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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen eines Messobjekts mit mindestens einem Messsensor.
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Messobjekte, z.B. mit einem Herstellungs- oder Bearbeitungsverfahren produzierte Werkstücke, werden zunehmend mit unterschiedlichen Sensoren vermessen. Bisher ist es üblich, einzelne Bereiche oder Merkmale des Messobjekts jeweils mit einem entsprechend ausgewählten Sensor zu vermessen. Beispielsweise kann die Raumlage eines als Autotür ausgebildeten Messobjekts mit einem taktilen Messsensor bestimmt werden, wobei dann die Erfassung der Oberflächenform mit einem Lasersensor und die Raumlage von z.B. kreisförmigen Aussparungen durch Auswertung von Bilddaten erfolgt, die mit einer konventionellen Kamera, insbesondere mit telezentrischem Objektiv, erfasst wurden. Zur Auswertung der von den jeweiligen Sensoren erzeugten Messpunkte ist die Kenntnis notwendig, welche Messpunkte mit welchem Sensor erfasst wurden, damit entschieden werden kann, wie diese ausgewertet werden können und für welche Auswertung sich die entsprechenden Messpunkte nicht eignen. Ändert sich eine Eigenschaft oder ein Betriebsparameter eines Sensors oder wird ein neuer Sensor dieser Sensormenge hinzugefügt, ist es häufig notwendig, umfangreiche Änderungen von Auswertefunktionen durchzuführen. Wünschenswert sind daher Verfahren und Vorrichtungen, die eine einfache Einbindung neuer Sensoren bzw. von geänderten Sensoreigenschaften oder -parametern in einer Auswertung der erzeugten Messpunkte berücksichtigen.
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Ein ähnliches Problem ergibt sich auch bei der Verwendung von nur einem einzelnen Sensor, wenn sich Sensorparameter ändern. Soll z.B. im als Autokarosserieteil ausgebildeten Messobjekt ein Dichtungsgummi, eine gewölbte, glänzende Zierleiste und anschließend ein Blechkörper des Teils einer scharfen Kante vermessen werden und hierzu ein Lasertriangulations-Liniensensor in einem scannenden Betriebsmodus verwendet werden, so ist zur Vermessung des in der Regel schwarzen Dichtungsgummis eine lange Belichtungszeit notwendig. Diese ist jedoch nicht geeignet, um die glänzende Zierleiste zu vermessen. Daher kann es notwendig sein, gleiche Stellen des Messobjekts mit einer kürzeren Belichtungszeit nochmals zu vermessen, insbesondere um eine zuverlässige Vermessung der Zierleiste zu gewährleisten. Aufgrund der Krümmung der Zierleiste kann es zusätzlich auch notwendig sein, die gleiche Stelle mit einer anderen Sensororientierung zu vermessen. Bei den einzelnen Vermessungen entstehen zwangsläufig in den genannten Messbereichen systematische Fehler: Auf dem Dichtungsgummi sind einzelne Messpunkte gegebenenfalls unterbelichtet, weil sie mit den für die glänzende Zierleiste eingestellten Parameter erfasst wurden und haben daher eine höhere Messunsicherheit. Entsprechend gibt es überbelichtete Punkte auf der Zierleiste, die bei der Vermessung mit dichtungsgummispezifischen Parametern erzeugt wurden. An der zu vermessenden Kante kann es aufgrund der verschiedenen Orientierungen Messpunkte geben, die in unterschiedlichen Auflösungsbereichen des genannten Sensors erfasst wurden.
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Bekannt ist, jedem Messpunkt ein Qualitätskriterium zuzuordnen. Dies ist z.B. in der
DE 10 2016 212 650 A1 offenbart, die die Zuordnung eines Qualitätsfaktors zu einem sogenannten verorteten Sensordatensatz offenbart, wobei dieser Qualitätsfaktor in Abhängigkeit der Qualität der Zuordnung bestimmt werden kann. Weiter bekannt ist es, typische Messunsicherheiten eines Messsensors aus einer sogenannten Einmessung des Sensors zu berücksichtigen, um z.B. ungeeignete Messpunkte zu verwerfen.
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Die
EP 3 435 029 A1 offenbart das Durchführen von Messungen während der Fabrikmontage oder anderer Prozesse an einem Objekt, das hergestellt wird, und insbesondere das Erzeugen eines auflösungsadaptiven Netzes für die dreidimensionale Messtechnik eines Objekts. Weiter offenbart ist, dass ein Unsicherheitsellipsoid für jeden Punkt einer Punktwolke empfangen werden kann.
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Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen eines Messobjekts mit mindestens einem Messsensor zu schaffen, die eine Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Auswertung von erzeugten Messpunkten im Rahmen der Vermessung erhöhen, wobei gleichzeitig in einfacher Weise sich verändernde Sensorparameter oder neue Sensoren zur Erzeugung von Messpunkten berücksichtigt werden können.
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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 zum Vermessen eines Messobjekts mit mindestens einem Messsensor. Der mindestens eine Messsensor erzeugt beim Vermessen des Messobjekts Messpunkte. Diese können in einem sensorspezifischen, insbesondere sensorfesten, Koordinatensystem erzeugt werden. Zur Erzeugung von Messpunkten kann der Messsensor relativ zum Messobjekt bewegt werden, insbesondere mit vorbestimmten Bewegungseigenschaften, beispielsweise entlang einer vorbestimmten Messtrajektorie, wobei die Bewegung mit einem vorbestimmten Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsprofil durchgeführt werden kann. Z.B. kann der Messsensor eines Koordinatenmessgeräts aus einem beweglichen Teil sein, wobei das bewegliche Teil des Koordinatenmessgeräts derart bewegt wird, dass der Messsensor die gewünschte Bewegung zur Erzeugung von Messpunkten ausführt. Das Vermessen kann hierbei neben der Erzeugung von Messpunkten auch das Auswerten von Messpunkten umfassen, beispielsweise das Auswerten zur Bestimmung einer Oberfläche, eines Kantenverlaufs oder weiterer Eigenschaften des Messobjekts, beispielsweise von dimensionellen Eigenschaften des Messobjekts oder Teilen davon. Der mindestens eine Messsensor kann ein optischer Sensor, aber auch ein taktiler Messsensor sein. Weiter ist es möglich, dass der mindestens eine Messsensor ein eindimensionaler, zweidimensionaler oder dreidimensionaler Messsensor ist. Dies bedeutet, dass Messpunkte in einer Dimension, z.B. bei einem Abstandssensor, in zwei Dimensionen, beispielsweise bei einem erzeugten zweidimensionalen Abbild durch einen Linienscanner, oder in drei Dimensionen, z.B. bei Erzeugung einer Punktewolke, bestimmt werden können.
