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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Geometrieelementes eines Messobjekts mittels Koordinatenmesstechnik nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eines Messadapters nach dem Anspruch 10.
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Im Fahrzeugbau kann die Maßhaltigkeit von Geometrieelementen (zum Beispiel Türspalte oder Karosserie-Anbauteile, wie etwa Außenspiegel) der Fahrzeugkarosserie unter Anwendung der Koordinatenmesstechnik mit Hilfe eines Koordinatenmessgerätes geprüft werden. Bei einer solchen Koordinatenmessung ist die Fahrzeugkarosserie in gängiger Praxis als ein CAD-Modell in einem Fahrzeug-Koordinatensystem mit Soll-Koordinaten hinterlegt. Für die Beurteilung der Maßhaltigkeit werden die Soll-Koordinaten des CAD-Modells mit Ist-Koordinaten verglichen, die an der Fahrzeugkarosserie vom Koordinatenmessgerät erfasst werden.
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Derartige Geometrieelemente sind in bekannter Weise mit Bezug auf vordefinierte Fahrzeug-Referenzpunkte ausgerichtet. Bei einer gattungsgemäßen Vermessung eines solchen Geometrieelementes werden zunächst die Fahrzeug-Referenzpunkte mit Hilfe von Messadaptern markiert. Anschließend erfolgt eine messtechnische Erfassung der Messadapter sowie des Geometrieelementes mit Hilfe des Koordinatenmessgerätes. Das Koordinatenmessgerät hinterlegt dabei die erfassten Koordinaten der Fahrzeug-Referenzpunkte sowie des Geometrieelementes in einem geräteseitigen Messgeräte-Koordinatensystem. Die im geräteseitigen Messgeräte-Koordinatensystem hinterlegten Koordinaten der Referenzpunkte sowie des Geometrieelementes werden anschließend mit Hilfe einer rechnergestützten Ausrichtmethode (zum Beispiel 3-2-1-Methode) in das Fahrzeug-Koordinatensystem transformiert. Im Fahrzeug-Koordinatensystem können die vom Koordinatenmessgerät erfassten Ist-Koordinaten des Geometrieelementes mit den Soll-Koordinaten im CAD-Fahrzeugmodell verglichen werden, um die Maßhaltigkeit des Geometrieelementes zu beurteilen.
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In dem oben angedeuteten Verfahren muss das Koordinatenmessgerät in messtechnisch sowie gerätetechnisch aufwendiger Weise ein ausreichend großes Messvolumen bzw. eine Messreichweite aufweisen, um sämtliche Fahrzeug-Referenzpunkte sowie das Geometrieelement messtechnisch zu erfassen.
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Aus der
EP 1 759 166 B1 ist ein Verfahren zum Vermessen von Gegenständen mit einer herkömmlichen Digitalkamera bekannt. Bei diesem Messverfahren werden würfelförmige Messadapter als Messmarken eingesetzt, die Messpunkte am Messobjekt markieren. Aus der
DE 10 2015 004 498 A1 ist eine Koordinaten-Messvorrichtung, eine Photogrammetrie-Box sowie ein Verfahren zum Koordinatenmessen bekannt. Aus der
DE 20 2010 004 911 U1 ist ein weiterer Messadapter bekannt, der eine halbkugelförmige Messoberfläche aufweist, die mit Hilfe eines Koordinatenmessgerätes taktil oder optisch erfassbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Vermessen eines Geometrieelementes eines Messobjektes sowie einen hierfür verwendbaren Messadapter bereitzustellen, bei dem die Vermessung des Geometrieelementes im Vergleich zum Stand der Technik messtechnisch sowie gerätetechnisch einfacher ausführbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei der Vermessung des Geomtrieelements nicht nur die konstruktiv vorgegebenen Fahrzeug-Referenzpunkte (nachfolgend als Haupt-Referenzpunkte bezeichnet) verwendet werden, sondern zusätzlich auch Hilfs-Referenzpunkte verwendet werden, um die vom Koordinatenmeßgerät erfassten Messgeräte-Koordinaten in das Fahrzeug-Koordinatensystem zu transformieren. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist das Messverfahren die folgenden Verfahrensschritte auf, wonach zunächst in beliebiger Weise die Hilfs-Referenzpunkte in einem räumlich begrenzten Messobjekt-Teilbereich vordefiniert bzw. bereitgestellt werden, in dem das Geometrieelement angeordnet ist. Sowohl die Hilfs-Referenzpunkte als auch die Haupt-Referenzpunkte werden über später beschriebene Messadapter markiert. Speziell die später beschriebene Ausbildung der die Hilfs-Referenzpunkte markierenden Messadapter betrifft einen wesentlichen Erfindungsaspekt.
