DE19840334A1 - Vorrichtung zur Verwendung als Navigationskulisse bei der Vermessung von Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verwendung als Navigationskulisse bei der Vermessung von Objekten gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Navi­ gationskulisse ist bereits aus [1] bekannt.

Derartige Navigationskulissen werden auf dem Gebiet der optischen dreidimensionalen Koordinaten-Meßtechnik, bei der Inspektion und Positionskontrolle von Objekten, insbe­ sondere von Kraftfahrzeugen, benötigt. Dort besteht, auf Grund der begrenzten Meß­ volumina der zur Verfügung stehenden Sensoren, die Notwendigkeit, die Meßdaten für ausgedehnte Objekte mosaikartig aus einzelnen Teilmessungen zusammenzusetzen. Um eine genaue Zusammenfügung der Meßdaten der einzelnen Teilmessungen zu er­ lauben, wird für die Gesamtdauer der verschiedenen Teilmessungen ein relativ zum Meßobjekt ortsfestes Referenznetz aus Meßpunkten benötigt. Typischerweise ist bei Meßobjekten in der Größenordnung von einigen Metern eine Ortsbestimmtheit von circa 10 bis 50 Mikrometern erforderlich. Zur Definition des Referenznetzes werden sogenannte Navigationskulissen verwendet, welche die benötigten Meßpunkte in Form vom Meßmarken tragen. Anhand der Meßpunkte des Referenznetzes werden die einzelnen Teilansichten verschiedener Teilmessungen nachträglich zu einem Gesamt­ datensatz zusammengefügt.

Nach bisherigem Stand der Technik [1, 2] werden die Meßobjekte häufig selbst zu ihren eigenen Navigationskulissen gemacht, indem man die Meßmarken meist direkt auf dem zu vermessenden Objekt anbringt, d. h. in der Regel wird das zu vermessende Objekt mit den Meßmarken beklebt (vgl. insbesondere [1] Abschnitt 3.3., dort wird die Naviga­ tionskulisse als Navigationsfeld bezeichnet). Ein derartiges Anbringen dieser Meßmarken und ihre Entfernung sind aufgrund der bisweilen hohen benötigten Anzahl sehr zeitaufwendig und nicht unwesentliche Teile der Oberfläche des Meßobjekts werden durch die aufgeklebten Meßmarken verdeckt. Darüber hinaus ist die Oberfläche des zu vermessenden Objektes häufig nicht eben genug, um die Meßmarken optisch genau genug anzumessen. (Die relevanten Bereiche einer Meßmarke haben typischerweise Durchmesser zwischen 3 und 12 Millimetern und diese relevanten Bereiche sollten auf einer exakten Ebene angebracht sein.)

Außerdem wurde bereits vorgeschlagen, für kleinere Objekte Navigationskulissen in Form von Meßkäfigen zu verwenden. Deren Verwendung ist jedoch nur sinnvoll, solange sie eine räumliche Ausdehnung von circa 1 Kubikmeter oder eine Masse von circa 20 kg nicht übersteigen. Oberhalb dieser Grenzen werden Meßkäfige zum einen unhand­ lich, d. h. insbesondere schwierig zu transportieren, d. h. der Vorteil eines mobilen Vermessungssystems geht verloren. Zum anderen leidet auf Grund des Bemühens, die Masse des Meßkäfigs gering zu halten, häufig dessen Stabilität und damit die erforder­ liche genaue Ortsbestimmtheit der Meßpunkte.

Aber selbst, wenn das zu vermessende Objekt klein genug ist, und somit die eben genannten Nachteile eines Meßkäfigs vermieden werden können, treten andere Nachteile auf. Das zu vermessende Objekt wird bei den bereits vorgeschlagenen Verfahren in den Meßkäfig gelegt und somit ist die Unterseite des Objektes für eine Vermessung unzugänglich. Für eine vollständige Vermessung muß es gedreht werden. Dabei entstehen allerdings Datensätze, die nur unter der Verwendung weiterer - in der Regel aufwendiger - mathematischer Methoden zu einem Gesamtdatensatz verbunden werden können. Daraus resultieren meist hohe Einbußen an Vermessungs- Geschwindigkeit und ebenfalls Einbußen an Genauigkeit.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine leicht trans­ portierbare Vorrichtung anzugeben, die es erlaubt, eine größere Anzahl Meßmarken auf einmal, also in ihrer Gesamtheit, zumindest für den Meßzeitraum stabil, in einer jeweils festen Raumposition relativ zu dem zu vermessenden Objekt anzuordnen und auch wieder auf einmal von dem zu vermessenden Objekt entfernen zu können und zwar derart, daß damit sowohl die Meßbarkeit des Objekts möglichst wenig durch Ver­ deckungen eingeschränkt wird, als auch die erforderliche Stabilität des Referenznetzes über den gesamten Meßzeitraum gewährleistet wird.

Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus­ gestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Patentan­ sprüche 2 bis 10) sowie ein vorteilhaftes Verfahren und eine Weiterbildung dieses Ver­ fahrens zur Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Patentansprüche 11, 12).

Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Verwendung als Navigationskulisse im Wesentlichen ein Bauelement mit Gitterstruktur enthält,

• - auf dem mehrere Meßmarken angebracht sind, und
• - an dem mehrere Verbindungsstege angebracht sind,

an deren dem Bauelement abgewandter Seite jeweils eine Befestigungsvorrichtung angebracht ist.

Für die Vermessung eines Objektes wird mindestens eine solche Vorrichtung mittels der Befestigungsvorrichtungen an ihren Verbindungsstegen auf dem Objekt befestigt und "schwebt" dann über dem Objekt. Die Vermessung des Objektes erfolgt dann aus mehreren Blickwinkeln durch die Maschen der Gitterstruktur der mindestens einen Vorrichtung hindurch.

Ein wesentlicher Vorteil einer solchen Vorrichtung und ihrer Verwendung als Naviga­ tionskulisse besteht in ihrer einfachen und schnellen Handhabung bezüglich Anbringung und Entfernung. Eine oder mehrere derartige Vorrichtungen können darüber hinaus für weitere Messungen wiederverwendet werden und bezüglich ihrer Anordnung auf dem jeweiligen Meßobjekt neu kombiniert werden, während die nach der konventionellen Verfahrensweise auf dem Meßobjekt aufgeklebten Meßmarken bei der Entfernung meist beschädigt oder komplett zerstört werden und demnach nicht wiederverwendet werden können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihrer Verwen­ dung als Navigationskulisse besteht hinsichtlich der Anzahl verdeckter und damit nicht oder nur schlechter zu vermessender Positionen auf der Oberfläche des zu vermes­ senden Objektes. Bei den konventionellen Verfahren mit Anbringung der Meßmarken direkt auf der Oberfläche des zu vermessenden Objektes wird auf Grund deren meist benötigter hoher Anzahl eine entsprechend hohe Anzahl von Orten verdeckt, während bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur die Orte verdeckt werden, auf denen die Befestigungsvorrichtungen aufliegen, und deren Anzahl meist wesentlich geringer ist, als die der benötigten Meßmarken. Der von dem gitterartigen Bauelement auf das zu vermessende Objekt geworfene Meß-Schatten beeinträchtigt die Ver­ messung nicht, da er auf Grund der Vermessung aus mehreren Blickwinkeln nicht orts­ fest ist und somit aus dem Meßergebnis herausgerechnet werden kann.

Wesentliche Vorteile einer solchen Vorrichtung gegenüber der Verwendung eines Meß­ käfigs bestehen vor allem in der besseren Transportierbarkeit, aber auch in der leich­ teren Handhabung bei der Vermessung des Objektes und in der meist höheren Stabilität bezogen auf das Meßvolumen und den Konstruktions- und Materialaufwand der Navigationskulisse. Diese Vorteile wachsen überproportional mit der Größe des zu vermessenden Objektes.

In einer vorteilhaften Ausführungsform dieser Vorrichtung ist die Gitterstruktur ein-, zwei- oder drei-dimensional, vorzugsweise zwei-dimensional, aufgebaut und sie besteht aus mehreren, vorzugsweise gleichartigen Elementarzellen, deren räumliche Abmessun­ gen variabel sind, und/oder deren Anzahl variabel ist. Die Vorteile dieser Ausgestaltung liegen in ihrer einfachen Bauweise bei gleichzeitig hoher Formstabilität und leichter Transportierbarkeit. Darüber hinaus ermöglicht die Variabilität der Elementarzellen in Hinsicht auf ihre Abmessungen und Anzahl eine optimale Anpassung der Vorrichtung an die Erfordernisse des jeweils zu vermessenden Objektes.

