DE19618283B4

DE19618283B4 - Dreidimensionale kontaktlose Messvorrichtung und Verfahren zur Messung hiermit

Info

Publication number: DE19618283B4
Application number: DE19618283A
Authority: DE
Inventors: Piero Cerruti
Original assignee: Hexagon Metrology SpA
Current assignee: Hexagon Metrology SpA
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: IT1279210B1; GB2301183B; DE19618283A1; FR2734357B1; ITTO950388A1; FR2734357A1; US5778548A; ITTO950388A0; GB2301183A; JPH09105613A; GB9609170D0

Abstract

Dreidimensionale kontaktlose Messvorrichtung mit
– einer Messmaschine, die ein in einem dreidimensionalen Meßraum (T) bewegliches Element (12) und Mittel aufweist, um einen Vektor CTPOS zu bestimmen, der die Lage eines Bezugspunkts CT am beweglichen Element (12) in einem kartesischen Messmaschinen-Koordinatensystem (X, Y, Z) angibt,
– einem auf das bewegliche Element aufgesteckten Messkopf (15), der Positioniermittel (18) aufweist, um einen optischen Sensor (25) am Meßkopf (15) im Meßraum zu orientieren,
• wobei der optische Sensor (25) mindestens eine Fernsehkamera (31) und eine Quelle (33) eines um eine Symmetrieachse verbreiterten Laserstrahls (35) zur Projektion einer Laserlinie umfasst,
• wobei sich die optische Achse der Fernsehkamera (31) mit der Symmetrieachse (44) des Laserstrahls schneidet, um im Schnittpunkt den Ursprung eines kartesischen Sensor-Koordinatensystems (X', Y', Z') zu definieren, dessen eine Achse (Z') entlang der optischen Achse gewählt wird, sodaß der Ursprung des Sensor-Koordinatensystems im Zentrum (CI) des aufgenommenen zweidimensionalen Bilds...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dreidimensionale kontaktlose Vorrichtung zur Messung der Außenmaße eines Gegenstands sowie auf das entsprechende Meßverfahren.
Es sind Meßsysteme bekannt, die mindestens einen im dreidimensionalen Meßraum beweglichen Taststift verwenden, der mit einer Anzahl von Transduktoren für die Bestimmung der Lage des Taststifts in Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem verbunden ist und die Oberfläche eines Gegenstands berührt, um dessen Abmessungen zu bestimmen.
Berührungslose Meßsysteme sind ebenfalls bekannt, die Bildaufnahmevorrichtungen (z. B. Fernsehkameras) in Verbindung mit Rechnern für die Bildverarbeitung besitzen und so die Abmessungen des von der Bildaufnahmevorrichtung erfaßten Gegenstands bestimmen. Eine dreidimensionale Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der Druckschrift EP 0 452 422 B1 bekannt.
Berührungslose Meßsysteme bieten einige Vorteile im Vergleich mit Tastsystemen. Insbesondere bieten berührungslose Meßsysteme eine schnellere Messung im Vergleich zu Tastsystemen, in denen die Messungen in mehreren Schritten erfolgen, bei denen der Taststift auf mehrere Kontaktstellen aufgesetzt wird.
Außerdem ermöglichen kontaktlose Meßsysteme eine Messung von sehr engen Spalten (z. B. in einem Fahrzeugchassis), die mit Tastsystemen entweder gar nicht oder nur schwer gemessen werden können, wenn der Taststift breiter als der Spalt ist oder nicht ohne weiteres positioniert werden kann.
Schließlich kann man mit kontaktlosen Meßsystemen auch verformbare Materialien messen, ohne sie während der Messung zu verformen.
Auf der anderen Seite sind kontaktlose Meßsysteme nicht so genau wie Tastsysteme.
Außerdem besitzen bekannte kontaktlose Meßsysteme mit Bildaufnahmevorrichtungen, die nicht in einem dreidimensionalen Raum ausgerichtet werden können, nur wenige Freiheitsgrade, so daß die Messungen nur in wenigen Richtungen im Raum durchgeführt werden können.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bildaufnahmevorrichtung und ein Verfahren für die berührungslose Messung vorzuschlagen, wobei die für bekannte Systeme typischen Nachteile vermieden werden.
Insbesondere ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Eichprozedur vorzusehen, um die Orientierung und Raumlage sowie die optischen Merkmale der Bildaufnahmevorrichtung so zu bestimmen, daß Messungen in einer beliebigen Richtung im dreidimensionalen Raum durchgeführt werden können.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß durch eine Bildaufnahmevorrichtung und ein Verfahren für dreidimensionale berührungslose Messungen erreicht, die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 5 definiert sind.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten, aber die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt schematisch eine Meßmaschine, die in einer Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Die 2a und 2b zeigen ein Detail aus der Maschine gemäß 1 in zwei unterschiedlichen Betriebspositionen.
3 zeigt schematisch das zur Beschreibung der optischen Vorrichtung in der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung verwendete Modell.
4 zeigt schematisch das Meßprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die 5a, 5b, 5c zeigen drei Ansichten eines prismatischen Eichkörpers zum Eichen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die 6a, 6b, 6c und 6d zeigen Verfahrensschritte bei der Eichung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die 7a, 7b, 7c, 7d zeigen Bilder, die die erfindungsgemäße Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen hat.
In 1 ist eine Bildaufnahmevorrichtung 1 gezeigt, die berührungslose, dreidimensionale Messungen durchführt und in der eine bekannte Meßmaschine 10, z. B. vom beweglichen Portaltyp, ein bewegliches Element 12 besitzt, das durch nicht dargestellte Betätigungsorgane innerhalb des dreidimensionalen Raums T und in drei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen X, Y, Z bewegt werden kann.
Die Meßmaschine 10 besitzt hierzu ein Bezugskoordinatensystem X, Y, Z mit einem Ursprung O und enthält bekannte und nicht dargestellte elektronische Meßtransduktoren zur Bestimmung der Lage des beweglichen Elements 12 bezüglich des Ursprungs O des Bezugssystems X, Y, Z.
Weiter enthält die Meßvorrichtung 1 einen bekannten Meßkopf 15, der auf das bewegliche Element 12 aufgesteckt werden kann. Insbesondere enthält der Meßkopf 15 einen ersten Körper 18, der starr mit dem beweglichen Element 12 verbunden ist, und einen zweiten Körper 20 (siehe 2a, 2b), der axial symmetrisch und bezüglich des ersten Körpers 18 beweglich montiert ist. Insbesondere enthält dieser zweite Körper 20 einen ersten Endbereich, der an einem beweglichen Endbereich 18a des ersten Körpers 18 angelenkt ist und um eine im wesentlichen waagrechte Achse P (in Neigungsrichtung – siehe 2a, 2b) gedreht werden kann. Der bewegliche Endbereich 18a kann auch bezüglich der Säule 12 um seine eigene Symmetrieachse R gedreht werden (in Rollrichtung).
