DE102020130746B4 - Device and method for examining a surface - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Untersuchung einer Fläche (100), die Folgendes aufweist:- eine erste Laserquelle (2) zur Bereitstellung zumindest eines ersten Laserstrahls (3), wobei die erste Laserquelle (2) eine Vorrichtung zum Ausrichten des ersten Laserstrahls (3) sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des ersten Laserstrahls (3) aufweist;- eine zweite Laserquelle (4) zur Bereitstellung zumindest eines zweiten Laserstrahls (5), wobei die zweite Laserquelle (4) eine Vorrichtung zum Ausrichten des zweiten Laserstrahls (5) sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des zweiten Laserstrahls (5) aufweist;- eine Recheneinheit (10) zur Auswertung der Ausrichtungen des ersten und des zweiten Laserstrahls (3, 5), wobei die erste Laserquelle (2) und die zweite Laserquelle (4) um einen definierten Abstand (A) voneinander entfernt angeordnet sind.Device (1) for examining a surface (100), comprising:- a first laser source (2) for providing at least a first laser beam (3), the first laser source (2) having a device for aligning the first laser beam (3) and a device for determining the alignment of the first laser beam (3);- a second laser source (4) for providing at least one second laser beam (5), the second laser source (4) having a device for aligning the second laser beam (5) and has a device for determining the alignment of the second laser beam (5);- a computing unit (10) for evaluating the alignments of the first and second laser beams (3, 5), the first laser source (2) and the second laser source (4) are arranged apart from each other by a defined distance (A).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Untersuchung einer Fläche, beispielsweise einer Wand eines Gebäudes.The present invention relates to a device and a method for inspecting a surface, for example a wall of a building.

Es sind verschiedene Verfahren zur Baufortschrittskontrolle bekannt, bei denen Gebäudeteile mittels eines Laserscanners untersucht und gegebenenfalls mit Konstruktionsplänen verglichen werden. Beispielsweise offenbart die WO 98/02764 A1 einen derartigen Laserscanner. Ein Laserscanner ist auch aus der CN 105806242 A sowie aus der DE 10 2009 040 991 A1 bekannt.Various methods for monitoring construction progress are known, in which parts of the building are examined using a laser scanner and, if necessary, compared with construction plans. For example, the WO 98/02764 A1 such a laser scanner. A laser scanner is also from the CN 105806242A as well as from the DE 10 2009 040 991 A1 known.

Die US 2019/0086207 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Auffinden einer Mitte zwischen zwei Punkten, beispielsweise an einer Wand, die drei ausrichtbare Laserquellen aufweist.the US 2019/0086207 A1 discloses a device for finding a center between two points, for example on a wall, which has three steerable laser sources.

Eine Vorrichtung umfassend mehrere Laser-Entfernungsmesser zur Erkennung von Ausrichtungsfehlern bei Fahrzeugtüren ist aus der US 2011/0188024 A1 bekannt.A device comprising multiple laser range finders for detecting misalignment in vehicle doors is from U.S. 2011/0188024 A1 known.

Derartige Vorrichtungen sind oftmals sehr aufwendig. Sie ermöglichen zwar eine hochautomatisierbare Erfassung dreidimensionaler Strukturen und die Weiterverarbeitung von auf diese Weise gewonnenen Informationen, beispielsweise zum Abgleichen von Soll-/Ist-Zuständen. Allerdings erfordern Laserscanner insbesondere eine aufwändige Hardware, insbesondere zum Empfang der reflektierten Strahlung, sowie eine Scanvorrichtung.Such devices are often very expensive. They enable a highly automated detection of three-dimensional structures and the further processing of information obtained in this way, for example to compare target/actual states. However, laser scanners require complex hardware, in particular for receiving the reflected radiation, and a scanning device.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Untersuchung einer Fläche mit besonders einfachen Mitteln anzugeben.It is therefore an object of the present invention to specify a device and a method for examining a surface using particularly simple means.

Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments and developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Untersuchung einer Fläche angegeben, die eine erste Laserquelle zur Bereitstellung zumindest eines ersten Laserstrahls aufweist, wobei die erste Laserquelle eine Vorrichtung zum Ausrichten des ersten Laserstrahls sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des ersten Laserstrahls aufweist. Ferner weist die Vorrichtung eine zweite Laserquelle zur Bereitstellung zumindest eines zweiten Laserstrahls auf, wobei die zweite Laserquelle eine Vorrichtung zum Ausrichten des zweiten Laserstrahls sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des zweiten Laserstrahls aufweist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Recheneinheit zur Auswertung der Ausrichtungen des ersten und des zweiten Laserstrahls. Die erste Laserquelle und die zweite Laserquelle sind um einen definierten Abstand A voneinander entfernt angeordnet.According to one aspect of the invention, a device for examining a surface is specified, which has a first laser source for providing at least one first laser beam, the first laser source having a device for aligning the first laser beam and a device for determining the alignment of the first laser beam. Furthermore, the device has a second laser source for providing at least one second laser beam, the second laser source having a device for aligning the second laser beam and a device for determining the alignment of the second laser beam. The device also includes a computing unit for evaluating the alignments of the first and second laser beams. The first laser source and the second laser source are arranged at a defined distance A from one another.

Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie auf aufwendige Hardware verzichtet und leicht und intuitiv bedienbar ist, jedoch eine sehr genaue Untersuchung einer Fläche ermöglicht. Insbesondere verzichtet die Vorrichtung auf Empfänger zum Empfang reflektierter Strahlung. Stattdessen werden zumindest zwei Laserstrahlen eingesetzt, die auf die zu untersuchende Fläche gerichtet werden, und deren Auftreffpunkte auf der zu untersuchenden Fläche durch einen Benutzer visuell erfasst.The device has the advantage that it dispenses with expensive hardware and can be operated easily and intuitively, but allows a very precise examination of a surface. In particular, the device dispenses with receivers for receiving reflected radiation. Instead, at least two laser beams are used, which are directed onto the area to be examined and whose points of impact on the area to be examined are visually recorded by a user.

Dazu kann gemäß einem Aspekt der Erfindung folgendermaßen vorgegangen werden:

  • Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Untersuchung einer Fläche angegeben, das die Bereitstellung zumindest eines ersten Laserstrahls aus einer ersten Laserquelle und eines zweiten Laserstrahls aus einer zweiten Laserquelle aufweist, wobei die Laserquellen einen definierten Abstand A voneinander aufweisen. Ferner umfasst das Verfahren das Ausrichten der Laserstrahlen auf zumindest einen Referenzpunkt der zu untersuchenden Fläche unter Bestimmen der Ausrichtung des ersten und zweiten Laserstrahls. Demnach werden die beiden Laserstrahlen auf denselben, als Referenzpunkt gewählten Punkt auf der Fläche gerichtet. Dies kann insbesondere durch eine visuelle Überprüfung durch den Benutzer erfolgen. Die Ausrichtungen der beiden Laserstrahlen, d.h. insbesondere ihre Raumwinkel, werden erfasst, insbesondere elektronisch erfasst.
According to one aspect of the invention, the following procedure can be used for this purpose:
  • According to one aspect, a method for examining a surface is specified, which includes the provision of at least a first laser beam from a first laser source and a second laser beam from a second laser source, the laser sources being at a defined distance A from one another. The method also includes aligning the laser beams with at least one reference point on the surface to be examined, while determining the alignment of the first and second laser beams. Accordingly, the two laser beams are aimed at the same point on the surface, chosen as the reference point. This can be done in particular by a visual check by the user. The alignments of the two laser beams, ie in particular their solid angles, are recorded, in particular recorded electronically.

Ferner umfasst das Verfahren das Ermitteln der Lage einer die Referenzpunkte enthaltenden Referenzfläche aus der Ausrichtung des ersten und zweiten Laserstrahls für jeden Referenzpunkt und aus dem Abstand A zwischen den Laserquellen.The method also includes determining the position of a reference surface containing the reference points from the alignment of the first and second laser beams for each reference point and from the distance A between the laser sources.

Ferner umfasst das Verfahren das Kalibrieren der ersten und zweiten Laserquelle derart, dass, wenn der erste Laserstrahl auf einen Punkt in der Referenzfläche ausgerichtet wird, der zweite Laserstrahl automatisch auf denselben Punkt in der Referenzfläche ausgerichtet wird. Ferner umfasst das Verfahren das Überprüfen, ob Messpunkte der zu untersuchenden Fläche in der Referenzfläche liegen, durch Ausrichten des ersten Laserstrahls auf die Messpunkte und Prüfen, ob auch der zweite Laserstrahl anhand der Kalibration auf den Messpunkt ausgerichtet wird.The method further includes calibrating the first and second laser sources such that when the first laser beam is aimed at a point in the reference surface, the second laser beam is automatically aimed at the same point in the reference surface. The method also includes checking whether measurement points of the surface to be examined are in the reference surface by aligning the first laser beam with the measurement points and checking whether the second laser beam is also aligned with the measurement point based on the calibration.

Das Ausrichten der beiden Laserquellen kann insbesondere manuell erfolgen, beispielsweise durch die Betätigung eines Schrittmotors oder mechanisch von Hand. Es werden dann die Ausrichtungen des ersten und zweiten Laserstrahls bestimmt. Dazu werden insbesondere die Raumwinkel bestimmt. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die beiden Laserquellen um zwei Achsen schwenkbar sind. In diesem Fall wird für beide Achsen der Winkel gemessen, um die der jeweilige Laserstrahl gegen eine Nullrichtung geneigt ist. Die Winkelinformationen für beide Laserstrahlen zusammen mit dem bekannten Abstand A der beiden Laserquellen voneinander erlaubt eine Triangulation und somit eine Positionsbestimmung für den jeweiligen Referenzpunkt.The two laser sources can in particular be aligned manually, for example by the actuation of a stepping motor or mechanically by hand. The alignments of the first and second laser beams are then determined. In particular, the solid angles are determined for this purpose. For example, it can be provided that the two laser sources can be pivoted about two axes. In this case, the angle by which the respective laser beam is inclined relative to a zero direction is measured for both axes. The angle information for both laser beams together with the known distance A of the two laser sources from each other allows a triangulation and thus a position determination for the respective reference point.

