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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie eines Koordinatenmessgeräts sowie ein Computerprogramm.
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Koordinatenmessgeräte dienen der Vermessung von Mess- bzw. Prüfobjekten, beispielsweise um eine Qualitätskontrolle durchzuführen. Bekannt sind optische und taktile Verfahren zur Vermessung. Bei einer solchen Vermessung werden Messpunkte erzeugt, die z.B. Oberflächenpunkte des Messobjekts repräsentieren.
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Zur Generierung von Messpunkten wird ein Sensor des Koordinatenmessgeräts entlang einer sogenannten Messtrajektorie oder Scanning-Bahn bewegt, wobei die Messpunkte bei der Bewegung entlang der Messtrajektorie erzeugt werden. Es existiert eine Vielzahl von Verfahren zur Planung von Messtrajektorien, die auch als Bahnplanungsverfahren bekannt sind. Problematisch ist, dass Hindernisse im Messvolumen vorhanden sein können.
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Zum einen existieren sogenannte mechanische oder physische Hindernisse. Mit diesen Hindernissen kann es zu einer Kollision kommen, wenn ein Teil des Koordinatenmessgeräts in unerwünschter Weise in mechanischen Kontakt mit dem Hindernis kommt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine Störkontur des Koordinatenmessgeräts mit im Messvolumen befindlichen Objekten in Kontakt kommt.
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Werden zur Erzeugung von Messpunkten optische Verfahren angewendet, so können optische Hindernisse vorhanden sein. Diese können dazu führen, dass ein Strahlengang, der zur optischen Vermessung genutzt wird, durch im Messvolumen befindliche Objekte verdeckt ist, wodurch dann keine zuverlässige optische Erfassung mehr möglich ist.
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Ein Ansatz zur Erzeugung von hindernisfreien Messtrajektorien war bisher eine nutzerbasierte Bahnplanung. Hierbei erstellte ein Nutzer in einer Simulationsumgebung durch manuelle Eingabe eine Messtrajektorie, die gewünschte Qualitätskriterien erfüllte. Dieses Verfahren ist jedoch extrem zeitaufwendig.
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Weiter bekannt sind automatisierte Verfahren zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie. So zeigt das Video, welches unter https://www.youtube.com/watch?v=WTSU1nPC-S4 abrufbar ist, eine Bahnplanung in einer Simulationsumgebung, bei der vom Nutzer vorgegebene Messpunkte vorgegeben werden und bei der die entsprechende Messtrajektorie unter Berücksichtigung von Hindernissen bestimmt wird.
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Die
DE 10 2018 105 709 A1 offenbart ein Verfahren zur Untersuchung eines Werkstücks mittels Computertomografie umfassend zumindest die folgenden Schritte: Aufnahme zumindest eines ersten Satzes mehrerer Durchstrahlungsbilder des auf einem Drehtisch angeordneten Werkstücks in mehreren Drehstellungen (Drehschritte) relativ zu einer Strahlungsquelle und einem Detektor, Rekonstruktion eines Voxelvolumens, welches Voxel mit zugeordneten Voxelgrauwerten aufweist, aus den Durchstrahlungsbildern, wobei zur Aufnahme eines ersten Satzes von Durchstrahlungsbildern der Abstand zwischen Werkstück und Quelle:- für zumindest einige erste Drehstellungen geringer eingestellt wird als für einige zweite Drehstellungen, und- für sämtliche Drehstellungen so eingestellt wird, dass eine Kollision zwischen Detektor und Werkstück vermieden wird, indem unter Berücksichtigung der Werkstückabmessungen und der jeweiligen Drehstellung der Drehtisch zusammen mit dem Werkstück relativ zum Drehtisch und die Quelle oder die Quelle und der Detektor relativ zumindest aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt werden.
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Die
DE 198 05 155 A1 offenbart die Integration von 2D- und 3D-CAD-Techniken in ein KMG- Steuerprogramm wobei diese CAD-Techniken sowohl das Steuern von KMGs und das Programmieren von KMG-Meßabläufen direkt im Online- Betrieb als auch das Programmieren von KMG-Meßabläufen im Offline-Betrieb erlauben.
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Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie eines Koordinatenmessgeräts sowie ein Computerprogramm zu schaffen, die eine einfache, zeitlich schnelle und wenig Rechenaufwand erfordernde Planung ermöglichen, wobei gleichzeitig gewährleistet wird, dass die Vermessung des Messobjekts bei einer Bewegung entlang der geplanten Messtrajektorie nicht durch mechanische und/oder optische Hindernisse behindert wird.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie eines Koordinatenmessgeräts. Das Verfahren kann insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren sein, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Bei der Planung werden Messpunkte einer Messtrajektorie bestimmt bzw. festgelegt, wobei dieses Festlegen vor dem eigentlichen Messbetrieb des Koordinatenmessgeräts erfolgt. Im Messbetrieb wird dann das Koordinatenmessgerät, insbesondere ein Sensor des Koordinatenmessgeräts, derart bewegt, dass eine Koordinatenmessung an den festgelegten Messpunkten erfolgt.
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Das Verfahren kann hierbei in einer Simulationsumgebung, also einer virtuellen Umgebung, durchgeführt werden. Diese Simulationsumgebung kann durch eine Recheneinrichtung bereitgestellt werden, wobei die Recheneinrichtung die erforderlichen Schritte des Verfahrens durchführen kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens kann ein virtuelles Modell des Koordinatenmessgeräts bekannt sein. Dieses virtuelle Modell kann insbesondere ein kinematisches Modell sein oder umfassen. Weiter kann das virtuelle Modell des Koordinatenmessgeräts für jede Konfiguration des Messgeräts die Bestimmung der Lage einer Störkontur, beispielsweise einer Außenkontur, des Koordinatenmessgeräts ermöglichen. Eine Konfiguration des Koordinatenmessgeräts beschreibt oder repräsentiert hierbei einen stationären kinematischen Zustand des Koordinatenmessgeräts. Umfasst das Koordinatenmessgerät z.B. bewegliche Teile, die um oder entlang mindestens einer Achse beweglich sind, so kann eine Konfiguration eine (Dreh-)Lage bezogen auf diese Achse beschreiben. Umfasst das Koordinatenmessgerät bewegliche Teile, die um oder entlang mehrerer Achsen beweglich sind, so kann die Konfiguration die (Dreh-)Lagen bezogen auf alle diese Achse beschreiben.
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Ist eine Konfiguration des Koordinatenmessgeräts bekannt, so kann auch eine Position und Orientierung (POSE) eines Sensors des Koordinatenmessgeräts bestimmt werden, insbesondere durch eine sogenannte Vorwärtsrechnung auf Basis eines kinematischen Modells des Koordinatenmessgeräts. Hierdurch kann also eine Raumlage in Form von Koordinaten des Sensors als auch eine Orientierung, beispielsweise eine Antastrichtung, des Sensors bestimmt werden. Ist der Sensor ein taktiler Sensor mit einer Tastkugel, so kann beispielsweise eine Raumlage eines Kugelmittelpunkts der Tastkugel bestimmt werden. Ist der Sensor ein optischer Sensor, so kann beispielsweise eine Raumlage eines Referenzpunkts des optischen Sensors bestimmt werden.
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Umgekehrt kann durch eine sogenannte Rückwärtsrechnung in Abhängigkeit einer Raumlage des Sensors eine entsprechende Konfiguration des Koordinatenmessgeräts bestimmt werden. Entsprechende Verfahren der Vorwärts- und Rückwärtsrechnung sind dem Fachmann bekannt.
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Die Lage oder Raumlage, die auch als Pose bezeichnet werden kann, ist eine Position und/oder eine Orientierung in einem Koordinatensystem, insbesondere in einem Referenzkoordinatensystem der Simulationsumgebung. Das virtuelle Modell kann insbesondere ein CAD-Modell des Koordinatenmessgeräts sein oder auf einem CAD-Modell des Koordinatenmessgeräts beruhen.
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Weiter können zur Durchführung des Verfahrens virtuelle Modelle von im Messvolumen angeordneten Objekten, insbesondere des Messobjekts und/oder von mindestens einem weiteren und vom Messobjekt verschiedenen Fremdobjekt, sowie deren Lage im Referenzkoordinatensystem bekannt sein. Auch diese können CAD-basiert sein. Insbesondere ermöglichen diese virtuellen Modelle der weiteren Objekte die Bestimmung der Lage einer Störkontur, beispielsweise einer Außenkontur, dieser weiteren Objekte im Messvolumen.
