DE102016011718B4

DE102016011718B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer statischen Größe eines Objekts

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Publication number: DE102016011718B4
Application number: DE102016011718.4A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Kaptura De GmbH
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2036-10-01
Also published as: DE102016011718A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts (2) mit einer Objektoberfläche, mit folgenden Verfahrensschritten:1) Erfassen von Objektdaten,a) wobei das Objekt (2) in einem Abtastbereich (9) von wenigstens einer durch eine von einer Beleuchtungseinheit (5a, 5b) erzeugten Lichtebene (5a', 5b') auf der Objektoberfläche gebildeten Lichtlinie wenigstens teilweise mit konstanter Abtastgeschwindigkeit abgetastet wird,b) wobei eine Reihe von Einzelbildern des Objekts (2) oder von Objektteilen in Form von Bildpunkten durch eine Bilderfassungseinheit (6a, 6b) in wenigstens einem Messintervall erfasst werden,2) Erstellen eines virtuellen dreidimensionalen Abbilds des Objekts (2) oder von Objektteilen,a) wobei eine Bildschrittweite der Einzelbilder als Maß für eine relative Winkellage der Objektteile, welche von der Bilderfassungseinheit (6a, 6b) in den Einzelbildern erfasst werden, bestimmt wird,b) wobei die Einzelbilder auf eine vordefinierte virtuelle Ebene (11) im Raum projiziert werden und die virtuelle Ebene (11), die Lichtebene (5a', 5b`) und die Bilderfassungseinheit (6a, 6b) so aufeinander ausgerichtet sind und die Bildpunkte der Einzelbilder derart jeweils mit einem Vektor (12) auf die Bilderfassungseinheit (6a, 6b) rückprojiziert werden, dass der Schnittpunkt des Vektors (12) der Rückprojektion mit der von der Beleuchtungseinheit (5a, 5b) erzeugten Lichtebene (5a', 5b') die reale Lage des von der Bilderfassungseinheit (6a, 6b) aufgenommenen Objektpunkts in der Lichtebene (5a', 5b') wiedergibt,c) wobei durch ein Zuordnen der Schnittpunkte der Einzelbilderbildpunkte zu den Bildschrittweiten das virtuelle Abbild des erfassten Objekts (2) oder der erfassten Objektteile erstellt wird,3) wobei anhand des virtuellen Abbilds wenigstens eine spezifische Größe des Objekts (2) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts.
Insbesondere im Lager- und Logistikbereich sind exakte physikalische Angaben zum Lade- oder Lagergut eine wesentliche Voraussetzung dafür, einen effizienten Transport oder eine effektive Auslastung des Lagers zu erzielen. Maße und Gewicht beeinflussen dabei maßgeblich die Transport- und Lagerkosten. Letztere sind jedoch für die allermeisten Güter nicht bekannt oder nur schwer zugänglich und auch nicht standardisierbar, wobei andererseits die Regel gilt, dass je früher die tatsächlichen Maße der zu verlandenden oder zu lagernden Güter bekannt sind, desto besser kann das verfügbare Ladevolumen bzw. der vorhandene Lagerraum genutzt und eventuell zusätzliche Kapazitäten bereitgestellt werden. Ungenaue Angaben können den Ablauf entlang der gesamten Liefer- und/oder Lagerkette empfindlich stören.
Für die hierbei avisierte virtuelle Erfassung der Objektsgeometrie werden im Stand der Technik eine Vielzahl von Verfahren beschrieben. Die Verfahren nach den Offenlegungsschriften WO 2009 / 120 073 A2 und US 2002/0041282 A1 sehen zum Beispiel vor, dass zur Objekterkennung auf das zu erfassende Objekt vorab ein Muster gelegt wird. Die EP 2 085 744 B1 wiederum zielte darauf ab, einen Punkt im Raum über die Verknüpfung der durch ein Projektorgitter erzeugten relativen Phasen mit der relativen Lokation von Abbildungspunkten die Lage eines Zielpunktes mit Hilfe der Epipolargeometrie zu bestimmen. Ferner wird in den DE 10 2011 000 304 A1 , DE 10 20 15 106 936 A1 , EP 1 996 897 B1 , DE 38 54 348 T2 und US 6 556 307 B1 versucht insbesondere und unter anderem mit einem verbesserten Triangulationsverfahren die Raumgeometrie eines Objekts zu erfassen.
Es besteht daher das Bedürfnis nach einer Möglichkeit, auf einfache Art und Weise insbesondere Größe, Maße und/oder Gewicht von beliebigen Gegenständen feststellen zu können.
Eine Aufgabe nach der vorliegenden Erfindung kann deshalb darin gesehen werden, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem auf einfache und schnelle Art und Weise für Objekte unterschiedlicher geometrischer Formen und Gewichte objektspezifische, insbesondere statische Größen bestimmt werden können.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts mit einer Objektoberfläche, bei dem die Objektdaten erfasst werden, wobei das Objekt in einem Abtastbereich von wenigstens einer durch eine von einer Beleuchtungseinheit erzeugten Lichtebene auf der Objektoberfläche gebildeten Lichtlinie wenigstens teilweise mit konstanter Abtastgeschwindigkeit abgetastet wird, wobei eine Reihe von Einzelbildern des Objekts oder von Objektteilen in Form von Bildpunkten durch eine Bilderfassungseinheit in wenigstens einem Messintervall erfasst wird, und bei dem ein virtuelles dreidimensionales Abbild des Objekts oder der Objektteile erstellt wird, indem eine Bildschrittweite der Einzelbilder als Maß für eine relative Lage der Objekteile, welche von der Bilderfassungseinheit in den Einzelbildern erfasst werden, bestimmt wird und die Einzelbilder auf eine vordefinierte virtuelle Ebene im Raum projiziert werden und die virtuelle Ebene, die Lichtebene und die Bilderfassungseinheit so aufeinander ausgerichtet sind und die Bildpunkte der Einzelbilder derart jeweils mit einem Vektor auf die Bilderfassungseinheit rückprojiziert werden, dass der Schnittpunkt des Vektors der Rückprojektion mit der von der Beleuchtungseinheit erzeugten Lichtebene die reale Lage des von der Bilderfassungseinheit aufgenommenen Objektpunkts in der Lichtebene widergibt, wobei durch ein Zuordnen der Schnittpunkte der Einzelbilderbildpunkte zu den Bildschrittweiten das virtuelle Abbild des erfassten Objekts oder der erfassten Objektteile erstellt bzw. erzeugt wird, und wobei anhand des virtuellen Abbilds wenigstens eine spezifische Größe des Objekts bestimmt wird.
Mit Blick auf die vorliegende Erfindung soll unter Lichtebene ein Lichtbereich gemeint sein, welcher sich wie eine Ebene im Raum aufspannt, wobei die Ebene, soweit sie ein Objekt schneidet, auf dem Objekt eine klar differenzierbare Lichtlinie ausbildet.
Insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Projektions- bzw. Rückprojektionsverfahren wird erstmals nach der Erfindung ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das auf einfache Art und Weise in der Lage ist, mit Hilfe eines einfachen, wenig Rechenleistung beanspruchenden Algorithmus aus einem durch eine Bilderfassungseinheit erfassten zweidimensionalen Bild von einem Objekt ein virtuelles, der tatsächlichen dreidimensionalen Größe des Objekts entsprechendes Abbild zu erzeugen, welches rechnerisch vermessen werden kann. Damit wird so ein robustes Verfahren geschaffen, welches es erlaubt, eine Vielzahl von unter anderem statischen Größen eines beliebigen Objekts, wie z.B. Länge, Breite, Höhe, mit hoher Geschwindigkeit zu bestimmen, wodurch sich das Verfahren insbesondere, aber sicherlich nicht ausschließlich zur Verwendung im Rahmen einer Lager-Lieferkette eignet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht ferner darin, wenn die Bildschrittweite derart bestimmt wird, indem beim umlaufenden Abtasten zunächst eine Winkeldifferenz zwischen einer ersten Winkellage des Objekts relativ zur Laserlinie zu Beginn des Messintervalls und zum Ende des Intervalls bestimmt wird. Die Bildschrittweite kann dann auf einfache Weise durch ein Interpolieren der Winkeldifferenz mit Bezug auf die erfassten Einzelbilder erfolgen. Dies bedeutet, dass nach dieser Ausführungsform der Erfindung keine bestimmten Objektpositionen angefahren werden müssen, um einzelne Messungen vornehmen zu können, sondern nur die Objektposition am Anfang und am Ende des Messintervalls. Dadurch wird die Verfahrensgeschwindigkeit erheblich vergrößert und der Messprozess vereinfacht. Dabei verhindert das direkte Erfassen bzw. Messen des Objektwinkels am Ende des Messintervalls, welches natürlich den Anfang eines eventuellen neuen Messintervalls bildet, und ein damit verbundenes Vergleichen bzw. Zuordnen der über Interpolation bestimmten Winkellagen mit den gemessenen Winkellagen auch die Entstehung eines Drifts, der technisch bedingt aus der Drehbewegung heraus entstehen kann und soweit erforderlich mit einem entsprechenden Korrekturfaktor ausgeglichen werden kann. Dabei kann die Interpolation und damit die Bestimmung der Bildschrittweite bei dieser Art von erfindungsgemäßem Streamingprinzip sehr vorteilhaft durch ein einfaches Dividieren der Winkeldifferenz durch die Anzahl der im Messintervall erfassten Einzelbilder erfolgen, vorausgesetzt jedoch, die Aufnahmerate der Einzelbilder ist konstant.
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterentwicklung vor, dass die Objektdatenerfassung stets nur bei der vorgegebenen Abtastgeschwindigkeit erfolgt, nämlich, dass im Rahmen des Verfahrens berücksichtigt wird, dass die Bestimmung der Bildschrittweite erst dann erfolgt, wenn die Abtastgeschwindigkeit des Objekts im Abtastbereich die vorherbestimmte Geschwindigkeit bzw. Messgeschwindigkeit erreicht hat. Letzteres gilt natürlich auch für das Ende des Messvorgangs, bei dem es zum Abbremsen des Objekts kommt. Dadurch wird sichergestellt, dass im Messintervall oder in den Messintervallen das Objekt stets mit konstanter Abtastgeschwindigkeit abgetastet wird.
Ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Rückprojektion der Bildpunkte, ausgehend von der virtuellen Ebene im Raum, auf den Brennpunkt der Bilderfassungseinheit erfolgt. Dies ist nach der Erfindung insbesondere deshalb möglich, weil vorteilhafter Weise bei der Bestimmung der virtuellen Raumlage der Ebene, relativ zur Bilderfassungseinheit, physikalische Größen wie Öffnungswinkel der Bilderfassungseinheit, Lage des Bildsensors in der Bilderfassungseinheit und dergleichen bereits berücksichtigt wurden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens umfasst auch das Bestimmen des Gewichts des Objekts. Das Gewicht des Objekts kann nach der Erfindung zum einen dadurch erfolgen, dass das Objekt gleichzeitig zur Bildung seines virtuellen Abbilds gewogen wird oder basierend auf bekannten Materialdaten und dem im Verfahren bestimmbaren Objektvolumen berechnet wird.
Die vom erfindungsgemäßen Verfahren erfassten oder bestimmten Objektdaten werden im Rahmen der Erfindung gespeichert und stehen so zur Weiterverarbeitung und Darstellung zur Verfügung.
Eine Weiterverarbeitung kann dabei in einer virtuellen Darstellung des Objekts im Raum z.B. durch Ansicht des Objekts mit Hilfe einer 3D-Brille oder auf einem Bildschirm als perspektivische Darstellung gesehen werden. Zusätzlich oder ersatzweise zur dreidimensionalen Darstellung können natürlich gleichfalls sämtliche Teile der spezifischen Objektgrößen angezeigt werden. Letzteres hängt unter anderem auch von der erfassten und/oder ausgewerteten Objektdatenlage ab.
Die sichtbare Darstellung des virtuellen Objekts kann selbstverständlich auch dazu benutzt werden, um verschiedene durch das Verfahren aufgenommene Objekte miteinander zu vergleichen. Ferner bietet das Verfahren aber auch die Möglichkeit, zusätzlich oder ersatzweise insbesondere anhand der spezifischen Objektgrößen verschiedene Objekte miteinander zu vergleichen. Ein bevorzugter Parameter ist dabei insbesondere der Schwerpunkt eines Objekts, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem gemessenen/bestimmten Objektgewicht und den geometrischen Parametern des Objekts bestimmt werden kann und der sich als adäquater Vergleichsparameter herausgestellt hat. Zusätzlich oder alternativ dazu können auch statistische Verfahren eingesetzt werden, mit deren Hilfe die spezifischen Objektgrößen auf Übereinstimmungswahrscheinlichkeit getestet werden.
Als besonders geeignet und vorteilhaft hat sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verwendung von zwei, durch Lichtebenen gebildete Lichtlinien zum Abtasten des Objekts herausgestellt. Dies hat sich deshalb als besondere vorteilhaft herausgestellt, weil sich mit zwei Lichtlinien nach dem Verfahren ein beliebiges Objekt bzw. dessen Oberfläche fast komplett abbilden lässt. Dabei ist von der Darstellung nur der Bereich ausgenommen, auf dem das Objekt im Abtastbereich steht. Dieser Bereich könnte nach der Erfindung mit einer dritten Lichtlinie abgedeckt werden, wenn auch die Standseite des Objekts transparent ist und abgebildet werden soll.