Der Neigungs- und der Rollwinkel variieren schrittweise, so daß die Anzahl von möglichen Neigungs- und Rollwinkeln begrenzt ist.
Der Meßkopf 15 besitzt zwei Freiheitsgrade, und zwar durch Drehung in Roll- und in Neigungsrichtung.
Der Körper 20 enthält einen zweiten Endbereich, der seinerseits eine schematisch dargestellte Koppelvorrichtung 22 zum Anbau eines schematisch gezeigten Bildaufnahmesensors 25 oder von üblichen Taststiften besitzt.
In 3 ist der optische Sensor 25 gezeigt, der ein äußeres, mit der Koppelvorrichtung 22 verbundenes Gehäuse 28 enthält, in welchem eine schematisch gezeigte Fernsehkamera 31 und eine Quelle 33 für einen Laserstrahl 35 untergebracht sind. Die Kamera 31 beobachtet einen dreidimensionalen Raum 38, der in 3 von einem pyramidenförmigen Raumwinkel gebildet wird, dessen Scheitel an der nicht gezeigten Objektivlinse der Kamera 31 liegt. Der Raumwinkel 38 besitzt eine optische Achse 41 (strichpunktiert angedeutet) und wird durch vier einander schneidende Ebenen P1, P2, P3, P4 definiert, die vier mit durchgezogenen Linien angedeutete Ecken K, L, M, N des Raumwinkels 38 bestimmen.
Der Laserstrahl 35 besitzt eine Symmetrieachse 44 (strichpunktiert angedeutet), die durch den dreidimensionalen Raum 38 verläuft. Der Schnittpunkt der Achsen 44 und 41 bildet das Zentrum CR des Bezugssystems.
Der Schnittbereich des Laserstrahls 35 und des ortsfesten Winkels 38 definiert einen Meßraum 47 in Form eines Pyramidenstumpfs, der seitlich durch Teile der Ebenen P1, P2, P3, P4 sowie durch rechteckige Basisebenen P5 und P6 senkrecht zur Achse 41 begrenzt wird. Insbesondere bildet die Ebene P5 eine gerade Kante LM an der Schnittlinie des Strahls 35 mit der Ebene P1, und die Ebene P6 bildet eine gerade Kante RM an der Schnittlinie des Strahls 35 und der Ebene P3, die der Ebene P1 gegenüberliegt.
Die 7b, 7c, 7d zeigen einige Bilder des optischen Sensors 25 zur Darstellung des Funktionsprinzips. Die 7b und 7d zeigen von der Kamera 31 aufgenommene Bilder eines flachen Gegenstands, z. B. einer nicht darge stellten Metallplatte, die zu den Ebenen P5 und P6 koplanar liegt und eine Linie 50 (Laserlinie) dort definiert, wo der Strahl 35 den Gegenstand schneidet.
Insbesondere liegt die Laserlinie 50 am linken Seitenrand des Bildes in 7b und am rechten Seitenrand des Bildes in 7d. Wenn der flache Gegenstand koplanar zur Ebene durch den Punkt CR und senkrecht zur Achse 41 liegt, ergibt sich die Laserlinie auf halber Strecke in der Mitte des Bilds (7c).
Die Lage der Laserlinie 50 im Bild und damit der Abstand D zwischen der Laserlinie 50 und dem Zentrum CI des Bildes hängt von der Lage des Gegenstands entlang der Achse 41 und damit vom Abstand des Gegenstands von der Kamera 31 ab.
Durch Messung des Abstands D in dem von der Kamera aufgenommenen Bild kann man durch bekannte trigonometrische Berechnungen den wirklichen Abstand des Gegenstands von der Kamera bestimmen.
Der optische Sensor 25 besitzt ein internes kartesisches Koordinatensystem X', Y', Z' mit einem Ursprung O' im Bezugszentrum CR, wobei die Achse Z' mit der Achse 41 zusammenfällt (3).
Insbesondere können die Achsen X' und Y' in dem zweidimensionalen rechteckigen Bild, das von der Kamera 31 aufgenommen wird, koplanar zur Bildebene ausgerichtet werden, wobei der Ursprung O' im Zentrum CI des Bildes liegt (7b bis 7d). Wenn auch die Achse Z' nicht unmittelbar in dem Bild erfaßt werden kann, so wird ihre Lage doch mit Hilfe der Laserlinie 50 wie oben angegeben bestimmt.
Die Vorrichtung 1 (1) enthält weiter einen Zentralprozessor 52 mit einem VAX-Mikrorechner, der mit der Meßmaschine 10 zur Übermittlung der Meßdaten der Lage des Elements 12 und mit dem optischen Sensor 25 verbunden ist. Insbesondere ist der Sensor 25 mit einem PC zur Bildverarbeitung (z. B. vom Typ PC 486) verbunden, der über ein DEC NET-Netz 53 an die Einheit 52 zur Lieferung der dreidimensionalen Information angeschlossen ist, die im Meßraum 47 erfaßt wurde.
Weiter sind ein Videoterminal 54, das an die Einheit 52 angeschlossen ist und eine Schnittstelle mit der Meßmaschine bildet, und ein Videoterminal 54a vorgesehen, das an den PC angeschlossen ist, um das Bild darzustellen und um charakteristische Parameter des Sensors einzugeben.
Um arbeiten zu können, benötigt die Vorrichtung 1 eine Anzahl von sogenannten intrinsischen und extrinsischen Rechenparametern.
Die intrinsischen Parameter beschreiben die intrinsischen Eigenschaften des optischen Sensors 25.
Die Kamera 31 liefert nämlich ein zweidimensionales Bild (7a bis 7d) mit einer Rechteckmatrix von z. B: 500 × 582 Bildpunkten, wobei die Information bezüglich der Lage (d. h des Abstands) des Gegenstands entlang der Achse Z' indirekt durch die Messung und Verarbeitung des Abstandswerts D der Laserlinie 50 vom Zentrum CI des Bildes wie oben angegeben bestimmt wird.
Die wirklichen Abmessungen des Gegenstands (entlang der Achsen X' und Y') werden direkt durch Untersuchung der entsprechenden Abmessungen in dem Bild und durch Umwandlung dieser Abmessungen mit Hilfe eines geeigneten Maßstabsfaktors bestimmt.