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Es ist auch möglich, dass das Vermessen des Messobjekts mit mehreren Messsensoren durchgeführt wird. Diese mehreren Messsensoren, insbesondere zwei, drei oder mehr Messsensoren, können Teil einer Messsensoreinheit sein, wobei diese Messsensoreinheit (und somit alle Messsensoren gemeinsam) durch einen beweglichen Teil eines Koordinatenmessgeräts mit einer vorbestimmten Bewegung bewegt werden kann. In diesem Fall können die einzelnen Messsensoren ortsfest relativ zueinander angeordnet sein. Dies ist jedoch nicht zwingend. So ist es möglich, dass die Messsensoreinheit auch Mittel zur Änderung einer Relativlage, also einer relativen Position und/oder relativen Orientierung, zwischen den Messsensoren einer Messsensoreinheit umfasst. Alternativ können verschiedene Messsensoren an beweglichen Teilen verschiedener Koordinatenmessgeräte angeordnet sein, wobei diese dann voneinander unabhängige Bewegungen zur Erzeugung von Messpunkten durchführen können.
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Bei der Vermessung, insbesondere nach der Erzeugung eines Messpunkts, kann jedem Messpunkt ein Messunsicherheitsellipsoid zugeordnet werden. Dieses Messunsicherheitsellipsoid (MUE) kann hierbei im Sensorkoordinatensystem bestimmt sein und dann, insbesondere abhängig von einer Position und/oder Orientierung des Messsensors, in ein gewünschtes bzw. vorbestimmtes Referenzkoordinatensystem, beispielsweise ein messobjektspezifisches oder -festes Koordinatensystem, ein Weltkoordinatensystem oder ein koordinatenmessgerätspezifisches oder -festes Koordinatensystem transformiert werden. Wird das Messobjekt mit mehreren Messsensoren vermessen, kann jedem Messpunkt eines Messsensors ein sensorspezifisches MUE zugeordnet werden. Ein MUE kann mindestens eine raumrichtungsspezifische Messunsicherheit repräsentieren. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das MUE eine Information über diese Messunsicherheit umfasst bzw. kodiert. Vorzugsweise umfasst das MUE Informationen über die Messunsicherheit in drei Raumrichtungen, wobei eine der Raumrichtungen einer Messrichtung (z-Richtung) und die verbleibenden Messunsicherheiten zueinander orthogonalen Raumrichtungen, die eine Ebene senkrecht zur Messrichtung aufspannen, zugeordnet sind. Die Messrichtung kann eine Blickrichtung eines Messensor, eine Antastrichtung eines taktilen Sensors oder eine andere, sensorspezifische bestimmte Messrichtung sein.
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Bezeichnet z.B. eine x-Achse eine longitudinale Achse, eine y-Achse eine laterale Achse und eine z-Achse eine vertikale Achse eines sensorspezifischen Koordinatensystems, so kann das MUE Messunsicherheiten für jede dieser Achsen, also in Bezug auf jede der Achsrichtungen, umfassen bzw. repräsentieren. Hierbei kann die z-Achse parallel zur Messrichtung orientiert sein. Ein solches MUE kann auch existieren, wenn der entsprechende Messsensor nur eine ein- oder zweidimensionale Vermessung ermöglicht. Insbesondere, aber nicht nur, in diesem Fall kann die Messunsicherheit in einer Raumrichtung auch abhängig vom Abstand des Messsensors vom Messobjekt, abhängig von einer Geschwindigkeit und/oder abhängig von einer Beschleunigung der Messbewegung sein.
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Das MUE, insbesondere dessen Informationen oder Einträge, kann im Rahmen einer Sensorkalibrierung bestimmt werden. Alternativ oder kumulativ kann das MUE, insbesondere weitere Informationen oder Einträge, abhängig von Eigenschaften eines Messszenarios bestimmt werden. Solche Eigenschaften können insbesondere Vermessungsparameter sein oder davon abhängen. Ein Vermessungsparameter kann beispielsweise eine Beleuchtungsstärke, ein Bewegungsparameter der bei der Erzeugung des Messpunkts ausgeführten Bewegung, eine Messtemperatur oder ein weiterer, die Vermessung charakterisierender Parameter sein. Alternativ oder kumulativ können solche Eigenschaften des Messszenarios Sensorparameter sein oder davon abhängigen. Ein Sensorparameter kann z.B. eine Belichtungszeit, eine Blendenöffnung, eine geometrische Eigenschaft eines taktilen Messsensors oder ein weiterer, den Sensor charakterisierender Parameter sein. Sensorparameter und Vermessungsparameter sind vorzugsweise voneinander verschieden. Mit anderen Worten kann das MUE oder zumindest ein Teil der vom MUE umfassten Informationen in Abhängigkeit von zur Laufzeit eingestellten Vermessungs- und/oder Sensorparametern bestimmt werden. Somit kann das MUE abhängig von dynamischen Größen, die sich bei der Vermessung, insbesondere zur Laufzeit ändern können, bestimmt werden. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise auch möglich, das MUE in Abhängigkeit eines Qualitätsfaktors zu bestimmen, der einem Messpunkt zugeordnet wird (wie es beispielsweise in der einleitend beschriebenen
DE 10 2016 212 650 A1 beschrieben ist). Hierdurch kann das MUE in vorteilhafter Weise Synchronisierungsfehler bei der Synchronisierung von Sensorausgangssignalen mit Positionssensorausgangssignalen berücksichtigen.