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Durch das Verfahren zur Planung der hindernisfreien Messtrajektorie können insbesondere Posen des Sensors bestimmt werden, die auf der Messtrajektorie liegen und dann im Messbetrieb durch eine entsprechende Bewegung des Koordinatenmessgeräts sequenziell einzustellen sind. Weiter können im Verfahren zur Planung auch Bewegungsparameter wie eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung bzw. deren Verläufe bei der Bewegung entlang der Messtrajektorie festgelegt werden.
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In dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine Ursprungsmesstrajektorie bestimmt. Diese Ursprungsmesstrajektorie kann eine Anzahl von Sensorposen umfassen bzw. durch eine Anzahl von Sensorposen festgelegt sein, wobei durch jede Sensorpose eine Pose des Sensors festgelegt ist.
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Es ist möglich, dass die Ursprungstrajektorie bestimmt wird, indem eine Anzahl von Messpunkten festgelegt wird und für diese Messpunkte entsprechende Posen des Sensors bestimmt werden. Zwischen zwei entlang der Messtrajektorie benachbarten und derart festgelegten Sensorposen kann ein Segment der Ursprungsmesstrajektorie angeordnet sein. Zwischenposen auf der Messtrajektorie, also Sensorposen in einem solchen Segment, können durch den Fachmann bekannte Verfahren, z.B. Interpolationsverfahren, bestimmt werden.
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Die Ursprungsmesstrajektorie kann eine nicht-hindernisfrei geplante Messtrajektorie sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Ursprungstrajektorie ohne Berücksichtigung von Hindernissen geplant wird. Mit anderen Worten kann die Ursprungsmesstrajektorie unter der Annahme geplant werden, dass keine Kollisionen auftreten, insbesondere unter der Annahme, dass keine Fremdobjekte im Messvolumen angeordnet sind. Beispielsweise können so Verfahren zur Planung einer optimalen Messtrajektorie zur Vermessung eines Messobjekts durchgeführt werden, um die Ursprungsmesstrajektorie zu bestimmen. Solche Verfahren sind dem Fachmann bekannt, z.B. werden diese im Rahmen der Ausführung der Zeiss Caligo Universal-Messsoftware der Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH bereitgestellt.
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Die Ursprungsmesstrajektorie kann z.B. derart bestimmt werden, dass eine hinsichtlich mindestens eines Kriteriums optimierte Messwertqualität und/oder eine maximale Abdeckung des zu vermessenden Objekts gewährleistet ist.
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Insbesondere ist es möglich, dass die Ursprungsmesstrajektorie auch in der vorhergehend erläuterten Simulationsumgebung geplant wird, wobei jedoch bei der Planung nur das Modell des Koordinatenmessgeräts und das Modell des Messobjekts oder aber ein Modell des zu vermessenden Bereichs des Messobjekt (und somit nicht des gesamten Messobjekts), nicht aber Modelle von Fremdobjekten im Messvolumen berücksichtigt werden. Wird zur Planung nur das Modell des zu vermessenden Bereichs des Messobjekts berücksichtigt, so können zur Planung der hindernisfreien Messtrajektorie mindestens einer der verbleibenden, also nicht zu vermessenden Bereiche des Messobjekts, als Fremdobjekt berücksichtigt werden.
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Die Bestimmung der Ursprungsmesstrajektorie kann hierbei in einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgen.
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Weiter werden in dem vorgeschlagenen Verfahren alle kompakten Hindernisse entlang der Ursprungsmesstrajektorie bestimmt. Ein kompaktes Hindernis versperrt hierbei durchgehend einen Abschnitt zwischen zwei Sensorposen entlang der Ursprungsmesstrajektorie.
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Dies kann bedeuten, dass keine der Sensorposen dieses Abschnitts hindernisfrei ist.
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Anschaulich gesprochen wird der Sensor des Koordinatenmessgeräts in jeder Sensorpose dieses Abschnitts der Ursprungsmesstrajektorie mit einem Hindernis kollidieren. Wichtig ist, dass diese Sensorposen solche Posen sind, die durch die Ursprungsmesstrajektorie festgelegt wurden/sind. Wie vorhergehend erläutert, können solche Sensorposen z.B. durch Interpolation bestimmt werden. Dies schließt aber nicht aus, dass abweichende Sensorposen, in denen der Sensor das gleiche oder ein ähnliches Messergebnis erzeugt, hindernisfrei sein können. Diese abweichenden Sensorposen sind jedoch keine Sensorposen auf der Ursprungsmesstrajektorie.
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Die Bestimmung aller kompakten Hindernisse kann hierbei in einem zweiten Schritt des vorgeschlagenen Verfahrens erfolgen.
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Weiter wird für jedes kompakte Hindernis eine Hinderniseintrittspose auf der Ursprungsmesstrajektorie und eine Hindernisaustrittspose auf der Ursprungsmesstrajektorie bestimmt. Hierbei bezeichnet eine Hinderniseintrittspose die entlang und auf der Ursprungsmesstrajektorie letzte Pose des Sensors, die hindernisfrei ist, für die also noch keine Kollision auftritt.
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Weiter kann zwischen zwei benachbarten Sensorposen der Ursprungsmesstrajektorie ein vorbestimmter Mindestabstand vorhanden sein. In diesem Fall ist also die mit diesem Mindestabstand entlang der Ursprungsmesstrajektorie auf die Hinderniseintrittspose folgenden Sensorpose hindernisbehaftet.
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Entsprechend bezeichnet die Hindernisaustrittspose die bei einem Verlauf entlang der Ursprungsmesstrajektorie erste Sensorpose nach dem kompakten Hindernis, die hindernisfrei ist. In diesem Fall kann also eine mit vorbestimmtem Mindestabstand entlang der Ursprungsmesstrajektorie vor der Hindernisaustrittspose liegende Sensorpose hindernisbehaftet sein.
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Die Bestimmung der Hinderniseintritts- und Hindernisaustrittsposen auf der Ursprungsmesstrajektorie kann hierbei ebenfalls im zweiten Schritt des Verfahrens erfolgen.
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Weiter wird, insbesondere in einem dritten Schritt, für jedes kompakte Hindernis mindestens eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie bestimmt bzw. geprüft, ob eine solche für das kompakte Hindernis existiert. Die hindernisfreie alternative Messtrajektorie kann dann einen hindernisfreien Ersatzabschnitt oder einen Teil eines solchen Ersatzabschnitts bilden, wobei dieser Ersatzabschnitt einen Abschnitt der Ursprungsmesstrajektorie ersetzt. Hierbei kann der ersetzte Abschnitt ein Teil eines ursprünglichen Segments, genau ein Segment, mehrere Segmente oder mindestens ein Segment und einen Teil eines weiteren Segments umfassen. Für die durch die mindestens eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie festgelegten Sensorposen tritt keine Kollision mit einem Hindernis auf. Die hindernisfreie alternative Messtrajektorie weicht von der Ursprungsmesstrajektorie ab, mit anderen Worten liegen die Sensorposen auf der hindernisfreien alternativen Messtrajektorie nicht auf der Ursprungsmesstrajektorie.
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Vorzugsweise wird die hindernisfreie alternative Messtrajektorie derart bestimmt, dass die Qualität der Messwerte nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Qualität der Messwerte abweicht, die bei der Bewegung entlang des ersetzten Abschnitts der Ursprungstrajektorie erreicht wird. Zur Bewertung der Qualität können dem Fachmann bekannte Verfahren verwendet werden. Alternativ oder kumulativ wird die hindernisfreie alternative Messtrajektorie derart bestimmt, dass die Abdeckung des Messobjekts durch die Messwerte, die der Sensor bei der Bewegung entlang des Ersatzabschnitts erreicht, nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß von der Abdeckung abweicht, die bei der Bewegung entlang des ersetzten Abschnitts der Ursprungstrajektorie erreicht wird.
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Weiter alternativ oder kumulativ wird die hindernisfreie alternative Messtrajektorie derart bestimmt, dass die zur Bewegung des Sensors entlang der gesamten Messtrajektorie benötigte Zeit minimiert wird.
