DE602005006102T2 - Elektronisches fotooptisches system zur vermessung, digitalisierung und wiedergabe der externen oberfläche eines dreidimensionalen objekts entweder virtuell oder in kunststoff-, verbund- oder papierartigem material - Google Patents

Elektronisches fotooptisches system zur vermessung, digitalisierung und wiedergabe der externen oberfläche eines dreidimensionalen objekts entweder virtuell oder in kunststoff-, verbund- oder papierartigem material Download PDF

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Description

  • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches fotooptisches System zur Vermessung der externen Oberfläche eines beliebigen Objekts und zur Umwandlung der Ergebnisse in kartesische Koordinaten (x, y, z); zur Übertragung der mathematischen Daten dieser Geometrien über ein Netzwerk sowohl an einen Personalcomputer (zur Erstellung dreidimensionaler graphischer Darstellungen des Objektes und zur weiteren Verarbeitung der geometrischen Daten mittels dreidimensionalem Computer Assisted Design CAD-3D) als auch direkt an einen rechnerabhängigen Fernkopierdrucker zur automatisierten Wiedergabe des Volumens des vermessenen Objektes in kunststoff-, verbund- oder papierartigen Werkstoffen nach Maßgabe einer vorher ermittelten mathematischen Logik. Verbundmaterial bezeichnet hier Werkstoffe, die durch die Verbindung von mindestens zwei Komponenten erlangt werden, deren chemische und physikalische Eigenschaften dergestalt sind, dass sie sich voneinander unterscheiden, nicht löslich sind und sich voneinander trennen lassen.
  • Stand der Technik
  • Der Stand der Technik betreffend der Umwandlung des Umrisses eines vermessenen und digitalisierten Objekts in die äußere Oberfläche eines dreidimensionalen (3D) virtuellen Objektes am Personalcomputer besteht grundsätzlich in der Verwendung von Laser und Tastern zur Ermittlung der Raumkoordinaten des Objekts oder der dreidimensionalen Rekonstruktion mittels der Erfassung von Bildern mit Videokameras und Videoprojektionsgeräten.
  • Der Stand der Technik bezüglich der Herstellung einer Nachbildung eines Objektes aus Kunststoff oder anderen Materialen basierend auf den aus einem CAD-3D-System gewonnen Daten umfasst hauptsächlich die Verwendung von Laserstrahlen und Fräswerkzeugen; Rapid-Prototyping Verfahren wie Stereolithographie (SLA), Lasersintern (LS), LOM Verfahren, FDM Methoden, 3D-Printing (3DP) und das SGC-Verfahren. Des Weiteren umfasst der Stand der Technik die Einrichtung zur Warmformung, Digitalisierung und Wiedergabe der externen Oberfläche eines Objektes in drei Dimensionen, virtuell und/oder aus warmformbarem Kunststoffmaterial, Gegenstand der italienischen Patentanmeldung No. MI 2003 A 000177 sowie der internationalen Anmeldung No. PCT/EP 04/00855 (Publikationsnummer WO2004/069508 ) ist, wie ein integriertes Modul zur Berechnung und Verwaltung von Informatikdaten, ein Scannermodul und ein Wiedergabemodul genutzt werden, um die externen Oberflächen von Objekten im Warmformverfahren aus warmformbarem Platten nachzubilden ohne die Verwendung von negativen oder positiven Gussformen; es werden 3D-Scans von existierenden Modell-Objekten erstellt und in externe Oberflächen virtueller Objekte umgerechnet, die mittels CAD-3D-Programmen bearbeitet werden können, dabei werden in automatisierten Arbeitsschritten, basierend auf 3D-Fernkopien von vorher digitalisierten Oberflächen oder Oberflächen von Objekten, die mittels CAD-3D erstellt und in einer Datenbank abgelegt wurden, Objektoberflächen im Warmformverfahren aus thermoplastischen Werkstoffen geformt. Ein Beispiel für eine bekannte Vorrichtung zur Herstellung von 3D-Modellen die dreidimensionale Formdaten mittels Projektionsscanner erfasst ist veröffentlicht in ep-a-1 151 778.
