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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem zur optischen Messung räumlicher Positionskoordinaten eines Messobjekts, mit einem ersten optischen Marker, welcher an dem Messobjekt anbringbar ist, mit einer ersten Lichtquelle zur Beleuchtung des Messobjekts und des ersten optischen Markers, mit einer ersten Kamera zur Aufnahme von Bilddaten des Messobjekts und des ersten optischen Markers, und mit einer Auswerte- und Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die von der Kamera aufgenommenen Bilddaten auszuwerten und daraus mit Hilfe des ersten optischen Markers die räumlichen Positionskoordinaten des Messobjekts zu bestimmen.
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Ein gattungsgemäßes Messsystem dieser Art ist beispielsweise aus der
WO 2016/071227 A1 bekannt.
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Messsysteme dieser Art betreffen insbesondere das Gebiet der Photogrammetrie. Mit Hilfe eines photogrammetrischen Messsystems lässt sich die dreidimensionale Position von optischen Markern im Raum durch eine oder mehrere kalibrierte Kameras sehr genau bestimmen. Die zu erfassenden optischen Marker, welche häufig auch als Tracking-Marker bezeichnet werden, können beispielsweise kreisrunde Marker aus Papier mit schwarzem Rand und hellem Zentrum sein. Grundsätzlich sind aber auch andere Arten von optischen Markern (Form, Muster und Material) denkbar. Für die photogrammetrische Messung ist es allerdings meist wichtig, dass das Zentrum des optischen Markers gekennzeichnet ist oder sich in eindeutiger Weise bestimmen lässt.
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Die aus der
WO 2016/071227 A1 bekannten optischen Marker weisen eine spezielle Farbmarkierung auf, bei der ein Farbspektrum mit verschiedenen Farbwerten vorgesehen ist, wobei sich die Farbwerte in einem sinusförmigen Muster entlang einer elliptischen Bahn um den Mittelpunkt des optischen Markers voneinander unterscheiden. Mit Hilfe dieses Farbmusters lässt sich die Pose, also die Position und räumliche Lage des optischen Markers, sehr exakt bestimmen.
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Während des Messprozesses werden bei derartigen optischen Messsystemen die in der Szene befindlichen optischen Marker durch eine oder mehrere kalibrierte Kameras aus einer oder mehreren Blickrichtungen erfasst. Um die dreidimensionalen Koordinaten der optischen Marker aus den Kamerabildern zu berechnen, müssen in einem ersten Schritt zunächst in jedem Bild der einen oder mehreren Kameras alle optischen Marker detektiert und die zweidimensionale Bildposition in Pixelkoordinaten jedes einzelnen optischen Markers gemessen werden. In weiteren Berechnungsschritten kann dann aus den Bildpositionen der optischen Marker die dreidimensionale Position im Raum bestimmt werden.
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Optische Messsysteme dieser Art dienen beispielsweise dazu, im Rahmen einer Qualitätssicherung Werkstücke zu überprüfen oder die Geometrie eines Werkstücks vollständig im Rahmen eines sogenannten „Reverse Engineering“ zu ermitteln. Darüber hinaus sind vielfältige weitere Anwendungsmöglichkeiten denkbar, wie zum Beispiel prozesssteuernde Anwendungen, bei denen die Messtechnik direkt zur Online-Überwachung und -regelung von Fertigungs- und Bearbeitungsprozessen angewendet wird. Ein häufiges Anwendungsbeispiel ist die Überprüfung von Fahrzeugkarosseriebauteilen auf eventuelle Fertigungsfehler. Grundsätzlich können derartige optische Messsysteme jedoch auch zur Vermessung jeglicher Art von Messobjekten verwendet werden.