Die Recheneinheit weist Mittel auf zur Ermittlung der Lage einer zumindest einen Referenzpunkt enthaltenden Referenzfläche aus der Ausrichtung des ersten und des zweiten Laserstrahls für jeden Referenzpunkt und dem Abstand A zwischen den Laserquellen. Die Mittel können insbesondere als ausführbarer Programmcode ausgebildet sein, der die Recheneinheit veranlasst, eine Positionsberechnung mittels Triangulation durchzuführen.The computing unit has means for determining the position of a reference surface containing at least one reference point from the alignment of the first and the second laser beam for each reference point and the distance A between the laser sources. The means can in particular be in the form of an executable program code which causes the computing unit to carry out a position calculation using triangulation.

Werden beispielsweise drei Referenzpunkte ermittelt, so kann dadurch eine Referenzebene festgelegt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die zu untersuchende Fläche eine ebene Fläche sein soll. Ist die zu untersuchende Fläche komplexer gestaltet, so können zur Ermittlung der Lage der Referenzfläche eine Vielzahl von Referenzpunkten und/oder weitere Informationen, beispielsweise aus einem Konstruktionsplan, verwendet werden.If, for example, three reference points are determined, a reference plane can be defined as a result. This is particularly advantageous if the surface to be examined is to be a flat surface. If the surface to be examined is more complex, a large number of reference points and/or further information, for example from a construction plan, can be used to determine the position of the reference surface.

Als Referenzpunkte können insbesondere Punkte in der Fläche ausgewählt werden, deren korrekte Lage bekannt oder auf einfache Weise bestimmbar ist.In particular, points in the area whose correct position is known or can be determined in a simple manner can be selected as reference points.

Die Vorrichtung ist zum Ausrichten des zweiten Laserstrahls durch die Recheneinheit ansteuerbar ausgebildet und die Recheneinheit weist Mittel auf zum Kalibrieren der ersten und zweiten Laserquelle derart, dass, wenn der erste Laserstrahl auf einen Punkt in der Referenzfläche ausgerichtet ist, der zweite Laserstrahl automatisch auf denselben Punkt ausgerichtet wird.The device is designed to be controllable by the computing unit for aligning the second laser beam, and the computing unit has means for calibrating the first and second laser sources in such a way that when the first laser beam is aligned with a point in the reference surface, the second laser beam is automatically aligned with the same point is aligned.

Somit ist es vorgesehen, die ermittelte Referenzfläche zu nutzen, um die Laserquellen aufeinander zu kalibrieren. Ist die Lage und Form der Referenzfläche bekannt, so kann bei vorgegebener Ausrichtung des ersten Laserstrahls der zweite Laserstrahl derart ausgerichtet werden, dass sich der erste und der zweite Laserstrahl in einem Punkt auf der Referenzfläche treffen. Umgekehrt lässt sich schließen, dass ein durch den ersten Laserstrahl getroffener Punkt in der zu untersuchenden Fläche, der trotz der Kalibrierung durch den zweiten Laserstrahl nicht getroffen wird, nicht in der Referenzfläche liegt.It is therefore intended to use the determined reference surface in order to calibrate the laser sources to one another. If the position and shape of the reference surface is known, the second laser beam can be aligned with a predetermined alignment of the first laser beam in such a way that the first and second laser beams meet at a point on the reference surface. Conversely, it can be concluded that a point hit by the first laser beam in the area to be examined, which is not hit by the second laser beam despite the calibration, is not in the reference area.

Die Kalibrierung erfolgt dadurch, dass typischerweise mehrere Referenzpunkte aufgenommen und gespeichert werden. Für jeden Referenzpunkt werden dabei der erste und dann der zweite Laserstrahl auf den Referenzpunkt auf der zu untersuchenden Fläche gerichtet, wobei das Ausrichten beispielsweise manuell und durch Sichtprüfung erfolgt. Ist eine Deckungsgleichheit der beiden Laserstrahlen im Referenzpunkt erreicht, so werden die aktuellen Einstellungen gespeichert, d.h. es wird mittels einer Benutzereingabe eine Erfassung der Ausrichtung des ersten und des zweiten Laserstrahls veranlasst und die erfassten Ausrichtungen vorteilhafterweise gespeichert, sodass die Lage des Referenzpunktes ermittelt werden kann. Wird dies für mehrere, beispielsweise drei, Referenzpunkte durchgeführt, so erhält man die Referenzfläche, beispielsweise Referenzebene, mittels der die Vorrichtung kalibriert wird. Die Kalibration dient dann dazu, bei einer gegebenen Ausrichtung des ersten Laserstrahls den zweiten Laserstrahl automatisch derart auszurichten, dass er auf denselben Punkt in der Referenzfläche trifft.The calibration takes place in that typically several reference points are recorded and stored. For each reference point, the first and then the second laser beam are directed onto the reference point on the surface to be examined, with the alignment being carried out manually and by visual inspection, for example. If the two laser beams are congruent at the reference point, the current settings are saved, i.e. the alignment of the first and second laser beams is detected by means of a user input and the detected alignments are advantageously stored so that the position of the reference point can be determined. If this is carried out for a plurality of, for example three, reference points, the reference surface, for example reference plane, by means of which the device is calibrated is obtained. The calibration then serves to automatically align the second laser beam for a given alignment of the first laser beam in such a way that it strikes the same point on the reference surface.

Die Laserquellen können um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet sein. Der Abstand A zwischen den Laserquellen kann veränderbar sein, beispielsweise können die beiden Laserquellen auf einer gemeinsamen Achse verschiebbar angeordnet sein.The laser sources can be arranged to be rotatable about a common axis. The distance A between the laser sources can be variable, for example the two laser sources can be arranged to be displaceable on a common axis.

