen, in dem jeweiligen Marker 7, 8, 9, 10 vorgesehenen Energiespeicher 63 mit Energie versorgt. Der Energiespeicher kann z.B. eine Batterie oder ein Akkumulator sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein jeweiliger Marker 7, 8, 9, 10 eine Energiegewinnungseinrichtung 64 zur Energiegewinnung aus der Umgebung umfassen. Die Energiezufuhr kann derart gestaltet sein, dass sie über ein mechanisches Schaltelement ein- oder ausschaltbar ist. Die Energieversorgung kann auch auf andere Weise, z.B. durch Erschütterung oder ein charakteristisches Muster an Erschütterung aus- bzw. eingeschaltet werden. The method according to the invention, as described, sees as the first step S71 of FIG 7 illustrated flowchart arranging at least three markers in the environment to be measured before. Each of the markers 7 . 8th . 9 . 10 is, as described, from the laser scanner 5 uniquely identifiable as a marker. This can, as in connection with 1 described, be ensured by its external nature. Alternatively, the markers can also be formed identically, preferably as spheres, if they can be assigned a unique identification date by the laser scanner, eg by the markers 7 . 8th . 9 . 10 a unique identifying date to the Transfer laser scanner. For this purpose, a respective marker 7 . 8th . 9 . 10 a communication device 61 include (cf. 6 ). The communication device 61 is for example by a, in the respective marker 7 . 8th . 9 . 10 provided energy storage 63 energized. The energy storage may be, for example, a battery or an accumulator. Alternatively or additionally, a respective marker 7 . 8th . 9 . 10 an energy recovery facility 64 to extract energy from the environment. The power supply can be designed such that it can be switched on or off via a mechanical switching element. The power supply can also be turned off or on in other ways, eg by vibration or a characteristic pattern of vibration.

Darüber hinaus verfügt ein jeweiliger Marker 7, 8, 9, 10 vorzugsweise über eine Einrichtung 62 zur Bewegungsdetektion des betreffenden Markers 7, 8, 9, 10. Die Einrichtung 62 zur Bewegungsdetektion und die Kommunikationseinrichtung 61 werden durch eine Recheneinheit 60 gesteuert. Die Recheneinheit 60 wird ebenfalls aus dem Energiespeicher 63 und/oder der Energiegewinnungseinrichtung 64 mit Energie versorgt. In addition, has a respective marker 7 . 8th . 9 . 10 preferably via a device 62 for motion detection of the marker in question 7 . 8th . 9 . 10 , The device 62 for motion detection and the communication device 61 be through a computing unit 60 controlled. The arithmetic unit 60 is also from the energy store 63 and / or the energy recovery device 64 energized.

Um ein solches, von einem jeweiligen Marker 7, 8, 9, 10 ausgesendetes Identifikationsdatum empfangen zu können, verfügt der Laserscanner 5 ebenfalls über eine Kommunikationseinrichtung 52. Die Kommunikationseinrichtung 52 ist mit einer Steuer- und Recheneinheit 50 des Laserscanners 5 gekoppelt. Darüber hinaus verfügt der Laserscanner 5 über die eingangs erwähnte Abtasteinrichtung 51. Ein derartiger Laserscanner 5 ist exemplarisch in 5 dargestellt. To such, by a respective marker 7 . 8th . 9 . 10 The laser scanner has the identification date sent out 5 also via a communication device 52 , The communication device 52 is with a control and processing unit 50 of the laser scanner 5 coupled. In addition, the laser scanner has 5 via the initially mentioned scanning device 51 , Such a laser scanner 5 is exemplary in 5 shown.

In einem zweiten Schritt S72 erfolgt die Ermittlung der Position jedes Markers 7, 8, 9, 10 relativ zu dem ersten Messort 11-1. Das Vorgehen wird unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Zur Ermittlung der Position jedes Markers wird durch Abtastung der Umgebung mit dem Laserscanner 5 jeder Marker 7, 8, 9, 10 lokalisiert. Dabei wird für jeden Marker 7, 8, 9, 10 zumindest ein Positionsparameter gewonnen, der die jeweilige Lage des Markers 7, 8, 9, 10 relativ zu dem an einem Messort, hier: erster Messort 11-1, angeordneten Laserscanner 5 charakterisiert. Das Bezugszeichen 12-1 kennzeichnet einen Positionsparameter für den Marker 7 in Bezug zu dem Messort 11-1. Entsprechendes gilt für die Positionsparameter 13-1, 14-1 und 15-1, die sich auf die Marker 8, 9, 10 in Bezug auf den Messort 11-1 beziehen. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Marker 8 aufgrund des Vorhandenseins der Produktionsressource 3 durch den Laserscanner 5 nicht erfasst werden kann, weswegen die diesbezügliche Linie andersartig dargestellt ist. In a second step S72, the determination of the position of each marker takes place 7 . 8th . 9 . 10 relative to the first location 11-1 , The procedure is explained with reference to 2 explained. To determine the position of each marker is by scanning the environment with the laser scanner 5 every marker 7 . 8th . 9 . 10 localized. This is for each marker 7 . 8th . 9 . 10 at least one position parameter obtained, which is the respective position of the marker 7 . 8th . 9 . 10 relative to that at a measuring location, here: first measuring location 11-1 , arranged laser scanner 5 characterized. The reference number 12-1 indicates a positional parameter for the marker 7 in relation to the measuring location 11-1 , The same applies to the position parameters 13-1 . 14-1 and 15-1 that focus on the markers 8th . 9 . 10 in relation to the measuring location 11-1 Respectively. In this example it is assumed that the marker 8th due to the presence of the production resource 3 through the laser scanner 5 can not be detected, which is why the relevant line is shown differently.

