DE4305294A1

DE4305294A1 - Photogrammetric measurement appts. - contains individually positionable sensors and laser reference beam generator for diffracting out virtual reference pattern stored in hologram

Info

Publication number: DE4305294A1
Application number: DE19934305294
Authority: DE
Inventors: Ubbo Benter; Manfred Beeck
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: BENTER, UBBO, DIPL.-INFORM., 38448 WOLFSBURG, DE
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1993-02-20
Publication date: 1993-09-09

Abstract

The arrangement contains at least two individually positionable sensors whose projection centres are arranged in definite spatial relative positions to form images of the object as well as at least one reference pattern arranged in a defined position in the beam path near the object. At least one virtual reference pattern is stored in a hologram (4). A laser (5) generates a reference wave (6) for diffracting out the reference pattern. Several sensors may be associated with each sensor. USE/ADVANTAGE - E.g. for measuring vehicles or controlling size and shape of workpieces. Size of holograms is independent of size of object.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine gattungsgemäße Einrichtung ist in der DE-OS 40 37 273, G01C 11/02, unter Bezugnahme auf den Aufsatz "Fotogram metrische Vermessung von Kraftfahrzeugen" in Automobiltechnische Zeitschrift 91 (1989) 6 beschrieben. Wie in der zitierten Offenle gungsschrift im einzelnen ausgeführt, erfolgt die Vermessung des Objekts, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, bei diesem Stand der Technik so, daß aus mehreren Richtungen mittels zumindest zwei, die Sensoren sowie Projektionszentren (Objektive) enthaltender Kameras Aufnahmen des Objekts hergestellt und in einem Rechner ausgewertet werden, der einen digitalen Datensatz liefert, der seinerseits die Abmessungen des Objekts genau beschreibt. Voraussetzung für ein wandfreie Meßergebnisse ist, daß die räumliche Lage der Sensoren, d. h. der elektronischen Kameras, relativ zueinander und relativ zum Objekt (äußere Orientierung) sowie die Lage der Projektions zentren (Objektive) relativ zu den ihnen zugeordneten Sensoren (innere Orientierung der Kameras) genau bekannt sind. Diese innere und/oder äußere Orientierung erfolgt durch im Objektraum in definierter räumlicher Absolutlage angeordnete Referenzmuster, die ebenfalls mittels der Sensoren abgebildet und gespeichert werden. Die gespeicherten Referenzmuster werden dann vom Rechner bei der Auswertung der von den Sensoren gelieferten Objektbilder be rücksichtigt.The invention relates to a device according to the preamble of Claim 1. A generic device is in DE-OS 40 37 273, G01C 11/02, with reference to the article "Fotogram metric measurement of motor vehicles "in automotive engineering Journal 91 (1989) 6. As in the Offenle quoted detailed specification, the measurement of the Object, for example a motor vehicle, in this state of the Technology so that from multiple directions using at least two that Cameras containing sensors and projection centers (lenses) Recordings of the object made and evaluated in a computer who delivers a digital data record, which in turn provides the Describes the dimensions of the object exactly. Requirement for a wall-free measurement results is that the spatial position of the sensors, d. H. of electronic cameras, relative to each other and relative to the object (external orientation) and the position of the projection centers (lenses) relative to the sensors assigned to them (internal orientation of the cameras) are known exactly. This inner one and / or external orientation takes place in the object space in defined spatial absolute position arranged reference patterns, the can also be mapped and stored using the sensors. The stored reference patterns are then saved by the computer at Evaluation of the object images supplied by the sensors considered.

Gegenstand der Offenlegungsschrift ist nun eine solche Ausbildung einer derartigen Einrichtung, daß die Positionierung der Sensoren, also letztlich der Kameras, relativ zum Objekt durch die Abbildung des Referenzmusters nicht beeinträchtigt wird. Erreicht wird dies durch Anordnung des Referenzmusters außerhalb der Abbildungs strahlengänge.Such a training is now the subject of the published patent application such a device that the positioning of the sensors, So ultimately the cameras, relative to the object through the image of the reference pattern is not impaired. This is achieved by arranging the reference pattern outside the images beam paths.