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Die zur Messung verwendeten optischen Marker können, müssen jedoch nicht zwangsläufig direkt an dem zu vermessenden Werkstück angebracht werden. Alternativ dazu lassen sich die optischen Marker auch an einer handgeführten Messvorrichtung anbringen, wie dies aus der
WO 2016/071227 A1 bekannt ist. Eine derartige handgeführte Messvorrichtung weist beispielsweise eine Tastspitze oder einen Tastkopf auf, wie er aus handelsüblichen Koordinatenmessgeräten bekannt ist. In einem solchen Fall wird mit Hilfe der photogrammetrischen Auswertung die dreidimensionale Position der handgeführten Messvorrichtung bestimmt. Da die Position und Lage der Tastspitze bzw. des Tastkopfes relativ zu den an der handgeführten Messvorrichtung angeordneten optischen Markern bekannt ist bzw. ermittelt werden kann, ist somit letztendlich auch die (absolute) dreidimensionale Position der Tastspitze bzw. des Tastkopfes der handgeführten Messvorrichtung ermittelbar.
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Bei solchen photogrammetrischen Messsystemen gestaltet sich häufig die Detektion der optischen Marker als problematisch. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die optischen Marker keinen ausreichenden Kontrast im Bild aufweisen und dadurch nicht detektiert werden können. Teilweise kommt es in solchen Fällen auch dazu, dass Strukturen in der aufgenommenen Szene fälschlicherweise als optische Marker detektiert werden. Dies kann beispielsweise bei Bohrungen an einer Messvorrichtung zur Messobjektaufnahme der Fall sein. Es versteht sich, dass derartige Probleme unabhängig davon auftreten, ob es sich bei dem optischen Messsystem um ein Messsystem handelt, bei dem die Marker direkt an dem zu vermessenden Werkstück angeordnet sind, oder aber um ein Messsystem mit einer handgeführten Messvorrichtung, an der die optischen Marker angeordnet sind.
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Zur Messung und Detektion der optischen Marker ist daher eine gute Ausleuchtung der Szene notwendig. Dies wird üblicherweise mit kontinuierlichen LED- oder Blitzbeleuchtungen gemacht, welche die gesamte Szene möglichst hell und homogen ausleuchten. Alternativ dazu werden häufig auch aktive Marker eingesetzt, um deren Kontrast innerhalb der Kamerabilder zu erhöhen. Das aus der
DE 10 2015 205 615 A1 bekannte Messsystem verwendet beispielsweise optische Marker, welche mit aktiven Infrarotlichtquellen ausgestattet sind. Solche aktiven Marker haben jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund der von ihnen erzeugten Wärmeentwicklung Materialausdehnungen verursachen, welche zu Messfehlern führen können. Ein weiterer Nachteil besteht in der notwendigen Stromversorgung der optischen Marker und in dem damit einhergehenden hohen apparativen Aufwand.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches, photogrammetrisches Messsystem der oben genannten Art bereitzustellen, bei dem die Detektierbarkeit der darin verwendeten optischen Marker im Vergleich zum Stand der Technik verbessert ist, so dass sich die Anzahl an Fehlmessungen verringern und die Messgenauigkeit erhöhen lässt.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Messsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der erste optische Marker ein lumineszierendes Material aufweist und die Lichtquelle dazu eingerichtet ist, den ersten optischen Marker mit Licht eines ersten Wellenlängenbereichs zu beleuchten, welches das lumineszierende Material des ersten optischen Markers anregt.
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Unter einem lumineszierenden Material wird ein Material verstanden, welches von außen zugeführte Energie, insbesondere in Form von Licht, absorbiert, in einen angeregten Zustand versetzt wird und dadurch Licht emittiert. Wenn zwischen der Absorption der Energie und der Emission kein Aktivierungsprozess stattfindet, spricht man von Fluoreszens. Wenn dagegen ein angeregter Zwischenzustand die Energie für eine gewisse Zeit speichert, spricht man von Phosphoreszenz. Sowohl fluoreszierende als auch phosphoreszierende Materialien werden vorliegend als lumineszierende Materialien bezeichnet.