Insbesondere im Fall von zwei Lichtebenen bzw. zwei Lichtlinien sind diese vorteilhafter Weise derart zueinander angeordnet, dass sie sich in einem rechten oder anderem Winkel schneiden und relativ zum Objekt die Schnittlinie der Lichtebenen mit der zukünftigen Drehachse des abzutastenden Objekts zusammenfällt. In dieser Konstellation ist es auf einfache Art und Weise möglich, die ursprüngliche dreidimensionale Lage des von der Lichtlinie abgetasteten Objektpunkts zu rekonstruieren. Dabei gilt es, die die in der Lichtlinie enthaltenden Bilder erfassende Bilderfassungseinheit und die der Bilderfassungseinheit zugewiesene virtuelle Ebene, auf die die Bildpunkte projiziert werden, was Lage und Größe angeht derart auszurichten, dass ohne weiteren Rechenschritt der Schnittpunkt des rückprojizierenden Vektors mit der Lichtebene die reale Lage des abzubildenden Objektpunkts wiedergibt und so in Kombination mit der dazugehörigen Bildschrittweite die dreidimensionale Weltkoordinate des aufgenommenen Objektpunkts auf einfache Weise bestimmt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, wenn die Lichtlinien unterschiedliche Farben aufweisen, wobei wie bereits dargestellt, jeder Bilderfassungseinheit eine Lichtlinie zugeordnet ist. Durch die Verwendung unterschiedlicher Lichtlinienfarben bei der Nutzung von zwei oder mehreren Lichtlinien können, im Fall von Überschneidung der Laserlinien auf dem Objekt, diese Überschneidungen im Bild der Bilderfassungseinheit auf einfache Art und Weise differenziert und ggf. gefiltert werden.
Über das Erzeugen eines dreidimensionalen virtuellen Objektbildes, das vermessen werden kann, hinaus sieht die Erfindung auch vor, das Objekt zudem fotographisch bildlich zu erfassen. Das so geschaffene Bild kann dann zumindest in Teilen mit dem virtuellen Objektbild verglichen werden, um insbesondere Differenzen aufzudecken und/oder um das virtuelle Objektbild strukturell zu ergänzen. Es kann aber auch nur zur optischen Referenz dienen. Beim erfassten Bild kann es sich um eine bildliche Darstellung aus einem definierten Blickwinkel handeln oder um eine panoramabildliche Darstellung. Im letzteren Fall würden mehrere Bilder verschiedener aufeinander folgender Objektseiten jeweils aus dem gleichen Blickwinkel aufgenommen und zu einem Panoramabild zusammengefügt werden.
Die Aufgabe wird einer anderen Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: eine Erfassungseinheit zur Erfassung von Daten des Objekts mit einem Abtastbereich zur Aufnahme des Objekts, wenigsten einer eine Lichtebene erzeugende Beleuchtungseinheit zum Ausbilden einer Lichtlinie auf dem Objekt, wobei die Erfassungseinheit eingerichtet ist das Objekt wenigstens teilweise mit konstanter Abtastgeschwindigkeit mit der Lichtlinie abzutasten, wenigstens eine Bilderfassungseinheit zur Erfassung einer Reihe von Einzelbildern des Objekts oder von Objektteilen in Form von Bildpunkten in wenigstens einem Messintervall, eine Auswerteeinrichtung zur Erstellung und Auswertung bzw. Erzeugung eines virtuellen dreidimensionalen Abbilds des Objekts oder von Objektteilen, umfassend Mittel zur Bestimmung einer Bildschrittweite der Einzelbilder als Maß für eine relative Winkellage der Objekteile, welche von der Bilderfassungseinheit in den Einzelbildern erfasst werden, Mittel mit denen die Einzelbilder auf eine vordefinierte virtuelle Ebene im Raum projizierbar sind und die virtuelle Ebene, die Lichtebene und die Bilderfassungseinheit so aufeinander ausgerichtet sind und die Bildpunkte der Einzelbilder derart jeweils mit einem Vektor auf die Bilderfassungseinheit rückprojizierbar sind, dass der Schnittpunkt des Vektors der Rückprojektion mit der von der Beleuchtungseinheit erzeugten Lichtebene die reale Lage des von der Bilderfassungseinheit aufgenommenen Objektpunkts in der Lichtebene wiedergibt, Mittel mit denen durch ein Zuordnen der Schnittpunkte zu den Bildschrittweiten das virtuelle Abbild des erfassten Objekts oder der erfassten Objektteile erstellbar bzw. erzeugbar ist, wobei anhand des virtuellen Abbilds wenigstens eine spezifische Größe des Objekts bestimmbar ist.
Dabei weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine Erfassungseinheit auf, welche im Abtastbereich eine Drehvorrichtung zum Drehen des Objekts relativ zur Beleuchtungs- und zur Bilderfassungseinheit aufweist. In diesem Fall ist die Lage der Beleuchtungseinheit und der Bilderfassungseinheit festgelegt und das Objekt dreht sich relativ zur von der Beleuchtungseinheit erzeugten Lichtebene, die das Objekt in einer Lichtlinie im Abtastbereich auf der Drehvorrichtung schneidet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jeder Beleuchtungseinheit eine Bilderfassungseinheit zugeordnet, wobei es sich bei der Beleuchtungseinheit um einen so genannten Zeilen- oder Linienlaser handeln kann. Selbstverständlich könnte die Lichtlinie und damit die Lichtebene auch dadurch erzeugt werden, dass ein Lichtstrahl, z. B. eines Lasers, mittels einer beweglichen Ablenkeinheit, insbesondere eines Drehspiegels, ausreichend schnell abgelenkt wird, so dass der sich schnell bewegende Lichtpunkt oder -fleck als Linie wahrgenommen werden kann. Auch auf diese Weise erzeugtes Licht ist im Rahmen dieser Offenbarung als ein sich ausweitender Lichtstrahl anzusehen, der durch sein Aufweiten bzw. Aufspreizen eine Lichtebene im Sinne der vorliegenden Erfindung ausbildet.
Nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Bilderfassungseinheit vorzugsweise eine Hochgeschwindigkeitskamera mit einem quadratischen Bildsensor (z.B. CCD oder CMOS Sensor), wobei die Hochgeschwindigkeitskamera vorteilhafterweise nach dem Global Shutter Prinzip arbeitet und deshalb nach der Erfindung der Kameraverschluss öffnet und die gesamte Bildsensorfläche in Form einer Momentaufnahme belichtet wird. Ein bewegtes Objekt wird also - abhängig von der gewählten Bildfrequenz - in schneller Folge belichtet. Das Prinzip eignet sich daher besonders gut, wenn, wie nach der Erfindung, die Kamera schnelle Bildabfolgen bewegter Objekte erfassen und abbilden soll.
Neben dem Einsatz des Global Shutter Prinzips wird, wie oben bereits angeführt, nach der Erfindung gezielt ein quadratischer Bildsensor eingesetzt, wobei sich im Rahmen der Erfindung herausgestellt hat, dass die Abbildung des quadratischen Sensors im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Projektionsverfahren besonders leicht handhabbar ist, da mit ihm eine Vereinfachung des Algorithmus einhergeht und damit eine Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung besteht auch darin, dass die Vorrichtung zwei jeweils eine Lichtebenen erzeugende Beleuchtungseinheit umfasst und die Anordnung der Beleuchtungseinheiten derart getroffen ist, dass die Lichtebenen sich in einem rechten oder anderen Winkel in einer Linie schneiden, welche mit einer das Objekt schneidenden Drehachse zusammenfällt. Selbstverständlich können, wie bereits zum Verfahren ausgeführt, auch mehr als nur zwei Beleuchtungseinheiten vorgesehen sein.
Dabei sei noch erwähnt, dass die Beleuchtungseinheiten Lichtebenen und Lichtlinien unterschiedlicher Farbe erzeugen können, um die Differenzierung zwischen den unterschiedlichen Beleuchtungseinrichtungsaufnahmen zu ermöglichen.