In einer Ausbildung dieser Vorrichtung ist die Gitterstruktur rechtwinklig aufgebaut. Die Vorteile dieser Ausbildung bestehen in dem besonders niedrigen konstruktiven Auf­ wand bei gleichzeitig hoher Formstabilität.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung dieser Vorrichtung besitzt die Gitterstruktur ebene Oberflächen, deren Mindestabmessungen gleich denen der Meßmarken sind und deren Flächennormalen vorzugsweise parallel ausgerichtet sind. Die wesentlichen Vor­ teile dieser Ausbildung liegen darin, daß eine optimale optische Ausmeßbarkeit der auf diesen Flächen angebrachten Meßmarken gewährleistet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der genannten Vorrichtung bestehen darin, daß die Gitterstruktur in Leichtbauweise ausgeführt ist, derart, daß sie

• - aus mindestens meßmarkenbreiten Schienen aufgebaut ist,
  vorzugsweise bestehend aus
  • - Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, oder aus
  • - formstabilem Kunststoff, vorzugsweise CFK, (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff)
    oder daß sie
• - aus einem formstabilen Drahtgeflecht aufgebaut ist,

auf welchem meßmarkengroße, ebene Platten, vorzugsweise variabel in ihrer Positionierung, angebracht sind.

Die Leichtbauweise ermöglicht einen hohe Transportierbarkeit, die benötigte Formstabi­ lität wird gewährleistet und die meßmarkenbreiten Schienen beziehungsweise die vari­ abel in ihrer Positionierung auf dem Drahtgeflecht angebrachten, meßmarkengroßen, ebenen Platten erlauben eine in Hinsicht auf das zu vermessende Objekt optimale Anpassung der Meßmarkenpositionierung auf der Gitterstruktur.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der genannten Vorrichtung bestehen darin, daß sie genau drei Verbindungsstege enthält, welche

• - vorzugsweise in möglichst großer Entfernung untereinander und
• - vorzugsweise in möglichst großer radialer Entfernung vom Schwerpunkt der Gitterstruktur

auf der den Meßmarken gegenüberliegenden Seite der Gitterstruktur an der Gitter­ struktur angebracht sind.

Eine Drei-Punkt-Befestigung der Gitterstruktur mittels ihrer Verbindungsstege auf dem zu vermessenden Objekt ist optimal hinsichtlich Stabilität und Spannungsfreiheit. Die möglichst große Entfernung der Verbindungsstege untereinander und zum Schwerpunkt der Gitterstruktur erhöht die Stabilität weiter.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der genannten Vorrichtung bestehen darin, daß die Verbindungsstege jeweils eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung ihrer räumlichen Ausrichtung relativ zur Gitterstruktur und eine Einrichtung zur Ein­ stellung und Arretierung ihrer Länge beinhalten.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß mittels der Einstelleinrichtung die räumliche Orientierung der Vorrichtung und damit die räumliche Orientierung der auf ihr befindlichen Meßmarken optimal an die jeweilige Vermessungsaufgabe bzw. an das jeweils zu vermessende Objekt angepaßt werden kann. Mittels der Arretierung wird dann die Ortsbestimmtheit der Meßmarken über den Meßzeitraum gewährleistet.

Ein besonders vorteilhaftes weiteres Ausgestaltungsmerkmal der genannten Vorrich­ tung besteht darin, daß die Einrichtung zur Einstellung und Arretierung der räumlichen Ausrichtung eines Verbindungssteges relativ zur Gitterstruktur ausgebildet ist in Form eines arretierbaren Kugelgelenkes, und/oder, daß die Einrichtung zur Einstellung und Arretierung der Länge eines Verbindungssteges ausgebildet ist in Form von gegen­ einander verschiebbaren und arretierbaren Stangen oder ineinander verschiebbaren und arretierbaren Rohren.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß hier auf allgemein gebräuchliche Bauteile zurückgegriffen wird, welche anerkanntermaßen die erforderliche Funktionalität und gleichzeitig geringe Störungs- oder Verschleißanfälligkeit bei geringem Raumbedarf und niedrigem Gewicht aufweisen.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal der genannten Vorrichtung besteht darin, daß die Befestigungsvorrichtung an jedem Verbindungssteg mit diesem verbun­ den ist über eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung ihrer räumlichen Ausrich­ tung, vorzugsweise über ein arretierbares Kugelgelenk.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die Positionierung der Vorrichtung relativ zum zu vermessenden Objekt auf dieses Art und Weise weitgehend unabhängig ist von der Neigung der Oberfläche an dem für die Befestigung der Vorrichtung auf dem Objekt gewünschten Punkt der Oberfläche.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal der genannten Vorrichtung besteht darin, daß die Befestigungsvorrichtung an jedem Verbindungssteg ausgebildet ist in Form von Saugnäpfen oder von einer magnetischen, elektrostatischen oder adhäsiven Haftvorrichtung oder von einer mechanischen Befestigungsvorrichtung, vorzugsweise in Form einer Klemm-, Steck- oder Schraubverbindung. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß die Vorrichtung so auf einfache Weise auf dem zu vermessenden Objekt befestigt und auch wieder von diesem gelöst werden kann ohne es zu beschä­ digen.

