DE10307209A1 - Vorrichtung zur zahnmedizintechnischen Körperdatenbestimmung - Google Patents

Vorrichtung zur zahnmedizintechnischen Körperdatenbestimmung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Körperdatensatzbestimmung, mit einem Bewegungsmittel zur Bewegung eines Körpers in bestimmter Weise, einem Musterprojektionsmittel zur Projektion eines Musters auf den Körper, einem Bilderfassungsmittel zur Bilderfassung und einem Bilddatenverrechnungsmittel zur Berechnung eines Körperdatensatzes aus den Bilddaten, wobei vorgesehen ist, daß das Bilddatenverrechnungsmittel ein Körperdatensatzverknüpfungsmittel umfaßt, um einen ersten, mit einem ersten bestimmten Bewegungsablauf erhaltenen Teilkörperdatensatz und einen weiteren, nach einer nicht vermessenen Bewegung erhaltenen Teilkörperdatensatz unter Berücksichtigung der darin implizit enthaltenen Information über die nicht vermessene Bewegung zu einem exakten Gesamtkörperdatensatz zu verknüpfen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte. Damit wird auf die Erfassung von Körperdaten, insbesondere auf die Erfassung von Körperoberflächen, wie sie beispielsweise in der Zahnmedizintechnik zur Anfertigung von Zahnersatz benötigt werden, eingegangen.
  • Um eine Krone herzustellen, ist es üblich, zunächst Hilfskörper anzufertigen. Dazu fertigt der Zahnarzt vor und nach dem Beschleifen des Zahnes einen Abguß des betreffenden Kieferabschnitts an. Mit dem Abguß nach dem Beschleifen als Gußform wird im Dentallabor ein positives Modell des Zahnstumpfes angefertigt. Aus dem Abguß vor dem Beschleifen als Gußform wird ein Modell des ursprünglichen Zahnes angefertigt. Werden bei de vermessen, läßt sich aus der Differenz der Körperdaten der Körperdatensatz für die anzufertigende Krone berechnen. Dieser Datensatz wird benötigt, um beispielsweise eine numerisch gesteuerte Fräsmaschine anzusteuern, die die Krone aus einem Keramikrohling herausfräst. Zur Erstellung der Krone oder anderem Zahnersatz ist also eine genaue und aus Kostengründen auch eine rasche Vermessung dieser Hilfskörper wünschenswert.
  • Es sind eine Reihe von Techniken bekannt geworden, um die Oberflächenkontur von Körpern durch zeilenweises abtasten („scannen") zu erfassen. Neben dem verbreiteten Kontaktmessen, bei dem die zu vermessende Oberfläche durch ein oder mehrere Kontaktmeßelemente abgefahren wird, ist im Bereich der Zahnmedizintechnik insbesondere das berührungslose Messen vorteilhaft, weil es bei ausreichender örtlicher Auflösung besonders schnell arbeiten kann.
  • Unter den berührungslosen Meßmethoden ist die optischen Konturvermessung mittels Musterprojektion weit verbreitet. Dabei werden Muster auf den zu vermessenden Körper projiziert und das resultierende Bild erfaßt. Da bei dem Bild das Muster je nach Oberfläche verzerrt ist, enthält dieses Bild Informationen über die Gestalt der Oberfläche des Körpers. Werden Bilder aus unterschiedlichen Richtungen empfangen, kann die Oberfläche des Körpers leicht rekonstruiert werden, sofern die ursprüngliche Geometrie der Muster und jeweils die räumliche Anordnung von Projektor, Sensor und Körper bekannt ist. Man erhält einen Datensatz, der die Knotenpunkte eines Gitternetzes benennt, das die bei der Messung sichtbar gewesene Oberfläche des Körpers beschreibt.
  • In der DE 196 13 978 A1 ist eine ganze Reihe von Verfahren genannt, die geeignet sind, die benötigten Angaben zur Geometrie bereitzustellen, etwa die Messung in Kombination mit exakt positionierenden oder messenden Systemen, die Verwendung von Paßmerkmalen, die am oder um das Objekt positioniert sind und mit aufgenommen werden, die Messung in Verbindung mit repositionierenden Systemen nach vorherigem Einmessen des Sensors (z.B. Drehtische), die Bestimmung der Sensororientierung durch Anmessen bestimmter Punkte des Sensorgehäuses mit anderen Systemen (z.B. Theodolith), den Platztausch des Meßobjekts mit einem Orientierobjekt bekannter Geometrie und Messung beider Objekte nacheinander, oder Kombinationen aus den genannten Verfahren.
