DE102018127221A1

DE102018127221A1 - Koordinatenmesssystem

Info

Publication number: DE102018127221A1
Application number: DE102018127221.9A
Authority: DE
Inventors: Andrzej Grzesiak; Heiko Goller; Thomas Mayer
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: DE102018127221B4; US11454498B2; US20200132450A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmesssystem (100), mit einem Scanmodul (10), das einen Laserlinienscanner (12) und eine Projektionseinheit aufweist. Der Laserlinienscanner (12) projiziert eine Laserlinie (16) auf eine Oberfläche eines Werkstücks und erzeugt aus einer Reflexion der Laserlinie (16) Scandaten. Die Projektionseinheit (14) und/oder der Laserlinienscanner (12) projizieren drei optische Marker (22, 26, 30) auf die Oberfläche des Werkstücks, wobei zumindest einer der drei Marker (22, 26, 30) auf der Laserlinie (16) angeordnet ist und zumindest einer der drei Marker (22, 26, 30) von der Laserlinie (16) beabstandet ist. Das Koordinatenmesssystem (100) weist ferner einen optischen Sensor (34) auf, der Bilddaten der drei optischen Marker (22, 26, 30) erfasst. Eine des Weiteren zu dem Koordinatenmesssystem (100) gehörende Auswerteeinheit (18) ermittelt anhand der Bilddaten des optischen Sensors (34) sowie anhand der Scandaten des Laserlinienscanners (12) eine Position und Lage des Koordinatensystems (20) des Laserlinienscanners (12) in dem Koordinatensystem (36) des optischen Sensors (34).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinatenmesssystem, ein Koordinatenmessverfahren sowie die Verwendung eines Koordinatenmesssystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Koordinatenmessverfahrens.
Koordinatenmesssysteme bzw. darin umfasste Koordinatenmessgeräte dienen dazu, beispielsweise 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, wie z.B. auch prozesssteuernde Anwendungen, denkbar, bei denen die Messtechnik direkt zur Online-Überwachung und -Regelung von Fertigungs- und Bearbeitungsprozessen angewendet wird.
In Koordinatenmesssystemen können verschiedene Arten von Sensoren zur Anwendung kommen, um das zu vermessende Werkstück zu erfassen. Neben taktil messenden Sensoren werden vor allem auch optische Sensoren eingesetzt, die eine berührungslose Erfassung der Koordinaten eines Messobjekts bzw. Werkstücks ermöglichen.
Eine Art der optischen Messtechnik basiert auf dem sog. Laserlinienscanning (auch Laserabtastung genannt), bei dem eine Oberfläche eines zu vermessenden Werkstücks punktweise, zeilen- oder rasterartig mit einem Laserstrahl überstrichen wird. Wird der Laserstrahl beispielsweise durch ein optisches Element, wie z.B. eine spezielle Linse oder ein sich bewegender Spiegel (sog. Spiegelscanner), aufgefächert, spricht man im Allgemeinen von einem Laserlinienscanner. Bei dem Überstreichen einer zu vermessenden Oberfläche kann mit Hilfe des Laserlinienscanners, der bspw. einen optischen Sensor umfasst, ein Abbild der Oberfläche in einem Koordinatensystem des Laserscanners erzeugt werden. Das dabei zugrundeliegende mathematisch-physikalische Prinzip ist im Allgemeinen als Triangulationsprinzip bekannt.
Bei der Erfassung der Geometrie in dem Koordinatensystem des Laserscanners wird bspw. die von dem Werkstück reflektierte Laserstrahlung der auf das Werkstück projizierten Laserlinie erfasst. Die reflektierte Strahlung umfasst bspw. eine Abstandsinformation zwischen der Oberfläche des Werkstücks und des Laserscanners. Durch die punktweise, zeilen- oder rasterweise Auswertung, bspw. durch eine Auswerteeinheit, kann die Geometrie des Werkstücks in dem Koordinatensystem des Laserscanners ermittelt werden. Zur Weiterverwendung dieser dimensionellen Information über die Geometrie des Werkstücks (bspw. in einem weiteren Fertigungsschritt) ist eine Umrechenbarkeit zwischen dem Koordinatensystem des Laserscanners und einem externen Koordinatensystem (bspw. einem räumlichen Bezugssystem) notwendig.
Um eine solche Umrechenbarkeit bzw. Transformierbarkeit zu gewährleisten, muss der Ursprung bzw. die Position und/oder Lage des Laserscanners in dem externen Koordinatensystem ermittelt werden können. Diese Art der Ermittlung ist insbesondere notwendig, wenn es sich bei dem Laserscanner um einen bewegten, beispielsweise um einen handgeführten Laserscanner, handelt. Für diese Ermittlung werden im Allgemeinen ein oder mehrere optische Sensoren bzw. Kameras verwendet, die in einem den Laserscanner umgebenden Raum angeordnet sind und das externe Koordinatensystem als gemeinsamen Bezugspunkt aufweisen.
Die Position und/oder Lage des Laserscanners wird häufig durch eine Auswertung von Bilddaten, bspw. anhand von optischen Markern ermittelt. Die optischen Marker können beispielsweise auf dem Laserscanner (bspw. als Aufkleber) angeordnet sein und dienen dazu, dass in dem jeweiligen Bildbereich des optischen Sensors eindeutige Bezugspunkte erkennbar sind, anhand deren Position die Position und/Lage des Laserscanners ermittelbar ist. Ist die Position und Lage des Laserscanners in dem externen Koordinatensystem ermittelt, kann die dimensionelle Information über das Werkstück von dem Koordinatensystem des Laserscanners in das externe Koordinatensystem umgerechnet werden (siehe 10 zum Stand der Technik).
Vor allem bei mobilen, bspw. handgeführten KMGs (bzw. mobilen Laserscannern), die z.B. im Automobilbereich zum Einsatz kommen, ist es besonders wichtig, die Position und Lage des mobilen Koordinatenmessgeräts zu jedem Zeitpunkt eines Koordinatenmessvorgangs eindeutig in dem externe Koordinatensystem zu kennen. Dafür werden die mobilen Koordinatenmessgeräte, wie vorstehend beschrieben, bspw. durch einen oder mehrere optische Sensoren während des gesamten Messvorgangs nachverfolgt bzw. „getrackt“. Auf den mobilen Koordinatenmessgeräten sind dafür bspw. mehrere optische Marker angeordnet. Durch eine Kalibrierung des Koordinatenmesssystems (zwischen den Kameras im Raum und dem Laserscanner) sind die optischen Marker in dem externen Koordinatensystem bekannt. Bei der Messung wird die Position der optischen Marker in dem externen Koordinatensystem ermittelt. Ist die Position der optischen Marker in beiden Koordinatensystemen bekannt, kann daraus eine Transformation (Transformationsmatrix) bestimmt werden.
Gerade wenn die Form von Messobjekten bzw. Werkstücken mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich gemessen werden soll, besteht bei den üblichen Ansätzen der Nachverfolgung anhand von optischen Markern die Problematik, dass bereits kleine Messfehler bei der Erfassung der Position und Lage (Pose) des Laserscanners bei der Transformation in das externe Koordinatensystem zu einer fehlerhaften Ermittlung der Geometrie des zu vermessenden Werkstücks führen können. Dadurch kann es bspw. zu Folgefehlern bei einer Bearbeitung des Werkstücks auf Grundlage der fehlerhaft ermittelten Geometrie kommen.
Zusätzlich vervielfachen sich die Messfehler bei zunehmendem Arbeitsabstand zwischen dem zu vermessenden Werkstück und dem Laserscanner. D.h. mit anderen Worten, dass sich eventuelle Messunschärfen bei der Erfassung einzelner optischer Marker durch eine Übertragung („Projektion“) auf das Werkstück mit zunehmendem Arbeitsabstand vervielfachen. Gerade Messfehler bei der Lageerfassung des optischen Sensors vervielfachen sich bei einem großen Arbeitsabstand, da bereits kleinste Messfehler des Drehwinkels um bspw. ein der drei Achsen des Koordinatensystems des Laserscanners zu einem vervielfachten Messfehler durch „Verkippung“ bei der Ermittlung der Geometrie des Werkstücks im externen Koordinatensystem führen (siehe 11 zum Stand der Technik).
Die Problematik kann, bspw. bei einem Auftreten von gegenläufigen Messfehlern zusätzlich verstärkt werden. Bspw. können sich Messfehler bei der Ermittlung zweier Rotationsfreiheitsgrade konstruktiv überlagern, wodurch der resultierende Gesamtmessfehler bei der Ermittlung der Geometrie des zu vermessenden Werkstücks in dem externen Koordinatensystem vergrößert wird (siehe 12 zum Stand der Technik).
Aus der DE 10 2007 042 963 A1 ist ein Messsystem bekannt, bei dem mithilfe eines Projektors ein Muster auf das zu vermessende Werkstück projiziert wird, das gleichzeitig mit einem 3D-Sensor sowie externen Kameras beobachtet wird. Durch diese gleichzeitige Beobachtung des Musters lassen sich der 3D-Sensor sowie die externen Kameras relativ zueinander kalibrieren. Da die Position des Musters sowohl von dem 3D-Sensor als auch von den externen Kameras erfasst wird, kann problemlos zwischen dem Koordinatensystem des 3D-Sensors und dem externen Koordinatensystem der Kameras hin und her gerechnet werden, bzw. die Position und Lage des Koordinatensystems des 3D-Sensors in dem externen Koordinatensystem ermittelt werden.