Jeder Bildpunkt des von der Kamera 31 aufgenommenen Bilds entspricht daher einer aktuellen Abmessungen (in mm), die vom Abstand des Gegenstands bezüglich der Kamera 31 abhängt. Eine echte Dimension des Gegenstands (entlang der Achse X' oder der Achse Y') nimmt auf die in dem Bild aufgenommene Dimension über einen Maßstabsfaktor Bezug, der vom Abstand entlang der Z'-Achse abhängt: Tatsächliche Dimension (in mm) = Pixelabmessung × f(Z').
Hierbei wird f(Z') durch einen Satz von intrinsischen Parametern definiert.
Die extrinsischen Parameter stellen eine Beziehung zwischen dem Sensor 25 und dem Meßvolumen der Meßmaschine 10 her.
Der optische Sensor 25 erzeugt nämlich Meßwerte relativ zu dem Bezugssystem X'Y'Z' innerhalb des Meßraums 47. Diese Messungen werden dann auf das Bezugssystem X, Y, Z der Maschine 10 mit Hilfe von extrinsischen Parametern bezogen.
Insbesondere verwendet die Vorrichtung 1

– eine erste Gruppe von extrinsischen Parametern, die durch die Rotationsmatrix ROT-MAT definiert ist, die das System, X, Y, Z auf das Koordinatensystem X', Y', Z' bezieht,
– eine zweite Gruppe von extrinsischen Parametern, die den OFFSET-Vektor CT-CR beschreibt (hierbei ist CR der Ursprung des Koordinatensystems X', Y', Z' und CT das Zentrum des beweglichen Elements 12 (3)).

Die erwähnten extrinsischen Parameter werden für jede mögliche Orientierung des Meßkopfes 15 berechnet.
4 zeigt die Beziehung zwischen den verschiedenen Koordinatensystemen, um den Betrieb der Vorrichtung 1 klarzustellen und zu zeigen, wie die intrinsischen und extrinsischen Parameter für die Messung verwendet werden.
Insbesondere zeigt 4 das kartesische Koordinatensystem X, Y, Z der Meßmaschine 10, das Bezugssystem X', Y', Z' des Bildaufnahmesensors 25, den OFFSET-Vektor, der sich zwischen dem Ursprung O' des Bezugssystems X', Y', Z' und dem Zentrum CT des Kopfes des beweglichen Elements 12 erstreckt, den Vektor CTPOS, der sich zwischen dem Ursprung O des Koordinatensystems X, Y, Z und dem Zentrum CT des Kopfes befindet, und den Vektor V, der sich zwischen dem Ursprung O des Koordinatensystems X, Y, Z und dem Ursprung O' des Koordinatensystems X', Y', Z' erstreckt.
Für jeden gegebenen Raumpunkt P liefert der optische Sensor 25 eine Messung, die durch einen Vektor m' ausgedrückt wird, der bezüglich des Koordinatensystems X', Y', Z' orientiert ist und auf das Koordinatensystem X, Y, Z bezogen werden muß.
Hierzu wandelt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Hilfe der Rotationsmatrix ROT-MAT den vom optischen Sensor 25 ermittelten Vektor m' gemäß der Gleichung m = ROT-MAT(m') in einen Vektor m um, der bezüglich des Koordinatensystems X, Y, Z orientiert ist.
Der Vektor V muß auch zum Vektor m hinzugefügt werden, um die Messung des Punktes P auf das Koordinatensystem X, Y, Z zu beziehen und einen Meßwert M des Punktes P bezüglich des Systems X, Y, Z zu erhalten, d. h. M = m + V.
Der Vektor V wird berechnet, indem der OFFSET-Vektor zum CTPOS-Vektor hinzugefügt wird. Insbesondere wird der CTPOS-Vektor von den Transduktoren (nicht gezeigt) geliefert, die entlang der drei Achsen der Maschine 10 liegen (dieser Vektor beschreibt die Lage des Zentrums CT des Kopfes des beweglichen Elements 12 bezüglich des Koordinatensystems X, Y, Z). Der OFFSET-Vektor ist wie erwähnt einer der extrinsischen Parameter.
Nun wird der Eichvorgang beschrieben, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wird, um die intrinsischen und extrinsischen Parameter zu definieren.
Die Eichung erfolgt mit Hilfe eines prismatischen Eichkörpers.
Die 5a, 5b, 5c zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Eichkörpers 60 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Eichkörper 60 besitzt einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen Achtecks und wird durch 26 flache seitliche Wände begrenzt. Insbesondere enthält der Eichkörper 18 quadratische und acht dreieckige Wandteile.
Jedes quadratische und dreieckige Wandteil besitzt ein zentrales, kreisförmiges Sackloch 63, dessen Aufgabe später beschrieben wird.
Für die Eichung wird der Eichkörper 60 auf eine Meß maschine 10 gelegt, worauf eine vorbereitende Messung (Block 98 in 6a) erfolgt, bei der die Lage des Eichkörpers 60 bezüglich des Koordinatensystems X, Y, Z der Maschine 10 ermittelt wird. Bei der vorbereitenden Messung werden die Lage der Löcher 63 und die Orientierung der Seiten des prismatischen Eichkörpers bezüglich des Bezugssystems X, Y, Z der Maschine 10 bestimmt.
Die vorbereitende Messung erfolgt mit einem bekannten mechanischen Taststift (nicht gezeigt), der auf die Koppelvorrichtung 22 gesteckt ist. Nach dieser vorbereitenden Messung wird der mechanische Taststift (nicht gezeigt) entfernt und der optische Sensor 25 wird auf den Kopf 15 gesteckt (Block 99 unterhalb des Blocks 98).
Anhand der 6a und 6b wird nun die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Berechnung von extrinsischen Parametern bezüglich der Definition der Matrix ROT-MAT beschrieben. Nachfolgend wird auf das Bild I (auch als Bildebene bezeichnet) Bezug genommen, das von der Kamera 31 aufgenommen wird und auf dem Videoterminal 54A angezeigt wird.
Wie 7a zeigt, enthält das Bild I eine rechtwinklige Punktematrix, die durch einen rechtwinkligen Umriß definiert ist. Im Bild I kann ein zentraler Punkt (Bildzentrum) CI definiert werden, durch den die Z'-Achse des Bezugssystems X', Y', Z' verläuft. Auch kann man im Bild I eine gerade Linie r₁ parallel zu den Längsseiten des Bildes entsprechend der Y'-Achse sowie eine gerade Linie r₂ parallel zu den kurzen Seiten des Bildes entsprechend der X'-Achse definieren. Die Linien r₁ und r₂ schneiden sich im Bildzentrum CI.