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Durch die Verwendung von einem oder mehreren optischen Markern aus lumineszierendem Material und eine entsprechende Ausleuchtung der Szene mit Licht, welche das lumineszierende Material anregt, wird der Kontrast der optischen Marker innerhalb der Kamerabilder um ein Vielfaches erhöht. Der zumindest eine erste optische Marker ist im Kamerabild somit verstärkt sichtbar und dadurch leichter detektierbar. Markerähnliche Bildstrukturen, wie beispielsweise Bohrungen, werden von der ersten Lichtquelle nicht angeregt. Die Gefahr von Fehldetektionen und damit auch die Gefahr von Fehlmessungen ist somit vermindert.
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Wenngleich vorliegend von einem ersten optischen Marker, einer ersten Lichtquelle und einer ersten Kamera die Rede ist, versteht es sich, dass in einem praktischen Anwendungsbeispiel vorzugsweise eine Vielzahl derartiger optischer Marker mit lumineszierendem Material und auch eine Vielzahl von Lichtquellen und Kameras verwendet werden. In einem praktischen Anwendungsbeispiel können beispielsweise zumindest zwei Lichtquellen und zumindest zwei oder drei Kameras vorgesehen sein, welche auf das Messobjekt gerichtet sind. Je nach Größe und Geometrie des zu vermessenden Messobjekts oder der handgeführten Messvorrichtung und je nach den aus den Markerpositionen zu ermittelnden Informationen, wie zum Beispiel Lage und Rotation des Messobjekts oder der Messvorrichtung oder bestimmte Abmessungen, werden auch drei oder mehr optische Marker verwendet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die erste Lichtquelle dazu eingerichtet, den ersten optischen Marker mit Licht eines ersten Wellenlängenbereichs zu beleuchten, wobei der erste Wellenlängenbereich zwischen 350 und 460 nm ist. Derartig kurzwelliges Licht eignet sich besonders zur Kontrasterhöhung für den erfindungsgemäßen Anwendungsfall. Entsprechende lumineszierende Materialien, welche von Licht dieses Wellenlängenbereichs besonders angeregt werden, sind beispielsweise Stilben- oder Triazin-Derivate wie Blankophore, Cumarin-Farbstoffe oder Safranine.
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Die Verwendung von Licht in einem Wellenlängenbereich ≥ 350 nm hat zudem den Vorteil, dass dies keine speziellen Schutzmaßnahmen für den Anwender voraussetzt.
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Das in dem optischen Marker verwendete lumineszierende Material ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Licht eines zweiten Wellenlängenbereichs zu emittieren, wenn es mit dem Licht des ersten Wellenlängenbereichs beleuchtet wird, wobei das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs langwelliger als das Licht des ersten Wellenlängenbereichs ist.
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In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Messsystem ferner ein Filterelement auf, welches dazu eingerichtet ist, lediglich Licht des zweiten Wellenlängenbereichs passieren zu lassen.
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Hierdurch wird eine weitere Verbesserung des Kontrastes der optischen Marker erreicht, da die für die Messung auszuwertenden Kamerabilder lediglich Licht im Wellenlängenbereich der lumineszierenden Marker beinhalten.
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Als Filterelement wird vorzugsweise ein Bandpassfilter eingesetzt. Bei diesem Bandpassfilter kann es sich um ein optisches Bauteil (Hardware) und/oder um ein elektronisches Bauteil (Hardware und/oder Software) handeln. In dem ersten Fall nimmt das Filterelement eine optische Filterung des Lichts vor, wohingegen im zweiten Fall eine elektronisch basierte Filterung, beispielsweise durch eine spezielle Bildauswertung der Kamerabilder, erfolgt.
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Gemäß einer ersten alternativen Ausgestaltung ist das Filterelement an oder in der ersten Kamera angeordnet. Beispielsweise ist ein optischer Filter auf das Objektiv der ersten Kamera aufgesetzt.