Wird anstelle des 3D-Sensor jedoch ein Laserlinienscanner verwendet, ist diese Art der Umrechnung mit dem in der DE 10 2007 042 963 A1 gewählten Ansatz jedoch nicht möglich, da der Laserlinienscanner das Werkstück nur linienweise und nicht dreidimensional bzw. flächig erfasst und damit die Position des flächigen Musters durch den Laserlinienscanner nicht vollflächig erfassbar ist und somit die Position des Musters im Koordinatensystem des Laserlinienscanners nicht bekannt ist.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Koordinatenmesssystem bereitzustellen, in dem ein Laserlinienscanner verwendet werden kann und sich dennoch die zuvor genannten Messfehler minimieren lassen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Koordinatenmesssystem gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei das Koordinatenmesssystem umfasst:

- ein Scanmodul mit einem Laserlinienscanner und einer Projektionseinheit, wobei das Scanmodul ein erstes bezüglich des Scanmoduls körperfestes Koordinatensystem definiert, wobei der Laserlinienscanner dazu eingerichtet ist, eine Laserlinie auf eine Oberfläche eines Werkstücks zu projizieren und aus einer Reflexion der Laserlinie Scandaten zu erzeugen, wobei die Projektionseinheit dazu eingerichtet ist, einen ersten optischen Marker, der beabstandet von der Laserlinie ist, auf die Oberfläche des Werkstücks zu projizieren, wobei der erste optische Marker entlang einer ersten, in dem ersten Koordinatensystem bekannten Richtung angeordnet ist, wobei die Projektionseinheit oder der Laserlinienscanner dazu eingerichtet ist, einen zweiten optischen Marker auf die Laserlinie zu projizieren, wobei der zweite optische Marker entlang einer zweiten, in dem ersten Koordinatensystem bekannten Richtung angeordnet ist, und wobei die Projektionseinheit oder der Laserlinienscanner ferner dazu eingerichtet ist, einen dritten optischen Marker auf die Oberfläche des Werkstücks zu projizieren, wobei der dritte optische Marker entlang einer dritten, in dem ersten Koordinatensystem bekannten Richtung angeordnet ist;
- einen optischen Sensor, der ein zweites bezüglich des optischen Sensors körperfestes Koordinatensystem definiert und dazu eingerichtet ist, Bilddaten des ersten optischen Markers, des zweiten optischen Markers sowie des dritten optischen Markers zu erfassen; und
- eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine erste Position des ersten optischen Markers, eine zweite Position des zweiten optischen Markers sowie eine dritte Position des dritten optischen Markers in dem zweiten Koordinatensystem anhand der Bilddaten zu ermitteln, eine vierte Position des zweiten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem anhand der Scandaten zu ermitteln, und anhand der ersten bis vierten Position sowie der ersten bis dritten Richtung, eine Position und Lage des ersten Koordinatensystems in dem zweiten Koordinatensystem zu ermitteln.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Koordinatenmessverfahren gemäß Anspruch 14 sowie durch Koordinatenmesssysteme zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst.
Das erfindungsgemäße Koordinatenmessverfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Erzeugen einer Laserlinie auf einer Oberfläche eines Werkstücks;
- Projizieren eines ersten optischen Markers auf die Oberfläche des Werkstücks, wobei der erste optische Marker außerhalb der Laserlinie liegt, wobei der erste optische Marker entlang einer ersten, in einer in einem ersten körperfesten Koordinatensystem bekannten Richtung angeordnet ist;
- Projizieren eines zweiten optischen Markers auf die Laserlinie, wobei der zweite optische Marker entlang einer zweiten, in dem ersten Koordinatensystem bekannten Richtung angeordnet ist;
- Projizieren eines dritten optischen Markers auf die Oberfläche des Werkstücks, wobei der dritte optische Marker entlang einer dritten, in dem ersten Koordinatensystem bekannten Richtung angeordnet ist;
- Ermitteln einer ersten Position des ersten optischen Markers, einer zweiten Position des zweiten optischen Markers sowie einer dritten Position des dritten optischen Markers in einem zweiten körperfesten Koordinatensystem;
- Ermitteln einer vierten Position des zweiten optischen Markers in dem ersten körperfesten Koordinatensystem; und
- Ermitteln einer Position und Lage des ersten Koordinatensystems in dem zweiten Koordinatensystem anhand der ersten bis vierten Positionen sowie der ersten bis dritten Richtung.

Da zumindest einer der drei optischen Marker auf der Laserlinie angeordnet ist und zumindest einer der drei optischen Marker von der Laserlinie beabstandet ist, die Projektionsrichtungen der optischen Marker (vorliegend bezeichnet als „erste bis dritte Richtung“) bekannt sind und sich die drei optischen Marker extern durch den optischen Sensor erfassen lassen, kann die Position und Lage des körperfesten Koordinatensystems des Scanmoduls (vorliegend bezeichnet als „erstes Koordinatensystem“) in dem externen Koordinatensystem bzw. in dem körperfesten Koordinatensystem des optischen Sensors (vorliegend bezeichnet als „zweites Koordinatensystem“) bestimmt werden.
Die drei optischen Marker liegen nicht auf einer gemeinsamen Linie und bilden somit eine für die Triangulation günstige Referenz (z.B. ein Dreieck). Die Position des zumindest einen, auf der Laserlinie angeordneten optischen Markers (vorliegend bezeichnet als „zweiter optischer Marker“) ist sowohl im ersten als auch im zweiten Koordinatensystem bekannt, da dieser optische Marker sowohl von dem Laserlinienscanner als auch von dem externen optischen Sensor erfassbar ist. Dieser optische Marker dient somit als gemeinsame Referenz. Die Position des zumindest einen, von der Laserlinie beabstandeten optischen Markers (vorliegend bezeichnet als „erster optischer Marker“) ist hingegen nur im zweiten Koordinatensystem bekannt, da dieser optische Marker nur von dem optischen Sensor, nicht jedoch von dem Laserlinienscanner erfassbar ist. Bekannt sind ferner die Projektionsrichtungen der optischen Marker, und zwar sowohl im ersten als auch zweiten Koordinatensystem. Mit Hilfe dieser Parameter lässt sich die Position und Lage des ersten Koordinatensystems in dem zweiten Koordinatensystem sehr exakt und nahezu fehlerfrei ermitteln.
Das Scanmodul, welches den Laserlinienscanner und die Projektionseinheit umfasst, definiert das erste Koordinatensystem. Das erste Koordinatensystem ist bezüglich des Scanmoduls körperfest. Der Laserlinienscanner erzeugt einen Laserstrahl, der bspw. durch eine geeignete Optik, z.B. eine Zylinderlinse oder einen sich bewegenden Spiegel, aufgefächert wird. Der aufgefächerte bzw. bewegte Laserstrahl projiziert beim Auftreffen auf die Oberfläche des Werkstücks die Laserlinie. Die Länge der Laserlinie definiert sich über einen Arbeitsabstand zwischen dem Scanmodul und der Werkstückoberfläche sowie einen Öffnungswinkel des aufgefächerten bzw. bewegten Laserstrahls. Der Laserscanner erfasst den von der Werkzeugoberfläche reflektierten Anteil der Laserlinie bzw. der Laserstrahlung in Form der Scandaten. Der Laserlinienscanner rastert die Oberfläche des Werkstücks, bspw. zeilenweise, mit der Laserlinie ab und erzeugt dabei die Scandaten. Die Scandaten umfassen bspw. Informationen über den reflektierten Anteil der Laserlinie. Die Auswerteeinheit kann über den reflektierten Anteil der Laserlinie, bspw. durch eine raster-, punkt und/oder zeilenweise Auswertung, die gesamte geometrische Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks ermitteln. Dadurch ist die Geometrie der Oberfläche des Werkstücks in dem ersten Koordinatensystem bekannt.
Die Projektionseinheit des Scanmoduls kann beispielsweise ein Projektor sein, der dazu eingerichtet ist, den ersten optischen Marker zu projizieren. Die Projektionseinheit kann dazu eingerichtet sein, optische Marker mit einer Vielzahl von Formen und Ausgestaltungen sowie einer Vielzahl von Größen und/oder Einfärbungen zu projizieren.
Der erste optische Marker wird durch die Projektionseinheit entlang der ersten Richtung auf die Oberfläche des Werkstücks auf eine Stelle projiziert, die beanstandet von der Laserlinie ist. D. h., der erste optische Marker liegt nicht auf der Laserlinie. Die erste Richtung ist in dem ersten Koordinatensystem bekannt. Dies kann vorzugsweise durch ein vorheriges Kalibrieren der Projektionseinheit in dem ersten Koordinatensystem sichergestellt sein. Da der Laserlinienscanner die Werkstückoberfläche bspw. zeilenweise abrastert, d. h., vorzugsweise die gesamte Breite und Länge der Werkzeugoberfläche zeilenweise abscannt, kann die Projektionseinheit dazu eingerichtet sein, den ersten optischen Marker während des gesamten Scanvorgangs des Laserlinienscanners beanstandet von der Laserlinie auf die Werkzeugoberfläche zu projizieren.