Besonders vorteilhaft angewendet wird ein Verfahren zur Vermessung von Objekten, bei dem mehrere Teilmessungen der Objekte unter Verwendung einer Navigationskulisse zu einem Gesamtdatensatz zusammengefügt werden, wenn als Navigationskulisse eine oder mehrere der vorbeschriebenen Vorrichtungen Anwendung finden und zwar derart,

• - daß eine Vorrichtung als Navigationskulisse verwendet wird, wenn das zu vermessende Objekt kleinere oder ähnliche Abmessungen aufweist wie die Vorrichtung, und
• - daß mehrere Vorrichtungen als Navigationskulisse verwendet werden, wenn die Abmessungen des zu vermessenden Objektes die Abmessungen der Vorrichtung um ein Mehrfaches überschreiten.

Der Vorteil eines derartigen Verfahrens besteht darin, daß Standardroutinen zur opti­ schen Ausmessung des zu vermessenden Objektes und zur automatisierten Zusammen­ fügung der Datensätze aus den verschiedenen Teilmessungen - wie sie beispielsweise bei direkter Beklebung des Objektes mit Meßmarken Anwendung finden - auch bei Verwendung der Vorrichtung als Navigationskulisse weiter angewendet werden können, also weder ein neuer Programmierbedarf noch Schulungsbedarf des Bedienungsperso­ nals entsteht. Gleichzeitig bestehen aber die bereits bei der Beschreibung der Vor­ richtung genannten Vorteile gegenüber Verfahren, bei denen herkömmliche Naviga­ tionskulissen verwendet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens besteht darin, daß eine vorbeschriebene Vorrichtung mit dreidimensionaler Gitterstruktur in Form eines Meßkäfigs als Navigationskulisse verwendet wird und das zu vermessende Objekt mittels der Verbindungsstege im Inneren der Navigationskulisse befestigt wird, wenn das zu vermessende Objekt eine räumliche Ausdehnung von circa 1 Kubikmeter nicht überschreitet.

Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung besteht darin, daß so - im Gegensatz zur bekannten Verwendung eines üblichen Meßkäfigs - auch die Unterseite des Objektes für die Vermessung zugänglich bleibt und keine Umpositionierung des Objektes für dessen vollständige Vermessung notwendig ist. Gleichzeitig bleibt die Navigationskulisse aber auf Grund der Größenbeschränkung leicht transportierbar und formstabil.

Im Folgenden werden anhand der Fig. 1 bis 4 zwei beispielhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zweidimensionaler Gitterstruktur.

Fig. 2 ein konstruktives Detail der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dreidimensionaler Gitterstruktur.

Fig. 4 bevorzugte Anordnung eines zu vermessenden Objektes relativ zu der Vorrichtung gemäß Fig. 3.

Die Fig. 1 stellt schematisch und nicht maßstabsgerecht eine Vorrichtung zur Verwendung als Navigationskulisse dar, bestehend aus einem Bauelement 1 mit zwei­ dimensionaler Gitterstruktur, auf dem mehrere Meßmarken 2 angebracht sind, und an dem mehrere Verbindungsstege 3 angebracht sind, an deren dem Bauelement 1 abgewandter Seite jeweils eine Befestigungsvorrichtung 4 angebracht ist.

Die Fig. 2 stellt schematisch und nicht maßstabsgerecht einen Verbindungssteg 3 dar, beinhaltend eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung seiner räumlichen Ausrichtung relativ zur Gitterstruktur 31 (hier skizziert in Form eines arretierbaren Kugelgelenkes) und eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung seiner Länge 32 (hier skizziert in Form ineinander verschiebbarer und arretierbarer Rohre) sowie eine Befestigungsvorrichtung 4, die mit dem Verbindungssteg 3 verbunden ist über eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung ihrer räumlichen Ausrichtung 33 (hier skiz­ ziert in Form eines arretierbaren Kugelgelenkes).