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Hierbei wird in einer ersten Alternative der erläuterte hindernisfreie Ersatzabschnitt der Ursprungsmesstrajektorie zwischen der Hinderniseintrittspose und der Hindernisaustrittspose aus der mindestens einen alternativen Messtrajektorie bestimmt, falls diese mindestens eine alternative Messtrajektorie eine hindernisfreie Verbindung zwischen der Hinderniseintrittspose und der Hindernisaustrittspose ermöglicht.
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Eine Messtrajektorie umfasst hierbei Messposen, also Sensorposen, in denen im Messbetrieb ein entsprechender Messwert durch den Sensor erzeugt wird. Dies bedeutet, dass auch die Sensorposen der hindernisfreien alternativen Messtrajektorie im Messbetrieb zur Erzeugung von Messwerten dienen.
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Mit anderen Worten wird in dieser ersten Alternative ein hindernisbehafteter Abschnitt der Ursprungsmesstrajektorie durch eine hindernisfreie, alternative Messtrajektorie ersetzt, falls eine solche Ersetzung unter der Bedingung, dass weiterhin sinnvolle Messwerte erzeugt werden, möglich ist.
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In einer zweiten Alternative wird ein hindernisfreier Ersatzabschnitt der Ursprungsmesstrajektorie zwischen der Hinderniseintrittspose und der Hindernisaustrittspose aus der mindestens einen alternativen Messtrajektorie und mindestens einer hindernisfreien Umfahrtrajektorie bestimmt, wobei die hindernisfreie Umfahrtrajektorie die Hinderniseintritts- oder die Hindernisaustrittspose mit einer hindernisfreien alternativen Messtrajektorie oder zwei hindernisfreie alternative Messtrajektorien verbindet. So ist es beispielsweise möglich, dass eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie die Hinderniseintrittspose mit einer Zwischenpose verbindet, wobei diese Zwischenpose hindernisfrei ist, jedoch keine hindernisfreie alternative Messtrajektorie zur Verbindung der Zwischenpose mit der Hindernisaustrittspose gefunden werden kann. Dann kann diese Zwischenpose über die hindernisfreie Umfahrtrajektorie mit der Hindernisaustrittspose verbunden werden.
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Die Zwischenpose bezeichnet hierbei eine Sensorpose, die nicht auf der ursprünglichen Messtrajektorie liegt. Allerdings ist es möglich, dass die Position einer Zwischenpose einer Position auf der ursprünglichen Messtrajektorie entspricht oder eine Orientierung der Zwischenpose der Orientierung auf der ursprünglichen Messtrajektorie entspricht. Die Zwischenpose kann hierbei derart bestimmt werden, dass eine Position zwischen den Positionen der Hinderniseintritts- und Hindernisaustrittspose und/oder eine Orientierung zwischen den Orientierungen der Hinderniseintritts- und Hindernisaustrittspose liegt. Weiter kann die Zwischenpose mittels eines nachfolgend noch näher erläuterten Optimierungsverfahren bestimmt werden.
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Weiter ist es möglich, dass die Hinderniseintrittspose über eine erste alternative hindernisfreie Messtrajektorie mit einer ersten Zwischenpose und die Hindernisaustrittspose über eine zweite alternative hindernisfreie Messtrajektorie mit einer zweiten Zwischenpose verbunden werden kann, wobei eine Verbindung zwischen den zwei Zwischenposen über eine alternative Messtrajektorie nicht möglich ist. Dann können die beiden Zwischenposen über die Umfahrtrajektorie verbunden werden.
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Auch ist möglich, dass der Hindernisaustrittspose über eine alternative hindernisfreie Messtrajektorie mit einer Zwischenpose verbunden werden kann, wobei jedoch keine Verbindung der Hinderniseintrittspose mit dieser Zwischenpose über eine alternative hindernisfreie Messtrajektorie möglich ist. Dann kann die Zwischenpose über die Umfahrtrajektorie mit der Hinderniseintrittspose verbunden werden.
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Eine Umfahrtrajektorie umfasst hierbei keine Messposen, also Sensorposen, in denen im Messbetrieb kein entsprechender Messwert durch den Sensor erzeugt wird. Dies bedeutet, dass die Sensorposen einer Umfahrtrajektorie nicht zur Erzeugung von Messwerten dienen.
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Insbesondere kann also den Sensorposen entlang der Umfahrtrajektorie eine Messbetriebsdeaktivierungsinformation zugeordnet werden, um im Messbetrieb bei der Bewegung des Sensors entlang der wie vorgeschlagen geplanten Messtrajektorie genau dann keine Messwerte durch den Sensor zu erzeugen, wenn sich dieser entlang einer Umfahrtrajektorie bewegt.
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Entsprechend kann Sensorposen einer Messtrajektorie eine Messbetriebsaktivierungsinformation zugeordnet sein, sodass im späteren Messbetrieb bei einer Bewegung entlang einer Messtrajektorie Messwerte durch das Koordinatenmessgerät, insbesondere durch den Sensor, erzeugt werden.
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In einer dritten Alternative wird ein hindernisfreier Ersatzabschnitt der Ursprungsmesstrajektorie zwischen der Hinderniseintrittspose und der Hindernisaustrittspose als eine hindernisfreie Umfahrtrajektorie zwischen der Hinderniseintrittspose und der Hindernisaustrittspose bestimmt, falls keine hindernisfreie alternative Messtrajektorie existiert. Insbesondere existieren in diesem Fall also keine Zwischenposen, die über eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie mit der Hinderniseintrittspose und/oder mit der Hindernisaustrittspose verbunden werden können.
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Ergebnis der Bestimmung mindestens einer hindernisfreien alternativen Messtrajektorie kann hierbei sein, dass zwischen der Hinderniseintrittspose und der Hindernisaustrittspose keine hindernisfreie alternative Messtrajektorie existiert. Ein weiteres Ergebnis kann sein, dass die Hinderniseintrittspose und die Hindernisaustrittspose über eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie verbunden werden können. Ein weiteres Ergebnis kann sein, dass die Hinderniseintrittspose über eine erste hindernisfreie alternative Messtrajektorie mit einer Zwischenpose und die Hindernisaustrittspose über eine zweite hindernisfreie alternative Messtrajektorie mit einer weiteren Zwischenpose verbunden werden kann.
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Weiter kann dann der Abschnitt der Ursprungsmesstrajektorie zwischen der Hinderniseintrittspose und der Hindernisaustrittspose, die einem kompakten Hindernis zugeordnet sind, durch den derart bestimmten hindernisfreien Ersatzabschnitt ersetzt werden.
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Die derart bestimmte Messtrajektorie kann somit ausschließlich Messtrajektorienabschnitte oder aber zusätzlich zu Messtrajektorienabschnitten auch mindestens einen Umfahrtrajektorienabschnitt umfassen.
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Die derart bestimmte hindernisfreie Messtrajektorie kann dann zur Steuerung/Regelung eines Messbetriebs des Koordinatenmessgeräts verwendet werden. Insbesondere kann das Koordinatenmessgerät derart gesteuert werden, dass der Sensor des Koordinatenmessgeräts entlang der derart geplanten Messtrajektorie bewegt wird und in Messposen jeweils einen Messwert erzeugt. Umfasst die erfindungsgemäß bestimmte Messtrajektorie Umfahrtrajektorienabschnitte, so kann das Koordinatenmessgerät derart gesteuert werden, dass in Sensorposen entlang solcher Umfahrtrajektorienabschnitte keine Messwerte durch den Sensor erzeugt werden.
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Zusammenfassend besteht das Verfahren aus folgenden Schritten: Erzeugung einer hindernisbehafteten Ursprungsmesstrajektorie; Identifizierung von kompakten Hindernissen; Erzeugung von alternativen Messtrajektorienabschnitten; Erzeugung von Umfahrtrajektorien, wenn notwendig; Erzeugung einer hindernisfreien Messtrajektorie.
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Insbesondere wird im dritten Schritt zuerst in einer lokalen Nachbarschaft um jedes kompakte Hindernis herum eine alternative Messtrajektorie, also eine Trajektorie mit Sensorposen zur Erzeugung von Messwerten, gesucht. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass trotz der Blockierung der Ursprungsmesstrajektorie durch ein Hindernis auch durch die wie erfindungsgemäß vorgeschlagen bestimmte Messtrajektorie die gewünschten Messwerte oder möglichst viele gewünschte Messwerte generiert werden. Erst wenn derartig alternative hindernisfreie Messtrajektorien nicht existieren, kann dann ein für jedes kompakte Hindernis lokaler Umfahrweg generiert werden, der das Hindernis umgeht, wobei in diesem Umfahrweg jedoch keine Messwerte erzeugt werden.