  • Hier ist also regelmäßig ein erheblicher Justier- und Einmeßaufwand von Nöten, wenn wegen eines neuen Meßobjekts die Geometrie der Anordnung geändert werden muß. Um Zeit und Kosten zu sparen, werden daher Meßanordnung und Verfahren meist so gewählt, daß ein Wechsel des Meßobjekts, wenn möglich, keine Änderung der Geometrie der Meßanordnung erfordert.
  • Wird etwa ein exakt positionierbarer Drehtisch zur Realisierung der verschiedenen Ansichten in Verbindung mit einem eingemessenem Sensor senkrecht darüber und einem verkippt dazu montierten Streifenprojektor verwendet, so liegt zwar rund um die Drehachse ein Meßbereich, innerhalb dessen Messungen mit der erforderlichen Auflösung durchgeführt werden können. Dabei kann auch die Anordnungsgeometrie so gewählt werden, daß das Meßobjekt leicht zugänglich bleibt und ohne störende Halterungen, von der eigenen Haftreibung auf dem Drehteller fixiert, vermessen werden kann.
  • Allerdings lassen sich Körper, die größer als der Meßbereich sind, mit dieser Meßanordnung gar nicht oder nicht ausreichend genau vermessen. Eine Vergrößerung des Meßbereichs durch eine vergrößerte Bildweite bei fester Brennweite und/oder einen größeren Abstand zwischen Projektor und Körper ist zwar möglich, jedoch müßte die Anordnung neu eingemessen werden, da ihre Geometrie verändert wurde und überdies würde dadurch die Gitterpunktdichte sinken, möglicherweise unter den Wert, den die CNC-Fräsmaschine benötigt, um mit der Präzision zu arbeiten, die technisch möglich und fachlich geboten ist.
  • Insbesondere bei Körpern, die nur in einer Dimension den Meßbereich sprengen, also etwa deutlich länger als breit sind, wie z.B. eine Zahn-Brücke, ist eine einfache Lösung ohne weiteren Umbau- und Kalibrieraufwand wünschenswert. Da erfahrungsgemäß Meßvorrichtungen, die auch größere Objekte mit der gleichen Genauigkeit vermessen können, mit der Größe der Meßobjekte überproportional teurer werden, wäre es wünschenswert, mit übergroßen Meßobjekten genauso verfahren zu können, wie mit den Normalgrößen, um so teure Neuanschaffungen und/oder zeitaufwendige Umbauten zu vermeiden.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch das in unabhängiger Form Beanspruchte. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
  • Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Erkenntnis, daß bei einer Vorrichtung zur Körperdaten satzbestimmung mit einem Bewegungsmittel zur Bewegung des Körpers in bestimmter Weise, einem Musterprojektionsmittel zur Projektion eines Musters auf den Körper, einem Bilderfassungsmittel zur Bilderfassung und einem Bilddatenverrechnungsmittel zur Berechnung eines Körperdatensatzes aus den Bilddaten, auch übergroße Meßobjekte ohne weiteren Aufwand erfaßt werden können, indem das Bilddatenverrechnungsmittel ein Körperdatensatzverknüpfungsmittel umfaßt, um einen ersten, mit einem ersten bestimmtem Bewegungsablauf erhaltenen Teilkörperdatensatz und einen weiteren, nach einer nicht vermessenen Bewegung erhaltenen Teilkörperdatensatz, unter Berücksichtigung der darin implizit enthaltenen Information über die nicht vermessene Bewegung, zu einem exakten Gesamtkörperdatensatz zu verknüpfen.
  • Damit lassen sich also erfindungsgemäß Teilkörperdatensätze von Körpern, die den eigentlichen Meßbereich überragen, insbesondere von länglichen Körpern wie Brücken zu exakten Gesamtkörperdatensätzen verknüpfen in dem ein geeignetes Verknüpfungsmittel bereitgestellt wird. Umbauten, die für Hin- und Rückbau ja immer zweimal anfallen, können so vermieden werden, ebenso wie die gleichfalls doppelt anfallenden Einmess- und Kalibriervorgänge. Da letztere Arbeiten von besonders geschultem Personal vorgenommen werden müssten, die Standard-Messungen aber nicht, liegt ein erheblicher Kostenvorteil darin, mit einfachen Standard-Messungen, die von üblichem Personal durchgeführt werden könnten, die gewünschten Ergebnisse erzielen zu können.
  • Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es bevorzugt, einen exakt positionierbaren Drehtisch als Bewegungsmittel für den Körper zu verwenden, um den Körper darauf mit dem Drehtisch den Körper darauf zu drehen; durch diese Anordnung ist der Körper leicht zugänglich und kann besonders einfach manipuliert werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn auf zusätzliche Fixierungshilfsmittel, die die Messung stören würden, verzichtet wird, dies ist durch die horizontale Anordnung des Drehtisches auch möglich. Um sich an die Gegebenheiten des Meßobjekts, also etwa die Komplexität der Oberfläche, anpassen zu können sind die Größe und Anzahl der Drehbewegungen während einer Messung vorzugsweise wählbar. Besonders bevorzugt ist es dabei, den Drehtisch mit einem ansteuerbaren Schrittmotor anzutreiben.
  • Weiter ist es bevorzugt, als Musterprojektor einen Streifenprojektor, insbesondere einen Laserscanner zu wählen, der ein, vorzugsweise mehrere, unterschiedliche Streifenmuster von schräg oben auf den Drehtisch projizieren kann. Die Verwendung eines Lasers erlaubt es, Unschärfen durch Strahlaufweitung und Beugungseffekte weitgehend zu vermeiden. Es ist bevorzugt, mehrere unterschiedliche Muster projizieren zu können, um sich besser an die Gegebenheiten des Meßobjekts anpassen zu könnenund es sind der Abstand zum Drehtisch, der Winkel zwischen Projektionsrichtung und der Drehachse des Drehtischs sowie alle weiteren Bestimmungsgrößen der Muster, insbesondere Anzahl und Breite der Streifen respektive der Zwischenräume für jedes wählbare Muster bekannt und stehen dem Bilddatenverrechnungsmittel zur Verfügung.
  • Das Bilderfassungsmittel ist vorzugsweise ein Sensorarray, besonders bevorzugt als Teil einer CMOS-Kamera, das über dem Drehtisch angebracht werden kann, wobei auf die mehrachsige Verstellbarkeit und die dadurch bedingte massive Anbindung an das Stativ verzichtet werden kann, was sich für die ver gleichsweise leichte Kamera besonders anbietet. Eine senkrechte Anordnung der Kamera mit der Blickrichtung auf den Drehtisch und koaxial zur Achse desselben ist bevorzugt, weil dies nicht nur den Aufbau vereinfacht, sondern zugleich die Auswertung der erfaßten Bilder erleichtert. Der Abstand, gegebenenfalls der Winkel zwischen Drehtischachse und Blickrichtung sowie die Abbildungseigenschaften der Kamera können eingemessen und bei der Auswertung als bekannt verwendet werden.
  • Um sicherzustellen, daß die eingemessene Geometrie der Vorrichtung nicht bei der Manipulation des Körpers zwischen den Messungen unabsichtlich verändert wird, ist es bevorzugt, alle Teile, insbesondere das Bewegungsmittel, an einem massiven Stativ zu befestigen und die Abstände so zu wählen, daß der Zugriff auf den Körper leicht möglich ist.
  • Um auch Körper zu vermessen, die aus dem Meßbereich herausragen, weil sie beispielsweise zu lang sind, wird der Körper zwischen den Messungen auf dem Drehtisch bevorzugt so verschoben, daß die bei den verschiedenen Messungen jeweils im Meßbereich liegenden Teile seiner Körperoberfläche gemeinsam die gesamte Körperoberfläche abdecken und zwar so, daß sich die Randbereiche überdecken. Im einfachsten Fall würden nacheinander zwei Teile des Körpers vermessen, wobei die Meßbereiche beispielsweise je 60% des Körpers erfassen.