Der zweite optische Marker kann entweder von dem Laserlinienscanner oder der Projektionseinheit auf die Laserlinie entlang der zweiten Richtung projiziert werden. Die zweite Richtung ist in dem ersten Koordinatensystem bekannt. Der Laserlinienscanner kann vorzugsweise eine zusätzliche Optik aufweisen, mit der beispielsweise der zweite optische Marker in Form eines Kreuzes auf eine Stelle der Laserlinie projiziert wird. Ebenfalls kann der zweite optische Marker ein auf der Laserlinie eindeutig zu identifizierender Punkt, bspw. einer der Endpunkte der Laserlinie, sein. D. h. mit anderen Worten, dass der zweite optische Marker entweder durch die Projektionseinheit zusätzlich auf die Laserlinie projiziert wird oder als ein identifizierbarer Punkt der Laserlinie ausgebildet ist. Die Auswerteeinheit kann die Position des zweiten optischen Markers anhand der Scandaten in dem ersten Koordinatensystem bestimmen. Die Bestimmung kann beispielsweise aufgrund einer vordefinierten Position des zweiten optischen Markers auf der Laserlinie durch die Auswertung des reflektierten Anteils der Laserlinie bzw. der Scandaten erfolgen. D.h., dass durch den markierten Punkt auf der Laserlinie bereits ein Punkt in dem ersten Koordinatensystem bekannt (fixiert) ist.
Der dritte optische Marker kann ebenfalls entweder durch den Laserlinienscanner oder die Projektionseinheit entlang der dritten Richtung auf die Oberfläche des Werkstücks projiziert werden. Die dritte Richtung ist in dem ersten Koordinatensystem bekannt. Wird der dritte optische Marker durch den Laserlinienscanner projiziert, ist seine Positionierung auf eine Position auf der Laserlinie festgelegt. Wird der dritte optische Marker hingegen durch die Projektionseinheit projiziert, kann er entweder auf der Laserlinie oder beanstandet von dieser auf die Werkstückoberfläche projiziert werden.
Der optische Sensor kann beispielsweise eine Kamera sein. In anderen Ausgestaltungen kann der optische Sensor auch mehrere Kameras aufweisen, die gemeinsam das zweite, körperfeste Koordinatensystem definieren. Durch den optischen Sensor werden Bilddaten erzeugt. In den Bilddaten sind Bildinformationen über den ersten bis dritten optischen Marker enthalten, die durch die Auswerteeinheit ausgewertet werden können.
Durch die Auswertung der Bilddaten bzw. Bildinformationen innerhalb der Auswerteeinheit wird die jeweilige Position des ersten bis dritten optischen Markers in dem zweiten Koordinatensystem bestimmt.
Die Auswerteeinheit kann durch die in dem zweiten Koordinatensystem bekannte erste bis dritte Position des ersten bis dritten optischen Markers, die in dem ersten Koordinatensystem bekannte Position des zweiten optischen Markers (vorliegend bezeichnet als „vierte Position“) sowie die in dem ersten Koordinatensystem bekannte erste bis dritte Richtung, die Position und Lage des ersten Koordinatensystems in dem zweiten Koordinatensystem ermitteln. Durch die Position und Lage der beiden Koordinatensysteme zueinander ist eine Transformation (Transformationsmatrix) ermittelbar. Über die Transformation kann die in dem ersten Koordinatensystem ermittelte Geometrie des Werkstücks in das zweite Koordinatensystem transformiert werden.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems und des erfindungsgemäßen Koordinatenmessverfahrens ist, dass die vorab beschriebene Vervielfachung der Messungenauigkeiten bei der Position-und Lagebestimmung des Scanmoduls (d.h. des Koordinatenmessgeräts) durch das Projizieren des ersten bis dritten optischen Markers auf die Oberfläche des Werkstücks minimiert werden können.
Das Projizieren der optischen Marker auf die Oberfläche des Werkstücks durch die Projektionseinheit und/oder den Laserscanner ermöglicht eine physische Entkopplung der optischen Marker von dem Scanmodul bzw. dem Koordinatenmessgerät. Durch diese Entkopplung wird das Koordinatenmesssystem weitestgehend arbeitsabstandsunabhängig, wodurch auch größere Arbeitsabstände ohne einen Anstieg der Messungenauigkeit ermöglicht werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das Projizieren der optischen Marker auf das zu vermessende Werkstück, statt eines Anbringens der optischen Marker auf dem Scanmodul, Fehler vermieden werden können. Beispielsweise führen Positionierungsfehler beim Anbringen der optischen Marker zu Abweichungen in der Positions- und Lagebestimmung des Koordinatenmessgerätes, die erfindungsgemäß vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems ist, dass eventuell auftretende Sichtbarkeitsprobleme (z.B. durch zeitweises Verdecken von einem der optischen Marker, bspw. bei der Handhabung eines handgeführten Koordinatenmessgeräts), z.B. durch größere Arbeitsabstände umgehbar sind.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Projektionseinheit oder der Laserlinienscanner dazu eingerichtet, den dritten optischen Marker auf die Laserlinie zu projizieren, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, eine fünfte Position des dritten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem anhand der Scandaten zu ermitteln, und anhand der ersten bis dritten Position und der vierten und/oder fünften Position sowie der ersten bis dritten Richtung eine sechste Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem zu ermitteln, und die Position und Lage des ersten Koordinatensystems in dem zweiten Koordinatensystem anhand der vierten bis sechsten Position zu ermitteln.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die Projektion des dritten optischen Markers auf die Laserlinie bereits dessen Position (die fünfte Position) in dem ersten Koordinatensystem durch Auswertung der Scandaten ermittelt werden kann. Somit ist sowohl die Position des zweiten als auch des dritten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem bestimmbar.
Diese Ausgestaltung bildet einen ersten Fall, in dem sowohl der zweite als auch der dritte optische Marker auf die Laserlinie und lediglich der erste optische Marker von der Laserlinie beabstandet auf die Oberfläche des Werkstücks projiziert wird. Durch diese Fixierung der beiden auf der Laserlinie liegenden optischen Marker sind die verbleibenden Freiheitsgrade für die Lage des Scanmoduls in dem ersten Koordinatensystem bereits stark eingeschränkt. Dadurch vereinfacht sich die Ermittlung der Position und Lage des ersten Koordinatensystems in dem zweiten Koordinatensystem, da lediglich die sechste Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem zu ermitteln ist. Diese Ermittlung kann entweder anhand der ersten bis dritten Position, der vierten Position sowie der ersten bis dritten Richtung, oder anhand der ersten bis dritten Position, der fünften Position sowie der ersten bis dritten Richtung erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Projektionseinheit ferner dazu eingerichtet, den dritten optischen Marker beanstandet von der Laserlinie auf die Oberfläche des Werkstücks zu projizieren, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, anhand des ersten bis vierten Position sowie der ersten bis dritten Richtung, eine fünfte Position des dritten optischen Markers und eine sechste Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem zu ermitteln, und die Position und Lage des ersten Koordinatensystems in dem zweiten Koordinatensystem anhand der vierte bis sechste Position zu ermitteln.
In dieser Ausgestaltung liegt der dritte optische Marker nicht auf der Laserlinie, sondern ist von dieser beanstandet projiziert. Diese Ausgestaltung bildet einen zweiten Fall, in dem sowohl der erste als auch der dritte optische Marker von der Laserlinie beabstandet auf die Oberfläche des Werkstücks projiziert werden und lediglich der zweite optische Marker auf die Laserlinie projiziert wird.
Die Projektionseinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, sowohl den ersten optischen Marker als auch den dritten optischen Marker an zwei verschiedene Stellen auf der Werkstückoberfläche, d.h. entlang zweier verschiedener Richtungen, zu projizieren. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da es teilweise anspruchsvoll sein kann zwei optische Marker an zwei verschiedenen Stellen auf die Laserlinie zu projizieren, d.h. zwei Punkte auf der Linie zu kennzeichnen bzw. identifizierbar zu machen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, aus der ersten bis dritten Position, einen ersten Abstand zwischen dem ersten und zweiten optischen Marker und einen zweiten Abstand zwischen dem ersten und dritten optischen Marker zu ermitteln und auf Basis des ersten Abstands zwei erste Schnittpunkte mit der ersten Richtung zu ermitteln, wobei einer der beiden ersten Schnittpunkte der sechsten Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem entspricht, oder auf Basis des zweiten Abstands zwei zweite Schnittpunkte mit der ersten Richtung zu ermitteln, wobei einer der beiden zweiten Schnittpunkte der sechsten Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem entspricht.
Diese Ausgestaltung bezieht sich auf den oben erwähnten ersten Fall. Der erste Abstand und der zweite Abstand sind absolute Abstände zwischen dem ersten und zweiten optischen Marker bzw. dem ersten und dritten optischen Marker, die sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Koordinatensystem äquivalent sind. Durch die beiden optischen Marker, die auf die Laserlinie projiziert sind, ist die jeweilige Position des zweiten und dritten optischen Markers (vierte Position und fünfte Position) in dem ersten Koordinatensystem bekannt, wodurch die Ermittlung der sechsten Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem entweder ausgehend von der vierten Position oder ausgehend von der fünften Position unter Einbeziehung des ersten bzw. zweiten Abstands erfolgen kann. Die jeweilige Auswertung (entweder ausgehend von der vierten oder fünften Position) führt mathematisch gesehen zu jeweils zwei möglichen Lösungen, von denen jeweils lediglich eine Lösung der sechsten Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet, die beiden ersten Schnittpunkte durch Lösen einer Schnittgleichung einer ersten Hüllkugel mit einer Geraden entlang der ersten Richtung zu ermitteln, wobei sich die erste Hüllkugel über die vierte Position als Mittelpunkt und den ersten Abstand als einen ersten Radius definiert, oder die beiden zweiten Schnittpunkte durch Lösen einer Schnittgleichung einer zweiten Hüllkugel und der Geraden entlang der ersten Richtung zu ermitteln, wobei sich die zweite Hüllkugel über die fünfte Position als Kugelmittelpunkt und den zweiten Abstand als einen zweiten Radius definiert.
