Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft einen dreidimensionalen Koordinatenscanner und insbesondere einen Triangulationsscanner mit mehreren Modalitäten der Datenerfassung.The subject matter disclosed herein relates to a three-dimensional coordinate scanner, and more particularly to a triangulation scanner having multiple modalities of data acquisition.
Die Erfassung dreidimensionaler Koordinaten eines Objekts oder einer Umgebung ist bekannt. Man kann verschiedene Methoden wie beispielsweise Laufzeit- oder Triangulationsverfahren einsetzen. Laufzeitsysteme wie beispielsweise ein Lasertracker, eine Totalstation oder ein Laufzeitscanner können einen Lichtstrahl wie zum Beispiel einen Laserstrahl auf ein Retroreflektorziel oder einen Punkt auf der Oberfläche des Objekts richten. Es wird ein Absolutdistanzmesser verwendet, um den Abstand zum Ziel oder Punkt auf Basis der Zeitdauer zu ermitteln, die das Licht für die Bewegung zum Ziel oder Punkt und zurück benötigt. Durch Bewegen des Laserstrahls oder des Ziels über die Oberfläche des Objekts können die Koordinaten des Objekts ermittelt werden. Laufzeitsysteme haben dahingehend Vorteile, dass sie eine relativ hohe Genauigkeit besitzen, doch in einigen Fällen sind sie eventuell langsamer als manche andere Systeme, weil sie normalerweise jeden Punkt auf der Oberfläche einzeln messen müssen.The detection of three-dimensional coordinates of an object or an environment is known. You can use different methods such as runtime or triangulation methods. Runtime systems such as a laser tracker, a total station, or a runtime scanner can direct a beam of light, such as a laser beam, at a retroreflector target or at a point on the surface of the object. An absolute distance meter is used to determine the distance to the target or point based on the amount of time the light takes to travel to the target or point and back. By moving the laser beam or the target over the surface of the object, the coordinates of the object can be determined. Runtime systems have advantages in that they have relatively high accuracy, but in some cases they may be slower than some other systems because they usually need to measure each point on the surface individually.
Im Gegensatz dazu projiziert ein Scanner, der die Triangulation zur Messung dreidimensionaler Koordinaten benutzt, entweder ein Lichtmuster in einer Linie (z. B. einer Laserlinie aus einer Laserliniensonde) oder ein einen Bereich abdeckendes Lichtmuster (z. B. strukturiertes Licht) auf die Oberfläche. Eine Kamera wird in feststehender Beziehung an den Projektor gekoppelt, indem man beispielsweise eine Kamera und den Projektor an einem gemeinsamen Rahmen befestigt. Das vom Projektor emittierte Licht wird von der Oberfläche reflektiert und von der Kamera erfasst. Da die Kamera und der Projektor in feststehender Beziehung angeordnet sind, kann der Abstand zum Objekt nach den Prinzipien der Trigonometrie ermittelt werden. Verglichen mit Koordinatenmessgeräten, die Tastsonden benutzen, bieten Triangulationssysteme dahingehend Vorteile, dass sie Koordinatendaten über einen großen Bereich schnell erfassen. Die sich daraus ergebende Erfassung dreidimensionaler Koordinatenwerte, die durch das Triangulationssystem bereitgestellt werden, wird hierin als „Punktwolkendaten“ oder einfach als „Punktwolke“ bezeichnet.In contrast, a scanner that uses triangulation to measure three-dimensional coordinates projects either a light pattern in a line (eg, a laser line from a laser line probe) or an area-covering light pattern (eg, structured light) onto the surface , A camera is coupled in fixed relation to the projector, for example, by attaching a camera and the projector to a common frame. The light emitted by the projector is reflected off the surface and captured by the camera. Since the camera and the projector are arranged in a fixed relationship, the distance to the object can be determined according to the principles of trigonometry. Compared to coordinate measuring machines that use probe probes, triangulation systems offer advantages in that they quickly capture coordinate data over a wide range. The resulting detection of three-dimensional coordinate values provided by the triangulation system is referred to herein as "point cloud data" or simply as a "point cloud".
Eine Anzahl von Problemen kann die Erfassung von hochgenauen Punktwolkendaten stören, wenn ein Laserscanner verwendet wird. Diese Probleme umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein: Abweichungen beim über die Bildebene der Kamera aufgefangenen Lichtpegel infolge von Abweichungen beim Reflexionsgrad der Objektoberfläche oder Abweichungen beim Einfallswinkel der Oberfläche relativ zum projizierten Licht; niedrige Auflösung nahe einer Kante wie z. B. Kanten von Löchern; und beispielsweise eine Mehrwegestörung. Der Bediener bemerkt in einigen Fällen eventuell ein Problem nicht oder ist nicht in der Lage, das Problem zu eliminieren. In diesen Fällen sind fehlende oder fehlerhafte Punktwolkendaten die Folge.A number of problems can interfere with the acquisition of high accuracy point cloud data when using a laser scanner. These problems include, but are not limited to: variations in the light level captured across the image plane of the camera due to deviations in the reflectance of the object surface or deviations in the angle of incidence of the surface relative to the projected light; low resolution near an edge such. B. edges of holes; and, for example, a multipath fault. In some cases, the operator may not notice a problem or be unable to eliminate the problem. In these cases, missing or incorrect point cloud data is the result.
Obwohl bereits existierende Scanner für ihren beabsichtigten Zweck geeignet sind, besteht demgemäß nach wie vor Bedarf an einer Verbesserung und insbesondere an einer Bereitstellung eines Scanners, der sich an unerwünschte Bedingungen anpassen und eine verbesserte Datenpunkterfassung zur Verfügung stellen kann.Accordingly, while existing scanners are suitable for their intended purpose, there is still a need for improvement and, more particularly, for providing a scanner that can adapt to undesirable conditions and provide improved data point detection.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein kontaktloses optisches dreidimensionales Messgerät vorgesehen. Das kontaktlose optische dreidimensionale Messgerät umfasst Folgendes: eine Baugruppe, die einen Projektor, eine erste Kamera und eine zweite Kamera umfasst, wobei der Projektor, die erste Kamera und die zweite Kamera zueinander feststehend sind, wobei ein erster Abstand zwischen dem Projektor und der ersten Kamera und ein zweiter Abstand zwischen dem Projektor und der zweiten Kamera bestehen, wobei der Projektor eine Lichtquelle aufweist, wobei der Projektor dafür konfiguriert ist, auf eine Oberfläche eines Objekts ein erstes Licht mit irgendeinem einer Vielzahl von räumlich variierenden Mustern zu emittieren, wobei die erste Kamera eine erste Linse und eine erste photosensitive Anordnung aufweist, wobei die erste Kamera dafür konfiguriert ist, einen ersten Teil des von der Oberfläche reflektierten ersten Lichts aufzufangen und als Reaktion ein erstes digitales Signal zu erzeugen, wobei die erste Kamera ein erstes Sichtfeld aufweist, wobei das erste Sichtfeld ein erster Sichtwinkelbereich der ersten Kamera ist, wobei die zweite Kamera eine zweite Linse und eine zweite photosensitive Anordnung aufweist, wobei die zweite Kamera dafür konfiguriert ist, einen zweiten Teil des von der Oberfläche reflektierten ersten Lichts aufzufangen und als Reaktion ein zweites digitales Signal zu erzeugen, wobei die zweite Kamera ein zweites Sichtfeld aufweist, wobei das zweite Sichtfeld ein zweiter Sichtwinkelbereich der zweiten Kamera ist, wobei das zweite Sichtfeld vom ersten Sichtfeld verschieden ist; einen elektrisch an den Projektor, die erste Kamera und die zweite Kamera gekoppelten Prozessor; und ein computerlesbares Medium, das, wenn es durch den Prozessor ausgeführt wird, bewirkt, dass das erste digitale Signal an einem ersten Zeitpunkt erfasst wird und das zweite digitale Signal an einem vom ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkt erfasst wird, und dreidimensionale Koordinaten eines ersten Punkts auf der Oberfläche basierend zumindest teilweise auf dem ersten digitalen Signal und dem ersten Abstand ermittelt und dreidimensionale Koordinaten eines zweiten Punkts auf der Oberfläche basierend zumindest teilweise auf dem zweiten digitalen Signal und dem zweiten Abstand ermittelt.According to one aspect of the invention, a contactless optical three-dimensional measuring device is provided. The non-contact optical three-dimensional measuring apparatus comprises: an assembly including a projector, a first camera, and a second camera, wherein the projector, the first camera, and the second camera are fixed to each other with a first distance between the projector and the first camera and a second distance between the projector and the second camera, the projector having a light source, wherein the projector is configured to emit on a surface of an object a first light having any one of a plurality of spatially varying patterns, the first camera a first lens and a first photosensitive array, wherein the first camera is configured to capture a first portion of the first light reflected from the surface and responsively generate a first digital signal, the first camera having a first field of view; first field of vision a first sight is second region of the first camera, the second camera having a second lens and a second photosensitive array, wherein the second camera is configured to capture a second portion of the first light reflected from the surface and in response to generate a second digital signal the second camera has a second field of view, the second field of view being a second field of view of the second camera, the second field of view being different from the first field of view; an electrically coupled to the projector, the first camera and the second camera processor; and a computer-readable medium that, when executed by the processor, causes the first digital signal to be detected at a first time and the second digital signal to be detected at a second time other than the first time, and three-dimensional coordinates of a first point on the Determines surface based at least partially on the first digital signal and the first distance and determines three-dimensional coordinates of a second point on the surface based at least partially on the second digital signal and the second distance.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung dreidimensionaler Koordinaten auf einer Oberfläche eines Objekts vorgesehen. Das Verfahren umfasst Folgendes: Bereitstellen einer Baugruppe, die einen Projektor, eine erste Kamera und eine zweite Kamera umfasst, wobei der Projektor, die erste Kamera und die zweite Kamera zueinander feststehend sind, wobei ein erster Abstand zwischen dem Projektor und der ersten Kamera und ein zweiter Abstand zwischen dem Projektor und der zweiten Kamera bestehen, wobei der Projektor eine Lichtquelle aufweist, wobei der Projektor dafür konfiguriert ist, auf die Oberfläche ein erstes Licht mit irgendeinem einer Vielzahl von räumlich variierenden Mustern zu emittieren, wobei die erste Kamera eine erste Linse und eine erste photosensitive Anordnung aufweist, wobei die erste Kamera dafür konfiguriert ist, einen ersten Teil des von der Oberfläche reflektierten ersten Lichts aufzufangen, wobei die erste Kamera ein erstes Sichtfeld aufweist, wobei das erste Sichtfeld ein erster Sichtwinkelbereich der ersten Kamera ist, wobei die zweite Kamera eine zweite Linse und eine zweite photosensitive Anordnung aufweist, wobei die zweite Kamera dafür konfiguriert ist, einen zweiten Teil des von der Oberfläche reflektierten ersten Lichts aufzufangen, wobei die zweite Kamera ein zweites Sichtfeld aufweist, wobei das zweite Sichtfeld ein zweiter Sichtwinkelbereich der zweiten Kamera ist, wobei das zweite Sichtfeld vom ersten Sichtfeld verschieden ist; Bereitstellen eines elektrisch an den Projektor, die erste Kamera und die zweite Kamera gekoppelten Prozessors; Emittieren des ersten Lichts mit einem aus der Vielzahl von räumlich variierenden Mustern ausgewählten ersten Muster in einem ersten Vorgang aus dem Projektor auf die Oberfläche; Aufnehmen eines ersten Bilds der Oberfläche mit der ersten Kamera im ersten Vorgang und als Reaktion Senden eines ersten digitalen Signals an den Prozessor; Ermitteln eines ersten Satzes dreidimensionaler Koordinaten erster Punkte auf der Oberfläche, wobei der erste Satz zumindest teilweise auf dem ersten Muster, dem ersten digitalen Signal und dem ersten Abstand basiert; Durchführen einer Diagnosemethode, um die Qualität des ersten Satzes auszuwerten; Ermitteln eines aus der Vielzahl von räumlich variierenden Mustern ausgewählten zweiten Musters des ersten Lichts, wobei das zweite Muster zumindest teilweise auf Ergebnissen der Diagnosemethode basiert; Emittieren des ersten Lichts mit dem zweiten Muster in einem zweiten Vorgang aus dem Projektor auf die Oberfläche; Aufnehmen eines zweiten Bilds der Oberfläche mit der zweiten Kamera im zweiten Vorgang und als Reaktion Senden eines zweiten digitalen Signals an den Prozessor; und Ermitteln eines zweiten Satzes dreidimensionaler Koordinaten zweiter Punkte auf der Oberfläche, wobei der zweite Satz zumindest teilweise auf dem zweiten Muster, dem zweiten digitalen Signal und dem zweiten Abstand basiert.According to one aspect of the invention, a method for determining three-dimensional coordinates on a surface of an object is provided. The method comprises: providing an assembly comprising a projector, a first camera and a second camera, wherein the projector, the first camera and the second camera are fixed to each other, wherein a first distance between the projector and the first camera and a second space between the projector and the second camera, the projector having a light source, wherein the projector is configured to emit on the surface a first light having any of a plurality of spatially varying patterns, the first camera having a first lens and a first photosensitive array, wherein the first camera is configured to capture a first portion of the first light reflected from the surface, the first camera having a first field of view, the first field of view being a first viewing angle range of the first camera; Camera a second lens and a second phot The second camera is configured to capture a second portion of the first light reflected from the surface, the second camera having a second field of view, the second field of view being a second viewing angle range of the second camera, the second field of view of first field of view is different; Providing a processor electrically coupled to the projector, the first camera, and the second camera; Emitting the first light with one of the plurality of spatially varying patterns selected first pattern in a first operation from the projector to the surface; Capturing a first image of the surface with the first camera in the first process and in response sending a first digital signal to the processor; Determining a first set of three-dimensional coordinates of first points on the surface, wherein the first set is based, at least in part, on the first pattern, the first digital signal, and the first distance; Performing a diagnostic method to evaluate the quality of the first sentence; Determining a second pattern of the first light selected from the plurality of spatially varying patterns, wherein the second pattern is based, at least in part, on results of the diagnostic method; Emitting the first light with the second pattern in a second process from the projector onto the surface; Taking a second image of the surface with the second camera in the second process and in response sending a second digital signal to the processor; and determining a second set of three-dimensional coordinates of second points on the surface, the second set based at least in part on the second pattern, the second digital signal, and the second distance.
Diese und andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher hervor.These and other advantages and features will become more apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, wird in den Ansprüchen am Ende der Patentbeschreibung besonders hervorgehoben und eindeutig beansprucht. Die vorangehenden und anderen Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen hervor. Es zeigen:The subject matter contemplated as being the invention is particularly pointed out and clearly claimed in the claims at the end of the specification. The foregoing and other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Show it:
1: eine schematische Draufsicht eines Scanners gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; 1 a schematic plan view of a scanner according to an embodiment of the invention;
2: ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieb des Scanners von 1 zeigt; 2 : A flow chart illustrating a procedure for operating the scanner from 1 shows;
3: eine schematische Draufsicht eines Scanners gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung; 3 a schematic plan view of a scanner according to another embodiment of the invention;
4: ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieb des Scanners von 3 zeigt; 4 : A flow chart illustrating a procedure for operating the scanner from 3 shows;
5A: eine schematische Ansicht von Elementen in einem Laserscanner gemäß einer Ausgestaltung; 5A a schematic view of elements in a laser scanner according to an embodiment;
5B: ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieb eines Scanners gemäß einer Ausgestaltung zeigt; 5B FIG. 3 is a flowchart showing a method of operating a scanner according to an embodiment; FIG.
6: eine schematische Draufsicht eines Scanners gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung; 6 a schematic plan view of a scanner according to another embodiment of the invention;
7: ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieb des Scanners gemäß einer Ausgestaltung zeigt; 7 FIG. 3 is a flowchart showing a method of operating the scanner according to an embodiment; FIG.
8A und 8B: perspektivische Ansichten eines Scanners, der in Verbindung mit einer entfernten Sondenvorrichtung verwendet wird, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; 8A and 8B Fig. 3: perspective views of a scanner used in conjunction with a remote probe device according to an embodiment of the invention;
9: ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieb des Scanners von 5 zeigt; 9 : A flow chart illustrating a procedure for operating the scanner from 5 shows;
10: eine schematische Draufsicht eines Scanners gemäß einer Ausgestaltung; 10 a schematic plan view of a scanner according to an embodiment;
11: ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieb des Scanners von 10 zeigt; und 11 : A flow chart illustrating a procedure for operating the scanner from 10 shows; and
12: ein Ablaufdiagramm, das eine Diagnosemethode gemäß einer Ausgestaltung zeigt. 12 FIG. 3 is a flowchart showing a diagnostic method according to an embodiment. FIG.
Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausgestaltungen der Erfindung zusammen mit den Vorteilen und Merkmalen beispielhaft anhand der Zeichnungen.The detailed description explains embodiments of the invention together with the advantages and features by way of example with reference to the drawings.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung stellen Vorteile zur Verfügung, indem sie die Zuverlässigkeit und Genauigkeit dreidimensionaler Koordinaten einer Datenpunktwolke erhöhen, die von einem Scanner erfasst wird. Ausgestaltungen der Erfindung bieten dahingehend Vorteile, dass sie Anomalien in erfassten Daten erkennen und automatisch den Betrieb des Scanners derart einstellen, dass er die gewünschten Ergebnisse erfasst. Ausgestaltungen der Erfindung bieten dahingehend Vorteile, dass sie Anomalien in den erfassten Daten erkennen und dem Bediener eine Anzeige von Bereichen bereitstellen, wo eine zusätzliche Datenerfassung erforderlich ist. Noch weitere Ausgestaltungen der Erfindung bieten dahingehend Vorteile, dass sie Anomalien in den erfassten Daten erkennen und dem Bediener eine Anzeige bereitstellen, wo eine zusätzliche Datenerfassung mit einer entfernten Sonde erfasst werden kann.Embodiments of the present invention provide advantages by increasing the reliability and accuracy of three-dimensional coordinates of a data point cloud detected by a scanner. Embodiments of the invention provide advantages in that they detect anomalies in captured data and automatically adjust the operation of the scanner to capture the desired results. Embodiments of the invention offer advantages in that they detect anomalies in the captured data and provide the operator with an indication of areas where additional data acquisition is required. Still other embodiments of the invention offer advantages in that they detect anomalies in the captured data and provide the operator with an indication of where additional data acquisition with a remote probe can be detected.