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Anschließend erfolgt eine photogrammetrische Erfassung von Photogrammetrie-Koordinaten der markierten Haupt-Referenzpunkte und der markierten Hilfs-Referenzpunkte sowie deren Einbindung in ein Photogrammetrie-Koordinatensystem. Die im Photogrammetrie-Koordinatensystem eingebundenen Photogrammetrie-Koordinaten der Haupt- und Hilfs-Referenzpunkte werden daraufhin einem ersten Transformier-Vorgang unterzogen, bei dem die Photogrammetrie-Koordinaten der Haupt- und Hilfs-Referenzpunkte mittels einer gängigen rechnergestützten Ausrichtmethode (zum Beispiel 3-2-1-Methode) in das Fahrzeug-Koordinatensystem transformiert werden.
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Nach der obigen photogrammetrischen Erfassung wird eine messtechnische Erfassung durchgeführt, bei der die Koordinaten der Hilfs-Referenzpunkte und des Geometrieelementes mit Hilfe des Koordinatenmessgeräts erfasst und in ein geräteseitiges Koordinatensystem eingebunden werden. D.h. dass bei der taktilen oder optischen Erfassung nicht die Haupt-Referenzpunkte erfasst werden, sondern lediglich die mit den Hauptreferenzpunkten ausgerichteten Hilfs-Referenzpunkte.
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Die Koordinaten der Hilfs-Referenzpunkte und des Geometrieelementes werden in einem zweiten Transformier-Vorgang vom geräteseitigen Koordinatensystem mit Hilfe einer rechnergestützten Ausrichtmethode (zum Beispiel 3-2-1-Methode) in das Fahrzeug-Koordinatensystem transformiert. Anschließend kann zum Beispiel die Maßhaltigkeit des zu vermessenden Geometrieelementes beurteilt werden, indem die Koordinaten des Geometrieelementes (als Ist-Koordinaten) mit dem CAD-Modell, das die Soll-Koordinaten bereitstellt, im Fahrzeug-Koordinatensystem verglichen werden.
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Im Hinblick auf ein einfacheres Verständnis der Erfindung sind die obigen und die nachfolgenden Erfindungsaspekte speziell mit Bezug auf ein Fahrzeug als das zu vermessende Messobjekt beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Vermessung eines Fahrzeugs beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung auch auf jegliches anderes Messobjekt anwendbar.
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In dem erfindungsgemäßen Messverfahren werden die Haupt-Referenzpunkte nicht mehr unmittelbar vom Koordinatenmessgerät erfasst, sondern vielmehr in einem vorgelagerten Prozessschritt photogrammetrisch erfasst. Vor diesem Hintergrund kann bevorzugt ein Koordinatenmessgerät eingesetzt werden, dessen Messvolumen (Messreichweite) im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich reduziert ist und lediglich den räumlich begrenzten Fahrzeug-Teilbereich messtechnisch erfassen muss, in dem das Geometrieelement angeordnet ist. Demgegenüber können die Haupt-Referenzpunkte allesamt außerhalb des Messvolumens bzw. der Messreichweite des Koordinatenmessgerätes positioniert sein, das heißt nicht vom Koordinatenmessgerät messtechnisch erfassbar sein.
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Wie bereits weiter oben angedeutet, kann die Markierung jedes der Hilfs-Referenzpunkte mit Hilfe eines Messadapters erfolgen. Ein wesentlicher Erfindungsaspekt besteht darin, dass der Messadapter sowohl photogrammetrisch erfassbar als auch messtechnisch (das heißt optisch und/oder taktil) mittels des Koordinatenmessgerätes erfassbar ist. Hierzu kann der Messadapter einen Photogrammetrie-Messabschnitt zur photogrammetrischen Erfassung und einen davon separaten bzw. unterschiedlichen Messgeräte-Messabschnitt aufweisen, der vom Koordinatenmessgerät taktil und/oder optisch erfassbar ist.