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Weiter alternativ oder kumulativ kann das MUE in Abhängigkeit von Sensoreigenschaften bestimmt werden, die im Unterschied zu veränderbaren Sensorparametern statische Eigenschaften des Sensors sind.
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Ist der Sensor beispielsweise ein Liniensensor, insbesondere ein Lasertriangulations-Liniensensor, so können Messunsicherheiten entlang einer Linienrichtung sowie entlang einer Messrichtung (z-Richtung) in Abhängigkeit von Sensoreigenschaften bestimmt werden, wobei Messunsicherheiten in einer zu diesen Richtungen orthogonalen Richtung (y-Richtung) in Abhängigkeit von zur Laufzeit eingestellten Sensor- und/oder Vermessungsparametern bestimmt werden können. Bei einem solchen Sensortyp wird typischerweise ein trapezförmiger Messbereich auf einen rechtwinkligen, zweidimensionalen Sensorchip abgebildet. Bei dieser Abbildung ergibt sich für die Kantenbestimmungen bei Messpunkten im Sensornahbereich eine deutlich höhere Auflösung für z.B. die Kantenbestimmung. Für die Bestimmung der Oberfläche des Karosserieteils spielt diese Querauflösung allerdings eine untergeordnete Rolle, da hier zwischen Messpunkten interpoliert werden kann. Auch steigt die Messunsicherheit des Liniensensors in Oberflächenrichtung bei ungünstiger Neigung des Sensors.
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Erfindungsgemäß wird der Messpunkt bzw. wird jeder Messpunkt mit dem zugeordneten Messunsicherheitsellipsoid an eine Auswerteeinrichtung übertragen. Durch die Auswerteeinrichtung werden die erzeugten Messpunktinformationen im Rahmen der Vermessung ausgewertet, beispielsweise um den Oberflächenverlauf, einen Kantenverlauf und andere Eigenschaften des Messobjekts zu bestimmen. Durch die Übertragung von Messpunkten mit ihnen zugeordneten MUE wird hierbei in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass eine zuverlässige Auswertung, nämlich abhängig von den MUE, ermöglicht wird, wobei gleichzeitig sich ändernde Sensorparameter, Vermessungsparameter, aber auch Messpunkte neuer Messsensoren in einfacher Weise berücksichtigt werden können. Insbesondere erfolgt die Übertragung durch die Zuordnung von MUE zu den Messpunkten in anonymisierter Weise, also ohne zusätzliche Informationen über den Sensor. Es ist möglich, dass die von den mehreren Messsensoren erzeugten Messpunkte für die oder im Rahmen der Auswertung fusioniert werden, wobei die Fusion in Abhängigkeit der sensorspezifischen MUE erfolgt. Beispielhafte Fusionen, beispielsweise zur Bestimmung einer resultierenden Oberfläche oder eines interpolierten Messpunkts, werden nachfolgend noch näher erläutert.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Messunsicherheitsellipsoid in Form einer 3x3-Matrix repräsentiert. Einträge auf der Hauptdiagonalen dieser Matrix können die Messunsicherheiten entlang der erläuterten Raumrichtungen (x-, y-, z-Richtung) in dem Sensorkoordinatensystem beschreiben. Es ist möglich, dass das MUE in Form einer unsymmetrischen 3x3-Matrix repräsentiert wird. Vorzugsweise ist jedoch das MUE in Form einer symmetrischen 3x3-Matrix repräsentiert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Repräsentation des MUE, die in einfacher Weise bei der Auswertung rechentechnisch verarbeitet werden kann und gleichzeitig einfach in Form einer Datenübertragung übertragen werden kann. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise ein einfach implementierbares Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Matrix eine symmetrische Matrix und das MUE wird durch sechs Einträge der Matrix repräsentiert, beispielsweise drei Einträge entlang der Hauptdiagonalen und drei Einträge oberhalb oder unterhalb der Hauptdiagonalen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Repräsentation des MUE, die wenig Speicherbedarf hat und dennoch einfach auszuwerten ist. Mit anderen Worten ergibt sich ein einfach zu implementierendes und speicherplatzsparendes Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts.
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In einer weiteren Ausführungsform wird/werden das Messunsicherheitsellipsoid oder zumindest ein Teil der vom Messunsicherheitsellipsoid umfassten Informationen in Abhängigkeit von zur Laufzeit eingestellten Vermessungs- und/oder Sensorparametern bestimmt. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Ein solcher Parameter kann zur Laufzeit gemessen oder bestimmt werden. Bei einer Bestimmung kann ein solcher Parameter beispielsweise aus einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Vermessung bzw. des Sensors zur Laufzeit abgerufen werden. Zur Laufzeit kann bedeuten, dass das Messunsicherheitsellipsoid bzw. ein Teil der Informationen abhängig von den Parametern bestimmt wird, die zur Erzeugung des Messpunkts eingestellt sind/waren. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst genaue Bestimmung des Messunsicherheitsellipsoids. Diese Bestimmung des Messunsicherheitsellipsoids oder zumindest eines Teils der vom Messunsicherheitsellipsoid umfassten Informationen in Abhängigkeit von zur Laufzeit eingestellten Vermessungs- und/oder Sensorparametern kann kumulativ oder alternativ Übertragung des Messpunkts mit dem zugeordneten Messunsicherheitsellipsoid an eine Auswerteeinrichtung erfolgen. Mit anderen Worten wird somit auch ein Verfahren zum Vermessen eines Messobjekts mit mindestens einem Messsensor beschrieben, wobei der mindestens eine Messsensor beim Vermessen Messpunkte erzeugt, wobei jedem Messpunkt ein Messunsicherheitsellipsoid zugeordnet wird, wobei das Messunsicherheitsellipsoid oder zumindest ein Teil der vom Messunsicherheitsellipsoid umfassten Informationen in Abhängigkeit von zur Laufzeit eingestellten Vermessungs- und/oder Sensorparametern bestimmt wird/werden. Ebenfalls wird eine zur Durchführung des Verfahrens konfigurierte Vorrichtung zur Vermessung eines Messobjekts beschrieben.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Oberfläche des Messobjekts in Abhängigkeit von Messpunkten und der diesen Messpunkten zugeordneten Messunsicherheitsellipsoiden bestimmt. Dies kann bedeuten, dass das MUE beeinflusst, wie stark ein Messpunkt zur Bestimmung der Oberfläche berücksichtigt wird.
