DE102016119101A1

DE102016119101A1 - Registrierungsberechnung dreidimensionaler scannerdaten mit durchführung zwischen abtastungen auf basis von messungen durch einen zweidimensionalen scanner

Info

Publication number: DE102016119101A1
Application number: DE102016119101.9A
Authority: DE
Inventors: Oliver Zweigle; Bernd-Dietmar Becker; Reinhard Becker
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2017-04-20
Also published as: JP2017111117A; GB201617094D0; GB2543657A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und Registrierung dreidimensionaler (3D) Koordinaten durch Messen von 3D-Koordinaten mit einem 3D-Scanner in einer ersten Registrierungsposition, Messen zweidimensionaler (2D) Koordinaten mit einem 2D-Scanner, während er sich von der ersten Registrierungsposition zu einer zweiten Registrierungsposition bewegt, Messen von 3D-Koordinaten mit dem 3D-Scanner an der zweiten Registrierungsposition und Ermitteln einer Entsprechung zwischen Zielen in der ersten und zweiten Registrierungsposition, während er sich zwischen der zweiten und einer dritten Registrierungsposition bewegt.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortführung der am 3. Dezember 2014 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 14/559,290, welche den Vorteil der am 27. September 2013 eingereichten internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/IB2013/003082 beansprucht, welche den Vorteil der am 5. Oktober 2012 eingereichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2012 109 481.0 und der am 22. Oktober 2012 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/716,845 beansprucht, deren aller Inhalte durch Verweis hierin einbezogen werden.
Hintergrund der Erfindung
Das US-Patent Nr. 8,705,016 (’016) beschreibt einen Laserscanner, der durch die Nutzung eines drehbaren Spiegels einen Lichtstrahl in seine Umgebung emittiert, um eine dreidimensionale (3D) Abtastung zu erzeugen. Die Inhalte dieses Patents werden durch Verweis hierin einbezogen.
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft die Verwendung eines Koordinatenmessgeräts mit einem 3D-Laufzeit-Laserscanner (TOF-Laserscanner; time-of-flight laser scanner). Ein 3D-Laserscanner dieses Typs lenkt einen Lichtstrahl zu einem nicht zusammenwirkenden Ziel wie beispielsweise einer diffus streuenden Oberfläche eines Objekts. Ein Distanzmesser in dem Gerät misst einen Abstand zum Objekt und Winkelkodierer messen die Drehwinkel von zwei Achsen in dem Gerät. Der gemessene Abstand und die gemessenen zwei Winkel ermöglichen einem Prozessor im Gerät die Ermittlung der 3D-Koordinaten des Ziels.
Ein Laufzeit-Laserscanner ist ein Scanner, bei dem der Abstand zu einem Zielpunkt auf Basis der Lichtgeschwindigkeit in Luft zwischen dem Scanner und einem Zielpunkt ermittelt wird. Laserscanner werden normalerweise zum Abtasten von geschlossenen oder offenen Räumen wie beispielsweise Innenbereichen von Gebäuden, Industrieanlagen und Tunneln eingesetzt. Sie können zum Beispiel bei industriellen Anwendungen und Anwendungen der Unfallrekonstruktion benutzt werden. Ein Laserscanner tastet Objekte optisch ab und misst sie in einem Raum rings um den Scanner durch die Erfassung von Datenpunkten, die Objektoberflächen in dem Raum repräsentieren. Solche Datenpunkte werden erhalten, indem ein Lichtstrahl auf die Objekte ausgesendet wird und das reflektierte bzw. gestreute Licht erfasst wird, um den Abstand, zwei Winkel (d. h. einen Azimutwinkel und einen Zenitwinkel) und gegebenenfalls einen Grauwert zu ermitteln. Diese unverarbeiteten Abtastungsdaten werden erfasst, gespeichert und an einen oder mehrere Prozessoren gesendet, um ein 3D-Bild zu erzeugen, das den abgetasteten Bereich oder das abgetastete Objekt wiedergibt.
Die Erzeugung eines Bilds macht mindestens drei Werte für jeden Datenpunkt erforderlich. Diese drei Werte können den Abstand und zwei Winkel umfassen oder können transformierte Werte wie beispielsweise die x-, y-, z-Koordinaten sein. Bei einer Ausgestaltung basiert ein Bild auch auf einem vierten Grauwert, der ein Wert ist, der sich auf die Bestrahlungsstärke von gestreutem Licht bezieht, das zum Scanner zurückkehrt.
Die meisten Laufzeitscanner richten den Lichtstrahl im Messvolumen, indem sie das Licht mit einem Strahllenkungsmechanismus lenken. Der Strahllenkungsmechanismus umfasst einen ersten Motor, der den Lichtstrahl um einen ersten Winkel, der durch einen ersten Winkelkodierer (oder ein anderes Winkelmessgerät) gemessen wird, um eine erste Achse lenkt. Der Strahllenkungsmechanismus umfasst auch einen zweiten Motor, der den Lichtstrahl um einen zweiten Winkel, der durch einen zweiten Winkelkodierer (oder ein anderes Winkelmessgerät) gemessen wird, um eine zweite Achse lenkt.
Viele heutige Laserscanner umfassen eine Kamera, die auf dem Laserscanner angebracht ist, um digitale Kamerabilder der Umgebung zu erfassen und die digitalen Kamerabilder einem Bediener des Laserscanners darzustellen. Der Bediener des Scanners kann durch Betrachten der Kamerabilder das Sichtfeld des Messvolumens ermitteln und Einstellungen des Laserscanners anpassen, um über eine größere oder kleinere Raumregion zu messen. Die digitalen Kamerabilder können zusätzlich dazu an einen Prozessor übertragen werden, um dem Scannerbild Farbe hinzuzufügen. Zur Erzeugung eines Scannerfarbbilds werden für jeden Datenpunkt mindestens drei Positionskoordinaten (zum Beispiel x, y, z) und drei Farbwerte (zum Beispiel rot, grün, blau; „RGB“) erfasst.
Ein 3D-Bild einer Szene kann mehrere Abtastungen von verschiedenen Registrierungspositionen aus erforderlich machen. Die sich überlappenden Abtastungen werden in einem gemeinsamen Koordinatensystem registriert, wie es beispielsweise in der veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2012/0069352 (’352) beschrieben wird, deren Inhalte durch Verweis hierin einbezogen werden. Eine solche Registrierung wird durchgeführt, indem Ziele in Überlappungsregionen der mehreren Abtastungen aneinander angepasst werden. Die Ziele können künstliche Ziele wie beispielsweise Kugeln oder Schachbretter sein oder sie können natürliche Merkmale wie beispielsweise Ecken oder Kanten von Wänden sein. Einige Registrierungsverfahren beinhalten relativ zeitaufwändige manuelle Verfahren wie beispielsweise die Identifizierung jedes Ziels durch einen Benutzer und die Anpassung der Ziele, die durch den Scanner in jeder der unterschiedlichen Registrierungspositionen erhalten werden. Einige Registrierungsverfahren machen außerdem die Einrichtung eines externen „Steuerungsnetzes“ von Registrierungszielen erforderlich, die mit einem externen Gerät wie z. B. einer Totalstation gemessen wurden. Bei dem in ’352 offenbarten Registrierungsverfahren entfällt die Anforderung, dass ein Benutzer Registrierungsziele anpassen und ein Steuerungsnetz einrichten muss.
Es ist aber sogar mit den durch die Verfahren von ’352 bereitgestellten Vereinfachungen heute noch schwierig, die Notwendigkeit entfallen zu lassen, dass ein Benutzer die oben beschriebenen manuellen Registrierungsschritte durchführt. In einem typischen Fall können lediglich 30 % von 3D-Abtastungen automatisch an Abtastungen registriert werden, die von anderen Registrierungspositionen aus vorgenommen wurden. Heute wird eine solche Registrierung selten am Ort der 3D-Messung und statt dessen in einem Büro im Anschluss an das Abtastverfahren durchgeführt. In einem typischen Fall benötigt ein Projekt, für das eine Woche lang Abtastungen erforderlich sind, zwei bis fünf Tage für die manuelle Registrierung der vielfachen Abtastungen. Dies kommt zu den Kosten des Abtastprojekts hinzu. Darüber hinaus zeigt das manuelle Registrierungsverfahren manchmal, dass die Überlappung zwischen benachbarten Abtastungen nicht ausreichte, um eine korrekte Registrierung bereitzustellen. In anderen Fällen zeigt das manuelle Registrierungsverfahren möglicherweise, dass bestimmte Abschnitte der Abtastumgebung ausgelassen wurden. Wenn solche Probleme auftauchen, muss der Bediener an den Ort zurückkehren, um zusätzliche Abtastungen zu erhalten. In einigen Fällen ist es nicht möglich, an einen Ort zurückzukehren. Ein Gebäude, das zu einem Zeitpunkt für Abtastungen zur Verfügung stand, ist eventuell an einem späteren Zeitpunkt nicht mehr zugänglich. Ein Tatort eines Autounfalls oder Mords steht nach dem Vorfall meist nicht länger als einen kurzen Zeitraum für die Durchführung von Abtastungen zur Verfügung.
Obwohl bereits existierende 3D-Scanner für ihre beabsichtigten Zwecke geeignet sind, besteht demzufolge Bedarf an einem 3D-Scanner mit bestimmten Merkmalen von Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Messung und Registrierung dreidimensionaler (3D) Koordinaten Folgendes: festes Anordnen eines Messgeräts in einer ersten Registrierungsposition, wobei das Messgerät einen 3D-Scanner und einen zweidimensionalen (2D) Scanner, die beide auf einer beweglichen Plattform angebracht sind, umfasst, wobei der 2D-Scanner dafür konfiguriert ist, einen Lichtstrahl in einer horizontalen Ebene hin- und herzubewegen; Erhalten von 3D-Koordinaten einer ersten Sammlung von Punkten auf einem Objekt mit dem 3D-Scanner, während er sich in der ersten Registrierungsposition befindet, wobei der 3D-Scanner dafür konfiguriert ist, die 3D-Koordinaten der ersten Sammlung von Punkten durch Projizieren eines Lichtstrahls auf das Objekt zu ermitteln und als Reaktion für jeden Punkt in der ersten Sammlung von Punkten einen Abstand und zwei Winkel zu erhalten, wobei der Abstand zumindest teilweise auf einer Lichtgeschwindigkeit in Luft basiert; Erhalten einer ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen durch den 2D-Scanner, während das Messgerät sich von der ersten Registrierungsposition zu einer zweiten Registrierungsposition bewegt, wobei jeder der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen ein Satz von 2D-Koordinaten von Punkten auf dem Objekt ist, wobei jeder der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen durch den 2D-Scanner an einer anderen Position relativ zur ersten Registrierungsposition erfasst wird; Ermitteln eines einer ersten Translationsrichtung entsprechenden ersten Translationswerts, eines einer zweiten Translationsrichtung entsprechenden zweiten Translationswerts und eines einer ersten Orientierungsachse entsprechenden ersten Rotationswerts für das Messgerät, wobei der erste Translationswert, der zweite Translationswert und der erste Rotationswert basierend zumindest teilweise auf einer Anpassung der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen gemäß einem ersten mathematischen Kriterium ermittelt werden; Erhalten von 3D-Koordinaten einer zweiten Sammlung von Punkten auf dem Objekt mit dem 3D-Scanner, während er sich in der zweiten Registrierungsposition befindet; Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, wobei die Entsprechung zumindest teilweise auf dem ersten Translationswert, dem zweiten Translationswert und dem ersten Rotationswert basiert; und Speichern des ersten Translationswerts, des zweiten Translationswerts und des ersten Rotationswerts.