Diese Ausgestaltung bezieht sich auf den oben erwähnten ersten Fall. Durch diese Ausgestaltung wird das durch die Auswerteeinheit durchgeführte, mathematische Verfahren näher beschrieben. Die Auswerteeinheit löst entweder eine Schnittgleichung (in dem ersten Koordinatensystem) zwischen der ersten Hüllkugel und der Geraden entlang der ersten Richtung, die als Lösung die beiden ersten Schnittpunkte hat, oder eine Schnittgleichung (in dem ersten Koordinatensystem) zwischen der zweiten Hüllkugel und der Geraden entlang der ersten Richtung, die als Lösung die beiden zweiten Schnittpunkte hat.
In anderen Ausgestaltungen kann die Auswerteeinheit auch beide Schnittgleichungen lösen und die sechste Position anhand der einen der vier Lösungen ermitteln, die bspw. auf Grundlage vorbestimmter Parameter (Messaufbau, zu vermessen des Werkstück und/oder räumliche Dimensionierung) als die sechste Position des ersten optischen Markers auf der Werkstückoberfläche in dem ersten Koordinatensystem am plausibelsten erscheint (Plausibilitätsprüfung).
In besonderen Fällen kann die jeweilige Schnittgleichung auch nur eine Lösung aufweisen, durch welche die sechste Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem bereits eindeutig bestimmt ist. In einem solchen Fall ist die Gerade entlang der ersten Richtung eine Tangente der ersten und/oder zweiten Hüllkugel.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, aus der ersten bis dritten Position, den ersten Abstand zwischen dem ersten und zweiten optischen Marker und einen Dritten Abstand zwischen dem zweiten und dritten optischen Marker zu ermitteln, und auf Basis des ersten Abstands die zwei ersten Schnittpunkte mit der ersten Richtung zu ermitteln, wobei einer der beiden ersten Schnittpunkte der sechsten Position des ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem entspricht, und auf Basis des dritten Abstands zwei dritte Schnittpunkte mit der dritten Richtung zu ermitteln, wobei einer der beiden dritten Schnittpunkte der fünften Position des dritten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem entspricht.
Diese Ausgestaltung bezieht sich auf den oben erwähnten zweiten Fall. Der erste Abstand und der dritte Abstand sind absolute Abstände zwischen dem ersten und zweiten optischen Marker bzw. dem zweiten und dritten optischen Marker, die sowohl in dem ersten als auch in dem zweiten Koordinatensystem äquivalent sind. Die Auswerteeinheit ermittelt die fünfte Position des dritten optischen Markers ausgehend von der in dem ersten Koordinatensystem bekannten vierten Position anhand des dritten Abstands. Die sechste Position des ersten optischen Markers wird durch die Auswerteeinheit ausgehend von der in dem ersten Koordinatensystem bekannten vierten Position anhand des ersten Abstands ermittelt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet, die beiden ersten Schnittpunkte durch Lösen einer Schnittgleichung der ersten Hüllkugel mit der Geraden entlang der ersten Richtung zu ermitteln, wobei sich die erste Hüllkugel über die vierte Position als Kugelmittelpunkt und den ersten Abstand als den ersten Radius definiert, und die beiden dritten Schnittpunkte durch Lösen einer Schnittgleichung einer dritten Hüllkugel mit einer Geraden entlang der dritten Richtung zu ermitteln, wobei sich die dritte Hüllkugel über die vierte Position als Kugelmittelpunkt und den dritten Abstand als einen dritten Radius definiert.
In dieser Ausgestaltung löst die Auswerteeinheit zwei Schnittgleichungen, um die fünfte und sechste Position des dritten und ersten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem zu ermitteln. Diese Ausgestaltung bezieht sich auf den oben erwähnten zweiten Fall.
Die beiden Hüllkugeln haben den gleichen Kugelmittelpunkt (die vierte Position) und unterscheiden sich aufgrund der verschiedenen Radien. Die eine Schnittgleichung führt zu zwei Lösungen für die fünfte Position, die andere zu zwei Lösungen für die sechste Position. Die Auswahl der jeweils richtigen Lösung, d. h., das Auswählen des jeweils richtigen der jeweils zwei Schnittpunkte, erfolgt vorzugsweise durch Einbeziehen vorbestimmter, im Vorfeld bekannter Informationen. Beispielsweise kann einer der beiden ersten Schnittpunkte unter Betrachtung des Messaufbaus koordinatenmäßig unterhalb oder oberhalb der zu vermessenden Werkstückoberfläche liegen, was ein Ausscheidungskriterium bei der Auswahl von einem der beiden ersten Schnittpunkte bildet. Ist beispielsweise der Arbeitsabstand zwischen dem Scanmodul und der Werkstückoberfläche bekannt, kann diese Information als Auswahlkriterium bei der Auswahl des einen der beiden ersten Schnittpunkte bzw. zweiten Schnittpunkte durch die Auswerteeinheit berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, die fünfte Position aus den beiden ersten Schnittpunkten und/oder die sechste Position aus den beiden zweiten Schnittpunkten oder den beiden dritten Schnittpunkten durch Einbeziehung einer Koordinatenmesshistorie zu ermitteln.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bei einer auftretenden Unsicherheit bei der Auswahl des jeweils einen der beiden Schnittpunkte als die fünfte bzw. sechste Position (zum Beispiel, wenn die beiden Schnittpunkte koordinatenmäßig sehr nah beieinander liegen, d.h. die jeweilige Gerade die jeweilige Hüllkugel jeweils an einem äußeren Rand schneidet) zusätzlich eine Koordinatenmesshistorie miteinbezogen werden kann.
Eine solche Koordinatenmesshistorie kann bspw. in einer vorteilhaft vorhandenen Speichereinheit gespeichert sein bzw. während einer Koordinatenmessung kontinuierlich in dieser gespeichert werden (Echtzeitspeicherung). Die Koordinatenmesshistorie kann dabei bspw. eine Vielzahl von bereits durch den Laserlinienscanner erzeugten geometrischen Messwerten (d.h., Positionen in dem ersten Koordinatensystem) der Werkstückoberfläche umfassen. Wurde beispielsweise eine bestimmte Position bei dem Abrastern der Werkstückoberfläche durch den Laserlinienscanner in einem vorherigen Messschritt ermittelt, kann ausgehend von dieser Position gegebenenfalls eine Aussage über eine zu erwartende Positionierung der fünften und/oder sechsten Position des jeweiligen optischen Markers getroffen werden. Anhand dieser Aussage kann die Auswahl des jeweils eine der beiden Schnittpunkte unterstützt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, die fünfte Position aus den beiden ersten Schnittpunkte und/oder die sechste Position aus den beiden zweiten Schnittpunkten oder den beiden dritten Schnittpunkten durch Einbeziehung von vordefinierten, geometrischen Beziehungen des Koordinatenmessaufbaus zu ermitteln.
Bei dieser Einbeziehung können beispielsweise vordefinierte Abstände des Messaufbaus, zum Beispiel der Arbeitsabstand, sowie bereits bekannte Dimensionierung des Werkstücks oder der Messumgebung miteinbezogen werden. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die vordefinierten, geometrischen Beziehungen des Koordinatenmessaufbaus vorzugsweise jeweils eine der beiden mathematisch möglichen Lösungen ausgewählt bzw. die jeweils andere ausgeschlossen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Laserlinienscanner dazu eingerichtet, die Laserlinie zwischen zwei Endpunkten zu erzeugen, wobei der zweite optischen Marker auf einem ersten der beiden Endpunkte angeordnet ist.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Anordnung des zweiten optischen Markers auf dem ersten der beiden Endpunkte zu einer leichten Identifizierbarkeit der vierten Position des zweiten optischen Markers sowohl für das Scanmodul als auch für den optischen Sensor führt. Die beiden Endpunkte der Laserlinie sind bspw. für das Scanmodul über den Arbeitsabstand sowie den Öffnungswinkel des aufgefächerten Laserstrahls definiert, wodurch bereits aus dieser Information die vierte Position des zweiten optischen Markers in dem ersten Koordinatensystem ermittelbar ist. Auch für den optischen Sensor ist die Anordnung des zweiten optischen Markers auf dem einen der beiden Endpunkte der Laserlinie vorteilhaft, da der optische Sensor die Laserlinie bzw. deren Endpunkte vorzugsweise von einer in den Bilddaten enthaltenen, peripheren Umgebung des Bildbereichs abgrenzen kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der dritte optische Marker auf dem zweiten der beiden Endpunkte angeordnet.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil dass die Freiheitsgrade der Position des ersten Koordinatensystems bezüglich des zweiten Koordinatensystems durch die Fixierung der beiden Endpunkte bereits eingeschränkt sind, wodurch sich zumindest die Position des ersten Koordinatensystems bezüglich des zweiten Koordinatensystems anhand der beiden auf den beiden Endpunkten angeordneten optischen Markern bestimmen lässt. Durch die Projektion von zumindest einem weiteren optischen Marker auf der Oberfläche des Werkstücks kann zusätzlich zu der Position ebenfalls die Lage des ersten Koordinatensystems bezüglich des zweiten Koordinatensystems bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung verlaufen die erste bis dritte Richtung von einem gemeinsamen Ursprung des ersten Koordinatensystems ausgehend jeweils schräg zueinander.