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Gemäß einer zweiten alternativen Ausgestaltung weist das Filterelement einen elektronischen Filter auf, der in die Auswerte- und Steuereinheit integriert ist. Beispielsweise wird Licht aus einem gewissen Wellenlängenbereich aus den bereits erzeugten Kamerabildern mit Hilfe einer Bildverarbeitungs-Software herausgefiltert, um damit den Kontrast der optischen Marker innerhalb des Kamerabildes zu erhöhen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerte- und Steuereinheit dazu eingerichtet, erste Bilddaten des Messobjekts und des ersten optischen Markers zu erzeugen, wenn die erste Lichtquelle eingeschaltet ist, und zweite Bilddaten des Messobjekts und des ersten optischen Markers zu erzeugen, wenn die erste Lichtquelle ausgeschalten ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die räumlichen Positionskoordinaten des Messobjekts anhand der ersten und der zweiten Bilddaten zu bestimmen. Die Steuerung der ersten Lichtquelle (Einschalten und Ausschalten) kann ebenfalls durch die Auswerte- und Steuereinheit erfolgen.
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In dieser Ausgestaltung wird also jeweils ein Kamerabild mit eingeschalteter Beleuchtung und ein Kamerabild mit ausgeschalteter Beleuchtung erzeugt. Durch Verwendung beider Kamerabilder lässt sich der Kontrast und damit die Detektion der fluoreszierenden optischen Marker noch weiter verbessern.
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Die Auswerte- und Steuereinheit kann in der zuletzt genannten Ausgestaltung beispielsweise dazu eingerichtet sein, durch Subtraktion der zweiten Bilddaten von den ersten Bilddaten einen Differenz-Bilddatensatz zu erzeugen und die räumlichen Positionskoordinaten des Messobjekts anhand des Differenz-Bilddatensatzes zu bestimmen.
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In einem solchen Differenzbild sind die optischen Marker mit klarem Kontrast gegenüber den übrigen Strukturen des Messobjekts herausgestellt und lassen sich somit sehr einfach und eindeutig detektieren.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erste optische Marker auf einem Substrat aufgetragen oder in ein Substrat integriert, welches Papier, Kunststoff oder Glas aufweist. Das lumineszierende Material kann bei Raumtemperatur als Feststoff oder als Flüssigkeit vorliegen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der erste optische Marker mit einer Schutzschicht beschichtet.
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Diese Schutzschicht verhindert eine Beschädigung des Markers, beispielsweise durch Verkratzen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Schutzschicht zumindest eine Interferenzschicht auf und hat einen Reflexionsgrad ≤ 5 % für sichtbares Licht.
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Durch eine derartige Beschichtung werden ungewollte Reflexionen vermieden. Die genannte zumindest eine Interferenzschicht kann ähnlich aufgebaut sein wie derartige Schichten, welche bei Brillengläsern zum Entspiegeln verwendet werden. Hierdurch lässt sich auch die Erzeugung eines ungewollten Schattenwurfs bzw. Fremdlicht vermeiden oder zumindest reduzieren.
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Wie bereits eingangs erwähnt, wird in der Praxis in einem solchen Messsystem häufig nicht nur eine Kamera, eine Lichtquelle und ein optischer Marker verwendet, sondern eine Vielzahl dieser Bauteile. Gemäß einer Ausgestaltung weist das Messsystem neben der ersten Kamera, der ersten Lichtquelle und dem ersten optischen Marker eine zweite Kamera, eine zweite Lichtquelle und/oder einen zweiten optischen Marker auf. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann eine dritte Kamera, eine dritte Lichtquelle und/oder ein dritter optischer Marker vorgesehen sein.
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Anstelle mehrerer Kameras kann allerdings auch nur eine Kamera vorgesehen sein, welche in diesem Fall dann als bewegte Kamera ausgestaltet ist, um mehrere Kamerabilder aus unterschiedlichen Positionen aufnehmen zu können. In einem solchen Fall weist das Messsystem vorzugsweise eine Vorrichtung zum Bewegen der ersten Kamera auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann die erste Kamera als Stereokamera ausgestaltet sein.