In einer alternativen Ausführungsform sind die beiden Laserquellen in baulich voneinander getrennten Abschnitten der Vorrichtung angeordnet, die unabhängig voneinander positioniert werden können und deren Abstand ermittelt wird. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen den Laserquellen sehr groß gewählt werden kann, was zur Untersuchung weit entfernter Flächen vorteilhaft sein kann. Allerdings erfordert diese Ausführungsform mehr Aufwand bei der Positionierung der Laserquellen, da deren Positionierung zueinander nicht als bekannt vorausgesetzt werden kann.In an alternative embodiment, the two laser sources are arranged in structurally separate sections of the device, which can be positioned independently of one another and whose distance is determined. This embodiment has the advantage that the distance between the laser sources can be chosen to be very large, which can be advantageous for examining areas that are far away. However, this embodiment requires more effort when positioning the laser sources, since their mutual positioning cannot be assumed to be known.

Zum Ausrichten der Laserquellen sind Schrittmotoren besonders geeignet, die durch die Recheneinheit ansteuerbar sind.Stepper motors, which can be controlled by the computing unit, are particularly suitable for aligning the laser sources.

Die Vorrichtung und das Verfahren ermöglichen es somit, Punkte in der zu untersuchenden Fläche auf ihre korrekte Position, das heißt auf ihre Lage in der Referenzebene, hin zu untersuchen. Beispielsweise kann festgestellt werden, ob es sich bei der zu untersuchenden Fläche tatsächlich um eine Ebene handelt oder ob diese eine unerwünschte Wölbung aufweist. Auch bei komplex gestalteten Flächen können Abweichungen von einer Sollform erkannt werden.The device and the method thus make it possible to examine points in the area to be examined for their correct position, ie for their location in the reference plane. For example, it can be determined whether the surface to be examined is actually a plane or whether it has an undesired curvature. Even with complex designed areas Any deviations from a target shape can be detected.

Die eigentliche Untersuchung der Fläche erfolgt dabei nach der beschriebenen Kalibration der Vorrichtung. Dazu wird der erste Laserstrahl auf einzelne Messpunkte der zu untersuchenden Fläche ausgerichtet. Der zweite Laserstrahl richtet sich daraufhin automatisch auf den zur Ausrichtung des ersten Laserstrahls gehörenden Referenzpunkt aus. Stimmt die Referenzfläche lokal nicht mit der zu untersuchenden Fläche überein, so entspricht der Referenzpunkt nicht dem Messpunkt. In diesem Falle treffen sich der erste und der zweite Laserstrahl nicht auf der zu untersuchenden Fläche, sondern etwas davor oder dahinter, d.h. auf der zu untersuchenden Fläche liegen die beiden Laserpunkte nicht aufeinander, sondern weisen einen Abstand voneinander auf.The actual examination of the area takes place after the device has been calibrated as described. To do this, the first laser beam is aimed at individual measuring points on the area to be examined. The second laser beam is then automatically aligned to the reference point associated with the alignment of the first laser beam. If the reference area does not correspond locally to the area to be examined, the reference point does not correspond to the measuring point. In this case, the first and the second laser beam do not meet on the surface to be examined, but somewhat in front of or behind it, i.e. the two laser points do not lie on top of each other on the surface to be examined, but are at a distance from one another.

Dies hat den Vorteil, dass eine Abweichung der Fläche von der Referenzfläche unmittelbar und intuitiv erfahrbar ist und gegebenenfalls unmittelbar darauf reagiert werden kann. Durch eine wenig aufwendige Prüfung mit einer vor die zu untersuchende Fläche gehaltenen Hand oder ein Papier lässt sich die genaue Lage des Referenzpunktes leicht erfassen. Die Differenz zwischen der Referenzfläche und der zu untersuchenden Fläche kann unmittelbar mittels Hinzufügen oder Entfernen von Material beseitigt werden.This has the advantage that a deviation of the surface from the reference surface can be experienced directly and intuitively and, if necessary, an immediate reaction can be made to it. The exact position of the reference point can be easily determined by a less complex test with a hand or a piece of paper held in front of the surface to be examined. The difference between the reference surface and the surface to be examined can be eliminated immediately by adding or removing material.

Gemäß einer alternativen Betriebsweise wäre es möglich, auf das automatische Ausrichten des zweiten Laserstrahls zu verzichten. In diesem Fall werden zur Untersuchung der Fläche nach erfolgter Kalibration sowohl der erste als auch der zweite Laserstrahl manuell auf den Messpunkt ausgerichtet. Ist dies erfolgt, bestimmt die Recheneinheit eine Abweichung des Messpunktes von der Referenzfläche.According to an alternative mode of operation, it would be possible to dispense with the automatic alignment of the second laser beam. In this case, both the first and the second laser beam are manually aligned to the measuring point to examine the area after calibration has been carried out. Once this has taken place, the computing unit determines a deviation of the measuring point from the reference surface.