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Insbesondere ist es möglich, dass eine Start-Oberfläche in Abhängigkeit der Messpunkte, nicht aber in Abhängigkeit der ihnen zugeordneten MUE, bestimmt wird. Dies kann beispielsweise durch Anwendung von dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Ein solches Verfahren kann beispielsweise ein Delaunay-Triangulations-basiertes Verfahren sein. Dann kann für jeden Messpunkt ein Gewichtungsfaktor bestimmt werden, der mit der Messunsicherheit in Richtung der Oberflächennormalen antikorreliert (je größer die Messunsicherheit, desto kleiner der Gewichtungsfaktor und umgekehrt). Hierzu kann es notwendig sein, basierend auf der dem Messpunkt zugeordneten MUE die Messunsicherheit in Richtung der Oberflächennormalen zu bestimmen. Eine Antikorrelation kann also eine negative Korrelation sein. Dann kann die resultierende Oberfläche in Abhängigkeit der derart gewichteten Messpunkte bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Optimierungsverfahren durchgeführt werden, bei dem die Lage der resultierenden Oberfläche so bestimmt wird, dass ein gewichteter Abstand der Messpunkte zu der resultierenden Oberfläche minimiert wird, wobei der jeweilige Abstand eines Messpunkts mit dem messpunktspezifischen Gewichtungsfaktor skaliert wird. Mit anderen Worten kann also ein Abstand eines Messpunkts von der resultierenden Oberfläche mit einem Kehrwert der oberflächennormalenspezifischen Messunsicherheit oder einem dazu korrelierenden Wert gewichtet werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache, genaue und zuverlässige Bestimmung einer Oberfläche des Messobjekts.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Messpunkt, dessen oberflächennormalenspezifische Messunsicherheit kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, mehrfach bei der Bestimmung der resultierenden Oberfläche berücksichtigt. Insbesondere kann die Anzahl, wie oft ein Messpunkt bei der Bestimmung der resultierenden Oberfläche berücksichtigt wird, mit der oberflächennormalenspezifischen Messunsicherheit antikorrelieren. Wird die resultierende Oberfläche derart bestimmt, dass die ungewichteten Abstände der Messpunkte zu der resultierenden Oberfläche minimiert werden, so führt die mehrfache Berücksichtigung von Messpunkten mit im Vergleich geringen oberflächennormalenspezifischen Messunsicherheiten bei der Optimierung dazu, dass sich die resultierende Oberfläche stärker an die Lage dieser Messpunkte annähern wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein einfach zu implementierendes Verfahren zur Bestimmung einer resultierenden Oberfläche geschaffen, welches insbesondere die Verwendung bekannter Optimierungsverfahren ermöglicht, deren Eingangsgrößen Messpunkte, nicht aber Gewichtungsfaktoren, sind.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein interpolierter Oberflächenpunkt in Abhängigkeit aller weiteren Messpunkte oder in Abhängigkeit von Messpunkten in einer vorbestimmten Umgebung um den interpolierten Oberflächenpunkt herum bestimmt. Für die zur Bestimmung berücksichtigten Messpunkte wird jeweils ein Messunsicherheitsgewichtungsfaktor bestimmt, der mit der messpunktspezifischen Messunsicherheit antikorreliert. Diese messpunktspezifische Messunsicherheit kann insbesondere die vorhergehend erläuterte oberflächennormalenspezifische Messunsicherheit sein. Allerdings kann die messpunktspezifische Messunsicherheit auch eine Messunsicherheit in einer anderen Raumrichtung oder eine resultierende Messunsicherheit sein, die in Abhängigkeit von Messunsicherheiten in mindestens zwei voneinander verschiedenen Raumrichtungen bestimmt wird.
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Der interpolierte Messpunkt wird dann in Abhängigkeit der derart gewichteten Messpunkte bestimmt. Hierbei können insbesondere die Messpunkte bei der Bestimmung geringer gewichtet werden, deren messpunktspezifische Messunsicherheit im Vergleich größer als die der verbleibenden Messpunkte ist. Wie in Bezug auf die Oberflächenbestimmung vorhergehend erläutert, kann auch der interpolierte Messpunkt bzw. mindestens eine Koordinate des Messpunkts durch ein Optimierungsverfahren bestimmt werden, wobei ein gewichteter Abstand des interpolierten Oberflächenpunkts von den Messpunkten minimiert wird. Der gewichtete Abstand kann hierbei ein mit dem Messunsicherheitsgewichtungsfaktor skalierter Abstand sein, z.B. ein mit dem Kehrwert der messpunktspezifischen Messunsicherheit skalierter Abstand. Es ist weiter möglich, dass für jeden der zur Bestimmung berücksichtigten Messpunkte zusätzlich ein Abstandsgewichtungsfaktor bestimmt wird, der mit dem Abstand des jeweiligen Messpunkts von dem zu interpolierenden Messpunkt antikorreliert. Der Abstandsgewichtungsfaktor kann insbesondere entsprechend einer Gauß-Verteilung, deren Erwartungswert den Koordinaten des zu bestimmenden, interpolierten Messpunkts entspricht, bestimmt werden.