Vorliegend wird unter dem Begriff „schräg“ ein Verlauf der ersten bis dritten Richtung unter jeweiligen Neigungswinkeln > 0° und < 90° , also unter spitzen Winkeln zueinander verstanden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung schließen die erste bis dritte Richtung untereinander Neigungswinkel gleicher Größe ein.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die drei Richtungen zu dem jeweils ersten bis dritten optischen Marker von dem Ursprung des ersten Koordinatensystems ausgehend in Richtung der Werkstückoberfläche einen gleichseitigen Tetraeder aufspannen. Durch diesen gleichseitigen Tetraeder wird die Auswahl des jeweils eine der jeweils zwei Schnittpunkte bei der Ermittlung der fünften und/oder sechsten Position durch äquivalente geometrische Lagebeziehungen zwischen der ersten bis dritten Richtung vereinfacht.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Ausgestaltungen in äquivalenter Form für das erfindungsgemäße Koordinatenmessverfahren gelten.
Zudem versteht es sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur einzeln, sondern auch in beliebiger Kombination untereinander gelten, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 1-9 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems sowie des erfindungsgemäßen Koordinatenmessverfahrens erläutert. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems;
3 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems;
4 ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems;
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems;
6 eine geometrische Darstellung der Lösung einer ersten Schnittgleichung in dem ersten Fall;
7 eine geometrische Darstellung der Lösung einer zweiten Schnittgleichung in dem ersten Fall;
8 eine geometrische Darstellung der Lösung einer dritten und einer vierten Schnittgleichung in dem zweiten Fall;
9 ein Verfahrensfließbild des erfindungsgemäßen Koordinatenmessverfahrens;
10 eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels einer Messsystematik, das aus dem Stand der Technik bekannt ist;
11 eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels einer Messsystematik, das aus dem Stand der Technik bekannt ist; und
12 eine schematische Darstellung eines dritten Beispiels einer Messsystematik, das aus dem Stand der Technik bekannt ist

1 zeigt ein Koordinatenmesssystem 100. Das Koordinatenmesssystem 100 weist ein Scanmodul 10 auf. Das Scanmodul 10 umfasst eine Laserlinienscanner 12 und eine Projektionseinheit 14. Der Laserlinienscanner 12 ist dazu eingerichtet, eine Laserlinie 16 auf einer hier nicht dargestellten Oberfläche eines Werkstücks zu erzeugen.
Der Laserlinienscanner 12 fächert zum Bereitstellen der Laserlinie bspw. einen Laserstrahl durch eine Optik, wie z.B. eine Zylinderlinse oder einen bewegten Spiegel, auf, wobei der aufgefächerte Laserstrahl beim Auftreffen auf der Oberfläche des Werkstücks die Laserlinie 16 bildet. Der Laserlinienscanner 12 ist dazu eingerichtet, einen reflektierten Anteil der Laserlinie 16 in Form von Scandaten zu erfassen. Die Scandaten können durch eine Auswerteeinheit 18 ausgewertet werden.
Das Scanmodul 10 ist vorzugsweise über ein oder mehrere Kabel oder kabellos (z. B. durch ein Kurzdistanz-Netzwerk, wie z. B. Bluetooth®) oder ein Langdistanz-Netzwerk (z.B. WLAN) mit der Auswerteeinheit 18 verbunden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinheit 18 über mehrere Kabel mit dem Scanmodul 10 verbunden. Die Auswerteeinheit 18 ist dazu eingerichtet, aus den durch den Laserlinienscanner 12 erfassten Scandaten eine Geometrie der Oberfläche des Werkstücks in einem ersten bezüglich des Scanmoduls 10 körperfesten Koordinatensystem 20 (siehe 4) zu ermitteln. Die Auswerteeinheit 18 kann bspw. in dem Lasermodul 10 integriert oder von diesem separat angeordnet sein. Die Auswerteeinheit 18 kann vorzugsweise dazu eingerichtet sein, bei der Auswertung eine Koordinatenmesshistorie und/oder vordefinierte geometrische Beziehungen des Koordinatenmessaufbaus miteinzubeziehen. Über die Verbindung können die erfassten Scandaten von dem Scanmodul 10 bzw. dem Laserlinienscanner 12 an die Auswerteeinheit 18 übertragen werden.
Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 18 durch einen oder mehrere Computer, Mikrocontroller, System(s) on a Chip (SoC(s)) realisiert sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Auswerteeinheit 18 bspw. auch durch einen Server oder einen Cloud-Server realisiert sein. Auf dem Server kann bspw. zur Auswertung der Scandaten ein Skript ausgeführt werden, dass vorzugsweise einen Auswertealgorithmus aufweist.
Die Projektionseinheit 14 kann beispielsweise einen oder mehrere Projektoren umfassen und ist dazu eingerichtet, einen ersten optischen Marker 22 entlang einer ersten Richtung 24 auf die Oberfläche des Werkstücks zu projizieren. Die erste Richtung 24 ist in dem ersten Koordinatensystem 20 bekannt. Der erste optische Marker 22 ist beanstandet von der Laserlinie 16, liegt also nicht auf dieser. In der hier gezeigten Darstellung ist der erste optische Marker 22 rechtsseitig von der Laserlinie 16 angeordnet.
Der Laserlinienscanner 12 ist in 1 ferner dazu eingerichtet, einen zweiten optischen Marker 26 entlang einer zweiten Richtung 28 auf die Laserlinie 16 zu projizieren. Die zweite Richtung 28 ist in dem ersten Koordinatensystem 20 bekannt. Der zweite optische Marker 26 ist in 1 als einer der beiden Endpunkte der Laserlinie 16 ausgebildet. Diese Positionierung ist lediglich beispielhaft. In anderen Ausführungsbeispielen kann der zweite optische Marker 26 auch an einer anderen Position auf die Laserlinie 16 projiziert sein.
Zudem ist der Laserlinienscanner 12 dazu eingerichtet, einen dritten optischen Marker 30 auf einen zweiten der beiden Endpunkte der Laserlinie 16 entlang einer dritten Richtung 32 zu projizieren. Die dritte Richtung 32 ist in dem ersten Koordinatensystem 20 bekannt. Die erste bis dritte Richtung 24, 28, 32 verlaufen ausgehend von einem Ursprung des ersten Koordinatensystems 20 jeweils schräg zueinander.
In anderen Ausführungsbeispielen kann der dritte optische Marker 30 auch durch die Projektionseinheit 14 bspw. als ein erkennbarer Punkt oder ein Kreuz auf den einen der beiden Endpunkt der Laserlinie 16 projiziert werden. Mithin wird in diesem Ausführungsbeispiel lediglich der erste optische Marker 22 durch die Projektionseinheit 14 beanstandet von der Laserlinie 16 auf die Werkstückoberfläche projiziert.
Die Anordnung des zweiten und dritten optischen Markers 26, 30 auf der Laserlinie 16 sowie des ersten optischen Markers beanstandet von der Laserlinie 16 entsprechen dem oben erwähnten ersten Fall.
Die beiden Endpunkte der Laserlinie 16 dienen in 1 somit als zweiter und dritter optischer Marker 26, 30, ohne dass eine gesonderte Kennzeichnung dieser beiden Punkte zu realisieren ist.
Die Auswertung der beiden Endpunkte als zweite und dritte optische Marker 26, 30 kann beispielsweise über die Auswertung der reflektierten Laserstrahlung bzw. zusätzlich geometrisch über den Öffnungswinkel des fächerartigen Laserstrahl sowie den Arbeitsabstand von dem Scanmodul 10 zu der Werkstückoberfläche erfolgt. Bspw. kann bei der raster-, punkt- oder zeilenweisen Auswertung durch die Auswerteeinheit 18 jeweils der Anfangs- und der Endpunkt jeder Zeile als die optischen Marker 26, 30 detektiert werden. Somit ist sowohl die vierte Position des zweiten optischen Markers 26 als auch eine fünfte Position des dritten optischen Markers 30 in dem ersten Koordinatensystem 20 ermittelbar.
Das Koordinatenmesssystem 100 weist ferner einen optischen Sensor 34 auf. Der optische Sensor 34 definiert ein zweites bezüglich des optischen Sensors 34 körperfestes Koordinatensystem 36. Der optische Sensor 34 ist dazu eingerichtet, Bilddaten des ersten bis dritten optischen Markers 22, 26, 30 zu erfassen. Der optische Sensor 34 weist vorzugsweise einen Bildaufnahmebereich auf, durch den der gesamte Koordinatenmessaufbau, bspw. das Scanmodul 10 zusammen mit dem zu vermessenden Werkstück, erfassbar ist. Der optische Sensor 34 kann vorzugsweise eine oder mehrere Kameras oder eine andere Art von optischer Erfassungseinheit sein. Der optische Sensor 34 ist vorzugsweise über ein oder mehrere Kabel oder kabellos (z. B. durch ein Kurzdistanz-Netzwerk, wie z. B. Bluetooth®) oder ein Langdistanz-Netzwerk (z.B. WLAN) mit der Auswerteeinheit 18 verbunden. Über die Verbindung können die erfassten Bilddaten des optischen Sensors 34 an die Auswerteeinheit 18 übertragen werden.