Zuerst (Block 100 hinter dem Block 99) bringt die Bedienungsperson mit Hilfe eines Steuerknüppels 55 (1) den Meßkopf 15 über den Eichkörper 60, wobei die Kamera 31 einer zur Z-Achse gerichteten Seite des Eichkörpers 60 gegenüberliegt. Während dieser Operation haben die Roll- und Neigungswinkel den Wert Null.
Die Kamera 31 ist somit ausgerichtet und nimmt ein Loch 63 in der Bildebene auf.
Auf den Block 100 folgt der Block 110, in dem eine automatische Prozedur gestartet wird, um den Meßkopf 15 in eine Lage p1 (bezüglich des Systems X, Y, Z) zu bringen, so daß das Zentrum des Bilds des Lochs 63 genau im Bildzentrum CI liegt. In dieser Lage verläuft die Achse Z' genau durch das Zentrum des Lochs.
Auf den Block 110 folgt der Block 120, in dem der Meßkopf 15 entlang der Achse Z der Meßmaschine 10 so bewegt wird, daß das Bild des Lochs, da die Achse der Maschine 10 nicht mit der Achse Z' des Sensors 25 zusammenfällt, aus dem Zentrum der Bildebene auswandert.
Auf den Block 120 folgt der Block 130, in dem automatisch der Meßkopf 15 in eine Stellung p2 (bezüglich des Systems X, Y, Z) gebracht wird, so daß das Zentrum des Bilds des Lochs genau im Zentrum CI liegt und die Achse Z' genau durch das Zentrum des Lochs verläuft.
Auf den Block 130 folgt der Block 140, in dem die Linie durch die Punkte p1 und p2 (bezüglich des Systems X, Y, Z) berechnet wird, wobei diese Linie der Achse Z' entspricht.
Auf den Block 140 folgt der Block 150 (6b), in dem der Meßkopf 15 automatisch so neu eingestellt wird, daß in dem von der Kamera 31 aufgenommenen Bild das Loch in der Nähe der Y'-Achse liegt (Linie r1).
Auf den Block 150 folgt der Block 160, in dem eine automatische Prozedur zur Positionierung des Kopfs 15 in einer Lage p3 abläuft, so daß das Zentrum des Bilds des Lochs genau auf der Y'-Achse liegt, so daß in dieser Lage die Achse Y' genau durch das Zentrum des Lochs verläuft.
Auf den Block 160 folgt der Block 170, in dem der Kopf 15 bezüglich der Y-Achse so verschoben wird, daß das Bild des Lochs sich von der Y'-Achse entfernt.
Auf den Block 170 folgt der Block 180, in dem eine automatische Prozedur abläuft, in der der Meßkopf 15 in eine Lage p4 gelangt, so daß das Zentrum des Bilds des Lochs genau auf der Y'-Achse liegt, in der die Y'-Achse genau durch das Zentrum des Lochs verläuft.
Auf den Block 180 folgt der Block 190, in dem die Linie (bezüglich des Systems X, Y, Z) durch die Punkte p3 und p4 berechnet wird, welche der Y'-Achse entspricht.
Auf den Block 190 folgt der Block 200, in dem bei gegebenen Achsen Z' und Y' die dazu senkrecht stehende Achse X' berechnet wird und damit das gesamte Koordinatensystem X, Y', Z' definiert ist.
Auf den Block 200 folgt der Block 210, in dem in bekannter Weise die Matrix ROT-MAT berechnet wird, die die Beziehung zwischen den beiden Bezugssystemen X, Y, Z und X', Y', Z' in Drehrichtung ausdrückt.
Anhand der 6c und 6d wird nun beschrieben, wie in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die extrinsischen Parameter bezüglich der Definition des OFFSET-Vektors berechnet werden.
Zu Beginn (Block 250 hinter dem Block 210) startet die Vorrichtung 1 eine automatische Prozedur, um den Meßkopf 15 entlang der nun bekannten Z'-Achse zu verschieben (denn das Bezugssystem X', Y', Z' wurde bereits berechnet), bis die Laserlinie 50 genau im Zentrum der Bildebene und das Zentrum des Lochs genau im Zentrum CI des Bildes liegt (7b). In dieser Lage p5 liegt der Ursprung des Systems X', Y', Z' genau im Zentrum des auf die Prismenseite projizierten Lochs. Die Lage des Zentrums des Loches im Koordinatensystem X, Y, Z ist jedoch bekannt und wurde durch die Gruppe von Messungen im Block 98 erhalten, während die Lage des Zentrums CT des Kopfes, im Koordinatensystem X, Y, Z unmittelbar durch die Maschine bestimmt wird. Der OFFSET-Vektor kann nun (siehe Block 260 hinter dem Block 250) durch folgende Gleichung berechnet werden: OFFSET = Lage von p5 – Lage des Zentrums des Kopfes CT
Nun wird anhand von 6c beschrieben, wie die intrinsischen Parameter berechnet werden.
Zu Beginn (Block 265 hinter dem Block 260) wird die Laserlinie ins Zentrum der Bildebene gebracht, indem der Meßkopf 15 entlang der Achse Z' verschoben wird, um den Punkt K1(X1, Y1, Z1) zu erreichen.
Auf den Block 265 folgt der Block 270, in dem der Kopf 15 entlang der Achse Z' um eine Strecke +deltaZ' in die Stellung K2(X2, Y2, Z2) verschoben wird.
Auf den Block 270 folgt der Block 275 zur Bestimmung der Verschiebung der Laserlinie in der Bildebene bezüglich der ursprünglich im Block 265 erreichten Stellung anhand der Anzahl y-pix von Bildpunkten.
Auf den Block 275 folgt der Block 280, in dem der Parameter DIM_PIX_Z2 gemäß folgender Gleichung berechnet wird: DIM_PIX_Z2 = deltaZ'/y-pix
Auf Block 280 folgt der Block 285, in dem der Kopf 15 entlang der Z-Achse um –deltaZ' in die Stellung K3(X3, Y3, Z3) verschoben wird.
Auf den Block 285 folgt der Block 290 zur Bestimmung der Verschiebung y1-pix der Laserlinie in Bildpunkten bezüglich der ursprünglichen, im Block 265 erreichten Stellung.