  • Das Körperdatensatzverknüpfungsmittel, das Bestandteil des Bilddatenverrechnungsmittels ist, kann so ausgebildet sein, daß es sich entsprechende Oberflächenabschnitte in den Teilkörperdatensätzen erkennt und diese bei der Erstellung des Gesamtkörperdatensatzes zu Deckung bringt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Gitterpunktdichte des Gesamtkörperdatensatzes mindestens so hoch wie die der Teilkörperdatensätze und in deren Überdeckungsbereich ergibt sich eine besonders hohe Präzision, was bei der zahntechnischen Anwendung dann von besonderem Vorteil ist, wenn diese, etwa bei großen Brücken, auf die Zahnzwischenräume gelegt werden, wo wegen der starken Konturänderungen die Zahl der Gitterpunkte besonders hoch sein muß.
  • Die Gitterpunktdichte und/oder die Genauigkeit läßt sich noch weiter erhöhen, indem derselbe Körper in kleineren Schritten verschoben und vermessen wird. So erhöht sich die Anzahl der für jeden Körperbereich kombinierbaren Datensätze und die Interpolation der Körperoberfläche zwischen den Gitterpunkten wird glatter, was bei Zahnersatz, der nicht nur möglichst natürlich aussehen, sondern sich auch angenehm anfühlen soll, besonders wichtig ist.
  • Die Vorrichtung und das Verfahren wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, wobei dargestellt ist in
  • 1a eine Vorrichtung mit dem Meßobjekt auf dem Drehtisch in der Startposition für eine erste Messung in perspektivischer Ansicht;
  • 1b die Vorrichtung von 1a in der Startposition für eine weitere Messung nachdem das Meßobjekt auf dem Drehtisch bewegt wurde;
  • 2 ein Prinzipschaltbild des Bilddatenverrechnungsmittels.
  • Nach 1a, b umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Körperdatensatzbestimmung ein Bewegungsmittel 2 zur Bewegung eines Körpers in bestimmter Weise, ein Musterprojektionsmittel 3 zur Projektion eines Musters auf den Körper, ein Bilderfassungsmittel 4 zur Bilderfassung und einem Bilddatenverrechnungsmittel 5 (s. 2) zur Berechnung eines Körperdatensatzes aus den Bilddaten, wobei das Bilddatenverrechnungsmittel 5 ein Körperdatensatzverknüpfungsmittel 6 umfaßt, um einen ersten, mit einem ersten bestimmtem Bewegungsablauf erhaltenen Teilkörperdatensatz und einen weiteren, nach einer nicht vermessenen Bewegung erhaltenen Teilkörperdatensatz unter Berücksichtigung der darin implizit enthaltenen Information über die nicht vermessene Bewegung zu einem exakten Gesamtkörperdatensatz zu verknüpfen.
  • Die Vorrichtung zur Körperdatenbestimmung 1 ist so aufgebaut, daß ein Freiraum zwischen der Oberseite des Bewegungsmittels 2 und den Unterseiten von Musterprojektionsmittel 3 und Bilderfassungsmittel 4 besteht, der so groß ist, daß ein Zugriff auf das Meßobjekt möglich ist, ohne daß die Gefahr besteht, die geometrische Ausrichtung der Komponenten zueinander dabei unbeabsichtigt zu verändern.
  • Das Bewegungsmittel 2 ist als Drehtisch ausgebildet, dessen Drehachse 2d senkrecht steht. In der Verlängerung der Drehachse 2d ist das Bildatenerfassungsmittel 4 über dem Drehtisch so montiert, daß seine Blickrichtung nach unten mit der Drehachse zusammenfällt. Durch diese Anordnung wird die Bilddatenauswertung vereinfacht.
  • Die Oberfläche des Drehtisches liegt waagerecht, sodaß Meßobjekte, die alleine standfest sind, im Bereich der zentralen Vertiefung 2v des Drehtisches einfach abgestellt werden können und ohne zusätzliche Haltemittel mit diesem bewegt werden. Der Antrieb des Drehtisches erfolgt durch einen Schrittmotor 2m, der sich unmittelbar unter dem Drehtisch befindet und winkelgenau ohne Nachlauf oder Schlupf positionierbar ist. Der Lauf des Motors ist erschütterungsarm und seine Ansteuerung ist so ausgebildet, daß abrupte Beschleunigungen verhindert werden, um zu vermeiden, daß Trägheitskräfte die Lage der Meßobjekte verändern. Der Drehtisch ist über Steuer- und Versorgungsleitungen (nicht gezeigt) mit dem Bilddatenverrechnungsmittel 5 (nicht gezeigt) verbunden. Für Meßobjekte, die alleine nicht standfest sind, weist der Drehtisch eine Mehrzahl von Bohrungen 2b in seinem Randbereich 2f auf, die zur Aufnahme von Haltemitteln ausgebildet sind.