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Insgesamt ergibt sich in vorteilhafter Weise ein einfaches und zeitlich schnell durchführbares Verfahren zur Bestimmung einer hindernisfreien Messtrajektorie. Diese kann zur Steuerung eines Messbetriebs eines Koordinatenmessgeräts dienen. Da eine Vielzahl bekannter Verfahren zur Hindernisdetektion und zur Bahnplanung verwendet werden können, ist das Verfahren auch mit wenig Rechenaufwand und zeitlich schnell durchführbar. Zudem wird eine möglichst hohe Qualität des insgesamt erzeugten Messergebnisses gewährleistet.
Kann für einen Abschnitt der Ursprungsmesstrajektorie kein hindernisfreier Ersatzabschnitt bestimmt werden oder nur ein hindernisfreier Ersatzabschnitt bestimmt werden, der vorbestimmte Kriterien, z.B. bezüglich der Qualität der Messwerte und/oder der Abdeckung und/oder der zur Bewegung benötigten Zeit, nicht erfüllt, so kann das Verfahren abgebrochen werden, wobei keine hindernisfreie Messtrajektorie bestimmt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform werden die kompakten Hindernisse entlang der Ursprungsmesstrajektorie durch ein Verfahren zur rekursiven Trajektorienspaltung bestimmt. Mit anderen Worten können Verfahren zur Hindernisdetektion für einen Abschnitt der Ursprungsmesstrajektorie erneut auf Teile dieses Abschnitts angewendet werden, wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind. Dieses erneute Anwenden kann abgebrochen werden, wenn für den geprüften Abschnitt eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und zeitlich schnelle Detektion bzw. Identifizierung von kompakten Hindernissen entlang der Ursprungsmesstrajektorie.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird für jeden Abschnitt einer Menge von zu prüfenden Abschnitten der Ursprungsmesstrajektorie geprüft, ob der Abschnitt hindernisfrei ist, wobei für jeden hindernisbehafteten Abschnitt geprüft wird, ob dieser
- - ein kompaktes Hindernis ist, also die Abschnitteintrittspose und die Abschnittaustrittspose die vorhergehend erläuterten Bedingungen für ein kompaktes Hindernis erfüllen,
- - Teil eines kompakten Hindernisses ist, oder
- - ein nicht kompaktes Hindernis ist,
wobei weitere Teile des kompakten Hindernisses bestimmt werden, falls der Abschnitt Teil eines kompakten Hindernisses ist, oder wobei der Abschnitt in weitere zu prüfende Abschnitte gespalten wird, falls der Abschnitt ein nicht kompaktes Hindernis ist.
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Ein Abschnitt kann als hindernisbehaftet identifiziert werden, wenn bei einer Bewegung des Sensors entlang der Ursprungsmesstrajektorie eine mechanische oder optische Kollision mit einem Hindernis auftritt. Diese kann durch den Fachmann bekannte Verfahren zur Kollisionsdetektion detektiert werden.
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Zu Beginn der Bestimmung aller kompakten Hindernisse entlang der Ursprungsmesstrajektorie, also zu Beginn der Durchführung des zweiten Schritts, kann die Menge der zu prüfenden Abschnitte die vorhergehend erläuterten Segmente der Ursprungsmesstrajektorie enthalten.
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Wird ein Abschnitt als kompaktes Hindernis identifiziert, so kann er aus der Menge der zu prüfenden Abschnitte entfernt werden. Ebenfalls können Abschnitte aus der zu prüfenden Menge entfernt werden, falls sie Teil eines kompakten Hindernisses sind. In diesem Fall können die Abschnitte einer Teilhindernismenge hinzugefügt werden.
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Die Menge von zu prüfenden Abschnitten und die gegebenenfalls vorhandene Teilhindernismenge können hierbei gespeichert werden, insbesondere in geeigneten Speichereinrichtungen.
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Durch die vorgeschlagene Prüfung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle und zuverlässige Identifizierung von kompakten Hindernissen entlang der Ursprungsmesstrajektorie.
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Nach Prüfung aller zu prüfenden Abschnitte in der Menge von zu prüfenden Abschnitten können weitere kompakte Hindernisse in Abhängigkeit der in der Teilhindernismenge gespeicherten Abschnitte bestimmt werden. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass nach der Prüfung eines zu prüfenden Abschnitts der Menge von zu prüfenden Abschnitten geprüft wird, ob die Teilhindernismenge Abschnitte umfasst, die ein kompaktes Hindernis bilden. Ist dies der Fall, so können ein kompaktes Hindernis bestimmt werden, welches diese Abschnitte umfasst, wobei dann die Abschnitte aus der Teilhindernismenge entfernt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Abschnitt als kompaktes Hindernis identifiziert, wenn eine abschnittsspezifische Hinderniseintrittspose und eine abschnittsspezifische Hindernisaustrittspose jeweils hindernisfrei sind und eine Pfadlänge, also ein Abstand, zwischen den Posen entlang der Ursprungsmesstrajektorie kleiner als eine oder gleich einer vorbestimmte(n) Pfadlänge ist.
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Eine Pose kann als hindernisbehaftet identifiziert werden, wenn in dieser Position und Orientierung des Sensors eine Kollision mit einem Hindernis auftritt. Entsprechend kann eine Pose als hindernisfrei identifiziert werden, wenn in dieser Position und Orientierung des Sensors keine Kollision mit einem Hindernis auftritt. Auch dies kann durch den Fachmann bekannte Verfahren zur Kollisionsdetektion detektiert werden.
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Die vorbestimmte Pfadlänge kann hierbei in Abhängigkeit von geometrischen Eigenschaften des Koordinatenmessgeräts, insbesondere des Sensors, gewählt werden. Beispielsweise kann die vorbestimmte Pfadlänge einer maximalen Breite oder einem maximalen Durchmesser des Sensors oder Teils davon, z.B. einer Tastkugel, entsprechen. Anschaulich kann dies bedeuten, dass die Pfadlänge derart gewählt wird, dass der Sensor nicht mehr zwischen die Hinderniseintritts- und Hindernisaustrittspose zur Erzeugung eines Messwerts positioniert werden kann.
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Dies ermöglicht eine zuverlässige Identifizierung von kompakten Hindernissen, die dann als Grundlage für die weitere erfindungsgemäße Trajektorienplanung dient.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Abschnitt als Teil eines kompakten Hindernisses identifiziert, wenn die (abschnittsspezifische) Abschnitteintrittspose und/oder die abschnittsspezifische Abschnittaustrittspose hindernisbehaftet sind und eine Pfadlänge zwischen den Punkten kleiner als die oder gleich der vorbestimmte(n) Pfadlänge ist.
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Dies ermöglicht eine zuverlässige Identifizierung von Teilen eines kompakten Hindernisses.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Abschnitt als Hindernisanfangsabschnitt identifiziert, wenn die Abschnitteintrittspose hindernisfrei ist. Alternativ wird ein Abschnitt als Hindernisendabschnitt identifiziert, wenn die abschnittsspezifische Abschnittaustrittspose hindernisfrei ist. Weiter alternativ wird ein Abschnitt als Hinderniszwischenabschnitt identifiziert, wenn sowohl die abschnittsspezifische Abschnitteintrittspose als auch die abschnittsspezifische Abschnittaustrittspose hindernisbehaftet ist.
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Mit anderen Worten kann somit auch ein Typ eines Hindernisabschnitts bestimmt werden, wobei die Bestimmung eines Typs eine spätere Identifizierung der Zugehörigkeit derartiger Abschnitte zu kompakten Hindernissen vereinfacht. Wird ein solcher Abschnitt in der Teilhindernismenge gespeichert, so kann gleichzeitig eine Information über den Typ des Hindernisabschnitts in einer dem Abschnitt zugeordneten Weise gespeichert werden.
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Auch dies wiederum führt in vorteilhafter Weise dazu, dass kompakte Hindernisse zeitlich schnell bestimmt werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Abschnitt als nicht kompaktes Hindernis identifiziert, wenn eine Pfadlänge zwischen der abschnittsspezifischen Abschnitteintrittspose und der abschnittsspezifischen Abschnittaustrittspose größer als die vorbestimmte Pfadlänge ist.