Auf den Block 290 folgt der Block 295, in dem die intrinsischen Parameter berechnet werden: DIM_PIX_Z1 = deltaZ'/y1-pix Y_PIX_REFER = y1-pix PIX_Z_CST_ADD = DIM_PIX_Z1 PIX_Z_CST_MUL = (DIM_PIX_Z2 – DIM_pix-Z1)/(y-pix – y1-pix)
Die Beziehung zwischen der tatsächlichen Abmessung in Richtung der Achse Z' im Kordinatensystem des Abbildungssensors 25 und die erfaßte Anzahl von Bildpunkten hängen von den intrinsischen Parametern ab, die im Block 295 gemäß folgender Gleichung berechnet werden: Z' = y-pix[PIX_Z_CST_ADD + (y-pix – Y_PIX_REFER)PIX_Z_CST_MUL]
Auf den Block 295 folgt der Block 300, in dem das Bild des Lochs genau ins Zentrum der Bildebene (Ursprungslage) gebracht wird, indem der Meßkopf 15 entlang der Achse Z' bewegt wird, um in die Stellung P3(X3, Y3, Z3) zu gelangen.
Auf den Block 300 folgt der Block 310, in dem der Kopf 15 entlang der drei Achsen in die Stellung P1(X1, Y1, Z1) gebracht wird.
Auf den Block 310 folgt der Block 320, in dem die Verschiebung x-pix, y-pix des Bilds des Lochs in Bildpunkten entlang der Achsen X' und Y' und in Verbindung mit der ursprünglichen Stellung P3 bestimmt wird, der im Block 300 gefunden wurde.
Auf den Block 320 folgt der Block 340, in dem die folgenden Parameter berechnet werden: DIM_PIX_X1 = |X3 – X1|/(x-pix) DIM_PIX_Y1 = |Y3 – Y1|/(y-pix)
Auf den Block 340 folgt der Block 350, in dem das Bild des Lochs durch Verschiebung des Meßkopfs 15 entlang der Achse Z' in das Zentrum der Bildebene gebracht wird.
Auf den Block 350 folgt der Block 360, in dem der Kopf 15 entlang der drei Achsen in die Stellung P2(X2, Y2, Z2) gebracht wird.
Ebenfalls werden die Verschiebungen des Bilds des Lochs in Bildpunkten x1-pix, y1-pix entlang der Achsen X' und Y' bezüglich der Stellung P2 bestimmt, die im Block 350 erreicht wurde (siehe Block 362 hinter dem Block 360).
Auf den Block 362 folgt der Block 365, in dem die folgenden Parameter bestimmt werden: DIM_PIX_X2 = |X2 – X3|/(x'-pix) DIM_PIX_Y2 = |Y2 – Y3|/(y'-pix)
Auf den Block 365 folgt der Block 366, in dem die folgenden Größen (intrinsische Parameter) definiert werden: DELTA_ZP_REFER = (Z2 – Z3) PIX_X_CST_MUL = (DIM_PIX-X1 – DIM_PIX_X2)/(Z1 – Z2) PIX_X_CST_ADD = DIM_PIX_X2 PIX_Y_CST_MUL = (DIM_PIX_Y1 – DIM_PIX_Y2)/(Z1 – Z2) PIX_Y_CST_ADD = DIM_PIX_Y2
Die obigen Größen bilden die intrinsischen Parameter und erlauben bei gegebenen Koordinaten x-pix und y-pix in Bildpunkten für die Punkte des Bilds und die Lage des Punkts entlang der Achse Z' die Bestimmung der tatsächlichen Koordinaten X'Y' des Punktes gemäß folgenden Gleichungen: X' = x-pix[PIX_X_CST_ADD + (Z'-DELTA_ZP_REFER)PIX_X_CST_MUL] Y' = y-pix[PIX_Y_CST_ADD + (Z'-DELTA_ZP_REFER)PIX_Y_CST_MUL]
Für alle anderen Neigungen des Meßkopfs 15, d. h. alle möglichen Kombinationen des Neigungs- und Rollwinkels, in denen diese Winkel nicht Null sind, werden die obigen Schritte zur Berechnung der extrinsischen Parameter (OFFSET und ROT-MAT) wiederholt.
Hierzu werden andere Seiten des Eichkörpers 60 verwendet, insbesondere die Seite, deren Normale der Orientierung des Sensors 25 für die gewählte Kombination der Neigungs- und Rollwinkel am nächsten kommt.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus obiger Beschreibung hervor. Aufgrund der Prozeduren zur Berechnung der intrinsischen und extrinsischen Parameter erlaubt die Vorrichtung 1 die Bestimmung der Orientierung und Lage der Bildaufnahmevorrichtung im Raum (extrinsische Parameter) und der optischen Gesamtmerkmale der Bildaufnahmevorrichtung (intrinsische Parameter), um Messungen in allen Richtungen des dreidimensionalen Raums durchführen zu können.