Ein derartiges Vorgehen kann vorteilhaft sein, wenn eine Abweichung der Fläche von der Referenzfläche nicht sofort praktisch erfasst werden soll, sondern beispielsweise elektronisch gespeichert werden soll. Auf diese Weise können Abweichungen systematisch kartiert werden.Such a procedure can be advantageous if a deviation of the surface from the reference surface is not to be detected immediately in practice, but is to be stored electronically, for example. In this way, deviations can be systematically mapped.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Ermittlung einer Korrektur für die zu untersuchende Fläche an einem Messpunkt, falls der zweite Laserstrahl anhand der Kalibration nicht auf den Messpunkt ausgerichtet wird, wobei die Korrektur dadurch ermittelt wird, dass der zweite Laserstrahl insbesondere manuell nachkorrigiert wird, um auf den Messpunkt ausgerichtet zu sein, und die Nachkorrektur über die Winkeldifferenz zur Ermittlung der Korrektur erfasst wird. Die Korrektur kann dann abgespeichert und unmittelbar oder später ausgeführt werden.According to one embodiment, the method includes determining a correction for the surface to be examined at a measuring point if the second laser beam is not aligned with the measuring point based on the calibration, the correction being determined in that the second laser beam is in particular manually corrected to to be aligned with the measuring point, and the post-correction is recorded via the angle difference to determine the correction. The correction can then be saved and executed immediately or later.

Zur Ermittlung der Lage der Referenzfläche können zusätzlich Informationen aus einem Konstruktionsplan verwendet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich bei der Referenzfläche nicht um eine Ebene handelt und/oder nicht mindestens drei Referenzpunkte zur Verfügung stehen. Beispielsweise können einem Konstruktionsplan bestimmte Randbedingungen oder besondere Punkte entnommen werden oder die generelle Form der Referenzfläche, d.h. beispielsweise die Information, dass es sich bei der Referenzfläche um eine senkrechte Ebene handelt oder um eine Kugeloberfläche oder eine andere in definierter Weise gewölbte Fläche.Additional information from a construction plan can be used to determine the position of the reference surface. This is particularly advantageous when the reference surface is not a plane and/or at least three reference points are not available. For example, certain boundary conditions or special points can be taken from a construction plan or the general shape of the reference surface, i.e. for example the information that the reference surface is a vertical plane or a spherical surface or another surface that is curved in a defined way.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass auch komplexe Flächen durch eine endliche Zahl von Referenzpunkten erfasst werden können.This embodiment has the advantage that even complex surfaces can be recorded using a finite number of reference points.

Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von schematischen Figuren näher erläutert.

  • 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Untersuchung einer Fläche gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine erste perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 zeigt eine zweite perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
  • 4 zeigt eine dritte perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic figures.
  • 1 shows a schematic diagram of a device for examining a surface according to an embodiment of the invention;
  • 2 shows a first perspective view of a device according to an embodiment of the invention;
  • 3 shows a second perspective view of a device according to an embodiment of the invention and
  • 4 shows a third perspective view of a device according to an embodiment of the invention.

1 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 zur Untersuchung einer Fläche 100. Bei der Fläche 100 handelt es sich beispielsweise um eine Wand eines Gebäudes, die in der Darstellung gemäß 1 in einer geschnittenen Draufsicht gezeigt ist. Die Fläche 100 soll mittels der Vorrichtung 1 untersucht werden. Dabei soll insbesondere untersucht werden, ob die Fläche 100 eben ausgebildet ist. 1 shows a schematic diagram of a device 1 for examining a surface 100. The surface 100 is, for example, a wall of a building, which is shown in FIG 1 is shown in a sectional plan view. The area 100 is to be examined using the device 1 . In particular, it should be examined whether the surface 100 is flat.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste Laserquelle 2 zur Erzeugung eines ersten Laserstrahls 3 sowie eine zweite Laserquelle 4 zur Erzeugung eines zweiten Laserstrahls 5. Die Laserquellen 2, 4 sind um eine gemeinsame Achse L drehbar angeordnet und um eine Strecke A voneinander entfernt.The device 1 comprises a first laser source 2 for generating a first laser beam 3 and a second laser source 4 for generating a second laser beam 5. The laser sources 2, 4 are arranged such that they can rotate about a common axis L and are spaced apart by a distance A.

Die Vorrichtung 1 umfasst ferner für jede Laserquelle 2, 4 eine Vorrichtung 6, 8 zum Ausrichten des jeweiligen Laserstrahls sowie eine Einrichtung 7, 9 zur Bestimmung der Ausrichtung des jeweiligen Laserstrahls. Dabei kann es sich bei den Vorrichtungen 6, 8 zum Ausrichten des Laserstrahls beispielsweise um Schrittmotoren handeln. Bei den Einrichtungen 7, 9 zur Bestimmung der Ausrichtung der Laserstrahlen kann es sich beispielsweise um Winkelmesser handeln.The device 1 also comprises, for each laser source 2, 4, a device 6, 8 for aligning the respective laser beam and a device device 7, 9 to determine the orientation of the respective laser beam. The devices 6, 8 for aligning the laser beam can be stepping motors, for example. The devices 7, 9 for determining the alignment of the laser beams can be protractors, for example.

Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Recheneinheit 10 auf, die über Signalleitungen 11, 12 mit den Laserquellen 2, 4 sowie mit den Vorrichtungen 6, 8 zum Ausrichten der Laserstrahlen sowie mit den Einrichtungen 7, 9 zur Bestimmung der Ausrichtung der Laserstrahlen verbunden ist. Die Recheneinheit 10 hat die Aufgabe, die Laserquellen 2, 4 selbst anzusteuern. Ferner hat sie die Aufgabe, die Vorrichtungen 6, 8 zum Ausrichten der Laserstrahlen anzusteuern, die beispielsweise als Schrittmotoren ausgebildet sind. Ferner erhält die Recheneinheit 10 Messsignale von den Einrichtungen 7, 9 zur Bestimmung der Ausrichtung der Laserstrahlen. Ferner kann die Recheneinheit 10 Informationen über den Abstand A der Laserquellen 2, 4 erhalten, falls dieser nicht fest voreingestellt ist.The device 1 also has a computing unit 10 which is connected via signal lines 11, 12 to the laser sources 2, 4 and to the devices 6, 8 for aligning the laser beams and to the devices 7, 9 for determining the alignment of the laser beams. The processing unit 10 has the task of controlling the laser sources 2, 4 itself. It also has the task of controlling the devices 6, 8 for aligning the laser beams, which are designed, for example, as stepping motors. Furthermore, the computing unit 10 receives measurement signals from the devices 7, 9 for determining the alignment of the laser beams. Furthermore, the computing unit 10 can receive information about the distance A between the laser sources 2, 4 if this is not permanently preset.

In der in 1 gezeigten Situation sind beide Laserquellen 2, 4 auf den Referenzpunkt R1 auf der Fläche 100 ausgerichtet, sodass sich der erste Laserstrahl 3 und der zweite Laserstrahl 4 im Punkt R1 auf der Fläche 100 treffen. Die Recheneinheit 10 kann in diesem Fall aus den ihr vorliegenden Informationen über die Ausrichtung der Laserstrahlen 3, 5, d.h. ihre Raumwinkel α1 und α2, die hier lediglich zweidimensional dargestellt sind, sowie die Strecke A mittels einer Triangulation die Position des Referenzpunktes R1 im Raum bestimmen.in the in 1 In the situation shown, both laser sources 2 , 4 are aligned with reference point R 1 on surface 100 , so that first laser beam 3 and second laser beam 4 meet at point R 1 on surface 100 . In this case, the computing unit 10 can determine the position of the reference point R 1 determine in space.

Die Positionsbestimmung kann anschließend für weitere Referenzpunkte, in der gezeigten Ausführungsform R2 und R3, durchgeführt werden. Falls drei Referenzpunkte verwendet werden, so liegen diese typischerweise - anders als in 1 gezeigt - nicht in einer Linie, sondern spannen ein Dreieck und somit eine Referenzebene auf, die in 1 als Referenzfläche 100' bezeichnet ist.The position can then be determined for further reference points, in the embodiment shown R 2 and R 3 . If three reference points are used, they are typically - unlike in 1 shown - not in a line, but spanning a triangle and thus a reference plane that 1 referred to as reference surface 100'.

Wenn die Positionen der Referenzpunkte R1 bis R3 im Raum bekannt sind und somit die Referenzfläche 100' bekannt ist, wird die Vorrichtung 1 auf diese Referenzfläche 100' kalibriert. Im Folgenden kann dann einer der Laserstrahlen, beispielsweise der erste Laserstrahl 3, auf einen Punkt P gerichtet werden. Durch die Kalibrierung steuert die Recheneinheit die Vorrichtung 7 der zweiten Laserquelle 4 derart an, dass der zweite Laserstrahl 5 ebenfalls auf den Punkt P gerichtet wird, falls P auf der Referenzfläche 100' liegt.If the positions of the reference points R 1 to R 3 in space are known and thus the reference surface 100' is known, the device 1 is calibrated to this reference surface 100'. One of the laser beams, for example the first laser beam 3, can then be directed to a point P below. Through the calibration, the computing unit controls the device 7 of the second laser source 4 in such a way that the second laser beam 5 is also directed to the point P if P lies on the reference surface 100′.

Falls jedoch P nicht auf der Referenzfläche 100' liegt, die zu untersuchende Fläche 100 demnach im Punkt P von der Referenzfläche 100' abweicht, treffen sich die Laserstrahlen 3 und 5 nicht im Punkt P. Dieser Fall ist in 1 dargestellt. Im Punkt P weicht die Fläche 100 von der Referenzfläche 100' ab und liegt vor dieser. Der zweite Laserstrahl 5 trifft somit nicht im Punkt P, sondern im Punkt P' auf die Fläche 100. Der Punkt P' hat einen Abstand b von dem Punkt P. Für den Benutzer sind somit zwei nebeneinander liegende Laserpunkte auf der Fläche 100 sichtbar. Für den Benutzer ist auf einfache Weise feststellbar, welcher Art die Abweichung ist: Hält er eine Hand oder ein Papier vor die Fläche 100, so vergrößert sich der Abstand b zwischen den Laserpunkten. Daraus kann er schließen, dass die Referenzfläche 100' hinter der Fläche 100 liegt, die Fläche 100 somit zu weit vorsteht, also eine Korrektur durch einen Materialabtrag, in diesem Fall um die Dicke d, möglich sein könnte.However, if P does not lie on the reference surface 100', and the surface 100 to be examined therefore deviates from the reference surface 100' at point P, the laser beams 3 and 5 do not meet at point P. This case is in 1 shown. At point P, the surface 100 deviates from the reference surface 100' and lies in front of it. The second laser beam 5 therefore does not hit the surface 100 at the point P, but at the point P′. The user can easily determine the nature of the deviation: If he holds a hand or a piece of paper in front of the surface 100, the distance b between the laser points increases. From this he can conclude that the reference surface 100′ lies behind the surface 100, the surface 100 therefore protrudes too far, ie a correction by removing material, in this case by the thickness d, could be possible.