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Für eine einwandfreie photogrammetrische Erfassung kann der Photogrammetrie-Messabschnitt des Messadapters mehrkantig sowie mehrflächig mit Messflächen ausgebildet sein, die jeweils unterschiedliche Codes aufweisen, um eine photogrammetrische Erfassung sowie Auswertung zu ermöglichen. Demgegenüber kann der Messgeräte-Messabschnitt nicht mehrkantig/mehrflächig ausgeführt sein, sondern vielmehr nur genau eine kalottenförmige bzw. halbkugelförmige Messgeräte-Messfläche aufweisen.
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In einer technischen Umsetzung kann der Messadapter eine von den Messflächen separate bzw. unterschiedliche Anlagefläche aufweisen, die über beliebige Fixiermittel (etwa ein Fixierdorn, ein doppelseitiges Klebeband oder dergleichen) in Anlage mit dem Fahrzeug bringbar ist. Der halbkugelförmige Messgeräte-Messabschnitt kann bevorzugt unter Zwischenlage des mehrflächigen Photogrammetrie-Messabschnittes von der Messadapter-Anlagefläche beabstandet sein.
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Im Hinblick auf eine einwandfreie photogrammetrische sowie optische und/oder taktile Messwert-Erfassung kann der Messadapter einen würfelförmigen Grundkörper aufweisen. Dessen eine Würfelfläche kann die oben erwähnte Anlagefläche bilden, die am Fahrzeug fixierbar ist. An dessen davon gegenüberliegenden Würfelfläche kann der halbkugelförmige Messgeräte-Messabschnitt angeformt sein. Die verbleibenden umlaufenden vier Würfelflächen können dagegen als Photogrammetrie-Messflächen mit entsprechenden Codes ausgebildet sein.
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Durch die optische und/oder taktile Erfassung der halbkugelförmigen Messfläche kann ohne weiteres die Lage eines Kugel-Mittelpunktes erfasst werden, der lageidentisch mit dem jeweiligen, zu erfassenden Messpunkt ist. Durch ein optisches und/oder taktiles Antasten der Kugeloberfläche des Meßadapters lässt sich die Position des zu markierenden Messpunktes schnell und präzise bestimmen.
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Bei der photogrammetrischen Erfassung werden mit Hilfe einer Digitalkamera aus unterschiedlichen Richtungen zunächst eine Vielzahl zweidimensionaler digitaler Messbilder aufgenommen. Die digitalen Messbilder werden photogrammetrisch verarbeitet, und zwar unter Generierung von Koordinaten der Meßadapter in einem Photogrammetrie-Koordinatensystem. Aufgrund der Codes an den Photogrammetrie-Messflächen des Messadapters kann dessen Position exakt bestimmt werden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in grob schematischer Darstellung eine Messstation mit einem Fahrzeug als zu vermessendes Messobjekt;
- 2 bis 4 jeweils Ansichten, anhand derer die Prozessschritte bei der Vermessung eines Geometrieelements (in diesem Fall der fahrerseitige Außenspiegel) veranschaulicht sind; und
- 5 und 6 Ansichten eines Meßadapters, der bei der Vermessung des Geometrieelements verwendet wird.
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In der in der 1 angedeuteten Messstation ist als Messobjekt ein Fahrzeug 2 auf einer Messplattform 1 angeordnet. Die Messstation weist für eine photogrammetrische Erfassung eine nur angedeutete Digitalkamera 3 auf. Für eine taktile oder optische Erfassung weist die Messstation außerdem ein Koordinatenmessgerät 5 auf, das an einem freien Ende eines mobilen Messarms 7 positioniert ist. Sowohl die Digitalkamera 3 als auch das Koordinatenmessgerät 5 sind über gestrichelt angedeutete Signalleitungen mit einer Auswerteeinheit 9 in Signalverbindung. In der Auswerteeinheit 9 ist das Fahrzeug 2 als ein konstruktiv vorgegebenes CAD-Modell C in einem Fahrzeug-Koordinatensystem F (2 bis 4) hinterlegt, und zwar mit Soll-Koordinaten, die mit Ist-Koordinaten verglichen werden können, die vom Koordinatenmeßgerät 5 erfasst werden.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Messverfahren erläutert, bei dem exemplarisch die Maßhaltigkeit eines fahrerseitigen Außenspiegels 11 mit Bezug auf Haupt-Referenzpunkte R1, R2, R3 bzw. mit Bezug auf Hilfs-Referenzpunkte H1, H2, H3 geprüft werden soll. Das im Messverfahren eingesetzte Koordinatenmessgerät 5 weist lediglich ein eingeschränktes Messvolumen (Messreichweite) auf, das nur einen räumlich begrenzten-Fahrzeugteilbereich 13 (1) abdeckt. Demgegenüber sind die am Fahrzeugunterboden 15 positionierten Haupt-Referenzpunkte R1, R2, R3 außerhalb des Messvolumens (Messreichweite) des Koordinaten-Messgerätes 5 positioniert und daher nicht vom Koordinatenmessgerät 5 messtechnisch erfassbar. Im Unterschied zum Koordinatenmessgerät 5 ist die Digitalkamera 3 während einer photogrammetrischen Erfassung frei um das Fahrzeug 2 positionierbar, so dass die Digitalkamera 3 ein nicht eingeschränktes Messvolumen bereitstellt. Die drei am Unterboden 15 positionierten Haupt-Referenzpunkte R1, R2, R3 sind daher ohne weiteres photogrammetrisch erfassbar.
