DE19613978A1

DE19613978A1 - Joining together method of measurement data of different views and object ranges

Info

Publication number: DE19613978A1
Application number: DE1996113978
Authority: DE
Inventors: Carsten Reich
Original assignee: GOM Gesellschaft fuer Optische Messtechnik mbH
Current assignee: GOM Gesellschaft fuer Optische Messtechnik mbH
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-16

Abstract

The method for uniting includes the use of 3D coordinate measurement engineering with triangulation sensors working on the basis of pattern projection. The recordings for the sensor orientation and the measurements are separated in time as follows: The object being measured and object being oriented are selectively positioned successively in the measurement frame of the total system. The measurements from the different directions and the different object ranges, by a corresponding sensor orientation, relate respectively to the coordinate system of the object being orientated or any transformations of the same. The method results from a permutation and degree of freedom of the elements: sensor, measurement object and orientation object.

Description

Bei der optischen 3D-Koordinatenmeßtechnik mittels flächenhaft und auf der Basis von Musterprojektion arbeitenden Triangulationssensoren werden mit einer Projektionseinheit Muster auf das Projekt projiziert und mittels einer oder mehrerer Kameras unter einem Triangulationswinkel zur Projektionseinheit aufgenommen. Um aus den aufgezeichneten Muster auf die 3D-Koordinaten schließen zu können, werden unterschiedliche Ansätze verwendet. Weit verbreitet ist eine Kombination aus dem Codierten Lichtansatz und einem Phasenshiftverfahren, wie es in der Dissertation von mit dem Titel "Ein genaues aktives Bildtriangulationsverfahren zur Oberflächenvermessung" von Torsten Strutz, Fakultät für Maschinenbau, TU Magdeburg, beschrieben ist. Die resultierenden 3D-Koordinaten liegen zunächst im Sensorkoordinatensystem vor.With optical 3D coordinate measuring technology by means of area and on the basis of sample projection Working triangulation sensors are projected onto the project using a projection unit and by means of one or more cameras at a triangulation angle to the projection unit added. To be able to draw conclusions about the 3D coordinates from the recorded patterns different approaches used. A combination of the coded light approach is widespread and a phase shift method, as described in the dissertation entitled "A precise active Image triangulation method for surface measurement "by Torsten Strutz, Faculty of Mechanical Engineering, TU Magdeburg, is described. The resulting 3D coordinates are initially in the Sensor coordinate system.

In der industriellen Praxis ist es für eine komplette Vermessung fast immer notwendig, die Meßergebnisse von unterschiedliche Ansichten und Objektbereichen zusammenzufassen. Da dazu die Lage von Objekt zu Sensor verändert wird, sind die Sensorkoordinatensysteme unterschiedlich und die Meßergebnisse liegen somit in verschiedenen Koordinatensystemen vor. Um die Meßergebnisse in einem einheitlichen Koordinatensystem zusammenzufassen, müssen die jeweiligen Sensorkoordinatensysteme in das einheitliche Koordinatensystem transformiert werden. Dazu wird eine Vielzahl von Verfahren angewendet:In industrial practice, the measurement results are almost always necessary for a complete measurement of different views and object areas. Given the location of the object sensor is changed, the sensor coordinate systems are different and the measurement results are therefore in different coordinate systems. To the measurement results in a uniform coordinate system To summarize, the respective sensor coordinate systems must be in the uniform Coordinate system can be transformed. A variety of methods are used for this:

1.Measurement in combination with exactly positioning or measuring systems (e.g. Machining centers or coordinate measuring machines),
2. Use of registration features that are positioned on or around the object and included will,
3. Measurement in connection with repositioning systems after previous measurement of the sensor (e.g. rotary tables),
4. Determine the sensor orientation by measuring certain points on the sensor housing other systems (theodolite),
5. Matching the respective point clouds,
6. Combinations of the above procedures.

Alle genannten Verfahren besitzen Nachteile, die im folgenden kurz erwähnt sind:
zu 1. Hoher Geräteaufwand und schlechte Handhabung,
zu 2. Veränderung der Objektoberfläche (Paßmerkmale am Objekt) bzw. unnötig großer Meßraum, der zu geringeren Meßgenauigkeiten führt (Paßmerkmale um das Objekt),
zu 3. Fehlende Flexibilität, da die notwendigen Ansichten des Objekts schon von vornherein bekannt sein müssen,
zu 4. Hoher Geräteaufwand und schlechte Handhabung,
zu 5. Einschränkung der vermeßbaren Objektklassen (Objekt muß mehrere markante Merkmale besitzen) und hoher Rechenaufwand.All of the methods mentioned have disadvantages, which are briefly mentioned below:
to 1. High equipment costs and poor handling,
Re 2. Change of the object surface (fitting characteristics on the object) or unnecessarily large measuring space, which leads to lower measuring accuracy (fitting characteristics around the object),
Re 3. Lack of flexibility, since the necessary views of the object must be known from the start,
to 4. High equipment costs and poor handling,
to 5. Restriction of the avoidable object classes (object must have several distinctive features) and high computing effort.