  • Nachteile des Standes dieser Technik:
  • Die Nachteile des Standes dieser Technik liegen in der hohen Komplexität der herkömmlichen Scanner und 3D-Wiedergabevorrichtungen, in den sich daraus ergebenden hohen Anschaffungs- und Wartungskosten, welche diese Produkte auf einen sehr begrenzten und branchenspezifischen Absatzmarkt begrenzen, der sich hauptsächlich auf den Bereich der schnellen Prototypenentwicklung für ingenieurtechnische Entwürfe und in der Architektur beschränkt.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Erklärungen für die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Symbole finden sich in der untenstehenden Tabelle 1:
    Symbol Beschreibung
    Dides Verwendetes rollen- und bogenartiges Trägermaterial spezieller Zusammensetzung aus kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material
    3D Numerische Matrix der kartesischen Koordinaten des Objekts obj
    3Dc Numerische Matrix assoziiert mit den Farben des Objekts obj
    3Dr Numerische Matrix der kartesischen Koordinaten des Objekts obj in Originalgröße
    3Drr Numerische Matrix, die die Geometrie des Objekts obj im radialen Koordinatensystem beschreibt
    3Drrt Numerische Matrix, die die Geometrie des Objektes obj im Radialsystem mit Vorlagenschneidinformationen beschreibt
    c Zentrum der Ebene π
    C Farbvektor
    c1 Zentrum der Bildaufnahmeebene π1
    d Horizontales Maß der Distanz zwischen dem Zentrum c der Ebene (π) und dem Zentrum c1 der Bildaufnahmeebene (π1)
    i, j, k Indices verwendet bei der Matrixberechnung
    m Anzahl der Unterteilungen entlang des nten einzelnen Profils des Objektes obj
    Mod. A printing Ausführungsart des Moduls VT-MFII für die Wiedergabe in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material für bogenartiges Trägermaterial, gesteuert durch Daten aus der Matrix-Logik 3Dr and 3Dc
    Mod. B printing Ausführungsart des Moduls VT-MFII für die Wiedergabe in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material für rollenartiges Trägermaterial, gesteuert durch Daten aus der Matrix-Logik 3Drrt and 3Dc
    n Anzahl der Ebenen in denen das Objektes obj gescannt wurde
    N image Anzahl der Bilder = t × nf
    nf = [Bilder/s]
    obj Objekt das vermessen wird
    P Matrix der Profile verknüpft mit den Ebenen zi
    PC Personalcomputer
    Pi Beliebig gewählter Punkt auf dem Profile des Objekts obj
    R Rotationsmatrix des System
    Rg Windungsradius in Bezug auf die Rotationsachse
    Rg0 Anfangsradius der Achse der Spiralwindung
    RPi Rotationsradius beschrieben durch Pi
    S Dicke der spiralartig um die Rotationsachse gewundenen Platte
    S image Positionsveränderung verbunden mit dem Bild N image = t × Vz
    Sf Skalierungsfaktor-Matrix
    T Translationsmatrix vom System π1 zum System π
    t Zeitpunkt der Film-(Bild-)Aufnahme
    tg Vektor der Schneidbedingung
    Tr Gesamtdauer der Videoaufnahme
    v Vertikales Maß des Abstandes zwischen dem Zentrum c der Ebene (π) und dem Zentrum c1 der Bildaufnahmeebene (π1)
    VTII Elektronisches fotooptisches System zur Vermessung, Digitalisierung und dreidimensionalen Wiedergabe der externen Oberflächen eines Objekts
    VT-DataII Integriertes Modul zur Berechnung und Verwaltung von Informatikdaten über die externe Oberfläche des Objekts obj
    VT-MFII Wiedergabemodul für dreidimensionale Wiedergabe
    VT-MSII Scanner Modul zur dreidimensionalen Vermessung
    Vz = [mm/s]
    x x-Achse des kartesischen Referenzsystems positioniert im Zentrum c der Ebene π
    X X-Achse des kartesischen Referenzsystems positioniert im Zentrum c1 der Ebene π1
    y y-Achse des kartesischen Referenzsystems positioniert im Zentrum c der Ebene π
    Y Y-Achse des kartesischen Referenzsystems positioniert im Zentrum c1 der Ebene π1
    z z-Achse des kartesischen Referenzsystems positioniert im Zentrum c der Ebene π
    Z Z-Achse des kartesischen Referenzsystems positioniert im Zentrum c1 der Ebene π1
    α π Neigungswinkel der Ebene π1 bezogen auf die Ebene π Basisebene (Ebene auf der das Objekt obj platziert ist)
    π1 Bildaufnahmeebene (Ebene in welcher die Bilder des Objekts obj durch die digitale Bildvermessungsvorrichtung aufgenommen werden)
    θ Windungswinkel [in Grad]
  • Die Vorrichtung VTII besteht aus über Schnittstellen miteinander verbundenen Modulen zur virtuellen Erfassung und materiellen Wiedergabe der externen Oberflächen eines beliebigen Objekts obj.