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Auch dies führt in vorteilhafter Weise zu einer zeitlich schnellen Identifizierung von kompakten Hindernissen entlang der Ursprungsmesstrajektorie.
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In einer weiteren Ausführungsform wird nach der Identifikation eines nicht kompakten Hindernisses ein erster Teilabschnitt des aktuell geprüften Abschnitts als weiterer zu prüfender Abschnitt bestimmt, dessen abschnittsspezifische Abschnitteintrittspose der bisherigen abschnittsspezifischen Abschnitteintrittspose und dessen abschnittsspezifische Abschnittaustrittspose der Mittelpose zwischen der bisherigen abschnittsspezifischen Abschnitteintrittspose und der bisherigen abschnittsspezifischen Abschnittaustrittspose entspricht. Weiter wird ein zweiter Teilabschnitt des aktuell geprüften Abschnitts als weiterer zu prüfender Abschnitt bestimmt, dessen abschnittsspezifische Abschnitteintrittspose der Mittelpose zwischen der bisherigen abschnittsspezifischen Abschnitteintrittspose und der bisherigen abschnittsspezifischen Abschnittaustrittspose entspricht und dessen abschnittsspezifische Abschnittaustrittspose der bisherigen abschnittsspezifischen Abschnittaustrittspose entspricht. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache und zeitlich schnelle Durchführung der Rekursion und somit eine zuverlässige und zeitlich schnelle Bestimmung der kompakten Hindernisse. Die Mittelpose kann hierbei eine Pose bezeichnen, die der Sensor in der Mitte des Pfades zwischen der Abschnitteintrittspose und der Abschnittaustrittspose einnimmt. Diese kann mit den vorhergehend erläuterten Verfahren zur Bestimmung einer Zwischenpose bestimmt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie durch ein Optimierungsverfahren bestimmt. Das Optimierungsverfahren kann insbesondere eine Rastersuche sein. Zu optimierende Parameter können insbesondere Parameter im Konfigurationsraum oder der Posen des Sensors sein.
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Eine Kostenfunktion für ein solches Optimierungsverfahren kann insbesondere eine Abweichung zwischen der Messwertabdeckung der Ursprungsmesstrajektorie bzw. eines Abschnitts davon und der durch die hindernisfreie alternative Messtrajektorie erreichte Messwertabdeckung sein. Die Optimierungsparameter können hierbei insbesondere derart bestimmt werden, dass diese Abweichung minimal ist.
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Alternativ oder kumulativ kann die Kostenfunktion ein Maß für die Qualität der mit der hindernisfreien alternativen Messtrajektorie erzeugten Messwerte umfassen, wobei dieses Maß möglichst maximal sein soll.
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Alternativ zur Rastersuche können selbstverständlich auch andere Optimierungsverfahren angewendet werden.
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Wird das Optimierungsverfahren in einem mehrdimensionalen Parameterraum durchgeführt, beispielsweise im Konfigurationsraum oder im Posenraum, so können durch das Optimierungsverfahren nur ein Parameter oder mehrere, aber nicht alle Parameter des Parameterraumes zur Optimierung verändert werden. Selbstverständlich können aber auch alle Parameter des Parameterraums verändert werden.
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Findet die Optimierung bspw. im Posenraum des Sensors statt, so ist es möglich, eine alternative, hindernisfreie Messtrajektorie zu finden, deren Sensorposen von denen der ursprünglichen, hindernisbehafteten Messtrajektorie sowohl in der Position als auch in der Orientierung abweichen können. In diesem Fall können also alle Parameter des Posenraumes, also Position und Orientierung, verändert werden.
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Dies kann insbesondere bei einem optischen Sensor wie z.B. einem Laserscanner erfolgen, der über einen großen Messbereich verfügt und somit bei Änderungen in der Position als auch in der Orientierung weiterhin gewünschte Messergebnisse erzeugen kann.
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Bei einem taktilen Sensor hingegen kann es wünschenswert sein, nur eine Orientierung zu verändern, da der Messbereich eingeschränkt ist und bei der Vermessung ein mechanischer Kontakt mit dem Messobjekt vorausgesetzt wird. Hierdurch kann es unerwünscht sein, die Position des Sensors zu verändern, damit der mechanische Kontakt weiterhin sichergestellt ist.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle und qualitativ hochwertige Bestimmung einer hindernisfreien alternativen Messtrajektorie.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren in einem Konfigurationsraum durchgeführt.
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Insbesondere kann hierbei die Kollisionsdetektion, also die Erkennung von Hindernissen, im Konfigurationsraum erfolgen. Hierzu kann es notwendig sein, die Sensorposen in diesen Konfigurationsraum zu transformieren, was vorhergehend bereits erläutert wurde. Weiter kann auch die Bestimmung von hindernisfreien alternativen Messtrajektorien im Konfigurationsraum erfolgen. Auch die Bestimmung von Umfahrtrajektorien kann im Konfigurationsraum erfolgen.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass bereits bekannte Verfahren zur Bahnplanung verwendet werden können, wodurch das vorgeschlagene Verfahren zeitlich schnell durchführbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein Hindernis ein physisches Hindernis. Ein physisches Hindernis entlang der Trajektorie führt - wie einleitend erläutert - zu einer mechanischen Kontaktierung, also einer mechanischen Kollision, zwischen dem Koordinatenmessgerät und dem Hindernis. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und zeitlich schnelle Trajektorienplanung für Koordinatenmessgeräte, die taktile Verfahren zur Erzeugung von Messwerten durchführen.
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Alternativ oder kumulativ ist ein Hindernis ein optisches Hindernis. Ein optisches Hindernis verdeckt oder unterbricht hierbei - wie ebenfalls einleitend erläutert - einen Strahlengang bei der Erzeugung von Messwerten mit einem optischen Sensor. Hierbei kann insbesondere ein von dem optischen Sensor erzeugter Strahl, der vom Sensor zum Messobjekt gestrahlt wird, durch das optische Hindernis verdeckt oder unterbrochen werden. Alternativ kann ein vom Messobjekt reflektierter Strahl durch das optische Hindernis verdeckt oder unterbrochen werden. Der Fall einer solchen Unterbrechung oder Verdeckung kann auch als optische Kollision bezeichnet werden.
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Zusammenfassend können also sowohl mechanische als auch optische Kollisionen vermieden werden.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässig und zeitlich schnelle Trajektorienplanung für Koordinatenmessgeräte, die optische Verfahren zur Erzeugung von Messwerten anwenden.
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Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie eines Koordinatenmessgeräts. Die Vorrichtung umfasst hierbei mindestens eine Auswerteeinrichtung. Diese Auswerteeinrichtung kann als Recheneinrichtung ausgebildet sein, wobei eine Recheneinrichtung einen Mikrocontroller oder eine integrierte Schaltung umfassen oder als solche(r) ausgebildet sein kann.
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Weiter kann die Vorrichtung mindestens eine Speichereinrichtung zur Bereitstellung von Modelldaten des Koordinatenmessgeräts sowie von Objekten im Messvolumen des Koordinatenmessgeräts umfassen.
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Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung ist hierbei ein Verfahren gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen durchführbar. Somit ist die Vorrichtung derart konfiguriert, dass ein solches Verfahren durchführbar ist.