  • Der Drehtisch ist bezüglich der übrigen Komponenten durch einen massiver Bewegungsmittelhalter 2h fixiert, der den Drehtisch mit einer ebenfalls stabilen, vertikalen Stativstange 7 verbindet. Der Bewegungsmittelhalter 2h ist um die Stativstange 7 drehbar, an ihr entlang vertikal verschieblich und in einer gewünschten Position fixierbar. Der Fuß des Stativs ist in 1a, b aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeichnet.
  • Das Musterprojektionsmittel 3 ist als Streifenprojektor, nämlich als Streifenscanner ausgebildet, der einen Laser als Lichtquelle aufweist. Nur als Hinweis auf die Größe des Meßbereichs ist die Umrandung des projizierten Musters 3r in 1a, b angedeutet. Weitere optische Elemente, wie Linsen oder Filter, lassen sich in den Strahlengang vermittels der Halterung 3f einbringen, um beispielsweise die Strahlintensi tät des Lasers der Reflektivität des Meßobjektes und/oder der Empfindlichkeit des Bilderfassungsmittels 4 anzupassen.
  • Das Musterprojektionsmittel 3 ist wie der Drehtisch durch einen massiven Musterprojektionsmittelhalter 3h mit der Stativstange 7 verbunden und in Position und Ausrichtung in Bezug auf die übrigen Komponenten fixierbar. Der Musterprojektionshalter ist so gebildet, daß er längs der Stativstange 7 vertikal verschoben und horizontal um diese geschwenkt werden kann.
  • In der in 1a, b gezeigten Ausführungsform ist der Winkel von 45 Grad zwischen Bewegungsmittelhalter 2h und Musterprojektionsmittelhalter 3h fest gewählt. Der Abstand des Projektionsmittels von der Stativstange 7 und seine Neigung gegen diese sind so eingestellt, daß das Muster mittig auf den Drehtisch projiziert wird, was die Auswertung der Bilddaten erleichtert. Das Gehäuse des Streifenscanners ist auf einer Trägerplatte 3p befestigt. Diese ist neigbar an dem Teil des Halters befestigt, der an der Stativstange vertikal verschieblich ist.
  • Die Eigenschaften der vom Musterprojektionsmittel 3 projizierten Muster sind über die Steuerung beeinflußbar und werden nach Maßgabe der Eigenschaften des Meßobjektes sowie unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Bildatenerfassungsmittels 4 ausgewählt. Dazu ist das Musterprojektionsmittel 3 über Strom- und Steuerleitungen mit dem Bilddatenverrechnungsmittel 5 verbunden (nicht gezeigt).
  • Das Bilddatenerfassungsmittel 4 ist als Sensorarray in einer CMOS-Kamera ausgebildet. Die Kamera blickt senkrecht nach un ten, und zwar entlang der Drehachse 2d des Drehtischs. Dies stellt eine besonders einfache Positionierung der beiden Komponenten dar, wodurch wiederum die Auswertung der Bilddaten vereinfacht wird. Die Kamera ist am einen Ende eines horizontal verlaufenden Bilddatenerfassungsmittelhalters 4h montiert. Dieser geht am anderen Ende rechtwinklig abknickend in das obere Ende der Stativstange 7 über. Der Abstand zwischen Kamera und Stativstange 7 ist durch die Länge des Bilddatenerfassungsmittelhalters 4h vorgegeben. Die Leitungen zur Datenübertragung zwischen Kamera und Bilddatenverrechnungsmittel 5 sind in 1a, b nicht gezeigt.
  • Das Bilddatenverrechnungsmittel 5 ist eine digitalelektronische Datenverarbeitungsanlage, die Bilddaten erfaßt, die Erfassung der Bilddaten steuert und die erfaßten Bilddaten speichert und verarbeitet. Dazu weist sie intern Module zur Steuerung der Körperdatenerfassung 8, zur Körperdatensatzspeicherung 9 und zur Verknüpfung von Körperdatensätzen 6 auf. Weiterhin umfaßt das Bilddatenverrechnungsmittel 5 Schnittstellen zum Bewegungsmittel 2, zum Musterprojektionsmittel 3 und zum Bilderfassungsmittel 4 sowie Schnittstellen nach außen.