  • Das Scannermodul VT-MSII erfasst die externen Koordinaten des Umrisses des vermessenen Objekts obj und wandelt sie in einen geordneten Satz dreidimensionaler kartesischer Koordinaten um.
  • Diese in spezifische numerische Matrizen geordneten Daten können für die Durchführung der folgenden Arbeitsschritte genutzt werden:
    • a) Wiedergabe des vermessenen Objekts obj in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material: Durch direkte Weiterleitung der Daten aus dem Scannermodul VT-MSII zum Wiedergabemodul VT-MFII, ohne Zwischenschritte zur Modifikation der Originaldaten.
    • b) Wiedergabe des vermessenen Objekts obj als virtuelles 3D-Objekt obj auf einem PC: Direkte Weiterleitung der Daten aus dem Scannermodul VT-MSII zu einem PC zur Betrachtung und Modifikation in einer dreidimensionalen CAD-Umgebung (Computer-Assisted-Design);
    • c) Wiedergabe des vermessenen Objekts obj in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material nach Modifikation an einem PC oder von einem virtuell mittels CAD-3D gestalteten Objekts obj: Direkte Weiterleitung der Daten von einem PC zum Wiedergabemodul VT-MFII (Mod. A printing und/oder Mod. B printing)
  • Folgende Schnittstellen zur Übertragung von Informatikdaten können zur Verbindung mit der Vorrichtung genutzt werden:
    • – 10/100 Ethernetkarte;
    • – Modemkarte
    • – Serielle Schnittstelle, USB-Schnittstelle
    • – Karte zur Übertragung über ein drahtloses Netzwerk.
  • Diese Ausstattung ermöglicht die Verbindung der Systeme für den Datenversand und Empfang, insbesondere kann durch Verwendung der Modemkarte im Scannermodul (VT-MSII) und im Wiedergabemodul (VT-MFII) eine direkte Online-Datenübertragung zwischen den Modulen erreicht werden (Fall [a] im vorhergehenden Paragraphen), somit kann das Erstere als versendender Fernkopierer und Letzteres als empfangender Fernkopierer, gekoppelt für automatischem Empfang, betrachtet werden.
  • Um das volle Potential des Modulsystems der Vorrichtung VTII auszuschöpfen, wurden die CAD-3D-Systeme mit spezieller Software (VTII Software) ausgestattet, mit deren Hilfe Dateien in einem mit dem Wiedergabemodul VT-MFII kompatiblen Format erstellt werden können, was es ermöglicht, dreidimensionale Nachbildungen von Objekten obj herzustellen, die alleine mit Hilfe von CAD-3D-Software erstellt und/oder nach Informationen, die vom Scannermodul VT-MSII empfangen oder verändert wurden.
  • Das elektronische fotooptische System VTII zur dreidimensionalen Digitalisierung und Wiedergabe des Umrisses eines Objekts obj, virtuell und/oder in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material, ist durch folgenden Aufbau gekennzeichnet:
    • A – Modul VT-DataII: Integriertes Modul zur Berechnung und Verwaltung von Informatikdateien das die mathematische Logik beschreibt, die in der Hardware der Module B und C verwendet wird.