Claims

Dreidimensionale kontaktlose Messvorrichtung mit – einer Messmaschine, die ein in einem dreidimensionalen Meßraum (T) bewegliches Element (12) und Mittel aufweist, um einen Vektor CTPOS zu bestimmen, der die Lage eines Bezugspunkts CT am beweglichen Element (12) in einem kartesischen Messmaschinen-Koordinatensystem (X, Y, Z) angibt, – einem auf das bewegliche Element aufgesteckten Messkopf (15), der Positioniermittel (18) aufweist, um einen optischen Sensor (25) am Meßkopf (15) im Meßraum zu orientieren, • wobei der optische Sensor (25) mindestens eine Fernsehkamera (31) und eine Quelle (33) eines um eine Symmetrieachse verbreiterten Laserstrahls (35) zur Projektion einer Laserlinie umfasst, • wobei sich die optische Achse der Fernsehkamera (31) mit der Symmetrieachse (44) des Laserstrahls schneidet, um im Schnittpunkt den Ursprung eines kartesischen Sensor-Koordinatensystems (X', Y', Z') zu definieren, dessen eine Achse (Z') entlang der optischen Achse gewählt wird, sodaß der Ursprung des Sensor-Koordinatensystems im Zentrum (CI) des aufgenommenen zweidimensionalen Bilds erscheint, • und wobei der optische Sensor (25) für einen Punkt P im Messraum einen durch einen Messvektor (m') ausgedrückten Messwert bezogen auf das Sensor-Koordinatensystem liefert, – Rechenmitteln zur Berechnung von extrinsischen Parametern unter Zuhilfenahme eines Eichkörpers (60) mit mindestens einem Bezugselement und seitlichen Wänden, • nämlich von mindestens einem OFFSET-Vektor für mindestens eine erste Einstellung der Positioniermittel, der vom Ursprung des Sensor-Koordinatensystems zum Bezugspunkt (CT) am beweglichen Element verläuft, • von mindestens einer Rotationsmatrix (ROT-MAT), die die Beziehung zwischen dem Messmaschinen-Koordinatensystem und dem Sensor-Koordinatensystem angibt, – weiteren Ansteuer- und Rechenmitteln zur Berechnung von intrinsischen Parametern unter Zuhilfenahme eines Eichkörpers mit mindestens einem Bezugselement und seitlichen Wänden, die den inneren Betrieb des optischen Sensors beschreiben und die Abmessungen eines im zweidimensionalen Bild aufgenommenen Gegenstands mit dessen tatsächlichen Abmessungen korrelieren, nämlich Mitteln, • zur Positionierung des Meßkopfs entlang der Z'-Achse des Sensor-Koordinatensystems in eine Ausgangsstellung K1, in der das Bild einer Laserlinie, die als Schnitt des Laserstrahls mit einer Seite des Eichkörpers entsteht, genau im Zentrum der Bildebene liegt, sowie in eine erste und zweite Endstellung K2, K3, • zur Bildanalyse, um Bildverschiebungen (y-pix, y1-pix) der Laserlinie zwischen den Stellungen K1 und K2 sowie zwischen K1 und K3 zu ermitteln, • zur Berechnung mindestens eines intrinsischen Parameters auf der Basis der ermittelten Bildverschiebungen, – weiteren Rechenmitteln zur Vektorberechnung, nämlich • von einem Vektor (m) durch Transformation des Messvektors (m') ins Messmaschinen-Koordinatensystem mittels der Rotationsmatrix, • von einem Vektor (V), der vom Ursprung des Messmaschinen-Koordinatensystems zum Ursprung des Sensor-Koordinatensystems verläuft, auf der Basis der Vektoren CTPOS und OFFSET, • von dem Vektor M = m + V.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit der Berechnung der Rotationsmatrix vorgesehen sind: – Meßmittel (98), die einen Zyklus von Rechenoperationen durchführen, bei denen der Eichkörper (60) auf der Meßmaschine (10) angeordnet ist und die Lage von Referenzelementen des Körpers (60) bezüglich des Meßmaschinen-Koordinationssystems (X, Y, Z) gemessen werden, wobei der Eichkörper eine Anzahl von Seitenflächen je mit einem zentralen Bezugselement (63) besitzt, – Positioniermittel (100), um den optischen Sensor gegenüber einer Seite des Eichkörpers (60) und ausgerichtet gemäß einer ausgewählten Achse (Z) des Meßmaschinen-Koordinatensystems anzuordnen, wobei die Fernsehkamera (31) ein Bezugselement (63) in der Bildebene aufnimmt, – erste Positioniermittel (110), die eine automatische Prozedur erlauben, bei der der Meßkopf (15) in eine erste Stellung (p1) gebracht wird, derart, daß das Zentrum des Bildes des Bezugselements genau in das Bildzentrum (CI) gelangt und die Z'-Achse des Sensor-Koordinatensystems genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft, – erste Schiebemittel (120), die den Meßkopf (15) entlang der ausgewählten Achse (Z) der Meßmaschine (10) verschieben und dadurch das Bild des Bezugselements aus dem Zentrum der Bildebene rücken, – zweite Positioniermittel (130), die eine automatische Prozedur erlauben, bei der der Meßkopf (15) in eine zweite Stellung (p2) gebracht wird, so daß das Zentrum des Bildes des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) liegt, wobei in dieser Stellung die Z'-Achse des Sensor-Koordinatensystems genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft, – erste Achsenberechnungsmittel (140), die eine erste Linie durch die ersten und zweiten Stellungen (p1, p2) und bezüglich des Meßmaschinen-Koordinatensystems berechnen, wobei diese erste Linie der Z'-Achse entspricht, – dritte Positioniermittel (150), durch die der Meßkopf (150) automatisch so verschoben wird, daß in dem von der Fernsehkamera (131) aufgenommenen Bild das Bezugselement in die Nähe der ersten Koordinatenachse Y' gelangt, – vierte Positioniermittel (160), durch die eine automatische Prozedur zur Positionierung des Meßkopfs (15) in einer dritten Stellung (p3) durchgeführt wird, so daß das Zentrums des Bilds des Bezugselements genau auf die erste Koordinatenachse Y' gelangt, so daß die Achse Y' genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft, – zweite Verschiebemittel (170), durch die der Meßkopf (15) bezüglich der Y-Achse des Meßmaschinen-Koordinatensystems verschoben wird und diese Verschiebung das Bild des Bezugselements aus der Y'-Achse rückt, – fünfte Positioniermittel (180), durch die eine automatische Prozedur zur Positionierung des Meßkopfs (15) in einer vierten Stellung (p4) ausgelöst wird, so daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau in die erste Koordinatenachse Y' gelangt, wobei in dieser Stellung die Y'-Achse genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft, – zweite Achsenberechnungsmittel (190), um eine zweite Linie bezüglich des Meßmaschinen-Koordinatensystems (X, Y, Z) und durch die dritte und die vierte Stellung (p3, p4) zu berechnen, wobei diese zweite Linie der Y'-Achse entspricht, – dritte Achsenberechnungsmittel (200), mit denen bei gegebenen Achsen Z' und Y' des Sensor-Koordinatensystems die X'-Achse senkrecht zu Z' und Y' berechnet wird, um das Sensor-Koordinatensystems (X', Y', Z') ganz