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Der interpolierte Messpunkt kann dann zusätzlich in Abhängigkeit der mit diesem Abstandsgewichtungsfaktor skalierten Abstände bestimmt werden. Somit haben weit entfernte Messpunkte einen geringeren Einfluss auf die Bestimmung des interpolierten Messpunkts als im Vergleich weniger entfernt liegende Messpunkte. Insgesamt ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache, schnelle und zuverlässige Bestimmung eines interpolierten Messpunkts.
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Vorzugsweise wird ein Messpunkt, dessen messpunktspezifische Messunsicherheit kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, mehrfach bei der Bestimmung der resultierenden Oberfläche berücksichtigt. Insbesondere kann die Anzahl, wie oft ein Messpunkt bei der Bestimmung des interpolierten Messpunkts berücksichtigt wird, mit der Messunsicherheit antikorrelieren. Wird der interpolierte Messpunkt derart bestimmt, dass die ungewichteten Abstände der Messpunkte zu dem interpolierten Messpunkt minimiert werden, so führt die mehrfache Berücksichtigung von Messpunkten mit im Vergleich geringen Messunsicherheiten bei der Optimierung dazu, dass sich der interpolierte Messpunkt stärker an die Lage dieser Messpunkte annähern wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein einfach zu implementierendes Verfahren zur Bestimmung eines interpolierten Messpunkts geschaffen, welches insbesondere die Verwendung bekannter Optimierungsverfahren ermöglicht, deren Eingangsgrößen Messpunkte, nicht aber Gewichtungsfaktoren, sind.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Kantenverlauf des Messobjekts in Abhängigkeit von Messpunkten und der diesen Messpunkten zugeordneten Messunsicherheitsellipsoiden bestimmt. Beispielsweise kann ein Start-Kantenverlauf des Messobjekts in Abhängigkeit von Messpunkten, nicht aber in Abhängigkeit von diesen Messpunkten zugeordneten MUE, bestimmt werden. Entsprechende Verfahren zur Bestimmung eines solchen Kantenverlaufs sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann bei einer Linienmessung, z.B. einer Lasertriangulationsvermessung, der jeweils letzte Messpunkt vor einer Lücke von Messpunkten als Kantenpunkt bestimmt werden. Auch können bekannte Kantendetektionsverfahren, wie z.B. der Canny-Edge-Detektor, angewendet werden, um den Startverlauf zu bestimmen. Sodann kann in einem Koordinatensystem, dessen z-Richtung parallel zu einer Oberflächennormalen in einem Kantenpunkt ist, eine Messunsicherheit rechtwinklig zu dieser z-Richtung und rechtwinklig zu dem Start-Kantenverlauf bestimmt werden. Diese Messunsicherheit kann als kantenverlaufsspezifische Messunsicherheit bezeichnet werden. Sodann kann jedem Messpunkt - entsprechend der vorhergehend erläuterten Vorgehensweise - ein Kantenverlaufgewichtungsfaktor zugeordnet werden, der mit der kantenverlaufsspezifischen Messunsicherheit antikorreliert. Der resultierende Kantenverlauf kann dann in Abhängigkeit von derart gewichteten Messpunkten bestimmt werden, beispielsweise durch den Fachmann bekannte Interpolations- oder Optimierungsverfahren. Beispielsweise kann der resultierende Kantenverlauf derart bestimmt werden, dass mit dem Gewichtungsfaktor skalierte Abstände der Messpunkte von dem resultierenden Kantenverlauf minimiert werden. Wie vorhergehend erläutert ist es aber auch möglich, dass ein Messpunkt, dessen kantenverlaufsspezifische Messunsicherheit kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist, mehrfach bei der Bestimmung des resultierenden Kantenverlaufs berücksichtigt wird. Insbesondere kann die Anzahl, wie oft ein Messpunkt bei der Bestimmung des Kantenverlaufs berücksichtigt wird, mit der Messunsicherheit antikorrelieren. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfache, gleichzeitig aber genaue Bestimmung des Kantenverlaufs.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine Orientierung des mindestens einen Messsensors bei der Erzeugung von Messpunkten in Abhängigkeit des Messunsicherheitsellipsoids eingestellt. Insbesondere kann die Orientierung des Messsensors derart eingestellt werden, dass die Messunsicherheit in einer gewünschten Raumrichtung, die im sensorspezifischen Koordinatensystem oder in einem davon verschiedenen Koordinatensystem wie dem Referenzkoordinatensystem festgelegt ist, minimiert wird. Werden mehrere Messsensoren verwendet, um Messpunkte zu erzeugen, so kann die Orientierung jedes Messsensors entsprechend eingestellt werden. Sind die Sensoren Teil einer Sensoreinheit, so kann die Orientierung der Sensoreinheit in Abhängigkeit aller sensorspezifischen MUE bestimmt und dann eingestellt werden. Beispielsweise kann die Orientierung derart bestimmt werden, dass eine aus allen sensorspezifischen MUE bestimmte resultierende MUE minimal ist. Hierbei ist es möglich, dass die sensorspezifischen MUE gleich oder aber verschieden gewichtet werden. Eine ähnliche Vorgehensweise kann gewählt werden, wenn die Sensoren an beweglichen Teilen verschiedener KMG angeordnet sind und die Einstellung einer sensorspezifischen minimalen MUE bei jedem Sensor