Scannervorrichtungen erfassen dreidimensionale Koordinatendaten von Objekten. Bei einer Ausgestaltung hat ein Scanner 20, der in 1 dargestellt ist, ein Gehäuse 22, das eine erste Kamera 24, eine zweite Kamera 26 und einen Projektor 28 umfasst. Der Projektor 28 emittiert Licht 30 auf eine Oberfläche 32 eines Objekts 34. Bei der beispielhaften Ausgestaltung nutzt der Projektor 28 eine sichtbares Licht ausstrahlende Lichtquelle, die einen Mustererzeuger beleuchtet. Die sichtbares Licht ausstrahlende Lichtquelle kann beispielsweise ein Laser, eine Superlumineszenzdiode, eine Glühlampe, eine Xenonlampe, eine Leuchtdiode (LED; light emitting diode) oder eine andere Leuchtvorrichtung sein. Der Mustererzeuger ist bei einer Ausgestaltung eine Chrommaske mit einem auf ihr aufgeätzten strukturierten Lichtmuster. Die Fotomaske kann ein einziges Muster oder mehrere Muster aufweisen, die sich je nach Bedarf in die und aus der Position bewegen. Die Fotomaske kann manuell oder automatisch in der Betriebsstellung eingebaut werden. Bei anderen Ausgestaltungen kann das Quellmuster ein Licht sein, das von einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (DMD; digital micro-mirror device) wie beispielsweise einem von der Firma Texas Instruments Corporation hergestellten digitalen Lichtprojektor (DLP), einer Flüssigkristallanzeige (LCD; liquid crystal display), einer Flüssigkristall-auf-Silizium-Vorrichtung (LCOS; liquid crystal on silicon) oder einer ähnlichen Vorrichtung, die im Durchlassmodus statt im Reflexionsmodus verwendet wird, reflektiert oder durchgelassen wird. Der Projektor 28 kann ferner ein Linsensystem 36 umfassen, das das austretende Licht derart verändert, dass es den gewünschten Bereich abdeckt.Scanner devices capture three-dimensional coordinate data of objects. In one embodiment, a scanner has 20 who in 1 is shown, a housing 22 that's a first camera 24 , a second camera 26 and a projector 28 includes. The projector 28 emits light 30 on a surface 32 an object 34 , In the exemplary embodiment, the projector uses 28 a visible light emitting light source illuminating a pattern generator. The visible light emitting light source may be, for example, a laser, a superluminescent diode, an incandescent lamp, a xenon lamp, a light emitting diode (LED) or other lighting device. In one embodiment, the pattern generator is a chrome mask with a patterned light pattern etched on it. The photomask may have a single pattern or patterns that move in and out of position as needed. The photomask can be installed manually or automatically in the operating position. In other embodiments, the source pattern may be a light produced by a digital micro-mirror device (DMD) such as a digital light projector (DLP) manufactured by Texas Instruments Corporation, a liquid crystal display (LCD), a liquid crystal on silicon (LCOS) device or similar device used in the transmission mode instead of the reflection mode is reflected or transmitted. The projector 28 can also be a lens system 36 include that changes the exiting light to cover the desired area.
Der Projektor 28 ist bei dieser Ausgestaltung derart konfigurierbar, dass er strukturiertes Licht über einen Bereich 37 emittiert. Der hierin gebrauchte Begriff „strukturiertes Licht“ bezieht sich auf ein auf einen Bereich eines Objekts projiziertes zweidimensionales Lichtmuster, das Informationen vermittelt, die zur Ermittlung der Koordinaten von Punkten auf dem Objekt verwendet werden können. Bei einer Ausgestaltung enthält ein strukturiertes Lichtmuster mindestens drei nicht-kollineare Musterelemente, die in dem Bereich angeordnet sind. Jedes der drei nicht-kollinearen Musterelemente vermittelt Informationen, die zur Ermittlung der Punktkoordinaten verwendet werden können. Bei einer anderen Ausgestaltung ist ein Projektor vorgesehen, der dafür konfigurierbar ist, sowohl ein Bereichsmuster als auch ein Linienmuster zu projizieren. Der Projektor ist bei einer Ausgestaltung eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD), die dafür konfiguriert ist, zwischen den beiden vor- und zurückzuschalten. Der DMD-Projektor kann bei einer Ausgestaltung auch eine Linie hin- und herbewegen oder einen Punkt in einem Rastermuster hin- und herbewegen.The projector 28 is configurable in this embodiment so that it structured light over a range 37 emitted. As used herein, the term "structured light" refers to a two-dimensional light pattern projected onto an area of an object that conveys information that can be used to determine the coordinates of points on the object. In one embodiment, a patterned light pattern includes at least three non-collinear pattern elements disposed in the region. Each of the three non-collinear pattern elements conveys information that can be used to determine the point coordinates. In another embodiment, a projector is provided that is configurable to project both a region pattern and a line pattern. The projector in one embodiment is a digital micromirror device (DMD) configured to switch between the two back and forth. In one embodiment, the DMD projector may also reciprocate a line or reciprocate a point in a raster pattern.
Es gibt im Allgemeinen zwei Arten strukturierter Lichtmuster, nämlich ein kodiertes Lichtmuster und ein unkodiertes Lichtmuster. Ein wie hierin verwendetes kodiertes Lichtmuster ist eines, bei dem die dreidimensionalen Koordinaten einer beleuchteten Oberfläche des Objekts durch Aufnehmen eines Einzelbilds ermittelt werden. Es ist mit einem kodierten Lichtmuster möglich, Punktwolkendaten zu erhalten und zu registrieren, während sich die Projektionsvorrichtung relativ zum Objekt bewegt. Eine Art eines kodierten Lichtmusters enthält einen Satz von Elementen (z. B. geometrische Formen), die in Linien angeordnet sind, wobei mindestens drei der Elemente nicht-kollinear sind. Solche Musterelemente sind wegen ihrer Anordnung erkennbar.There are generally two types of structured light patterns, namely a coded light pattern and an uncoded light pattern. A coded light pattern as used herein is one in which the three-dimensional coordinates of an illuminated surface of the object are determined by taking a still image. It is possible with a coded light pattern to obtain and register point cloud data while the projection device is moving relative to the object. One type of coded light pattern includes a set of elements (eg, geometric shapes) arranged in lines, with at least three of the elements being non-collinear. Such pattern elements are recognizable because of their arrangement.
Im Gegensatz dazu ist ein wie hierin verwendetes unkodiertes strukturiertes Lichtmuster ein Muster, das keine Messung durch ein einziges Muster ermöglicht. Eine Serie unkodierter Lichtmuster kann nacheinander projiziert und bildlich erfasst werden. Für diesen Fall muss der Projektor normalerweise feststehend relativ zum Objekt gehalten werden.In contrast, an uncoded structured light pattern as used herein is a pattern that does not allow measurement by a single pattern. A series of uncoded light patterns can be sequentially projected and captured. In this case, the projector must normally be held stationary relative to the object.
Es versteht sich, dass der Scanner 20 entweder ein kodiertes oder ein unkodiertes strukturiertes Lichtmuster nutzen kann. Das strukturierte Lichtmuster kann die Muster umfassen, die in dem in den SPIE-Sitzungsprotokollen, Bd. 7932, veröffentlichten Journalartikel „DLP-Based Structured Light 3D Imaging Technologies and Applications“ von Jason Geng offenbart werden. Ferner sendet der Projektor 28 bei einigen nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen ein Muster aus, das aus einer hin- und herbewegten Lichtlinie oder einem hin- und herbewegten Lichtpunkt ausgebildet ist. Hin- und herbewegte Lichtlinien und -punkte bieten Vorteile gegenüber Lichtbereichen bei der Identifizierung einiger Arten von Anomalien wie beispielsweise einer Mehrwegestörung. Das automatische Hin- und Herbewegen der Linie, während der Scanner feststehend gehalten wird, bietet ebenfalls Vorteile bei der Bereitstellung einer gleichmäßigeren Abtastung von Oberflächenpunkten.It is understood that the scanner 20 either a coded or an uncoded one use structured light pattern. The patterned light pattern may include the patterns disclosed in the journal article "DLP-Based Structured Light 3D Imaging Technologies and Applications" by Jason Geng, published in SPIE Session Reports, Vol. 7932. Further, the projector sends 28 in some embodiments described below, a pattern formed from a reciprocating light line or a reciprocating light spot. Floating light lines and points offer advantages over light areas in identifying some types of anomalies such as multipath interference. Automatically moving the line while keeping the scanner stationary also provides advantages in providing smoother sampling of surface points.
Die erste Kamera 24 umfasst einen photosensitiven Sensor 44, der ein digitales Bild bzw. eine digitale Darstellung des Bereichs 48 im Sichtfeld des Sensors erzeugt. Der Sensor kann ein Sensor vom Typ ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD; charge-coupled device) oder ein Sensor vom Typ komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS; complementary metal-oxide semiconductor) sein, der beispielsweise eine Pixelanordnung aufweist. Die erste Kamera 24 kann ferner andere Komponenten wie beispielsweise eine Linse 46 und andere optische Vorrichtungen umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein. Die Linse 46 hat eine ihr zugeordnete erste Brennweite. Der Sensor 44 und die Linse 46 wirken zusammen und definieren ein erstes Sichtfeld „X“. Bei der beispielhaften Ausgestaltung macht das erste Sichtfeld „X“ 16 Grad aus (0,28 cm pro cm).The first camera 24 includes a photosensitive sensor 44 , which is a digital image or a digital representation of the area 48 generated in the field of view of the sensor. The sensor may be a charge-coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) sensor having, for example, a pixel array. The first camera 24 may also include other components such as a lens 46 and other optical devices include, but are not limited to. The Lens 46 has a first focal length assigned to it. The sensor 44 and the lens 46 interact and define a first field of view "X". In the exemplary embodiment, the first field of view "X" is 16 degrees (0.28 cm per cm).
In ähnlicher Weise umfasst die zweite Kamera 26 einen photosensitiven Sensor 38, der ein digitales Bild bzw. eine digitale Darstellung des Bereichs 40 im Sichtfeld des Sensors erzeugt. Der Sensor kann ein Sensor vom Typ ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) oder ein Sensor vom Typ komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) sein, der beispielsweise eine Pixelanordnung aufweist. Die zweite Kamera 26 kann ferner andere Komponenten wie beispielsweise eine Linse 42 und andere optische Vorrichtungen umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein. Die Linse 42 hat eine ihr zugeordnete zweite Brennweite, wobei die zweite Brennweite von der ersten Brennweite verschieden ist. Der Sensor 38 und die Linse 42 wirken zusammen und definieren ein zweites Sichtfeld „Y“. Bei der beispielhaften Ausgestaltung macht das zweite Sichtfeld „Y“ 50 Grad aus (0,85 cm pro cm). Das zweite Sichtfeld Y ist größer als das erste Sichtfeld X. Dementsprechend ist der Bereich 40 größer als der Bereich 48. Es versteht sich, dass ein größeres Sichtfeld eine schnellere Aufnahme und Messung eines bestimmten Bereichs der Objektoberfläche 32 ermöglicht; wenn die photosensitiven Anordnungen 44 und 38 die gleiche Anzahl an Pixeln aufweisen, ergibt ein kleineres Sichtfeld jedoch eine höhere Auflösung.Similarly, the second camera includes 26 a photosensitive sensor 38 , which is a digital image or a digital representation of the area 40 generated in the field of view of the sensor. The sensor may be a charge-coupled device (CCD) type sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type sensor having, for example, a pixel array. The second camera 26 may also include other components such as a lens 42 and other optical devices include, but are not limited to. The Lens 42 has a second focal length associated therewith, the second focal length being different from the first focal length. The sensor 38 and the lens 42 interact and define a second field of view "Y". In the exemplary embodiment, the second field of view "Y" is 50 degrees (0.85 cm per cm). The second field of view Y is larger than the first field of view X. Accordingly, the range 40 bigger than the area 48 , It is understood that a larger field of view allows for faster acquisition and measurement of a particular area of the object surface 32 permits; when the photosensitive arrangements 44 and 38 have the same number of pixels, however, a smaller field of view gives a higher resolution.
Der Projektor 28 und die erste Kamera 24 sind bei der beispielhaften Ausgestaltung derart in feststehender Beziehung in einem Winkel angeordnet, dass der Sensor 44 Licht auffangen kann, das von der Oberfläche des Objekts 34 reflektiert wird. Ebenso sind der Projektor 28 und die zweite Kamera 26 derart in feststehender Beziehung in einem Winkel angeordnet, dass der Sensor 38 Licht auffangen kann, das von der Oberfläche 32 des Objekts 34 reflektiert wird. Da der Projektor 28, die erste Kamera 24 und die zweite Kamera 26 feststehende geometrische Beziehungen haben, können der Abstand und die Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche durch ihre trigonometrischen Beziehungen ermittelt werden. Obwohl die Sichtfelder (FOV; fields-of-view) der Kameras 24 und 26 in 1 nicht überlappend dargestellt sind, können sie sich teilweise oder ganz überlappen.The projector 28 and the first camera 24 are arranged in a fixed relationship in an angle in the exemplary embodiment in such an angle that the sensor 44 Light can catch that from the surface of the object 34 is reflected. Likewise are the projector 28 and the second camera 26 arranged in fixed relationship at an angle such that the sensor 38 Light can catch that from the surface 32 of the object 34 is reflected. Because the projector 28 , the first camera 24 and the second camera 26 Having fixed geometric relationships, the distance and coordinates of points on the surface can be determined by their trigonometric relationships. Although the fields of view (FOV; fields-of-view) of the cameras 24 and 26 in 1 are not overlapping, they may overlap partially or completely.
Der Projektor 28 und die Kameras 24, 26 sind elektrisch an eine Steuervorrichtung 50 gekoppelt, die im Gehäuse 22 angeordnet ist. Die Steuervorrichtung 50 kann einen oder mehrere Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, Speicher- und Signalkonditionierschaltungen umfassen. Der Scanner 20 kann ferner Aktoren (nicht dargestellt) umfassen, die vom Bediener manuell eingeschaltet werden können, um den Betrieb und die Datenerfassung durch den Scanner 20 zu beginnen. Bei einer Ausgestaltung wird die Bildverarbeitung zur Ermittlung der x-, y-, z-Koordinatendaten der die Oberfläche 32 des Objekts 34 repräsentierenden Punktwolke durch die Steuervorrichtung 50 durchgeführt. Die Koordinatendaten können lokal wie beispielsweise in einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher 54 gespeichert werden. Der Speicher kann entfernbar sein, also beispielsweise ein Speicherstick oder eine Speicherkarte. Der Scanner 20 hat bei anderen Ausgestaltungen eine Kommunikationsschaltung 52, die es ihm ermöglicht, die Koordinatendaten an ein entferntes Verarbeitungssystem 56 zu übertragen. Das Kommunikationsmedium 58 zwischen dem Scanner 20 und dem entfernten Verarbeitungssystem 56 kann drahtgebunden (z. B. Ethernet) oder drahtlos (z. B. Bluetooth, IEEE 802.11) sein. Bei einer Ausgestaltung werden die Koordinatendaten durch das entfernte Verarbeitungssystem 56 auf Basis der aufgenommenen Bilder ermittelt, die vom Scanner 20 über das Kommunikationsmedium 58 übertragen werden.The projector 28 and the cameras 24 . 26 are electrically connected to a control device 50 coupled in the housing 22 is arranged. The control device 50 may include one or more microprocessors, digital signal processors, memory and signal conditioning circuits. The scanner 20 may further include actuators (not shown) that may be manually turned on by the operator to facilitate operation and data collection by the scanner 20 to start. In one embodiment, the image processing for determining the x, y, z coordinate data becomes the surface 32 of the object 34 representing point cloud by the control device 50 carried out. The coordinate data may be local, such as in volatile or nonvolatile memory 54 get saved. The memory may be removable, such as a memory stick or a memory card. The scanner 20 has a communication circuit in other embodiments 52 that allows him to transfer the coordinate data to a remote processing system 56 transferred to. The communication medium 58 between the scanner 20 and the remote processing system 56 can be wired (for example, Ethernet) or wireless (for example, Bluetooth, IEEE 802.11). In one embodiment, the coordinate data is provided by the remote processing system 56 based on the images taken by the scanner 20 over the communication medium 58 be transmitted.
Eine relative Bewegung zwischen der Objektoberfläche 32 und dem Scanner 20 ist möglich, wie es durch den Zweirichtungspfeil 47 angezeigt wird. Es gibt mehrere Wege, bei denen eine solche relative Bewegung bereitgestellt werden kann. Bei einer Ausgestaltung ist der Scanner ein in der Hand gehaltener Scanner und ist das Objekt 34 feststehend. Die relative Bewegung ergibt sich aus dem Bewegen des Scanners über die Objektoberfläche. Bei einer anderen Ausgestaltung ist der Scanner an einem Effektor an einem Roboterende befestigt. Die relative Bewegung wird durch den Roboter bereitgestellt, während er den Scanner über die Objektoberfläche bewegt. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist entweder der Scanner 20 oder das Objekt 34 an einem sich bewegenden mechanischen Mechanismus wie beispielsweise einem Portal-Koordinatenmessgerät oder einem Gelenkarm-KMG befestigt. Die relative Bewegung wird durch den sich bewegenden mechanischen Mechanismus bereitgestellt, während er den Scanner 20 über die Objektoberfläche bewegt. Bei einigen Ausgestaltungen wird die Bewegung durch die Bedienungsmaßnahme eines Bedieners bereitgestellt und bei anderen Ausgestaltungen wird die Bewegung durch einen Mechanismus bereitgestellt, der von einem Computer gesteuert wird.A relative movement between the object surface 32 and the scanner 20 is possible as it is by the bidirectional arrow 47 is shown. There are several ways in which such relative movement can be provided. In one embodiment, the scanner is in the hand held scanner and is the object 34 fixed. The relative movement results from moving the scanner over the object surface. In another embodiment, the scanner is attached to an effector at a robot end. The relative movement is provided by the robot as it moves the scanner over the object surface. In another embodiment, either the scanner 20 or the object 34 attached to a moving mechanical mechanism such as a gantry coordinate measuring machine or an articulated arm CMM. The relative movement is provided by the moving mechanical mechanism while holding the scanner 20 moved over the object surface. In some embodiments, the movement is provided by the operator's action and in other embodiments, the movement is provided by a mechanism that is controlled by a computer.
Nun Bezug nehmend auf 2, wird der Betrieb des Scanners 20 gemäß einem Verfahren 1260 beschrieben. Wie in Block 1262 dargestellt, emittiert der Projektor 28 zuerst ein strukturiertes Lichtmuster auf den Bereich 37 der Oberfläche 32 des Objekts 34. Das Licht 30 des Projektors 28 wird von der Oberfläche 32 als reflektiertes Licht 62 reflektiert, das von der zweiten Kamera 26 aufgefangen wird. Das dreidimensionale Profil der Oberfläche 32 beeinflusst das von der photosensitiven Anordnung 38 in der zweiten Kamera 26 aufgenommene Bild des Musters. Unter Verwendung der Informationen, die aus einem oder mehreren Bildern des Musters bzw. der Muster zusammengetragen wurden, ermittelt die Steuervorrichtung 50 oder das entfernte Verarbeitungssystem 56 eine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen den Pixeln der photosensitiven Anordnung 38 und dem vom Projektor 28 emittierten Lichtmuster. Beim Einsatz dieser Eins-zu-eins-Entsprechung werden Triangulationsprinzipien verwendet, um die dreidimensionalen Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche 32 zu ermitteln. Diese Erfassung dreidimensionaler Koordinatendaten (Punktwolkendaten) ist in Block 1264 dargestellt. Durch Bewegen des Scanners 20 über die Oberfläche 32 kann eine Punktwolke des gesamten Objekts 34 erstellt werden.Now referring to 2 , will the operation of the scanner 20 according to a method 1260 described. As in block 1262 shown, the projector emits 28 first a structured light pattern on the area 37 the surface 32 of the object 34 , The light 30 of the projector 28 gets off the surface 32 as reflected light 62 reflected by the second camera 26 is caught. The three-dimensional profile of the surface 32 influences this from the photosensitive arrangement 38 in the second camera 26 taken picture of the pattern. Using the information gathered from one or more images of the pattern (s), the controller determines 50 or the remote processing system 56 a one-to-one correspondence between the pixels of the photosensitive array 38 and from the projector 28 emitted light pattern. Using this one-to-one correspondence, triangulation principles are used to obtain the three-dimensional coordinates of points on the surface 32 to investigate. This acquisition of three-dimensional coordinate data (point cloud data) is in block 1264 shown. By moving the scanner 20 over the surface 32 can be a point cloud of the entire object 34 to be created.