    • B – Modul VT-MSII: Scannermodul zur Erfassung der dreidimensionalen Koordinaten jeglicher Art von Oberflächen;
    • C – Modul VT-MFII: Fernkopierdrucker-Wiedergabemodul zur Nachbildung dreidimensionaler Umrisse gescannter Oberflächen (Fall B) oder rein virtueller Oberflächen, die in CAD-3D-Umgebungen erstellt wurden;
  • Die genannten Module dienen zur Ausführung der folgenden Arbeitschritte:
    • 1. Vermessung mittels einer digitalen Fotokamera oder mittels eines digitalen Bildvermessungs- und -erfassungssystems, der externen Oberfläche und der zugehörigen Farbinformation eines zu vermessenden Objektes obj, Erfassung der numerischen Matrizen vom Typ 3Dr und 3Dc der Raumkoordinaten des Objekts obj;
    • 2. Erstellen von mit CAD-3D-Standards kompatiblen Datensätzen zur Sichtbarmachung des vermessenen und erfassten (siehe Schritt 1) Objekts obj in einer CAD-3D-Umgebung durch Darstellung der Oberfläche, was Modifikationseingriffe zur Veränderung von Teilen des Objekts obj und/oder zur Ergänzung ermöglicht, und schließlich das Erstellen dedizierter Datensätze mittels spezieller VTII Treiber, die direkt durch das Wiedergabemodul VT-MFII umgesetzt werden können;
    • 3. Erstellen von Datenaufzeichnungen zur Übertragung in die Datenbank eines PCs, die die mathematischen Daten der numerischen Matrizen 3Dr und 3Dc des vermessenen Objekts obj enthalten (aus den Schritten 1 und 2) zur späteren Wiederverwendung sowohl zu Betrachtungs- und/oder Modifikationszwecken wie (als auch) zur Übertragung an das Wiedergabemodul VT-MFII zwecks Wiedergabe;
    • 4. Übertragung der mathematischen Daten der numerischen Matrizen 3Dr, 3Drrt und 3Dc des vermessenen Objekts obj (siehe Schritt 1) mittels eines Modems vom Scannermodul VT-MSII zum Wiedergabemodul VT-MFII mit der Absicht der Nachbildung der farbigen Konturen des vermessenen Objekts obj in kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material der entsprechenden Zusammensetzung und der Herstellung von einer oder mehreren materiellen Nachbildungen (Mod. A printing und/oder Mod. B printing);
    • 5. Übertragung der mathematischen Daten der numerischen Matrizen 3Dr, 3Drrt und 3Dc des vermessenen Objekts obj (siehe Schritte 1, 2 und 3) oder eines virtuellen Objekts obj, erzeugt mittels eines CAD-3D-Programms aus der Datenbank eines PCs, zum Wiedergabemodul VT-MFII mit der Absicht der Nachbildung der farbigen Konturen des vermessenen Objekts obj in kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material der entsprechenden Zusammensetzung und der Herstellung von einer oder mehreren materiellen Nachbildungen (Mod. A printing und/oder Mod. B printing).
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Vorteile der Erfindung sind folgende:
  • Das Scannermodul VT-MSII besteht aus einer digitalen Fotokamera oder einem digitalen Bildvermessungs- und Bilderfassungssystem der üblichen Bauart, einer Rotationsebene und einem LED-System, positioniert auf einer motorgetriebenen Achse und der integrierten Hardware, so dass die Teile des Scannermoduls in ihrer Gesamtheit zu einem Modulpreis führen, der deutlich geringer ist als die Standardkosten für heute übliche Vorrichtungen zur dreidimensionalen Vermessung.
  • Vom Aufbau her ist das Wiedergabemodul VT-MFII vergleichbar mit konventionellen Multifunktionsdrucksystemen für den Büroeinsatz wie Fax, Scanner und Photokopierer. Die Gesamtkosten des Moduls VT-MFII sind deutlich geringer als die Kosten für heute übliche Rapid Prototyping-Technologie, außerdem werden Verbrauchsmaterialien (kunststoff-, verbund-, oder papierartige Materialien) verwendet, die ebenfalls kostengünstiger sind als die Materialien (Harze, Faserstoffe, Pulver, thermoplastische Reagenzgele, etc), die in gegenwärtigen Prototyping-Systemen verwendet werden; außerdem garantieren sie die Farbgebung des nachgebildeten Objekts.