Diese und andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird in den Ansprüchen am Ende der Patentbeschreibung besonders hervorgehoben und eindeutig beansprucht. Die vorangehenden und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Laserscanners gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
2: eine Seitenansicht des Laserscanners, die ein Messverfahren veranschaulicht;
3: eine schematische Darstellung der optischen, mechanischen und elektrischen Komponenten des Laserscanners;
4: eine planare Ansicht eines abgetasteten 3D-Bilds;
5: eine Ausgestaltung einer Panoramaansicht eines abgetasteten 3D-Bilds, die durch Abbilden einer planaren Ansicht auf einer Kugel erzeugt wurde;
6A, 6B und 6C: Ausgestaltungen einer 3D-Ansicht eines abgetasteten 3D-Bilds;
7: eine Ausgestaltung einer 3D-Ansicht, die aus einem Bild des Objekts von 6B besteht, aber aus einer anderen Perspektive betrachtet und nur partiell dargestellt ist;
8: eine perspektivische Ansicht eines 3D-Messgeräts gemäß einer Ausgestaltung;
9: einen Blockschaltplan, der ein 2D-Scannerzusatzteil und ein Prozessorsystem gemäß einer Ausgestaltung zeigt;
10: eine schematische Darstellung eines 3D-Scanners, der gemäß einer Ausgestaltung ein Objekt von zwei Registrierungspositionen aus misst;
11: eine schematische Darstellung eines 2D-Scanners, der gemäß einer Ausgestaltung das Objekt von einer Vielzahl von Zwischenpositionen aus misst;
12: einen 2D-Scanner, der gemäß einer Ausgestaltung Abschnitte des Objekts von einer Vielzahl von Positionen aus aufnimmt;
13: den 2D-Scanner, der, aus der Sicht eines Bezugssystems des 2D-Scanners, gemäß einer Ausgestaltung Abschnitte des Objekts von einer Vielzahl von Positionen aus aufnimmt;
14A, 14B und 14C: ein Verfahren zur Ermittlung von Änderungen der Position und Orientierung des 2D-Scanners im Zeitverlauf gemäß einer Ausgestaltung;
15: Schritte in einem Verfahren zur Messung und Registrierung von 3D-Koordinaten mit einem 3D-Messgerät gemäß einer Ausgestaltung;
16: eine perspektivische Ansicht eines 3D-Messgeräts, das gemäß einer Ausgestaltung einen 3D-Scanner, einen 2D-Scanner, Rechengeräte und eine bewegliche Plattform umfasst; und
17: Schritte in einem Verfahren zur Messung und Registrierung von 3D-Koordinaten mit einem 3D-Messgerät gemäß einer Ausgestaltung.
Die ausführliche Beschreibung erläutert Ausgestaltungen der Erfindung zusammen mit den Vorteilen und Merkmalen beispielhaft anhand der Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät, das einen 3D-Scanner und einen 2D-Scanner umfasst, die zusammenwirkend arbeiten, um eine automatische Registrierung von 3D-Abtastungen zur Verfügung zu stellen.
Nun Bezug nehmend auf 1–3, ist dort ein Laserscanner 20 für die optische Abtastung und Messung der Umgebung dargestellt, die den Laserscanner 20 umgibt. Der Laserscanner 20 hat einen Messkopf 22 und einen Sockel 24. Der Messkopf 22 ist derart auf dem Sockel 24 angebracht, dass der Laserscanner 20 um eine vertikale Achse 23 gedreht werden kann. Bei einer Ausgestaltung umfasst der Messkopf 22 einen Kardanpunkt 27, der ein Drehpunkt um die vertikale Achse 23 und eine horizontale Achse 25 ist. Der Messkopf 22 hat einen Drehspiegel 26, der um die horizontale Achse 25 gedreht werden kann. Die Drehung um die vertikale Achse kann um den Mittelpunkt des Sockels 24 erfolgen. Die Begriffe „vertikale Achse“ und „horizontale Achse“ beziehen sich auf den Scanner in seiner normalen aufrechten Position. Ein 3D-Koordinatenmessgerät kann auf seiner Seite oder umgedreht arbeiten, und so können zur Vermeidung von Verwechslungen die Begriffe „Azimutachse“ und „Zenitachse“ die Begriffe „vertikale Achse“ bzw. „horizontale Achse“ ersetzen. Als Alternative zu „vertikaler Achse“ kann auch der Begriff „Schwenkachse“ oder „Standachse“ gebraucht werden.
Der Messkopf 22 ist ferner mit einem Emitter elektromagnetischer Strahlung wie beispielsweise einem Lichtemitter 28 versehen, der einen emittierten Lichtstrahl 30 emittiert. Der emittierte Lichtstrahl 30 ist bei einer Ausgestaltung ein kohärenter Lichtstrahl wie beispielsweise ein Laserstrahl. Der Laserstrahl kann einen Wellenlängenbereich von ungefähr 300 bis 1600 Nanometern wie zum Beispiel 790 Nanometern, 905 Nanometern, 1550 Nanometern oder unter 400 Nanometern aufweisen. Es versteht sich, dass auch andere elektromagnetische Strahlen mit größeren oder kleineren Wellenlängen verwendet werden können. Der emittierte Lichtstrahl 30 wird amplituden- oder intensitätsmoduliert, beispielsweise mit einer sinusförmigen Wellenform oder mit einer rechteckigen Wellenform. Der emittierte Lichtstrahl 30 wird vom Lichtemitter 28 auf den Drehspiegel 26 emittiert, wo er in die Umgebung abgelenkt wird. Ein reflektierter Lichtstrahl 32 wird aus der Umgebung durch ein Objekt 34 reflektiert. Das reflektierte oder gestreute Licht wird vom Drehspiegel 26 aufgefangen und in einen Lichtempfänger 36 gerichtet. Die Richtungen des emittierten Lichtstrahls 30 und des reflektierten Lichtstrahls 32 ergeben sich aus den Winkelstellungen des Drehspiegels 26 und des Messkopfs 22 um die Achse 25 bzw. 23. Diese Winkelstellungen wiederum hängen von den entsprechenden Drehantrieben bzw. Motoren ab.
An den Lichtemitter 28 und den Lichtempfänger 36 ist eine Steuerung 38 gekoppelt. Die Steuerung 38 ermittelt für eine Vielzahl von Messpunkten X eine entsprechende Anzahl von Abständen d zwischen dem Laserscanner 20 und den Punkten X auf dem Objekt 34. Der Abstand zu einem bestimmten Punkt X wird basierend zumindest teilweise auf der Lichtgeschwindigkeit in der Luft ermittelt, durch welche sich die elektromagnetische Strahlung vom Gerät aus zum Objektpunkt X ausbreitet. Bei einer Ausgestaltung werden die Phasenverschiebung der Modulation im vom Laserscanner 20 emittierten Licht und der Punkt X ermittelt und ausgewertet, um einen gemessenen Abstand d zu erhalten.
Die Lichtgeschwindigkeit in Luft hängt von den Eigenschaften der Luft wie beispielsweise der Lufttemperatur, dem Atmosphärendruck, der relativen Feuchtigkeit und dem Kohlendioxidgehalt ab. Solche Lufteigenschaften beeinflussen den Brechungsindex n der Luft. Die Lichtgeschwindigkeit in Luft ist gleich der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c dividiert durch den Brechungsindex. Dies bedeutet mit anderen Worten: c_Luft = c/n. Ein Laserscanner des hierin besprochenen Typs beruht auf der Laufzeit (TOF; time-of-flight) des Lichts in Luft (der Hin- und Rücklaufzeit, die das Licht benötigt, um sich vom Gerät zum Objekt und zurück zum Gerät zu bewegen). Zu den Beispielen für Laufzeitscanner gehören Scanner, die die Hin- und Rücklaufzeit mittels des Zeitintervalls zwischen emittierten und zurückkehrenden Impulsen messen (Impulslaufzeitscanner), Scanner, die Licht sinusförmig modulieren und die Phasenverschiebung des zurückkehrenden Lichts messen (phasenbasierte Scanner), sowie zahlreiche andere Typen. Ein Verfahren zur Messung des Abstands basierend auf der Laufzeit von Licht hängt von der Lichtgeschwindigkeit in Luft ab und lässt sich demzufolge leicht von Verfahren zur Messung des Abstands auf Basis der Triangulation unterscheiden. Verfahren auf Basis der Triangulation beinhalten das Projizieren von Licht aus einer Lichtquelle entlang einer bestimmten Richtung und anschließend das Auffangen des Lichts auf einem Kamerapixel entlang einer bestimmten Richtung. Wenn der Abstand zwischen der Kamera und dem Projektor bekannt ist und wenn ein projizierter Winkel an einen Auffangwinkel angepasst wird, ermöglicht das Triangulationsverfahren die Ermittlung des Abstands zum Objekt auf Basis einer bekannten Länge und zweier bekannter Winkel eines Dreiecks. Das Triangulationsverfahren hängt deshalb nicht direkt von der Lichtgeschwindigkeit in Luft ab.
Bei einem Betriebsmodus erfolgt die Abtastung des Raums rings um den Laserscanner 20 durch relativ schnelles Drehen des Drehspiegels 26 um die Achse 25, während der Messkopf 22 relativ langsam um die Achse 23 gedreht wird und die Baugruppe dadurch in einem spiralförmigen Muster bewegt wird. Der Drehspiegel dreht sich bei einer beispielhaften Ausgestaltung mit einer maximalen Geschwindigkeit von 5820 Umdrehungen pro Minute. Für eine solche Abtastung definiert der Kardanpunkt 27 den Ursprung des lokalen, feststehenden Bezugssystems. In diesem lokalen, feststehenden Bezugssystem ruht der Sockel 24.
Der Scanner 20 kann zusätzlich zum Messen eines Abstands d vom Kardanpunkt 27 zu einem Objektpunkt X auch die Grauwertinformation erfassen, die mit der aufgefangenen optischen Energie (entspricht dem Begriff „Helligkeit“) verbunden ist. Der Grauwert kann zumindest teilweise zum Beispiel durch die Integration des bandpassgefilterten und verstärkten Signals im Lichtempfänger 36 über eine dem Objektpunkt X zugewiesene Messdauer ermittelt werden.
Der Messkopf 22 kann ein Anzeigegerät 40 umfassen, das in den Laserscanner 20 integriert ist. Das Anzeigegerät 40 kann einen grafischen Berührungsbildschirm 41 wie den in 1 dargestellten umfassen, der dem Bediener die Einstellung der Parameter oder den Start des Betriebs des Laserscanners 20 ermöglicht. Der Bildschirm 41 kann beispielsweise eine Benutzerschnittstelle aufweisen, die dem Bediener die Bereitstellung von Messanweisungen an das Gerät gestattet, und der Bildschirm kann auch Messergebnisse anzeigen.
Der Laserscanner 20 umfasst eine Tragstruktur 42, die einen Rahmen für den Messkopf 22 und eine Plattform zum Befestigen der Komponenten des Laserscanners 20 zur Verfügung stellt. Bei einer Ausgestaltung besteht die Tragstruktur 42 aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium. Die Tragstruktur 42 umfasst ein Traversenelement 44 mit einem Paar Wänden 46, 48 an einander gegenüberliegenden Enden. Die Wände 46, 48 sind parallel zueinander und erstrecken sich in einer Richtung, die dem Sockel 24 entgegengesetzt ist. Schalen 50, 52 sind an die Wände 46, 48 gekoppelt und decken die Komponenten des Laserscanners 20 ab. Die Schalen 50, 52 bestehen bei der beispielhaften Ausgestaltung aus einem Kunststoffmaterial wie beispielsweise Polycarbonat oder Polyethylen. Die Schalen 50, 52 wirken mit den Wänden 46, 48 zusammen und bilden dabei ein Gehäuse für den Laserscanner 20.
An einem Ende der Schalen 50, 52 gegenüber den Wänden 46, 48 ist ein Paar Haltebügel 54, 56 angeordnet, die derart angeordnet sind, dass sie die jeweiligen Schalen 50, 52 teilweise abdecken. Die Haltebügel 54, 56 bestehen bei der beispielhaften Ausgestaltung aus einem entsprechend widerstandsfähigen Material wie beispielsweise Aluminium, das den Schutz der Schalen 50, 52 beim Transport und Betrieb unterstützt. Die Haltebügel 54, 56 umfassen jeweils einen ersten Armabschnitt 58, der beispielsweise mit einer Befestigungsvorrichtung an die Traverse 44 angrenzend an den Sockel 24 gekoppelt ist. Der Armabschnitt 58 für jeden Haltebügel 54, 56 erstreckt sich von der Traverse 44 schräg zu einer äußeren Ecke der jeweiligen Schale 50, 52. Die Haltebügel 54, 56 erstrecken sich von der äußeren Ecke der Schale entlang der Seitenkante der Schale zu einer gegenüberliegenden äußeren Ecke der Schale. Jeder Haltebügel 54, 56 umfasst ferner einen zweiten Armabschnitt, der sich schräg zu den Wänden 46, 48 erstreckt. Es versteht sich, dass die Haltebügel 54, 56 an mehreren Stellen an die Traverse 42, die Wände 46, 48 und die Schalen 50, 52 gekoppelt sein können.