Die Positionsparameter 12-1, 14-1 und 15-1 für die durch den Laserscanner 5 erfassbaren Marker 7, 9 und 10 umfassen eine jeweilige Distanz zwischen den Mittelpunkten des Laserscanners 5 und dem jeweiligen Marker 7, 9, 10 und einer Winkelangabe in Bezug auf ein Koordinatensystem 30. Das Koordinatensystem 30 ist z.B. ein kartesisches Koordinatensystem, dessen x-Achse sich lediglich beispielhaft in Zeichenrichtung nach rechts, dessen y-Achse sich in Zeichenrichtung nach oben und dessen z-Achse sich aus der Blattrichtung senkrecht heraus erstreckt. Das Koordinatensystem 30 kann grundsätzlich auch anders gewählt werden. Insbesondere braucht der Ursprung des Koordinatensystems nicht im Bereich der zu vermessenden Umgebung liegen. The position parameters 12-1 . 14-1 and 15-1 for through the laser scanner 5 detectable marker 7 . 9 and 10 include a respective distance between the centers of the laser scanner 5 and the respective marker 7 . 9 . 10 and an angle indication with respect to a coordinate system 30 , The coordinate system 30 is, for example, a Cartesian coordinate system whose x-axis extends only by way of example to the right in the drawing direction, the y-axis of which extends upwards in the drawing direction and whose z-axis extends vertically out of the sheet direction. The coordinate system 30 can be chosen differently. In particular, the origin of the coordinate system need not be in the area of the environment to be measured.

Die Ermittlung der Position jedes Markers 7, 9, 10 kann durch eine herkömmliche Abtastung der zu vermessenden Umgebung erfolgen. Wenn der Laserscanner 5 die Marker 7, 9, 10 nicht detektieren kann, so erhöht dieser z.B. iterativ seine Auflösung, bis die Marker 7, 9, 10 erkannt werden. Determining the position of each marker 7 . 9 . 10 can be done by a conventional scan of the environment to be measured. If the laser scanner 5 the markers 7 . 9 . 10 can not detect, for example, iteratively increases its resolution until the markers 7 . 9 . 10 be recognized.

Alternativ können die Marker durch Aussenden eines entsprechenden Signals dem Laserscanner eine Richtungsinformation übermitteln, so dass die Ermittlung der Position des betreffenden Markers 7, 8, 9, 10 auf einfachere Weise durchführbar ist. Hierzu kann beispielsweise ein jeweiliger Marker 7, 8, 9, 10 ein Schallsignal aussenden, worauf der Laserscanner 5 in die Richtung der Quelle des Schallsignals fokussiert und aus der Intensität des Schallsignals auf die Distanz schließen kann. Eine genaue Distanzermittlung erfolgt dann durch herkömmliche Abtastung. Alternatively, the markers can transmit direction information to the laser scanner by emitting a corresponding signal, so that the determination of the position of the relevant marker 7 . 8th . 9 . 10 in a simpler way is feasible. For this purpose, for example, a respective marker 7 . 8th . 9 . 10 emit a sound signal, whereupon the laser scanner 5 focused in the direction of the source of the sound signal and from the intensity of the sound signal can close to the distance. An accurate distance determination then takes place by conventional sampling.

In einem dritten Schritt S73 erfolgt dann die Abtastung der zu vermessenden Produktionsumgebung 1 mit Hilfe des Laserscanners 5 von dem ersten Messort 11-1 aus. Aus der Abtastung ergibt sich eine erste Punktwolke mit einer diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Umgebung. In einem weiteren Schritt S74 erfolgt dann die Erkennung und Detektion der Position der Marker 7, 9, 10 in der ersten Punktwolke. Die Erkennung und Detektion nutzt dabei die vorab in Schritt S72 gewonnenen Positionsparameter. Darüber hinaus kennt der Laserscanner zu jedem detektierten Marker 7, 9, 10 aufgrund der Laufzeit des Lichts seinen eigenen aktuellen Aufstellort. Diese Information kann auch zur Ermittlung der Oberflächengeometrie herangezogen werden. In a third step S73, the sampling of the production environment to be measured then takes place 1 with the help of the laser scanner 5 from the first location 11-1 out. The scan yields a first point cloud with a discrete set of three-dimensionally distributed sample points of the environment. In a further step S74 then the detection and detection of the position of the marker takes place 7 . 9 . 10 in the first point cloud. The detection and detection uses the position parameters obtained in advance in step S72. In addition, the laser scanner knows each detected marker 7 . 9 . 10 due to the duration of the light its own current location. This information can also be used to determine the surface geometry.