Während des Abtastverfahrens kann die Steuervorrichtung 50 oder das entfernte Verarbeitungssystem 56 eine unerwünschte Bedingung oder ein unerwünschtes Problem bei den Punktwolkendaten erfassen, wie in Block 1266 dargestellt. Verfahren zur Erfassung eines solchen Problems werden nachfolgend anhand von 12 beschrieben. Das erfasste Problem kann zum Beispiel ein Fehler in oder das Fehlen von Punktwolkendaten in einem bestimmten Bereich sein. Dieser Fehler in oder das Fehlen von Daten kann durch zu wenig oder zu viel aus diesem Bereich reflektiertes Licht verursacht werden. Zu wenig oder zu viel reflektiertes Licht kann beispielsweise aus einem Unterschied beim Reflexionsgrad über die Objektoberfläche, aus hohen oder veränderlichen Einfallswinkeln des Lichts 30 auf der Objektoberfläche 32 oder aus reflexionsarmen (schwarzen oder lichtdurchlässigen) Materialien oder glänzenden Oberflächen resultieren. Bestimmte Punkte auf dem Objekt können derart gewinkelt sein, dass sie eine sehr helle gerichtete Reflexion erzeugen, die als Glitzern bekannt ist.During the scanning process, the control device 50 or the remote processing system 56 detect an undesirable condition or problem with the point cloud data, as in block 1266 shown. Methods for detecting such a problem are described below with reference to FIG 12 described. The detected problem may be, for example, an error in or lack of point cloud data in a particular area. This error in or lack of data can be caused by too little or too much reflected light from this area. For example, too little or too much reflected light may result from a difference in reflectance across the object surface, from high or varying angles of incidence of the light 30 on the object surface 32 or from low reflection (black or translucent) materials or shiny surfaces. Certain points on the object may be angled such that they produce a very bright directional reflection known as glitter.
Eine andere mögliche Ursache für einen Fehler in oder das Fehlen von Punktwolkendaten ist eine mangelhafte Auflösung in Bereichen mit feinen Merkmalen, scharfen Kanten oder schnellen Änderungen der Tiefe. Eine solche mangelhafte Auflösung kann sich beispielsweise aus einem Loch ergeben.Another possible cause of error in or lack of point cloud data is poor resolution in areas of fine features, sharp edges, or rapid changes in depth. Such a defective resolution can result, for example, from a hole.
Eine weitere mögliche Ursache für einen Fehler in oder das Fehlen von Punktwolkendaten ist eine Mehrwegestörung. Ein Lichtstrahl des Projektors 28 strahlt normalerweise einen Punkt auf der Oberfläche 32 an und wird über einen Winkelbereich gestreut. Das gestreute Licht wird von der Linse 42 der Kamera 26 auf einem kleinen Punkt auf der photosensitiven Anordnung 38 abgebildet. Dementsprechend kann das gestreute Licht von der Linse 46 der Kamera 24 auf einem kleinen Punkt auf der photosensitiven Anordnung 44 abgebildet werden. Eine Mehrwegestörung tritt auf, wenn das den Punkt auf der Oberfläche 32 erreichende Licht nicht nur vom Lichtstrahl des Projektors 28 stammt, sondern zusätzlich auch von Sekundärlicht, das von einem anderen Abschnitt der Oberfläche 32 reflektiert wird. Ein solches Sekundärlicht kann das von der photosensitiven Anordnung 38, 44 aufgefangene Lichtmuster beeinträchtigen und dadurch die genaue Ermittlung dreidimensionaler Koordinaten des Punkts verhindern. Verfahren, mit denen eine vorhandene Mehrwegestörung identifiziert wird, werden in der vorliegenden Anmeldung anhand von 12 beschrieben.Another possible cause of an error in or lack of point cloud data is a multipath failure. A beam of light from the projector 28 usually emits a point on the surface 32 and is scattered over an angular range. The scattered light is from the lens 42 the camera 26 on a small spot on the photosensitive array 38 displayed. Accordingly, the scattered light from the lens 46 the camera 24 on a small spot on the photosensitive array 44 be imaged. A multipath fault occurs when that's the point on the surface 32 reaching light not only from the light beam of the projector 28 but also from secondary light coming from another section of the surface 32 is reflected. Such a secondary light may be that of the photosensitive array 38 . 44 interfere with captured light patterns and thereby prevent accurate determination of three-dimensional coordinates of the spot. Methods for identifying an existing multipath interference are described in the present application with reference to FIG 12 described.
Wenn die Steuervorrichtung in Block 1266 feststellt, dass die Punktwolke in Ordnung ist, wird das Verfahren beendet. Andernfalls erfolgt in Block 1268 eine Ermittlung, ob der Scanner im manuellen oder automatischen Modus benutzt wird. Wenn der Modus manuell ist, wird der Bediener in Block 1270 angeleitet, den Scanner in die gewünschte Position zu bewegen.When the control device in block 1266 determines that the point cloud is OK, the process is terminated. Otherwise, in block 1268 a determination of whether the scanner is being used in manual or automatic mode. If the mode is manual, the operator is in block 1270 instructed to move the scanner to the desired position.
Es gibt zahlreiche Wege zur Anzeige der vom Bediener gewünschten Bewegung. Bei einer Ausgestaltung zeigen Anzeigeleuchten auf dem Scannerkörper die gewünschte Bewegungsrichtung an. Bei einer anderen Ausgestaltung wird ein Licht auf die Oberfläche projiziert, das die Richtung anzeigt, in welcher der Bediener bewegen muss. Ferner kann eine Farbe des projizierten Lichts angeben, ob der Scanner zu nahe am Objekt ist oder zu weit vom Objekt entfernt ist. Bei einer weiteren Ausgestaltung erfolgt eine Anzeige des Bereichs, auf welchen der Bediener das Licht projizieren muss. Eine solche Anzeige kann eine grafische Darstellung von Punktwolkendaten, ein CAD-Modell oder eine Kombination der zwei sein. Die Anzeige kann auf einem Computermonitor oder auf einer in die Scannervorrichtung eingebauten Anzeigevorrichtung dargestellt werden.There are numerous ways to display the movement desired by the operator. In one embodiment, indicator lights on the scanner body indicate the desired direction of movement. In another embodiment, a light is projected onto the surface indicating the direction in which the operator must move. Further, a color of the projected light may indicate whether the scanner is too close to the object or too far from the object Object is removed. In a further embodiment, a display of the area on which the operator has to project the light takes place. Such a display may be a graphical representation of point cloud data, a CAD model, or a combination of the two. The display may be displayed on a computer monitor or on a display device built into the scanner device.
Bei einer beliebigen dieser Ausgestaltungen ist ein Verfahren zur Ermittlung der ungefähren Position des Scanners beabsichtigt. Der Scanner kann in einem Fall an einem Gelenkarm-KMG befestigt sein, das Winkelkodierer in seinen Gelenken nutzt, um die Position und Orientierung des an seinem Ende befestigten Scanners zu ermitteln. In einem anderen Fall umfasst der Scanner Inertialsensoren, die im Gerät angeordnet sind. Inertialsensoren können zum Beispiel Gyroskope, Beschleunigungsmesser und Magnetometer sein. Ein anderes Verfahren zur Ermittlung der ungefähren Position des Scanners besteht darin, photogrammetrische Punkte zu beleuchten, die als Markierungspunkte auf dem oder rings um das Objekt angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Weitsichtfeldkamera im Scanner dessen ungefähre Position bezogen auf das Objekt ermitteln.In any of these embodiments, a method for determining the approximate position of the scanner is intended. The scanner may in one case be attached to an articulated arm CMM using angular encoders in its joints to determine the position and orientation of the scanner mounted at its end. In another case, the scanner includes inertial sensors located in the device. Inertial sensors may be, for example, gyroscopes, accelerometers and magnetometers. Another method of determining the approximate position of the scanner is to illuminate photogrammetric points located as landmarks on or around the object. In this way, the far-field camera in the scanner can determine its approximate position relative to the object.
Bei einer anderen Ausgestaltung zeigt ein CAD-Modell auf einem Computerbildschirm die Bereiche an, wo zusätzliche Messungen gewünscht werden, und bewegt der Bediener den Scanner gemäß der Anpassung der Merkmale auf dem Objekt an die Merkmale auf dem Scanner. Durch eine Aktualisierung des CAD-Modells auf dem Bildschirm während einer Abtastung kann dem Bediener eine schnelle Rückmeldung darüber gegeben werden, ob die gewünschten Bereiche des Teils gemessen wurden.In another embodiment, a CAD model on a computer screen indicates the areas where additional measurements are desired, and the operator moves the scanner to the features on the scanner according to the fit of the features on the object. By updating the CAD model on the screen during a scan, the operator can be given quick feedback on whether the desired areas of the part have been measured.
Nachdem der Bediener den Scanner in die Position bewegt hat, erfolgt in Block 1272 eine Messung mit der ein kleines Sichtfeld aufweisenden Kamera 24. Durch die Betrachtung eines relativ kleineren Bereichs in Block 1272 wird die Auflösung der resultierenden dreidimensionalen Koordinaten verbessert und eine bessere Leistung zur Verfügung gestellt, um Merkmale wie beispielsweise Löcher und Kanten zu charakterisieren.After the operator has moved the scanner into position, it is done in block 1272 a measurement with the small field of view having camera 24 , By looking at a relatively smaller area in block 1272 the resolution of the resulting three-dimensional coordinates is improved and better performance is provided to characterize features such as holes and edges.
Da die Nahsichtfeldkamera einen relativ kleineren Bereich als die Weitsichtfeldkamera sieht, kann der Projektor 28 einen relativ kleineren Bereich beleuchten. Dies bietet Vorteile bei der Eliminierung einer Mehrwegestörung, weil es relativ weniger beleuchtete Punkte auf dem Objekt gibt, die Licht zurück auf das Objekt reflektieren können. Ein kleinerer beleuchteter Bereich kann auch die Steuerung der Belichtungszeit zur Erzielung der optimalen Lichtmenge für einen bestimmten Reflexionsgrad und Einfallswinkel des Prüfobjekts erleichtern. Wenn in Block 1274 alle Punkte erfasst wurden, endet das Verfahren bei Block 1276; andernfalls wird es fortgesetzt.Since the near-vision field camera sees a relatively smaller area than the far-field camera, the projector can 28 illuminate a relatively smaller area. This provides advantages in eliminating multipath interference because there are relatively fewer illuminated spots on the object that can reflect light back onto the object. A smaller illuminated area may also facilitate the control of the exposure time to obtain the optimum amount of light for a given reflectance and angle of incidence of the object under test. If in block 1274 all points have been captured, the process ends at block 1276 ; otherwise it will continue.
Bei einer Ausgestaltung, bei der der Modus ab Block 1268 automatisch ist, bewegt der automatische Mechanismus den Scanner dann in Block 1278 in die gewünschte Position. Der automatische Mechanismus hat bei einigen Ausgestaltungen Sensoren zur Bereitstellung von Informationen über die relative Position des Scanners und des Prüfobjekts. Bei einer Ausgestaltung, bei der der automatische Mechanismus ein Roboter ist, liefern Winkelmessgeräte in den Robotergelenken Informationen über die Position und Orientierung des Effektors am Roboterende, der zum Halten des Scanners benutzt wird. Bei einer Ausgestaltung, bei der das Objekt durch einen anderen Typ eines automatischen Mechanismus bewegt wird, können Lineargeber oder verschiedene andere Sensoren Informationen über die relative Position des Objekts und des Scanners zur Verfügung stellen.In an embodiment where the mode is from block 1268 is automatic, the automatic mechanism then moves the scanner into block 1278 in the desired position. The automatic mechanism, in some embodiments, has sensors for providing information about the relative position of the scanner and the test object. In an embodiment where the automatic mechanism is a robot, angle gauges in the robotic joints provide information about the position and orientation of the effector at the robot end used to hold the scanner. In an embodiment where the object is moved by another type of automatic mechanism, linear encoders or various other sensors may provide information about the relative position of the object and the scanner.
Nachdem der automatische Mechanismus den Scanner oder das Objekt in die Position bewegt hat, werden dann in Block 1280 dreidimensionale Messungen mit der ein kleines Sichtfeld aufweisenden Kamera durchgeführt. Solche Messungen werden mittels Block 1282 wiederholt, bis sämtliche Messungen beendet sind, und das Verfahren endet bei Block 1284.After the automatic mechanism has moved the scanner or object into position, then in block 1280 performed three-dimensional measurements with the camera having a small field of view. Such measurements are made by block 1282 repeatedly until all measurements are completed, and the process ends at block 1284 ,
Der Projektor 28 verändert bei einer Ausgestaltung das strukturierte Lichtmuster, wenn der Scanner von der Datenerfassung mit der zweiten Kamera 26 zur ersten Kamera 24 umschaltet. Bei einer anderen Ausgestaltung wird dasselbe strukturierte Lichtmuster mit beiden Kameras 24, 26 benutzt. Bei noch einer anderen Ausgestaltung emittiert der Projektor 28 ein durch eine hin- und herbewegte Linie oder einen hin- und herbewegten Punkt gebildetes Muster, wenn die Daten von der ersten Kamera 24 erfasst werden. Nach der Datenerfassung mit der ersten Kamera 24 wird das Verfahren mit der Abtastung mittels der zweiten Kamera 26 fortgesetzt. Dieses Verfahren geht weiter, bis der Bediener den gewünschten Bereich des Teils abgetastet hat.The projector 28 changed in one embodiment, the structured light pattern when the scanner from the data acquisition with the second camera 26 to the first camera 24 switches. In another embodiment, the same patterned light pattern is used with both cameras 24 . 26 used. In yet another embodiment, the projector emits 28 a pattern formed by a reciprocating line or a reciprocating point when the data from the first camera 24 be recorded. After the data acquisition with the first camera 24 the method is scanned by the second camera 26 continued. This process continues until the operator has scanned the desired area of the part.
Es versteht sich, dass, obwohl das Verfahren von 2 als lineares oder sequentielles Verfahren dargestellt ist, bei anderen Ausgestaltungen einer oder mehrere der dargestellten Schritte parallel ausgeführt werden können. Bei dem in 2 dargestellten Verfahren beinhaltete das Verfahren zuerst das Messen des gesamten Objekts und anschließend die Durchführung weiterer detaillierter Messungen gemäß einer Bewertung der erfassten Punktwolkendaten. Eine alternative Verwendung des Scanners 20 besteht darin, mit dem Messen detaillierter oder kritischer Bereiche mittels der Kamera 24 zu beginnen, die das kleine Sichtfeld aufweist.It is understood that, although the procedure of 2 is shown as a linear or sequential method, in other embodiments, one or more of the illustrated steps can be performed in parallel. At the in 2 In the illustrated method, the method involved first measuring the entire object and then performing further detailed measurements according to an evaluation of the acquired point cloud data. An alternative use of the scanner 20 This involves measuring detailed or critical areas using the camera 24 to begin with, which has the small field of view.
Es versteht sich ebenfalls, dass es bei bereits existierenden Abtastsystemen allgemeine Praxis ist, eine Möglichkeit zum Austausch der Kameralinse oder Projektorlinse als einen Weg zur Veränderung des Sichtfelds der Kamera oder des Projektors im Abtastsystem zur Verfügung zu stellen. Solche Veränderungen sind allerdings zeitaufwändig und erfordern normalerweise einen zusätzlichen Kompensationsschritt, in dem ein Gegenstand wie beispielsweise eine Punktplatte vor der Kamera oder dem Projektor angeordnet wird, um die Abbildungsfehler-Korrekturparameter für das Kamera- oder Projektorsystem zu ermitteln. Somit bietet ein Abtastsystem, das zwei Kameras mit verschiedenen Sichtfeldern wie beispielsweise die Kameras 24, 26 von 1 bereitstellt, einen signifikanten Vorteil bei der Messgeschwindigkeit und dabei, dem Scanner einen vollautomatischen Modus zur Verfügung zu stellen. It will also be understood that in existing scanning systems, it is common practice to provide a way of replacing the camera lens or projector lens as a way of changing the field of view of the camera or projector in the scanning system. However, such changes are time consuming and usually require an additional compensation step in which an object such as a point plate is placed in front of the camera or projector to determine the aberration correction parameters for the camera or projector system. Thus, a scanning system that offers two cameras with different fields of view such as the cameras 24 . 26 from 1 provides a significant advantage in measurement speed while providing the scanner with a fully automatic mode.
In 3 ist eine andere Ausgestaltung eines Scanners 20 mit einem Gehäuse 22 dargestellt, das ein erstes Koordinatenerfassungssystem 76 und ein zweites Koordinatenerfassungssystem 78 umfasst. Das erste Koordinatenerfassungssystem 76 umfasst einen ersten Projektor 80 und eine erste Kamera 82. Ähnlich wie bei der Ausgestaltung von 1 emittiert der Projektor 80 ein Licht 84 auf eine Oberfläche 32 eines Objekts 34. Bei der beispielhaften Ausgestaltung nutzt der Projektor 80 eine sichtbares Licht ausstrahlende Lichtquelle, die einen Mustererzeuger beleuchtet. Die sichtbares Licht ausstrahlende Lichtquelle kann beispielsweise ein Laser, eine Superlumineszenzdiode, eine Glühlampe, eine Leuchtdiode (LED) oder eine andere Leuchtvorrichtung sein. Der Mustererzeuger ist bei einer Ausgestaltung eine Chrommaske mit einem auf ihr aufgeätzten strukturierten Lichtmuster. Die Fotomaske kann ein einziges Muster oder mehrere Muster aufweisen, die sich je nach Bedarf in die und aus der Position bewegen. Die Fotomaske kann manuell oder automatisch in der Betriebsstellung eingebaut werden. Bei anderen Ausgestaltungen kann das Quellmuster ein Licht sein, das von einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (DMD) wie beispielsweise einem von der Firma Texas Instruments Corporation hergestellten digitalen Lichtprojektor (DLP), einer Flüssigkristallanzeige (LCD), einer Flüssigkristall-auf-Silizium-Vorrichtung (LCOS) oder einer ähnlichen Vorrichtung, die im Durchlassmodus statt im Reflexionsmodus verwendet wird, reflektiert oder durchgelassen wird. Der Projektor 80 kann ferner ein Linsensystem 86 umfassen, das das austretende Licht derart verändert, dass es die gewünschten Fokaleigenschaften hat.In 3 is another embodiment of a scanner 20 with a housing 22 represented, which is a first coordinate detection system 76 and a second coordinate detection system 78 includes. The first coordinate acquisition system 76 includes a first projector 80 and a first camera 82 , Similar to the design of 1 the projector emits 80 a light 84 on a surface 32 an object 34 , In the exemplary embodiment, the projector uses 80 a visible light emitting light source illuminating a pattern generator. The visible light emitting light source may be, for example, a laser, a super-luminescent diode, a light bulb, a light emitting diode (LED) or other lighting device. In one embodiment, the pattern generator is a chrome mask with a patterned light pattern etched on it. The photomask may have a single pattern or patterns that move in and out of position as needed. The photomask can be installed manually or automatically in the operating position. In other embodiments, the source pattern may be a light generated by a digital micromirror device (DMD) such as a digital light projector (DLP) manufactured by Texas Instruments Corporation, a liquid crystal display (LCD), a liquid crystal on silicon device (LCOS ) or a similar device used in the transmission mode instead of the reflection mode is reflected or transmitted. The projector 80 can also be a lens system 86 include that changes the exiting light to have the desired focal characteristics.