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Durch die Vorrichtung können insbesondere Steuersignale zur Steuerung eines Messbetriebs eines Koordinatenmessgeräts auf Grundlage der erfindungsgemäß geplanten hindernisfreien Messtrajektorie erzeugt werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren zur Planung kann insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren sein. So können z.B. ein oder mehrere oder alle Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durch einen Computer ausgeführt werden. Eine Ausführungsform für das computerimplementierte Verfahren zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie ist die Benutzung des Computers zur Durchführung einer Datenverarbeitungsmethode. Der Computer kann z.B. zumindest eine Recheneinrichtung, insbesondere einen Prozessor und z.B. zumindest eine Speichereinrichtung, umfassen, um die Daten, insbesondere technisch, zu verarbeiten, z.B. elektronisch und/oder optisch. Ein Computer kann hierbei jede Art von Datenverarbeitungsgerät sein. Ein Prozessor kann ein halbleiterbasierter Prozessor sein.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Programm, welches, wenn es auf oder durch einen Computer oder eine Auswerteeinrichtung ausgeführt wird, den Computer oder die Auswerteeinrichtung veranlasst, folgende Schritte eines Verfahrens zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie durchzuführen:
- - Bestimmen aller kompakten Hindernisse (6) entlang einer Ursprungsmesstrajektorie (3),
- - Bestimmen, für jedes kompakte Hindernis (6), einer Hinderniseintrittspose (ci) auf der Ursprungsmesstrajektorie (3) und einer Hindernisaustrittspose (co) auf der Ursprungsmesstrajektorie (3),
- - Bestimmen, für jedes kompakte Hindernis (6), mindestens einer hindernisfreie alternative Messtrajektorie (7a, 7b), wobei
- - ein Bestimmen eines hindernisfreien Ersatzabschnitts der Ursprungsmesstrajektorie (3) zwischen der Hinderniseintrittspose (ci) und der Hindernisaustrittspose (co) aus der mindestens einen alternativen Messtrajektorie (7a, 7b) erfolgt, falls diese eine hindernisfreie Verbindung zwischen der Hinderniseintrittspose (ci) und der Hindernisaustrittspose (co) ermöglicht,
- - ein Bestimmen eines hindernisfreien Ersatzabschnitts der Ursprungsmesstrajektorie (3) zwischen der Hinderniseintrittspose (ci) und der Hindernisaustrittspose (co) aus der mindestens einen alternativen Messtrajektorie (7a, 7b) und mindestens einer hindernisfreien Umfahrtrajektorie (8) erfolgt, wobei die hindernisfreie Umfahrtrajektorie (8) die Hinderniseintritts- oder die Hindernisaustrittspose (ci, co) mit der mindestens einen hindernisfreien alternativen Messtrajektorie (7a, 7b) oder zwei hindernisfreie alternative Messtrajektorien (7a, 7b) verbindet,
- - ein Bestimmen eines hindernisfreien Ersatzabschnitts der Ursprungsmesstrajektorie (3) zwischen der Hinderniseintrittspose (ci) und der Hindernisaustrittspose (co) als eine hindernisfreie Umfahrtrajektorie (8) zwischen der Hinderniseintrittspose (ci) und der Hindernisaustrittspose (co) erfolgt, falls keine hindernisfreie alternative Messtrajektorie (7a, 7b) existiert.
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Alternativ oder kumulativ wird ein Programmspeichermedium oder Computerprogrammprodukt beschrieben, auf oder in dem das Programm gespeichert ist, insbesondere in einer nicht vorübergehenden, z.B. in einer dauerhaften, Form. Alternativ oder kumulativ wird ein Computer beschrieben, der dieses Programmspeichermedium umfasst. Weiter alternativ oder kumulativ wird ein Signal beschrieben, beispielsweise ein digitales Signal, welches Informationen kodiert, die das Programm repräsentieren, und welches Code-Mittel umfasst, die adaptiert sind, einen, mehrere oder alle Schritte des in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahrens zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie durchzuführen. Das Signal kann ein physikalisches Signal, z.B. ein elektrisches Signal, sein, welches insbesondere technisch oder maschinell erzeugt wird. Das Programm kann den Computer auch dazu veranlassen, die Kalibrierung auszuführen.
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Ebenfalls beschrieben wird ein Verfahren zur Steuerung eines Koordinatenmessgeräts, wobei Steuersignale für das Koordinatenmessgerät in Abhängigkeit oder basierend auf einer hindernisfreien Messtrajektorie erzeugt werden, wobei die hindernisfreie Messtrajektorie gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen bestimmt wird.
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Weiter beschrieben wird ein Koordinatenmessgerät mit einer Vorrichtung zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 ein schematisches Flussdiagramm einer Hindernisdetektion,
- 3 ein schematisches Schaubild einer Ursprungsmesstrajektorie,
- 4 ein schematisches Schaubild einer erfindungsgemäß bestimmten Messtrajektorie,
- 5 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Koordinatenmessgerät,
- 6 eine schematische Seitenansicht eines Messobjekts mit einer Haltevorrichtung und
- 7 ein schematisches Flussdiagramm einer Bestimmung von kompakten Hindernissen entlang der Ursprungsmesstrajektorie.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie 1 (siehe 4) eines Koordinatenmessgeräts 2 (siehe 5). In einem ersten Schritt S1 wird eine Ursprungsmesstrajektorie 3 (siehe 3) bestimmt. Diese kann insbesondere ohne Berücksichtigung von Hindernissen derart bestimmt werden, dass eine gewünschte Qualität und/oder Abdeckung eines Messobjekts 4 bei einer Vermessung durch das Koordinatenmessgerät 2 mit einer Bewegung eines Sensors 5 des Koordinatenmessgeräts entlang der Ursprungsmesstrajektorie 3 und der Erzeugung von Messwerten bei dieser Bewegung erreicht wird. Dies Ursprungsmesstrajektorie 3 kann in einer Simulationsumgebung bestimmt werden, was vorhergehend bereits erläutert wurde.
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In einem zweiten Schritt S2 werden alle kompakten Hindernisse 6 entlang der Ursprungsmesstrajektorie 3 bestimmt, was detaillierter mit Bezug auf das in 7 dargestellte Flussdiagramm nachfolgend noch näher beschrieben wird.
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Für jedes kompakte Hindernis 6 wird eine Hinderniseintrittspose ci und eine Hindernisaustrittspose co auf der Ursprungsmesstrajektorie 3 bestimmt (siehe 3). Diese Bestimmung erfolgt ebenfalls im zweiten Schritt S2.
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In einem ersten Teilschritt S3a eines dritten Schritts S3 wird dann für jedes kompakte Hindernis 6 bestimmt, ob mindestens eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie 7a, 7b (siehe 4) existiert.
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Wird im ersten Teilschritt S3a bestimmt, dass keine hindernisfreie alternative Messtrajektorie 7a, 7b zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co eines kompakten Hindernisses 6 existiert, so wird in einem weiteren Teilschritt S3b eine hindernisfreie Umfahrtrajektorie 8 (siehe 4) zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co bestimmt, wobei diese Umfahrtrajektorie 8 dann einen hindernisfreien Ersatzabschnitt der Ursprungsmesstrajektorie 3 zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co bildet.
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Existiert eine hindernisfreie Verbindung zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co über eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie 7a, 7b, so wird in einem alternativen weiteren Teilschritt S3c ein hindernisfreier Ersatzabschnitt der Ursprungsmesstrajektorie 3 zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co als die hindernisfreie alternative Messtrajektorie 7a, 7b bestimmt.
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Existiert mindestens eine hindernisfreie alternative Messtrajektorie 7a, 7b zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co und ermöglicht diese aber keine hindernisfreie Verbindung dieser beiden Posen ci, co, so wird in einem weiteren alternativen Teilschritt S3d ein hindernisfreier Ersatzabschnitt der Ursprungsmesstrajektorie 3 zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co aus der mindestens einen alternativen Messtrajektorie 7a, 7b und mindestens einer hindernisfreien Umfahrtrajektorie 8 bestimmt, wobei diese die Hinderniseintrittspose ci oder die Hindernisaustrittspose co mit einer hindernisfreien alternativen Messtrajektorie 7a, 7b oder zwei hindernisfreie alternative Messtrajektorien 7a, 7b verbindet.
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In einem vierten Schritt S4 wird dann der Abschnitt der Ursprungsmesstrajektorie 3 zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co durch die derart bestimmten Ersatzabschnitte ersetzt.
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Die derart bestimmte hindernisfreie Messtrajektorie 1 wird dann genutzt, um den Messbetrieb eines Koordinatenmessgeräts 2 zu steuern.
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Hierbei kann der Messbetrieb insbesondere derart gesteuert werden, dass nur während der Bewegung entlang von Messtrajektorienabschnitten Messwerte durch den Sensor 5 erzeugt werden. Während einer Bewegung entlang einer Umfahrtrajektorie 8 kann das Koordinatenmessgerät 2 derart gesteuert werden, dass keine Messwerte durch den Sensor 5 erzeugt werden.
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2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm einer Hindernisdetektion.