Nach Beendigung der Abtastung wird der Laserscanner an den zweiten Messort 11-2 bewegt (siehe 3). An diesem Messort ermittelt der Laserscanner 5 wiederum die Position jedes Markers in der vorher beschriebenen Weise. In diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass der Laserscanner 5 alle vier Marker 7, 8, 9, 10 erkennen kann. Wie beschrieben, werden für jeden Marker 7, 8, 9, 10 die Positionsparameter 12-2, 13-2, 14-2, 15-2, d.h. die Distanz sowie eine Richtungsinformation ermittelt. Dies entspricht dem Schritt S75 in 7. Anschließend erfolgt in Schritt S76 die Abtastung der Umgebung mit dem Laserscanner 5 von dem zweiten Messort 11-2 aus. Es erfolgt die Ermittlung einer zweiten Punktwolke mit einer diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Produktionsumgebung 1. Anschließend wird in Schritt S77 eine Erkennung und Detektion der Position der Marker 7, 8, 9, 10 in der zweiten Punktwolke vorgenommen, wobei dies unter Zuhilfenahme der vorab ermittelten Positionsparameter erfolgt. After completion of the scan, the laser scanner is moved to the second location 11-2 moved (see 3 ). The laser scanner determines at this measuring location 5 again the position of each marker in the manner previously described. In this embodiment, it is assumed that the laser scanner 5 all four markers 7 . 8th . 9 . 10 detect can. As described, for each marker 7 . 8th . 9 . 10 the positional parameters 12-2 . 13-2 . 14-2 . 15-2 , ie the distance and a direction information determined. This corresponds to the step S75 in FIG 7 , Subsequently, in step S76, the scanning of the environment with the laser scanner 5 from the second location 11-2 out. A second point cloud is determined with a discrete set of three-dimensionally distributed sampling points of the production environment 1 , Subsequently, in step S77, recognition and detection of the position of the markers 7 . 8th . 9 . 10 in the second point cloud, this being done using the previously determined positional parameters.

Dieses Vorgehen wird beispielhaft ein weiteres Mal für den dritten Messort 11-3 wiederholt (vgl. 4). Wiederum wird in der beschriebenen Weise eine Ermittlung der Positionsparameter 12-3, 13-3, 14-3, 15-3 jedes Markers 7, 8, 9, 10 relativ zu dem dritten Messort 11-3 vorgenommen. Es wird davon ausgegangen, dass alle Marker 7, 8, 9, 10 durch den Laserscanner 5 detektierbar sind. Anschließend erfolgt die Abtastung der Produktionsumgebung 1 mit dem Laserscanner 5 von dem dritten Messort 11-3 aus. Als Ergebnis wird eine dritte Punktwolke mit einer diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Umgebung ermittelt. Anschließend erfolgt die Erkennung und Detektion der Position der Marker in der zweiten Punktwolke unter Zuhilfenahme der vorab ermittelten Positionsparameter. Dieses Vorgehen entspricht somit der Wiederholung der Schritt S75 bis S77. This procedure becomes an example for the third location 11-3 repeatedly (cf. 4 ). Again, in the manner described, a determination of the position parameters 12-3 . 13-3 . 14-3 . 15-3 each marker 7 . 8th . 9 . 10 relative to the third location 11-3 performed. It is assumed that all markers 7 . 8th . 9 . 10 through the laser scanner 5 are detectable. Then the production environment is scanned 1 with the laser scanner 5 from the third location 11-3 out. As a result, a third point cloud is detected with a discrete set of three-dimensionally distributed sampling points of the environment. Subsequently, the detection and detection of the position of the markers in the second point cloud takes place with the aid of the previously determined position parameters. This procedure thus corresponds to the repetition of step S75 to S77.

Ist die Anzahl der Abtastungen ausreichend (Schritt S78), so erfolgt die Ermittlung einer Oberflächengeometrie in Schritt S79. Die Ermittlung der Oberflächengeometrie erfolgt aus der ersten, der zweiten und der dritten Punktwolke, indem die Abtastpunkte der ersten, der zweiten und der dritten Punktwolke derart kombiniert werden, dass die übereinstimmend erkannten Marker (hier: 7, 9, 10, da nur diese in allen drei Abtastungen enthalten sind) der drei Punktwolken bei der Überlagerung ineinander liegen. Dieses Vorgehen ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt und wird daher nicht näher erläutert. If the number of scans is sufficient (step S78), the determination of a surface geometry is performed in step S79. The determination of the surface geometry is carried out from the first, the second and the third point cloud by the sampling points of the first, the second and the third point cloud are combined in such a way that the coincident recognized markers (here: 7 . 9 . 10 since only these are contained in all three scans) of the three point clouds are superimposed in the overlay. This procedure is known per se from the prior art and is therefore not explained in detail.