Die Gitterstruktur des Bauelementes 1 ist zweidimensional und aus vier gleichartigen Elementarzellen 10 derart aufgebaut, daß sie die Form eines Rechteckes aufweist. Eine Elementarzelle 10 ist rechtwinklig, hier quadratisch, aufgebaut und damit ist auch die Gitterstruktur des Bauelementes 1 rechtwinklig aufgebaut. In diesem Ausführungs­ beispiel weist das Bauteil mit Gitterstruktur eine Kantenlänge von 60 Zentimetern auf.

Die Gitterstruktur des Bauelementes 1 ist in Leichtbauweise (hier aus Aluminium) aus meßmarkenbreiten Schienen aufgebaut. (Die Schienenbreite beträgt in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel 2 Zentimeter). Die Schienen besitzen über ihre gesamte Länge eine ebene Oberfläche und ermöglichen so eine hohe Variabilität für die Positionierung von Meß­ marken 2. Die Schienen sind so angeordnet, daß ihre Flächennormalen parallel ausgerichtet sind.

An dem Bauelement 1 mit Gitterstruktur sind auf der den Meßmarken 2 gegenüber­ liegenden Seite drei Verbindungsstege 3 angebracht. Jeder Verbindungssteg 3 weist an seiner der Gitterstruktur zugewandten Seite eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung seiner räumlichen Ausrichtung relativ zur Gitterstruktur 31 auf (in Fig. 2 skizziert in Form eines arretierbaren Kugelgelenkes), danach folgt eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung seiner Länge 32 (in Fig. 2 skizziert in Form ineinander ver­ schiebbarer und arretierbarer Rohre). An der dem Bauelement 1 abgewandten Seite besitzt jeder Verbindungssteg 3 eine Befestigungsvorrichtung 4, welche mit dem Verbindungssteg 3 verbunden ist über eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung ihrer räumlichen Ausrichtung 33 (hier skizziert in Form eines arretierbaren Kugel­ gelenkes). Die Befestigungsvorrichtung 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Form einer magnetischen Haftvorrichtung ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erweist sich in der Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für die optische, dreidimensionale Koordinaten-Meßtechnik, bei der Inspektion und Positionskontrolle von Objekten, insbe­ sondere von Kraftfahrzeugen. Hierzu werden mehrere Vorrichtungen auf dem Objekt befestigt und dienen als Navigationskulisse für dessen Vermessung. Die Vermessung selbst und auch die rechentechnischen Verfahren zur Zusammenfügung der Meßdaten aus verschiedenen Teilmessungen des Objektes unterscheiden sich nicht von einem konventionellen Verfahren, bei dem das mit Meßmarken beklebte Objekt selbst als Navigationskulisse dient. Bei Objekten, die ähnliche Abmessungen aufweisen wie die Vorrichtung, genügt die Verwendung einer einzigen Vorrichtung als Navigationskulisse.

Die Fig. 3 stellt schematisch und nicht maßstabsgerecht eine zweite Vorrichtung zur Verwendung als Navigationskulisse dar, bestehend aus einem Bauelement 1 mit drei­ dimensionaler Gitterstruktur in Form eines Meßkäfigs, auf dem allseitig, d. h. auch auf der Unterseite, Meßmarken 2 angebracht sind. Eine Seite des Bauelementes kann zur Einbringung des zu vermessenden Objektes geöffnet werden.

Die Fig. 4 stellt schematisch und nicht maßstabsgerecht eine bevorzugte Anordnung eines zu vermessenden Objektes relativ zu der Vorrichtung gemäß Fig. 3 dar. Das Bauelement 1 mit dreidimensionaler Gitterstruktur in Form eines Meßkäfigs wird nur angedeutet und deshalb mit dünnen Linien skizziert. An dem Bauelement 1 sind mehrere Verbindungsstege 3 angebracht sind, an deren dem Bauelement 1 abgewand­ ter Seite jeweils eine Befestigungsvorrichtung 4 angebracht ist. Die Verbindungsstege 3 sind in diesem Ausführungsbeispiel nach innen ausgerichtet, und halten und fixieren das zu vermessende Objekt im Zentrum der Navigationskulisse. Dadurch ist auch die Unterseite des Objektes für die Vermessung zugänglich und keine Umpositionierung des Objektes für dessen vollständige Vermessung notwendig. Die Zugänglichkeit kann durch weitere Verbindungsstege 5, die als Ständer dienen (in der Fig. 4 gestrichelt angedeutet), erhöht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erweist sich in dieser zweiten Ausführungsform als besonders geeignet für die optische, dreidimensionale Koordinaten-Meßtechnik kleiner Objekte mit Volumen in der Größenordnung bis zu circa einem Kubikmeter.