Das Paar Haltebügel 54, 56 wirkt derart zusammen, dass es einen konvexen Raum umschreibt, in welchem die zwei Schalen 50, 52 angeordnet sind. Die Haltebügel 54, 56 wirken bei der beispielhaften Ausgestaltung derart zusammen, dass sie alle Außenkanten der Schalen 50, 52 abdecken, während der obere und der untere Armabschnitt über zumindest einen Abschnitt der oberen und unteren Kanten der Schalen 50, 52 überstehen. Dies bietet Vorteile für den Schutz der Schalen 50, 52 und des Messkopfs 22 vor Beschädigung beim Transport und Betrieb. Bei anderen Ausgestaltungen können die Haltebügel 54, 56 zusätzliche Merkmale wie beispielsweise Griffe, die das Tragen des Laserscanners 20 erleichtern, oder Befestigungspunkte für Zusatzteile umfassen.
Oben auf der Traverse 44 ist ein Prisma 60 vorgesehen. Das Prisma erstreckt sich parallel zu den Wänden 46, 48. Das Prisma 60 ist bei der beispielhaften Ausgestaltung einstückig als Teil der Tragstruktur 42 ausgebildet. Bei anderen Ausgestaltungen ist das Prisma 60 eine separate Komponente, die an die Traverse 44 gekoppelt ist. Wenn sich der Spiegel 26 dreht, richtet er bei jeder Drehung den emittierten Lichtstrahl 30 auf die Traverse 44 und das Prisma 60. Die gemessenen Abstände d können bedingt durch Nichtlinearitäten in den elektronischen Komponenten wie beispielsweise im Lichtempfänger 36 von der Signalstärke abhängen, die beispielsweise als die in den Scanner eintretende optische Energie oder als die in optische Detektoren im Lichtempfänger 36 eintretende optische Energie gemessen werden kann. Bei einer Ausgestaltung wird eine Abstandskorrektur im Scanner als eine Funktion (möglicherweise nichtlineare Funktion) des Abstands zu einem gemessenen Punkt sowie der optischen Energie (einer generell unskalierten Größe der Lichtenergie, die manchmal als „Helligkeit“ bezeichnet wird), die vom gemessenen Punkt zurückkehrt und zu einem optischen Detektor im Lichtempfänger 36 gesendet wird, gespeichert. Da sich das Prisma 60 in einem bekannten Abstand vom Kardanpunkt 27 befindet, kann der gemessene, die optische Energie betreffende Pegel des vom Prisma 60 reflektierten Lichts dazu verwendet werden, Abstandsmessungen für andere gemessene Punkte zu korrigieren, wodurch eine Kompensation zur Korrektur der Auswirkungen von Umgebungsvariablen wie beispielsweise der Temperatur ermöglicht wird. Die sich daraus ergebende Abstandskorrektur wird bei der beispielhaften Ausgestaltung durch die Steuerung 38 durchgeführt.
Bei einer Ausgestaltung ist der Sockel 24 an eine Schwenkbaugruppe (nicht dargestellt) wie beispielsweise diejenige gekoppelt, die in dem US-Patent Nr. 8,705,012 (’012) des gleichen Inhabers beschrieben wird, das durch Verweis hierin einbezogen wird. Die Schwenkbaugruppe ist in der Tragstruktur 42 untergebracht und umfasst einen Motor, der dafür konfiguriert ist, den Messkopf 22 um die Achse 23 zu drehen.
Ein zusätzliches Bilderfassungsgerät 66 kann ein Gerät sein, das einen dem abgetasteten Raum oder dem abgetasteten Objekt zugeordneten Parameter aufnimmt und misst und ein Signal bereitstellt, das die gemessenen Größen über einen Bilderfassungsbereich repräsentiert. Das zusätzliche Bilderfassungsgerät 66 kann ein Pyrometer, ein Wärmebildgerät, ein Detektor ionisierender Strahlung oder ein Millimeterwellendetektor sein, aber ohne darauf beschränkt zu sein.
Eine Kamera (erstes Bilderfassungsgerät) 112 ist bei einer Ausgestaltung innen im Scanner angeordnet und kann dieselbe optische Achse wie das 3D-Scannergerät haben. Bei dieser Ausgestaltung ist das erste Bilderfassungsgerät 112 in den Messkopf 22 integriert und derart angeordnet, dass es Bilder entlang desselben Lichtwegs wie der emittierte Lichtstrahl 30 und der reflektierte Lichtstrahl 32 aufnimmt. Das Licht des Lichtemitters 28 wird bei dieser Ausgestaltung von einem festen Spiegel 116 reflektiert und bewegt sich zu einem dichroitischen Strahlteiler 118, der das Licht 117 des Lichtemitters 28 auf den Drehspiegel 26 reflektiert. Der dichroitische Strahlteiler 118 lässt Licht bei Wellenlängen durch, die von der Wellenlänge des Lichts 117 verschieden sind. Der Lichtemitter 28 kann beispielsweise ein Laserlicht im nahen Infrarot (zum Beispiel Licht bei Wellenlängen von 780 nm oder 1150 nm) sein, wobei der dichroitische Strahlteiler 118 dafür konfiguriert ist, das infrarote Laserlicht zu reflektieren, sichtbares Licht (z. B. Wellenlängen von 400 bis 700 nm) jedoch durchzulassen. Bei anderen Ausgestaltungen hängt die Ermittlung, ob das Licht durch den Strahlteiler 118 durchgeht oder reflektiert wird, von der Polarisation des Lichts ab. Die Digitalkamera 112 nimmt fotografische 2D-Bilder des abgetasteten Bereichs auf, um Farbdaten zu erfassen, die dem abgetasteten Bild hinzuzufügen sind. Im Falle einer eingebauten Farbkamera mit einer optischen Achse, die mit der des 3D-Scannergeräts zusammenfällt, kann man die Richtung der Kamerasicht ohne Weiteres erhalten, indem man die Lenkungsmechanismen des Scanners einstellt – beispielsweise indem man den Azimutwinkel um die Achse 23 einstellt und den Spiegel 26 um die Achse 25 lenkt.
4 zeigt ein Beispiel für eine planare Ansicht eines abgetasteten 3D-Bilds 400. Die in 4 dargestellte planare Ansicht bildet ein Bild auf Basis einer direkten Abbildung von Daten ab, die vom Scanner erfasst wurden. Der Scanner erfasst Daten in einem kugelförmigen Muster, wobei Datenpunkte, die nahe den Polen erfasst werden, aber stärker komprimiert werden als die näher am Horizont erfassten. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass jeder nahe einem Pol erfasste Punkt einen kleineren Raumwinkel repräsentiert als jeder näher am Horizont erfasste Punkt. Da Daten des Scanners direkt in Zeilen und Spalten dargestellt werden können, werden Daten in einem planaren Bild zweckmäßigerweise in einem geradlinigen Format wie in 4 dargestellt. Bei der vorstehend beschriebenen planaren Abbildung scheinen gerade Linien gekrümmt zu sein wie beispielsweise die geraden Zaungeländer 420, die in der planaren Ansicht des 3D-Bilds gekrümmt aussehen. Die planare Ansicht kann ein unverarbeitetes abgetastetes 3D-Bild sein, das nur die Grauwerte anzeigt, die von dem Abstandssensor in Spalten und Zeilen angeordnet empfangen wurden, während sie aufgezeichnet wurden. Außerdem kann das unverarbeitete abgetastete 3D-Bild der planaren Ansicht je nach den Systemmerkmalen (z. B. Anzeigegerät, Speicher, Prozessor) in voller oder reduzierter Auflösung vorliegen. Die planare Ansicht kann ein verarbeitetes abgetastetes 3D-Bild sein, das entweder Grauwerte (die sich aus der vom Abstandssensor für jedes Pixel gemessenen Bestrahlungsstärke des Lichts ergeben) oder Farbwerte (die sich aus Kamerabildern ergeben, die auf der Abtastung abgebildet wurden) darstellt. Obwohl die aus dem 3D-Scanner extrahierte planare Ansicht gewöhnlich ein Grauwert- oder Farbbild ist, ist 4 der Klarheit bei der Vervielfältigung der Druckschrift halber als Linienzeichnung abgebildet. Die Benutzerschnittstelle, die dem Anzeigegerät zugeordnet ist und einstückig mit dem Laserscanner ausgebildet sein kann, kann einen Punktauswahlmechanismus zur Verfügung stellen, der in 4 der Cursor 410 ist. Der Punktauswahlmechanismus kann dazu benutzt werden, die Dimensionsinformation über das Raumvolumen zu zeigen, das vom Laserscanner gemessen wird. In 4 sind die Zeile und die Spalte an der Stelle des Cursors auf der Anzeigevorrichtung bei 430 angegeben. Die zwei gemessenen Winkel und ein gemessener Abstand (die 3D-Koordinaten in einem Kugelkoordinatensystem) an der Cursorposition sind auf der Anzeigevorrichtung bei 440 angegeben. Die kartesischen XYZ-Koordinatendarstellungen der Cursorposition sind auf der Anzeigevorrichtung bei 450 angegeben.
5 zeigt ein Beispiel für eine Panoramaansicht eines abgetasteten 3D-Bilds 600, die durch Abbilden einer planaren Ansicht auf einer Kugel oder in einigen Fällen einem Zylinder erzeugt wurde. Eine Panoramaansicht kann ein verarbeitetes abgetastetes 3D-Bild (wie das in 5 dargestellte) sein, bei dem die 3D-Information (z. B. 3D-Koordinaten) zur Verfügung stehen. Die Panoramaansicht kann je nach den Systemeigenschaften in voller oder reduzierter Auflösung vorliegen. Es ist hervorzuheben, dass ein Bild wie 5 ein 2D-Bild ist, das eine 3D-Szene darstellt, wenn sie aus einer bestimmten Perspektive gesehen wird. In diesem Sinn ist das Bild von 5 fast wie ein Bild, das mit einer 2D-Kamera oder einem menschlichen Auge erfasst würde. Obwohl die aus dem 3D-Scanner extrahierte Panoramaansicht gewöhnlich ein Grauwert- oder Farbbild ist, ist 5 der Klarheit bei der Vervielfältigung der Druckschrift halber als Linienzeichnung abgebildet.
Der Begriff „Panoramaansicht“ bezieht sich auf eine Anzeige, bei der eine Winkelbewegung um einen Punkt im Raum generell möglich ist, eine Translationsbewegung jedoch nicht (für ein einziges Panoramabild). Im Gegensatz dazu bezieht sich der hierin gebrauchte Begriff „3D-Ansicht“ allgemein auf eine Anzeige, bei der eine Vorkehrung getroffen wird (durch Steuerungsmaßnahmen des Benutzers), die nicht nur die Drehung um einen festen Punkt, sondern auch eine Translationsbewegung von Punkt zu Punkt im Raum ermöglicht.
6A, 6B und 6C zeigen ein Beispiel für eine 3D-Ansicht eines abgetasteten 3D-Bilds. In der 3D-Ansicht kann ein Benutzer den Ursprung der Abtastung verlassen und die Abtastungspunkte aus verschiedenen Blickpunkten und Winkeln betrachten. Die 3D-Ansicht ist ein Beispiel für ein verarbeitetes abgetastetes 3D-Bild. Die 3D-Ansicht kann je nach den Systemmerkmalen in voller oder reduzierter Auflösung vorliegen. Des Weiteren ermöglicht die 3D-Ansicht mehrere in einer Ansicht anzuzeigende registrierte Abtastungen. 6A ist eine 3D-Ansicht 710, über die von einem Benutzer eine Auswahlmaske 730 gelegt wurde. 6B ist eine 3D-Ansicht 740, bei der nur derjenige Teil der 3D-Ansicht 710 behalten wurde, der durch die Auswahlmaske 730 erfasst wurde. 6C zeigt die gleichen 3D-Messdaten wie in 6B, außer dass sie zur Erzielung einer verschiedenen Ansicht gedreht wurden. 7 zeigt eine andere Ansicht von 6B, wobei die Ansicht in diesem Fall aus einer Translation und Rotation des Blickpunkts des Betrachters sowie auch als Verkleinerung des beobachteten Bereichs erhalten wird. Obwohl die aus dem 3D-Scanner extrahierten 3D-Ansichten gewöhnlich ein Grauwert- oder Farbbild sind, sind der Klarheit bei der Vervielfältigung der Druckschrift halber 6A–C und 7 als Linienzeichnungen dargestellt.