Gemeinsam ist diesem beschriebenen Stand der Technik der Nachteil, daß die Größe der Referenzmuster durch die Größe des jeweiligen Objekts vorgegeben ist. Bei großen Objekten, beispielsweise Kraft fahrzeugen, bedeutet dies demgemäß auch große Referenzmuster, bei spielsweise in Glasplatten vorgesehene Reseaus.Common to this described prior art is the disadvantage that the size of the reference pattern by the size of each Object is specified. For large objects, such as power vehicles, this also means large reference samples for example, reseaus provided in glass plates.

Für einen anderen Zweck, nämlich die Gewinnung eines Maßstabs für die Dicke eines mikroskopisch zu untersuchenden Objekts, ist aus Applied Optics, Vol. 29, Nr. 34, 01.12.1990, Seite 5034, ein holo grafisches Fadenkreuz bekannt, das in Blickrichtung hintereinander liegend mehrere Hologramme aufweist. Durch Fokussieren des Mikro skops auf die einzelnen Hologramme ist eine Bestimmung der Dicke des jeweiligen Objekts möglich.For another purpose, namely to get a scale for the thickness of an object to be examined microscopically is off Applied Optics, Vol. 29, No. 34, 12/01/1990, page 5034, a holo graphic crosshairs known, one behind the other in the direction of view has several holograms lying. By focusing the mic Skops on the individual holograms is a determination of the thickness of the respective object possible.

Demgegenüber befaßt sich die Erfindung mit der räumlichen Festle gung von Objektpunkten.In contrast, the invention deals with the spatial Festle object points.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ein richtung zu schaffen, die eine weitgehende Unabhängigkeit der Größe der Hologramme von der Größe des jeweiligen Objekts bietet. Demge mäß soll es auch möglich sein, die Einrichtung in Fertigungsanlagen beispielsweise zur Kontrolle der Größe und/oder Form von Werkzeugen einzusetzen.The invention has for its object a generic one direction to create a largely independence of size which offers holograms of the size of the respective object. Demge According to, it should also be possible to set up in production facilities for example to control the size and / or shape of tools to use.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training the invention describe the subclaims.

Während beim Stand der Technik also reale Referenzmuster Einsatz finden, sieht die Erfindung in vorteilhafter Weise virtuelle Refe renzmuster, z. B. Reseaus, vor, die aus einem Hologramm herausge beugt werden. Gegenüber dem aus der Offenlegungsschrift bekannten Stand der Technik bietet die Erfindung den weiteren Vorteil, daß Schwierigkeiten bei der Erzielung gleicher Leuchtdichten von Referenzmuster und Objekt vermieden sind.While real reference patterns are used in the prior art find, the invention advantageously sees virtual Refe border pattern, e.g. B. Reseaus, before, out of a hologram be bowed. Compared to that known from the published patent application Prior art, the invention offers the further advantage that Difficulties in achieving the same luminance of Reference pattern and object are avoided.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.Two embodiments of the invention are described below the drawing explained.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist als Objekt 1 die Schneide eines Werkzeugs angenommen. Zwischen zwei Kameras, die hier nur durch ihre Sensoren 2 und 3 angedeutet sind, und dem Objekt 1 ist bei 4 ein Hologramm in einem vorgegebenen Abstand vom Objekt 1 an geordnet, das einen Speicher für in diesem Ausführungsbeispiel zwei virtuelle Reseaus darstellt. Diese Reseaus (Gitter) werden mittels der von dem Laser 5 emittierten Referenzwelle 6 herausgebeugt, so daß an den Stellen 7 und 8 als Paßpunkte dienende virtuelle Reseaus entstehen. Diese werden ebenso wie die Bilder des Objekts 1 auf den Sensoren 2 und 3 der Kameras erfaßt; die entsprechenden Signale ge langen zu einem Rechner.Referring first to FIG. 1, the cutting edge is assumed as an object of a tool 1. Between two cameras, which are only indicated by their sensors 2 and 3 , and object 1 , a hologram is arranged at 4 at a predetermined distance from object 1 , which represents a memory for two virtual resets in this exemplary embodiment. These reseaus (grids) are bent out by means of the reference wave 6 emitted by the laser 5 , so that virtual reseaus serving as control points are created at the points 7 and 8 . Like the images of object 1, these are recorded on sensors 2 and 3 of the cameras; the corresponding signals reach a computer.