Im umgekehrten Fall, in dem sich der Abstand b zwischen den Laserpunkten auf einer davorgehaltenen Hand verkleinert, würde die Fläche 100 zu weit zurückspringen und eine Korrektur wäre gegebenenfalls durch einen Materialauftrag vorzunehmen.In the opposite case, in which the distance b between the laser points on a hand held in front of it decreases, the surface 100 would recede too far and a correction might have to be made by applying material.

Die 2, 3 und 4 zeigen verschiedene perspektivische Ansichten einer Vorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.the 2 , 3 and 4 12 show different perspective views of a device 1 according to an embodiment of the invention.

Die Vorrichtung 1 weist in der gezeigten Ausführungsform zwei in einem Gehäuse 13 angeordnete Laserquellen 2, 4 auf, die insbesondere Laserdioden aufweisen können. Die Laserquellen 2, 4 sind auf einer gemeinsamen Welle 14, die der Achse L entspricht, drehbar gelagert. Zum Drehen der Welle 14 ist ein Schrittmotor 15 vorgesehen. Über den Schrittmotor 15 oder einen separaten, nicht gezeigten Winkelaufnehmer wird der Drehwinkel der Welle 14 erfasst.In the embodiment shown, the device 1 has two laser sources 2, 4 which are arranged in a housing 13 and which can have laser diodes in particular. The laser sources 2, 4 are rotatably mounted on a common shaft 14, which corresponds to the L axis. A stepping motor 15 is provided for rotating the shaft 14 . The angle of rotation of the shaft 14 is detected via the stepper motor 15 or a separate angle sensor (not shown).

An der Welle 14 sind die Laserquellen 2, 4 jeweils in einer Halterung 18, 19 aufgenommen und um eine Achse I drehbar gelagert. Zur Drehung um die Achse I ist jeder Laserquelle 2, 4 ein Schrittmotor 16, 17 zugeordnet. Über den Schrittmotor 16, 17 oder einen separaten, nicht gezeigten Winkelaufnehmer wird der Drehwinkel um die Achse I erfasst. Die Winkel α1 und α2 setzen sich zusammen aus den Drehwinkeln um die Achse L und um die Achse I. Sind diese bekannt, so ist die Ausrichtung der Laserquellen 2, 4 bekannt.The laser sources 2, 4 are each accommodated in a holder 18, 19 on the shaft 14 and are mounted so as to be rotatable about an axis I. Each laser source 2, 4 is assigned a stepper motor 16, 17 for rotation about the axis I. The angle of rotation about the axis I is detected via the stepper motor 16, 17 or a separate angle sensor (not shown). The angles α 1 and α 2 are made up of the angles of rotation around the axis L and around the axis I. If these are known, then the alignment of the laser sources 2, 4 is known.

In nicht gezeigten Ausführungsformen kann zusätzlich oder alternativ auch eine Drehung um eine andere Achse vorgesehen sein. Die gezeigte Ausführungsform hat jedoch den Vorteil, dass sie konstruktiv besonders einfach und robust ist und dennoch ausreichende Freiheitsgrade zur Untersuchung einer Fläche aufweist.In embodiments that are not shown, a rotation about another axis can also be provided in addition or as an alternative. However, the embodiment shown has the advantage that it is structurally particularly simple and robust and still has sufficient degrees of freedom for examining a surface.

Claims (8)