Die erste Kamera 82 umfasst einen Sensor 88 der photosensitiven Anordnung, der ein digitales Bild bzw. eine digitale Darstellung des Bereichs 90 im Sichtfeld des Sensors erzeugt. Der Sensor kann ein Sensor vom Typ ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) oder ein Sensor vom Typ komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) sein, der beispielsweise eine Pixelanordnung aufweist. Die erste Kamera 82 kann ferner andere Komponenten wie beispielsweise eine Linse 92 und andere optische Vorrichtungen umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein. Der erste Projektor 80 und die erste Kamera 82 sind derart in feststehender Beziehung in einem Winkel angeordnet, dass die erste Kamera 82 Licht 85 des ersten Projektors 80 erfassen kann, das von der Oberfläche 32 des Objekts 34 reflektiert wird. Es versteht sich, dass, weil die erste Kamera 92 und der erste Projektor 80 in feststehender Beziehung angeordnet sind, die oben besprochenen Prinzipien der Trigonometrie zur Ermittlung der Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche 32 im Bereich 90 verwendet werden können. Obwohl 3 der Klarheit halber mit der ersten Kamera 82 nahe dem ersten Projektor 80 abgebildet ist, versteht es sich, dass die Kamera näher an der anderen Seite des Gehäuses 22 angeordnet werden könnte. Beabstandet man die erste Kamera 82 und den ersten Projektor 80 weiter auseinander, kann man davon ausgehen, dass die Genauigkeit der 3D-Messung verbessert wird.The first camera 82 includes a sensor 88 the photosensitive array, which is a digital image or a digital representation of the area 90 generated in the field of view of the sensor. The sensor may be a charge-coupled device (CCD) type sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type sensor having, for example, a pixel array. The first camera 82 may also include other components such as a lens 92 and other optical devices include, but are not limited to. The first projector 80 and the first camera 82 are arranged in fixed relationship at an angle such that the first camera 82 light 85 of the first projector 80 can capture that from the surface 32 of the object 34 is reflected. It is understood that, because the first camera 92 and the first projector 80 are arranged in fixed relationship, the principles of trigonometry discussed above for determining the coordinates of points on the surface 32 in the area 90 can be used. Even though 3 for the sake of clarity with the first camera 82 near the first projector 80 pictured, it is understood that the camera is closer to the other side of the case 22 could be arranged. Are you spacing the first camera? 82 and the first projector 80 further apart, one can assume that the accuracy of the 3D measurement is improved.
Das zweite Koordinatenerfassungssystem 78 umfasst einen zweiten Projektor 94 und eine zweite Kamera 96. Der Projektor 94 hat eine Lichtquelle, die einen Laser, eine Leuchtdiode (LED), eine Superlumineszenzdiode (SLED; superluminescent diode), eine Xenonlampe oder einen anderen geeigneten Lichtquellentyp umfassen kann. Eine Linse 98 dient bei einer Ausgestaltung zur Fokussierung des von der Laserlichtquelle kommenden aufgefangenen Lichts zu einer Lichtlinie 100 und kann eine oder mehrere Zylinderlinsen oder Linsen mit verschiedenen anderen Formen umfassen. Die Linse wird hierin auch als „Linsensystem“ bezeichnet, weil sie eine oder mehrere einzelne Linsen oder eine Sammlung von Linsen umfassen kann. Die Lichtlinie ist im Wesentlichen gerade, d. h., dass die maximale Abweichung von einer Linie unter 1 % ihrer Länge liegt. Ein von einer Ausgestaltung benutzter Linsentyp ist eine Stablinse. Stablinsen haben typisch die Form eines aus Glas oder Kunststoff bestehenden Vollzylinders, der an seinem Umfang poliert ist und an beiden Enden geschliffen ist. Solche Linsen wandeln kollimiertes Licht, das durch den Durchmesser des Stabs durchgeht, in eine Linie um. Ein anderer Linsentyp, den man benutzen kann, ist eine Zylinderlinse. Eine Zylinderlinse ist eine Linse, die die Form eines Teilzylinders aufweist. Beispielsweise kann eine Oberfläche einer Zylinderlinse flach sein, während die gegenüberliegende Oberfläche zylinderförmig ist.The second coordinate acquisition system 78 includes a second projector 94 and a second camera 96 , The projector 94 has a light source that may include a laser, a light emitting diode (LED), a superluminescent diode (SLED), a xenon lamp, or other suitable light source type. A lens 98 is used in an embodiment for focusing the intercepted light coming from the laser light source to a light line 100 and may include one or more cylindrical lenses or lenses of various other shapes. The lens is also referred to herein as a "lens system" because it may comprise one or more individual lenses or a collection of lenses. The light line is essentially straight, that is, the maximum deviation from a line is less than 1% of its length. A type of lens used by an embodiment is a rod lens. Rod lenses typically have the shape of a solid cylinder made of glass or plastic, polished at its periphery and ground at both ends. Such lenses convert collimated light passing through the diameter of the rod into a line. Another lens type that you can use is a cylindrical lens. A cylindrical lens is a lens that has the shape of a sub-cylinder. For example, one surface of a cylindrical lens may be flat while the opposite surface is cylindrical.
Bei einer anderen Ausgestaltung erzeugt der Projektor 94 ein zweidimensionales Lichtmuster, das einen Bereich der Oberfläche 32 abdeckt. Das sich daraus ergebende Koordinatenerfassungssystem 78 wird dann als „Scanner mit strukturiertem Licht“ bezeichnet.In another embodiment, the projector generates 94 a two-dimensional light pattern that covers an area of the surface 32 covers. The resulting coordinate acquisition system 78 is then called a "structured light scanner".
Die zweite Kamera 96 umfasst einen Sensor 102 wie beispielsweise einen Sensor vom Typ ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) oder einen Sensor vom Typ komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS). Die zweite Kamera 96 kann ferner andere Komponenten wie beispielsweise eine Linse 104 und andere optische Vorrichtungen umfassen, aber ohne darauf beschränkt zu sein. Der zweite Projektor 94 und die zweite Kamera 96 sind derart in einem Winkel angeordnet, dass die zweite Kamera 96 Licht 106 des zweiten Projektors 94 erfassen kann, das vom Objekt 34 reflektiert wird. Es versteht sich, dass, weil der zweite Projektor 94 und die zweite Kamera 96 in feststehender Beziehung angeordnet sind, die oben besprochenen Prinzipien der Trigonometrie zur Ermittlung der Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche 32 auf der durch das Licht 100 gebildeten Linie verwendet werden können. Es versteht sich auch, dass die Kamera 96 und der Projektor 94 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 22 angeordnet werden können, um die 3D-Messgenauigkeit zu verbessern. The second camera 96 includes a sensor 102 such as a charge coupled device (CCD) type sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) type sensor. The second camera 96 may also include other components such as a lens 104 and other optical devices include, but are not limited to. The second projector 94 and the second camera 96 are arranged at an angle such that the second camera 96 light 106 of the second projector 94 can capture that from the object 34 is reflected. It is understood that, because the second projector 94 and the second camera 96 are arranged in fixed relationship, the principles of trigonometry discussed above for determining the coordinates of points on the surface 32 on the light 100 formed line can be used. It is also understood that the camera 96 and the projector 94 on opposite sides of the housing 22 can be arranged to improve the 3D measurement accuracy.
Das zweite Koordinatenerfassungssystem ist bei einer anderen Ausgestaltung dafür konfiguriert, verschiedene Muster zu projizieren, die nicht nur eine feste Lichtlinie, sondern auch eine hin- und herbewegte Lichtlinie, ein hin- und herbewegter Lichtpunkt, ein kodiertes Lichtmuster (das einen Bereich abdeckt) oder aufeinanderfolgende Muster (die einen Bereich abdecken) sein können. Jeder Typ des Projektionsmusters hat unterschiedliche Vorteile wie zum Beispiel Geschwindigkeit, Genauigkeit und Unempfindlichkeit für eine Mehrwegestörung. Durch Auswerten der Leistungsanforderungen für jede bestimmte Messung und/oder durch Überprüfen der Kennwerte der zurückgesendeten Daten oder der voraussichtlichen Objektform (aus CAD-Modellen oder aus einer 3D-Rekonstruktion auf Basis der erfassten Abtastungsdaten) ist es möglich, den Typ des projizierten Musters auszuwählen, der die Leistung optimiert.In another embodiment, the second coordinate detection system is configured to project various patterns including not only a fixed line of light but also a reciprocating line of light, a reciprocating point of light, a coded pattern of light (covering an area), or successive ones Patterns (which cover an area) can be. Each type of projection pattern has different advantages, such as speed, accuracy, and insensitivity to multipath interference. By evaluating the performance requirements for each particular measurement and / or by reviewing the characteristics of the returned data or the expected object shape (from CAD models or from a 3D reconstruction based on the acquired scan data), it is possible to select the type of projected pattern, which optimizes the performance.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Abstand zwischen dem zweiten Koordinatenerfassungssystem 78 und der Objektoberfläche 32 anders als der Abstand zwischen dem ersten Koordinatenerfassungssystem 76 und der Objektoberfläche 32. Beispielsweise kann die Kamera 96 näher am Objekt 32 positioniert sein als die Kamera 88. Auf diese Weise können die Auflösung und die Genauigkeit des zweiten Koordinatenerfassungssystems 78 relativ zu der des ersten Koordinatenerfassungssystems 76 verbessert werden. Es ist in vielen Fällen hilfreich, schnell ein relativ großes und glattes Objekt mit einem niedriger auflösenden System 76 abzutasten und anschließend Details einschließlich Kanten und Löchern mit einem höher auflösenden System 78 abzutasten.In a further embodiment, the distance between the second coordinate detection system 78 and the object surface 32 other than the distance between the first coordinate detection system 76 and the object surface 32 , For example, the camera 96 closer to the object 32 be positioned as the camera 88 , In this way, the resolution and the accuracy of the second coordinate detection system 78 relative to that of the first coordinate detection system 76 be improved. It is helpful in many cases, quickly a relatively large and smooth object with a lower resolution system 76 and then details including edges and holes with a higher resolution system 78 scan.
Ein Scanner 20 kann im manuellen oder automatischen Modus benutzt werden. Im manuellen Modus wird ein Bediener gemäß dem benutzten Erfassungssystem aufgefordert, den Scanner näher zur Objektoberfläche zu bewegen oder weiter von der Objektoberfläche fortzubewegen. Darüber hinaus kann der Scanner 20 einen Lichtstrahl oder ein Lichtmuster projizieren, der bzw. das dem Bediener die Richtung anzeigt, in welcher der Scanner zu bewegen ist. Alternativ dazu können Anzeigeleuchten auf dem Gerät die Richtung anzeigen, in welcher der Scanner bewegt werden sollte. Im automatischen Modus können der Scanner 20 oder das Objekt 34 gemäß den Anforderungen der Messung automatisch relativ zueinander bewegt werden.A scanner 20 can be used in manual or automatic mode. In manual mode, an operator is prompted to move the scanner closer to the object surface, or to move further away from the object surface, in accordance with the sensing system used. In addition, the scanner can 20 projecting a beam of light or pattern of light that indicates to the operator the direction in which the scanner is to be moved. Alternatively, indicator lights on the device may indicate the direction in which the scanner should be moved. In automatic mode, the scanner can 20 or the object 34 automatically moved relative to each other according to the requirements of the measurement.
Ähnlich wie bei der Ausgestaltung von 1 sind das erste Koordinatenerfassungssystem 76 und das zweite Koordinatenerfassungssystem 78 elektrisch an eine Steuervorrichtung 50 gekoppelt, die im Gehäuse 22 angeordnet ist. Die Steuervorrichtung 50 kann einen oder mehrere Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, Speicher- und Signalkonditionierschaltungen umfassen. Der Scanner 20 kann ferner Aktoren (nicht dargestellt) umfassen, die vom Bediener manuell eingeschaltet werden können, um den Betrieb und die Datenerfassung durch den Scanner 20 zu beginnen. Bei einer Ausgestaltung wird die Bildverarbeitung zur Ermittlung der x-, y-, z-Koordinatendaten der die Oberfläche 32 des Objekts 34 repräsentierenden Punktwolke durch die Steuervorrichtung 50 durchgeführt. Die Koordinatendaten können lokal wie beispielsweise in einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher 54 gespeichert werden. Der Speicher kann entfernbar sein, also beispielsweise ein Speicherstick oder eine Speicherkarte. Der Scanner 20 hat bei anderen Ausgestaltungen eine Kommunikationsschaltung 52, die es ihm ermöglicht, die Koordinatendaten an ein entferntes Verarbeitungssystem 56 zu übertragen. Das Kommunikationsmedium 58 zwischen dem Scanner 20 und dem entfernten Verarbeitungssystem 56 kann drahtgebunden (z. B. Ethernet) oder drahtlos (z. B. Bluetooth, IEEE 802.11) sein. Bei einer Ausgestaltung werden die Koordinatendaten durch das entfernte Verarbeitungssystem 56 ermittelt und überträgt der Scanner 20 aufgenommene Bilder über das Kommunikationsmedium 58.Similar to the design of 1 are the first coordinate acquisition system 76 and the second coordinate detection system 78 electrically to a control device 50 coupled in the housing 22 is arranged. The control device 50 may include one or more microprocessors, digital signal processors, memory and signal conditioning circuits. The scanner 20 may further include actuators (not shown) that may be manually turned on by the operator to facilitate operation and data collection by the scanner 20 to start. In one embodiment, the image processing for determining the x, y, z coordinate data becomes the surface 32 of the object 34 representing point cloud by the control device 50 carried out. The coordinate data may be local, such as in volatile or nonvolatile memory 54 get saved. The memory may be removable, such as a memory stick or a memory card. The scanner 20 has a communication circuit in other embodiments 52 that allows him to transfer the coordinate data to a remote processing system 56 transferred to. The communication medium 58 between the scanner 20 and the remote processing system 56 can be wired (for example, Ethernet) or wireless (for example, Bluetooth, IEEE 802.11). In one embodiment, the coordinate data is provided by the remote processing system 56 Detects and transmits the scanner 20 taken pictures via the communication medium 58 ,
Nun Bezug nehmend auf 4, wird das Verfahren 1400 zum Betrieb des Scanners 20 von 3 beschrieben. In Block 1402 emittiert der erste Projektor 80 des ersten Koordinatenerfassungssystems 76 des Scanners 20 ein strukturiertes Lichtmuster auf den Bereich 90 der Oberfläche 32 des Objekts 34. Das Licht 84 des Projektors 80 wird von der Oberfläche 32 reflektiert und das reflektierte Licht 85 wird von der ersten Kamera 82 aufgefangen. Wie oben besprochen, erzeugen Veränderungen des Oberflächenprofils der Oberfläche 32 Verzerrungen im abgebildeten Lichtmuster, das von der ersten photosensitiven Anordnung 88 aufgefangen wird. Da das Muster durch strukturiertes Licht, eine Lichtlinie oder einen Lichtpunkt gebildet wird, ist es in einigen Fällen für die Steuervorrichtung 50 oder das entfernte Verarbeitungssystem 56 möglich, eine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen Punkten auf der Oberfläche 32 und den Pixeln in der photosensitiven Anordnung 88 zu ermitteln. Dies ermöglicht den Einsatz der oben besprochenen Triangulationsprinzipien in Block 1404, um Punktwolkendaten zu erhalten, d. h. die x-, y-, z-Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche 32 zu ermitteln. Durch Bewegen des Scanners 20 relativ zur Oberfläche 32 kann eine Punktwolke des gesamten Objekts 34 erstellt werden.Now referring to 4 , the procedure becomes 1400 to operate the scanner 20 from 3 described. In block 1402 the first projector emits 80 of the first coordinate acquisition system 76 of the scanner 20 a textured light pattern on the area 90 the surface 32 of the object 34 , The light 84 of the projector 80 gets off the surface 32 reflected and the reflected light 85 is from the first camera 82 collected. As discussed above, changes in the surface profile create the surface 32 Distortions in the pictured light pattern, that of the first Photosensitive arrangement 88 is caught. Since the pattern is formed by patterned light, a light line, or a light spot, in some cases it is for the control device 50 or the remote processing system 56 possible, a one-to-one correspondence between points on the surface 32 and the pixels in the photosensitive array 88 to investigate. This allows the use of the above-discussed triangulation principles in block 1404 to obtain point cloud data, ie the x, y, z coordinates of points on the surface 32 to investigate. By moving the scanner 20 relative to the surface 32 can be a point cloud of the entire object 34 to be created.
In Block 1406 ermittelt die Steuervorrichtung 50 oder das entfernte Verarbeitungssystem 56, ob die Punktwolkendaten die gewünschten Datenqualitätsattribute besitzen oder ob bei ihnen ein potenzielles Problem besteht. Die Arten von Problemen, die auftreten können, wurden vorstehend anhand von 2 besprochen und diese Erörterung wird hier nicht wiederholt. Wenn die Steuervorrichtung in Block 1406 feststellt, dass die Punktwolke die gewünschten Datenqualitätsattribute aufweist, wird das Verfahren beendet. Andernfalls erfolgt in Block 1408 eine Ermittlung, ob der Scanner im manuellen oder automatischen Modus benutzt wird. Wenn der Modus manuell ist, wird der Bediener in Block 1410 angeleitet, den Scanner in die gewünschte Position zu bewegen.In block 1406 determines the control device 50 or the remote processing system 56 Whether the point cloud data has the desired data quality attributes or if there is a potential problem. The types of problems that can occur were described above with reference to 2 This discussion will not be repeated here. When the control device in block 1406 determines that the point cloud has the desired data quality attributes, the process is terminated. Otherwise, in block 1408 a determination of whether the scanner is being used in manual or automatic mode. If the mode is manual, the operator is in block 1410 instructed to move the scanner to the desired position.
Es gibt mehrere Wege zur Anzeige der gewünschten Bewegung durch den Bediener, wie es vorstehend anhand von 2 beschrieben wurde. Diese Erörterung wird hier nicht wiederholt.There are several ways to indicate the desired movement by the operator, as described above with reference to 2 has been described. This discussion will not be repeated here.
Um den Bediener für die Erzielung der gewünschten Bewegung anzuweisen, ist ein Verfahren zur Ermittlung der ungefähren Position des Scanners erforderlich. Wie anhand von 2 erläutert wurde, können Verfahren die Befestigung des Scanners 20 an einem Gelenkarm-KMG, die Verwendung von Inertialsensoren im Scanner 20, die Beleuchtung von photogrammetrischen Punkten oder die Anpassung von Merkmalen an ein angezeigtes Bild umfassen.To instruct the operator to achieve the desired movement requires a method to determine the approximate position of the scanner. As based on 2 has been explained, methods can be the attachment of the scanner 20 on an articulated arm CMM, the use of inertial sensors in the scanner 20 which include illumination of photogrammetric points or the adaptation of features to a displayed image.
Nachdem der Bediener den Scanner in die Position bewegt hat, erfolgt in Block 1412 eine Messung mit dem zweiten Koordinatenerfassungssystem 78. Durch den Einsatz des zweiten Koordinatenerfassungssystems können die Auflösung und die Genauigkeit verbessert oder Probleme eliminiert werden. Wenn in Block 1414 alle Punkte erfasst wurden, endet das Verfahren bei Block 1416; andernfalls wird es fortgesetzt.After the operator has moved the scanner into position, it is done in block 1412 a measurement with the second coordinate detection system 78 , By using the second coordinate acquisition system, resolution and accuracy can be improved or problems eliminated. If in block 1414 all points have been captured, the process ends at block 1416 ; otherwise it will continue.