  • Das Dateneingabemittel 10 ist dazu ausgebildet, Meßparameter wie den Neigungswinkel des Musterprojektionsmittels, Dateinamen für Teilkörperdatensätze, Start-Kommandos u.ä. an das Bilddatenverrechnungsmittel 5 und seine Module aufzunehmen.
  • Das Datenausgabemittel 11 ist dazu ausgebildet, Rückmeldungen über den Betriebszustand des Bilddatenverrechnungsmittel 5, Körperdatensätze zur Archivierung oder Datensätze zur Steuerung von Bearbeitungsmaschinen auszugeben.
  • Das Modul zur Steuerung der Körperdatenerfassung 8 ist dazu ausgebildet, das Bewegungsmittel 2, das Musterprojektionsmittel 3 und das Bilderfassungsmittel 4 definiert zu steuern und/oder zu regeln sowie den zeitlichen Ablauf der Körperdatenerfassung zu synchronisieren. Es empfängt aktuelle Positionsrückmeldungen vom Drehtisch, Daten über das momentan projizierte Muster vom Streifenscanner und Bilddaten von der Kamera und nimmt im Ansprechen auf diese eine Verarbeitung vor. Die verarbeiteten Daten sind Körperdatensätze respektive Teilkörperdatensätze und es ist ein Modul als Körperdatensatzspeichermittel 9 ausgebildet, das diese speichert.
  • Darüber hinaus ist das Modul zur Verknüpfung von Körperdatensätzen 6 als Körperdatensatzverknüpfungsmittel 6 vorgesehen, das eine Mehrzahl von Teilkörperdatensätzen zu einem Gesamtkörperdatensatz verknüpft. Es ist so ausgestattet, daß es sich entsprechende Bereiche von Teilkörperdatensätzen erkennt und sie bei der Erstellung eines Gesamtkörperdatensatzes zur Deckung bringt.
  • Im folgenden wird nun die Körperdatenbestimmung für einen Körper erläutert, der zu groß ist, um auf einmal vermessen zu werden, weil er über den Meßbereich hinausragt, aber klein genug ist, um mit nur zwei Messungen erfaßt werden zu können. Die Startpositionen dieser beiden Messungen sind jeweils in den 1a und 1b dargestellt.
  • Für die erste Messung wird der Körper so auf dem Drehtisch plaziert, daß er mit einem ersten Teilbereich, der etwas mehr als die Hälfte des Körpers umfaßt, im Meßbereich liegt (s. 1a). Dann wird an der Steuerung die erste Messung ausge löst, worauf die weiteren Vorgänge der Steuerung durch das Bilddatenverrechnungsmittel 5 unterliegen.
  • Es werden nun vom Musterprojektionsmittel 3 eine Mehrzahl von Mustern, beispielsweise Streifenmuster zunehmender Feinheit, auf den Teil des Körpers im Meßbereich projiziert und vom Bilddatenerfassungsmittel 4 die Bilder der durch die Kontur der Körperoberfläche verzerrten Muster erfaßt. Anschließend wird die Körperposition in wohldefinierter Weise durch das Bewegungsmittel 2 in Bezug auf das Musterprojektionsmittel 3 und das Bilderfassungsmittel 4 verändert. Dazu wird der Körper durch den Drehtisch um einen bestimmten Winkel gedreht. In dieser neuen, durch Rotation erhaltenen Position werden wiederum Muster projiziert und Bilddaten erfaßt. Die Bilddaten der beiden Ansichten, also mit dem Drehtisch in Ausgangslage und in der gedrehten Position, werden vom Bilddatenverrechnungsmittel 5 zu einem ersten Teilkörperdatensatz verrechnet. Dieser wird im Körperdatensatzspeichermittel 9 abgelegt. Damit ist die erste Teilmessung abgeschlossen.
  • Dann wird der Körper auf dem Drehtisch von Hand so verschoben, daß jetzt ein anderer Teilbereich, der etwas mehr als den noch nicht vermessenen Rest des Körpers umfaßt, im Meßbereich liegt (s: 1b). Diese Verschiebung wird um eine willkürliche, nicht genau vermessene Strecke erfolgen; das zu vermessende Objekt kann dabei auch verdreht werden, ohne daß dies die nachfolgende Messung beeinträchtigt, sofern die relevanten Oberflächenbereiche weiterhin für die Kamera sichtbar bleiben.