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Durch das Verfahren kann insbesondere detektiert werden, ob eine Sensorpose entlang einer Messtrajektorie 1, 3 hindernisbehaftet oder hindernisfrei ist. So kann in einem ersten Detektionsschritt DS1 eine Kollision mit einem physischen Hindernis geprüft werden. Hierzu können bekannte Verfahren zur Kollisionsdetektion verwendet werden. Eine Kollision mit einem physischen Hindernis kann insbesondere in Abhängigkeit von geometrischen Modellen des Koordinatenmessgeräts 2 und der Fremdobjekte im Messvolumen bestimmt werden. Hierzu können beispielsweise in der entsprechenden Sensorpose Störkonturen des Koordinatenmessgeräts und der im Messvolumen angeordneten Objekte sowie deren Lage in dem Messvolumen bestimmt werden und bezüglich einer Berührung geprüft werden. Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann bekannt.
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Wird eine entsprechende Kollision detektiert, so kann die entsprechende Sensorpose als hindernisbehaftet klassifiziert werden. Wird keine derartige Kollision detektiert, so kann in einem zweiten Detektionsteilschritt DS2 geprüft werden, ob ein Hindernis die von einem optischen Sensor in der zu prüfenden Sensorpose emittierte Strahlen, die hin zu einem Messobjekt 4 gestrahlt werden, verdeckt oder unterbricht.
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Dies kann durch Anwendung von Verfahren des sogenannten Ray-Tracing geprüft werden, die dem Fachmann bekannt sind. Wird eine derartige Verdeckung oder Unterbrechung detektiert, so kann die entsprechende Sensorpose als hindernisbehaftet identifiziert werden.
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Wird keine derartige Unterbrechung bzw. Verdeckung detektiert, so kann in einem dritten Detektionsteilschritt DS3 geprüft werden, ob von einem Messobjekt 4 reflektierte Strahlen, die in der entsprechenden Sensorpose durch einen optischen Sensor zur Erzeugung von Messwerten zu empfangen sind, durch ein Hindernis verdeckt oder unterbrochen werden. Auch dies kann durch Anwendung von dem genannten Verfahren zum Ray-Tracing festgestellt werden. Wird eine entsprechende Unterbrechung/Verdeckung detektiert, so kann die Sensorpose als hindernisbehaftet klassifiziert werden. Andernfalls können weitere (nicht dargestellte) Detektionsteilschritte erfolgen. Wird insgesamt keine physische oder optische Kollision detektiert, so kann eine Sensorpose als hindernisfrei identifiziert werden.
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Das Verfahren kann entsprechend auf die Hindernisdetektion entlang eines Abschnitts angewendet werden. Auch hierbei können dem Fachmann bekannte Verfahren zur Detektion von physischen Hindernissen oder optischen Hindernissen angewendet werden. So kann eine Hindernisdetektion bezogen auf einen Abschnitt beispielsweise erfolgen, in dem alle möglichen oder ausgewählte Sensorpose entlang des Abschnitts auf ihre Hindernisfreiheit, wie vorhergehend erläutert, geprüft werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ursprungsmesstrajektorie 3. Dargestellt ist ein Segment der Ursprungsmesstrajektorie 3 mit einer Segmentanfangspose c1 und einer Segmentendpose c2. Diese Posen c1, c2 können beispielsweise in dem Verfahren zur Bestimmung der Ursprungsmesstrajektorie 3, welches im ersten Schritt S1 (siehe 1) erfolgt, bestimmt werden.
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Weiter dargestellt sind ein kompaktes Hindernis 6 sowie eine Hinderniseintrittspose ci und eine Hindernisaustrittspose co, die ebenfalls auf der Ursprungsmesstrajektorie 3 liegen.
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Bezüglich der Definition eines kompakten Hindernisses 6, der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co wird auf die vorhergehenden Erläuterungen verwiesen.
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4 zeigt ein schematisches Schaubild einer erfindungsgemäß bestimmten Messtrajektorie 1.
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Dargestellt sind die in Bezug auf 3 erläuterte Segmentanfangspose c1 und Segmentendpose c2 sowie das kompakte Hindernis 6. Weiter dargestellt sind die im zweiten Schritt S2 bestimmte Hinderniseintrittspose ci und Hindernisaustrittspose co.
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Weiterdargestellt ist eine erste hindernisfreie alternative Messtrajektorie 7a, die die Hinderniseintrittspose ci mit einer ersten Zwischenpose cz1 verbindet. Weiter dargestellt ist eine zweite hindernisfreie alternative Messtrajektorie 7b, die eine zweite Zwischenpose cz2 mit der Hindernisaustrittspose co verbindet. Im vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass zwischen der ersten und der zweiten Zwischenpose cz1, cz2 keine hindernisfreie alternative Messtrajektorie existiert. Daher werden diese Punkte cz1, cz2 über eine Umfahrtrajektorie 8 verbunden.
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Insgesamt wird der Abschnitt der ursprünglichen Messtrajektorie 3 zwischen der Hinderniseintrittspose ci und der Hindernisaustrittspose co durch eine Zusammensetzung der ersten hindernisfreien alternativen Messtrajektorie 7a, der Umfahrtrajektorie 8 und der zweiten hindernisfreien alternativen Messtrajektorie 7b ersetzt.
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5 zeigt ein schematisches Schaubild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 9 zur Planung einer hindernisfreien Messtrajektorie 1 für ein Koordinatenmessgerät 2. Die Vorrichtung 9 umfasst eine Schnittstelle 10 zum Einlesen von Modellinformationen des Koordinatenmessgeräts 2 sowie von Fremdobjekten im Messvolumen. Weiter umfasst die Vorrichtung 9 eine Speichereinrichtung 11, in der die genannten Informationen gespeichert sind oder nach dem Einlesen gespeichert werden können.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 9 eine Recheneinrichtung 12, die ein Verfahren gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen zur Bestimmung einer hindernisfreien Messtrajektorie 1 durchführen kann.
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Nicht dargestellt ist, dass die Vorrichtung 9 eine Eingabevorrichtung für eine Ursprungsmesstrajektorie 3 umfassen kann. Auch kann die dargestellte Recheneinrichtung 12 die Ursprungsmesstrajektorie 3 bestimmen, beispielsweise basierend auf den Modellinformationen und Nutzervorgaben, die beispielsweise ebenfalls über die nicht dargestellte Eingabevorrichtung eingegeben werden können.
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Schematisch dargestellt ist ein Koordinatenmessgerät 2 in Portalbauweise mit einem Sensor 5. Der Sensor 5 kann ein optischer Sensor zur optischen Vermessung eines Messobjekts 4 sein. Alternativ kann der Sensor 5 ein taktiler Sensor zur taktilen Vermessung des Messobjekts 4 sein.
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Die Recheneinrichtung 12 kann hierbei eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Messbetriebs des Koordinatenmessgeräts 2 sein. Beispielsweise kann der Messbetrieb, wie vorhergehend erläutert, auf Grundlage der erfindungsgemäß bestimmten Messtrajektorie 1 gesteuert werden. Hierbei kann beispielsweise eine Bewegung von beweglichen Teilen des Koordinatenmessgeräts 2 entlang und/oder um eine oder mehrere Achsen derart gesteuert werden, dass hierdurch der Sensor 5 in gewünschten Posen entlang der hindernisfreien Messtrajektorie 1 positioniert wird.
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6 zeigt ein schematisches Schaubild eines Messobjekts 4, welches als Fahrzeugtür ausgebildet ist. Um eine Herstellungsqualität zu prüfen, kann die Oberfläche der Fahrzeugtür vermessen werden. Um eine solche Vermessung zu ermöglichen, wird die Fahrzeugtür in einer Halteeinrichtung 13 eingespannt, wobei diese Halteeinrichtung z.B. mehrere Säulen 14 umfassen kann. Weiter dargestellt ist eine Ursprungsmesstrajektorie 3 entlang der Oberfläche der Fahrzeugtür. Ersichtlich ist, dass die Ursprungsmesstrajektorie 3 von einer Säule 14 der Haltevorrichtung 13 blockiert wird. Diese Säule 14 bildet somit ein Hindernis entlang der Ursprungsmesstrajektorie 3. Durch das vorhergehend beschriebene Verfahren kann dann eine hindernisfreie Messtrajektorie 1 bestimmt werden, die zur gewünschten Vermessung der Oberfläche der Fahrzeugtür geeignet ist.
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7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm einer Bestimmung von kompakten Hindernissen entlang der Ursprungsmesstrajektorie 3.