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Es wäre sogar die Verwendung von nur einer, unbewegten Kamera möglich. Aus der
DE 10 2015 205 615 A1 ist es beispielweise bekannt, ein Messobjekt mit bekannter Markeranordnung (-geometrie) mit nur einer Kamera mittels räumlichem Rückwärtsschnitt zu tracken.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben dem bisher erläuterten Messsystem ein entsprechendes Verfahren zur optischen Messung räumlicher Positionskoordinaten eines Messobjekts. Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise folgende Verfahrensschritte auf:
- - Anbringen eines ersten optischen Markers an dem Messobjekt;
- - Beleuchten des Messobjekts und des ersten optischen Markers;
- - Aufnehmen von Bilddaten des Messobjekts und des ersten optischen Markers;
- - Auswerten der aufgenommenen Bilddaten und Bestimmen der räumlichen Positionskoordinaten des Messobjekts anhand der ausgewerteten Bilddaten mit Hilfe des ersten optischen Markers,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste optische Marker ein lumineszierendes Material aufweist und der erste optische Marker mit Licht eines ersten Wellenlängenbereichs beleuchtet wird, welches das lumineszierende Material des ersten optischen Markers anregt.
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Es versteht sich, dass sich die in Bezug auf das Messsystem erwähnten und in den Patentansprüchen definierten Ausgestaltungen nicht nur auf das Messsystem selbst, sondern auch in entsprechender Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren beziehen. Des Weiteren versteht es sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte, schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messsystems;
- 2 eine vereinfachte, schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messsystems; und
- 3 eine schematische Darstellung eines optischen Markers gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messsystems. Das Messsystem ist darin in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet.
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Das erfindungsgemäße Messsystem 10 dient der optischen Vermessung eines Messobjekts 12, welches in 1 beispielhaft und schematisch als Karosseriebauteil dargestellt ist. An dem Messobjekt 12 ist eine Vielzahl von optischen Markern angebracht. In 1 ist ein erster optischer Marker mit dem Bezugszeichen 14 sowie ein zweiter optischer Marker mit dem Bezugszeichen 14' gekennzeichnet. Die beiden optischen Marker 14, 14' sind vorzugsweise identisch ausgestaltet.
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Um eine möglichst gute Erkennung und Erfassung der Geometrie des Messobjekts 12 gewährleisten, sind die optischen Marker 14, 14' vorzugsweise über das Messobjekt 12 verteilt. An Stellen stärkerer Krümmung oder an Stellen von besonderem Interesse sollten grundsätzlich mehr optische Marker 14 angeordnet sein als an den übrigen Stellen des Messobjekts 12.
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Je nach Ausgestaltung können die optischen Marker 14 beispielsweise mittels eines Klebstreifens, eines Magneten oder mit Hilfe anderer haftender Flächen am Messobjekt 12 angebracht sein. Grundsätzlich kommt auch eine feste Verbindung zwischen optischem Marker 14 und Messobjekt 12 infrage. Dies ist meist dann der Fall, wenn die optischen Marker 14 nicht direkt an einem zu vermessenden Werkstück, sondern an einem handgeführten oder maschinell geführten Messinstrument angeordnet sind, mit Hilfe dessen das Werkstück vermessen wird. Ein solches Messinstrument wäre dann ebenfalls als Messobjekt 12 im Sinne der vorliegenden Erfindung zu betrachten.
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Das erfindungsgemäße Messsystem 10 umfasst des Weiteren eine Lichtquelle 16, eine Kamera 18 sowie eine Auswerte- und Steuereinheit 20.