Wenn der Betriebsmodus ab Block 1408 automatisch ist, bewegt dann der automatische Mechanismus in Block 1418 den Scanner in die gewünschte Position. Ein automatischer Mechanismus hat in den meisten Fällen Sensoren, die Informationen über die relative Position des Scanners und Prüfobjekts zur Verfügung stellen. Für den Fall, in dem der automatische Mechanismus ein Roboter ist, stellen Winkelmessgeräte in den Robotergelenken Informationen über die Position und Orientierung des zum Halten des Scanners benutzten Effektors am Roboterende zur Verfügung. Für andere Typen automatischer Mechanismen können Lineargeber oder verschiedene andere Sensoren Informationen über die relative Position des Objekts und des Scanners zur Verfügung stellen.When the operation mode from block 1408 is automatic, then the automatic mechanism moves into block 1418 the scanner in the desired position. An automatic mechanism, in most cases, has sensors that provide information about the relative position of the scanner and test object. In the case where the automatic mechanism is a robot, angle gauges in the robot joints provide information about the position and orientation of the robot end effector used to hold the scanner. For other types of automatic mechanisms, linear encoders or various other sensors can provide information about the relative position of the object and the scanner.
Nachdem der automatische Mechanismus den Scanner oder das Objekt in die Position bewegt hat, werden dann in Block 1420 dreidimensionale Messungen mit dem zweiten Koordinatenerfassungssystem 78 durchgeführt. Solche Messungen werden mittels Block 1422 wiederholt, bis sämtliche Messungen beendet sind. Das Verfahren endet bei Block 1424.After the automatic mechanism has moved the scanner or object into position, then in block 1420 three-dimensional measurements with the second coordinate acquisition system 78 carried out. Such measurements are made by block 1422 repeatedly until all measurements are completed. The process ends at block 1424 ,
Es versteht sich, dass, obwohl das Verfahren von 4 als lineares oder sequentielles Verfahren dargestellt ist, bei anderen Ausgestaltungen einer oder mehrere der dargestellten Schritte parallel ausgeführt werden können. Bei dem in 4 dargestellten Verfahren beinhaltete das Verfahren zuerst das Messen des gesamten Objekts und anschließend die Durchführung weiterer detaillierter Messungen gemäß einer Bewertung der erfassten Punktwolkendaten. Eine alternative Verwendung des Scanners 20 besteht darin, mit dem Messen detaillierter oder kritischer Bereiche unter Einsatz des zweiten Koordinatenerfassungssystems 78 zu beginnen.It is understood that, although the procedure of 4 is shown as a linear or sequential method, in other embodiments, one or more of the illustrated steps can be performed in parallel. At the in 4 In the illustrated method, the method involved first measuring the entire object and then performing further detailed measurements according to an evaluation of the acquired point cloud data. An alternative use of the scanner 20 This involves measuring detailed or critical areas using the second coordinate acquisition system 78 to start.
Es versteht sich auch, dass es bei bereits existierenden Abtastsystemen allgemeine Praxis ist, eine Möglichkeit zum Austausch der Kameralinse oder Projektorlinse als einen Weg zur Veränderung des Sichtfelds der Kamera oder des Projektors im Abtastsystem zur Verfügung zu stellen. Solche Veränderungen sind allerdings zeitaufwändig und erfordern normalerweise einen zusätzlichen Kompensationsschritt, in dem ein Gegenstand wie beispielsweise eine Punktplatte vor der Kamera oder dem Projektor angeordnet wird, um die Abbildungsfehler-Korrekturparameter für das Kamera- oder Projektorsystem zu ermitteln. Somit bietet ein System, das zwei verschiedene Koordinatenerfassungssysteme wie beispielsweise das Abtastsystem 20 von 3 bereitstellt, einen signifikanten Vorteil bei der Messgeschwindigkeit und dabei, dem Scanner einen vollautomatischen Modus zur Verfügung zu stellen.It should also be understood that in existing scanning systems, it is common practice to provide a way of replacing the camera lens or projector lens as a way to change the field of view of the camera or projector in the scanning system. However, such changes are time consuming and usually require an additional compensation step in which an object such as a point plate is placed in front of the camera or projector to determine the aberration correction parameters for the camera or projector system. Thus, a system offers two different coordinate acquisition systems, such as the scanning system 20 from 3 provides a significant advantage in measurement speed while providing the scanner with a fully automatic mode.
Bei der Durchführung von Scannermessungen kann infolge einer Mehrwegestörung ein Fehler auftreten. Es wird nun der Ursprung einer Mehrwegestörung besprochen und ein erstes Verfahren zur Eliminierung oder Reduzierung einer Mehrwegestörung beschrieben.When performing scanner measurements, an error may occur due to multipath interference. The origin of a multipath fault will now be discussed and a first method for the Elimination or reduction of a multipath disorder described.
Der Fall einer Mehrwegestörung ereignet sich, wenn ein Teil des Lichts, das die Objektoberfläche anstrahlt, zuerst von einer anderen Oberfläche des Objekts gestreut wird, bevor es zur Kamera zurückkehrt. Für den Punkt auf dem Objekt, der dieses gestreute Licht auffängt, entspricht das zur photosensitiven Anordnung gesendete Licht dann nicht nur dem direkt vom Projektor projizierten Licht, sondern auch dem zu einem anderen Punkt auf dem Projektor gesendeten und vom Objekt gestreuten Licht. Das Ergebnis der Mehrwegestörung kann insbesondere im Falle von Scannern, die ein zweidimensionales (strukturiertes) Licht projizieren, dazu führen, dass der berechnete Abstand zwischen Projektor und Objektoberfläche an diesem Punkt ungenau ist.The case of multipath interference occurs when a portion of the light that illuminates the object surface is first scattered from another surface of the object before returning to the camera. For the point on the object that picks up this scattered light, the light sent to the photosensitive array is then not only the light projected directly from the projector, but also the light sent to another point on the projector and scattered by the object. The result of the multipath interference, especially in the case of scanners that project a two-dimensional (structured) light, may result in the calculated distance between the projector and the object surface being inaccurate at this point.
Ein Fall einer Mehrwegestörung wird anhand von 5A veranschaulicht, wobei bei dieser Ausgestaltung ein Scanner 4570 eine Lichtlinie 4525 auf die Oberfläche 4510A eines Objekts projiziert. Die Lichtlinie 4525 verläuft senkrecht zur Papierebene. Bei einer Ausgestaltung sind die Zeilen einer photosensitiven Anordnung parallel zur Papierebene und die Spalten senkrecht zur Papierebene. Jede Zeile repräsentiert einen Punkt auf der projizierten Linie 4525 in der senkrecht zur Papierebene verlaufenden Richtung. Der Abstand zwischen Projektor und Objekt wird für diesen Punkt auf der Linie ermittelt, indem zuerst der Flächenschwerpunkt für jede Zeile berechnet wird. Bei dem Oberflächenpunkt 4526 wird der Flächenschwerpunkt auf der photosensitiven Anordnung 4541 durch den Punkt 4546 repräsentiert. A case of a multipath fault is determined by 5A illustrates, wherein in this embodiment, a scanner 4570 a line of light 4525 on the surface 4510A of an object. The light line 4525 runs perpendicular to the paper plane. In one embodiment, the rows of a photosensitive array are parallel to the paper plane and the columns are perpendicular to the paper plane. Each line represents a point on the projected line 4525 in the direction perpendicular to the paper plane direction. The distance between the projector and the object is determined for this point on the line by first calculating the centroid for each line. At the surface point 4526 becomes the centroid on the photosensitive array 4541 through the point 4546 represents.
Die Position 4546 des Flächenschwerpunkts auf der photosensitiven Anordnung kann zur Berechnung des Abstands zwischen dem perspektivischen Zentrum 4544 der Kamera und dem Objektpunkt 4526 verwendet werden. Diese Berechnung beruht auf trigonometrischen Beziehungen nach den Prinzipien der Triangulation. Zur Durchführung dieser Berechnungen wird der Basislinienabstand D zwischen dem perspektivischen Zentrum 4544 der Kamera und dem perspektivischen Zentrum 4523 des Projektors benötigt. Ferner muss die relative Orientierung des Projektorsystems 4520 zum Kamerasystem 4540 bekannt sein.The position 4546 of the centroid on the photosensitive array may be used to calculate the distance between the perspective center 4544 the camera and the object point 4526 be used. This calculation is based on trigonometric relations according to the principles of triangulation. To perform these calculations, the baseline distance D between the perspective center 4544 the camera and the perspective center 4523 required by the projector. Furthermore, the relative orientation of the projector system 4520 to the camera system 4540 be known.
Zum Verständnis des durch eine Mehrwegestörung verursachten Fehlers betrachte man den Punkt 4527. Licht, das von diesem Punkt aus reflektiert bzw. gestreut wird, wird durch die Linse 4542 auf dem Punkt 4548 auf der photosensitiven Anordnung 4541 abgebildet. Zusätzlich zu dem Licht, das direkt aus dem Projektor kommend aufgefangen und vom Punkt 4527 gestreut wird, wird jedoch weiteres Licht vom Punkt 4526 auf den Punkt 4527 reflektiert, bevor es auf der photosensitiven Anordnung bildlich erfasst wird. Das Licht wird sehr wahrscheinlich zu einer unerwarteten Position gestreut und führt zur Bildung von zwei Flächenschwerpunkten in einer bestimmten Zeile. Demzufolge ist die Beobachtung von zwei Flächenschwerpunkten in einer bestimmten Zeile ein guter Indikator für das Vorhandensein einer Mehrwegestörung.To understand the error caused by multipath interference, consider the point 4527 , Light that is reflected or scattered from this point is transmitted through the lens 4542 on the point 4548 on the photosensitive array 4541 displayed. In addition to the light that came directly from the projector and caught from the point 4527 is scattered, but gets further light from the point 4526 to the point 4527 reflected before being imaged on the photosensitive array. The light is likely to be scattered to an unexpected position, resulting in the formation of two centroids in a particular row. As a result, observing two centroids in a particular row is a good indicator of the presence of multipath interference.
Für den Fall des strukturierten Lichts, das auf einen Bereich der Objektoberfläche projiziert wird, ist eine Sekundärreflexion von einem Punkt wie zum Beispiel 4527 normalerweise nicht so offensichtlich wie bei Licht, das auf eine Linie projiziert wird und daher wahrscheinlicher einen Fehler bei den gemessenen 3D-Oberflächenkoordinaten verursacht.In the case of the structured light projected onto an area of the object surface, there is a secondary reflection from a point such as, for example 4527 usually not as obvious as with light being projected onto a line and therefore more likely to cause an error in the measured 3D surface coordinates.
Das Beleuchtungsmuster kann verändert werden, indem man einen Projektor mit einem einstellbaren Beleuchtungsmuster auf einem Anzeigeelement 4521 verwendet. Das Anzeigeelement 4521 könnte ein digitaler mikromechanischer Spiegel (DMM; digital micromechanical mirror) wie beispielsweise ein digitaler Lichtprojektor (DLP) sein. Solche Vorrichtungen enthalten mehrere kleine Spiegel, die mittels eines elektrischen Signals schnell einstellbar sind, um ein Beleuchtungsmuster schnell einzustellen. Zu den anderen Vorrichtungen, die ein elektrisch einstellbares Anzeigemuster bilden können, gehören eine LCD-Anzeigevorrichtung (Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung) und eine LCOS-Anzeigevorrichtung (Flüssigkristall-auf-Silizium-Anzeigevorrichtung).The lighting pattern can be changed by placing a projector with an adjustable lighting pattern on a display element 4521 used. The display element 4521 could be a digital micromechanical mirror (DMM) such as a Digital Light Projector (DLP). Such devices include a plurality of small mirrors that are rapidly adjustable by means of an electrical signal to quickly adjust a lighting pattern. Other devices which can form an electrically adjustable display pattern include an LCD display device (liquid crystal display device) and a LCOS display device (liquid crystal on silicon display device).
Ein Weg zur Überprüfung einer Mehrwegestörung in einem System, das strukturiertes Licht über einen Bereich projiziert, besteht darin, die Anzeigevorrichtung für das Projizieren einer Lichtlinie auszutauschen. Das Vorhandensein mehrerer Flächenschwerpunkte in einer Zeile zeigt an, dass eine Mehrwegestörung vorhanden ist. Durch Hin- und Herbewegen der Lichtlinie kann ein Bereich abgedeckt werden, ohne dass die Sonde von einem Bediener bewegt werden muss.One way to test multipath interference in a system that projects structured light over a range is to replace the light-line projection display device. The presence of multiple centroids in a row indicates that multipath interference exists. By flicking the light line, an area can be covered without having to move the probe by an operator.
Die Lichtlinie kann durch eine elektrisch einstellbare Anzeigevorrichtung auf einen beliebigen gewünschten Winkel eingestellt werden. In vielen Fällen kann eine Mehrwegestörung durch Ändern der Richtung der projizierten Lichtlinie eliminiert werden.The light line can be adjusted to any desired angle by an electrically adjustable display device. In many cases, multipath interference can be eliminated by changing the direction of the projected light line.
Für Oberflächen, die viele Faltenwinkel und steile Winkel aufweisen, so dass Reflexionen kaum zu vermeiden sind, kann die elektrisch einstellbare Anzeigevorrichtung dazu benutzt werden, einen Lichtpunkt hin- und herzubewegen. In manchen Fällen entsteht eventuell eine Sekundärreflexion aus einem einzigen Lichtpunkt, doch es lässt sich gewöhnlich relativ leicht ermitteln, welcher der reflektierten Lichtpunkte gültig ist.For surfaces having many wrinkle angles and steep angles such that reflections are difficult to avoid, the electrically adjustable display device can be used to reciprocate a spot of light. In some cases, a secondary reflection may arise from a single point of light, but it is usually relatively easy to determine which of the reflected points of light is valid.
Eine elektrisch einstellbare Anzeigevorrichtung kann auch zum schnellen Umschalten zwischen einem kodierten und einem unkodierten Muster eingesetzt werden. In den meisten Fällen wird ein kodiertes Muster benutzt, um eine 3D-Messung auf Basis eines Einzelbilds der Kamerainformationen durchzuführen. Andererseits können mehrere Muster (aufeinanderfolgende oder unkodierte Muster) verwendet werden, um eine größere Genauigkeit bei den gemessenen 3D-Koordinatenwerten zu erzielen. An electrically adjustable display device can also be used to quickly switch between a coded and an uncoded pattern. In most cases, a coded pattern is used to perform a 3D measurement based on a single frame of camera information. On the other hand, multiple patterns (consecutive or uncoded patterns) may be used to achieve greater accuracy in the measured 3D coordinate values.
In der Vergangenheit wurden elektrisch einstellbare Anzeigevorrichtungen benutzt, um jedes einer Serie von Mustern in aufeinanderfolgenden Mustern – zum Beispiel eine Serie von Graulinienmustern und danach eine Sequenz von Sinusmustern mit jeweils unterschiedlicher Phase – zu projizieren.In the past, electrically adjustable display devices have been used to project each of a series of patterns in successive patterns - for example, a series of gray line patterns and then a sequence of sinusoidal patterns each having a different phase.
Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber früheren Verfahren Vorteile bei der Auswahl derjenigen Verfahren, die Probleme wie beispielsweise eine Mehrwegestörung identifizieren oder eliminieren und die anzeigen, ob ein Einzelaufnahmemuster (zum Beispiel ein kodiertes Muster) oder ein Mehrfachaufnahmemuster bevorzugt wird, um die erforderliche Genauigkeit so schnell wie möglich zu erzielen.The present inventive method offers advantages over prior methods in selecting those methods which identify or eliminate problems such as multipath interference and which indicate whether a single-shot pattern (e.g., a coded pattern) or multiple-shot pattern is preferred to achieve the required accuracy so quickly as possible.
Im Falle eines Linienscanners ergibt sich oft ein Weg, mit dem das Vorhandensein einer Mehrwegestörung ermittelt werden kann. Falls eine Mehrwegestörung fehlt, wird das von einem Punkt auf der Objektoberfläche reflektierte Licht in einer einzigen Zeile auf einem Bereich zusammenhängender Pixel abgebildet. Wenn es zwei oder mehr Bereiche einer Zeile gibt, die eine signifikante Lichtmenge auffangen, wird eine Mehrwegestörung angezeigt. In 5A ist ein Beispiel für eine solche Mehrwegestörungsbedingung und den daraus resultierenden Extra-Beleuchtungsbereich auf der photosensitiven Anordnung dargestellt. Die Oberfläche 4510A hat jetzt eine größere Krümmung nahe dem Schnittpunkt 4526. Die Flächennormale am Schnittpunkt ist die Linie 4528 und der Einfallswinkel ist 4531. Die Richtung der reflektierten Lichtlinie 4529 wird aus dem Reflexionswinkel 4532 ermittelt, der gleich dem Einfallswinkel ist. Wie vorstehend angegeben wurde, repräsentiert die Lichtlinie 4529 eigentlich eine Gesamtrichtung für das Licht, dass über einen Winkelbereich gestreut wird. Die Mitte des gestreuten Lichts trifft auf die Oberfläche 4510A am Punkt 4527 auf, der von der Linse 4544 am Punkt 4548 auf der photosensitiven Anordnung abgebildet wird. Die unerwartet hohe Lichtmenge, die in der Nähe des Punkts 4548 aufgefangen wird, zeigt an, dass wahrscheinlich eine Mehrwegestörung vorhanden ist. Bei einem Linienscanner liegt die vorrangige Bedeutung der Mehrwegestörung nicht in dem in 5A dargestellten Fall vor, wo die zwei Punkte 4546 und 4527 um einen beträchtlichen Abstand voneinander entfernt sind und getrennt analysiert werden können, sondern vielmehr in dem Fall, in dem die zwei Punkte einander überlappen oder miteinander verschmolzen sind. In diesem Fall ist es unter Umständen nicht möglich, den Flächenschwerpunkt zu ermitteln, der dem gewünschten Punkt entspricht, welcher in 15E dem Punkt 4546 entspricht. Das Problem wird im Falle eines Scanners, der Licht über einen zweidimensionalen Bereich projiziert, noch größer, wie bei erneuter Betrachtung von 5A zu erkennen ist. Würde alles Licht, das auf der photosensitiven Anordnung 4541 abgebildet wird, für die Ermittlung zweidimensionaler Koordinaten benötigt, ist dann klar, dass das Licht am Punkt 4527 dem gewünschten Lichtmuster, das direkt vom Projektor projiziert wird, und dem unerwünschten Licht, das von der Objektoberfläche zum Punkt 4527 reflektiert wird, entspräche. Infolgedessen würden in diesem Fall wahrscheinlich für den Punkt 4527 die falschen dreidimensionalen Koordinaten für das über einen Bereich projizierte Licht berechnet.In the case of a line scanner, there is often a way to determine the presence of multipath interference. In the absence of multipath interference, the light reflected from a point on the object surface is imaged in a single line on a contiguous pixel area. If there are two or more areas of a line that capture a significant amount of light, then a multipath fault will be displayed. In 5A an example of such a multipath interference condition and the resulting extra illumination area on the photosensitive array is shown. The surface 4510A now has a larger curvature near the intersection 4526 , The surface normal at the intersection is the line 4528 and the angle of incidence is 4531 , The direction of the reflected light line 4529 becomes from the reflection angle 4532 determined, which is equal to the angle of incidence. As indicated above, the light line represents 4529 actually an overall direction for the light that is scattered over an angular range. The center of the scattered light hits the surface 4510A at the point 4527 on top of that by the lens 4544 at the point 4548 is imaged on the photosensitive array. The unexpectedly high amount of light that is near the point 4548 is caught, indicates that there is likely to be a multipath fault. In a line scanner, the primary importance of multipath interference is not in the 5A presented case where the two points 4546 and 4527 are a considerable distance apart and can be analyzed separately, but rather in the case where the two points overlap or merge with each other. In this case, it may not be possible to determine the area centroid corresponding to the desired point, which is in 15E the point 4546 equivalent. In the case of a scanner projecting light over a two-dimensional area, the problem becomes even greater, as when re-examining 5A can be seen. All light would be on the photosensitive array 4541 is needed for the determination of two-dimensional coordinates, it is then clear that the light is at the point 4527 the desired light pattern projected directly from the projector, and the unwanted light from the object surface to the spot 4527 is reflected, would correspond. As a result, in this case would likely for the point 4527 calculates the wrong three-dimensional coordinates for the light projected over a range.