  • Die niedrigen Kosten für die Vorrichtungen und das Verbrauchsmaterial in Verbindung mit der Tatsache, dass die Geräte über Schnittstellen mit externen Systemen verbunden werden können, ermöglichen eine verbreitete und einfache Nutzung der Geräte und prädestinieren sie gleichzeitig als Standardgeräte für den Büroeinsatz aufgrund eines Kosten-Nutzen Profil typisch für einen Verbrauchermarkt.
  • Gestalt der Erfindung
  • Die spezielle Gestalt der Erfindung wird im Folgenden mit Hilfe der beigefügten Diagramme und Zeichnungen detailliert erläutert:
  • 1 zeigt schematisch die Funktionsweise des Moduls VTII;
  • 2 zeigt die Anordnung der Ebenen (π–π1);
  • 3 zeigt das Scannersystem mit positioniertem Objekt obj und den LED-Strahl;
  • 4 zeigt das Scannersystem mit positioniertem Objekt obj und eine einzelne LED;
  • 5 zeigt ein Beispiel für ein zu vermessendes Objekt obj;
  • 6 zeigt Ansichten des vermessenen Objekts obj in den Ebenen xy, yz, xz;
  • 7 zeigt den Aufbau eines Abschnittes auf Ebene zi des vermessenen Objekts obj;
  • 8 zeigt das verwendete bogenartige Trägermaterial spezieller Zusammensetzung aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material (Modul VT-MFII-Mod. A printing);
  • 9 zeigt die Phasen des Aufdruckens – Zuschnitt des Profils der Umrissvorlage – Trennung der Umrissvorlage von der Gegenschablone – Aktivierung des Adhäsivation – Aufbringen der Farbe auf die Profilschablone – Positionierung auf der Montageablage – Adhäsivation der Bögen – Trennung des Führungsrandes vom bogenartigen Reproduktionsträger (Modul VT-MFII-Mod. A printing);
  • 10 zeigt eine schematische Darstellung des vermessenen und nachgebildeten Objekts obj aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigen Material (Modul VT-MFII-Mod. A printing);
  • 11 zeigt eine schematische Darstellung des vermessenen Objekts obj in der Druckphase des Fernkopierdruckers (Modul VT-MFII-Mod. A printing) sowie die Aussparungen für das Einbringen der Verbindungsstifte, wobei die Aussparungen derart gestaltet sind, dass sie bündig mit den Trenneinfügungen des kunststoff-, verbund- oder papierartigem Trägermaterials sind.
  • 12 zeigt eine schematische Darstellung des vermessenen Objekts obj in der Druckphase des Fernkopierdruckers sowie die Aussparungen für das Einbringen der Verbindungsstifte, wobei die Aussparungen in die ebenen Fläche des verwendeten bogenartigen Trägermaterial eingearbeitet wurden (Modul VT-MFII-Mod. A printing);
  • 13 zeigt eine schematische Darstellung des vermessenen Objekts obj in der Druckphase des Fernkopierdruckers; dargestellt ist die Adhäsivationsphase der Schnitte aus bogenartigem Trägermaterial verarbeitet gemäß der Matrix 3Dr Logik (Modul VT-MFII-Mod. A printing);
  • 14 zeigt eine schematische Darstellung des Objekts obj in der letzten Phase des Zusammensetzen (Modul VT-MFII-Mod. A printing), die Kopplungsstifte müssen in die aufeinander ausgerichteten und entlang der Verbindungsflächen verteilten Aussparungen der Teile, in die das Objekt obj (gemäß der Matrix 3Dr Logik) zerlegt wurde, eingesetzt werden;
  • 15 zeigt eine schematische Darstellung des Moduls zur dreidimensionalen Vermessung VT-MSII
  • 16 zeigt das verwendete rollenartige Trägermaterial spezieller Zusammensetzung aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material (Modul VT-MFII-Mod. B printing);
  • 17 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren vermessenen und wiedergegebenen Objekts obj aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material in der Ansicht der Ebenen xy, yz, xz (Modul VT-MFII-Mod. B printing).