8 und 9 zeigen eine Ausgestaltung eines 3D-Messgeräts 800, das einen 3D-Scanner 20, ein zweidimensionales (2D) Scannerzusatzteil 810, ein Prozessorsystem 950 und eine optionale bewegliche Plattform 820 umfasst. Das 3D-Messgerät 800 kann ein 3D-Laufzeitscanner 20 wie der anhand von 1 beschriebene sein. Das 2D-Scannerzusatzteil 810 umfasst einen 2D-Scanner 910 und kann, wie in 9 dargestellt, gegebenenfalls einen 2D-Prozessor 940, einen Positions-/Orientierungssensor 920 und ein Netzanschlussmodul 930 umfassen.
Das Prozessorsystem 950 umfasst ein oder mehrere Verarbeitungselemente, die einen 3D-Scanner-Prozessor (Steuerung) 38, einen 2D-Prozessor 940, einen externen Computer 970 und einen Cloud-Computer 980 umfassen können. Die Prozessoren können Mikroprozessoren, feldprogrammierbare Anordnungen von Logik-Gattern (FPGAs; field-programmable gate arrays), digitale Signalprozessoren (DSPs) und allgemein ein beliebiges Gerät, das Rechenfunktionen durchführen kann, sein. Der eine oder die mehreren Prozessoren haben zum Speichern von Informationen Zugriff auf einen Speicher. Bei einer in 9 dargestellten Ausgestaltung repräsentiert die Steuerung 38 einen oder mehrere Prozessoren, die überall im 3D-Scanner verteilt sind. Die Ausgestaltung von 9 umfasst auch einen 2D-Prozessor 940 für das 2D-Scannerzusatzteil 810, einen externen Computer 970 und einen oder mehrere Cloud-Computer 980 für die Möglichkeit zur Datenfernverarbeitung. Bei einer alternativen Ausgestaltung sind nur einer oder zwei der Prozessoren 38, 960, 970 und 980 im Prozessorsystem vorgesehen. Die Kommunikation zwischen den Prozessoren kann durch drahtgebundene Verbindungen, drahtlose Verbindungen oder eine Kombination aus drahtgebundenen und drahtlosen Verbindungen erfolgen. Bei einer Ausgestaltung erfolgt die Verbindung zwischen dem Prozessor des 2D-Scannerzusatzteils und dem 3D-Scanner über IEEE 802.11 (Wi-Fi) mittels des Netzanschlussmoduls 930. Bei einer Ausgestaltung werden Abtastungsergebnisse für die Speicherung und zukünftige Verwendung nach jeder Abtastungsreihe an die Cloud (Datenfernverarbeitungsnetzwerk) hochgeladen.
Das 2D-Scannerzusatzteil 810 misst 2D-Koordinaten in einer Ebene. In den meisten Fällen führt es dies durch, indem es Licht in einer Ebene lenkt, um Objektpunkte in der Umgebung zu beleuchten. Es erfasst das von den Objektpunkten reflektierte (gestreute) Licht, um 2D-Koordinaten der Objektpunkte in der 2D-Ebene zu ermitteln. Bei einer Ausgestaltung bewegt der 2D-Scanner abtastend einen Lichtpunkt über einen Winkel, während er gleichzeitig einen Winkelwert und einen entsprechenden Abstandswert an jedem der beleuchteten Objektpunkte misst.
Zu den Beispielen für 2D-Scanner 910, die in dem 2D-Scannerzusatzteil 810 enthalten sein könnten, gehören 2D-Scanner aus der Produktfamilie Sick LMS100 sowie 2D-Scanner von Hoyuko wie beispielsweise die Hoyuko-Modelle URG-04LX-UG01 und UTM-30LX. Die Scanner der Sick-LMS100-Familie messen Winkel über einen 270°-Bereich und über Abstände bis zu 20 Metern. Das Hoyuko-Modell URG-04LX-UG01 ist ein preiswerter 2D-Scanner, der Winkel über einen 240°-Bereich und Abstände bis zu 4 Metern misst. Das Hoyuko-Modell UTM-30LX ist ein 2D-Scanner, der Winkel über einen 270°-Bereich und Abstände bis zu 30 Metern misst. Es sind auch viele andere Arten von 2D-Scannern erhältlich.
Der optionale Positions-/Orientierungssensor 920 im 2D-Scannerzusatzteil 810 kann Neigungsmesser (Beschleunigungsmesser), Gyroskope, Magnetometer und Höhenmesser umfassen. Üblicherweise werden Geräte, die ein(en) oder mehrere von einem Neigungsmesser und Gyroskop umfassen, als Inertialmesseinheit (IMU; inertial measurement unit) bezeichnet. Der Begriff „IMU“ wird in einigen Fällen in weiterem Sinne gebraucht und umfasst dann eine Vielzahl zusätzlicher Geräte, die die Position und/oder Orientierung anzeigen – beispielsweise Magnetometer, die die Bewegungsrichtung basierend auf Veränderungen der Richtung des Magnetfelds relativ zum magnetischen Nordpol der Erde anzeigen, und Höhenmesser, die die Aufstellhöhe (Höhe) anzeigen. Ein Beispiel für einen überall benutzten Höhenmesser ist ein Drucksensor. Relativ genaue Positions- und Orientierungsmessungen lassen sich mit relativ preiswerten Sensorgeräten erzielen, indem man Messwerte einer Kombination von Positions-/Orientierungssensoren mit einem Fusionsalgorithmus, der einen Kalman-Filter umfassen kann, kombiniert.
Die optionale bewegliche Plattform 820 ermöglicht das Bewegen des 3D-Messgeräts 20 von Ort zu Ort, und zwar typisch entlang einem Boden, der ungefähr horizontal ist. Die optionale bewegliche Plattform 820 ist bei einer Ausgestaltung ein Stativ, das Räder 822 umfasst. Bei einer Ausgestaltung können die Räder 822 mittels Radbremsen 824 am Ort arretiert werden. Bei einer anderen Ausgestaltung sind die Räder 822 einziehbar, damit das Stativ standfest auf drei an ihm befestigten Füßen stehen kann. Das Stativ hat bei einer anderen Ausgestaltung keine Räder, wird aber einfach entlang einer Oberfläche geschoben oder gezogen, die ungefähr horizontal wie beispielsweise ein Boden ist. Bei einer anderen Ausgestaltung ist die optionale bewegliche Plattform 820 ein Wagen mit Rädern, der mit der Hand geschoben/gezogen oder mit einem Motor betätigt werden kann.
Bei einer Ausgestaltung ist das 2D-Scannerzusatzteil 810 zwischen der beweglichen Plattform 820 und dem 3D-Scanner 20 angebracht, wie es in 8 dargestellt ist. Bei einer anderen Ausgestaltung ist das 2D-Scannerzusatzteil 810 in den 3D-Scanner 20 integriert. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist das 2D-Scannerzusatzteil 810 auf der beweglichen Plattform 820 angebracht, also beispielsweise an einem Bein eines Stativs oder zwischen den Beinen des Stativs. Bei einer anderen Ausgestaltung ist das 2D-Scannerzusatzteil 810 auf dem Körper des 3D-Scanners angebracht, zum Beispiel in einer Position, die der des Elements 70 in 1 ähnlich ist. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der 2D-Scanner 910 an einem Bein eines Stativs befestigt, während andere Teile des 2D-Scannerzusatzteils 810 sich innen im 3D-Scanner 20 befinden.
Der 2D-Scanner 910 ist bei einer Ausgestaltung derart orientiert, dass er einen Lichtstrahl abtastend über einen Winkelbereich in einer horizontalen Ebene bewegt. An bestimmten Zeitpunkten gibt der 2D-Scanner 910 einen Winkelmesswert und einen entsprechenden Abstandsmesswert zurück, um 2D-Koordinaten von Objektpunkten in der horizontalen Ebene zur Verfügung zu stellen. Bei der Beendigung einer Abtastung über den gesamten Winkelbereich gibt der 2D-Scanner eine Sammlung von gepaarten Winkel- und Abstandsmesswerten zurück. Während das 3D-Messgerät 800 von Ort zu Ort bewegt wird, fährt der 2D-Scanner 910 damit fort, 2D-Koordinatenwerte zurückzugeben. Diese 2D-Koordinatenwerte werden dazu verwendet, die Position des 3D-Scanners 20 an jeder festen Registrierungsposition zu lokalisieren, wodurch eine genauere Registrierung ermöglicht wird.
10 zeigt das 3D-Messgerät 800, das zu einer ersten Registrierungsposition 1112 vor einem zu messenden Objekt 1102 bewegt wurde. Das Objekt 1102 könnte beispielsweise eine Wand in einem Raum sein. Bei einer Ausgestaltung wird das 3D-Messgerät 800 mit Bremsen gestoppt und festgehalten, die bei einer Ausgestaltung Bremsen 824 an Rädern 822 sind. Der 3D-Scanner 20 im 3D-Messgerät 800 führt eine erste 3D-Abtastung des Objekts 1102 durch. Der 3D-Scanner 20 kann bei einer Ausgestaltung erforderlichenfalls 3D-Messungen in allen Richtungen außer in Abwärtsrichtungen erzielen, die durch die Struktur des 3D-Messgeräts 800 blockiert werden. Bei dem Beispiel von 10, bei dem der 3D-Scanner 20 eine lange, größtenteils flache Struktur 1102 misst, kann allerdings ein kleineres effektives Sichtfeld 1130 ausgewählt werden, um eine bessere Frontansicht von Merkmalen auf der Struktur zur Verfügung zu stellen.
Sobald die erste 3D-Abtastung vollendet ist, empfängt das Prozessorsystem 950 ein Signal, das angibt, dass 2D-Abtastungsdaten erfasst wurden. Dieses Signal kann von dem Positions-/Orientierungssensor 920 als Reaktion darauf kommen, dass der Sensor 920 eine Bewegung des 3D-Messgeräts 800 erfasst. Das Signal kann gesendet werden, wenn die Bremsen gelöst werden, oder es kann als Reaktion auf einen von einem Bediener gesendeten Befehl gesendet werden. Das 2D-Scannerzusatzteil 810 kann mit der Datenerfassung beginnen, wenn das 3D-Messgerät 800 anfängt, sich zu bewegen, oder es kann fortwährend sogar dann 2D-Abtastungsdaten erfassen, wenn es fest steht. Die 2D-Scannerdaten werden bei einer Ausgestaltung an das Prozessorsystem 950 gesendet, während sie erfasst werden.
Bei einer Ausgestaltung misst das 2D-Scannerzusatzteil 810, während das 3D-Messgerät 800 zu der zweiten Registrierungsposition 1114 bewegt wird. Bei einer Ausgestaltung werden 2D-Abtastungsdaten erfasst und verarbeitet, während der Scanner eine Vielzahl von 2D-Messpositionen 1120 durchfährt. An jeder Messposition 1120 erfasst der 2D-Scanner 2D-Koordinatendaten über ein effektives Sichtfeld 1140. Das Prozessorsystem 950 verwendet mittels der nachfolgend ausführlicher beschriebenen Verfahren 2D-Abtastungsdaten der Vielzahl von 2D-Abtastungen an den Positionen 1120, um eine Position und Orientierung des 3D-Scanners 20 an der zweiten Registrierungsposition 1114 relativ zu der ersten Registrierungsposition 1112 zu ermitteln, wobei die erste Registrierungsposition und die zweite Registrierungsposition in einem 3D-Koordinatensystem bekannt sind, das beiden gemeinsam ist. Das gemeinsame Koordinatensystem wird bei einer Ausgestaltung durch die kartesischen 2D-Koordinaten x, y und durch einen Drehwinkel θ relativ zur x- oder y-Achse dargestellt. Die x- und y-Achse liegen bei einer Ausgestaltung in der Ebene des Scanners und können ferner auf einer Richtung einer „Front“ des 2D-Scanners 910 basieren. Ein Beispiel für ein solches Koordinatensystem (x, y, θ) ist das Koordinatensystem 1410 von 14A.
Es gibt auf dem Objekt 1102 eine Überlappungsregion 1150 zwischen der ersten 3D-Abtastung (die an der ersten Registrierungsposition 1112 erfasst wurde) und der zweiten 3D-Abtastung (die an der zweiten Registrierungsposition 1114 erfasst wurde). In der Überlappungsregion 1150 befinden sich Registrierungsziele (die natürliche Merkmale des Objekts 1102 sein können), die sowohl bei der ersten 3D-Abtastung als auch bei der zweiten 3D-Abtastung zu sehen sind. Ein Problem, das in der Praxis häufig auftritt, besteht darin, dass das Prozessorsystem 950 bei der Bewegung des 3D-Scanners 20 von der ersten Registrierungsposition 1112 zur zweiten Registrierungsposition 1114 die Position und Orientierung des 3D-Scanners 20 verliert und deshalb nicht in der Lage ist, die Registrierungsziele in den Überlappungsregionen korrekt zuzuordnen, um eine zuverlässige Durchführung des Registrierungsverfahrens zu ermöglichen. Das Prozessorsystem 950 ist mittels der Folgen von 2D-Abtastungen in der Lage, die Position und Orientierung des 3D-Scanners 20 an der zweiten Registrierungsposition 1114 relativ zu der ersten Registrierungsposition 1112 zu ermitteln. Diese Information gibt dem Prozessorsystem 950 die Möglichkeit, Registrierungsziele in der Überlappungsregion 1150 korrekt anzupassen, wodurch die richtige Vollendung des Registrierungsverfahrens gestattet wird.