Ferner sieht die Erfindung vor, dass die Bilderfassungseinheit eine optische Achse aufweist, deren Verlängerung in einer gedachten Ebene liegt, welche mit der Lichtebene einen definierten Winkel einschließt, und die das Objekt im Abtastbereich derart schneidet, dass die in der Lichtlinie enthaltenden Bilder erfasst werden. Dabei hat es sich für verschiedene Ausführungsformen der Erfindung als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Winkel vorzugsweise eine Größe zwischen 30 und 60 Grad aufweist oder ferner bevorzugt eine Größe zwischen 40 bis 50 Grad aufweist oder besonders bevorzugt eine Größe von 45 Grad aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht ferner darin, dass die Erfassungseinheit eine Wiegevorrichtung zur Erfassung des Objektgewichts aufweist. Die Wiegevorrichtung oder Waage kann dabei vorteilhaft mit der Drehvorrichtung kombiniert werden, so dass der Abtastvorgang und der Wiegevorgang parallel zueinander erfolgen können.
Um im erfindungsgemäße Verfahren auch die Möglichkeit zu eröffnen, das Objekt auch fotographisch bildlich zu erfassen, sieht eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung vor, dass die Erfassungseinheit auch eine Beleuchtungseinrichtung und eine Bildaufnahmeeinheit umfasst.
Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung eingerichtet ist, um die Erfassungseinheit zu steuern und/oder zu regeln, wobei diesbezüglich die Vorrichtung wenigstens eine Schnittstelle zwischen der Erfassungseinheit und der Auswerteeinrichtung aufweist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht auch darin, dass die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, welches quasi als Dunkelkammer für die Bilderfassungseinheit und die Beleuchtungseinheit fungiert und in dem der Abtastbereich untergebracht ist. Das Gehäuse ist hierzu vorteilhafterweise mit einem austauschbaren lichtabsorbierenden Material ausgekleidet oder alternative mit schwarzer Farbe gestrichen. Ferner weist das Gehäuse eine Sicherheitstür auf, die mit der Auswerteeinheit derart in Verbindung steht, dass bei geöffneter Tür die Vorrichtung nicht funktionsfähig ist und insbesondere die Beleuchtungseinheit und die Drehvorrichtung nicht funktionsfähig sind.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht auch in einem Computerprogrammprodukt, welches Instruktionen umfasst, die bei Ausführung auf einem Computer diesen befähigen, als Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen.
Des Weiteren besteht eine Ausbildung der Erfindung auch in einem computerlesbaren Datenträger, auf welchem Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, als Steuer- und Auswerteeinrichtung eine Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen.
Weitere Merkmale, Vorteile, Wirkungen und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der gegebenenfalls unter Bezug auf eine oder mehrerer Zeichnungen zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen schematisch:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts;
2a 2b mögliche relative Positionierungen der Bilderfassungseinheit/Kamera gegenüber dem zu erfassenden Objekt bzw. der Laserlinie;
3 ein Flussdiagramm, welches die wesentlichen Teile des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt;
4 die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Projektionsprinzips zur Bestimmung eines realen dreidimensionalen Objektabbilds.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts 2. Das Objekt oder der Gegenstand 2 befindet sich in der Vorrichtung 1 auf einer Drehvorrichtung bzw. einem Drehteller 3. Der Drehteller 3 ist auf einer Waage 4 angeordnet und wird von einem nicht dargestellten Motor angetrieben. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner zwei Linienlaser 5a und 5b, zwei den Linienlasern 5a, 5b zugeordnete Kameras 6a und 6b und die Fotokamera 6c sowie die LED-Beleuchtung 5c. Ferner weist die Vorrichtung 1 eine Steuereinheit 7und ein Gehäuse 8 auf.
Das Gehäuse 8 dient einerseits zur Abschirmung des Messvolumens gegen äußere Einflüsse - speziell Licht, denn während des Messvorgangs sollen die Kameras nach Möglichkeit nur das vom Objekt 2 kommende Licht der beiden Laser 5a, 5b erfassen und (Tages-) Licht von außen erschwert das Auffinden und die Separation des Laserlichts 5a`, 5b' bzw. der Laserlinien auf dem Objekt 2 deutlich. Andererseits schützt das Gehäuse 8 einen Bediener der Vorrichtung 1. Das Gehäuse 8 verhindert, dass Laserlicht 5a`, 5b' in die Augen des Bedieners gelangt und macht Quetschungen, Abschürfungen oder ähnliches unmöglich (während des Abtastvorgangs dreht sich das Messobjekt 2 auf einem Drehteller 3). Von innen kann das Gehäuse 8 mit schwarzem Filz ausgekleidet sein, um ungewollte Reflektionen des Laserlichts zu verhindern. Dabei können die Filzwandplatten (nicht dargestellt) wartungsfreundlich z.B. mit Klettband oder magnetisch montiert werden. Das Gehäuse 8 verschafft über eine verschließbare Öffnung Zugang zum Messvolumen, wobei die Öffnungstür (nicht dargestellt) einen Sicherungsmechanismus aufweisen kann, der im Fall einer geöffneten Tür die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 messseitig, d.h. insbesondere mit Bezug auf alle beweglichen Teile, wie den Drehteller 3, aber auch mit Blick auf das Laserlicht 5a`, 5b`, die Vorrichtung 1 stilllegt.
Die Auswerteeinheit 7 umfasst insbesondere einen Computer mit zumindest einem Prozessor, wenigstens eine Speichereinheit, wenigstens eine Schnittstelle zur Kommunikation mit der Erfassungseinheit, die vorliegend vom Gehäuse 8 umschlossen wird, ein Display oder wenigstens eine Schnittstelle zum Anschluss wenigstens eines Displays, wobei Display nach der Erfindung breit zu verstehen ist und damit auch Mittel zur dreidimensionalen Darstellung einschließt, sonstige kabelgebunde oder kabelfreie Schnittstellen zur Verbindung der Auswerteeinheit mit externen Geräten oder dem Internet, eine programmierbare Betriebssystemumgebung, wie z.B. Linux, und alle weiteren dem Fachmann bekannten Einheiten eines Computers.
Der in 1 nicht dargestellte Schrittmotor, der den Drehteller 3 antreibt, ist samt dazugehörigem Riemenantrieb und Gleitlager frei auf der Waage 4 gelagert. Das Eigengewicht des Antriebs wird bei der Erfassung des Objektgewichts per Tara herausgerechnet. Zur Vermeidung von Reflexionen ist der Drehteller 3 mit einer schwarzen Pulverschicht versehen. Die Waage 4 ist z.B. über eine serielle Schnitte 10 mit der Auswerteeinheit 7 verbunden. Über diese Schnittstelle 10 wird das gemessene Gewicht an die Auswerteeinheit 7 übermittelt.
Mit der in 1 dargestellten Fotokamera 6c und der LED-Beleuchtung 5c kann z.B. - bevor der eigentliche Messvorgang beginnt - ein fotographisches Abbild des Objekts 2 gemacht werden, welches der optischen oder tatsächlichen Referenz zum virtuellen Abbild des Objekts dienen kann. Wobei tatsächliche Referenz meint, dass die Inhalte des vom Objekt 2 gemachten Fotos bei der Erstellung des virtuellen Abbilds mitverwendet werden können, um ggf. Fehler aufzudecken oder Ergänzungen vorzunehmen.