zu einer Kollision führen würde. In diesem Fall kann eine kollisionsfreie Orientierung beispielsweise derart bestimmt werden, dass eine resultierende MUE minimal ist. Auch hierbei ist es möglich, dass die sensorspezifischen MUE gleich oder aber verschieden gewichtet werden. Die Orientierung kann hierbei vor der eigentlichen Erzeugung von Messpunkten bestimmt werden, beispielsweise im Rahmen einer Bahnplanung, die beispielsweise (CAD-)modellbasiert erfolgen kann. Zur Bestimmung der MUE können die vorhergehend erläuterten Sensoreigenschaften, aber auch Sensorparameter und/oder Vermessungsparameter berücksichtigt werden, die dann später zur eigentlichen Vermessung eingestellt werden. In diesem Fall wird die Orientierung also nicht zwingend zur Laufzeit bestimmt. Insgesamt ergibt sich jedoch ein Verfahren zur Vermessung eines Messobjekts, das eine genaue Vermessung ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform wird in Abhängigkeit einer Messunsicherheitsinformation eine Regeldifferenz für die Positionierung des mindestens einen Messsensors bestimmt. Mit anderen Worten wird bei einer Positionsregelung im Rahmen einer Positionierung, beispielsweise im Rahmen der Bewegung des Sensors zur Erzeugung von Messpunkten, die Messunsicherheitsinformation berücksichtigt. Die Messunsicherheitsinformation kann aus den MUE bestimmt werden, die sich zur Laufzeit ergeben. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass dynamisch, also zur Laufzeit, insbesondere bei der Erzeugung von Messpunkten, eine Position des Messsensors so eingestellt wird, dass eine Messunsicherheit in einer oder in mehreren Raumrichtungen minimiert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein Messunsicherheitsellipsoid in Abhängigkeit einer Messgeschwindigkeit, einer Messbeschleunigung oder eines Synchronisierungsfehlers bestimmt. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert. Insbesondere kann eine im MUE repräsentierte Messunsicherheit für eine oder mehrere Raumrichtungen umso höher sein, desto höher die Messgeschwindigkeit, desto höher die Messbeschleunigung oder desto größer der Synchronisierungsfehler ist. Der Synchronisierungsfehler kann einen Fehler in der Zuordnung von Sensordatenpunkten, also Messpunkten, zu Positionsdatenpunkten repräsentieren, die von einer Einrichtung zur Bestimmung einer Sensorposition bestimmt werden. Der Synchronisierungsfehler kann beispielsweise als Wert bestimmt werden, der mit dem Wert eines Qualitätsfaktors antikorreliert, wobei der Qualitätsfaktor gemäß der Lehre der
DE 10 2016 212 650 A1 bestimmt werden kann.
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Wie vorhergehend erläutert, kann das MUE jedoch auch in Abhängigkeit weiterer zur Laufzeit eingestellter Sensorparameter und/oder Vermessungsparameter bestimmt werden. Hieraus ergibt sich in vorteilhafter Weise ebenfalls eine genaue Vermessung eines Messobjekts.
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Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum Vermessen eines Messobjekts mit einem Messsensor. Die Vorrichtung ist hierbei derart konfiguriert, dass ein Verfahren gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen mit der Vorrichtung ausgeführt werden kann. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Messsensor oder aber mehrere Messsensoren. Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Zuordnung eines Messunsicherheitsellipsoids zu jedem Messpunkt. Weiter umfasst die Vorrichtung mindestens eine Schnittstelle zur Übertragung des Messpunkts mit dem zugeordneten Messunsicherheitsellipsoid an eine Auswerteeinrichtung. Die Vorrichtung kann hierbei die Auswerteeinrichtung umfassen. Mit der Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine Oberfläche, ein Kantenverlauf oder ein interpolierter Messpunkt bestimmt werden.
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Es ist möglich, dass die Vorrichtung eine Recheneinrichtung zur Bestimmung und Einstellung der Orientierung des mindestens einen Messsensors bei der Erzeugung von Messpunkten in Abhängigkeit des MUE umfasst. Auch kann mittels der Recheneinrichtung eine Regeldifferenz für die Positionierung des mindestens einen Messsensors bestimmt werden.
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Es ist weiter möglich, dass die Vorrichtung eine Speichereinrichtung umfasst, in der Informationen zur Bestimmung eines Messunsicherheitsellipsoids, insbesondere eines sensorspezifischen Messunsicherheitsellipsoids, gespeichert sind, z.B. Sensoreigenschaften. Auch kann die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Bestimmung/Erfassung eines eingestellten Sensorparameters und/oder eingestellten Vermessungsparameters umfassen, wobei dann die Zuordnung eines MUE zu einem Messpunkt in Abhängigkeit der mit dieser Einrichtung erfassten Signale erfolgt. Die Zuordnung des MUE kann durch eine Recheneinrichtung erfolgen, die ebenfalls Teil der Vorrichtung sein kann. Die Recheneinrichtung und auch die erläuterte Auswerteeinrichtung kann hierbei einen Mikrocontroller oder eine integrierte Schaltung umfassen oder als solche(r) ausgebildet sein.