Die Erfindung ist nicht nur auf die zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.

So ist zum Beispiel denkbar, anstatt einer zweidimensionalen Gitterstruktur eine oder mehrere eindimensionale Gitterstrukturen zu verwenden. Eine solche eindimensionale Gitterstruktur könnte beispielsweise aus einer oder mehreren zusammengesetzten meßmarkenbreiten, ebenen Schienen (Elementarzellen) bestehen auf deren einer Seite mehrere Meßmarken angebracht sind. Dies wäre vor allem dann vorteilhaft, wenn der in der Umgebung des zu vermessenden Objektes zur Verfügung stehende Raum nur sehr begrenzt wäre und würde gleichzeitig die Transportfähigkeit der Vorrichtung weiter verbessern.

Außerdem wären auch andere dreidimensionale Gitterstrukturen vorstellbar, die bei­ spielsweise weit aus dem zu vermessenden Objekt (z. B. eine Fahrzeugkarosserie) herausragende kleinere Teilobjekte (z. B. ein Außenspiegel) in Form eines (zumindest einseitig offenen) Käfigs umschließen. Ein solcher "Teil"-Käfig kann wesentlich kleiner sein als das zu vermessende Objekt und ist deshalb auf einfache Weise sowohl formstabil als auch transportabel zu konstruieren.

Ferner ist es möglich, daß die Gitterstruktur nicht rechtwinklig aus rechteckigen Ele­ mentarzellen aufgebaut ist, sondern beispielsweise aus Elementarzellen in der Form von gleichseitigen oder gleichschenkligen Dreiecken oder aus ganz anderen geo­ metrischen Figuren.

Auch die Abmessungen der Vorrichtung, insbesondere die der Gitterstruktur und der Elementarzellen, sind nicht an die in diesem Ausführungsbeispiel genannten Werte gebunden. Vorstellbar sind sowohl Vorrichtungen mit anderen, festen Abmessungen, als auch Vorrichtungen, die Einstellmöglichkeiten für ihre Abmessungen aufweisen. Diese könnten beispielsweise aus gegeneinander verschiebbaren und arretierbaren Schienen aufgebaut sein.

Schließlich ist es vorstellbar, daß die Gitterstruktur anstatt aus Leichtmetall aus einem anderen leichten aber formstabilen Material aufgebaut ist, beispielsweise aus kohlen­ stofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Eine weitere Möglichkeit besteht im Aufbau aus einem formstabilen Drahtgeflecht, auf dem meßmarkengroße, ebene Platten in variab­ len Positionen befestigt werden.

Des weiteren kann jede Befestigungsvorrichtung Bestandteil der Vorrichtung sein, wenn sie nur auf eine einfache, das zu vermessende Objekt nicht beschädigende Weise wieder lösbar ist. Vorstellbar sind Saugnäpfe, Magnete, elektrostatische oder adhäsive Haftvorrichtungen oder bei geeigneten zu vermessenden Objekten auch mechanische Befestigungsvorrichtungen, beispielsweise in Form von Klemm-, Steck- oder Schraub­ verbindungen.

Außerdem ist es denkbar, die Meßmarken nicht nur auf einer Seite oder auf ausgewählten Seiten des Bauelementes anzubringen sondern auch auf mehreren oder auf allen Seiten. Dies kann insbesondere bei einem dreidimensionalen Bauelement vorteilhaft sein, bei dem sich das zu vermessende Objekt im Inneren befindet, und bei dem die Vermessung aus mehreren Raumrichtungen heraus, durch die Gitterstruktur des Bauelementes hindurch, durchaus auch Meßmarken auf der Innenseite des Bau­ elementes berücksichtigen kann.