Bei den Lasern 5a, 5b handelt es sich um Linienlaser mit einem Öffnungswinkel von 90°. Dadurch ergibt sich ab einem gewissen Abstand eine Laserebene 5a`, 5b`, die durch das Messobjekt 2 geschnitten wird. Bei diesem Schnitt zeichnet sich der Laser auf der Oberfläche des Messobjekts 2 ab. Es entsteht eine Laserlinie auf dem Messobjekt 2. Die Laserachse 5a'' des Lasers 5a fällt nach vorliegendem Ausführungsbeispiel mit der Drehachse 3' des Drehtellers 3 zusammen. Dies ist hier rein darstellungsbedingt und für die Funktionsweise der Vorrichtung 1 grundsätzlich nicht erforderlich. Maßgeblich hierfür ist vielmehr, dass mit dem bzw. den Lasern 5a`, 5b' die zur Messung erforderliche Laserlinie auf dem Objekt 2 erzeugt wird, wobei ferner für die Auswertung der Messergebnisse von Vorteil ist, wenn die Schnittlinie der Laserebenen 5a' und 5b' mit der Drehachse 3' zusammenfällt und das Objekt möglichst symmetrisch zu dieser Schnittlinie angeordnet wird.
Wie bereits ausgeführt, ist jedem der Laser 5a, 5b eine Kamera 6a, 6b zugeordnet. Die Laser 5a, 5b weisen unterschiedliche Farben auf, um bei Überschneidungen im Kamerabild die Zuordnung der Laser 5a, 5b zur jeweiligen Kamera 6a, 6b zu erleichtern. Nach vorliegendem Ausführungsbeispiel ist der Laser 5a der Kamera 6a zugeordnet und der Laser 5b der Kamera 6b.
Bei den Kameras 6a, 6b handelt es sich um Hochgeschwindigkeitskameras mit quadratischem Bildsensor und Global Shutter und einer hohen Framerate von z.B. 75 Frames pro Sekunde oder mehr. Die hohe Framerate ist relevant für das erfindungsgemäße Streamingprinzip bei der Datenerfassung. Der quadratische Bildsensor erleichtert außerdem die Berechnungen für das Projektionsverfahren.
Die Position der erste Kamera 6b ist seitlich des Abtastbereichs 9, etwas oberhalb des Nullniveaus / des Drehtellers 3. Als Abtastbereich 9 wird vorliegend der Bereich oberhalb des Drehtellers 3 verstanden. Das Nullniveau bestimmt sich anhand der Oberflächenlage des Drehtellers 3.
Die erste Kamera 6b ist zuständig für die Seitenansicht. Die zweite Kamera 6a ist seitlich und oberhalb des Abtastbereichs 9 positioniert. Weder Informationen an den Seiten noch an der Kopfseite des Messobjekts 2 bleiben so verborgen. Einzig die Standseite des Objekts 2 auf der Drehtellerfläche wird so nicht erfasst.
Für viele Anwendungen hat sich nach der Erfindung gezeigt, dass ein Ausrichtungswinkel der Kameras 6a, 6b relativ zu den Laserebenen 5a`, 5b' von 45° ein guter Kompromiss zwischen Auflösung und Verschattung ist. Hierbei gilt es zu berücksichtigen, dass natürlich grundsätzlich ein Betrachtungswinkel zwischen 0° und 90° in Betracht gezogen werden könnte, wobei das Minimum (0°) und das Maximum (90°) normalerweise keine Rolle spielen. Bei der Wahl des geeigneten Betrachtungswinkels ist zu beachten, dass mit der Größe des Betrachtungswinkels zwischen Kamera 5a, 5b und Laserebene 6a, 6b zum Objekt 2 die Auflösung am zu erfassenden Objekts 2 wächst, denn je größer der Betrachtungswinkel ist, desto mehr Bildpunkte pro zu erfassendem Millimeter (Pixel/mm) stehen zur Verfügung, um den Verlauf der Objektoberfläche erfassen zu können. Das sei anhand von 2a und 2b nochmals genauer erläutert.
Geht man hierbei z.B. davon aus, dass die Kamera 6a, 6b eine Auflösung von 2000 mal 2000 Pixel aufweist, so ergibt sich mit Blick auf 2a folgendes Bild:

- bei einem Betrachtungswinkel von 60° ergibt sich danach eine Betrachtungslänge von 45 mm. Dividiert man nun die Kameraauflösung von 2000 px durch diese Betrachtungslänge, erhält man für diesen Fall eine Objektauflösung von 44,44 px/mm;
- bei einem Betrachtungswinkel von 45° ergibt sich danach eine Betrachtungslänge von 56 mm. Dividiert man nun die Kameraauflösung von 2000 px durch diese Betrachtungslänge, erhält man für diesen Fall eine Objektauflösung von 35,71 px/mm;
- bei einem Betrachtungswinkel von 30° ergibt sich danach eine Betrachtungslänge von 80 mm. Dividiert man nun die Kameraauflösung von 2000 px durch diese Betrachtungslänge, erhält man für diesen Fall eine Objektauflösung von 25,00 px/mm.

Grundsätzlich ist es das Ziel, eine möglichst hohe Auflösung zu erreichen. Anderseits muss eine mögliche Verschattung vermieden werden, d.h. tiefer liegende Konturen sollten nach Möglichkeit ebenfalls erfasst werden.
2b zeigt, dass bei 30° die höchste „Eindringtiefe“ beziehungsweise die geringste Verschattung entsteht. Bei 60° gehen durch Verschattung die meisten Tiefeninformationen verloren. Der Betrachtungswinkel von 45° stellt also im Rahmen der Erfindung einen Kompromiss zwischen Auflösung und Verschattung dar und wird erfindungsgemäß daher bevorzugt angewandt. Wie aber aus der obigen Betrachtung auch offensichtlich ist, könnte für spezifische Anwendungen bzw. Objekte eine Änderung hin zu größeren oder kleinere Betrachtungswinkel sinnvoll sein.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen die optischen Achsen 6a', 6b' jeweils in einer gedachten Ebene, die mit der jeweils zugeordneten Laserebene 5a' und 6b' einen Winkel von 45° einschließt. Damit blickt die Kamera 6a in einem Winkel von 45° zur zweiten Laserebene 5a' von oben in den Abtastbereich 9 bzw. auf das Objekt 2 und die Kamera 6b in einem Winkel von 45° zur zweiten Laserebene 5b' von der Seite her auf den Abtastbereich 9 bzw. auf das Objekt 2.