Das Verfahren nutzt somit eine vor der Durchführung des eigentlichen Messverfahrens erfolgende Detektion und Identifikation von Markern. Für jeden Messort kann der Laserscanner 5 auch seine Position relativ zum Ausgangspunkt des korrespondierenden vorhergehenden Scans ermitteln, was die Kombination der Punktwolken miteinander erleichtert bzw. beschleunigt. The method thus uses a detection and identification of markers that takes place before the actual measurement procedure is carried out. The laser scanner can be used for every measuring location 5 Also determine its position relative to the starting point of the corresponding previous scan, which facilitates or accelerates the combination of the point clouds together.

Da das Verfahren lediglich dann durchzuführen ist, wenn sichergestellt ist, dass sich die Marker zwischen den drei Abtastungen nicht bewegt haben, erfolgt eine Detektion einer Bewegung mit Hilfe der bereits erwähnten Einrichtungen 62 zur Bewegungsdetektion eines jeweiligen Markers 7, 8, 9, 10. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise durch in die jeweiligen Marker 7, 8, 9, 10 integrierte Beschleunigungssensorik verwirklicht sein. Befindet sich ein Marker 7, 8, 9, 10 an einer Position, wobei eine gemessene physikalische Größe eine ruhige Lage anzeigt, weil beispielsweise ein eingeschwungener Zustand erreicht ist, so kann der Marker 7, 8, 9, 10 optional diesen Ruhezustand an den Laserscanner 5 übertragen. Sobald ein Marker eine Positionsänderung detektiert, überträgt er eine Information über die Positionsänderung (optional mit einer Information über das Maß der Positionsänderung) zusammen mit seinem Identifikationsdatum an den Laserscanner 5. Since the method is only to be performed when it is ensured that the markers have not moved between the three scans, a detection of a movement is carried out with the aid of the devices already mentioned 62 for motion detection of a respective marker 7 . 8th . 9 . 10 , Such a device can, for example, by in the respective marker 7 . 8th . 9 . 10 be implemented integrated acceleration sensors. Is there a marker? 7 . 8th . 9 . 10 At a position where a measured physical quantity indicates a quiet position, for example because a steady state is reached, the marker may 7 . 8th . 9 . 10 optional this idle state to the laser scanner 5 transfer. As soon as a marker detects a change in position, it transmits information about the change in position (optionally with information about the extent of the change in position) together with its identification date to the laser scanner 5 ,

Der Laserscanner 5 kann anhand dieser Information beurteilen, ob die Veränderung der Position eines speziellen Markers 7, 8, 9, 10 von Relevanz ist. Darüber hinaus kann der Laserscanner das Identifikationsdatum des sich bewegenden Markers und den Zeitpunkt einer Positionsänderung speichern, um diese Information später bei der Ermittlung der Oberflächengeometrie zu verarbeiten. Optional kann bei der Verarbeitung eine entsprechende Abtastung verworfen werden. The laser scanner 5 can use this information to judge if changing the position of a particular marker 7 . 8th . 9 . 10 is relevant. In addition, the laser scanner can store the identification date of the moving marker and the time of a position change to process this information later in determining the surface geometry. Optionally, a corresponding scan may be discarded during processing.

Dadurch, dass der Laserscanner eine Information darüber erhält, wann sich die Position eines Markers verändert, kann der Laserscanner in Echtzeit beurteilen, ob ausreichend viele Marker an den oben beschriebenen konstanten Positionen vorhanden sind. Der Laserscanner nutzt ausschließlich diejenigen Marker, die im obigen Sinne eine konstante Position aufweisen, als Orientierungshilfe für die Kombination der Punktwolken unterschiedlicher Abtastungen. Hat der Laserscanner 5 hinreichend viele Marker für eine durchzuführende Abtastung erkannt, werden die Abtastungen in Echtzeit zueinander orientiert und gegebenenfalls kombiniert. Darüber hinaus erlaubt es dieses Vorgehen dem Laserscanner, in Echtzeit bzw. während eines Abtastvorgangs festzustellen, wo sich der Laserscanner befindet. Hierzu ist es erforderlich, dass mindestens drei Marker für den Laserscanner erfassbar sind, welche in einer vorangegangenen Abtastung nicht verschoben sind bzw. wurden. By receiving information about when the position of a marker is changing, the laser scanner can judge in real time whether there are enough markers at the constant positions described above. The laser scanner exclusively uses those markers which have a constant position in the above sense, as an orientation aid for the combination of the point clouds of different scans. Has the laser scanner 5 If a sufficient number of markers are detected for a scan to be performed, the samples are oriented in real time to one another and, if necessary, combined. In addition, this procedure allows the laser scanner to determine in real time or during a scanning process, where the laser scanner is located. For this purpose, it is necessary that at least three markers for the laser scanner can be detected, which are not moved or were in a previous scan.