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In einem ersten Verfahrensschritt wird die Lage der Hilfs-Referenzpunkte H1, H2, H3 im Fahrzeugteilbereich 13, das heißt innerhalb des Messvolumens des Koordinatenmessgerätes 5, in beliebiger Weise ausgewählt und werden die Hilfs-Referenzpunkte H1, H2, H3 mit Hilfe der später beschriebenen Messadapter 17 markiert. In gleicher Weise werden auch die Haupt-Referenzpunkte R1, R2, R3 mit Hilfe von nicht näher beschriebenen Spezialadaptern 16 markiert. Zusätzlich sind für eine einwandfreie photogrammetrische Erfassung eine Vielzahl weiterer Aufkleber mit Codes auf der Fahrzeugkarosserie aufzukleben, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen sind.
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Anschließend erfolgt eine photogrammetrische Erfassung einer in der 3 angedeuteten Punktewolke 8. Für die photogrammetrische Erfassung werden eine Vielzahl von Digitalbilder aus unterschiedlichen Richtungen von dem zu messenden Fahrzeug 2 gemacht, wobei die Messsoftware in der Auswerteeinheit 9 automatisch die Codes 22 (5), die sich auf den Messadapter 17 befinden, auswertet und einen Punkt im Zentrum der Kugel projiziert. Die hier verwendete Digitalkamera 3 ist im Hinblick auf das verfügbare Messvolumen nicht eingeschränkt, und zwar im Gegensatz zum Koordinatenmessgerät 5.
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Die bei der photogrammetrischen Erfassung generierte Punktewolke 8 enthält die Photogrammetrie-Koordinaten der markierten Haupt-Referenzpunkte R1, R2, R3 sowie der markierten Hilfs-Referenzpunkte H1, H2, H3 in einem Photogrammetrie-Koordinatensystem P (2), das in der 3 mit Bezug auf das Fahrzeug-Koordinatensystem F noch nicht ausgerichtet ist. Eine solche Ausrichtung erfolgt mit Hilfe einer Mess-Software in der Auswerteeinheit 9. Hierzu werden in einem ersten Transformier-Vorgang I (in 3 angedeutet) die Photogrammetrie-Koordinaten der Haupt- und Hilfs-Referenzpunkte R1 bis R3 sowie H1 bis H3 in das Fahrzeug-Koordinatensystem F mit Hilfe einer zeichnerisch durch Pfeile angedeuteten rechnergestützten Ausrichtmethode (zum Beispiel 3-2-1-Methode) transformiert.
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Darauffolgend wird das Koordinatenmessgerät 5 aktiviert, mit deren Hilfe eine messtechnische (d.h. taktile und/oder optische) Erfassung einer Punktewolke 10 (4), einschließlich der Koordinaten der Hilfs-Referenzpunkte H1 bis H3 und des Außenspiegels 11, in einem Messgeräte-Koordinatensystem M (3) erfolgt. Die Form der die Hilfs-Referenzpunkte H1 bis H3 markierenden Messadapter 17 ist so ausgelegt, dass durch das Scannen oder Antasten Referenzierungen von dem mobilen, im Messvolumen beschränkten Messsystem (d.h. dem Koordinatenmessgerät 5) möglich sind.