Bei einer projizierten Lichtlinie ist es in vielen Fällen möglich, eine Mehrwegestörung zu eliminieren, indem man die Richtung der Linie verändert. Eine Möglichkeit besteht darin, einen Linienscanner zu verwenden, der einen Projektor mit inhärenter zweidimensionaler Fähigkeit benutzt, wodurch die Linie hin- und herbewegt oder automatisch in verschiedene Richtungen gedreht werden kann. Ein Beispiel für einen solchen Projektor ist ein Projektor, der einen wie vorstehend besprochenen digitalen Mikrospiegel (DMD) nutzt. Wenn beispielsweise eine Mehrwegestörung bei einer mit strukturiertem Licht erhaltenen bestimmten Abtastung vermutet wird, könnte ein Messsystem automatisch dafür konfiguriert werden, zu einem Messverfahren umzuschalten, bei dem eine hin- und herbewegte Lichtlinie verwendet wird.In a projected light line, it is possible in many cases to eliminate multipath interference by changing the direction of the line. One possibility is to use a line scanner that uses a projector with inherent two-dimensional capability, which allows the line to be moved back and forth or automatically rotated in different directions. An example of such a projector is a projector using a digital micromirror (DMD) as discussed above. For example, if multipath interference is suspected in a particular scan obtained with structured light, a measurement system could be automatically configured to switch to a measurement method that uses a reciprocated light line.
Ein anderes Verfahren zur Reduzierung, Minimierung oder Eliminierung einer Mehrwegestörung besteht darin, einen Lichtpunkt statt einer Lichtlinie oder eines Lichtbereichs über diejenigen Bereiche hin- und herzubewegen, bei denen eine Mehrwegestörung angezeigt wurde. Durch Beleuchten eines einzigen Lichtpunkts lässt sich gewöhnlich ohne Weiteres jedwedes Licht identifizieren, das von einer Sekundärreflexion gestreut wurde.Another method of reducing, minimizing, or eliminating multipath interference is to reciprocate a light spot, rather than a light line or a light area, over those areas where multipath interference has been indicated. By illuminating a single spot of light, it is usually easy to identify any light that has been scattered by a secondary reflection.
Die Ermittlung des gewünschten Musters, das durch eine elektrisch einstellbare Anzeigevorrichtung projiziert wird, profitiert von einer diagnostischen Analyse, die nachfolgend anhand von 12 beschrieben wird.The determination of the desired pattern, which is projected by an electrically adjustable display device, benefits from a diagnostic analysis, which is described below with reference to FIG 12 is described.
Die Veränderung des Musters des projizierten Lichts stellt neben ihrer Verwendung bei Diagnosen und Korrekturen einer Mehrwegestörung auch Vorteile bei der Erzielung einer erforderlichen Genauigkeit und Auflösung bei minimaler Zeitdauer zur Verfügung. Bei einer Ausgestaltung wird eine Messung zuerst durchgeführt, indem ein kodiertes Lichtmuster in einer Einzelaufnahme auf ein Objekt projiziert wird. Die dreidimensionalen Koordinaten der Oberfläche werden unter Einsatz der erfassten Daten ermittelt und die Ergebnisse werden analysiert, um festzustellen, ob einige Bereiche Löcher, Kanten oder Merkmale aufweisen, die eine detailliertere Analyse erforderlich machen. Eine solche detaillierte Analyse könnte beispielsweise erfolgen, indem man die Schmalsichtfeldkamera 24 von 1 oder das hochauflösende Scannersystem 78 von 3 benutzt.The variation in the pattern of the projected light, in addition to its use in diagnostics and corrections for multipath interference, also provides advantages in providing required accuracy and resolution in a minimum amount of time. In one embodiment, a measurement first performed by projecting a coded light pattern in a single shot onto an object. The three-dimensional coordinates of the surface are determined using the acquired data and the results are analyzed to see if any areas have holes, edges, or features that require more detailed analysis. Such a detailed analysis could be done, for example, by using the narrow field camera 24 from 1 or the high-resolution scanner system 78 from 3 used.
Die Koordinaten werden auch zur Ermittlung des ungefähren Abstands zum Ziel analysiert, wodurch ein Anfangsabstand für ein genaueres Messverfahren wie z. B. ein Verfahren bereitgestellt wird, bei dem, wie vorstehend besprochen, nacheinander sinusförmige phasenverschobene Lichtmuster auf eine Oberfläche projiziert werden. Erhält man mit dem kodierten Lichtmuster einen Anfangsabstand für jeden Punkt auf der Oberfläche, wird dadurch die Anforderung, diese Informationen durch Variieren des Abstands bei mehrfachen sinusförmigen phasenverschobenen Abtastungen zu erhalten, eliminiert und dadurch beträchtliche Zeit gespart.The coordinates are also analyzed to determine the approximate distance to the target, thereby providing a starting distance for a more accurate measurement method, such as a. For example, a method is provided wherein, as discussed above, successive sinusoidal out-of-phase light patterns are projected onto a surface. Obtaining with the coded light pattern a starting distance for each point on the surface eliminates the requirement to obtain this information by varying the pitch for multiple sinusoidal phase-shifted samples, thereby saving considerable time.
Nun Bezug nehmend auf 5B, ist dort eine Ausgestaltung dargestellt, mit der Anomalien überwunden oder die Genauigkeit bei vom Scanner 20 erfassten Koordinatendaten verbessert werden. Das Verfahren 211 beginnt in Block 212 durch Abtasten eines Objekts wie beispielsweise eines Objekts 34 mit einem Scanner 20. Der Scanner 20 kann ein Scanner wie zum Beispiel diejenigen sein, die bei den Ausgestaltungen von 1, 3, 5 und 7 beschrieben werden, die mindestens einen Projektor und eine Kamera aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung projiziert der Scanner 20 in Block 212 ein erstes Lichtmuster auf das Objekt. Dieses erste Lichtmuster ist bei einer Ausgestaltung ein kodiertes strukturiertes Lichtmuster. Das Verfahren 211 erfasst und ermittelt in Block 214 die dreidimensionalen Koordinatendaten. Die Koordinatendaten werden im Abfrageblock 216 analysiert, um zu ermitteln, ob etwaige Anomalien wie beispielsweise die oben genannte Mehrwegestörung, eine niedrige Auflösung rings um ein Element oder das Fehlen von Daten wegen Änderungen von Oberflächenwinkeln oder des Oberflächenreflexionsgrads vorliegen. Wenn eine Anomalie erfasst wird, geht das Verfahren 211 mit Block 218 weiter, wo das vom Projektor emittierte Lichtmuster in ein zweites Lichtmuster umgeändert wird. Bei einer Ausgestaltung ist das zweite Lichtmuster eine hin- und herbewegte Lichtlinie.Now referring to 5B , there is shown a design that overcomes the anomalies or accuracy of the scanner 20 recorded coordinate data can be improved. The procedure 211 starts in block 212 by scanning an object such as an object 34 with a scanner 20 , The scanner 20 may be a scanner such as those used in the embodiments of 1 . 3 . 5 and 7 described that have at least one projector and a camera. In this embodiment, the scanner projects 20 in block 212 a first light pattern on the object. In one embodiment, this first light pattern is a coded structured light pattern. The procedure 211 recorded and determined in block 214 the three-dimensional coordinate data. The coordinate data is in the query block 216 analyzed to determine if there are any anomalies such as the above-mentioned multipath interference, a low resolution around an element, or the lack of data due to changes in surface angles or surface reflectance. If an anomaly is detected, the procedure goes 211 with block 218 where the pattern of light emitted by the projector is changed to a second pattern of light. In one embodiment, the second pattern of light is a reciprocating line of light.
Nach der Projektion des zweiten Lichtmusters geht das Verfahren 211 mit Block 220 weiter, wo die dreidimensionalen Koordinatendaten erfasst und für den Bereich, wo die Anomalie erfasst wurde, ermittelt werden. Das Verfahren 211 kehrt zum Abfrageblock 216 zurück, wo ermittelt wird, ob die Anomalie aufgelöst wurde. Wenn der Abfrageblock 216 immer noch eine Anomalie oder einen Mangel bei der Genauigkeit oder Auflösung erfasst, kehrt das Verfahren zu Block 218 zurück und schaltet zu einem dritten Lichtmuster um. Das dritte Lichtmuster ist bei einer Ausgestaltung ein sequentielles sinusförmiges Phasenverschiebungsmuster. Bei einer anderen Ausgestaltung ist das dritte Lichtmuster ein hin- und herbewegter Lichtpunkt. Diese iterative Methode geht weiter, bis die Anomalie aufgelöst wurde. Sobald die Koordinatendaten aus dem Bereich der Anomalie ermittelt wurden, geht das Verfahren 211 mit Block 222 weiter, wo das emittierte Muster zum ersten strukturierten Lichtmuster zurückgeschaltet und das Abtastverfahren fortgesetzt wird. Das Verfahren 211 geht weiter, bis der Bediener den gewünschten Bereich des Objekts abgetastet hat. In dem Fall, in dem die mit dem Verfahren von 11 erhaltenen Abtastinformationen nicht zufriedenstellend sind, kann man eine wie hierin besprochene Messaufgabe mit einer Tastsonde anwenden.After the projection of the second light pattern, the procedure goes 211 with block 220 where the three-dimensional coordinate data is collected and determined for the area where the anomaly was detected. The procedure 211 returns to the query block 216 back, where it is determined if the anomaly has been resolved. If the query block 216 still detects an anomaly or a lack of accuracy or resolution, the process returns to block 218 back and switch to a third light pattern. The third light pattern in one embodiment is a sequential sinusoidal phase shift pattern. In another embodiment, the third light pattern is a reciprocating light spot. This iterative method continues until the anomaly has been resolved. Once the coordinate data from the area of the anomaly has been determined, the procedure goes 211 with block 222 where the emitted pattern returns to the first patterned light pattern and the scanning process continues. The procedure 211 continues until the operator has scanned the desired area of the object. In the case where the with the method of 11 obtained sampling information is unsatisfactory, one can apply a measuring task with a probe as discussed herein.
Nun Bezug nehmend auf 6, ist dort eine andere Ausgestaltung eines Scanners 20 dargestellt, die an einer beweglichen Vorrichtung 120 angebracht ist. Der Scanner 20 hat mindestens einen Projektor 122 und mindestens eine Kamera 124, die derart in einer feststehenden geometrischen Beziehung angeordnet sind, dass die Prinzipien der Trigonometrie für die Ermittlung der dreidimensionalen Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche 32 verwendet werden können. Der Scanner 20 kann beispielsweise derselbe Scanner wie der anhand von 1 oder 3 beschriebene sein. Bei einer Ausgestaltung ist der Scanner derselbe wie der Scanner von 10 mit einer Tastsonde. Der bei der Ausgestaltung von 6 benutzte Scanner kann jedoch ein beliebiger Scanner wie beispielsweise ein Scanner mit strukturiertem Licht oder ein Linienscanner sein, also zum Beispiel ein Scanner, der in dem am 18. Januar 2006 angemeldeten US-Patent 7,246,030 des gleichen Inhabers mit dem Titel „Portable Coordinate Measurement Machine with Integrated Line Laser Scanner“ offenbart wird. Bei einer anderen Ausgestaltung ist der bei der Ausgestaltung von 6 verwendete Scanner ein Scanner mit strukturiertem Licht, der Licht über einen Bereich auf ein Objekt projiziert.Now referring to 6 , is there another embodiment of a scanner 20 shown attached to a movable device 120 is appropriate. The scanner 20 has at least one projector 122 and at least one camera 124 , which are arranged in a fixed geometric relationship such that the principles of trigonometry for the determination of the three-dimensional coordinates of points on the surface 32 can be used. The scanner 20 For example, the same scanner as the one based on 1 or 3 be described. In one embodiment, the scanner is the same as the scanner of 10 with a probe. The in the embodiment of 6 however, the scanner used may be any scanner, such as a structured light scanner, or a line scanner, such as a scanner disclosed in commonly assigned U.S. Patent 7,246,030, filed January 18, 2006, entitled "Portable Coordinate Measurement Machine with Integrated Line Laser Scanner "is revealed. In another embodiment of the in the embodiment of 6 The scanner used a structured light scanner that projects light over an area onto an object.
Die bewegliche Vorrichtung 120 ist bei der beispielhaften Ausgestaltung eine Robotervorrichtung, die automatische Bewegungen mit Armsegmenten 126, 128 bereitstellt, die durch Dreh- und Schwenkgelenke 130 miteinander verbunden sind, um die Bewegung der Armsegmente 126, 128 zu ermöglichen, woraus sich ergibt, dass sich der Scanner 20 von einer ersten Position zu einer zweiten Position bewegt (wie es durch die gestrichelte Linie in 6 angezeigt ist). Die bewegliche Vorrichtung 120 kann Aktoren wie beispielsweise Motoren (nicht dargestellt) umfassen, die an die Armsegmente 126, 128 gekoppelt sind, um die Armsegmente 126, 128 von der ersten zur zweiten Position zu bewegen. Es versteht sich, dass eine bewegliche Vorrichtung 120 mit Gelenkarmen dem Zweck der Veranschaulichung dient und die beanspruchte Erfindung so nicht eingeschränkt sein sollte. Bei anderen Ausgestaltungen kann der Scanner 20 an einer beweglichen Vorrichtung angebracht sein, die ihn zum Beispiel über Schienen, Räder, Bahnen, Riemen oder Seile oder eine Kombination der vorangehenden bewegt. Bei anderen Ausgestaltungen hat der Roboter eine andere Anzahl von Armsegmenten.The mobile device 120 In the exemplary embodiment, a robotic device is the automatic movement with arm segments 126 . 128 provides that by turning and pivoting joints 130 interconnected to the movement of the arm segments 126 . 128 to allow, which results in that the scanner 20 moved from a first position to a second position (as indicated by the dashed line in FIG 6 is displayed). The mobile device 120 can be actuators such as motors (not shown) connected to the arm segments 126 . 128 are coupled to the arm segments 126 . 128 to move from the first to the second position. It is understood that a movable device 120 with articulated arms for the purpose of illustration and the claimed invention should not be so limited. In other embodiments, the scanner 20 be attached to a movable device that moves him, for example, over rails, wheels, tracks, belts or ropes or a combination of the foregoing. In other embodiments, the robot has a different number of arm segments.
Die bewegliche Vorrichtung ist bei einer Ausgestaltung ein Gelenkarm-Koordinatenmessgerät (Gelenkarm-KMG) wie beispielsweise das in der am 20. Januar eingereichten US-Patentanmeldung, Aktenzeichen Nr. 13/491,176, des gleichen Inhabers beschriebene. Bei dieser Ausgestaltung kann die Bewegung des Scanners 20 von der ersten zur zweiten Position beinhalten, dass der Bediener die Armsegmente 126, 128 manuell bewegt.The moveable device in one embodiment is an articulated arm CMM such as that described in U.S. Patent Application Serial No. 13 / 491,176 filed January 20, 1984, of the same assignee. In this embodiment, the movement of the scanner 20 from the first to the second position, the operator has the arm segments 126 . 128 moved manually.
Bei einer Ausgestaltung mit einer automatischen Vorrichtung umfasst die bewegliche Vorrichtung 120 des Weiteren eine Steuervorrichtung 132, die dafür konfiguriert ist, die Aktoren einzuschalten, um die Armsegmente 126, 128 zu bewegen. Die Steuervorrichtung 132 kommuniziert bei einer Ausgestaltung mit einer Steuervorrichtung 134. Wie nachfolgend ausführlicher besprochen wird, ermöglicht diese Anordnung der Steuervorrichtung 132 als Reaktion auf eine Anomalie bei den erfassten Daten das Bewegen des Scanners 20. Es versteht sich, dass die Steuervorrichtungen 132, 134 in eine einzige Verarbeitungseinheit eingebracht werden können oder die Funktionalität auf mehrere Verarbeitungseinheiten verteilt werden kann.In an embodiment with an automatic device, the movable device comprises 120 furthermore a control device 132 which is configured to turn on the actuators to the arm segments 126 . 128 to move. The control device 132 communicates with a controller in one embodiment 134 , As will be discussed in more detail below, this arrangement allows the control device 132 moving the scanner in response to an anomaly in the collected data 20 , It is understood that the control devices 132 . 134 can be incorporated into a single processing unit or the functionality can be distributed to multiple processing units.
Mittels der Durchführung einer Analyse anhand von 12 ist es möglich, den Scanner 20 derart zu positionieren und zu orientieren, dass die gewünschten Messergebnisse erzielt werden. Bei einigen Ausgestaltungen kann ein gemessenes Merkmal von einer gewünschten Richtung des Scanners profitieren. Die Messung des Durchmessers eines Lochs lässt sich beispielsweise verbessern, indem die Scannerkamera 124 derart orientiert wird, dass sie ungefähr senkrecht zum Loch ist. Bei anderen Ausgestaltungen kann ein Scanner derart angeordnet werden, dass die Möglichkeit einer Mehrwegestörung reduziert oder minimiert wird. Eine solche Analyse kann auf einem CAD-Modell basieren, das als Teil der Diagnosemethode zur Verfügung steht, oder sie kann auf Daten basieren, die vom Scanner in einer Anfangsposition erfasst wurden, bevor eine zweite Bewegung des Scanners 20 durch die Vorrichtung 120 erfolgt.By conducting an analysis on the basis of 12 is it possible to use the scanner 20 be positioned and oriented so that the desired measurement results are achieved. In some embodiments, a measured feature may benefit from a desired direction of the scanner. The measurement of the diameter of a hole can be improved, for example, by the scanner camera 124 is oriented so that it is approximately perpendicular to the hole. In other embodiments, a scanner may be arranged to reduce or minimize the possibility of multipath interference. Such an analysis may be based on a CAD model available as part of the diagnostic method, or it may be based on data acquired by the scanner in an initial position before a second movement of the scanner 20 through the device 120 he follows.
