DE10333039A1

DE10333039A1 - Messmarke

Info

Publication number: DE10333039A1
Application number: DE10333039A
Authority: DE
Inventors: Andre Kluftinger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2003-07-21
Publication date: 2004-09-09

Abstract

In der Praxis der optischen Vermessung großer Objekte treten häufig Probleme bei der Erkennung insbesondere häufig gebrauchter Messmarken auf. DOLLAR A Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Messmarke anzugeben, die insbesondere bei häufigem Gebrauch eine verbesserte Zuverlässigkeit der Erkennung gewährleistet. DOLLAR A Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messmarke, die zusätzlich mindestens ein Kontrollmerkmal zur Kontrolle der Erkennung der Kodiermerkmale aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messmarke gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Messmarke ist bereits aus DE 297 24 135 U1 bekannt.
Messmarken und zugehörige Messverfahren dienen beispielsweise dazu, die Durchlaufzeiten von Messaufgaben in der Industrie zu verkürzen. Hierbei gewannen in letzter Zeit vor allem optische Messverfahren wie die Photogrammetrie und die Streifenprojektion zunehmend an Bedeutung. Wesentliche Anforderungen an derartige Verfahren sind eine robuste Auslegung der Messprozesse und eine weitgehende Automatisierung. So ist oft eine schnelle, lückenlose 3D-Vermessung großer Objekte, die anschließend als CAD-Datensätze bereitgestellt werden müssen, gefordert. Auf dem Prinzip der Streifenprojektion basierende optische Messsysteme liefern hierfür lückenlos und flächendeckend 3D-Daten des Messobjektes. Das in der Regel begrenzte Messvolumen dieser Systeme erfordert wichtige Zusatzinformationen, wie Verknüpfungspunkte in einem übergeordneten Koordinatensystem, die ein paßgerechtes Zusammenfügen vieler Messaufnahmen ermöglichen. Die hierfür notwendige Information, wie die 3D-Koordinaten von Paßpunkten, liefert die Photogrammetrie. In Bezug auf die Automatisierbarkeit des photogrammetrischen Mess- und Auswerteprozesses kommt der Bildmessung eine besondere Bedeutung zu. Mit wachsender Anzahl der zu messenden Bildpunkte bzw. der Anzahl Bilder eines Gesamtverbandes steigt der Aufwand zur Identifikation homologer Bildpunkte drastisch an. Um den Zeitaufwand diesbezüglich möglichst gering zu halten, werden in der Praxis zunehmend Messmarken verwendet, die neben dem zu messenden, meist kreisförmigen Mess-Merkmal auch Kodier-Merkmale aufweisen. Diese in unterschiedlicher Form auftretenden Kodier-Merkmale sollen entweder nur der besseren visuellen Übersicht im Zuge einer vom Anwender interaktiv durchzuführenden Bildmessung ('Anklicken') homologer Bildpunkte) oder einer automatischen Erkennung von Messmarken dienen. In der Praxis treten häufig Probleme bei der Erkennung insbesondere häufig gebrauchter Messmarken auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Messmarke anzugeben, die insbesondere bei häufigen Gebrauch eine verbesserte Zuverlässigkeit der Erkennung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird von einer Messmarke mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß weist die Messmarke zusätzlich zu ihren Mess- und Kodiermerkmalen mindestens ein Kontrollmerkmal zur Kontrolle der Erkennung der Kodiermerkmale auf.
Ein solches Kontrollmerkmal ermöglicht die Erkennung einer fehlerhaften Identifizierung der Kodiermerkmale, beispielsweise infolge von Kratzern und/oder Verschmutzungen und/oder Abschattung und ähnlichen Störungen auf den Kodiermerkmalen.
Vorzugsweise ist dieses Kontrollmerkmal derart binär gestaltet ist, dass seine erste Gestaltung einem geraden Wert des binarisierten Informationsgehaltes der Kodiermerkmale entspricht und seine zweite Gestaltung einem ungeraden Wert des binarisierten Informationsgehaltes der Kodiermerkmale entspricht.
Der binarisierte Informationsgehaltes der Kodiermerkmale stellt eine endliche Abfolge gesetzter und ungesetzter Bits (z.B. Einsen und Nullen / Punkte und keine Punkte) dar.
Nach einer vorteilhaften Definition entspricht ein gerader/ungerader Wert des binarisierten Informationsgehaltes einer geraden/ungeraden Anzahl gesetzter Bits (z.B. Einsen).
Ein derart definiertes Kontrollmerkmal stellt ein besonders einfaches Maß zur Qualitätskontrolle der Erkennung von Kodiermerkmalen dar. Liefert beispielsweise die Erkennung der Kodiermerkmale eine gerade Anzahl gesetzter Bits und die Erkennung des Kontrollmerkmals seine zweite Gestaltung, (die einer ungeraden Anzahl gesetzter Bits entspricht,) so ist von einer fehlerhaften Erkennung auszugehen.
Besonders vorteilhaft ist das Kontrollmerkmal an vorgegebener Position innerhalb der Messmarke angeordnet und als einfache geometrische Form, insbesondere Kreis, Dreieck oder Viereck, gestaltet, vorzugsweise derart, dass es in seiner ersten Gestaltung maximalen Kontrast zum Hintergrund der Messmarke aufweist, und dass es in seiner zweiten Gestaltung keinen Kontrast zum Hintergrund der Messmarke aufweist.
Beispielsweise ist das Kontrollmerkmal stets unten rechts auf einer weisen Messmarke angeordnet und in seiner ersten Gestalt als schwarzes Viereck ausgestaltet. Dies entspricht einem gesetzten Kontrollbit. In seiner zweiten Ausgestaltung ist das Viereck weis, d.h. für das Messsystem auf der weisen Messmarke nicht erkennbar (ungesetztes Kontrollbit). Aufgrund der vorgegebenen zu analysierenden Position des Kontrollmerkmals ist die Information dennoch auf einfache Weise ermittelbar.