In 3 sind schematisch die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dabei wird nach dem Starten des Prozesses im Schritt S1, die Erfassung der Daten im Schritt S2 angestoßen. Der Erfassungs- bzw. Messvorgang besteht zum einen aus dem Wiegen S3-1 des Objekts 2 als auch aus dem Abtasten S3-2 des Objekts 2 durch die Laser 5a, 5b und der Aufnahme von die Lichtlinien enthaltenden Bilder durch die Kameras 6a, 6b. Während eines Messvorgangs S2 dreht sich der Drehteller 3, auf dem das Messobjekt 2 platziert ist, um ca. 400°. Somit verbleiben jeweils 10-20° für die Be- und Entschleunigung des Tellers 3 und > 360° mit konstanter Drehgeschwindigkeit. Während dieser Zeit findet die eigentliche Messung am Objekt 2 statt. Der Schritt S2 kann nach der Erfindung auch das Aufnehmen eines Fotos mit der Kamera 6c umfassen. Dabei erfolgt im Gehäuse 8 die Beleuchtung des Objekts 2 mit der LED-Leuchte 6c. Soweit gewünscht kann auch ein Panoramabild vom Objekt 2 aufgenommen werden. Hierzu wird das Objekt 2 mit dem Drehteller 3 gedreht und mehrere Aufnahmen aus dem gleichen Blickwickel gemacht und zu einem Panoramabild zusammengefügt.
Eine besondere Variante nach der Erfindung besteht darin, Daten nicht nur zu messen, sondern diese auch zustandslos zu erfassen. Nach diesem erfindungsgemäßen Streamingprinzip werden nicht bestimmt Positionen (Zustände) angefahren, um dann eine einzige Messung vorzunehmen. Vielmehr werden Anfangs- und Endposition sowie eine Drehgeschwindigkeit des Drehtellers 3 definiert.
Während des Abtastens bzw. Scannens S3-2 werden mit einer konstanten Abtastrate Messungen (Bildaufnahmen) mit den Kameras 6a, 6b vorgenommen. Der Drehteller 3 rotiert währenddessen mit einer konstanten Geschwindigkeit.
Um ein Driften zu vermeiden, werden in konstanten Messintervallen bzw. Abständen, z.B. 1.000 ms, die Position des Drehtellers 3 abgefragt und der gerade vorgenommenen Messung direkt zugeordnet. Sämtliche Messungen, die in den 1.000 ms davor stattgefunden haben, erhalten ihre Position durch Interpolation des Winkels (vorherige Position <-> aktuelle Position). Zur Interpolation wird die Winkeldifferenz zum Zeitpunkt t0 und zum Zeitpunkt t0+1000ms durch die Anzahl der Einzelbilder bzw. Frames geteilt, die in diesem Zeitraum aufgenommen wurden. Daraus ergibt sich eine Bildschrittweite in Grad, mit der jedem bisher räumlich nicht definierten Frame eine eindeutige Position in Grad zugeordnet werden kann.
Durch Anpassung der Drehgeschwindigkeit kann so sehr einfach die Aufnahmedauer und die Auflösung des dreidimensionalen Abbilds bzw. 3D-Modells an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Ziel ist eine möglichst hohe Auflösung des 3D-Modells bei möglichst kurzer Aufnahmedauer.
Die Grenzen des Verfahrens ergeben sich lediglich durch die verwendete Hardware. Je mehr (Haupt)-Speicher und Prozessor-Taktfrequenz in der Auswerteeinrichtung 7 vorhanden ist, je schneller die Kameras 6a, 6b Bilder aufnehmen können, desto höher ist die Auflösung des resultierenden 3D-Modells (bei unveränderter Geschwindigkeit des Drehtellers). Falls Prozessor und Kamera am Limit arbeiten, kann durch eine Verringerung der Drehgeschwindigkeit des Tellers 3 ebenfalls eine höhere Auflösung erzielt werden. Allerdings verlängert sich bei diesem Vorgehen auch die Aufnahmedauer für ein Messobjekt.
Sobald sämtliche Messdaten zum Objekt 2 in einem oder mehreren Messintervallen erfasst wurden, wird im nächsten Verfahrensschritt S4 das virtuelle Objektabbild bzw. Modell basierend auf den erfassten Messdaten erstellt, wobei die erfassten Messdaten u.a., wie oben beschrieben, auch die durch Interpolation gewonnen Daten einschließt. Erfasste Daten meint insoweit nach der Erfindung auch abgeleitete Messdaten.
Mit diesem Verfahrensschritt S4 fallen auch optische oder elektronische Korrekturschritte der von den Kameras 6a und 6b aufgenommen Bilder zusammen. Da die Laser 5a und 5b zur Unterscheidung unterschiedliche Farben aufweisen, werden mit den Kameras 6a und 6b in der vorliegenden Ausführungsform zweidimensionale Farbbildaufnahmen generiert. Ein Ziel der Erfindung ist es aber, aus den zweidimensionalen Bildaufnahmen ein in Realgröße wiederzugebendes virtuelles Abbild oder Modell des abgetasteten Objekts 2 zu erstellen und dies im Sinne der Erfindung auszuwerten.
Dabei basiert die Erfindung unter anderem auf der Erkenntnis, dass die durch die Kameras 6a und 6b erfassten und im Verfahren korrigierten 2D-Bilder sämtliche Punkte, an denen das Messobjekt die Laserebene schneidet, enthalten. Letzteres wird durch 4 veranschaulicht.
4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht auf Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung, anhand derer das Auswerteprinzip zum Erstellen des dreidimensionalen Abbilds dargelegt werden soll. Dabei ist aus 4 der Drehteller 3, ein Objekt 2, die Kamera 6b und die Laserebene 5b` zu entnehmen. Ferner zeigt 4 die erfindungsgemäße Projektionsebene 11. Die Projektionsebene ist quadratisch und stellt das Pendant zum quadratischen Bildsensor in der Kamera 6b dar.
Die Laserebene 5b' bestrahlt das Objekt 2, in diesem Fall ein quadratischer Körper, von der Seite, damit überstreicht die Laserlinie die Seitenflächen des Objekts 2. Die bestrahlten Objektteile werden in Form von Bildpunkten von der Kamera 6b aufgenommen. Der Objektpunkt A steht diesbezüglich exemplarisch für alle weiteren von der Kamera 6b aufgenommen Objektpunkte. Nach dem mathematischen Modell des erfindungsgemäßen Verfahrens/Projektionsverfahrens wird jedem der aufgenommenen Bildpunkte eines Einzelbildes ein Projektionspunkt auf der Projektionsebene 11 zugeordnet. Im Beispiel von 4 wird dem Bildpunkt zum Objektpunkt A ein Projektionspunkt B auf der Projektionsebene 11 zugeordnet/projiziert. Die Lage und damit die dreidimensionalen Koordinaten des Projektionspunkts B sind bekannt.
Anschließend wird der Projektionspunkt B vektoriell auf den Brennpunkt der Kamera 6b zurückprojiziert. Dabei schneidet der Vektor 12 die Laserebene 5b` in dem Punkt, der auf dem zweidimensionalen Bild dem Objektpunkt „A“ entspricht.
Für den Punkt „B“, den Brennpunkt der Kamera 6b und für die Laserebene 5b' existieren 3-dimensionale Lageinformationen. Somit kann der Schnittpunkt des Strahlengangs mit der Laserebene 5b' ebenfalls in 3 Dimensionen ausgedrückt werden. Die gewonnenen xyz-Koordinaten liefern zusammen mit der aktuellen Bildschrittweite bzw. dem Rotationswinkel des Drehtellers 3 präzise 3-dimensionale Weltkoordinaten des Punktes „A“.