  • Die Funktionsweise der Vorrichtung VTII ist schematisch in 1 dargestellt, Ziffer 1 bezeichnet das 3D-Scannermodul VT-MSII, 2 bezeichnet den dreidimensionalen Fernkopierdrucker-Modul VT-MFII, 3 bezeichnet das System zur Datenübertragung direkt von Modul VT-MSII zu Modul VT-MFII, 4 bezeichnet das System zur Datenübertragung von Modul VT-MSII zu einem PC zur Verarbeitung, 5 bezeichnet ein Kommunikationssystem vom Internet/Intranet-Typ zwischen PCs, 6 bezeichnet das System zur Übertragung von Daten von einem PC an das Modul VT-MFII.
  • 2 zeigt die Anordnung der Ebenen (π-π1), Ziffer 7 bezeichnet die Ebene n, auf der das zu erfassende Objekt obj positioniert ist, mit den Referenzachsen (x, y, z) und dem Rotationszentrum c, α = Winkel zwischen der Ebene π und der Ebene π1, 8 bezeichnet die Bildaufnabmeebene π1 mit Referenzsystem (X, Y. Z) und dem Zentrum c1, d = horizontale Distanz zwischen c und c1, v = vertikale Distanz zwischen c und c1.
  • 3 zeigt das Scannersystem mit positioniertem Objekt obj und aktiviertem LED-Strahl; Ziffer 7 bezeichnet die Ebene π, auf der das zu erfassende Objekt obj positioniert ist, mit den Referenzachsen (x, y, z) und dem Rotationszentrum c, α = Winkel zwischen der Ebene π und der Ebene π1, 8 bezeichnet die Bildaufnahmeebene π1 mit Referenzsystem (X, Y, Z) und dem Zentrum c1, d = horizontale Distanz zwischen c und c1, v = vertikale Distanz zwischen c und c1., 9 bezeichnet das Profil des Ausschnitts, der vom LED-Strahl erfasst wird, in Verbindung mit der vertikalen Ausrichtung der LED (siehe 11), 10 bezeichnet den aktivierten LED-Strahl, 11 bezeichnet die vertikale Ausrichtung der LED und die Projektionsebene, 12 bezeichnet die Basisebene, die um das Zentrum c rotiert (siehe 7), 13 bezeichnet den Parallelstrahlbeobachter.
  • 4 zeigt das Scannersystem mit positioniertem Objekt obj und einen aktivierten Einzel-LED-Strahl; Ziffer 7 bezeichnet die Ebene π, auf der das zu erfassende Objekt obj positioniert ist mit den Referenzachsen (x, y, z) und dem Rotationszentrum c, α = Winkel zwischen der Ebene π und der Ebene π1, 8 bezeichnet die Bildaufnahmeebene π1 mit Referenzsystem (X, Y, Z) und dem Zentrum c1, d = horizontale Distanz zwischen c und c1, v = vertikale Distanz zwischen c und c1, 9 bezeichnet das Profil des Ausschnitts, der vom LED-Strahl erfasst wird, in Verbindung mit der vertikalen Ausrichtung der LED (siehe 11), 11 bezeichnet die vertikale Ausrichtung der LED und die Projektionsebene, 12 bezeichnet die Basisebene, die um das Zentrum c rotiert (siehe 7), 13 bezeichnet einen Parallelstrahlbeobachter, 14 bezeichnet den aktivierten Einzel-LED-Strahl und 15 bezeichnet die kontinuierlich in Abstimmung mit der digitalen Vermessung auf der Bildebene (2) rotierende Ebene.
  • 5 zeigt ein Beispiel für ein zu vermessendes Objekt obj, Ziffer 16 bezeichnet das zu vermessende Objekt
  • 6 zeigt Ansichten des zu vermessenden Objekts obj in den Ebenen xy, yz, xz, Ziffer 17 bezeichnet die Ansichten des Objekts in den Ebenen xy, yz, xz.