zu definieren, – Endberechnungsmittel (210), um die Rotationsmatrix (ROT-MAT) zu berechnen, die die Beziehung zwischen den Achsen X, Y, Z des Meßmaschinen- und den Achsen X', Y', Z' des Sensor-Koordinatensystems in Drehrichtung ausdrückt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit der Berechnung des OFFSET-Vektors vorgesehen sind: – sechste Positioniermittel (250) zur Durchführung einer automatischen Prozedur, bei der der Meßkopf (15) entlang der Z'-Achse des Sensor-Koordinatensystems (X', Y', Z') in eine fünfte Stellung (p5) gelangt, in der eine Laserlinie (50), die durch den Schnitt des Laserstrahls (50) mit einer Seite des Eichkörpers gebildet wird, genau im Zentrum der Bildebene liegt und in der das Zentrum des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) liegt, wobei diese fünfte Stellung vorher von den ursprünglichen Meßmitteln (98) bestimmt wurde, die den Zyklus von Rechenoperationen durchführen, – Wiederaufnahmemittel, um den Wert der fünften Stellung (p5) im ersten Bezugssystem zu lesen, – Vektorberechnungsmittel (260), um den OFFSET-Vektor auf der Basis des Abstands im Meßmaschinen-Koordinatensystem zwischen der fünften Stellung (p5) und der Stellung des Bezugspunkts (CT) des beweglichen Elements (12) zu berechnen, für das die fünfte Stellung bestimmt wurde.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit der Berechnung der intrinsischen Parameter vorgesehen sind: – weitere Positioniermittel (300), um den Meßkopf (15) entlang der Achse Z' des Sensor-Koordinatensystems in eine erste, vorübergehende Stellung P3(X3, Y3, Z3) zu bringen, in der das Bild des Bezugselements genau im Zentrum der Bildebene liegt, – weitere Positioniermittel (310), um den Meßkopf (15) entlang von drei Achsen in eine erste Endstellung P1(X1, Y1, Z1) zu verschieben, – weitere Bildanalysemittel (320), die in dem zweidimensionalen Bild erste Paare von Bildpunktverschiebungen (x-pix, y-pix) des Bilds des Bezugselements entlang von zwei Koordinatenachsen (X' und Y') durch die Bildebene und relativ zur Verschiebung zwischen der ersten vorübergehenden Stellung und der ersten Endstellung bestimmen, – weitere Parameterrechenmittel (340), die eine erste Anzahl von Parametern auf der Basis des ersten Paars von Bildpunktverschiebungen (x-pix, y-pix) und der ersten vorübergehenden und Endpositionen berechnen, – weitere Positioniermittel (350), die das Bild eines Bezugselements wieder in das Zentrum der Bildebene durch Verschiebung des Meßkopfes (15) entlang der Achse Z' bringen, um eine zweite vorübergehende Stellung zu erreichen, – weitere Positioniermittel (360), die den Meßkopf (15) entlang von drei Achsen in eine zweite Endstellung P2(X2, Y2, Z2) bringen, – weitere Bildanalysemittel (362), die in dem zweidimensionalen Bild zweite Paare von Bildpunktverschiebungen (x'-pix, y'-pix) des Bilds des Bezugselements entlang von zwei Koordinatenachsen (X' und Y') durch die Bildebene und relativ zur Verschiebung zwischen der zweiten vorübergehenden Stellung und der zweiten Endstellung bestimmen, – weitere Parameterrechenmittel (365), die eine zweite Anzahl von Parametern auf der Basis des zweiten Paars von Bildpunktverschiebungen (x'-pix, y'-pix) und der zweiten vorübergehenden Stellung und der zweiten Endstellung berechnen, – Mittel (366), die die intrinsischen Parameter abhängig von der ersten und der zweiten Anzahl von Parametern definieren.
Verfahren zur dreidimensionalen berührungslosen Messung, das die folgenden Verfahrensschritte enthält: – Bestimmung eines ersten Vektors (CTPOS), der die Lage eines Bezugspunkts (CT) an einem beweglichen Element (12) einer Meßmaschine (10) in Bezug auf ein kartesisches Meßmaschinen-Koordinatensystem (X, Y, Z) bestimmt, – Bestimmung eines Meßvektors (m') für einen Punkt (P) im Meßraum mithilfe eines optischen Sensors (25), der vom beweglichen Element als Teil eines Meßkopfes getragen wird und der mindestens eine Fernsehkamera (31) und eine Quelle (33) eines um eine Symmetrieachse verbreiterten Laserstrahls (35) zur Projektion einer Laserlinie umfaßt, wobei der Meßvektor (m') bezüglich eines kartesischen Sensor-Koordinatensystems (X', Y', Z') bestimmt wird, – Berechnung einer Anzahl von extrinsischen Parametern, zu denen gehören: • mindestens ein OFFSET-Vektor, der vom Ursprung (O') des Sensor-Koordinatensystems (X', Y', Z') zum Bezugspunkt (CT) am beweglichen Element (12) führt, • mindestens eine Rotationsmatrix (ROT-MAT), die die Beziehung zwischen dem Meßmaschinen-Koordinatensystem (X, Y, Z) und dem Sensor-Koordinatensystem (X', Y', Z') definiert, – Berechnung eines Vektors (m) durch Transformation des Meßvektors (m') in das Meßmaschinen-Koordinatensystem über die Rotationsmatrix, – Berechnung eines zweiten Vektors (V), der vom Ursprung des Meßmaschinen-Koordinatensystems zum Ursprung des Sensor Koordinatensystem verläuft, auf der Basis des ersten Vektors CTPOS und des OFFSET-Vektors, – Berechnung von M = m + V, – Berechnung einer Anzahl von intrinsischen Parametern, die die internen Eigenschaften des Bildaufnahmesensors (25) beschreiben, und die Abmessungen eines in dem zweidimensionalen Bild aufgenommenen Gegenstands bezüglich der tatsächlichen Abmessungen des Gegenstands korrelieren, wobei der Schritt der Berechnung einer Anzahl von intrinsischen Parametern unter Zuhilfenahme eines Eichkörpers mit mindestens einem Bezugselement und seitlichen Wänden erfolgt und folgende Unterschritte enthält: – Positionierung (265) des Meßkopfes entlang der Z'-Achse des Sensor-Koordinatensystems, um eine Ausgangsstellung K1(X1, Y1, Z1) zu erreichen, in der das Bild einer Laserlinie, die als Schnitt des Laserstrahls mit einer Seite des Eichkörpers entsteht, genau im Zentrum der Bildebene liegt, – Verschiebung (270) des Meßkopfs (15) entlang der Z'-Achse, um eine erste Endstellung K2(X2, Y2, Z2) zu erreichen, – Analyse (275) des zweidimensionalen Bilds, um eine erste Bildpunktverschiebung (y-pix) der Laserlinie zwischen den Stellungen K1 und K2 entlang der Y'-Achse durch die Bildebene zu bestimmen, – Berechnung (280) von Parametern auf der Basis der ersten Bildpunktverschiebung (y-pix), – Positionierung (285) des Meßkopfes (15) entlang der Z'-Achse, um eine zweite endgültige Stellung K3(X3, Y3, Z3) zu erreichen, – Analyse (290) des Bilds, um eine zweite Bildpunktverschiebung (y1-pix) der Laserlinie zwischen den Stellungen K1 und K3 entlang der Y'-Achse durch die Bildebene zu bestimmen, – Berechnung (295) zumindest eines intrinsischen Parameters auf der Basis von mindestens der ersten und der zweiten Bildpunktverschiebung (y-pix, y1-pix).