Somit wird dank des Projektionsverfahrens aus der 2D-Lageinformation für den Punkt „A“ eine 3D-Lageinformation.
Das Modell beginnt / endet am Brennpunkt des Kameraobjektivs. Die Position des Bildsensors / die Brennweite ist nicht wesentlich, da die sich hieraus ergebenden wichtigen Werte, wie der Öffnungswinkel des Objektivs, bereits bei der Bestimmung des Abstands der Projektionsebene enthalten sind.
Dieses Verfahren erfolgt entsprechend für alle Bildpunkte eines Einzelbildes und für alle Einzelbilder.
Unter Berücksichtigung des Öffnungswinkels des Objektivs und des Strahlensatzes wird der Abstand „Brennpunkt -> Projektionsebene“ so gewählt, dass das Ergebnis der o.g. Rechnung die Welt 1:1 in Millimetern beschreibt. Unter Verwendung der bekannten Daten (Positionen, Abstände, Objektiveigenschaften, etc.) kann so ein maßstabsgetreues, virtuelles 3D-Modell des Messobjekts 2 erzeugt werden.
Dieses Modell bzw. virtuelle Abbild wird dann im Schritt S6 des Verfahrens vermessen, um Länge, Breite und Höhe zu liefern und ggf. den Schwerpunkt des Objekts 2. Vorzugsweise zuvor, d.h. nach der Erstellung eines virtuellen Objektabbilds in Schritt S4 und/oder parallel dazu, ggf. aber auch bereits davor, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Bereinigung des virtuellen Objektbilds von Mess- oder Erfassungsfehlern in Schritt S5 vorgesehen sein. Dies schließt auch die elektronische Korrektur von Abbildungs- oder Projektionsfehlern ein.
Die Messwerte und die Vermessungsdaten können nach dem Verfahren dann in Schritt S7 in einer Datenbank abgespeichert werden.
Bei jeder Messung können Rohdaten, bereinigte Daten und eine in der Auflösung reduzierte Version der Daten abgespeichert werden. Letztere können im Schritt S8-2 oder S8-1 des Verfahrens zur 3D-Visualisierung, z.B. in einem Webbrowser oder mit einer 3D-Brille, dienen. Die hohe Güte der erfassten Daten ermöglicht zu einem späteren Zeitpunkt Analysen und Anwendungen, die zum Zeitpunkt der Erfassung noch unbekannt oder ungenutzt waren.
Ferner kann durch den Einsatz mehrerer Kameras, d.h. ab zwei Kameras, und mehrerer Betrachtungswinkel eine nahezu ganzheitliche Erfassung des Messobjekts erreicht werden (abgesehen von der Auflagefläche).
Darüber hinaus können mit dem Verfahren Objekte wiedergefunden werden oder gleiche oder ähnliche Objekte einander zugeordnet werden (Schritte S8-3, S9-3 des Verfahrens). Beides kann ein mehrfaches Abtasten der Objekte in unterschiedlichen Lagen erforderlich machen.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solcher Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solcher Merkmale auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Für die gesamte Beschreibung und die Ansprüche gilt, dass der Ausdruck „ein“ als unbestimmter Artikel benutzt wird und die Anzahl von Teilen nicht auf ein einziges beschränkt ist. Sollte „ein“ die Bedeutung von „nur ein“ haben, so ist dies für den Fachmann aus dem Kontext zu verstehen oder wird durch die Verwendung geeigneter Ausdrücke wie zum Beispiel „ein einziger“ eineindeutig offenbart.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung, Erfassungseinheit
2: Objekt, Messobjekt, Gegenstand
3: Drehvorrichtung, Drehteller
3': Drehachse
4: Wiegevorrichtung, Waage
5a: Beleuchtungseinheit, Laser
5a': Laserlicht, Laserebene, Lichtebene
5a'': Laserachse
5b: Beleuchtungseinheit, Laser
5b': Laserlicht, Laserebene, Lichtebene
5b'': Laserachse
5c: LED-Beleuchtung
6a: Bilderfassungseinheit, Kamera
6a': Optische Achse der Kamera 6a
6b: Bilderfassungseinheit, Kamera
6b': Optische Achse der Kamera 6b
6c: Fotokamera
7: Steuereinheit/Auswerteeinheit
8: Gehäuse
9: Abtastbereich, Messvolumen
10: Schnittstelle
11: Projektionsebene
12: Vektor
A: Objektpunkt
B: Projektionspunkt
S1: Schritt
S2: Schritt
S3-1: Schritt
S3-2: Schritt
S4: Schritt
S5: Schritt
S6: Schritt
S7: Schritt
S8-1: Schritt
S8-2: Schritt
S8-3: Schritt
S9-3: Schritt

Claims

Verfahren zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts (2) mit einer Objektoberfläche, mit folgenden Verfahrensschritten: 1) Erfassen von Objektdaten, a) wobei das Objekt (2) in einem Abtastbereich (9) von wenigstens einer durch eine von einer Beleuchtungseinheit (5a, 5b) erzeugten Lichtebene (5a', 5b') auf der Objektoberfläche gebildeten Lichtlinie wenigstens teilweise mit konstanter Abtastgeschwindigkeit abgetastet wird, b) wobei eine Reihe von Einzelbildern des Objekts (2) oder von Objektteilen in Form von Bildpunkten durch eine Bilderfassungseinheit (6a, 6b) in wenigstens einem Messintervall erfasst werden, 2) Erstellen eines virtuellen dreidimensionalen Abbilds des Objekts (2) oder von Objektteilen, a) wobei eine Bildschrittweite der Einzelbilder als Maß für eine relative Winkellage der Objektteile, welche von der Bilderfassungseinheit (6a, 6b) in den Einzelbildern erfasst werden, bestimmt wird, b) wobei die Einzelbilder auf eine vordefinierte virtuelle Ebene (11) im Raum projiziert werden und die virtuelle Ebene (11), die Lichtebene (5a', 5b`) und die Bilderfassungseinheit (6a, 6b) so aufeinander ausgerichtet sind und die Bildpunkte der Einzelbilder derart jeweils mit einem Vektor (12) auf die Bilderfassungseinheit (6a, 6b) rückprojiziert werden, dass der Schnittpunkt des Vektors (12) der Rückprojektion mit der von der Beleuchtungseinheit (5a, 5b) erzeugten Lichtebene (5a', 5b') die reale Lage des von der Bilderfassungseinheit (6a, 6b) aufgenommenen Objektpunkts in der Lichtebene (5a', 5b') wiedergibt, c) wobei durch ein Zuordnen der Schnittpunkte der Einzelbilderbildpunkte zu den Bildschrittweiten das virtuelle Abbild des erfassten Objekts (2) oder der erfassten Objektteile erstellt wird, 3) wobei anhand des virtuellen Abbilds wenigstens eine spezifische Größe des Objekts (2) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt 2) a), das Erfassen einer ersten Objektwinkellage zum Beginn des Messintervalls und das Erfassen einer zweiten Objektwinkellage zum Ende des Messintervalls und das Bestimmen einer Winkeldifferenz zwischen den Messintervallwinkellagen umfasst, wobei durch Interpolieren der Winkeldifferenz mit Bezug auf die erfassten Einzelbilder die Bildschrittweite der in Einzelbildern erfassten Objektteile bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Interpolieren durch ein Dividieren der Winkeldifferenz durch die Anzahl der in Schritt 1) b) erfassten Einzelbilder erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Erfassen der Winkellage am Beginn und am Ende des Messintervalls durch Messen erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt 1) a) vor dem Messintervall das Objekt (2) auf die bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt wird und nach dem Messintervall oder den Messintervallen abgebremst wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt 2) b) der Vektor (12) auf den Brennpunkt der Bilderfassungseinheit (6a, 6b) rückprojiziert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verfahren das Gewicht des Objekts (2) bestimmt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verfahren die Objektdaten gespeichert werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem weiteren Schritt das virtuelle Abbild angezeigt wird oder sämtliche oder Teile der spezifischen Objektgrößen angezeigt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem weiteren Schritt mit Hilfe der spezifischen Objektgrößen verschiedene Objekte miteinander verglichen werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Objekt (2) von zwei durch Lichtebenen (5a', 5b') gebildeten Lichtlinien abgetastet wird und jede der Lichtlinien einer Bilderfassungseinheit (6a, 6b) zugeordnet ist, wobei sich die Lichtebenen (5a', 5b') in einem rechten Winkel in einer Linie schneiden, welche mit einer das Objekt (2) schneidenden Drehachse (3`) zusammenfällt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Lichtebenen (5a', 5b') oder Lichtlinien unterschiedliche Farben aufweisen.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ein fotografisch bildliches Erfassen des Objekts umfasst.