Die Auswerteeinheit 18 ist dazu eingerichtet, eine erste Position des ersten optischen Markers 22, eine zweite Position des zweiten optischen Markers 26 sowie eine dritte Position des dritten optischen Markers 30 in dem zweiten Koordinatensystem 36 anhand der durch den optischen Sensor 34 erfassten Bilddaten zu ermitteln. Dies kann beispielsweise über das mathematisch-physikalische Prinzip der Triangulation erfolgen. Ferner ermittelt die Auswerteeinheit 18 in 1 eine vierte Position des zweiten optischen Markers 26 sowie eine fünfte Position des dritten optischen Markers 30 in dem ersten Koordinatensystem 20 anhand der Scandaten, die durch den Laserlinienscanner 12 an die Auswerteeinheit 18 übertragen werden. Die vierte Position und die fünfte Position kann beispielsweise anhand der vorbestimmten Position des jeweiligen optischen Markers 26, 30 auf der Laserlinie 16 ermittelt werden. Die jeweilige Positionierung (hier die beiden Endpunkte der Laserlinie 16) während eines Messvorgangs kann beispielsweise aufgrund der reflektierten Laserstrahlung (den Scandaten) ermittelt werden.
Die Auswerteeinheit 18 ermittelt anhand der ersten bis dritten Position, der vierten Position sowie der ersten bis dritten Richtung 24, 28, 32 oder anhand der ersten bis dritten Position, der fünften Position sowie der ersten bis dritten Richtung 24, 28, 32 eine Position und Lage des ersten Koordinatensystems 20 in dem zweiten Koordinatensystem 36. Hierfür bestimmt die Auswerteeinheit 18 eine sechste Position des ersten optischen Markers 26 anhand der ersten bis dritten Position, der vierten Position sowie der ersten bis dritten Richtung 24, 28, 32 oder anhand der ersten bis dritten Position, der fünften Position sowie der ersten bis dritten Richtung 24, 28, 32. Über die ermittelte Position und Lage der beiden Koordinatensysteme 20, 36 untereinander kann die Auswerteeinheit 18 eine Transformation (Transformationsmatrix) ermitteln. Mittels der Transformation kann die in dem ersten Koordinatensystem 20 erfasste Geometrie des Werkstücks in das zweite Koordinatensystem 36 transformiert werden. Somit ist die Geometrie des Werkstücks in dem zweiten Koordinatensystem 36 ermittelbar und kann beispielsweise in die Qualitätskontrolle oder in weiterführende Fertigungsschritte miteinbezogen werden.
2 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Koordinatenmesssystems 100. Die Systemkomponenten des Koordinatenmesssystems 100 aus 2 entsprechen den Systemkomponenten des in 1 gezeigten Koordinatenmesssystems 100. 2 zeigt die Anordnung der optischen Marker 22, 26, 30 in dem ersten Fall, wobei der zweite und dritte optische Marker 26, 30 jeweils auf dem ersten und dem zweiten der beiden Endpunkte der Laserlinie 16 angeordnet und in 2 jeweils als Kreuz gekennzeichnet sind. In 2 werden sowohl der zweite als auch der dritte optische Marker 26, 30 durch den Laserlinienscanner 12 projiziert. In anderen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise der dritte optische Marker 36 durch die Projektionseinheit 14 auf den zweiten Endpunkt der beiden Endpunkte der Laserlinie 16 projiziert werden.
Zusätzlich zu dem ersten optischen Marker 22 projiziert die Projektionseinheit 14 in 2 einen vierten optischen Marker 38 entlang einer vierten Richtung 40. Die vierte Richtung 40 ist in dem ersten Koordinatensystem 20 bekannt. Der vierte optische Marker 38 kann bspw. zur zusätzlichen Verifizierung der durch die Auswerteeinheit 18 ermittelten Position und Lage des ersten Koordinatensystems 20 in dem zweiten Koordinatensystem 36 verwendet werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann der vierte optische Marker 38 beispielsweise auch alternativ zu den ersten optischen Marker 22 verwendet werden, falls dieser beispielsweise durch eine Verdeckung außerhalb des Sichtbereiches des optischen Sensors 34 liegt.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Koordinatenmesssystems 100. In 3 ist der Laserlinienscanner 12 oder die Projektionseinheit 14 dazu eingerichtet, den zweiten optischen Marker 26 entlang der zweiten Richtung 28 auf die Laserlinie 16 zu projizieren. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel projiziert die Projektionseinheit 14 den zweiten optischen Marker 26. Der zweite optische Marker 26 ist in 1 als Kreuz gekennzeichnet und ist bezogen auf die Länge der Laserlinie 16 mittig positioniert. Diese Positionierung ist lediglich beispielhaft. In anderen Ausführungsbeispielen kann der zweite optische Marker 26 auch an einer anderen Position auf die Laserlinie 16 projiziert sein.
Der Laserlinienscanner 12 oder die Projektionseinheit 14 ist dazu eingerichtet, den dritten optischen Marker 30 auf die Oberfläche des Werkstücks entlang der dritten Richtung 32 zu projizieren. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel projiziert die Projektionseinheit 14 den dritten optischen Marker 30.
Die Anordnung der optischen Marker 22, 26, 30 in 3 entspricht dem oben erwähnten zweiten Fall. In dem zweiten Fall werden sowohl der zweite optische Marker 26 als auch der dritte optische Marker 30 auf die Laserlinie 16 projiziert. Lediglich der erste optische Marker 22 wird beabstandet von der Laserlinie 16 auf die Oberfläche des Werkstücks projiziert.
Die optischen Marker 22, 26, 30 sind in 3 jeweils als ein Kreuz gekennzeichnet. Diese Kreuz-Kennzeichnung ist lediglich exemplarischer Natur. In anderen Ausführungsbeispielen können die optischen Marker 22, 26, 30 bspw. eine Vielzahl beliebiger Formen, Größen und Einfärbungen aufweisen, die durch den Laserlinienscanner 12 bzw. Projektionseinheit 14 projizierbar sind. Die erste bis dritte Richtung 24, 28, 32 verlaufen ausgehend von einem Ursprung des ersten Koordinatensystems 20 jeweils schräg zueinander.
In 3 bestimmt die Auswerteeinheit 18 für die Ermittlung der Position und Lage des ersten Koordinatensystems 20 in dem zweiten Koordinatensystem 36 die fünfte Position des dritten optischen Markers 30 anhand der ersten bis vierten Position sowie anhand der ersten bis dritten Richtung. Zusätzlich dazu bestimmt die Auswerteeinheit 18 die sechste Position des ersten optischen Markers 26 anhand der ersten bis vierten Position sowie anhand der ersten bis dritten Richtung 24, 28, 32.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Koordinatensystems 100. 4 zeigt die Anordnung der optischen Marker 22, 26, 30 in dem zweiten Fall. Der zweite optische Marker 26 liegt auf dem ersten der beiden Endpunkte der Laserlinie 16. Zudem weist der optische Sensor 34 in 4 zwei Kameras 42 auf, die jeweils mit der Auswerteeinheit 18 über mehrere Kabel verbunden sind. Auch eine Verbindung über lediglich ein Kabel oder kabellos ist realisierbar.
Die beiden Kameras 42 erfassen den Koordinatenmessaufbau aus zwei verschiedenen Blickwinkeln bzw. Bildbereichen und können bspw. über das Prinzip der Triangulation die Position des ersten bis dritten optischen Markers 22, 26, 30 erfassen. Die beiden Kameras 42 können in anderen Ausführungsbeispielen auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Die beiden Kameras 42 sind vorzugsweise sowohl intrinsisch als auch extremistisch kalibriert. D. h., dass die beiden Kameras 42 vorzugsweise sowohl durch eine jeweilige Eigenkalibrierung als auch eine Kalibrierung untereinander kalibriert sind. In anderen Ausführungsbeispielen können auch mehr als zwei Kameras 42 vorhanden und an verschiedenen Positionen im Raum angeordnet sein.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des Koordinatenmesssystems 100 in dem zweiten Fall in einer vereinfachten Darstellung ohne den optischen Sensor 34. Dies dient zur Erklärung des erfindungsgemäßen mathematischen Verfahrens. Der optische Sensor 34 ist auch in 5 ein Teil des Koordinatenmesssystems 100, wird jedoch nicht dargestellt.
In 5 verlaufen die erste bis dritte Richtung 24, 28, 32 jeweils schräg zueinander. Zusätzlich zu dem schrägen Verlauf, schließen die erste bis dritte Richtung 24, 28, 32 untereinander Neigungswinkel α gleicher Größe ein. Durch die gleichen Neigungswinkel α entsteht ein gleichseitiger Tetraeder, der in 5 in der Seitenansicht gezeigt ist. Die optischen Marker 22, 26, 30 sind in 5 gemäß dem zweiten Fall angeordnet.