Denkbar ist aber auch als erste Gestaltung des Kontrollmerkmals ein liegendes Dreieck zu verwenden und als zweite ein auf dem Kopf stehendes Dreieck oder einen Kreis. Bei einer derartigen geometrischen Formwahl der beiden Gestaltungen des Kontrollmerkmals müssen beide keine Kontrastunterschiede aufweisen und selbst eine vorgegebene Position auf der Messmarke ist nicht mehr erforderlich, da bekannte Erkennungsverfahren solche Kodiermerkmale leicht auch an unbekannter Position innerhalb der Messmarke auffinden und identifizieren können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messmarke weist sie alternativ oder additiv zu einem der vorne beschriebenen Kontrollmerkmale mindestens einen weiteren identischen Satz an Kodiermerkmalen auf, die zur Kontrolle der Erkennung des ersten Satzes verwendet werden können. Für ein maximales Qualitätsniveau wird ein Ergebnis z.B. nur dann berücksichtigt, wenn alle Identifizierungen der verschiedenen Sätze von Kodiermerkmalen identisch sind. Für ein geringeres Qualitätsniveau kann auch ein geringeres Maß an Übereinstimmung ausreichen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn identische Kodiermerkmale verschiedener Sätze nicht benachbart angeordnet sind. Eine solche Anordnung gewährleistet, dass bei üblichen Störungen wie Kratzern, Schmutz oder Abschattungen, mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht dieselben Kodiermerkmale verschiedener Sätze fehlerhaft oder gar nicht erkannt werden. Dies erlaubt eine Identifizierung zumindest mittlerer Qualität bzw. den eindeutigen Nachweis einer fehlerhaften Erkennung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kodiermerkmale an vorgegebener Position innerhalb der Messmarke angeordnet und als einfache geometrische Form, insbesondere Kreis, Dreieck oder Viereck, binär gestaltet, vorzugsweise derart, dass sie in ihrer ersten Gestaltung maximalen Kontrast zum Hintergrund der Messmarke aufweisen, und dass sie in ihrer zweiten Gestaltung keinen Kontrast zum Hintergrund der Messmarke aufweisen.
Dadurch ergeben sich für die Kodiermerkmale die selben Vorteile, die bereits vorne bezüglich der entsprechenden Kontrollmerkmale genannt wurden. Die einfachen geometrischen Formen sind besonders einfach von bekannten Erkennungsprogrammen identifizierbar.
Besonders vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Messmarke materiell, insbesondere aus einem selbsthaftenden, lösbaren Papier oder Kunststoff gestaltet oder optisch, indem sie auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts durch einen Maske projeziert wird oder mittels eines Lichtstrahls abgebildet wird. Dadurch besteht für das zu vermessende Objekt nur eine minimale Gefahr vor Beschädigungen.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von einem Ausführungsbeispielen und der 1 und 2 näher erläutert. Dabei zeigen:
1 7×7-Matrix-Messmarke mit innenliegenden Kodiermerkmalen und Kontrollmerkmal rechts unten.
2 Dieselbe 7×7-Matrix-Messmarke kodiert (Informationsgehalt 171, binarisiert 10101011)
In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Messmarke aus einer 7×7-Matrix gleichgroßer Rechtecke, die entweder schwarz oder weis gefüllt sind. Der äußere Spalten und Zeilen der Matrix dienen als Orientierungsmerkmale der Messmarke: Eine voll ständig schwarze Zeile definiert oben, eine vollständig schwarze Spalte definiert links, eine alternierend schwarz-weise Zeile definiert unten, eine alternierend schwarz-weise Spalte definiert rechts; somit ist die Orientierung der Messmarke leicht mittels bekannter Verfahren bestimmbar.
Die äußeren Zeilen und Spalten umschließen eine 5×5-Matrix welche die Kodier- und Kontrollmerkmale enthält. Das Kontrollmerkmal befindet sich unten rechts und ist in 1 mit einem K hervorgehoben. Die Kodiermerkmale sind in drei gleichen Bereichen der 5×5-Matrix abgelegt. Jedes Matrixfeld entspricht einem gesetzten (schwarz) oder ungesetzten Bit einer Binärzahl zwischen 0 und 255. Die jeweils gleichen Bits der unterschiedlichen Kodiermerkmalsätze sind niemals benachbart angeordnet. Ihre jeweilige Auslesereihenfolge ist in 1 dargestellt. Eine solche Anordnung gewährleistet, dass bei üblichen Störungen wie Kratzern, Schmutz oder Abschattungen, mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht dieselben Kodiermerkmale verschiedener Sätze fehlerhaft oder gar nicht erkannt werden.
In 1 sind die einzelnen Kodiermerkmalsbereiche zur besseren Verdeutlichung durch Linien voneinander getrennt. Dies ist bei einer realen Messmarke nicht der Fall. Die einzelnen Felder der Matrix können leicht identifiziert werden, insbesondere unter Zuhilfenahme der deutlich abgestuften rechten Randspalte und unteren Randzeile.
2 zeigt eine mit dem Wert 171 kodierte Messmarke. In jedem der drei Kodierbereiche sind die Bits 1,2,8,32 und 128 durch schwarze Rechtecke gesetzt. Die Anzahl der gesetzten Kodierbits ist 5, also ein ungerader Wert des binarisierten Informationsgehaltes. Deshalb weist das Kontrollbit seine zweite Ausgestaltung ohne Kontrast zum Hintergrund der Messmarke auf, das Kontrollbit ist nicht gesetzt.
Als Messmerkmal der Messmarke dient deren Mittelpunkt, der sich leicht als Schnittpunkt der Geraden durch die Eckpunkte ermitteln läßt.
Eine derartige Ausgestaltung der Messmarke liefert eine sehr hohe Erkennqualität durch die mehrfache Kodierung und das zusätzliche Kontrollbit.
Die erfindungsgemäße Messmarke erweist sich in der Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für die automatische optische Vermessung, insbesondere großer Objekte wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie vermessen werden.
Die Erfindung ist nicht nur auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
So müssen die Kodiermerkmale nicht dreifach in einer 5×5-Matrix vorliegen, sondern vorteilhaft ist auch nur ein einfaches Vorliegen zuzüglich Kontrollbit. Bei vielen benötigten Messmarken können auch größere Matrizen verwendet werden.
Genauso kann für mehrere Teile eines Satzes von Kodiermerkmalen jeweils ein Kontrollmerkmal vorliegen. Denkbar ist die gesamte Breite von einem Kontrollmerkmal je Satz bis zu einem Kontrollmerkmal je Satzelement der Kodiermerkmale (, was einem zweiten Satz von Kodiermerkmalen entsprechen würde).
Außerdem müssen die Kodiermerkmale nicht in Form einer Binärzahlen entsprechenden Matrix vorliegen, sondern sie können auch winkel-, ring- oder textkodiert vorliegen.