  • 7 zeigt den Aufbau eines Abschnittes auf Ebene z; des vermessenen Objekts obj, Ziffer 7 bezeichnet die Ebene π, auf der das zu erfassende Objekt obj positioniert ist, mit den Referenzachsen (x, y, z) und dem Rotationszentrum c, α = Winkel zwischen der Ebene π und der Ebene π1, 18 bezeichnet das Objekt im Querschnitt auf Ebene z gemäß 11, 19 bezeichnet das System zur Erstellung von 90° Segmenten und 20 bezeichnet die Zusammensetzung des vermessenen Profils des Objekts obj hinsichtlich der Referenzebene (x, y, z) gemäß 7.
  • 8 zeigt das verwendete rollenartige Trägermaterial spezieller Zusammensetzung aus kunststoff-, verbund-, oder papierartiges Material (Modul VT-MFII-Mod. A printing), Ziffer 21 bezeichnet das Format und 22 die spezifische Trenneinfügung.
  • 9 zeigt die Phasen des Druckens – Zuschnitt des Profils der Umrissvorlage – Trennung der Umrissvorlage von der Gegenschablone – Rest des Trägermaterials – Aktivierung der Adhäsivation – Aufbringen der Farbe auf die Profilschablone – Positionierung auf der Montageablage – Adhäsivation der Bögen – Trennung des Führungsrandes vom Trägermaterial (Modul VT-MFII-Mod. A printing), Ziffer 23 bezeichnet das Entfernen der durch Schneiden des Trägermaterials entstandenen Gegenschablone, 24 bezeichnet das Färben des Profils mit Farbwerten nach Maßgabe der Matrix 3Dc Logik.
  • 10 zeigt eine schematische Darstellung des vermessenen und nachgebildeten Objekts obj aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material (Modul VT-MFII-Mod. A printing), Ziffer 25 bezeichnet die Teilstück-Sequenz, in die das vermessene Objekt obj gemäß der Matrix 3Dc Logik unterteilt wurde.
  • 11 zeigt eine schematische Darstellung des vermessenen Objekts obj in der Druckphase des Wiedergabemoduls sowie die Aussparungen für das Einbringen der Verbindungsstifte, wobei die Aussparungen bündig mit den Trenneinfügungen des verwendeten kunststoff-, verbund-, oder papierartigen Trägermaterials sind (Modul VT-MFII-Mod. A printing), Ziffer 26 bezeichnet zeigt die bündig mit den Trenneinfügungen des Trägermaterials eingebrachten Aussparungen für die Kopplungsstifte.
  • 12 zeigt eine schematische Darstellung des vermessenen Objekts obj in der Druckphase des Wiedergabemoduls sowie die Aussparungen für das Anbringen der Verbindungsstifte, wobei die Aussparungen in der ebene Fläche des verwendeten bogenartigen Trägermaterials eingearbeitet wurden (Modul VT-MFII-Mod. A printing), Ziffer 26 bezeichnet die Aussparungen für die Kopplungsstifte, eingearbeitet in die Planfläche des Trägermaterials
  • 13 zeigt eine schematische Darstellung des vermessenen Objekts obj in der Druckphase im Wiedergabemodul (Modul VT-MFII-Mod. A printing), dargestellt ist die Adhäsivations-Phase der Schnitte aus bogenartigem Trägermaterial, hergestellt gemäß der Matrix 3Dr Logik, Ziffer 27 bezeichnet die Trennkante des Führungssockels, der entfernt werden muss, wenn die nachgebildeten Teile mittels Kupplungsstiften zusammengesetzt werden sollen.
  • 14 zeigt eine schematische Darstellung des Objekts obj in der abschließenden Phase des Zusammensetzens (Modul VT-MFII-Mod. A printing) mit den in die jeweiligen miteinander gefluchteten und entlang der Verbindungsflächen verteilten Aussparungen der Teile, in die das Objekt obj gemäß der Matrix 3Dr Logik zerlegt wurde, einzuführenden Kopplungsstiften, Ziffer 16 bezeichnet das gemäß der Matrix 3Dr Logik zusammenzusetzende Objekt obj, 26 bezeichnet die Aussparungen zur Aufnahme der Stifte und 28 bezeichnet die Kopplungsstifte.