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Die Lichtquelle 16 wird vorliegend als erste Lichtquelle bezeichnet. Die erste Lichtquelle 16 dient der Beleuchtung des Messobjekts 12 sowie der daran angebrachten optischen Marker 14, 14'. Die erste Lichtquelle 16 weist vorzugsweise mehrere LED-Leuchtmittel auf oder ist als UV-Lichtquelle ausgestaltet.
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Die Kamera 18 wird vorliegend als erste Kamera bezeichnet. Die erste Kamera 18 dient zur Aufnahme von Bilddaten des Messobjekts 12 sowie der daran angebrachten optischen Marker 14, 14'. Die erste Kamera 18 kann beispielsweise als Stereokamera ausgestaltet sein. Um mehrere Kamerabilder des Messobjekts 12 aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufnehmen zu können, kann die erste Kamera 18 ferner mit einer Vorrichtung 22 zur Bewegung der Kamera 18 verbunden sein.
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Die erste Lichtquelle 16, die erste Kamera 18 sowie die Vorrichtung 22 zur Bewegung der Kamera 18 werden vorzugsweise von der Auswerte- und Steuereinheit 20 gesteuert. Die Auswerte- und Steuereinheit 20 dient ferner der Auswertung der Bilddaten, welche von der ersten Kamera 18 erzeugt werden. Bei dieser Auswertung innerhalb der Auswerte- und Steuereinheit 20 wird die Position, also die dreidimensionalen Koordinaten, der optischen Marker 14, 14' mit Hilfe bekannter photogrammetrischer Auswertungsalgorithmen berechnet. Bei der Auswerte- und Steuereinheit 20 handelt es sich vorzugsweise um eine Recheneinheit, beispielsweise einen Computer, auf dem eine entsprechende Software installiert ist, mit Hilfe dessen die von der ersten Kamera 18 gelieferten Bilddaten in entsprechender Art und Weise ausgewertet werden können, um die Position der optischen Marker 14, 14' in einem beliebigen, ortsfesten Koordinatensystem ermitteln zu können.
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Die Verbindung 24 zwischen Auswerte- und Steuereinheit 20 und erster Lichtquelle 16 und/oder erster Kamera 18 kann, wie in 1 schematisch dargestellt, über ein entsprechendes Kabel erfolgen. Alternativ dazu können die Bauteile jedoch auch über eine kabellose Verbindung miteinander verbunden sein. Ebenso wäre es möglich, die Auswerte- und Steuereinheit 20 mit der ersten Lichtquelle 16 und der ersten Kamera 18 in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen. Des Weiteren kann die Auswerte- und Steuereinheit 20 einen Bildschirm und eine entsprechende Eingabeeinheit (beispielsweise eine Tastatur) umfassen, um die Messergebnisse des Messsystems 10 entsprechend grafisch darzustellen bzw. um Steuerbefehle eingeben zu können
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Eine Besonderheit des Messsystems 10 besteht darin, dass die optischen Marker, 14, 14' mit einem lumineszierenden Material versehen sind, um deren Sichtbarkeit und Detektierbarkeit innerhalb der Kamerabilder zu erhöhen. Ein Beispiel eines solchen optischen Markers 14 ist schematisch in 3 gezeigt. Der darin gezeigte optische Marker weist ein Substrat 26 auf, welches beispielsweise aus Papier, Kunststoff oder Glas sein kann. Dieses Substrat 26 kann mit dem lumineszierenden Material 28 getränkt sein. Das lumineszierende Material 28 kann jedoch auch als Feststoff in das Substrat 26 eingebettet oder an diesem angebracht sein. In 3 ist das lumineszierende Material 28 des optischen Markers 14 kreisringförmig ausgestaltet. Dies ist jedoch lediglich als eines von vielen möglichen Beispielen zu verstehen.