Die Kombination mehrerer Punktwolken erfordert, dass in jeder Punktwolke jeweils mindestens drei Marker erkennbar sind, deren Identifikationsdaten sich unterschieden und deren Position konstant zu vorherigen Punktwolken bzw. Abtastungen sind. „Konstant“ bedeutet dabei, dass der Laserscanner 5 den eindeutigen Marker in mehreren Abtastungen bzw. Punktwolken erkennt, wobei sich die Position des Markers nicht verändert hat. The combination of multiple point clouds requires that in each point cloud at least three markers are recognizable whose identification data differ and whose position is constant to previous point clouds or scans. "Constant" means that the laser scanner 5 recognizes the unique marker in multiple scans or point clouds, wherein the position of the marker has not changed.

Es ist jedoch nicht erforderlich, dass in jeder Punktwolke alle in der Umgebung verteilten Marker erkennbar sind. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, dass alle Marker dauerhaft an der einmal vorgesehenen Position verbleiben. Marker, die bereits erfasst wurden, können in ihrer Position verändert werden. However, it is not necessary for every point cloud to contain all the markers distributed in the environment are recognizable. In addition, it is not necessary that all markers remain permanently at the once provided position. Markers that have already been detected can be changed in position.

Insbesondere kann es zweckmäßig sein, Marker, die in Anbetracht eines bestimmten Messorts des Laserscanners nicht mehr in dessen Sichtfeld liegen, an einer anderen Position zu platzieren, um so mit einer geringen Anzahl an unterschiedlichen Markern eine große zu vermessende Umgebung, in dem sich einzelne Abtastungen bzw. Punktwolken zueinander referenzieren lassen, abdecken zu können. In particular, it may be expedient to place markers, which are no longer in its field of view in view of a specific measuring location of the laser scanner, at a different position, so that with a small number of different markers a large environment to be measured, in which individual scans or point clouds referenced to each other, to be able to cover.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Umgebung (Produktionsumgebung) Environment (production environment)
2 2
Objekt (Produktionsressource) Object (production resource)
3 3
Objekt (Produktionsressource) Object (production resource)
3A 3A
Dreharm rotating arm
3B 3B
Dreharm rotating arm
3C 3C
Dreharm rotating arm
3D 3D
Arbeitsbereich Workspace
4 4
Objekt (Produktionsressource) Object (production resource)
4A 4A
erste Teilkomponente first subcomponent
4B 4B
zweite Teilkomponente second subcomponent
5 5
Laserscanner laser scanner
5S 5S
Abtastsignal sampling
6 6
durch den Laserscanner nicht erfassbare Bereiche der Produktionsressourcen non-detectable areas of production resources by the laser scanner
7 7
Marker marker
8 8th
Marker marker
9 9
Marker marker
10 10
Marker marker
11-1 11-1
erster Messort first location
11-2 11-2
zweiter Messort second measuring location
11-3 11-3
dritter Messort third measuring location
12-1 12-1
Positionsparameter für Marker 7 in Bezug auf Messort 11-1 Position parameters for markers 7 in terms of location 11-1
13-1 13-1
Positionsparameter für Marker 8 in Bezug auf Messort 11-1 Position parameters for markers 8th in terms of location 11-1
14-1 14-1
Positionsparameter für Marker 9 in Bezug auf Messort 11-1 Position parameters for markers 9 in terms of location 11-1
15-1 15-1
Positionsparameter für Marker 10 in Bezug auf Messort 11-1 Position parameters for markers 10 in terms of location 11-1
12-2 12-2
Positionsparameter für Marker 7 in Bezug auf Messort 11-2 Position parameters for markers 7 in terms of location 11-2
13-2 13-2
Positionsparameter für Marker 8 in Bezug auf Messort 11-2 Position parameters for markers 8th in terms of location 11-2
14-2 14-2
Positionsparameter für Marker 9 in Bezug auf Messort 11-2 Position parameters for markers 9 in terms of location 11-2
15-2 15-2
Positionsparameter für Marker 10 in Bezug auf Messort 11-2 Position parameters for markers 10 in terms of location 11-2
12-3 12-3
Positionsparameter für Marker 7 in Bezug auf Messort 11-3 Position parameters for markers 7 in terms of location 11-3
13-3 13-3
Positionsparameter für Marker 8 in Bezug auf Messort 11-3 Position parameters for markers 8th in terms of location 11-3
14-3 14-3
Positionsparameter für Marker 9 in Bezug auf Messort 11-3 Position parameters for markers 9 in terms of location 11-3
15-3 15-3
Positionsparameter für Marker 10 in Bezug auf Messort 11-3 Position parameters for markers 10 in terms of location 11-3
30 30
Koordinatensystem coordinate system
50 50
Recheneinheit eines Laserscanners Computing unit of a laser scanner
51 51
Abtasteinrichtung scanning
52 52
Kommunikationseinrichtung communicator
60 60
Recheneinheit eines Markers 7, 8, 9, 10 Computing unit of a marker 7 . 8th . 9 . 10
61 61
Kommunikationseinrichtung eines Markers 7, 8, 9, 10 Communication device of a marker 7 . 8th . 9 . 10
62 62
Einrichtung zur Bewegungsdetektion eines Markers 7, 8, 9, 10 Device for detecting the movement of a marker 7 . 8th . 9 . 10
63 63
Energiespeicher eines Markers 7, 8, 9, 10 Energy storage of a marker 7 . 8th . 9 . 10
64 64
Energiegewinnungseinrichtung eines Markers 7, 8, 9, 10 Energy recovery device of a marker 7 . 8th . 9 . 10
S71 S71
Verfahrensschritt step
S72 S72
Verfahrensschritt step
S73 S73
Verfahrensschritt step
S74 S74
Verfahrensschritt step
S75 S75
Verfahrensschritt step
S76 S76
Verfahrensschritt step
S77 S77
Verfahrensschritt step
S78 S78
Verfahrensschritt step
S79 S79
Verfahrensschritt step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0364614 A1 [0004] EP 0364614 A1 [0004]
  • US 2011/052263 A1 [0005] US 2011/052263 A1 [0005]