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Schritt der Positionierung des Bildaufnahmesensors (25) in Relation zum beweglichen Element (12).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Berechnung der Rotationsmatrix die folgenden Unterschritte aufweist: – Durchführung (98) eines Zyklus von Rechenoperationen, bei dem die Stellungen von Bezugselementen des Eichkörpers (60) in Bezug auf das Meßmaschinen-Koordinatensystem (X, Y, Z) gemessen werden, wobei der Eichkörper (60) eine Anzahl von Seiten besitzt, die je ein zentrales Bezugselement (63) enthalten, – Positionierung (100) des Bildsensors gegenüber einer Seite des Eichkörpers (60) durch Ausrichtung des Bildsensors gemäß einer ausgewählten Achse (Z) des Meßmaschinen-Koordinatensystems, wobei die Fernsehkamera (31) ein Bezugselement (63) in der Bildebene aufnimmt, – automatische Positionierung (110) des Meßkopfes (15) in einer ersten Stellung (p1), derart, daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) liegt und die Z'-Achse des kartesischen Koordinatensystems genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft, – Verschiebung (120) des Meßkopfes (15) entlang der ausgewählten Achse (Z) der Meßmaschine (10), wodurch das Bild des Bezugselements aus dem Zentrum der Bildebene verschoben wird, – automatische Positionierung (130) des Meßkopfes (15) in einer zweiten Stellung (p2), derart, daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau im Bildzentrum (CI) liegt und daß die Z'-Achse des zweiten Koordinatensystems genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft, – Berechnung (140) einer ersten Linie durch die ersten und zweiten Stellungen (p1, p2) relativ zum Meßmaschinen-Koordinatensystem, wobei diese Linie der Z'-Achse entspricht, – automatische Positionierung (150) des Meßkopfes (15) derart, daß in dem von der Fernsehkamera (31) aufgenommenen Bild das Bezugselement in der Nähe der ersten Koordinaten achse Y' liegt, – automatische Positionierung (160) des Meßkopfes (15) in einer dritten Stellung (p3) derart, daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau auf der ersten Koordinaten achse Y' liegt und die erste Koordinatenachse Y' genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft, – Verschiebung (170) des Meßkopfes (15) derart, daß das Bild des Bezugselements sich von der ersten Koordinatenachse Y' entfernt, – automatische Positionierung (180) des Meßkopfes (15) in einer vierten Stellung (p4) derart, daß das Zentrum des Bilds des Bezugselements genau auf der ersten Koordinaten achse Y' liegt und die Y'-Achse genau durch das Zentrum des Bezugselements verläuft, – Berechnung (190) einer zweiten Linie im Meßmaschinen-Koordinatensystem (X, Y, Z) durch die dritte und vierte Stellung (p3, p4), wobei diese zweite Linie der ersten Koordinatenachse Y' entspricht, – Berechnung (200) der X'-Achse senkrecht zu den bereits ermittelten Achsen Z' und Y' im Sensor-Koordinatensystem, um dieses System (X', Y', Z') endgültig zu definieren, – Berechnung (210) der Rotationsmatrix (ROT-MAT), die die Beziehung zwischen den Achsen des Meßmaschinen-Koordinatensystems X, Y, Z und den Achsen des Sensor-Koordinatensystems X', Y', Z' in Drehrichtung zum Ausdruck bringt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eichkörper (60) verwendet wird, der im Querschnitt die Form von regelmäßigen Achtecken besitzt und durch 26 seitliche Wände definiert ist, und zwar 18 quadratische und acht dreieckige Wände, wobei jede dieser Wände in ihrem Zentrum ein kreisförmiges Sackloch (63) besitzt, das als Bezugselement dient.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Berechnung des OFFSET-Vektors die folgenden Unterschritte enthält: – automatische Positionierung (250) des Meßkopfes (15) entlang der Z'-Achse des Sensor-Koordinatensystems (X', Y', Z') in einer fünften Stellung (p5), wobei eine Laserlinie (50), die vom Schnittbild des Strahls (35) mit einer Seite des Körpers gebildet wird, genau im Zentrum der Bildebene liegt und das Zentrum des Koordinatenelements genau im Bildzentrum (CI) angeordnet ist, und wobei der Wert der fünften Stellung (p5) im Zyklus (98) von Rechenoperationen bestimmt wurde, – Berechnung (260) des OFFSET-Vektors auf der Basis des Abstands im ersten Koordinatensystem zwischen der fünften Stellung (p5) und der Stellung des Bezugspunkts (CT) des beweglichen Elements (12), für das die fünfte Stellung bestimmt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Berechnung der intrinsischen Parameter die folgenden Unterschritte enthält: – Positionierung (300) des Meßkopfs (15) entlang der Z'-Achse des Sensor-Koordinatensystems, um eine erste vorübergehende Stellung P3(X3, Y3, Z3) zu erreichen, in der das Bild des Bezugselements genau im Zentrum der Bildebene liegt, – Positionierung (310) des Meßkopfes (15) durch dessen Verschiebung entlang von drei Achsen, um eine erste Endstellung P1(X1, Y1, Z1) zu erreichen, – Analyse (320) des zweidimensionalen Bilds, um erste Paare von Bildpunktverschiebungen (x-pix, y-pix) des Bildes des Bezugselements entlang von zwei Koordinatenachsen (X' und Y') durch die Bildebene und relativ zur Verschiebung zwischen der ersten vorübergehenden und der ersten Endstellung zu bestimmen, – Berechnung (340) von ersten Parametern auf der Basis des ersten Paares von Bildpunktverschiebungen (x-pix, y-pix) und der ersten vorübergehenden und der ersten Endstellung, Positionierung (350) des Meßkopfes (15) entlang der Z' Achse, so daß das Bild des Bezugselements sich im Zentrum der Bildebene in einer zweiten vorübergehenden Stellung befindet, – Positionierung (360) des Meßkopfes (15) entlang von drei Achsen, um eine zweite Endstellung P2(X2, Y2, Z2) zu erreichen, – Analyse (362) des Bilds, um ein zweites Paar von Bildpunktverschiebungen (x'-pix, y'-pix) des Bilds des Bezugselements entlang von zwei Koordinatenachsen (X' und Y') durch die Bildebene und relativ zur Verschiebung zwischen der zweiten vorübergehenden Stellung und der zweiten Endstellung zu bestimmen, – Berechnung (365) von zweiten Parametern auf der Basis der zweiten Paare von Bildpunktverschiebungen (x'-pix, y'-pix) und der zweiten vorübergehenden und der zweiten Endstellung, – Definition (366) der intrinsischen Parameter abhängig von den ersten und zweiten Parametern.