Diese Probleme werden erfindungsgemäß durch das im folgenden beschriebene Verfahren gelöst.According to the invention, these problems are solved by the method described below.

Ein Orientierobjekt besitzt eine Anzahl von Paßmerkmalen (wie z. B. Marken, Muster, Kugeln), deren Koordinaten vorher bestimmt wurden. Durch eine entsprechende Positioniervorrichtung ist es möglich, das Orientierobjekt und das Meßobjekt definiert und nacheinander im Meßraum des Sensors zu positionieren.An orientation object has a number of registration features (such as brands, patterns, spheres), their Coordinates were determined beforehand. By means of a corresponding positioning device, it is possible Orientation object and the measurement object are defined and positioned one after the other in the measuring space of the sensor.

Jede Einzelmessung besteht nun aus drei Phasen:Each individual measurement now consists of three phases:

1. measurement of the object view and calculation of the 3D coordinates in the sensor coordinate system,
2. Swap the measurement object with the orientation object using the positioning device (the sensor is not moved),
3. Determination of the feature coordinates in the sensor coordinate system and subsequent calculation of the Parameters for a transformation from the sensor coordinate system into that through the orientation object fixed object coordinate system (or any transformation of the same).

Die Phasen 1 und 2 können dabei auch zeitlich vertauscht sein.Phases 1 and 2 can also be reversed in time.

Auf diese Weise werden die 3D-Koordinaten der Einzelmessungen in ein einheitliches Koordinatensystem transformiert.In this way, the 3D coordinates of the individual measurements are converted into a uniform coordinate system transformed.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren geschaffen, das es ermöglicht, mit einfachsten Geräteaufwand optische 3D-Vermessungen zu realisieren. Allein ein stabile Halterung für den Sensor, eine Positioniereinrichtung zur Vertauschung von Meß- und Orientierobjekt sowie das Orientierobjekt selbst sind zusätzlich zum Sensor erforderlich.The invention accordingly creates a method that makes it possible with the simplest Implementation of optical 3D measurements. A stable bracket for the sensor alone, a Positioning device for swapping the measurement and orientation object as well as the orientation object itself are required in addition to the sensor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings and will be described in the following described in more detail.

Das Orientierobjekt und das Objekt selbst sind auf einer Platte gegenüberliegend befestigt. Die Platte ist um die Mitte drehbar und läßt sich mit Hilfe von Paßstiften auf zwei bestimmte Positionen fixieren, die jeweils eine Drehung der Platte um etwa 180 Grad darstellen. Der Sensor betrachtet dabei immer nur eine Seite der Platte.The orientation object and the object itself are fastened on a plate opposite each other. The record is over the center is rotatable and can be fixed with the help of dowel pins to two specific positions, each represent a rotation of the plate about 180 degrees. The sensor always looks at only one side of the Plate.

Die Platte wird in der ersten Phase so positioniert, daß das Objekt im Meßraum des Sensors liegt. Anschließend wird das Objekt vermessen.In the first phase, the plate is positioned so that the object lies in the measuring space of the sensor. The object is then measured.

In der zweiten Phase wird die Platte in die andere Position gedreht und dem Sensor das Orientierobjekt präsentiert. Es besteht in diesem Beispiel aus einer Menge von weißen Punkten auf schwarzem Grund. Anhand von speziellen Markierungen ist es möglich, die einzelnen Punkte eindeutig zu identifizieren. Für alle Punkte sind die 3D-Koordinaten im Koordinatensystem des Orientierobjekts bekannt. In the second phase, the plate is turned to the other position and the sensor the orientation object presents. In this example, it consists of a number of white dots on a black background. Using special markings, it is possible to clearly identify the individual points. For all points are known the 3D coordinates in the coordinate system of the orientation object.

Der Sensor mißt in der dritten Phase die 3D-Koordinaten im Sensorkoordinatensystem und es kann eine Transformation in das Orientierobjektkoordinatensystem berechnet werden. Die in der ersten Phase berechneten 3D-Koordinaten des Objekts werden in das Orientierobjektkoordinatensystem transformiert.In the third phase, the sensor measures the 3D coordinates in the sensor coordinate system and one can Transformation into the orientation object coordinate system can be calculated. The first phase The calculated 3D coordinates of the object are transformed into the orientation object coordinate system.

Claims

1. A method for combining the measurement data of different views and object areas in the optical 3D coordinate measuring technology by means of triangulation sensors working in a planar manner and on the basis of pattern projection, characterized in that the recordings for the sensor orientation and the measurement are separated in time as follows:
The measurement object and an orientation object are positioned one after the other in a defined manner in the measurement space of the overall system, and the measurements from the different directions and the different object areas are related to the coordinate system of the orientation object or any transformations thereof by means of a corresponding sensor orientation.

2. Method resulting from a swapping of the functions and degrees of freedom of the elements sensor, measurement object and orientation object result.