Vorrichtung zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts (12), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: eine Erfassungseinheit (1) zur Erfassung von Daten des Objekts (2) mit - einem Abtastbereich (9) zur Aufnahme des Objekts (2), wenigsten einer eine Lichtebene (5a', 5b') erzeugende Beleuchtungseinheit (5a, 5b) zum Ausbilden einer Lichtlinie auf dem Objekt (2), wobei die Erfassungseinheit (1) eingerichtet ist das Objekt (2) wenigstens teilweise mit konstanter Abtastgeschwindigkeit mit der Lichtlinie abzutasten. - wenigstens eine Bilderfassungseinheit (6a, 6b) zur Erfassung einer Reihe von Einzelbildern des Objekts (2) oder von Objektteilen in Form von Bildpunkten in wenigstens einem Messintervall, eine Auswerteeinrichtung (7) zur Erstellung und Auswertung eines virtuellen dreidimensionalen Abbilds des Objekts (2) oder von Objektteilen, umfassend - Mittel zur Bestimmung einer Bildschrittweite der Einzelbilder als Maß für eine relative Winkellage der Objektteile, welche von der Bilderfassungseinheit (6a, 6b) in den Einzelbildern erfasst werden, - Mittel mit denen die Einzelbilder auf eine vordefinierte virtuelle Ebene im Raum projizierbar sind und die virtuelle Ebene (11), die Lichtebene (5a`, 5b`) und die Bilderfassungseinheit (6a, 6b) so aufeinander ausgerichtet sind und die Bildpunkte der Einzelbilder derart jeweils mit einem Vektor (12) auf die Bilderfassungseinheit (6a, 6b) rückprojizierbar sind, dass der Schnittpunkt des Vektors (12) der Rückprojektion mit der von der Beleuchtungseinheit (5a, 5b) erzeugten Lichtebene (5a', 5b') die reale Lage des von der Bilderfassungseinheit (6a, 6b) aufgenommenen Objektpunkts in der Lichtebene (5a', 5b') wiedergibt, - Mittel, mit denen durch ein Zuordnen der Schnittpunkte zu den Bildschrittweiten das virtuelle Abbild des erfassten Objekts (2) oder der erfassten Objektteile erzeugbar ist, - wobei anhand des virtuellen Abbilds wenigstens eine spezifische Größe des Objekts (2) bestimmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Erfassungseinheit (1) eine Drehvorrichtung (3) zum Drehen des Objekts (2) relativ zur Beleuchtungs- und zur Bilderfassungseinheit (5a, 5b; 6a, 6b) aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 14 bis 15, wobei die Erfassungseinheit (1) zwei Beleuchtungseinheiten (5a, 5b) umfasst, wobei den Beleuchtungseinheiten (5a, 5b) jeweils eine Bilderfassungseinheit (6a, 6b) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Beleuchtungseinheit (5a, 5b) ein Linienlaser ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Bilderfassungseinheit (6a, 6b) eine Hochgeschwindigkeitskamera vorzugsweise mit einem quadratischen Bildsensor ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 14 bis 18, wobei die Vorrichtung (1) zwei jeweils eine Lichtebenen (5a', 5b') erzeugende Beleuchtungseinheit (5a, 5b) umfasst und die Anordnung der Beleuchtungseinheiten (5a, 5b) derart getroffen ist, dass die Lichtebenen (5a', 5b') sich in einem rechten oder anderen Winkel in einer Linie scheiden, welche mit einer das Objekt (2) schneidenden Drehachse (3`) zusammenfällt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 14 bis 19, wobei mit der Beleuchtungseinheit (5a, 5b) Lichtebenen (5a', 5b') und Lichtlinien unterschiedlicher Farbe erzeugbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 14 bis 20, wobei die Bilderfassungseinheit (6a, 6b) eine optische Achse (6a`, 6b`) aufweist, deren Verlängerung in einer gedachten Ebene liegt, welche mit der Lichtebene (5a', 5b') einen definierten Winkel einschließt und die das Objekt (2) im Abtastbereich (9) derart schneidet, dass die in der Lichtlinie enthaltenden Bilder erfasst werden.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 21, wobei der Winkel eine Größe zwischen 30 und 60 Grad oder eine Größe zwischen 40 bis 50 Grad oder eine Größe von 45 Grad aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 14 bis 22, wobei die Erfassungseinheit (1) eine Wiegevorrichtung (4) zur Erfassung des Objektgewichts aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 23, wobei die Vorrichtung (1) eine Beleuchtungseinrichtung (6c) und eine Bildaufnahmeeinheit umfasst, mit welchen das Objekt fotografisch bildlich erfassbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 14 bis 24, wobei die Auswerteeinrichtung (7) eingerichtet ist, die Erfassungseinheit (1) zu steuern und/oder zu regeln.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 14 bis 25, wobei die Vorrichtung (1) wenigstens eine Schnittstelle (10) zwischen der Erfassungseinheit (1) und der Auswerteeinrichtung (7) aufweist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 26, wobei die Vorrichtung (1) ein Gehäuse (8) aufweist.
Computerprogrammprodukt, welches Instruktionen umfasst, die bei Ausführung auf einem Computer diesen befähigen, als Steuer- und Auswerteeinrichtung (7) eine Vorrichtung (1) zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 27 oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, als Steuer- und Auswerteeinrichtung (7) eine Vorrichtung (1) zum Bestimmen wenigstens einer spezifischen, insbesondere einer statischen Größe eines Objekts (2) nach einem der Ansprüche 14 bis 27 oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.