Die Auswerteeinheit 18 ist in dem fünften Ausführungsbeispiel, dazu eingerichtet, einen ersten Abstand 44 zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Marker 22, 26 und einen dritten Abstand 46 zwischen dem zweiten und dem dritten optischen Marker 26, 30 durch eine Auswertung der Bilddaten des optischen Sensors 34 zu ermitteln.
Auf Basis des ersten Abstands 44 ermittelt die Auswerteeinheit 18 zwei erste Schnittpunkte 48 mit der ersten Richtung 24. Einer der beiden ersten Schnittpunkte 48 entspricht der sechsten Position des ersten optischen Markers 22 in dem ersten Koordinatensystem 20. In dem hier gezeigten Fall entspricht der eine der beiden ersten Schnittpunkte 48, der im Verhältnis zu dem anderen der beiden ersten Schnittpunkte 48 von dem Laserlinienscanner 12 entlang der ersten Richtung 24 weiter entfernt ist, der sechsten Position des ersten optischen Markers 22.
Auf Basis des dritten Abstands 46 ermittelt die Auswerteeinheit 18 zwei dritte Schnittpunkte 50 mit der dritten Richtung 24. Einer der beiden dritten Schnittpunkte 50 entspricht der fünften Position des dritten optischen Markers 22 in dem ersten Koordinatensystem 20. In dem hier gezeigten Fall entspricht der einer der beiden dritten Schnittpunkte 50, der im Verhältnis zu dem anderen der beiden dritten Schnittpunkte 50 von dem Laserlinienscanner 12 entlang der ersten Richtung 24 weiter entfernt ist, der fünften Position des dritten optischen Markers 30.
6 zeigt die Anordnung der optischen Marker 22, 26, 30 in dem ersten Fall. Das Koordinatenmesssystem 100 ist vereinfacht ohne den optischen Sensor 34 dargestellt, um das mathematische Prinzip der Auswertung geometrisch darzustellen. Der optische Sensor 34 ist auch in 6 ein Teil des Koordinatenmesssystems 100, wird jedoch nicht dargestellt.
Die Auswerteeinheit ist in dem in 6 gezeigten Fall vorzugsweise dazu eingerichtet die beiden ersten Schnittpunkte 48 durch Lösen einer Schnittgleichung einer ersten Hüllkugel 52 mit einer Geraden entlang der ersten Richtung 24 zu ermitteln. Die erste Hüllkugel 52 definiert sich dabei über die vierte Position des zweiten optischen Marker 26 als ein Kugelmittelpunkt und den ersten Abstand 44 als einen ersten Radius. Die erste Hüllkugel 52 ist in 6 in der Seitenansicht gezeigt und somit als ein Kreis dargestellt, der sich mit der Geraden entlang der ersten Richtung 24 schneidet. Die Gerade entlang der ersten Richtung 24 bildet im mathematischen Sinne eine Sekante der ersten Hüllkugel 52. Der eine der beiden ersten Schnittpunkte 48 entspricht der sechsten Position des ersten optischen Markers 22 in dem ersten Koordinatensystem 20.
7 zeigt eine alternative Ermittlungsmethode der sechsten Position des ersten optischen Markers 22 in den ersten Koordinatensystem 20, wenn die optischen Marker 22, 26, 30 gemäß dem ersten Fall angeordnet sind. In dem ersten Fall kann die Auswerteeinheit 18 alternativ oder ergänzend zu der in 6 gezeigten, mathematischen Ermittlung der sechsten Position auch eine zweite Schnittgleichung einer zweiten Hüllkugel 54 mit der Geraden entlang der ersten Richtung 24 lösen. Die zweite Hüllkugel 54 definiert sich über die fünfte Position des dritten optischen Markers als einen Kugelmittelpunkt und einen zweiten Abstand 56 als einen zweiten Radius. Der zweite Abstand 56 ist der absolute Abstand zwischen dem ersten optischen Marker 22 und dem dritten optischen Marker 30 und wird durch die Auswerteeinheit 18 anhand der Bilddaten bestimmt.
Die zweite Hüllkugel 56 ist in 7 in der Seitenansicht gezeigt und somit als ein Kreis dargestellt, der sich mit der Geraden entlang der ersten Richtung 24 schneidet. Die Gerade entlang der ersten Richtung 24 bildet im mathematischen Sinne eine Sekante der zweiten Hüllkugel 56. Die Sekante schneidet die zweite Hüllkugel 56 in zwei zweiten Schnittpunkten 58. Der eine der beiden zweiten Schnittpunkte 58 entspricht der sechsten Position des ersten optischen Markers 22 in dem ersten Koordinatensystem 20.
8 zeigt die mathematische Ermittlung der fünften Position des dritten optischen Markers 30 sowie der sechsten Position des ersten optischen Markers 22 in dem zweiten Fall. Die Auswerteeinheit 18 ist für die mathematische Auswertung in dem zweiten Fall dazu eingerichtet, zusätzlich zu den 6 dargestellten, ersten Schnittgleichung ebenfalls eine dritte Schnittgleichung einer dritten Hüllkugel 60 mit einer Geraden entlang der dritten Richtung 32 zu lösen. Die dritte Hüllkugel 60 ist über die vierte Position des zweiten optischen Markers als einen Kugelmittelpunkt und den dritten Abstand 56 als einen dritten Radius definiert.
Die dritte Hüllkugel 60 ist in 8 in der Seitenansicht gezeigt und somit als ein Kreis dargestellt, der sich mit der Geraden entlang der dritten Richtung 32 schneidet. Die Gerade entlang der dritten Richtung 32 bildet im mathematischen Sinne eine Sekante der dritten Hüllkugel 60. Die Sekante schneidet die dritte Hüllkugel 60 in den zwei dritten Schnittpunkten 50. Der eine der beiden dritten Schnittpunkte 50 entspricht der fünften Position des dritten optischen Markers 30 in dem ersten Koordinatensystem 20.
9 zeigt ein Verfahrensfließbild des erfindungsgemäßen Koordinatenmessverfahrens mit den folgenden Schritten. In einem Schritt S100 erfolgt ein Erzeugen der Laserlinie 16 auf einer Oberfläche eines Werkstücks. In einem Schritt S102 erfolgt ein Projizieren des ersten optischen Markers 22 auf die Oberfläche des Werkstücks, wobei der erste optische Marker 22 außerhalb der Laserlinie 16 liegt, wobei der erste optische Marker 22 entlang der ersten, in dem ersten körperfesten Koordinatensystem 20 bekannten Richtung 24 angeordnet ist. Ferner erfolgt in einem Schritt S104 ein Projizieren des zweiten optischen Markers 26 auf die Laserlinie 16, wobei der zweite optische Marker 26 entlang der zweiten, in dem ersten Koordinatensystem 20 bekannten Richtung 28 angeordnet ist. In Schritt S106 erfolgt ein Projizieren des dritten optischen Markers 30 auf die Oberfläche des Werkstücks, wobei der dritte optische Marker 30 entlang der dritten, in dem ersten Koordinatensystem bekannten Richtung 32 angeordnet ist. In Schritt S108 erfolgt ein Ermitteln der ersten Position des ersten optischen Markers 22, der zweiten Position des zweiten optischen Markers 26 sowie der dritten Position des dritten optischen Markers 30 in dem zweiten körperfesten Koordinatensystem 36. In Schritt S110 erfolgt ein Ermitteln der vierten Position des zweiten optischen Markers 26 in dem ersten körperfesten Koordinatensystem 20 und in Schritt S112 ein Ermitteln der Position und Lage des ersten Koordinatensystems 20 in dem zweiten Koordinatensystem 36 anhand der ersten bis vierten Positionen sowie der ersten bis dritten Richtung 24, 28, 32.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007042963 A1 [0012, 0013]

Claims

Koordinatenmesssystem, das aufweist: - ein Scanmodul (10) mit einem Laserlinienscanner (12) und einer Projektionseinheit (14), wobei das Scanmodul (10) ein erstes bezüglich des Scanmoduls (10) körperfestes Koordinatensystem (20) definiert, wobei der Laserlinienscanner (12) dazu eingerichtet ist, eine Laserlinie (16) auf eine Oberfläche eines Werkstücks zu projizieren und aus einer Reflexion der Laserlinie (16) Scandaten zu erzeugen, wobei die Projektionseinheit (14) dazu eingerichtet ist, einen ersten optischen Marker (22), der beabstandet von der Laserlinie (16) ist, auf die Oberfläche des Werkstücks zu projizieren, wobei der erste optische Marker (22) entlang einer ersten, in dem ersten Koordinatensystem (20) bekannten Richtung (24) angeordnet ist, wobei die Projektionseinheit (14) oder der Laserlinienscanner (12) dazu eingerichtet ist, einen zweiten optischen Marker (26) auf die Laserlinie (16) zu projizieren, wobei der zweite optische Marker (26) entlang einer zweiten, in dem ersten Koordinatensystem (20) bekannten Richtung (28) angeordnet ist, und wobei die Projektionseinheit (14) oder der Laserlinienscanner (12) ferner dazu eingerichtet ist, einen dritten optischen Marker (30) auf die Oberfläche des Werkstücks zu projizieren, wobei der dritte optische Marker (30) entlang einer dritten, in dem ersten Koordinatensystem (20) bekannten Richtung (32) angeordnet ist; - einen optischen Sensor (34), der ein zweites bezüglich des optischen Sensors körperfestes Koordinatensystem (36) definiert und dazu eingerichtet ist, Bilddaten des ersten optischen Markers (22), des zweiten optischen Markers (26) sowie des dritten optischen Markers (30) zu erfassen; und - eine Auswerteeinheit (18), die dazu eingerichtet ist, eine erste Position des ersten optischen Markers (22), eine zweite Position des zweiten optischen Markers (26) sowie eine dritte Position des dritten optischen Markers (30) in dem zweiten Koordinatensystem (36) anhand der Bilddaten zu ermitteln, eine vierte Position des zweiten optischen Markers (26) in dem ersten Koordinatensystem (20) anhand der Scandaten zu ermitteln, und anhand der ersten bis vierten Position sowie der ersten bis dritten Richtung (24, 28, 32), eine Position und Lage des ersten Koordinatensystems (20) in dem zweiten Koordinatensystem (36) zu ermitteln.