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Es ist möglich, dass die Auswerteeinrichtung ein Client in einem Server-Client-Netzwerk ist. In einer solchen Ausführungsform kann der Messsensor Ausgangssignale an eine Servereinrichtung übertragen, wobei der Messsensor und/oder die Servereinrichtung die Messunsicherheit bestimmen und/oder das MUE dem jeweiligen Messpunkt zuordnen. Es ist auch möglich, dass erste Informationen zur Bestimmung des MUE oder ein erster Teil der im MUE repräsentierten Messunsicherheitsinformationen von dem Messsensor dem Messpunkt zugeordnet werden, z.B. Informationen, die sich aus Sensoreigenschaften ergeben. Ein weiterer Teil kann von der Servereinrichtung dem Messpunkt zugeordnet werden, z.B. Informationen, die sich aus aktuell eingestellten Sensor- und/oder Vermessungsparametern ergeben. Beispielsweise kann die Servereinrichtung, aber auch der Messsensor, das MUE oder ein Teil der darin repräsentierten Informationen in Abhängigkeit von zur Laufzeit eingestellten Vermessungsparameter und/oder Sensorparametern bestimmen.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
- 1 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Messobjekts mit einer Sensoreinheit,
- 3 eine schematische Darstellung eines Lasertriangulations-Liniensensors mit Messunsicherheitsellipsoiden,
- 4 eine schematische Darstellung eines Messunsicherheitsellipsoids,
- 5 eine Matrix,
- 6 eine schematische Darstellung einer Bilderfassungseinrichtung mit einem Messunsicherheitsellipsoids,
- 7 eine schematische Darstellung von Oberflächenpunkten und
- 8 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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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 zum Vermessen eines Messobjekts 1 (siehe 2) mit einem Messsensor 2 (siehe 8). In einem ersten Schritt S1 werden mit dem Messsensor 2 Messpunkte MP erzeugt. Hierzu kann der Messsensor 2 relativ zum Messobjekt 1 bewegt werden, insbesondere mit einem vorbestimmten Bewegungsprofil, wobei Bewegungsparameter wie die Geschwindigkeit und die Beschleunigung, die sich während der Bewegung verändern können, Vermessungsparameter darstellen können. In einem zweiten Schritt S2 wird jedem Messpunkt MP ein Messunsicherheitsellipsoid MUE (siehe z.B. 4) zugeordnet. In einem dritten Schritt S3 wird der Messpunkt MP und das ihm zugeordnete Messunsicherheitsellipsoid MUE an eine Auswerteeinrichtung 3 (siehe 8) übertragen.
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Die Auswerteeinrichtung 3 kann dann die Auswertung der Messpunkte MP unter Berücksichtigung der ihnen zugeordneten Messunsicherheitsellipsoiden MUE vornehmen, beispielsweise zur Bestimmung einer Oberfläche des Messobjekts 1, zur Bestimmung von interpolierten Oberflächenpunkten oder zur Bestimmung eines Kantenverlaufs. Dies wurde vorhergehend bereits erläutert.
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2 zeigt eine perspektivische, schematische Darstellung eines als Blisk oder Turbinenblatt ausgebildeten Messobjekts 1. Weiter dargestellt ist eine Sensoreinheit 4, die verschiedene Messsensoren 2 umfasst. So umfasst die Sensoreinheit 4 eine Bilderfassungseinrichtung 2a zur Erzeugung eines zweidimensionalen Abbilds eines Erfassungsbereichs 8. Weiter umfasst die Sensoreinheit 4 einen Lasertriangulations-Liniensensor 2b, der Messpunkte MP entlang einer Messlinie 5 abbildet. Weiter umfasst die Sensoreinheit 4 mehrere Abstandssensoren 2c, die als Messpunkte jeweils einen Abstand des Messobjekts 1 von dem jeweiligen Sensor 3c erfassen. Durch einen Pfeil 7 dargestellt ist eine Bewegungsrichtung der Sensoreinheit 4 (und somit der Messsensoren 2a, 2b, 2c) während der Erzeugung von Messpunkten MP.
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Jedem der von diesen Messsensoren 2a, 2b, 2c erzeugten Messpunkte MP kann jeweils ein Messunsicherheitsellipsoid MUE zugeordnet werden, welches wie vorhergehend erläutert Informationen über eine Messunsicherheit des jeweiligen Messpunkts (bzw. seiner Koordinaten) in vorbestimmten Raumrichtungen repräsentiert. Die Bilderfassungseinrichtung 2a kann eine Bilderfassungseinrichtung mit telezentrischem Objektiv sein. Die Abstandssensoren können konfokale Weißlichtsensoren sein. Ein nicht dargestellter Messarm mit der Sensoreinheit 4 kann mit einer Messgeschwindigkeit linear bewegt werden. Die Bilderfassungseinrichtung 2a kann beispielsweise Kantenpunkte abbilden, die in ein gewünschtes Koordinatensystem transformiert werden können. Auch die weiteren Sensoren 2b, 2c können nach geeigneter Kalibrierung Koordinaten in dem gleichen Koordinatensystem liefern. In dem gemeinsamen Koordinatensystem können dann die Messpunkte MP für oder im Rahmen der Auswertung fusioniert werden
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3 zeigt einen Lasertriangulations-Liniensensor 2b in einer Scheinpflug-Kameraanordnung. Dargestellt ist schematisch eine Lichtquelle 9 und ein Sensorchip 10 des Sensors 2b. Weiter dargestellt ist ein trapezförmiger Messbereich 10, in dem Messpunkte P1, P2 liegen. Weiter dargestellt ist ein Koordinatensystem mit drei Achsen, nämlich einer x-Achse, einer y-Achse, die die Ebene aufspannen, in der der Messbereich 10 angeordnet ist, und einer zu dieser Messebene orthogonalen z-Achse. Weiter dargestellt sind Messunsicherheitsellipsoide MUE in der Ebene, die in 3 überhöht dargestellt sind. Diese Ellipsoiden MUE sind den Messpunkten P1, P2 zugeordnet. Ersichtlich ist, dass die dargestellten Messpunkte P1, P2 in x-Richtung deutlich unterschiedliche Auflösungen aufweisen und somit Messsicherheiten existieren, wobei die Messunsicherheit in x-Richtung für den zweiten Messpunkt P2 größer als für den ersten Messpunkt P1 ist. In z-Richtung (in die das Messunsicherheitsellipsoid MUE nicht dargestellt ist) kann bei der üblicherweise verwendeten Bildverarbeitungstechnik, nämlich einer Peak-Detektion in jeder Spalte, durch Interpolation eine hohe Auflösung erzielt werden, womit die Messunsicherheit mit dem Messabstand nicht in gleichem Maße ansteigt. Für die dargestellte y-Richtung ergibt sich bei dem Liniensensor 2b ebenfalls eine Messunsicherheit, die beispielsweise durch Kalibrierverfahren ermittelt werden kann. Weiter kann diese Messunsicherheit, aber auch die Messunsicherheit in x-Richtung, abhängig von einer Messgeschwindigkeit und/oder einer Messbeschleunigung variieren.