Literatur

[1] R. Malz; "Ein neues optisches 3D-Meßsystem für Reverse Engineering", Tagungsband der Fachtagung "Qualität und Mikrotechnik", 30./31. 10. 1997, Buchs, Schweiz
[2] DE 195 36 294 A1

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Verwendung als Navigationskulisse bei der Vermessung von Objekten, dadurch gekennzeichnet,

• - daß sie ein Bauelement (1) mit Gitterstruktur enthält,
• - auf dem mehrere Meßmarken (2) angebracht sind, und
• - an dem mehrere Verbindungsstege (3) angebracht sind,

an deren dem Bauelement (1) abgewandter Seite jeweils eine Befestigungsvorrichtung (4) angebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Gitterstruktur ein-, zwei- oder dreidimensional, vorzugsweise zweidimensional aufgebaut ist,
  und
• - daß die Gitterstruktur aus mehreren, vorzugsweise gleichartigen, Elementarzellen (10) aufgebaut ist,
  • - deren räumliche Abmessungen variabel sind, und/oder
  • - deren Anzahl variabel ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur rechtwinklig aufgebaut ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur ebene Oberflächen besitzt,

• - deren Mindestabmessungen gleich denen der Meßmarken (2) sind,
• - deren Flächennormalen vorzugsweise parallel ausgerichtet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterstruktur in Leichtbauweise ausgeführt ist, derart, daß sie

• - aus mindestens meßmarkenbreiten Schienen aufgebaut ist,
  vorzugsweise bestehend aus
  • - Leichtmetall, vorzugsweise Aluminium, oder aus
  • - formstabilem Kunststoff, vorzugsweise CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff),
    oder daß sie
• - aus einem formstabilen Drahtgeflecht aufgebaut ist,

auf welchem meßmarkengroße, ebene Platten, vorzugsweise variabel in ihrer Positionierung, angebracht sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie genau drei Verbindungsstege (3) enthält, welche

• - vorzugsweise in möglichst großer Entfernung untereinander und
• - vorzugsweise in möglichst großer radialer Entfernung vom Schwerpunkt der Gitterstruktur

auf der den Meßmarken 2 gegenüberliegenden Seite der Gitterstruktur an der Gitter­ struktur angebracht sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (3) jeweils beinhalten

• - eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung ihrer räumlichen Ausrichtung relativ zur Gitterstruktur (31)
  und
• - eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung ihrer Länge (32).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Einrichtung zur Einstellung und Arretierung der räumlichen Ausrichtung eines Verbindungssteges relativ zur Gitterstruktur (31) ausgebildet ist in Form eines arretierbaren Kugelgelenkes,
  und/oder
• - daß die Einrichtung zur Einstellung und Arretierung der Länge eines Verbindungs­ steges (32) ausgebildet ist in Form von
  • - gegeneinander verschiebbaren und arretierbaren Stangen oder
  • - ineinander verschiebbaren und arretierbaren Rohren.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (4) an jedem Verbindungssteg (3)

• - mit diesem verbunden ist über eine Einrichtung zur Einstellung und Arretierung ihrer räumlichen Ausrichtung (33), vorzugsweise über ein arretierbares Kugelgelenk.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (4) an jedem Verbindungssteg (3) ausgebildet ist in Form

• - von Saugnäpfen oder
• - von einer magnetischen, elektrostatischen oder adhäsiven Haftvorrichtung oder
• - von einer mechanischen Befestigungsvorrichtung,

vorzugsweise in Form einer Klemm-, Steck- oder Schraubverbindung.

11. Verfahren zur Vermessung von Objekten, bei dem mehrere Teilmessungen der Objekte unter Verwendung einer Navigations­ kulisse zu einem Gesamtdatensatz zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet

• - daß als Navigationskulisse eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, wenn das zu vermessende Objekt kleinere oder ähnliche Abmessungen aufweist wie die Vorrichtung, und
• - daß als Navigationskulisse mehrere Vorrichtungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet werden, wenn die Abmessungen des zu vermessenden Objektes die Abmessungen der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche um ein Mehrfaches überschreiten.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine Vorrichtung mit dreidimensionaler Gitterstruktur in Form eines Meßkäfigs als Navigationskulisse verwendet wird und das zu vermessende Objekt mittels der Verbindungsstege (3) im Inneren der Navigationskulisse befestigt wird, wenn das zu vermessende Objekt eine räumliche Ausdehnung von circa 1 Kubikmeter nicht überschreitet.