Nun Bezug nehmend auf 7, wird der Betrieb des Scanners 20 und der beweglichen Vorrichtung 120 beschrieben. Das Verfahren beginnt bei Block 136 mit dem Abtasten des Objekts 34 mit dem Scanner 20 in der ersten Position. Der Scanner 20 erfasst und ermittelt in Block 138 Koordinatendaten von Punkten auf der Oberfläche 32 des Objekts 34. Es versteht sich, dass die bewegliche Vorrichtung 120 den Scanner 20 bewegen kann, um Daten über Oberflächenpunkte in einem gewünschten Bereich zu erfassen. Es wird im Abfrageblock 140 ermittelt, ob eine Anomalie in den Koordinatendaten bei Punkt 142 wie beispielsweise eine Mehrwegestörung vorliegt oder ob die Richtung verändert werden muss, um eine verbesserte Auflösung oder Messgenauigkeit zu erzielen. Es versteht sich, dass der Punkt 142 von 6 einen einzigen Punkt, eine Linie von Punkten oder einen Bereich der Oberfläche 32 repräsentieren kann. Wenn eine Anomalie oder ein Bedarf an einer verbesserten Genauigkeit erkannt wird, geht das Verfahren mit Block 144 weiter, wo die bewegliche Vorrichtung 120 die Position des Scanners 20 beispielsweise von der ersten zur zweiten Position bewegt und den interessierenden Bereich in Block 146 erneut abtastet, um dreidimensionale Koordinatendaten zu erfassen. Das Verfahren kehrt zum Abfrageblock 140 zurück, wo ermittelt wird, ob immer noch eine Anomalie in den Koordinatendaten vorliegt oder ob eine Verbesserung der Messgenauigkeit gewünscht wird. Der Scanner 20 wird in diesen Fällen wieder bewegt und das Verfahren geht weiter, bis die Messergebnisse ein gewünschtes Niveau erreichen. Sobald die Koordinatendaten erhalten sind, geht das Verfahren vom Abfrageblock 140 zu Block 148 weiter, wo das Abtastverfahren fortgesetzt wird, bis der gewünschte Bereich abgetastet ist.Now referring to 7 , will the operation of the scanner 20 and the movable device 120 described. The procedure starts at block 136 with the scanning of the object 34 with the scanner 20 in the first position. The scanner 20 recorded and determined in block 138 Coordinate data of points on the surface 32 of the object 34 , It is understood that the movable device 120 the scanner 20 can move to capture data about surface points in a desired area. It will be in the query block 140 determines if there is an anomaly in the coordinate data at point 142 such as a multipath interference, or if the direction needs to be changed to achieve improved resolution or measurement accuracy. It is understood that the point 142 from 6 a single point, a line of points or an area of the surface 32 can represent. If an anomaly or a need for improved accuracy is detected, the method goes to block 144 continue where the moving device 120 the position of the scanner 20 for example, moving from the first to the second position and the area of interest in block 146 rescans to capture three-dimensional coordinate data. The process returns to the query block 140 back, where it is determined whether there is still an anomaly in the coordinate data or whether an improvement of the measurement accuracy is desired. The scanner 20 is moved again in these cases and the process continues until the measurement results reach a desired level. Once the coordinate data is obtained, the procedure goes from the query block 140 to block 148 continue where the scanning process continues until the desired area is scanned.
Bei Ausgestaltungen, bei denen der Scanner 20 eine Tastsonde (10) umfasst, kann die Bewegung des Scanners von der ersten zur zweiten Position derart angeordnet werden, dass sie die interessierenden Bereiche mit der Tastsonde berührt. Da die Position des Scanners und somit der Tastsonde aus der Position und Orientierung der Armsegmente 126, 128 ermittelt werden kann, lassen sich die dreidimensionalen Koordinaten des Punkts auf der Oberfläche 32 ermitteln.In embodiments in which the scanner 20 a probe ( 10 ), the movement of the scanner from the first to the second position may be arranged to contact the areas of interest with the probe. Because the position of the scanner and thus the probe from the position and orientation of the arm segments 126 . 128 can be determined, the three-dimensional coordinates of the point on the surface can be 32 determine.
Bei einigen Ausgestaltungen werden die mit dem Scanner 20 von 8A, 8B erhaltenen Messergebnisse möglicherweise durch eine Mehrwegestörung verfälscht. In anderen Fällen liefern die Messergebnisse unter Umständen nicht die gewünschte Auflösung oder Genauigkeit für die korrekte Messung von einigen Charakteristika der Oberfläche 32 wie beispielsweise Kanten, Löchern oder komplexen Merkmalen. In diesen Fällen ist es möglicherweise erstrebenswert, wenn ein Bediener eine entfernte Sonde 152 benutzt, um Punkte oder Bereiche auf der Oberfläche 32 abzufragen. Der Scanner 20 umfasst bei einer in 8A, 8B dargestellten Ausgestaltung einen Projektor 156 und Kameras 154, 155, die derart in einem Winkel relativ zum Projektor 156 angeordnet sind, dass das vom Projektor 156 emittierte Licht von der Oberfläche 32 reflektiert und von einer oder beiden der Kameras 154, 155 aufgefangen wird. Der Projektor 156 und die Kameras 154, 156 sind derart in feststehender geometrischer Beziehung angeordnet, dass die Prinzipien der Trigonometrie eingesetzt werden können, um die dreidimensionalen Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche 32 zu ermitteln.In some embodiments, those with the scanner 20 from 8A . 8B may be corrupted by a multipath interference. In other cases, the measurement results may not provide the desired resolution or accuracy for the correct measurement of some surface characteristics 32 such as edges, holes or complex features. In these cases, it may be desirable for an operator to have a remote probe 152 used to points or areas on the surface 32 query. The scanner 20 includes at a in 8A . 8B illustrated embodiment a projector 156 and cameras 154 . 155 which are at an angle relative to the projector 156 are arranged that from the projector 156 emitted light from the surface 32 reflected and from one or both of the cameras 154 . 155 is caught. The projector 156 and the cameras 154 . 156 are arranged in a fixed geometrical relationship so that the principles of trigonometry can be used to determine the three-dimensional coordinates of points on the surface 32 to investigate.
Der Projektor 156 ist bei einer Ausgestaltung dafür konfiguriert, ein sichtbares Licht 157 auf einen interessierenden Bereich 159 auf der Oberfläche 32 des Objekts 34 zu emittieren, wie es in 8A dargestellt ist. Die dreidimensionalen Koordinaten des beleuchteten interessierenden Bereichs 159 können bestätigt werden, indem das Bild des beleuchteten Bereichs 159 einer oder beider Kameras 154, 155 verwendet wird.The projector 156 In one embodiment, it is configured to have a visible light 157 on a field of interest 159 on the surface 32 of the object 34 to emit as it is in 8A is shown. The three-dimensional coordinates of the illuminated area of interest 159 can be confirmed by the image of the illuminated area 159 one or both cameras 154 . 155 is used.
Der Scanner 20 ist dafür konfiguriert, mit der entfernten Sonde 152 derart zusammenzuwirken, dass ein Bediener eine Sondenspitze 166 mit der Objektoberfläche 132 am beleuchteten interessierenden Bereich 159 in Kontakt bringen kann. Bei einer Ausgestaltung umfasst die entfernte Sonde 152 mindestens drei nicht-kollineare Lichtpunkte 168. Die Lichtpunkte 168 können Lichtpunkte, die beispielsweise durch Leuchtdioden (LEDs) erzeugt werden, oder reflektierende Lichtpunkte, die durch eine Infrarotlichtquelle oder eine sichtbares Licht ausstrahlende Lichtquelle aus dem Projektor 156 oder einer anderen nicht in 8B abgebildeten Lichtquelle beleuchtet werden, sein. Die Infrarotlichtquelle oder die sichtbares Licht ausstrahlende Lichtquelle kann in diesem Fall am Scanner 20 befestigt oder außerhalb des Scanners 20 angeordnet sein. Durch die Ermittlung der dreidimensionalen Koordinaten der Lichtpunkte 168 mit dem Scanner und durch die Verwendung von Informationen über die Geometrie der Sonde 152 kann die Position der Sondenspitze 166 ermittelt werden, wodurch die Ermittlung der Koordinaten der Objektoberfläche 32 ermöglicht wird. Eine auf diese Weise benutzte Tastsonde eliminiert potentielle Probleme wegen einer Mehrwegestörung und ermöglicht auch eine relative genaue Messung von Löchern, Kanten und detaillierten Merkmalen. Die Sonde 166 ist bei einer Ausgestaltung eine Tastsonde, die durch Drücken eines Betätigungsknopfs (nicht dargestellt) auf der Sonde eingeschaltet werden kann, oder die Sonde 166 kann eine Berührungstriggersonde sein, die durch den Kontakt mit der Oberfläche 32 eingeschaltet wird. Als Reaktion auf ein von dem Betätigungsknopf oder der Berührungstriggersonde erzeugtes Signal überträgt eine Kommunikationsschaltung (nicht dargestellt) ein Signal an den Scanner 20. Die Lichtpunkte 168 sind bei einer Ausgestaltung durch geometrische Lichtmuster ersetzt, die Linien oder Kurven umfassen können.The scanner 20 is configured with the remote probe 152 cooperate such that an operator a probe tip 166 with the object surface 132 at the illuminated area of interest 159 can bring in contact. In one embodiment, the remote probe comprises 152 at least three non-collinear points of light 168 , The points of light 168 For example, light spots generated by, for example, light emitting diodes (LEDs) or reflective spots of light emitted from an infrared light source or a visible light source from the projector 156 or another not in 8B illuminated light source can be illuminated. The infrared light source or the visible light emitting light source can in this case on the scanner 20 attached or outside the scanner 20 be arranged. By determining the three-dimensional coordinates of the points of light 168 with the scanner and by using information about the geometry of the probe 152 can change the position of the probe tip 166 be determined, thereby determining the coordinates of the object surface 32 is possible. A probe used in this manner eliminates potential problems due to multipath interference and also allows relatively accurate measurement of holes, edges, and detailed features. The probe 166 In one embodiment, a probe that can be turned on by pressing an actuation button (not shown) on the probe, or the probe 166 can be a touch trigger probe that comes into contact with the surface 32 is turned on. In response to a signal generated by the operation button or the touch trigger probe, a communication circuit (not shown) transmits a signal to the scanner 20 , The points of light 168 are replaced in one embodiment by geometric light patterns that may include lines or curves.
Nun Bezug nehmend auf 9, ist dort ein Verfahren zur Erfassung von Koordinatendaten für Punkte auf der Oberfläche 32 des Objekts 34 unter Einsatz eines feststehenden Scanners 20 von 8A, 8B mit einer entfernten Sonde 152 dargestellt. Das Verfahren beginnt bei Block 170 mit dem Abtasten der Oberfläche 32 des Objekts 34. Das Verfahren erfasst und ermittelt in Block 172 die dreidimensionalen Koordinatendaten der Oberfläche 32. Das Verfahren ermittelt dann im Abfrageblock 174, ob eine Anomalie in den Koordinatendaten des Bereichs 159 vorliegt oder ob es ein Problem bei der Genauigkeit oder Auflösung des Bereichs 159 gibt. Eine Anomalie könnten ungültige Daten sein, die beispielsweise wegen einer Mehrwegestörung verworfen werden. Eine Anomalie könnten auch fehlende Daten wegen des Reflexionsgrads der Oberfläche oder einer mangelhaften Auflösung rings um ein Merkmal wie beispielsweise eine Öffnung oder ein Loch sein. Einzelheiten über eine Diagnosemethode zur Erfassung (Identifizierung) einer Mehrwegestörung und damit zusammenhängende Probleme werden anhand von 12 angegeben.Now referring to 9 , is there a method for acquiring coordinate data for points on the surface 32 of the object 34 using a fixed scanner 20 from 8A . 8B with a remote probe 152 shown. The procedure starts at block 170 with the scanning of the surface 32 of the object 34 , The procedure detects and determines in block 172 the three-dimensional coordinate data of the surface 32 , The method then determines in the query block 174 whether an anomaly in the coordinate data of the area 159 or there is a problem with the accuracy or resolution of the area 159 gives. An anomaly could be invalid data discarded due to, for example, multipath interference. Anomaly could also be missing data due to the reflectance of the surface or a poor resolution around a feature such as an opening or a hole. Details of a diagnostic method for detecting (identifying) a multipath disturbance and related problems are given by 12 specified.
Sobald der Bereich 159 identifiziert wurde, zeigt der Scanner 20 in Block 176 dem Bediener an, dass die Koordinatendaten des Bereichs 159 über die entfernte Sonde 152 erfasst werden können. Dieser Bereich 159 kann durch Emittieren eines sichtbaren Lichts 157 zum Beleuchten des Bereichs 159 angezeigt werden. Bei einer Ausgestaltung wird das Licht 157 vom Projektor 156 emittiert. Die Farbe des Lichts 157 kann verändert werden, um den Bediener über die Art der Anomalie oder des Problems zu informieren. Wenn beispielsweise eine Mehrwegestörung auftritt, kann das Licht 157 rotfarbig sein, während es bei einer niedrigen Auflösung grünfarbig sein kann. Der Bereich kann des Weiteren auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, die eine grafische Darstellung (z. B. ein CAD-Modell) des Objekts aufweist.Once the area 159 was identified, the scanner shows 20 in block 176 the operator that the coordinate data of the area 159 over the remote probe 152 can be detected. This area 159 can by emitting a visible light 157 to illuminate the area 159 are displayed. In one embodiment, the light 157 from the projector 156 emitted. The color of the light 157 can be changed to inform the operator about the nature of the anomaly or problem. For example, if a multipath fault occurs, the light can 157 be red in color, while it may be greenish at a low resolution. The area may also be displayed on a display device having a graphical representation (eg, a CAD model) of the object.
Das Verfahren geht dann mit Block 178 weiter, um ein Bild der entfernten Sonde 152 aufzunehmen, wenn der Sensor 166 die Oberfläche 32 berührt. Die Lichtpunkte 168, die zum Beispiel LEDs oder reflektierende Ziele sein können, werden von einer der Kameras 154, 155 aufgefangen. Mittels Best-Fit-Verfahren, die dem Mathematiker weithin bekannt sind, ermittelt der Scanner 20 in Block 180 die dreidimensionalen Koordinaten der Sondenmitte, von welcher aus dreidimensionale Koordinaten der Objektoberfläche 32 in Block 180 ermittelt werden. Sobald die Punkte im Bereich 159, wo die Anomalie erkannt wurde, erfasst sind, kann das Verfahren in Block 182 mit der Abtastung des Objekts 34 fortfahren, bis die gewünschten Bereiche abgetastet sind.The procedure then goes to block 178 continue to take a picture of the remote probe 152 to pick up when the sensor 166 the surface 32 touched. The points of light 168 that may be LEDs or reflective targets, for example, are from one of the cameras 154 . 155 collected. Using best-fit methods, which are widely known to mathematicians, the scanner determines 20 in block 180 the three-dimensional coordinates of the center of the probe, from which three-dimensional coordinates of the surface of the object 32 in block 180 be determined. Once the points in the area 159 Where the anomaly has been detected, the procedure may be in block 182 with the scanning of the object 34 continue until the desired areas are scanned.
Nun Bezug nehmend auf 10, ist dort eine andere Ausgestaltung des Scanners 20 dargestellt, der während des Betriebs vom Bediener in der Hand gehalten werden kann. Das Gehäuse 22 kann bei dieser Ausgestaltung einen Griff 186 umfassen, der dem Bediener das Halten des Scanners 20 während des Betriebs gestattet. Das Gehäuse 22 umfasst einen Projektor 188 und eine Kamera 190, die derart in einem Winkel relativ zueinander angeordnet sind, dass das vom Projektor emittierte Licht 192 von der Oberfläche 32 reflektiert und von der Kamera 190 aufgefangen wird. Der Scanner 20 von 10 wird in einer Weise betrieben, die im Wesentlichen den Ausgestaltungen von 1 und 3 ähnelt, und erfasst mittels der Prinzipien der Trigonometrie dreidimensionale Koordinatendaten von Punkten auf der Oberfläche 32. Now referring to 10 , is there another embodiment of the scanner 20 represented, which can be held in the hand during operation by the operator. The housing 22 can in this embodiment a handle 186 include holding the scanner to the operator 20 allowed during operation. The housing 22 includes a projector 188 and a camera 190 , which are arranged at an angle relative to each other that the light emitted by the projector 192 from the surface 32 reflected and from the camera 190 is caught. The scanner 20 from 10 is operated in a manner substantially similar to the embodiments of 1 and 3 is similar, and captures three-dimensional coordinate data of points on the surface by means of the principles of trigonometry 32 ,
Der Scanner 20 umfasst ferner ein integriertes Sondenelement 184. Das Sondenelement 184 umfasst einen Sensor 194 an einem Ende. Der Sensor 194 ist beispielsweise eine Tastsonde, die auf das Drücken eines Betätigungsknopfs (nicht dargestellt) durch einen Bediener ansprechen kann, oder er kann eine Berührungstriggersonde sein, die auf den Kontakt mit der Oberfläche 32 anspricht. Wie nachfolgend ausführlicher besprochen wird, ermöglicht das Sondenelement 184 dem Bediener die Erfassung der Koordinaten von Punkten auf der Oberfläche 32, indem der Sensor 194 die Oberfläche 32 berührt.The scanner 20 further comprises an integrated probe element 184 , The probe element 184 includes a sensor 194 at one end. The sensor 194 For example, a probe may be responsive to an operator pressing an actuation button (not shown) or may be a touch trigger probe responsive to contact with the surface 32 responds. As will be discussed in more detail below, the probe element allows 184 the operator the acquisition of the coordinates of points on the surface 32 by the sensor 194 the surface 32 touched.
Der Projektor 188, die Kamera 190 und eine Betätigungsschaltung für den Sensor 194 sind elektrisch an eine Steuervorrichtung 50 gekoppelt, die im Gehäuse 22 angeordnet ist. Die Steuervorrichtung 50 kann einen oder mehrere Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren, Speicher- und Signalkonditionierschaltungen umfassen. Der Scanner 20 kann ferner Aktoren (nicht dargestellt) wie beispielsweise den Griff 186 umfassen, die vom Bediener manuell eingeschaltet werden können, um den Betrieb und die Datenerfassung durch den Scanner 20 zu beginnen. Bei einer Ausgestaltung wird die Bildverarbeitung zur Ermittlung der x-, y-, z-Koordinatendaten der die Oberfläche 32 des Objekts 34 repräsentierenden Punktwolke durch die Steuervorrichtung 50 durchgeführt. Die Koordinatendaten können lokal wie beispielsweise in einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher 54 gespeichert werden. Der Speicher kann entfernbar sein, also beispielsweise ein Speicherstick oder eine Speicherkarte. Der Scanner 20 hat bei anderen Ausgestaltungen eine Kommunikationsschaltung 52, die es ihm ermöglicht, die Koordinatendaten an ein entferntes Verarbeitungssystem 56 zu übertragen. Das Kommunikationsmedium 58 zwischen dem Scanner 20 und dem entfernten Verarbeitungssystem 56 kann drahtgebunden (z. B. Ethernet) oder drahtlos (z. B. Bluetooth, IEEE 802.11) sein. Bei einer Ausgestaltung werden die Koordinatendaten durch das entfernte Verarbeitungssystem 56 ermittelt und überträgt der Scanner 20 aufgenommene Bilder über das Kommunikationsmedium 58.The projector 188 , the camera 190 and an actuating circuit for the sensor 194 are electrically connected to a control device 50 coupled in the housing 22 is arranged. The control device 50 may include one or more microprocessors, digital signal processors, memory and signal conditioning circuits. The scanner 20 may further actuators (not shown) such as the handle 186 include, which can be manually turned on by the operator to the operation and the data acquisition by the scanner 20 to start. In one embodiment, the image processing for determining the x, y, z coordinate data becomes the surface 32 of the object 34 representing point cloud by the control device 50 carried out. The coordinate data may be local, such as in volatile or nonvolatile memory 54 get saved. The memory may be removable, such as a memory stick or a memory card. The scanner 20 has a communication circuit in other embodiments 52 that allows him to transfer the coordinate data to a remote processing system 56 transferred to. The communication medium 58 between the scanner 20 and the remote processing system 56 can be wired (for example, Ethernet) or wireless (for example, Bluetooth, IEEE 802.11). In one embodiment, the coordinate data is provided by the remote processing system 56 Detects and transmits the scanner 20 taken pictures via the communication medium 58 ,
Nun Bezug nehmend auf 11, wird der Betrieb des Scanners 20 von 10 beschrieben. Das Verfahren beginnt bei Block 196 damit, dass der Bediener die Oberfläche 32 des Objekts 34 abtastet, indem er den Scanner 20 manuell bewegt. Die dreidimensionalen Koordinaten werden in Block 198 ermittelt und erfasst. Im Anfrageblock 200 wird ermittelt, ob eine Anomalie in den Koordinatendaten vorhanden ist oder ob eine verbesserte Genauigkeit benötigt wird. Wie oben besprochen, können Anomalien aus mehreren Gründen wie beispielsweise einer Mehrwegestörung, Änderungen des Oberflächenreflexionsgrads oder einer niedrigen Auflösung eines Merkmals auftreten. Wenn eine Anomalie vorliegt, geht das Verfahren mit Block 202 weiter, wo dem Bediener der Bereich 204 angezeigt wird. Der Bereich 204 kann durch Projizieren eines sichtbaren Lichts 192 mit dem Projektor 188 auf die Oberfläche 32 angezeigt werden. Das Licht 192 ist bei einer Ausgestaltung farbig, um dem Bediener die Art der erkannten Anomalie zu melden.Now referring to 11 , will the operation of the scanner 20 from 10 described. The procedure starts at block 196 with that the operator the surface 32 of the object 34 scans by holding the scanner 20 moved manually. The three-dimensional coordinates are in block 198 determined and recorded. In the request block 200 Determines if there is an anomaly in the coordinate data or if improved accuracy is needed. As discussed above, anomalies can occur for several reasons, such as multipath interference, surface reflectivity changes, or low feature resolution. If there is an anomaly, the procedure goes to block 202 continue where the operator the area 204 is shown. The area 204 can by projecting a visible light 192 with the projector 188 on the surface 32 are displayed. The light 192 In one embodiment, it is colored to notify the operator of the type of anomaly detected.