Koordinatenmesssystem nach Anspruch 1, wobei die Projektionseinheit (14) oder der Laserlinienscanner (12) ferner dazu eingerichtet ist, den dritten optischen Marker (30) auf die Laserlinie (16) zu projizieren, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu eingerichtet ist, eine fünfte Position des dritten optischen Markers (30) in dem ersten Koordinatensystem (20) anhand der Scandaten zu ermitteln, und anhand der ersten bis dritten Position und der vierten und/oder fünften Position sowie der ersten bis dritten Richtung (24, 28, 32), eine sechste Position des ersten optischen Markers (22) in dem ersten Koordinatensystem (20) zu ermitteln, und die Position und Lage des ersten Koordinatensystems (20) in dem zweiten Koordinatensystem (36) anhand der vierten bis sechsten Position zu ermitteln.
Koordinatenmesssystem nach Anspruch 1, wobei die Projektionseinheit (14) ferner dazu eingerichtet ist, den dritten optischen Marker (30) beabstandet von der Laserlinie (16) auf die Oberfläche des Werkstücks zu projizieren, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu eingerichtet ist, anhand der ersten bis vierten Position sowie der ersten bis dritten Richtung (24, 28, 32), eine fünfte Position des dritten optischen Markers (30) und eine sechste Position des ersten optischen Markers (22) in dem ersten Koordinatensystem (20) zu ermitteln, und die Position und Lage des ersten Koordinatensystems (20) in dem zweiten Koordinatensystem (36) anhand der vierten bis sechsten Position zu ermitteln.
Koordinatenmesssystem nach den Ansprüchen 2, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu eingerichtet ist, aus der ersten bis dritten Position, einen ersten Abstand (44) zwischen dem ersten und zweiten optischen Marker (22, 26) und einen zweiten Abstand (56) zwischen dem ersten und dritten optischen Marker (22, 30) zu ermitteln und auf Basis des ersten Abstands (44) zwei erste Schnittpunkte (48) mit der ersten Richtung (24) zu ermitteln, wobei einer der beiden ersten Schnittpunkte (48) der sechsten Position des ersten optischen Markers (22) in dem ersten Koordinatensystem (20) entspricht, oder auf Basis des zweiten Abstands (56) zwei zweite Schnittpunkte (58) mit der ersten Richtung (24) zu ermitteln, wobei einer der beiden zweiten Schnittpunkte (58) der sechsten Position des ersten optischen Markers (22) in dem ersten Koordinatensystem (20) entspricht.
Koordinatenmesssystem nach Anspruch 4, wobei die Auswerteeinheit (18) ferner dazu eingerichtet ist, die beiden ersten Schnittpunkte (48) durch Lösen einer Schnittgleichung einer ersten Hüllkugel (52) mit einer Geraden entlang der ersten Richtung (24) zu ermitteln, wobei sich die erste Hüllkugel (52) über die vierte Position als Kugelmittelpunkt und den ersten Abstand (44) als einen ersten Radius definiert, oder die beiden zweiten Schnittpunkte (58) durch Lösen einer Schnittgleichung einer zweiten Hüllkugel (54) und der Geraden entlang der ersten Richtung (24) zu ermitteln, wobei sich die zweite Hüllkugel (54) über die fünfte Position als Kugelmittelpunkt und den zweiten Abstand (56) als einen zweiten Radius definiert.
Koordinatenmesssystem nach den Ansprüchen 3, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu eingerichtet ist, aus der ersten bis dritten Position, den ersten Abstand (44) zwischen dem ersten und zweiten optischen Marker (22, 26) und einen dritten Abstand (46) zwischen dem zweiten und dritten optischen Marker (26, 30) zu ermitteln, und auf Basis des ersten Abstands (44) die zwei erste Schnittpunkte (48) mit der ersten Richtung (24) zu ermitteln, wobei einer der beiden ersten Schnittpunkte (48) der sechsten Position des ersten optischen Markers (24) in dem ersten Koordinatensystem (20) entspricht, und auf Basis des dritten Abstands (46) zwei dritte Schnittpunkte (50) mit der dritten Richtung (32) zu ermitteln, wobei einer der beiden dritten Schnittpunkte (50) der fünften Position des dritten optischen Markers (30) in dem ersten Koordinatensystem (20) entspricht.
Koordinatenmesssystem nach Anspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (18) ferner dazu eingerichtet ist, die beiden ersten Schnittpunkte (48) durch Lösen einer Schnittgleichung der ersten Hüllkugel (52) mit der Geraden entlang der ersten Richtung (24) zu ermitteln, wobei sich die erste Hüllkugel (52) über die vierte Position als Kugelmittelpunkt und den ersten Abstand (44) als einen ersten Radius definiert, und die beiden dritten Schnittpunkte (50) durch Lösen einer Schnittgleichung einer dritten Hüllkugel (60) mit einer Geraden entlang der dritten Richtung (32) zu ermitteln, wobei sich die dritte Hüllkugel (60) über die vierte Position als Kugelmittelpunkt und den dritten Abstand (46) als einen dritten Radius definiert.
Koordinatenmesssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu eingerichtet ist, die fünfte Position aus den beiden ersten Schnittpunkten (48) und/oder die sechste Position aus den beiden zweiten Schnittpunkten (58) oder den beiden dritten Schnittpunkten (50) durch Einbeziehung einer Koordinatenmesshistorie zu ermitteln.
Koordinatenmesssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu eingerichtet ist, die fünften Position aus den beiden ersten Schnittpunkten (48) und/oder die sechste Position aus den beiden zweiten Schnittpunkten (58) oder den beiden dritten Schnittpunkten (50) durch Einbeziehung von vordefinierten, geometrischen Beziehungen des Koordinatenmessaufbaus zu ermitteln.
Koordinatenmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Laserlinienscanner (12) dazu eingerichtet ist, die Laserlinie (16) zwischen zwei Endpunkten zu erzeugen, wobei der zweite optische Marker (26) auf einem ersten der beiden Endpunkte angeordnet ist.
Koordinatenmesssystem nach den Ansprüchen 2 und 10, wobei der dritte optische Marker (30) auf einem zweiten der beiden Endpunkte angeordnet ist.
Koordinatenmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste bis dritte Richtung (24, 28, 32) von einem gemeinsamen Ursprung des ersten Koordinatensystems (20) ausgehend jeweils schräg zueinander verlaufen.
Koordinatenmesssystem nach Anspruch 12, wobei die erste bis dritte Richtung (24, 28, 32) untereinander Neigungswinkel α gleicher Größe einschließen.
Koordinatenmessverfahren, das folgende Schritte aufweist: - Erzeugen (S100) einer Laserlinie (16) auf einer Oberfläche eines Werkstücks, - Projizieren (S102) eines ersten optischen Markers (22) auf die Oberfläche des Werkstücks, wobei der erste optische Marker (22) außerhalb der Laserlinie (16) liegt, wobei der erste optische Marker (22) entlang einer ersten, in einer in einem ersten körperfesten Koordinatensystem (20) bekannten Richtung (24) angeordnet ist; - Projizieren (S104) eines zweiten optischen Markers (26) auf die Laserlinie (16), wobei der zweite optische Marker (26) entlang einer zweiten, in dem ersten Koordinatensystem (20) bekannten Richtung (28) angeordnet ist; - Projizieren (S106) eines dritten optischen Markers (30) auf die Oberfläche des Werkstücks, wobei der dritte optische Marker (30) entlang einer dritten, in dem ersten Koordinatensystem (20) bekannten Richtung (32) angeordnet ist; - Ermitteln (S108) einer ersten Position des ersten optischen Markers (22), einer zweiten Position des zweiten optischen Markers (26) sowie einer dritten Position des dritten optischen Markers (30) in einem zweiten körperfesten Koordinatensystem (36); - Ermitteln (S110) einer vierten Position des zweiten optischen Markers (26) in dem ersten körperfesten Koordinatensystem (20); und - Ermitteln (S112) einer Position und Lage des ersten Koordinatensystems (20) in dem zweiten Koordinatensystem (36) anhand der ersten bis vierten Positionen sowie der ersten bis dritten Richtung (24, 28, 32).
Verwendung eines Koordinatenmesssystems zur Durchführung des Koordinatenmessverfahrens nach Anspruch 14.