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4 zeigt schematisch ein Messunsicherheitsellipsoid MUE für einen Messpunkt MP. Dargestellt sind wiederum Koordinatenachsen x, y, z eines rechtwinkligen Koordinatensystems, dessen Ursprung im Messpunkt MP liegt. Weiter dargestellt sind Messunsicherheiten ux, uy, uz, die die Messunsicherheit in Richtung der entsprechenden Koordinatenachsen des Messpunkts MP repräsentieren.
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5 zeigt eine Matrix, wobei das in 4 dargestellte Messunsicherheitsellipsoid MUE in Form dieser Matrix repräsentiert wird. Dargestellt ist, dass die in 4 dargestellten Messunsicherheiten ux, uy, zu entlang der Hauptdiagonalen der Matrix die Einträge bilden. Weiter dargestellt ist, dass die Matrix eine symmetrische Matrix ist. Einträge außerhalb der Hauptdiagonalen sind im dargestellten Ausführungsbeispiel 0, was jedoch nicht zwingenderweise immer der Fall sein muss.
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6 zeigt einen Messpunkt MP an einer Kante eines kreisförmigen Messobjekts 1, das mit einer Bilderfassungseinrichtung 2a abgebildet wird, wobei ein Kamerachip 11 und ein Erfassungsbereich 12 der Bilderfassungseinrichtung 2a dargestellt sind. Weiter dargestellt ist ein Messunsicherheitsellipsoid MUE, wobei durch die überhöhte Darstellung verdeutlicht ist, dass eine Messunsicherheit in Blickrichtung der Bilderfassungseinrichtung, die einer Messrichtung und somit in z-Richtung entsprechen kann, größer ist als eine Messunsicherheit entlang einer x- und y-Richtung, die eine Ebene senkrecht zur Blickrichtung aufspannen und in der die Kante des Messobjekts 1 verläuft.
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7 zeigt eine schematische Darstellung von Messpunkten MP bzw. Messpunktbereichen, die mit den in 2 dargestellten Messsensoren 2a, 2b, 2c erzeugt wurden. Durch ein Kreuz dargestellt sind Messpunkte MP der Abstandssensoren 2c, wobei der Übersichtlichkeit halber nur ein solcher Messpunkt MP mit einem Bezugszeichen versehen ist. Weiter dargestellt sind Linien 5, entlang derer Messpunkte MP mit dem Liniensensor 2c erfasst werden. Weiter dargestellt sind kreisförmige Erfassungsbereiche 8 der Bilderfassungseinrichtung 2a, die entlang einer Kante 13 des Messobjekts verlaufen. Übersichtlichkeitshalber ist nur eine Linie 5 und ein solcher Erfassungsbereich 8 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Die derart dargestellten Messpunkte MP, also die Messpunkte in den Messbereichen 5, 8 als auch die Messpunkte der Abstandssensoren 2c, können zur Bestimmung einer Oberfläche des Messobjekts 1 bzw. zur Bestimmung von interpolierten Messpunkten bzw. zur Bestimmung eines Kantenverlaufs berücksichtigt werden.
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8 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 14 zur Vermessung eines Messobjekts 1. Dargestellt ist ein Messsensor 2 der Vorrichtung 14 sowie eine Servereinrichtung 15, an die der Messsensor 2 Messpunkte MP überträgt. Weiter dargestellt ist eine Auswerteeinrichtung 3, die die Messpunkte MP und ihnen zugeordnete Messunsicherheitsellipsoide MUE auswertet. Die Servereinrichtung 15 kann eine Schnittstelle aufweisen, über die die Messpunkte MP und die ihnen zugeordneten Messunsicherheitsellipsoide MUE an die Auswerteeinrichtung 14 übertragen werden. Insbesondere kann die Servereinrichtung 15, die als Recheneinrichtung ausgebildet sein kann, jedem Messpunkt ein Messunsicherheitsellipsoid MUE zuordnen, wobei das Messunsicherheitsellipsoid MUE in Abhängigkeit von statischen Sensoreigenschaften, aber auch in Abhängigkeit von zur Laufzeit eingestellten Vermessungs- und/oder Sensorparametern bestimmt wird. Alternativ ist es möglich, dass die Servereinrichtung 15 jedem Messpunkt MP Teilinformationen eines solchen Messunsicherheitsellipsoiden MUE zuordnet, wobei der Messsensor 2 einem Messpunkt MP weitere Teilinformationen zuordnet. Insbesondere kann die Servereinrichtung 15 auch einen sich zur Laufzeit ergebenden Synchronisierungsfehler bestimmen und die Messunsicherheit in Abhängigkeit dieses Synchronisierungsfehlers bestimmen.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- erster Schritt
- S2
- zweiter Schritt
- S3
- dritter Schritt
- MP
- Messpunkt
- MUE
- Messunsicherheitsellipsoid
- P1, P2
- Messpunkt
- ux, uy, uz
- Messunsicherheit
- 1
- Messobjekt
- 2
- Messsensor
- 2a
- Bilderfassungseinrichtung
- 2b
- Lasertriangulations-Liniensensor
- 2c
- Abstandssensor
- 3
- Auswerteeinrichtung
- 4
- Sensoreinheit
- 5
- Linie
- 7
- Pfeil
- 8
- Erfassungsbereich
- 9
- Lichtquelle
- 10
- Sensorchip
- 11
- Kamerachip
- 12
- Erfassungsbereich
- 13
- Kante
- 14
- Vorrichtung
- 15
- Servereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016212650 A1 [0004, 0012, 0029]
- EP 3435029 A1 [0005]