Der Bediener fährt dann in Block 206 damit fort, den Scanner von einer ersten Position zu einer zweiten Position zu bewegen (durch die gestrichelten Linien angezeigt). In der zweiten Position berührt der Sensor 194 die Oberfläche 32. Die Position und die Orientierung (bis 6 Freiheitsgrade) des Scanners 20 in der zweiten Position können unter Einsatz von weithin bekannten Best-Fit-Verfahren auf Basis von Bildern ermittelt werden, die von der Kamera 190 aufgenommen wurden. Da die Abmessungen und die Anordnung des Sensors 194 bezogen auf die mechanische Struktur des Scanners 20 bekannt sind, können in Block 208 die dreidimensionalen Koordinatendaten der Punkte im Bereich 204 ermittelt werden. Das Verfahren geht dann mit Block 210 weiter, wo die Abtastung des Objekts fortgesetzt wird. Das Abtastverfahren geht weiter, bis der gewünschte Bereich abgetastet ist.The operator then moves to block 206 to move the scanner from a first position to a second position (indicated by dashed lines). In the second position, the sensor touches 194 the surface 32 , The position and orientation (up to 6 degrees of freedom) of the scanner 20 in the second position can be determined using well-known best-fit method based on images taken by the camera 190 were recorded. Because the dimensions and the arrangement of the sensor 194 related to the mechanical structure of the scanner 20 are known, in block 208 the three-dimensional coordinate data of the points in the range 204 be determined. The procedure then goes to block 210 continue where the scanning of the object is continued. The scanning process continues until the desired area is scanned.
Ein allgemeiner Ansatz kann zur Auswertung nicht nur einer Mehrwegestörung, sondern auch der allgemeinen Qualität, die die Auflösung und die Wirkung der Materialart, die Oberflächengüte und die Geometrie umfasst, benutzt werden. Auch Bezug nehmend auf 12, kann ein Verfahren 4600 bei einer Ausgestaltung automatisch unter der Steuerung eines Computers durchgeführt werden. Ein Schritt 4602 besteht darin, zu ermitteln, ob Informationen über dreidimensionale Koordinaten eines Prüfobjekts zur Verfügung stehen. Ein erster Typ einer dreidimensionalen Information sind CAD-Daten. CAD-Daten zeigen normalerweise die Nennmaße eines Prüfobjekts an. Ein zweiter Typ einer dreidimensionalen Information sind gemessene dreidimensionale Daten – zum Beispiel Daten, die vorher mit einem Scanner oder einer anderen Vorrichtung gemessen wurden. Der Schritt 4602 kann in einigen Fällen einen weiteren Schritt der Ausrichtung des Bezugssystems des Koordinatenmessgeräts – beispielsweise eines Lasertrackers oder eines Scanner-Zusatzteils mit 6 Freiheitsgraden – auf das Bezugssystem des Objekts umfassen. Dies erfolgt bei einer Ausgestaltung durch Messen von mindestens drei Punkten auf der Oberfläche des Objekts mit dem Lasertracker.A general approach can be used to evaluate not only a multipath fault, but also the general quality that includes the resolution and effect of the type of material, surface finish, and geometry. Also referring to 12 , can a procedure 4600 in one embodiment, be performed automatically under the control of a computer. A step 4602 is to determine if information about three-dimensional coordinates of a test object is available. A first type of three-dimensional information is CAD data. CAD data usually indicates the nominal dimensions of a test object. A second type of three-dimensional information is measured three-dimensional data - for example, data previously with a Scanner or other device. The step 4602 may in some cases comprise a further step of aligning the reference system of the coordinate measuring machine - for example a laser tracker or scanner accessory with 6 degrees of freedom - to the reference system of the object. This is done in one embodiment by measuring at least three points on the surface of the object with the laser tracker.
Wenn die Antwort auf die in Schritt 4602 gestellte Frage lautet, dass die dreidimensionale Information zur Verfügung steht, wird dann in einem Schritt 4604 der Computer oder Prozessor benutzt, um die Anfälligkeit der Objektmessung für eine Mehrwegestörung zu berechnen. Bei einer Ausgestaltung wird dies durchgeführt, indem jeder vom Scannerprojektor emittierte Lichtstrahl projiziert und der Winkel oder die Reflexion für jeden Fall berechnet wird. Der Computer oder die Software identifiziert jeden Bereich der Objektoberfläche, der infolge einer Mehrwegestörung fehleranfällig ist. In Schritt 4604 kann man auch eine Analyse der Anfälligkeit für einen Mehrwegefehler bei verschiedenen Positionen der 6 Freiheitsgrade aufweisenden Sonde relativ zum Prüfobjekt durchführen. In einigen Fällen kann eine Mehrwegestörung vermieden oder minimiert werden, indem man eine geeignete Position und Orientierung der 6 Freiheitsgrade aufweisenden Sonde relativ zum Prüfobjekt wie oben beschrieben auswählt. Wenn die Antwort auf die in Schritt 4602 gestellte Frage lautet, dass die dreidimensionale Information nicht zur Verfügung steht, besteht dann ein Schritt 4606 darin, die dreidimensionalen Koordinaten der Objektoberfläche mit irgendeinem gewünschten oder bevorzugten Messverfahren zu messen. Im Anschluss an die Berechnung der Mehrwegestörung kann ein Schritt 4608 durchgeführt werden, um andere Aspekte der erwarteten Abtastungsqualität auszuwerten. Ein solcher Qualitätsfaktor liegt darin begründet, ob die Auflösung der Abtastung für die Merkmale des Prüfobjekts ausreicht. Wenn die Auflösung einer Vorrichtung beispielsweise 3 mm beträgt und es Merkmale im Submillimeterbereich gibt, für die gültige Abtastungsdaten gewünscht werden, sollten diese Problembereiche des Objekts dann für eine spätere Korrekturmaßnahme aufgezeichnet werden. Ein anderer Qualitätsfaktor, der teilweise mit der Auflösung verwandt ist, ist die Fähigkeit zur Messung von Kanten des Objekts und Kanten von Löchern. Ist die Scannerleistung bekannt, lässt sich ermitteln, ob die Scannerauflösung für bestimmte Kanten gut genug ist. Ein weiterer Qualitätsfaktor ist die erwartete Lichtmenge, die von einem bestimmten Merkmal zurückkehrt. Man kann beispielsweise erwarten, dass wenig Licht (wenn überhaupt) aus dem Innern eines kleinen Lochs oder von einem Glanzwinkel zum Scanner zurückkehrt. Wenig Licht kann man auch von bestimmten Arten und Farben von Materialien erwarten. Bestimmte Materialarten haben eine große Eindringtiefe für das Licht des Scanners, und in diesem Fall würden keine guten Messergebnisse erwartet. In manchen Fällen kann ein automatisches Programm ergänzende Informationen vom Benutzer anfordern. Wenn ein Computerprogramm beispielsweise die Schritte 4604 und 4608 auf Basis von CAD-Daten durchführt, kennt es möglicherweise nicht die benutzte Materialart oder die Oberflächenkennwerte des Prüfobjekts. In diesen Fällen kann der Schritt 4608 einen weiteren Schritt zum Erhalten von Materialkennwerten für das Prüfobjekt umfassen.If the answer to the in step 4602 Asked question is that the three-dimensional information is available, then in one step 4604 the computer or processor is used to calculate the susceptibility of the object measurement to multipath interference. In one embodiment, this is done by projecting each light beam emitted by the scanner projector and calculating the angle or reflection for each case. The computer or software identifies any area of the object surface that is prone to error due to multipath interference. In step 4604 it is also possible to carry out an analysis of the susceptibility to a multipath error at different positions of the 6-degree-of-freedom probe relative to the test object. In some cases, multipath interference may be avoided or minimized by selecting a suitable position and orientation of the 6-degree probe relative to the test object as described above. If the answer to the in step 4602 asked question is that the three-dimensional information is not available, then there is a step 4606 in measuring the three-dimensional coordinates of the object surface with any desired or preferred measurement method. Following the calculation of the multipath fault, a step 4608 be performed to evaluate other aspects of the expected sample quality. Such a quality factor is based on whether the resolution of the scan is sufficient for the characteristics of the test object. For example, if the resolution of a device is 3mm and there are sub-millimeter features for which valid scan data is desired, then those problem areas of the object should then be recorded for later corrective action. Another quality factor, which is partially related to resolution, is the ability to measure edges of the object and edges of holes. If the scanner performance is known, it can be determined whether the scanner resolution is good enough for certain edges. Another quality factor is the expected amount of light that returns from a particular feature. For example, it can be expected that little light (if any) will return from inside a small hole or from a glancing angle to the scanner. Little light can be expected from certain types and colors of materials. Certain types of material have a large penetration depth for the light of the scanner, and in this case, no good measurement results would be expected. In some cases, an automated program may request supplemental information from the user. For example, if a computer program steps 4604 and 4608 Based on CAD data, it may not know the type of material or surface characteristics of the object under test. In these cases, the step 4608 another step for obtaining material characteristics for the test object.
Im Anschluss an die Analyse der Schritte 4604 und 4608 besteht der Schritt 4610 darin, zu entscheiden, ob weitere Diagnosemethoden durchgeführt werden sollten. Ein erstes Beispiel für eine mögliche Diagnosemethode ist der Schritt 4612 zum Projizieren eines Streifens in einem bevorzugten Winkel, um festzustellen, ob eine Mehrwegestörung beobachtet wird. Die allgemeinen Anzeigen einer Mehrwegestörung für einen projizierten Linienstreifen wurden oben anhand von 5 besprochen. Ein anderes Beispiel für einen Diagnoseschritt ist der Schritt 4614, der darin besteht, eine Sammlung von in Richtung von Epipolarlinien ausgerichteten Linien auf das Quelllichtmuster zu projizieren, also beispielsweise das Quellmuster des Lichts 30 des Projektors 36 von 1. Für den Fall, in dem Lichtlinien im Quelllichtmuster auf die Epilolarlinien ausgerichtet sind, erscheinen diese Linien dann auch als gerade Linien in der Bildebene auf der photosensitiven Anordnung. Die Verwendung von Epipolarlinien wird detaillierter in der am 11. April 2012 eingereichten US-Patentanmeldung, Aktenzeichen Nr. 13/443,946, des gleichen Inhabers besprochen. Wenn diese Muster auf der photosensitiven Anordnung keine geraden Linien sind oder wenn die Linien unscharf oder verrauscht sind, wird dann ein Problem angezeigt, und zwar eventuell als Ergebnis einer Mehrwegestörung.Following the analysis of the steps 4604 and 4608 is the step 4610 in deciding whether further diagnostic methods should be performed. A first example of a possible diagnostic method is the step 4612 for projecting a strip at a preferred angle to determine if a multipath disturbance is observed. The general indications of a multipath disturbance for a projected line strip were described above on the basis of 5 discussed. Another example of a diagnostic step is the step 4614 which is to project a collection of lines directed in the direction of epipolar lines onto the source light pattern, for example the source pattern of the light 30 of the projector 36 from 1 , In the case in which light lines in the source light pattern are aligned with the epilolary lines, these lines then also appear as straight lines in the image plane on the photosensitive arrangement. The use of epipolar lines is discussed in more detail in U.S. Patent Application Serial No. 13 / 443,946 filed April 11, 2012, assigned to the same assignee. If these patterns on the photosensitive array are not straight lines, or if the lines are out of focus or noisy, then a problem will be displayed, possibly as a result of a multipath disturbance.
Der Schritt 4616 besteht darin, eine Kombination aus bevorzugten Maßnahmen auf Basis der durchgeführten Analysen und der durchgeführten Diagnosemethode auszuwählen. Wenn die Geschwindigkeit bei einer Messung besonders wichtig ist, kann man einen Schritt 4618 zum Messen mit einem (strukturierten) 2D-Muster kodierten Lichts bevorzugen. Wenn eine größere Genauigkeit wichtiger ist, kann man dann einen Schritt 4620 zum Messen mit einem (strukturierten) 2D-Muster kodierten Lichts mittels aufeinanderfolgender Muster, also beispielsweise einer Sequenz von Sinusmustern mit variierender Phase und variierendem Abstand, bevorzugen. Wenn das Verfahren 4618 oder 4620 ausgewählt wird, sollte dann möglicherweise auch ein Schritt 4628 ausgewählt werden, der darin besteht, den Scanner neu zu positionieren, d. h. die Position und Orientierung des Scanners auf die Position einzustellen, die Mehrwegestörungen und gerichtete Reflexionen (Glitzern) minimiert, die durch die Analyse in Schritt 4604 bereitgestellt wurden. Solche Anzeigen können einem Benutzer zur Verfügung gestellt werden, indem Problembereiche mit Licht des Scannerprojektors beleuchtet werden oder solche Bereiche auf einer Monitoranzeige angezeigt werden. Alternativ dazu können die nächsten Schritte im Messverfahren automatisch von einem Computer oder Prozessor ausgewählt werden. Es stehen mehrere Optionen zur Verfügung, wenn die bevorzugte Scannerposition eine Mehrwegestörung und Glitzern nicht eliminiert. Die Messung kann in einigen Fällen wiederholt werden, wobei der Scanner neu positioniert wird und die gültigen Messergebnisse kombiniert werden. In anderen Fällen können alternative Messschritte dem Verfahren hinzugefügt oder statt der Verwendung strukturierten Lichts durchgeführt werden. Wie vorher erörtert wurde, stellt ein Schritt 4622 zum Abtasten eines Lichtstreifens einen zweckmäßigen Weg zum Erhalten von Informationen über einen Bereich zur Verfügung, wobei die Möglichkeit geringer ist, dass ein Problem wegen einer Mehrwegestörung auftritt. Ein Schritt 4624 zum Hin- und Herbewegen eines kleinen Lichtpunkts über einen interessierenden Bereich reduziert außerdem die Möglichkeit von durch eine Mehrwegestörung bedingten Problemen. Ein Schritt zum Messen eines Bereichs einer Objektoberfläche mit einer Tastsonde eliminiert die Möglichkeit einer Mehrwegestörung. Eine Tastsonde stellt eine bekannte Auflösung auf Basis der Größe der Sondenspitze bereit und eliminiert Probleme mit niedrigem Lichtreflexionsgrad oder großer optischer Eindringtiefe, die bei einigen Prüfobjekten vorkommen könnten.The step 4616 is to select a combination of preferred measures based on the analyzes performed and the diagnostic methodology performed. If the speed is especially important during a measurement, you can take one step 4618 for measuring with a (structured) 2D pattern encoded light prefer. If greater accuracy is more important, then you can take a step 4620 for measuring with a (structured) 2D pattern coded light by means of successive patterns, so for example a sequence of sinusoidal patterns with varying phase and varying distance, prefer. If the procedure 4618 or 4620 should then be selected, then maybe a step 4628 It consists in repositioning the scanner, ie adjusting the position and orientation of the scanner to the position that minimizes multipath disturbances and directional reflections (glint) caused by the analysis in step 4604 were provided. Such displays may be provided to a user by illuminating problem areas with light from the scanner projector or displaying such areas on a monitor display. Alternatively, the next steps in the measurement process can be automatically selected by a computer or processor. Several options are available if the preferred scanner position does not eliminate multipath interference and glitter. The measurement can in some cases be repeated, repositioning the scanner and combining the valid measurement results. In other cases alternative measurement steps may be added to the procedure or performed instead of using structured light. As previously discussed, one step represents 4622 for scanning a light stripe, a convenient way to obtain information about an area is available, whereby there is less chance of a multipath disturbance problem occurring. A step 4624 moving a small spot of light over a region of interest also reduces the possibility of multipath interference problems. A step of measuring a portion of an object surface with a probe eliminates the possibility of multipath interference. A probe provides a known resolution based on the size of the probe tip and eliminates low reflectivity or large optical depth problems that might be encountered with some test objects.
In den meisten Fällen kann die Qualität der in einer Kombination der Schritte 4618–4628 erfassten Daten in einem Schritt 4630 auf Basis der aus den Messungen erhaltenen Daten in Kombination mit den Ergebnissen der vorher durchgeführten Analysen ausgewertet werden. Wenn sich in einem Schritt 4632 die Qualität als akzeptabel erweist, wird die Messung in einem Schritt 4634 beendet. Andernfalls wird die Analyse im Schritt 4604 fortgesetzt. Eventuell waren die 3D-Informationen in einigen Fällen nicht so genau wie gewünscht. In diesem Fall könnte eine Wiederholung einiger der früheren Schritte hilfreich sein.In most cases, the quality may be in a combination of steps 4618 - 4628 collected data in one step 4630 based on the data obtained from the measurements in combination with the results of previous analyzes. When in one step 4632 the quality proves acceptable, the measurement becomes one step 4634 completed. Otherwise the analysis will be in step 4604 continued. In some cases, the 3D information may not be as accurate as desired. In this case, repeating some of the earlier steps might be helpful.
Obwohl die Erfindung ausführlich in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausgestaltungen beschrieben wurde, versteht es sich ohne Weiteres, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarte Ausgestaltungen beschränkt ist. Statt dessen kann die Erfindung derart modifiziert werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Abweichungen, Änderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen einbezieht, die bisher nicht beschrieben wurden, aber dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Obwohl verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben wurden, versteht sich ferner, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausgestaltungen einschließen können. Die Erfindung ist demgemäß nicht als durch die vorangehende Beschreibung eingeschränkt zu verstehen und ist lediglich durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche eingeschränkt.Although the invention has been described in detail in connection with only a limited number of embodiments, it will be readily understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the invention may be modified to include any number of variations, alterations, substitutions, or equivalent arrangements not heretofore described, but consistent with the spirit and scope of the invention. While various embodiments of the invention have been described, it will be further understood that aspects of the invention may include only some of the described embodiments. The invention is therefore not to be considered as limited by the foregoing description and is limited only by the scope of the appended claims.