Claims (22)

Verfahren zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung (1) mit einer Anzahl an Objekten (2, 3, 4) mit den Schritten: a) Anordnung von zumindest drei Markern (7, 8, 9, 10) in der zu vermessenden Umgebung (1), wobei jeder der Marker (7, 8, 9, 10) derart beschaffen ist, dass er durch einen Laserscanner (5), der zur Abtastung der Umgebung (1) ausgebildet ist, von unterschiedlichen Messorten erfassbar ist; b) Ermittlung zumindest eines Parameters (12, 13, 14, 15) für jeden der Marker (7, 8, 9, 10), wobei der zumindest eine Parameter (12, 13, 14, 15) die jeweilige Lage des Markers (7, 8, 9, 10) relativ zu dem an einem Messort (11) angeordneten Laserscanner (5) charakterisiert, wobei die Ermittlung des zumindest einen Parameters (12, 13, 14, 15) durch Abtastung der Umgebung (1) mit dem Laserscanner (5) erfolgt, der an dem Messort (11) angeordnet ist; c) Abtastung der Umgebung (1) mit dem Laserscanner (5) von einem ersten Messort (11) aus, wobei bei der Abtastung eine erste Punktwolke mit einer diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Umgebung (1) ermittelt wird; d) Erkennung und Detektion der Lage der zumindest drei Marker (7, 8, 9, 10) in der ersten Punktwolke durch Verarbeitung des für jeden Marker (7, 8, 9, 10) ermittelten Parameters (12, 13, 14, 15); e) Wiederholung der Schritte b), c) und d) für zumindest einen zweiten Messort (11), wodurch zumindest eine zweite Punktwolke und die Lage der zumindest drei Marker (7, 8, 9, 10) in der zweiten Punktwolke gewonnen wird; f) Ermittlung einer Oberflächengeometrie aus der ersten und der zumindest einen zweiten Punktwolke, indem die Abtastpunkte der ersten und der zumindest einen zweiten Punktwolke derart kombiniert werden, dass die zumindest drei Marker (7, 8, 9, 10) aller Punktwolken bei der Überlagerung ineinander liegen. Method for creating a three-dimensional model of an environment ( 1 ) with a number of objects ( 2 . 3 . 4 ) comprising the steps of: a) arranging at least three markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) in the environment to be measured ( 1 ), each of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) such that it can be detected by a laser scanner ( 5 ), which is used to scan the environment ( 1 ) is formed, can be detected by different measuring locations; b) determination of at least one parameter ( 12 . 13 . 14 . 15 ) for each of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ), wherein the at least one parameter ( 12 . 13 . 14 . 15 ) the respective position of the marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) relative to that at a measuring location ( 11 ) arranged laser scanner ( 5 ), wherein the determination of the at least one parameter ( 12 . 13 . 14 . 15 ) by scanning the environment ( 1 ) with the laser scanner ( 5 ), which at the measuring location ( 11 ) is arranged; c) scanning the environment ( 1 ) with the laser scanner ( 5 ) from a first measuring location ( 11 ), wherein in the scan, a first point cloud having a discrete set of three-dimensionally distributed sample points of the environment ( 1 ) is determined; d) detection and detection of the position of the at least three markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) in the first point cloud by processing the for each marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) ( 12 . 13 . 14 . 15 ); e) repetition of steps b), c) and d) for at least one second measuring location ( 11 ), whereby at least a second point cloud and the position of the at least three markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) is obtained in the second point cloud; f) determining a surface geometry from the first and the at least one second point cloud by combining the sampling points of the first and the at least one second point cloud such that the at least three markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) of all point clouds in the superposition lie in each other. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Parameter (12, 13, 14, 15), der die jeweilige Lage der Marker (7, 8, 9, 10) relativ zu dem an einem der Messorte angeordneten Laserscanner (5) beschreibt, eine Richtungsinformation umfasst. Method according to Claim 1, in which the parameter ( 12 . 13 . 14 . 15 ), which determines the position of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) relative to the laser scanner arranged at one of the measuring locations ( 5 ) comprises direction information. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Parameter (12, 13, 14, 15), der die jeweilige Lage der Marker (7, 8, 9, 10) relativ zu dem an einem der Messorte angeordneten Laserscanner (5) beschreibt, eine Distanz zwischen dem Laserscanner (5) und dem jeweiligen Marker (7, 8, 9, 10) sowie zumindest eine Winkelinformation umfasst. Method according to Claim 1 or 2, in which the parameter ( 12 . 13 . 14 . 15 ), which determines the position of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) relative to the laser scanner arranged at one of the measuring locations ( 5 ) describes a distance between the laser scanner ( 5 ) and the respective marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) and at least one angle information. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der Abtastung der Umgebung (1) mit dem Laserscanner (5) von einem der Messorte (11) und einer zeitlich darauf folgenden Abtastung der Umgebung (1) von einem anderen der Messorte die Position und/oder Lage der Marker (7, 8, 9, 10) nicht verändert wird. Method according to one of the preceding claims, in which between the sampling of the environment ( 1 ) with the laser scanner ( 5 ) from one of the measuring locations ( 11 ) and a subsequent sampling of the environment ( 1 ) from another of the measuring locations the position and / or position of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) is not changed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Laserscanner (5) zur Ermittlung der Oberflächengeometrie der Umgebung (1) nur solche Parameter (12, 13, 14, 15) verarbeitet, die solchen Markern (7, 8, 9, 10) zugeordnet sind, bei denen zwischen zwei Abtastungen keine Veränderung der Position detektiert wurde. Method according to one of the preceding claims, in which the laser scanner ( 5 ) for determining the surface geometry of the environment ( 1 ) only such parameters ( 12 . 13 . 14 . 15 ), such markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) are assigned, in which no change in position was detected between two scans. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder der Marker (7, 8, 9, 10) eine Kommunikationseinrichtung (61) umfasst, wobei zur Ermittlung des zumindest einen Parameters (12, 13, 14, 15) ein jeweiliger Marker (7, 8, 9, 10) ein Signal oder eine Nachricht aussendet, anhand dem oder der der Laserscanner (5) eine jeweilige Lageinformation des betreffenden Markers (7, 8, 9, 10) ermitteln kann. Method according to one of the preceding claims, in which each of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) a communication device ( 61 ), wherein for determining the at least one parameter ( 12 . 13 . 14 . 15 ) a respective marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) emits a signal or a message based on which or the laser scanner ( 5 ) a respective position information of the marker in question ( 7 . 8th . 9 . 10 ) can determine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder Marker (7, 8, 9, 10) durch den Laserscanner (5) anhand seiner Form und/oder Größe und/oder Oberflächenbeschaffenheit und/oder Farbe eindeutig identifiziert wird. Method according to one of the preceding claims, in which each marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) through the laser scanner ( 5 ) is clearly identified on the basis of its shape and / or size and / or surface texture and / or color. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Laserscanner (5) jedem der Marker (7, 8, 9, 10) eine Identifikation zuweist. Method according to one of Claims 1 to 7, in which the laser scanner ( 5 ) each of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) assigns an identification. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Laserscanner (5) von jedem der Marker (7, 8, 9, 10) ein Identifikationsdatum empfängt. Method according to one of Claims 1 to 7, in which the laser scanner ( 5 ) of each of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) receives an identification date. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder der Marker (7, 8, 9, 10) eine Einrichtung zur Bewegungsdetektion (62), mit der ein jeweiliger Marker (7, 8, 9, 10) eine Bewegung detektieren kann, umfasst, wobei ein jeweiliger Marker (7, 8, 9, 10) dann, wenn er eine Bewegung detektiert, eine die Bewegung anzeigende Nachricht an den Laserscanner (5) überträgt. Method according to one of the preceding claims, in which each of the markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) a device for motion detection ( 62 ), with which a respective marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) can detect a movement, wherein a respective marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ), when it detects a movement, sends a message indicating the movement to the laser scanner ( 5 ) transmits. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Laserscanner (5) beim Erhalt der die Bewegung anzeigende Nachricht den die Nachricht aussendenden Marker (7, 8, 9, 10) bei der Ermittlung der Oberflächengeometrie in einer vorgegebenen Weise berücksichtigt. Method according to Claim 10, in which the laser scanner ( 5 ) upon receipt of the message indicating the movement, the marker emitting the message ( 7 . 8th . 9 . 10 ) are taken into account in the determination of the surface geometry in a predetermined manner. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Marker (7, 8, 9, 10), der die Bewegung anzeigende Nachricht aussendet, in der Nachricht zusätzlich ein geändertes Identifikationsdatum aussendet. The method of claim 11, wherein the marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) sending out the message indicating the movement in which message additionally sends out a changed identification date. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Laserscanner (5) für jeden Messort (11) seine Position relativ zu den zumindest drei Markern (7, 8, 9, 10) ermittelt, wobei die Position bei der Ermittlung der Oberflächengeometrie der Umgebung (1) verarbeitet wird. Method according to one of the preceding claims, in which the laser scanner ( 5 ) for each measuring location ( 11 ) its position relative to the at least three markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ), the Position in determining the surface geometry of the environment ( 1 ) is processed. Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher einer digitalen Recheneinheit geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt werden, wenn das Produkt auf der Recheneinheit läuft.  A computer program product that can be loaded directly into the internal memory of a digital computing unit and includes software code portions that perform the steps of any of the preceding claims when the product is run on the computing unit. Marker für die Erstellung eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung (1), der derart beschaffen ist, dass er anhand seiner Form und/oder Größe und/oder Oberflächenbeschaffenheit und/oder Farbe durch einen Laserscanner (5) eindeutig identifizierbar ist und der eine Kommunikationseinrichtung zur Aussendung eines Signals oder einer Nachricht, anhand dem oder der der Laserscanner (5) eine jeweilige Lageinformation des Markers (7, 8, 9, 10) ermitteln kann, sowie eine Einrichtung zur Detektion von Eigenbewegungen umfasst. Marker for creating a three-dimensional model of an environment ( 1 ), which is designed such that, by virtue of its shape and / or size and / or surface condition and / or color, it can be detected by a laser scanner ( 5 ) is uniquely identifiable and that a communication device for transmitting a signal or a message by means of which the laser scanner ( 5 ) a respective position information of the marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) and a device for detecting intrinsic movements. Marker nach Anspruch 15, der einen Energiespeicher (63) zur Versorgung der Kommunikationseinrichtung (61) und der Einrichtung zur Bewegungsdetektion (62) umfasst. Marker according to claim 15, comprising an energy store ( 63 ) for the supply of the communication device ( 61 ) and the motion detection device ( 62 ). Marker nach Anspruch 15 oder 16, der eine Einrichtung zur Energiegewinnung (64) zur Versorgung der Kommunikationseinrichtung (61) und der Einrichtung zur Bewegungsdetektion (62) umfasst. Marker according to claim 15 or 16, comprising a device for generating energy ( 64 ) for the supply of the communication device ( 61 ) and the motion detection device ( 62 ). Laserscanner (5) zur Abtastung einer Umgebung (1) mit einer Anzahl an Objekten (2, 3, 4) mit einer Steuer- und Recheneinheit (50), welche zur Detektion der Lage eines jeweiligen Markers (7, 8, 9, 10) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17 in Schritt b) ausgebildet ist. Laser scanner ( 5 ) for scanning an environment ( 1 ) with a number of objects ( 2 . 3 . 4 ) with a control and processing unit ( 50 ), which are used to detect the position of a respective marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) according to one of claims 15 to 17 in step b) is formed. Laserscanner (5) nach Anspruch 18, der dazu ausgebildet ist, ein Signal oder eine Nachricht zu empfangen und zu verarbeiten, anhand dem oder der der Laserscanner (5) eine jeweilige Lage des Markers (7, 8, 9, 10) ermitteln kann. Laser scanner ( 5 ) according to claim 18, which is adapted to receive and process a signal or message by means of which the laser scanner (s) ( 5 ) a respective position of the marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) can determine. Laserscanner (5) nach Anspruch 18 oder 19, der dazu ausgebildet ist, ein Signal oder eine Nachricht zu empfangen und zu verarbeiten, anhand dem oder der der Laserscanner (5) ein jeweiliges Identifikationsdatum des Markers (7, 8, 9, 10) ermitteln kann. Laser scanner ( 5 ) according to claim 18 or 19, which is adapted to receive and process a signal or a message by means of which the laser scanner (s) ( 5 ) a respective identification date of the marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) can determine. Laserscanner (5) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die Steuer- und Recheneinheit dazu ausgebildet ist, einen jeweiligen Marker (7, 8, 9, 10) in einer durch Abtastung erzeugten Punktwolke zu detektieren und zu identifizieren. Laser scanner ( 5 ) according to any one of claims 18 to 20, wherein the control and computing unit is adapted to a respective marker ( 7 . 8th . 9 . 10 ) in a point cloud generated by scanning and to identify. System zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung (1) mit einer Anzahl an Objekten (2, 3, 4), wobei das System zumindest drei Marker (7, 8, 9, 10) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17 und einen Laserscanner (5) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21 umfasst. System for creating a three-dimensional model of an environment ( 1 ) with a number of objects ( 2 . 3 . 4 ), whereby the system has at least three markers ( 7 . 8th . 9 . 10 ) according to one of claims 15 to 17 and a laser scanner ( 5 ) according to any one of claims 18 to 21.
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