Der Winkel a, den die Abbildungsstrahlengänge 8 und 9 der beiden Kameras einschließen, hat erheblichen Einfluß auf die Güte der Meß genauigkeit; diese ist um so größer, je größer dieser Winkel ist. Eine Möglichkeit zur Vergrößerung des Winkels a zeigt die Ausfüh rungsform nach Fig. 2:The angle a, which include the imaging beam paths 8 and 9 of the two cameras, has a considerable influence on the quality of the measuring accuracy; the larger this angle, the greater the angle. One way of increasing the angle a shows the embodiment according to FIG. 2:

Die bereits anhand Fig. 1 erläuterten Teile und Strahlengänge sind mit denselben Bezugszeichen versehen. In Abweichung von dem Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 1 sind in den beiden Abbildungsstrahlen gängen 9 und 10 jedoch hier voneinander getrennte Hologramme 20 und 21 sowie individuelle Laser 22 und 23 zur Erzeugung ebenfalls indi vidueller Referenzwellen 24 und 25 vorgesehen. Die Hologramme 20 und 21 können identisch sein, so daß wiederum bei 7 und 8 Referenz muster in Gestalt eines räumlichen Reseaus erzeugbar sind. Der große Vorteil dieser Trennung der Hologramme 20 und 21 für die bei den Abbildungsstrahlengänge 9 und 10 liegt darin, daß jetzt ohne Inkaufnahme unhandlich großer Hologramme große Winkel a zwischen den Achsen der beiden Strahlengänge 9 und 10 und damit eine hohe Meßgenauigkeit erzielbar sind.The parts and beam paths already explained with reference to FIG. 1 are provided with the same reference symbols. In deviation from the exemplary embodiment according to FIG. 1, holograms 20 and 21 and individual lasers 22 and 23 for generating individual reference waves 24 and 25 are also provided in the two imaging beams 9 and 10 here. The holograms 20 and 21 can be identical, so that in turn 7 and 8 reference patterns can be generated in the form of a spatial reseau. The great advantage of this separation of the holograms 20 and 21 for the imaging beam paths 9 and 10 is that large angles a between the axes of the two beam paths 9 and 10 and thus a high measurement accuracy can now be achieved without having to accept bulky holograms.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Einrichtung geschaffen, die trotz der vorteilhaften Verwendung kleiner Einrich tungen (Hologramme) zur Erzeugung eines Referenzmusters eine foto grammetrische Vermessung mit hoher Genauigkeit gestattet.With the invention is accordingly a generic device created that despite the advantageous use of small Einrich holograms to create a reference pattern a photo grammatical measurement allowed with high accuracy.

Claims

1. Device for photogrammetric measurement of an object, comprising at least two individually positionable sensors, which are assigned projection centers in a defined spatial relative position, for imaging the object and at least one object space side in a defined spatial position in the imaging beam paths of the sensors arranged optical reference pattern, characterized by at least one virtual reference pattern stored in a hologram ( 4 ) and means ( 5 ) for generating a reference wave ( 6 ) for bending out the reference pattern.

2. Device according to claim 1, characterized by several, holograms each assigned to a sensor.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the holograms ( 4 ) are transmission phase holograms.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized by pairs of mirror images arranged at the same angles against a hologram ( 4 ) sensors ( 2 , 3 ).

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in the imaging beam paths ( 9 , 10 ) of the sensors ( 2 , 3 ) separately arranged holograms ( 20 , 21 ).

6. Device according to claim 5, characterized in that the holograms ( 20 , 21 ) are assigned separate means ( 22 , 23 ) for generating reference waves ( 24 , 25 ).