  • Dann wird eine zweite Messung wie zuvor durchgeführt und ein zweiter Teilkörperdatensatz erhoben und abgespeichert. Es liegen jetzt zwei Teilkörperdatensätze vor.
  • Jetzt wird durch das Bilddatenverrechnungsmittel 5 das Körperdatensatzverknüpfungsmittel 6 (s. 2) aktiviert, das die beiden bestimmten Teilkörperdatensätze aus dem Körperdatensatzspeichermittel 9 abruft und zu einem Gesamtkörperdatensatz verknüpft. Darin werden die Knotenpunkte eines Gitternetzes benannt, das die sichtbar gewesene Oberfläche des Körpers beschreibt. Der Gesamtkörperdatensatz wird im Körperdatensatzspeichermittel 9 abgespeichert.
  • In dem Bereich, der bei beiden Messungen erfaßt wurde, weist der Gesamtkörperdatensatz eine höhere Gitterpunktdichte auf, als sie die beiden Teilkörperdatensätze hatten. Damit weist er auch insgesamt eine höhere Genauigkeit auf. Durch Erhöhung der Anzahl der Messungen, also bei Erfassung des Körpers mit mehr als zwei Teilkörperdatensätzen, kann die Genauigkeit auch in anderen Bereichen weiter verbessert werden.
  • Anders als vorstehend beschrieben, kann die Erhebung eines Körperdatensatzes respektive eines Teilkörperdatensatzes so gesteuert werden, daß der Drehtisch mehr als eine Drehbewegung ausführt und mehr als zwei Ansichten verrechnet werden.
  • Außerdem kann, anders als vorstehend beschrieben, statt eines Streifenscanners mit einem Laser als Lichtquelle auch ein Streifenprojektor mit einer anderen Lichtquelle verwendet werden. Die Erzeugung der Streifenmuster kann auch durch ein steuerbares LCD oder durch Einschieben von Diapositiven in den Strahlengang erfolgen.
  • Weiter ist es möglich, anders als im beschriebenen Aufbau, die Kamera nicht in der Verlängerung der Drehachse des Drehtisches zu belassen, sondern sie beispielsweise auf die dem Projektionsmittel gegenüberliegende Seite zu drehen. Dann ist es vorteilhaft, einige zusätzliche Freiheitsgrade zu implementieren. Die Kamera kann dann neigbar sein und es ist möglich, daß der Abstand der Kamera und/oder des Drehtisches zur Stativstange 7 variabel ist, um den Mittelpunkt des Drehtisches mit der Blickrichtung der Kamera zu treffen. Alternativ und/oder zusätzlich wäre es auch möglich, eine Befestigung der Kamera nach Art eines Kugelkopfes vorzusehen. Falls der Winkel zwischen Bewegungsmittelhalter 2h und Musterprojektionsmittelhalter 3h anders als im beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht auf 45 Grad fixiert wird, folgt aus denselben Gründen wie vorstehend, daß es vorteilhaft ist, wenn der radiale Abstand des Musterprojektionsmittels 3 zur Stativstange 7 nach Maßgabe des von Bewegungsmittelhalter 2h und Projektionsmittelhalter 3h eingeschlossenen Winkels verstellbar ist, um zu ermöglichen, daß die Projektionsrichtung den Mittelpunkt des Drehtisches trifft.
  • Anders als in 1a, b gezeigt, können Haltemittel für die Meßobjekte zum Einsatz kommen; dazu wird das Meßobjekt bevorzugt an Stellen fixiert, die außerhalb des Meßbereiches liegen, damit die Haltemittel nicht mit vermessen werden, um so die Auswertung der Bilddaten nicht zu erschweren.
  • Es sei erwähnt, daß weitere Variationsmöglichkeiten der beschriebenen Anordnung und damit des Verfahrensablaufs ohne weiteres gegeben sind. So kann beispielsweise auch die Kombination aus Projektionsmittel und Bilderfassungsmittel gegen den dann insbesondere feststehenden Körper gedreht und/oder verschoben werden.