12 zeigt den 2D-Scanner 910 bei der Erfassung von 2D-Abtastungsdaten an ausgewählten Positionen 1120 über ein effektives Sichtfeld 1140. Der 2D-Scanner nimmt an verschiedenen Positionen 1120 einen Abschnitt des Objekts 1102 auf, der als A, B, C, D und E gekennzeichnet ist. 12 zeigt, wie sich der 2D-Scanner zeitlich relativ zu einem festen Bezugssystem des Objekts 1102 bewegt.
13 umfasst die gleiche Information wie 12, zeigt diese jedoch vom Bezugssystem des 2D-Scanners 910 aus statt vom Bezugssystem des Objekts 1102 aus. Diese Figur macht deutlich, dass sich die Position von Merkmalen auf dem Objekt im 2D-Scannerbezugssystem im Zeitverlauf ändert. Es ist somit klar, dass die vom 2D-Scanner 910 zurückgelegte Strecke aus den 2D-Abtastungsdaten ermittelt werden kann, die vom 2D-Scannerzusatzteil 810 an das Prozessorsystem 950 gesendet wurden.
14A zeigt ein Koordinatensystem, das in 14B und 14C verwendet werden kann. Bei einer Ausgestaltung werden die 2D-Koordinaten x und y so ausgewählt, dass sie auf der Ebene des 2D-Scanners 910 liegen. Der Winkel θ wird als Drehwinkel relativ zu einer Achse wie beispielsweise x oder y ausgewählt. 14B, 14C stellen einen realistischen Fall dar, in welchem der 2D-Scanner 910 nicht genau auf einer geraden Linie wie beispielsweise nominell parallel zum Objekt 1102 bewegt wird, sondern auch zur Seite. Darüber hinaus kann der 2D-Scanner 910 gedreht werden, während er bewegt wird.
14B zeigt die Bewegung des Objekts 1102 aus der Sicht des Bezugssystems des 2D-Scanners 910. Im 2D-Scannerbezugssystem (d. h. vom Blickpunkt des 2D-Scanners aus gesehen) bewegt sich das Objekt 1102, während der 2D-Scanner 910 an seinem Platz feststehend ist. In diesem Bezugssystem scheinen sich die vom 2D-Scanner 910 gesehenen Abschnitte des Objekts 1102 zeitlich zu verschieben und zu drehen. Das 2D-Scannerzusatzteil 810 stellt dem Prozessorsystem 950 eine Folge solcher verschobener und gedrehter 2D-Abtastungen zur Verfügung. Der Scanner verschiebt sich in dem in 14A, B dargestellten Beispiel in der +y-Richtung um eine in 14B dargestellte Strecke 1420 und dreht sich um einen Winkel 1430, der in diesem Beispiel +5 Grad beträgt. Selbstverständlich hätte sich der Scanner ebenso um einen kleinen Betrag in der +x- oder -x-Richtung bewegen können. Zur Ermittlung der Bewegung des 2D-Scanners 910 in den Richtungen x, y, θ nutzt das Prozessorsystem 950 die Daten, die, im Bezugssystem des 2D-Scanners 910 gesehen und wie in 14B dargestellt, in aufeinanderfolgenden Abtastungen aufgezeichnet wurden. Das Prozessorsystem 950 führt bei einer Ausgestaltung eine Best-Fit-Berechnung unter Einsatz von in der Technik weithin bekannten Verfahren durch, um die zwei Abtastungen oder Merkmale in den zwei Abtastungen so nahe wie möglich aneinander anzupassen.
Während der 2D-Scanner 910 aufeinanderfolgende 2D-Messwerte nimmt und Best-Fit-Berechnungen durchführt, verfolgt das Prozessorsystem 950 die Translation und Rotation des 2D-Scanners, die die gleichen wie die Translation und Rotation des 3D-Scanners 20 und des Messgeräts 800 sind. Das Prozessorsystem 950 ist auf diese Weise in der Lage, die Veränderung der Werte x, y, θ genau zu ermitteln, während sich das Messgerät 800 von der ersten Registrierungsposition 1112 zur zweiten Registrierungsposition 1114 bewegt.
Es ist von Bedeutung, dass man versteht, dass das Prozessorsystem 950 die Position und Orientierung des 3D-Messgeräts 800 auf Basis eines Vergleichs der Folge von 2D-Abtastungen und nicht auf Basis einer Fusion der 2D-Abtastungsdaten mit den 3D-Abtastungsdaten, die vom 3D-Scanner 20 an der ersten Registrierungsposition 1112 oder der zweiten Registrierungsposition 1114 bereitgestellt wurden, ermittelt.
Statt dessen ist das Prozessorsystem 950 dafür konfiguriert, Folgendes zu ermitteln: einen ersten Translationswert, einen zweiten Translationswert und einen ersten Rotationswert, der, wenn er auf eine Kombination der ersten 2D-Abtastungsdaten und zweiten 2D-Abtastungsdaten angewandt wird, zu transformierten ersten 2D-Daten führt, die nach einem objektiven mathematischen Kriterium so nahe wie möglich zu transformierten zweiten 2D-Daten passen. Im Allgemeinen können die Translation und die Rotation auf die ersten Abtastungsdaten, die zweiten Abtastungsdaten oder auf eine Kombination beider angewandt werden. Beispielsweise entspricht eine auf den ersten Datensatz angewandte Translation einer negativen Zahl der auf den zweiten Datensatz angewandten Translation in dem Sinne, dass beide Vorgänge die gleiche Anpassung in den transformierten Datensätzen ergeben. Ein Beispiel für ein „objektives mathematisches Kriterium“ ist das der Minimierung der Summe quadratischer Restfehler bei denjenigen Teilen der Abtastungsdaten, die als Überlappung bewertet werden. Ein anderer Typ eines objektiven mathematischen Kriteriums kann eine Anpassung mehrerer auf dem Objekt identifizierter Merkmale beinhalten. Solche Merkmale könnten beispielsweise die Kantenübergänge 1103, 1104 und 1105 sein, die in 11B dargestellt sind. Das mathematische Kriterium kann die Verarbeitung der unverarbeiteten Daten beinhalten, die dem Prozessorsystem 950 vom 2D-Scannerzusatzteil 810 bereitgestellt wurden, oder es kann eine erste Zwischenverarbeitungsebene beinhalten, in welcher Merkmale als eine Sammlung von Liniensegmenten dargestellt werden, wobei Verfahren zum Einsatz kommen, die in der Technik bekannt sind wie beispielsweise Verfahren, die auf dem iterativen nächsten Punkt (ICP; iterative closest point) basieren. Ein solches Verfahren auf Basis des ICP wird bei Censi, A.: „An ICP variant using a point-to-line metric", IEEE International Conference on Robotics and Automatics (ICRA) 2008, beschrieben.
Bei einer Ausgestaltung sind der erste Translationswert dx, der zweite Translationswert dy und der erste Rotationswert dθ. Wenn die ersten Abtastungsdaten mit dem 2D-Scanner 910 erfasst werden und Translations- und Rotationskoordinaten (in einem Bezugskoordinatensystem) von (x₁, y₁, θ₁) aufweisen, dann sind die Koordinaten, wenn die zweiten 2D-Abtastungsdaten an einer zweiten Position erfasst werden, durch (x₂, y₂, θ₂) = (x₁+ dx, y₁+ dy, θ₁ + dθ) gegeben. Das Prozessorsystem 950 ist bei einer Ausgestaltung ferner dafür konfiguriert, einen dritten Translationswert (zum Beispiel dz) und einen zweiten und dritten Rotationswert (zum Beispiel Nick- und Rollbewegung) zu ermitteln. Der dritte Translationswert, der zweite Rotationswert und der dritte Rotationswert können basierend zumindest teilweise auf Messwerten des Positions-/Orientierungssensors 920 ermittelt werden.
Der 2D-Scanner 910 erfasst 2D-Abtastungsdaten an der ersten Registrierungsposition 1112 und weitere 2D-Abtastungsdaten an der zweiten Registrierungsposition 1114. In einigen Fällen können diese Abtastungen ausreichen, um die Position und Orientierung des 3D-Messgeräts an der zweiten Registrierungsposition 1114 relativ zur ersten Registrierungsposition 1112 zu ermitteln. In anderen Fällen reichen die zwei Sätze der 2D-Abtastungsdaten nicht aus, um dem Prozessorsystem 950 die genaue Ermittlung des ersten Translationswerts, des zweiten Translationswerts und des ersten Rotationswerts zu ermöglichen. Dieses Problem lässt sich vermeiden, indem 2D-Abtastungsdaten an Abtastungs-Zwischenpositionen 1120 erfasst werden. Die 2D-Abtastungsdaten werden bei einer Ausgestaltung in regelmäßigen Intervallen wie beispielsweise einmal pro Sekunde erfasst und verarbeitet. Auf diese Weise werden Merkmale ohne Weiteres in aufeinanderfolgenden 2D-Abtastungen 1120 identifiziert. Falls mehr als zwei 2D-Abtastungen erhalten werden, hat das Prozessorsystem 950 die Wahl, die Information aller aufeinanderfolgenden 2D-Abtastungen bei der Ermittlung der Translations- und Rotationswerte beim Bewegen von der ersten Registrierungsposition 1112 zur zweiten Registrierungsposition 1114 zu verwenden. Alternativ dazu hat der Prozessor die Wahl, nur die erste und die letzte Abtastung bei der Endberechnung zu benutzen, indem einfach die 2D-Zwischenabtastungen verwendet werden, um die richtige Entsprechung von passenden Merkmalen zu gewährleisten. In den meisten Fällen wird die Anpassungsgenauigkeit durch Einbeziehen der Information aus mehreren aufeinanderfolgenden 2D-Abtastungen verbessert.
Der erste Translationswert, der zweite Translationswert und der erste Rotationswert sind für den 2D-Scanner, den 3D-Scanner und das 3D-Messgerät die gleichen, weil alle starr relativ zu den anderen gehalten werden.
Das 3D-Messgerät 800 wird zur zweiten Registrierungsposition 1114 bewegt. Bei einer Ausgestaltung wird das 3D-Messgerät 800 angehalten und werden die Bremsen arretiert, um den 3D-Scanner feststehend zu halten. Bei einer alternativen Ausgestaltung beginnt das Prozessorsystem 950 automatisch mit der 3D-Abtastung, wenn die bewegliche Plattform beispielsweise dadurch angehalten wird, dass der Positions-/Orientierungssensor 920 eine fehlende Bewegung feststellt. Der 3D-Scanner 20 im 3D-Messgerät 800 führt eine 3D-Abtastung des Objekts 1102 durch. Diese 3D-Abtastung wird als „zweite 3D-Abtastung“ bezeichnet, um sie von der ersten 3D-Abtastung zu unterscheiden, die an der ersten Registrierungsposition durchgeführt wurde.
Das Prozessorsystem 950 wendet den bereits berechneten ersten Translationswert, den zweiten Translationswert und den ersten Rotationswert an, um die Position und Orientierung der zweiten 3D-Abtastung relativ zu der ersten 3D-Abtastung anzupassen. Diese Anpassung, die man als Bereitstellung einer „ersten Ausrichtung“ ansehen kann, bringt die Registrierungsziele (die natürliche Merkmale in der Überlappungsregion 1150 sein können) in unmittelbare Nähe. Das Prozessorsystem 950 führt eine Feinregistrierung durch, bei der es Feinanpassungen an die sechs Freiheitsgrade der zweiten 3D-Abtastung relativ zur ersten 3D-Abtastung vornimmt. Es führt die Feinanpassung auf Basis eines objektiven mathematischen Kriteriums durch, das gleich wie oder anders als das mathematische Kriterium sein kann, das auf die 2D-Abtastungsdaten angewendet wurde. Das objektive mathematische Kriterium kann beispielsweise das der Minimierung der Summe quadratischer Restfehler bei denjenigen Teilen der Abtastungsdaten sein, die als Überlappung bewertet werden. Alternativ dazu kann das objektive mathematische Kriterium auf eine Vielzahl von Merkmalen in der Überlappungsregion angewendet werden. Die mathematischen Berechnungen bei der Registrierung können auf unverarbeitete 3D-Abtastungsdaten oder auf geometrische Darstellungen der 3D-Abtastungsdaten zum Beispiel durch eine Sammlung von Liniensegmenten angewendet werden.