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Für jeden Abschnitt A einer Menge M von zu prüfenden Abschnitten A der Ursprungsmesstrajektorie 3 wird in einem ersten Schritt S1 geprüft, ob der Abschnitt A hindernisfrei ist. Hierzu können dem Fachmann bekannte Verfahren zur Kollisionserkennung auf einem Abschnitt einer Trajektorie angewendet werden.
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Ist der Abschnitt A hindernisfrei, so wird der Abschnitt A aus der Menge M entfernt und das Verfahren kehrt zurück zum ersten Schritt S1, wobei ein neuer zu prüfender Abschnitt A auf Hindernisfreiheit geprüft wird.
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Ist der Abschnitt A hindernisbehaftet, wird also ein physisches oder optisches Hindernis bzw. eine Kollision mit einem solchen Hindernis bei einer Bewegung des Sensors 5 entlang des Abschnitts A detektiert, so wird in einem zweiten Schritt S2 geprüft, ob dieser Abschnitt A ein kompaktes Hindernis ist. Ein kompaktes Hindernis wird detektiert, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind, nämlich wenn die Abschnitteintrittspose als auch die Abschnittsaustrittspose hindernisfrei sind und eine Pfadlänge zwischen den Posen kleiner als oder gleich einer vorbestimmte(n) Pfadlänge ist.
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Ist dies der Fall, so wird der Abschnitt A einer Hindernismenge H hinzugefügt und aus der Menge M der zu prüfenden Abschnitte entfernt und das Verfahren kehrt zurück zum ersten Schritt S1, wobei ein neuer zu prüfender Abschnitt A auf Hindernisfreiheit geprüft wird.
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Ist der Abschnitt A kein kompaktes Hindernis, so wird in einem dritten Schritt S3 geprüft, ob der Abschnitt A Teil eines kompakten Hindernisses ist.
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So kann der Abschnitt A als Hindernisanfangsabschnitt identifiziert wird, wenn die Abschnitteintrittspose hindernisfrei und die Abschnittaustrittspose hindernisbehaftet und eine Pfadlänge zwischen den Posen kleiner als oder gleich einer vorbestimmte(n) Pfadlänge ist.
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Alternativ kann der Abschnitt A als Hindernisendabschnitt identifiziert werden, wenn die Abschnittaustrittspose hindernisfrei und die Abschnitteintrittspose hindernisbehaftet und die Pfadlänge zwischen den Posen kleiner als oder gleich einer vorbestimmte(n) Pfadlänge ist.
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Weiter alternativ kann der Abschnitt A als Hinderniszwischenabschnitt identifiziert werden, wenn sowohl die Abschnitteintrittspose als auch die Abschnittaustrittspose hindernisbehaftet und die Pfadlänge zwischen den Posen kleiner als oder gleich einer vorbestimmte(n) Pfadlänge ist.
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Wurde der Abschnitt A als Hindernisanfangsabschnitt, Hindernisendabschnitt oder als Hinderniszwischenabschnitt identifiziert, so wird der Abschnitt A einer Teilhindernismenge T hinzugefügt und aus der Menge M der zu prüfenden Abschnitte A entfernt und das Verfahren kehrt zurück zum ersten Schritt S1, wobei ein neuer zu prüfender Abschnitt A auf Hindernisfreiheit geprüft wird. Hierbei kann das Hinzufügen zur Teilhindernismenge T derart erfolgen, dass dem Abschnitt A die Information auch die Information über den entsprechenden Typ, also die Information, ob der Abschnitt A ein Hindernisanfangsabschnitt, Hindernisendabschnitt oder Hinderniszwischenabschnitt ist, zugeordnet ist.
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Wird im dritten Schritt S3 detektiert, dass der Abschnitt A kein Teil eines kompakten Hindernisses ist, so wird in einem vierten Schritt S4 detektiert, dass der Abschnitt A ein nicht kompaktes Hindernis ist. Insbesondere kann im vierten Schritt S4 davon ausgegangen werden, dass die Pfadlänge größer als die vorbestimmte Pfadlänge ist.
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Weiter wird im vierten Schritt S4 dann ein erster Teilabschnitt An1 als weiterer zu prüfender Abschnitt A bestimmt, dessen Abschnitteintrittspose der bisherigen Abschnitteintrittspose und dessen Abschnittaustrittspose der Mittelpose zwischen der bisherigen Abschnitteintrittspose und der bisherigen Abschnittaustrittspose entspricht. Ebenfalls wird ein zweiter Teilabschnitt An2 als weiterer zu prüfender Abschnitt bestimmt, dessen Abschnitteintrittspose der Mittelpose zwischen der bisherigen Abschnitteintrittspose und der bisherigen Abschnittaustrittspose entspricht und dessen Abschnittaustrittspose der bisherigen Abschnittaustrittspose entspricht. Diese Teilabschnitte An1, An2 werden der Menge M an zu prüfenden Abschnitten A hinzugefügt, der bisherige zu prüfende Abschnitt A wird aus der Menge M entfernt und das Verfahren kehrt zurück zum ersten Schritt S1, wobei ein neuer zu prüfender Abschnitt A auf Hindernisfreiheit geprüft wird.
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Ist die Menge M leer, so können die Hindernisse der Teilhindernismenge T auf Zusammengehörigkeit geprüft werden. Insbesondere kann geprüft werden, ob eine Abschnittaustrittspose eines Hindernisanfangsabschnitts einer Abschnitteintrittspose eines Hinderniszwischenabschnitts der Teilhindernismenge entspricht. Ist dies der Fall, so können diese zu einem neuen Hindernisanfangsabschnitt zusammengefasst werden. Ist dies nicht der Fall, so kann geprüft werden, ob die Abschnittaustrittspose des Hindernisanfangsabschnitts einer Abschnitteintrittspose eines Hindernisendabschnitts der Teilhindernismenge entspricht. Ist dies der Fall, so können diese zu einem kompakten Hindernis zusammengefasst werden und der Hindernismenge H hinzugefügt werden.
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Alternativ zur Prüfung der Hindernisse der Teilhindernismenge T auf Zusammengehörigkeit wenn die Menge M leer ist, können die Hindernisse der Teilhindernismenge T nach jeder Prüfung eines Abschnitts der Menge M auf Zusammengehörigkeit geprüft werden. Hierdurch kann ein Speicherbedarf der Teilhindernismenge T reduziert werden.
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Es existiert theoretisch der Fall, dass die die Menge M leer und die Teilhindernismenge T nicht leer ist, insbesondere in dem Fall, in dem die Ursprungsmesstrajektorie 3 nur aus einem Abschnitt besteht, dessen Pfadlänge kleiner als oder gleich einer vorbestimmte(n) Pfadlänge ist. In diesem Fall kann das Verfahren abgebrochen werden und keine hindernisfreie Messtrajektorie 1 bestimmt werden.
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Zu Beginn der dargestellten Bestimmung aller kompakten Hindernisse entlang der Ursprungsmesstrajektorie 3 kann die Menge M der zu prüfenden Abschnitte A die vorhergehend erläuterten Segmente der Ursprungsmesstrajektorie enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hindernisfreie Messtrajektorie
- 2
- Koordinatenmessgerät
- 3
- Ursprungsmesstrajektorie
- 4
- Messobjekt, Fahrzeugtür
- 5
- Sensor
- 6
- kompaktes Hindernis
- 7a
- erste hindernisfreie alternative Messtrajektorie
- 7b
- zweite hindernisfreie alternative Messtrajektorie
- 8
- Umfahrtrajektorie
- 9
- Vorrichtung
- 10
- Schnittstelle
- 11
- Speichereinrichtung
- 12
- Recheneinrichtung
- 13
- Haltevorrichtung
- 14
- Säule
- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- S4
- vierter Schritt
- S3a
- erster Alternativschritt
- S3b
- zweiter Alternativschritt
- S3c
- dritter Alternativschritt
- S3d
- vierter Alternativschritt
- DS1
- erster Detektionsteilschritt
- DS2
- zweiter Detektionsteilschritt
- DS3
- dritter Detektionsteilschritt
- c1
- Segmentanfangspunkt
- c2
- Segmentendpunkt
- ci
- Hinderniseintrittspose
- co
- Hindernisaustrittspose
- cz1
- erster Zwischenpose
- cz2
- zweiter Zwischenpose