Claims (24)

  1. Vorrichtung zur Körperdatensatzbestimmung, mit einem Bewegungsmittel zur Bewegung eines Körpers in bestimmter Weise, einem Musterprojektionsmittel zur Projektion eines Musters auf den Körper, einem Bilderfassungsmittel zur Bilderfassung und einem Bilddatenverrechnungsmittel zur Berechnung eines Körperdatensatzes aus den Bilddaten, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilddatenverrechnungsmittel ein Körperdatensatzverknüpfungsmittel umfaßt, um einen ersten, mit einem ersten bestimmtem Bewegungsablauf erhaltenen Teilkörperdatensatz und einen weiteren, nach einer nicht vermessenen Bewegung erhaltenen Teilkörperdatensatz unter Berücksichtigung der darin implizit enthal tenen Information über die nicht vermessene Bewegung zu einem exakten Gesamtkörperdatensatz zu verknüpfen.
  2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Körperdatensatzverknüpfungsmittel dazu ausgebildet ist, Körperdatensätzen von Körpern, die über den Meßbereich hinausragen, insbesondere solche länglicher Form zu verknüpfen.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsmittel als Drehtisch ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Musterprojektionsmittel als Streifenprojektor ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Bilddatenerfassungsmittel ein Sensorarray ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bekannt ist, wo das Sensorarray über, insbesondere senkrecht über, dem Drehtisch plaziert ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bekannt ist, wo der Streifenprojektor über dem Drehtisch plaziert ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bekannt ist, welchen Winkel die Blickrichtung des Sensorarrays und die Drehachse des Drehtischs zueinander einnehmen, insbesondere ob sie koaxial sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bekannt ist, welchen Winkel, insbesondere welchen von Null verschiedenen Winkel, Blickrichtung des Sensorarrays und Projektionsrichtung des Streifenprojektors zueinander einnehmen.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsmittel dazu ausgebildet ist, nicht vermessene Bewegungen des Körpers zwischen den Messungen zur Ermittlung von Teilkörperdatensätzen als Verschiebung, insbesondere als Verschiebung die sich ergänzende Körperteile im Meßbereich plaziert, zuzulassen.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Körperdatensatzverknüpfungsmittel dazu ausgebildet ist, in unterschiedlichen Teilkörperdatensätzen sich entsprechende Oberflächenabschnitte zu erkennen und bei der Erstellung des Gesamtkörperdatensatzes zur Deckung zu bringen.
  12. Verfahren zur Körperdatensatzbestimmung, worin zunächst Körperdatensätze bestimmt werden, indem auf einen Körper bei bekannter Anordnungsgeometrie und bestimmtem Bewegungsablauf ein Muster projiziert und dessen Bild erfaßt wird, um daraus einen Körperdatensatz zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß für einen bestimmten Bewegungsablauf ein Körperdatensatz als erster Teilkörperdatensatz ermittelt wird, der Körper auf eine nicht vermessene Weise bewegt wird, dann ein weiterer Teilkörperdatensatz ermittelt wird und aus den Teilkörperdatensätzen unter Berücksichtigung der in den Teilkörperdatensätzen implizit enthaltenen Information über die nicht vermessene Bewegung ein exakter Gesamtkörperdatensatz erzeugt wird.
  13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß Körperdatensätze erstellt werden, die Knotenpunkte eines Gitternetzes benennen, das die Oberfläche des Körpers beschreibt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Körper während des bestimmten Bewegungsablaufes um die gedachte Verlängerung der Drehtischachse gedreht wird.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung bei jeder weiteren Messung neu bestimmt wird.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifenmuster projiziert wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß während einer Messung verschiedene Muster projiziert werden, insbesondere das bei verschiedenen Messungen verschiedene Muster projiziert werden.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Bild von einem Sensorarray erfaßt wird.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der bei der Erzeugung eines Teilkörperdatensatzes berücksichtigten Ansichten zwei, insbesondere mehr als zwei beträgt.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der bei der Erzeugung eines Gesamtkörperdatensatzes berücksichtigten Teilkörperdatensätze zwei, insbesondere mehr als zwei beträgt.
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Körperdatensätze von Körpern bestimmt werden, die den Meßbereich nach Länge und/oder Breite überschreiten.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zwischen den Bestimmungen der Teilkörperdatensätze so verschoben wird, daß sich jeweils ergänzende Körperteile im Meßbereich befinden.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Gesamtkörperdatensatzes sich entsprechende Bereiche der Teilkörperdatensätze erkannt und zur Deckung gebracht werden.
  24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtkörperdatensatz eine höhere Genauigkeit als die Teilkörperdatensätze aufweist.
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