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In einem zweiten Transformier-Vorgang II (4) werden die vom Koordinatenmessgerät 5 erfassten Koordinaten der Hilfs-Referenzpunkte H1 bis H3 und des Außenspiegels 11 vom geräteseitigen Messgeräte-Koordinatensystem M mit Hilfe einer rechnergestützten Ausrichtmethode (zum Beispiel 3-2-1-Methode) in das Fahrzeug-Koordinatensystem F transform iert.
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Nach dem zweiten Transformier-Vorgang II sind die Koordinaten des Außenspiegels 9 als gemessene Ist-Koordinaten in dem Fahrzeug-Koordinatensystem F eingebunden und mit den korrespondierenden Soll-Koordinaten des CAD-Modells C vergleichbar.
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Wie aus der obigen Prozessabfolge hervorgeht, werden die Messadapter 17 sowohl photogrammetrisch erfasst als auch mit Hilfe des Koordinaten-Messgerätes 5 optisch und/oder taktil erfasst. Hierzu weist der in der 5 oder 6 gezeigte Messadapter 17 einen Photogrammetrie-Messabschnitt 21 für die photogrammetrische Erfassung sowie einen davon separaten Messgeräte-Messabschnitt 23 auf, der vom Koordinatenmessgerät 5 taktil und/oder optisch erfassbar ist. Der Messadapter 17 ist aus einem würfelförmigen Grundkörper aufgebaut, dessen eine Würfelfläche (d.h. Würfel-Unterseite) eine Anlagefläche 25 bildet, die über ein beliebiges Fixiermittel 26 (zum Beispiel ein doppelseitiges Klebeband) an der Fahrzeug-Karosserie fixierbar ist. An dessen gegenüberliegender Würfelfläche 27 ist der halbkugelförmige Messgeräte-Messabschnitt 23 ausgebildet, wobei die verbleibenden seitlichen vier Würfelflächen, die in der 5 oder 6 rechtwinklig zum Fahrzeug 2 ausgerichtet sind, als Photogrammetrie-Messflächen 28, 29 dienen. Jede dieser Messflächen 28, 29 weist unterschiedliche Codes 22 auf, um eine einwandfreie photogrammetrische Erfassung sowie Auswertung zu erzielen.
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Wie aus der 6 weiter hervorgeht, ist die halbkugelförmige Messfläche des Messgeräte-Messabschnittes 23 auf einer vom Fahrzeug 2 abgewandten Würfelseite 27 angeformt, wobei deren äußerer Scheitelpunkt S auf einer Würfel-Mittelachse A positioniert ist. Der halbkugelförmige Messgeräte-Messabschnitt 23 geht an einem kreisförmig umlaufenden Umfangsrand 33 (5) in eine von der Anlagefläche 25 beabstandete, obere Würfelfläche 27 über, von der in der 5 lediglich die äußeren flachen Eckbereiche verbleiben. Der Durchmesser des Umfangsrandes 33 des halbkugelförmigen Messgeräte-Messabschnittes 23 ist so bemessen, dass dieser an Tangentialpunkten T die Seitenkanten 35 der oberen Würfelfläche 27 mittig tangiert.
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Der Messadapter 17 ist bevorzugt aus gehärtetem Aluminium gefertigt. Die Oberfläche ist mit einer speziellen Lackierung beschichtet und hält normalen Beanspruchungen bei sachgemäßen Gebrauch stand. Der Messadapter 17 kann - unabhängig von dem in den 1 bis 4 gezeigten Messverfahren - bei jeglichen 3D-Koordinatenmessungen zum Einsatz kommen. Die Messungen können mit unterschiedlichen Messsystem und/oder auch mit unterschiedlichen Photogrammetriesystemen durchgeführt werden. Der erfindungsgemäße Messadapter 17 vereint somit mehrere Messtechnologieren, und zwar einerseits die Photogrammetrie und andererseits eine optische bzw. taktile Messtechnologie.
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Für die photogrammetrische Erfassung werden eine Vielzahl von Digitalbilder aus unterschiedlichen Richtungen von den zu messenden Messadaptern 17 gemacht, wobei die Messsoftware in der Auswerteeinheit 9 automatisch die Codes 22, die sich auf den Messadapter 17 befinden, auswertet und einen Punkt im Zentrum der Kugel projiziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1759166 B1 [0005]
- DE 102015004498 A1 [0005]
- DE 202010004911 U1 [0005]