Außerhalb der Überlappungsregion 1150 werden die ausgerichteten Werte der ersten 3D-Abtastung und der zweiten 3D-Abtastung zu einem registrierten 3D-Datensatz kombiniert. Innerhalb der Überlappungsregion basieren die im registrierten 3D-Datensatz enthaltenen 3D-Abtastungswerte auf einer Kombination von 3D-Scannerdaten aus den ausgerichteten Werten der ersten 3D-Abtastung und der zweiten 3D-Abtastung.
15 zeigt Elemente eines Verfahrens 1500 zur Messung und Registrierung von 3D-Koordinaten.
Ein Element 1505 umfasst das Bereitstellen eines 3D-Messgeräts, das ein Prozessorsystem, einen 3D-Scanner, einen 2D-Scanner und eine bewegliche Plattform umfasst. Das Prozessorsystem hat mindestens eines von einer 3D-Scannersteuerung, einem 2D-Scannerprozessor, einem externen Computer und einem für den Fernzugriff auf ein Netzwerk konfigurierten Cloud-Computer. Jedwedes dieser Verarbeitungselemente innerhalb des Prozessorsystems kann einen einzigen Prozessor oder mehrere verteilte Verarbeitungselemente umfassen, wobei die Verarbeitungselemente ein Mikroprozessor, ein digitaler Signalprozessor, eine FPGA oder eine beliebige andere Art eines Rechengeräts sind. Die Verarbeitungselemente haben Zugriff auf den Computerspeicher. Der 3D-Scanner hat eine erste Lichtquelle, eine erste Strahllenkeinheit, ein erstes Winkelmessgerät, ein zweites Winkelmessgerät und einen ersten Lichtempfänger. Die erste Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen ersten Lichtstrahl zu emittieren, der bei einer Ausgestaltung ein Laserlichtstrahl ist. Die erste Strahllenkeinheit ist derart vorgesehen, dass sie den ersten Lichtstrahl in einer ersten Richtung auf einen ersten Objektpunkt lenkt. Die Strahllenkeinheit kann ein Drehspiegel wie beispielsweise der Spiegel 26 oder eine andere Art eines Strahllenkungsmechanismus sein. Der 3D-Scanner kann zum Beispiel einen Sockel enthalten, auf dem eine erste Struktur angeordnet ist, die sich um eine vertikale Achse dreht, und auf dieser Struktur kann eine zweite Struktur angeordnet sein, die sich um eine horizontale Achse dreht. Mit dieser Art einer mechanischen Baugruppe kann der Lichtstrahl direkt von der zweiten Struktur emittiert werden und in eine gewünschte Richtung zeigen. Es sind viele andere Arten von Strahllenkungsmechanismen möglich. In den meisten Fällen umfasst ein Strahllenkungsmechanismus einen oder zwei Motoren. Die erste Richtung wird durch einen ersten Drehwinkel um eine erste Achse und einen zweiten Drehwinkel um eine zweite Achse bestimmt. Das erste Winkelmessgerät ist dafür konfiguriert, den ersten Drehwinkel zu messen, und das zweite Winkelmessgerät ist dafür konfiguriert, den zweiten Drehwinkel zu messen. Der erste Lichtempfänger ist dafür konfiguriert, ein erstes reflektiertes Licht zu empfangen, wobei das erste reflektierte Licht ein Teil des ersten Lichtstrahls ist, der vom ersten Objektpunkt reflektiert wird. Der erste Lichtempfänger ist ferner dafür konfiguriert, ein erstes elektrisches Signal als Reaktion auf das erste reflektierte Licht zu erzeugen. Der erste Lichtempfänger ist ferner dafür konfiguriert, mit dem Prozessorsystem zusammenzuwirken, um einen ersten Abstand zum ersten Objektpunkt basierend zumindest teilweise auf dem ersten elektrischen Signal zu ermitteln, und der 3D-Scanner ist dafür konfiguriert, mit dem Prozessorsystem zusammenzuwirken, um 3D-Koordinaten des ersten Objektpunkts basierend zumindest teilweise auf dem ersten Abstand, dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel zu ermitteln. Das 2D-Scannerzusatzteil umfasst einen 2D-Scanner mit einer zweiten Lichtquelle, einer zweiten Strahllenkeinheit, einem dritten Winkelmessgerät und einem zweiten Lichtempfänger. Die zweite Lichtquelle ist dafür konfiguriert, einen zweiten Lichtstrahl zu emittieren. Die zweite Strahllenkeinheit ist dafür konfiguriert, den zweiten Lichtstrahl in einer zweiten Richtung auf einen zweiten Objektpunkt zu lenken. Die zweite Richtung wird durch einen dritten Drehwinkel um eine dritte Achse ermittelt, wobei das dritte Winkelmessgerät dafür konfiguriert ist, den dritten Drehwinkel zu messen. Der zweite Lichtempfänger ist dafür konfiguriert, ein zweites reflektiertes Licht zu empfangen, wobei das zweite reflektierte Licht ein Teil des zweiten Lichtstrahls ist, der vom zweiten Objektpunkt reflektiert wird. Der zweite Lichtempfänger ist ferner dafür konfiguriert, ein zweites elektrisches Signal als Reaktion auf das zweite reflektierte Licht zu erzeugen. Der 2D-Scanner ist dafür konfiguriert, mit dem Prozessorsystem zusammenzuwirken, um einen zweiten Abstand zum zweiten Objektpunkt basierend zumindest teilweise auf dem zweiten elektrischen Signal zu ermitteln. Der 2D-Scanner ist des Weiteren dafür konfiguriert, mit dem Prozessorsystem zusammenzuwirken, um 2D-Koordinaten des zweiten Objektpunkts basierend zumindest teilweise auf dem zweiten Abstand und dem dritten Drehwinkel zu ermitteln. Die bewegliche Plattform ist dafür konfiguriert, den 3D-Scanner und den 2D-Scanner zu tragen. Der 3D-Scanner ist relativ zum 2D-Scanner feststehend und die bewegliche Plattform ist für die Bewegung auf einer Ebene konfiguriert, die senkrecht zur dritten Achse ist.
Ein Element 1510 umfasst das Ermitteln von 3D-Koordinaten einer ersten Sammlung von Punkten auf einer Objektoberfläche mit dem Prozessorsystem in Zusammenwirkung mit dem 3D-Scanner, während der 3D-Scanner fest an einer ersten Registrierungsposition angeordnet ist.
Ein Element 1515 umfasst das Erhalten einer Vielzahl von 2D-Abtastsätzen durch den 2D-Scanner in Zusammenwirkung mit dem Prozessorsystem. Jeder der Vielzahl von 2D-Abtastsätzen ist ein Satz von 2D-Koordinaten von Punkten auf der Objektoberfläche, die erfasst werden, während der 2D-Scanner sich von der ersten Registrierungsposition zu einer zweiten Registrierungsposition bewegt. Jeder der Vielzahl von 2D-Abtastsätzen wird durch den 2D-Scanner an einer anderen Position relativ zur ersten Registrierungsposition erfasst.
Ein Element 1520 umfasst das Ermitteln eines einer ersten Translationsrichtung entsprechenden ersten Translationswerts, eines einer zweiten Translationsrichtung entsprechenden zweiten Translationswerts und eines einer ersten Orientierungsachse entsprechenden ersten Rotationswerts durch das Prozessorsystem, wobei der erste Translationswert, der zweite Translationswert und der erste Rotationswert basierend zumindest teilweise auf einer Anpassung der Vielzahl von 2D-Abtastsätzen gemäß einem ersten mathematischen Kriterium ermittelt werden.
Ein Element 1525 umfasst das Ermitteln von 3D-Koordinaten einer zweiten Sammlung von Punkten auf der Objektoberfläche mit dem Prozessorsystem in Zusammenwirkung mit dem 3D-Scanner, während der 3D-Scanner fest an der zweiten Registrierungsposition angeordnet ist.
Ein Element 1535 umfasst das Identifizieren einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Prozessorsystem, wobei die Entsprechung zumindest teilweise auf dem ersten Translationswert, dem zweiten Translationswert und dem ersten Rotationswert basiert.
Ein Element 1545 umfasst das Ermitteln von 3D-Koordinaten einer registrierten 3D-Sammlung von Punkten basierend zumindest teilweise auf einem zweiten mathematischen Kriterium, der Entsprechung zwischen Registrierungszielen, den 3D-Koordinaten der ersten Sammlung von Punkten und den 3D-Koordinaten der zweiten Sammlung von Punkten. Ein Element 1550 umfasst das Speichern der 3D-Koordinaten der registrierten 3D-Sammlung von Punkten.
Bei den meisten heute eingesetzten Verfahren zur Abtastung großer Objekte (zum Beispiel großer Gebäude) werden Daten an jeder Registrierungsposition erfasst und wird die Qualität der Registrierung später ausgewertet. Ein Problem bei dieser Methode besteht darin, dass sie keinen Weg zur Erkennung eines Registrierungsfehlers bereitstellt, der leicht vor Ort korrigiert werden könnte, an einem späteren Zeitpunkt jedoch schwierig zu korrigieren ist, wenn der Zugang zum Abtastungsort nicht länger zur Verfügung steht. Des Weiteren besteht bei dieser Methode die Notwendigkeit, die mehreren Abtastungen in einer Software zu registrieren, die auf einem externen Computer läuft. In manchen Fällen können natürliche oder künstliche Ziele, die vom Scanner an aufeinanderfolgenden Registrierungspositionen betrachtet werden, automatisch erkannt und durch die Software angepasst werden, doch in vielen Fällen müssen die Abtastungen manuell registriert werden. In vielen Fällen sind die Zeit und der Aufwand bei der Registrierung und Verarbeitung von 3D-Abtastungsdaten weitaus größer als die für die Erfassung der Abtastungsdaten vor Ort erforderliche Zeit.
Die Verarbeitung von 2D- und 3D-Scannerdaten erfolgt bei einer hierin beschriebenen Ausgestaltung während der Durchführung der Messung, wodurch eine zeitaufwändige Nachbearbeitung entfällt und ferner gewährleistet wird, dass die erforderlichen Abtastungsdaten vor dem Verlassen eines Orts erfasst werden.
Ein Beispiel für ein Messgerät 800, das man zur Durchführung dieser Messung verwenden kann, wurde vorstehend anhand von 8 beschrieben. Es wird nun anhand von 16 ein anderes Beispiel für ein Messgerät 1600 beschrieben, das man zur Durchführung dieser Messung benutzen kann. In dem 3D-Messgerät 1600 ist ein 3D-Laufzeitscanner 20 enthalten, der den Abstand basierend zumindest teilweise auf einer Lichtgeschwindigkeit in Luft misst. Dieser Scannertyp misst mittels Winkelmessgeräten wie zum Beispiel Winkelkodierern auch zwei Winkel. Die zwei gemessenen Winkel und ein gemessener Abstand ergeben 3D-Koordinaten von Punkten auf einem Objekt. Der Scanner umfasst bei einer Ausgestaltung Motoren und ein Servosystem, um einen Lichtstrahl zu einem beliebigen gewünschten Punkt auf einem Objekt zu führen. Bei einer Ausgestaltung, die vorstehend anhand der 1–3 beschrieben wurde, kann der Scanner auch einen Modus zum schnellen Richten des Lichtstrahls über ein sich kontinuierlich veränderndes Muster umfassen, wodurch eine schnelle Erfassung von 3D-Koordinaten über einen großen Raum ermöglicht wird.