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Zum Schutz des lumineszierenden Materials 28 ist der optische Marker 14 vorzugsweise mit einer Schutzschicht 30 beschichtet. Diese Schutzschicht 30 kann auch eine oder mehrere Interferenzschichten aufweisen, welche einen Reflexionsgrad ≤ 5 % für sichtbares Licht haben. In einem solchen Fall dient die Schutzschicht 30 somit nicht nur dem mechanischen Schutz des lumineszierenden Materials 28, sondern verhindert auch unerwünschte Lichtspiegelungen, welche die Detektierbarkeit des optischen Markers 14 erschweren könnten.
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Durch die Beleuchtung der optischen Marker 14, 14' mit Hilfe der ersten Lichtquelle 16 wird das lumineszierende Material 28 innerhalb der optischen Marker 14, 14' angeregt, so dass diese Licht emittieren. Das von den optischen Markern 14, 14' emittierte Licht ist typischerweise langwelliger als das Licht, welches von der ersten Lichtquelle 16 ausgeht. Vorzugsweise ist die erste Lichtquelle 16 dazu eingerichtet, die optischen Marker 14, 14' mit Licht einer Wellenlänge von 350-460 nm zu beleuchten. Gemäß eines Ausführungsbeispiels beleuchtet die Lichtquelle 16 das Messobjekt 12 mit Licht einer Wellenlänge nahe UV-Licht, beispielsweise 400 nm. Bei Verwendung eines optischen Markers 14 aus Papier wird das als Weißmacher im Papier oft verwendete Fluoreszenzmaterial bei längerer Wellenlänge (zum Beispiel 460 nm) angeregt, so dass die optischen Marker 14, 14' im Kamerabild besser detektierbar sind als bei einer Beleuchtung mit herkömmlichem Licht.
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Weiterhin vorteilhaft ist die Verwendung eines Filterelements 32. Das Filterelement 32, welches vorzugsweise als Bandpassfilter ausgestaltet ist, bewirkt, dass die erste Kamera 18 lediglich Licht im Wellenlängenbereich der Markerlumineszenz erfasst. Hierdurch ist eine weitere Verbesserung des Kontrastes der optischen Marker 14, 14' im Kamerabild möglich.
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Das Filterelement 32 kann entweder als optisches Filterelement ausgestaltet sein, welches an der ersten Kamera 18 angeordnet oder in die erste Kamera 18 integriert ist. Alternativ dazu kann das Filterelement 32 als elektronischer Bandpassfilter in die Auswerte- und Steuereinheit 20 integriert sein, so dass die genannte Art der Filterung auf elektronische Art und Weise in Form einer Software-basierten Bildverarbeitung erfolgt.
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Zur weiteren Kontrastverbesserung bei Verwendung von fluoreszierenden, optischen Markern 14, 14' kann die Auswerte- und Steuereinheit 20 dazu eingerichtet sein, die erste Lichtquelle 16 und die erste Kamera 18 derart zu steuern, dass zunächst erste Bilddaten des Messobjekts 12 bei eingeschalteter Lichtquelle 16 erzeugt werden und dann zweite Bilddaten des Messobjekts 12 bei ausgeschalteter Lichtquelle 16 erzeugt werden. Durch Subtraktion der beiden Bilddaten kann dann ein Differenz-Bilddatensatz berechnet werden, welcher in der Auswerte- und Steuereinheit 20 zur Bestimmung der räumlichen Positionskoordinaten der optischen Marker 14, 14' und damit auch des Messobjekts 12 verwendet wird.
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Das in 2 schematisch dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass anstelle nur einer Kamera 18 zusätzlich noch eine zweite Kamera 18' und eine dritte Kamera 18'' verwendet wird. Ebenso wird anstelle von nur einer Lichtquelle 16 auch noch eine zweite Lichtquelle 16' verwendet. Die in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel in 1 erwähnten Merkmale lassen sich in entsprechender Weise jedoch auch auf dieses Ausführungsbeispiel mit mehreren Kameras 18, 18', 18'' und mehreren Lichtquellen 16, 16' übertragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016/071227 A1 [0002, 0004, 0007]
- DE 102015205615 A1 [0009, 0034]