Claims

Messmarke enthaltend Mess- und Kodiermerkmale dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens ein Kontrollmerkmal zur Kontrolle der Erkennung der Kodiermerkmale aufweist.
Messmarke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollmerkmal derart binär gestaltet ist, dass seine erste Gestaltung einem geraden Wert des binarisierten Informationsgehaltes der Kodiermerkmale entspricht und dass seine zweite Gestaltung einem ungeraden Wert des binarisierten Informationsgehaltes der Kodiermerkmale entspricht.
Messmarke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrollmerkmal an vorgegebener Position innerhalb der Messmarke angeordnet ist und als einfache geometrische Form, insbesondere Kreis, Dreieck oder Viereck, gestaltet ist, vorzugsweise derart, dass es in seiner ersten Gestaltung maximalen Kontrast zum Hintergrund der Messmarke aufweist, und dass es in seiner zweiten Gestaltung keinen Kontrast zum Hintergrund der Messmarke aufweist.
Messmarke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie alternativ oder additiv zu einem Kontrollmerkmal nach Anspruch 2 oder 3 mindestens einen weiteren Satz an Kodiermerkmalen aufweist.
Messmarke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass identische Kodiermerkmale verschiedener Sätze nicht benachbart angeordnet sind.
Messmarke nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodiermerkmale an vorgegebener Position innerhalb der Messmarke angeordnet sind und als einfache geometrische Form, insbesondere Kreis, Dreieck oder Viereck, binär gestaltet sind, vorzugsweise derart, dass sie in ihrer ersten Gestaltung maximalen Kontrast zum Hintergrund der Messmarke aufweisen, und dass sie in ihrer zweiten Gestaltung keinen Kontrast zum Hintergrund der Messmarke aufweisen.
Messmarke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie materiell gestaltet ist oder dass sie optisch gestaltet ist, vorzugsweise derart, dass sie auf die Oberfläche des zu vermessenden Objekts durch einen Maske projeziert wird oder mittels eines Lichtstrahls abgebildet wird.