Im 3D-Messgerät 1600 ist auch ein 2D-Laserscanner 1610 enthalten, der bei einer Ausgestaltung dafür konfiguriert ist, einen Lichtstrahl in einer horizontalen Ebene 1622 zu emittieren. Der Lichtstrahl wird bei einer Ausgestaltung bei einer Frequenz von 30 Hz über einen Winkel von 270 Grad hin- und herbewegt. Der Lichtstrahl empfängt bei einer Ausgestaltung reflektiertes Licht von einem Objekt und ermittelt eine Sammlung von Abständen zum Objekt auf Basis des reflektierten Lichts. Der 2D-Scanner 1610 misst bei einer Ausgestaltung Abstände in Abhängigkeit vom Winkel der Hin- und Herbewegung. Der hin- und herbewegte Lichtstrahl ist bei einer Ausgestaltung ein Teil einer Baugruppe 1620, die ferner ein Rechengerät 1630 umfasst, das vom 2D-Scanner 1610 2D-Abtastsätze, die Abstände im Vergleich zu Winkeln umfassen könnten, sowie vom 3D-Scanner 20 3D-Koordinatendaten empfängt. Bei einer Ausgestaltung führt das Rechengerät 1630 außerdem eine Verarbeitung von 2D- und 3D-Abtastungsdaten durch, um eine Entsprechung zwischen Zielen zu ermitteln, die an der ersten Registrierungsposition und der zweiten Registrierungsposition gemessen wurden. Bei anderen Ausgestaltungen können andere Rechengeräte wie beispielsweise ein Computer 1640 oder ein nicht an das 3D-Messgerät angeschlossener externer Computer 1650 verwendet werden, um die Entsprechung zwischen Zielen zu ermitteln, die an der ersten und zweiten Registrierungsposition gemessen wurden.
Kommunikationskanäle zur Übertragung von Informationen zwischen 2D-Scanner, 3D-Scanner und Rechengeräten können drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationskanäle 1660 sein. Bei einer Ausgestaltung ist im 3D-Scanner 20 ein Wireless Access Point (AP; drahtloser Zugangspunkt) enthalten. Bei einer Ausgestaltung verbindet der AP drahtlose Geräte wie beispielsweise den 2D-Scanner 1610 und eines oder mehrere der Rechengeräte 1630, 1640 und 1650. Bei einer alternativen Ausgestaltung umfasst der 3D-Scanner 20 einen Automatisierungsadapter mit einer Ethernet-Schnittstelle und einem Switch. Der Automatisierungsadapter verbindet sich mit Ethernetkabeln des 2D-Scanners 1610 und Rechengeräten wie beispielsweise 1630, 1640 und 1650. Die Automatisierungsschnittstelle ermöglicht die drahtgebundene Kommunikation zwischen den Elementen des Messgeräts 1600 und externen Rechengeräten. Der 3D-Scanner 20 umfasst bei einer Ausgestaltung sowohl einen AP als auch einen Automatisierungsadapter, um die drahtlose und drahtgebundene Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten des Systems zur Verfügung zu stellen. Bei anderen Ausgestaltungen sind der AP und der Automatisierungsadapter nicht im 3D-Scanner 20, sondern anderswo im System enthalten.
Das Messgerät umfasst ferner eine bewegliche Plattform 1605, die von einem Bediener geschoben oder unter Computersteuerung durch motorbetätigte Räder bewegt werden kann. Der 3D-Scanner und der 2D-Scanner sind auf der beweglichen Plattform 1605 angebracht.
Bei einer Ausgestaltung wird eine erste 3D-Abtastung an einer ersten Registrierungsposition durchgeführt. Der Scanner bewegt sich zwischen der ersten Registrierungsposition und der zweiten Registrierungsposition, und zwar entweder mit eigener Energie mittels motorbetätigter Räder oder er wird von einem Bediener geschoben. Während er sich zwischen der ersten und zweiten Registrierungsposition bewegt, erhält der 2D-Scanner 2D-Abtastungsdaten, die anschließend mathematisch ausgewertet werden, um wie vorstehend erläutert einen Bewegungsvektor (Abstand in jeder der beiden Richtungen) und einen Drehwinkel zu ermitteln. Der 3D-Scanner 20 führt an der zweiten Registrierungsposition eine zweite 3D-Abtastung durch. Wie vorstehend erläutert wurde, nutzt eines der Rechengeräte (d. h. Prozessoren) die Vielzahl erfasster 2D-Abtastsätze zur Ermittlung einer Entsprechung zwischen Registrierungszielen, die der 3D-Scanner in der ersten Registrierungsposition und der zweiten Registrierungsposition sieht. An einem späteren Zeitpunkt führt ein Rechengerät etwaige andere Schritte durch, die für die vollständige Kombinierung und Verarbeitung der 3D-Daten erforderlich sind, die an der ersten und zweiten Registrierungsposition erfasst wurden. Dieses Verfahren des Kombinierens kann ferner zusätzliche erfasste Daten wie beispielsweise Farbdaten umfassen, die von einer internen Farbkamera im Scanner erhalten wurden.
Das Messgerät 1600 bewegt sich zu aufeinanderfolgenden Registrierungspositionen, wobei es eine 3D-Messung an jeder Registrierungsposition durchführt und 2D-Daten des 2D-Scanners 1610 zwischen den Registrierungspositionen erfasst. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verarbeitung zwischen der zweiten und dritten Registrierungsposition durchgeführt wird, um die Entsprechung zwischen den Registrierungszielen zu ermitteln, die an der ersten und zweiten Registrierungsposition betrachtet wurden. Diese Verarbeitung nutzt die zwischen der ersten und zweiten Registrierungsposition erfassten 2D-Daten in Kombination mit 3D-Daten, die an der ersten und zweiten Registrierungsposition erhalten wurden.
Folglich hat das Rechengerät, wenn der Scanner die dritte Registrierungsposition erreicht, die Entsprechung zwischen den Zielen in der ersten und zweiten Registrierungsposition ermittelt (zumindest teilweise, wenn nicht vollständig). Falls das Rechengerät eine Entsprechung nicht erfolgreich feststellen konnte, wird eine Benachrichtigung ausgegeben, die anzeigt, dass ein Problem vorliegt. Dies kann zur Folge haben, dass ein Bediener benachrichtigt wird oder dass die Messung unterbrochen wird. Bei einer Ausgestaltung führt die fehlerhafte Registrierung der vom 3D-Scanner an der ersten und zweiten Registrierungsposition betrachteten Ziele dazu, dass der Scanner zu einem früheren Schritt zurückkehrt, um Messungen zu wiederholen.
Wenn das Rechengerät bei einer Ausgestaltung die Entsprechung zwischen den Zielen in der Überlappungsregion der ersten und zweiten Registrierungsposition ermittelt hat, ermittelt das Messgerät außerdem eine Qualität der Entsprechung. Bei einer Ausgestaltung stellt das Messgerät eine Benachrichtigung bereit, wenn die Qualität der Entsprechung unter einem Qualitätsschwellenwert liegt. Die Benachrichtigung kann beispielsweise eine Benachrichtigung an den Benutzer, eine Computermeldung, ein ausgegebener Ton, ein emittiertes Licht oder ein Anhalten des Prüfverfahrens sein.
Der Scanner kann bei einer Ausgestaltung die Strecke zum Fahren des Messgeräts 1600 zwischen der ersten Registrierungsposition und der zweiten Registrierungsposition basierend zumindest teilweise auf einem der 2D-Abtastsätze ermitteln. Jeder der 2D-Abtastsätze umfasst Informationen über in einer horizontalen 2D-Abtastung beobachtbare Merkmale. Beispiele für solche Merkmale sind die Merkmale 1102–1105 in 11. Bei einer Ausgestaltung beruht die Entscheidung über die zwischen der ersten Registrierungsposition und der zweiten Registrierungsposition zu fahrende Strecke ganz auf dem ersten 2D-Abtastsatz, der zwischen der ersten und zweiten Registrierungsposition erfasst wurde. Bei einer anderen Ausgestaltung beruht die Entscheidung über die zu fahrende Strecke auf einer Vielzahl der ersten 2D-Abtastsätze, wobei die Entscheidung über die zu fahrende Strecke während der Bewegung zwischen der ersten und zweiten Registrierungsposition erfolgt.
Das Rechengerät 1640 ist bei einer Ausgestaltung ein Laptop- oder Notebook-Computer, der einem Benutzer eine Schnittstelle zu einem Computerprogramm bereitstellt, das eine weitergehende Verarbeitung und Betrachtung von Abtastungsdaten ermöglicht. Die Verwendung des Rechengeräts 1640 ist bei einer Ausgestaltung optional und wird einfach bereitgestellt, um dem Bediener mehr Analysewerkzeuge zur Verfügung zu stellen. Bei einer anderen Ausgestaltung wird das Rechengerät 1640 zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Entsprechungsberechnungen oder zur Durchführung anderer 3D-Verarbeitungsschritte verwendet.
Bei einer Ausgestaltung berechnet ein Rechengerät 1630 fortwährend die Position des Messgeräts 1600 basierend zumindest teilweise auf Daten vom 2D-Scanner und gegebenenfalls auf Daten, die von einem Positions-/Orientierungssensor bereitgestellt werden, der einen Mehrachsen-Neigungsmesser, ein Mehrachsen-Gyroskop und ein Magnetometer (elektronischer Kompass) umfassen könnte, um eine Information über die Bewegungsrichtung zur Verfügung zu stellen. Bei einer Ausgestaltung werden Daten vom 2D-Scanner bei einer Frequenz von 30 Hz erfasst. Bei einer Ausgestaltung wird nach jeder Abtastung eine Differenz zu einer oder mehreren vorher erhaltenen 2D-Abtastungen berechnet. Diese Information wird bei einer Ausgestaltung einem Kalman-Filter bereitgestellt, der Berechnungen mit „intelligenter Mittelwertbildung“ durchführt, die das Rauschen in durch die Bewegungsgeometrie erzwungenen Begrenzungen glätten.
Bei einer Ausgestaltung läuft eine Anwendungssoftware auf einem Notebook-Computer 1640 oder einem ähnlichen Gerät. Der Benutzer wählt bei einer Ausgestaltung eine Schaltfläche auf der Benutzerschnittstelle der Anwendungssoftware aus, um mit der Verarbeitung der erfassten Daten zu beginnen. Bei einer Ausgestaltung fordert die Software nach der Erfassung von 3D-Abtastungsdaten an der zweiten Registrierungsposition 2D-Positionsinformationen aus den verarbeiteten 2D-Abtastungsdaten an, die beispielsweise vom Rechengerät 1630 bereitgestellt werden könnten. Die verarbeiteten 2D-Abtastungsdaten können der 3D-Abtastung als Metadaten bereitgestellt werden. Die Software benutzt einen Registrierungsalgorithmus, um eine Entsprechung zwischen den Registrierungszielen in der Überlappungsregion zwischen der ersten und zweiten Registrierungsposition zu ermitteln. Die Software stellt die 3D-Registrierung fertig, indem sie die an der ersten und zweiten Registrierungsposition erhaltenen 3D-Koordinaten kombiniert.
Bei anderen Ausgestaltungen werden die Berechnungen durchgeführt, ohne dass der Benutzer eine Schaltfläche auf der Benutzerschnittstelle eines Anwendungsprogramms betätigen muss, das auf einem Notebook-Computer 1640 läuft. Bei einer Ausgestaltung werden Messungen in einer integrierten und automatischen Weise durchgeführt, ohne dass die Unterstützung durch einen Bediener erforderlich ist. Bei einer Ausgestaltung können im Anschluss an den Registrierungsschritt weitere Berechnungen durchgeführt werden, die zusätzliche Rechenoperationen wie beispielsweise das Aufeinanderabstimmen registrierter 3D-Daten und das Hinzufügen einer Textur zu registrierten 3D-Daten beinhalten können. Diese späteren Verarbeitungsschritte können bei einer Ausgestaltung beispielsweise durch Netzwerkcomputer parallel durchgeführt werden, um am Ende der Datenerfassung durch das Messgerät 1600 fertiggestellte 3D-Abtastungen zur Verfügung zu stellen.
17 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1700, das gemäß der vorstehend gegebenen Beschreibung durchgeführt werden kann. In dem Element 1705 wird das Messgerät 1600 fest in einer ersten Registrierungsposition wie beispielsweise der Position 1112 in 10 angeordnet. Das Messgerät umfasst einen 3D-Scanner 20 und einen 2D-Scanner 1610, die beide auf einer beweglichen Plattform 1605 angebracht sind, die in 16 ein Stativ ist, das auf einer Plattform mit drei Rädern angebracht ist. Bei einer Ausgestaltung emittiert der 2D-Scanner einen Lichtstrahl, der in einer horizontalen Ebene 1622 in verschiedenen Richtungen hin- und herbewegt wird.
In dem Element 1710 erhält der 3D-Scanner, während er sich in der ersten Registrierungsposition befindet, 3D-Koordinaten einer ersten Sammlung von Punkten auf einem Objekt, das bei einer in 10 und 11 dargestellten Ausgestaltung die Seite eines Gebäudes ist. Bei einer Ausgestaltung ist der 3D-Scanner ein Laufzeitscanner, der verschiedener Art sein kann. Ein Beispiel für einen möglichen Laufzeitscanner ist der Scanner 20, der anhand von 1–3 besprochen wurde.