Vorrichtung (1) zur Untersuchung einer Fläche (100), die Folgendes aufweist: - eine erste Laserquelle (2) zur Bereitstellung zumindest eines ersten Laserstrahls (3), wobei die erste Laserquelle (2) eine Vorrichtung zum Ausrichten des ersten Laserstrahls (3) sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des ersten Laserstrahls (3) aufweist; - eine zweite Laserquelle (4) zur Bereitstellung zumindest eines zweiten Laserstrahls (5), wobei die zweite Laserquelle (4) eine Vorrichtung zum Ausrichten des zweiten Laserstrahls (5) sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Ausrichtung des zweiten Laserstrahls (5) aufweist; - eine Recheneinheit (10) zur Auswertung der Ausrichtungen des ersten und des zweiten Laserstrahls (3, 5), wobei die erste Laserquelle (2) und die zweite Laserquelle (4) um einen definierten Abstand (A) voneinander entfernt angeordnet sind, wobei die Recheneinheit (10) Mittel aufweist zur Ermittlung der Lage einer zumindest einen Referenzpunkt enthaltenden Referenzfläche (100') aus der Ausrichtung des ersten und des zweiten Laserstrahls (3, 5) für jeden Referenzpunkt und dem Abstand (A) zwischen den Laserquellen (2, 4), und wobei die Vorrichtung zum Ausrichten des zweiten Laserstrahls (5) durch die Recheneinheit (10) ansteuerbar ausgebildet ist und die Recheneinheit (10) Mittel aufweist zum Kalibrieren der ersten und zweiten Laserquelle (2, 4) derart, dass, wenn der erste Laserstrahl (3) auf einen Punkt in der Referenzfläche (100') ausgerichtet wird, der zweite Laserstrahl (5) automatisch auf denselben Punkt ausgerichtet wird.Device (1) for examining a surface (100), comprising: - A first laser source (2) for providing at least one first laser beam (3), the first laser source (2) having a device for aligning the first laser beam (3) and a device for determining the alignment of the first laser beam (3); - A second laser source (4) for providing at least one second laser beam (5), the second laser source (4) having a device for aligning the second laser beam (5) and a device for determining the alignment of the second laser beam (5); - a computing unit (10) for evaluating the alignments of the first and second laser beams (3, 5), wherein the first laser source (2) and the second laser source (4) are arranged at a defined distance (A) from one another, wherein the computing unit (10) has means for determining the position of a reference surface (100') containing at least one reference point from the alignment of the first and the second laser beam (3, 5) for each reference point and the distance (A) between the laser sources (2 , 4), and wherein the device for aligning the second laser beam (5) is designed to be controllable by the computing unit (10) and the computing unit (10) has means for calibrating the first and second laser sources (2, 4) such that, if the first laser beam (3) is aimed at a point in the reference surface (100'), the second laser beam (5) is automatically aimed at the same point. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Laserquellen (2, 4) um eine gemeinsame Achse (L) drehbar angeordnet sind.Device (1) after claim 1 , wherein the laser sources (2, 4) are arranged to be rotatable about a common axis (L). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, die ferner Schrittmotoren (15, 16, 17) zum Ausrichten der Laserquellen (2, 4) aufweist.Device (1) after claim 1 or 2 , which further comprises stepping motors (15, 16, 17) for aligning the laser sources (2, 4). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstand (A) zwischen den Laserquellen (2, 4) veränderbar ist.Device (1) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the distance (A) between the laser sources (2, 4) is variable. Verfahren zur Untersuchung einer Fläche (100), das Folgendes aufweist: - Bereitstellung zumindest eines ersten Laserstrahls (3) aus einer ersten Laserquelle (2) und eines zweiten Laserstrahls (5) aus einer zweiten Laserquelle (4), wobei die Laserquellen (2, 4) einen definierten Abstand (A) voneinander aufweisen; - Ausrichten der Laserstrahlen (3, 5) auf zumindest einen Referenzpunkt der zu untersuchenden Fläche (100) unter Bestimmen der Ausrichtung des ersten und des zweiten Laserstrahls (3, 5); - Ermitteln, aus der Ausrichtung des ersten und des zweiten Laserstrahls (3, 5) für jeden Referenzpunkt und dem Abstand (A) zwischen den Laserquellen (2, 4), der Lage einer die Referenzpunkte enthaltenden Referenzfläche (100'); - Kalibrieren der ersten und zweiten Laserquelle (2, 4) derart, dass, wenn der erste Laserstrahl (3) auf einen Punkt in der Referenzfläche (100') ausgerichtet wird, der zweite Laserstrahl (5) automatisch auf denselben Punkt ausgerichtet wird; - Überprüfen, ob Messpunkte der zu untersuchenden Fläche (100) in der Referenzfläche (100') liegen, durch Ausrichten des ersten Laserstrahls (3) auf die Messpunkte und Prüfen, ob auch der zweite Laserstrahl (5) anhand der Kalibration auf den Messpunkt ausgerichtet wird.A method for examining an area (100), comprising: - Provision of at least a first laser beam (3) from a first laser source (2) and a second laser beam (5) from a second laser source (4), the laser sources (2, 4) having a defined distance (A) from one another; - Aligning the laser beams (3, 5) to at least one reference point of the surface to be examined (100) while determining the alignment of the first and the second laser beam (3, 5); - determining, from the alignment of the first and the second laser beam (3, 5) for each reference point and the distance (A) between the laser sources (2, 4), the position of a reference surface (100') containing the reference points; - calibrating the first and second laser sources (2, 4) such that when the first laser beam (3) is aimed at a point in the reference surface (100'), the second laser beam (5) is automatically aimed at the same point; - Check whether the measurement points of the surface (100) to be examined are in the reference surface (100') by aligning the first laser beam (3) to the measurement points and checking whether the second laser beam (5) is also aligned to the measurement point based on the calibration becomes. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren ferner die Ermittlung einer Korrektur für die zu untersuchende Fläche (100) an einem Messpunkt umfasst, falls der zweite Laserstrahl (5) anhand der Kalibration nicht auf den Messpunkt ausgerichtet wird, wobei die Korrektur dadurch ermittelt wird, dass der zweite Laserstrahl (5) nachkorrigiert wird, um auf den Messpunkt ausgerichtet zu sein, und die Nachkorrektur zur Ermittlung der Korrektur erfasst wird.procedure after claim 5 , The method further comprising determining a correction for the area to be examined (100) at a measuring point if the second laser beam (5) is not aligned to the measuring point on the basis of the calibration, the correction being determined in that the second laser beam (5) Post-corrected to be aligned with the measurement point, and the post-correction is captured to determine the correction. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei mindestens drei Referenzpunkte zur Ermittlung der Lage der Referenzfläche (100') verwendet werden.procedure after claim 5 or 6 , wherein at least three reference points are used to determine the position of the reference surface (100 '). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei zur Ermittlung der Lage der Referenzfläche (100') zusätzlich Informationen aus einem Konstruktionsplan verwendet werden.Procedure according to one of Claims 5 until 7 , wherein additional information from a construction plan is used to determine the position of the reference surface (100').
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