In dem Element 1715 erhält der 2D-Scanner 1610 eine erste Vielzahl von 2D-Abtastsätzen, während sich das erste Messgerät von der ersten Registrierungsposition zur zweiten Registrierungsposition bewegt. Jeder der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen umfasst einen Satz von 2D-Koordinaten von Punkten auf dem Objekt. Die 2D-Koordinaten von Punkten auf dem Objekt können in einem beliebigen Koordinatensystem angegeben werden, also beispielsweise als x-y-Werte oder als Abstands- und Winkelwerte. Jeder der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen wird mittels des 2D-Scanners an einer anderen Position relativ zur ersten Registrierungsposition erfasst.
In dem Element 1720 ermittelt das Messgerät einen einer ersten Translationsrichtung entsprechenden ersten Translationswert, einen einer zweiten Translationsrichtung entsprechenden zweiten Translationswert und einen einer ersten Orientierungsachse entsprechenden ersten Rotationswert. Die erste Translationsrichtung und die zweite Translationsrichtung könnten beispielsweise x-y-Koordinaten in einem Koordinatensystem sein, das bezogen auf das zu messende Objekt eingerichtet wurde. Die x-y-Koordinaten könnten zum Beispiel Koordinaten entlang einem Boden entsprechen, auf dem sich das Messgerät bewegt. Alternativ dazu können andere Koordinatensysteme derart verwendet werden, dass sie die erste Translationsrichtung und die zweite Translationsrichtung repräsentieren. Die erste Orientierungsachse hat eine bestimmte Richtung in Bezug auf die erste und zweite Translationsrichtung. Eine zweckmäßige Wahl für die erste Orientierungsachse ist eine Richtung, die senkrecht zu der Ebene verläuft, die Vektoren entlang der ersten und zweiten Translationsrichtung enthält. Der erste Translationswert, der zweite Translationswert und der erste Rotationswinkel ergeben die Information, die für die Erzielung eines guten Anfangsschätzwerts der Pose des Scanners an der zweiten Registrierungsposition relativ zu der Pose des Scanners an der ersten Registrierungsposition notwendig ist. Dies bietet eine gute Grundlage für die Anpassung der Registrierungsziele (unabhängig davon, ob natürliche oder künstliche Ziele), die von der ersten und zweiten Registrierungsposition aus betrachtet werden. Die Ermittlung des ersten Translationswerts, der zweiten Translationswerts und des ersten Rotationswinkels wird gemäß einem ersten mathematischen Kriterium durchgeführt. Ein solches mathematisches Kriterium wird auch als „objektives mathematisches Kriterium“ bezeichnet. Das am häufigsten angewandte derartige mathematische Kriterium ist ein Kriterium der kleinsten Quadrate. In diesem Fall werden die bei der ersten Sammlung von 2D-Abtastsätzen betrachteten 2D-Merkmale für dieses Kriterium ausgerichtet, um die Summe der Quadrate von Restfehlern bei der Anpassung der Merkmale zu minimieren.
In dem Element 1725 erhält der 3D-Scanner, während er sich in der zweiten Registrierungsposition befindet, 3D-Koordinaten einer zweiten Sammlung von Punkten auf dem Objekt. Im Allgemeinen hat die erste Sammlung von Punkten, die durch den 3D-Scanner an der ersten Registrierungsposition gemessen wurden, nicht genau die gleichen Punkte wie die zweite Sammlung von Punkten, die durch den 3D-Scanner an der zweiten Registrierungsposition gemessen wurden. Die Punkte liefern jedoch die Information, die für die Identifizierung der Zielmerkmale erforderlich ist, die natürliche Merkmale oder künstliche Merkmale sein könnten.
In dem Element 1730 ermittelt das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, eine Entsprechung zwischen Registrierungszielen, die bei der ersten Sammlung von an der ersten Registrierungsposition betrachteten 3D-Punkten gesehen wurden, und den Registrierungszielen, die bei der zweiten Sammlung von an der zweiten Registrierungsposition betrachteten 3D-Punkten gesehen wurden. Diese Registrierung basiert zumindest teilweise auf dem ersten Translationswert, dem zweiten Translationswert und dem ersten Rotationswert, welche die Anfangsbedingungen ergeben, von welchen aus die mathematische Anpassung eines 3D-Merkmals durchgeführt wird.
In dem Element 1735 werden der erste Translationswert, der zweite Translationswert und der erste Rotationswert gespeichert.
Begriffe wie „Prozessor“, „Steuerung“, „Computer“, „DSP“, „FPGA“ sind in dieser Druckschrift so zu verstehen, dass sie ein Rechengerät bedeuten, das in einem Instrument angeordnet, in mehreren Elementen überall in einem Instrument verteilt oder außerhalb eines Instruments angeordnet werden kann.
Obwohl die Erfindung ausführlich in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausgestaltungen beschrieben wurde, versteht es sich ohne Weiteres, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarte Ausgestaltungen beschränkt ist. Die Erfindung kann vielmehr derart modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Variationen, Änderungen, Ersetzungen oder gleichwertigen Anordnungen einbeziehen kann, die vorstehend nicht beschrieben sind, aber dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Es versteht sich ferner, dass, obwohl verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben wurden, Aspekte der Erfindung lediglich einige der beschriebenen Ausgestaltungen umfassen können. Die Erfindung ist demgemäß nicht als durch die vorangehende Beschreibung eingeschränkt aufzufassen, sondern nur durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche eingeschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/003082 [0001]
DE 102012109481 [0001]
US 8705016 [0002]
US 8705012 [0044]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11 [0052]
Censi, A.: „An ICP variant using a point-to-line metric“, IEEE International Conference on Robotics and Automatics (ICRA) 2008 [0069]

Claims

Verfahren zur Messung und Registrierung dreidimensionaler (3D) Koordinaten, umfassend: festes Anordnen eines Messgeräts in einer ersten Registrierungsposition, wobei das Messgerät einen 3D-Scanner und einen zweidimensionalen (2D) Scanner umfasst, die beide auf einer beweglichen Plattform angebracht sind, wobei der 2D-Scanner dafür konfiguriert ist, einen Lichtstrahl in einer horizontalen Ebene hin- und herzubewegen; Erhalten von 3D-Koordinaten einer ersten Sammlung von Punkten auf einem Objekt mit dem 3D-Scanner, während er sich in der ersten Registrierungsposition befindet, wobei der 3D-Scanner dafür konfiguriert ist, die 3D-Koordinaten der ersten Sammlung von Punkten durch Projizieren eines Lichtstrahls auf das Objekt zu ermitteln und als Reaktion für jeden Punkt in der ersten Sammlung von Punkten einen Abstand und zwei Winkel zu erhalten, wobei der Abstand zumindest teilweise auf einer Lichtgeschwindigkeit in Luft basiert; Erhalten einer ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen durch den 2D-Scanner, während das Messgerät sich von der ersten Registrierungsposition zu einer zweiten Registrierungsposition bewegt, wobei jeder der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen ein Satz von 2D-Koordinaten von Punkten auf dem Objekt ist, wobei jeder der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen durch den 2D-Scanner an einer anderen Position relativ zur ersten Registrierungsposition erfasst wird; Ermitteln eines einer ersten Translationsrichtung entsprechenden ersten Translationswerts, eines einer zweiten Translationsrichtung entsprechenden zweiten Translationswerts und eines einer ersten Orientierungsachse entsprechenden ersten Rotationswerts für das Messgerät, wobei der erste Translationswert, der zweite Translationswert und der erste Rotationswert basierend zumindest teilweise auf einer Anpassung der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen gemäß einem ersten mathematischen Kriterium ermittelt werden; Erhalten von 3D-Koordinaten einer zweiten Sammlung von Punkten auf dem Objekt mit dem 3D-Scanner, während er sich in der zweiten Registrierungsposition befindet; Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, wobei die Entsprechung zumindest teilweise auf dem ersten Translationswert, dem zweiten Translationswert und dem ersten Rotationswert basiert; und Speichern des ersten Translationswerts, des zweiten Translationswerts und des ersten Rotationswerts.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Ermitteln von 3D-Koordinaten einer ersten registrierten 3D-Sammlung von Punkten basierend zumindest teilweise auf einem zweiten mathematischen Kriterium, der Entsprechung zwischen den sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen, den 3D-Koordinaten der ersten Sammlung von Punkten und den 3D-Koordinaten der zweiten Sammlung von Punkten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim festen Anordnen eines Messgeräts in einer ersten Registrierungsposition die bewegliche Plattform motorbetätigte Räder umfasst, die dafür konfiguriert sind, sich unter Computersteuerung zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Erhalten von 3D-Koordinaten einer zweiten Sammlung von Punkten auf dem Objekt mit dem 3D-Scanner, während er sich in der zweiten Registrierungsposition befindet, das Messgerät ferner dafür konfiguriert ist, auf ein Stoppsignal zu reagieren, um zu bewirken, dass der 3D-Scanner automatisch eine Messung der zweiten Sammlung von Punkten startet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Erhalten einer ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen durch den 2D-Scanner, während das Messgerät sich von der ersten Registrierungsposition zu einer zweiten Registrierungsposition bewegt, eine zwischen der ersten Registrierungsposition und der zweiten Registrierungsposition gefahrene Strecke zumindest teilweise auf einem der ersten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, das Messgerät ferner eine Qualität der Entsprechung ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei beim Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, das Messgerät eine Benachrichtigung bereitstellt, wenn die Qualität der Entsprechung unter einem Qualitätsschwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei beim Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, das Messgerät sich zu einer korrigierten zweiten Registrierungsposition bewegt, wobei die korrigierte zweite Registrierungsposition sich näher an der ersten Registrierungsposition befindet als die zweite Registrierungsposition.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, das Ermitteln zumindest teilweise durch ein auf dem Messgerät angeordnetes Rechengerät durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, das Rechengerät die erste Vielzahl von 2D-Abtastsätzen von dem 2D-Scanner, die 3D-Koordinaten einer ersten Sammlung von Punkten von dem 3D-Scanner und die 3D-Koordinaten der zweiten Sammlung von Punkten von dem 3D-Scanner empfängt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, das Messgerät mit einem externen Rechengerät, das nicht ein Teil des Messgeräts ist, zusammenwirkt, um die Entsprechung zwischen Registrierungszielen zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei beim Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der ersten Sammlung von Punkten als auch in der zweiten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, während es sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, das Messgerät die erste Vielzahl von 2D-Abtastsätzen von dem 2D-Scanner, die 3D-Koordinaten einer ersten Sammlung von Punkten von dem 3D-Scanner und die zweite Sammlung von Punkten von dem 3D-Scanner über einen drahtlosen Kommunikationskanal an das externe Rechengerät sendet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei beim Ermitteln von 3D-Koordinaten einer ersten registrierten 3D-Sammlung von Punkten basierend zumindest teilweise auf einem zweiten mathematischen Kriterium das Ermitteln zumindest teilweise durch ein externes Rechengerät durchgeführt wird, das nicht ein Teil des Messgeräts ist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Erhalten einer zweiten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen durch den 2D-Scanner, während das Messgerät sich von der zweiten Registrierungsposition zu einer dritten Registrierungsposition bewegt, wobei jeder der zweiten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen durch den 2D-Scanner an einer anderen Position relativ zur zweiten Registrierungsposition erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend das Erhalten von 3D-Koordinaten einer dritten Sammlung von Punkten auf dem Objekt mit dem 3D-Scanner, während er sich in der dritten Registrierungsposition befindet.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Ermitteln einer Entsprechung zwischen sowohl in der zweiten Sammlung von Punkten als auch in der dritten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen durch das Messgerät, wobei die ermittelte Entsprechung zumindest teilweise auf der zweiten Vielzahl von 2D-Abtastsätzen, den 3D-Koordinaten der zweiten Sammlung von Punkten auf dem Objekt und den 3D-Koordinaten der dritten Sammlung von Punkten auf dem Objekt basiert.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend das Ermitteln von 3D-Koordinaten einer zweiten registrierten 3D-Sammlung von Punkten basierend zumindest teilweise auf einer Entsprechung zwischen den sowohl in der zweiten Sammlung von Punkten als auch in der dritten Sammlung von Punkten vorhandenen Registrierungszielen, den 3D-Koordinaten der zweiten Sammlung von Punkten und der 3D-Sammlung der zweiten Sammlung von Punkten.