  • 15 zeigt eine schematische Darstellung des Moduls zur dreidimensionalen Vermessung VT-MSII, Ziffer 1 bezeichnet das Scannermodul VT-MSII, Ziffer 7 bezeichnet die Ebene π, auf der das zu erfassende Objekt obj positioniert ist, mit den Referenzachsen (x, y, z) und dem Rotationszentrum c, 8 zeigt die Bildaufnahmeebene π1 mit Referenzsystem (X, Y, Z) und dem Zentrum c1, 10 bezeichnet den aktivierten LED-Strahl, 13 bezeichnet einen Parallelstrahlbeobachter/bildvermessungssystem, 16 bezeichnet das Objekt obj, das erfasst wird, und 29 bezeichnet die Führungsschienen, in denen das LED-Modul entlang der vertikalen Directrix z bewegt wird.
  • 16 zeigt das verwendete rollenartige Trägermaterial spezieller Zusammensetzung aus kunststoff-, verbund-, oder papierartiges Material (Modul VT-MFII-Mod. B printing), Ziffer 21 bezeichnet das Format und 22 die spezifische Trenneinfügung.
  • 17 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren vermessenen und nachgebildeten Objekts obj aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material, dargestellt in den Ebenen xy, yz, xz (Modul VT-MFII-Mod. B printing), Ziffer 16 bezeichnet ein Beispiel eines zu vermessenden und wiederzugebenden Objekts obj, 17 bezeichnet die Ansichten des nachgebildeten Objekts obj in den Ebenen xy, yz, xz.
  • Es folgen detaillierte Beschreibungen der folgenden Module:
    • 1. Integriertes Modul zur Berechnung und Verwaltung von Informatikdaten (VT-DataII);
    • 2. Scannermodul (VT-MSII)
    • 3. Fax-Wiedergabemodul (VT-MFII).
  • Modul VT-DataII:
  • Die Funktionsweise des elektronischen fotooptischen Systems VTII zur Erlangung der kartesischen Koordinaten (x, y, z) eines Objekts obj, basiert auf den mathematisch-geometrischen Beziehungen zwischen dem Objekt obj und dem Referenzsystem.
  • Beschreibung der Logik des Referenzsystems:
  • A. Erlangung der gewünschten kartesischen Koordinaten (numerische Matrizen P, 3D, 3Dr und 3Dc):
    • a) Auf einer Ebene π ist ein Objekt obj positioniert, die Ebene rotiert um einem Punkt c, das Rotationszentrum von π, die Rotationsachse steht senkrecht zur Ebene;
    • b) Die Position des Objektes obj ist so gewählt, dass mindestens ein Punkt des Objekts obj Teil der Rotationsachse der Ebene π durch den Punkt c ist (wie in a beschrieben);
    • c) Rotiert die Ebene π und das auf ihr ruhende Objekt obj um die Rotationsachse, so beschreibt jeder Punkt der Ebene und des Objektes obj einen Kreisbogen, dessen Radius gleich der Distanz zwischen dem jeweiligen Punkt Pi und der Projektion von Pi auf die Rotationsachse ist. Der Radius der Rotation beschrieben durch Pi soll RPi sein;
    • d) Eine zweite Ebene π1, deren genaue Beschreibung durch die Matrix der Richtungs-Kosinus von π1 festgelegt ist, ist im Raum positioniert. Betrachten wir nun die orthogonale Projektion der Kreisumfänge beschrieben von den Punkten Pi auf Ebene π1;
    • e) Die Projektion eines Kreisumfangs auf eine nicht parallele Ebene ergibt eine Ellipse, daraus lässt sich ableiten: Ein Beobachter, dessen Beobachtungspunkt in der Unendlichkeit liegt (d. h. ein Parallelstrahlbeobachter) im Bezug auf die durch π1 verlaufende Senkrechte, würde die kreisförmige Bewegung des Punktes Pi als elliptische Bewegung sehen;
    • f) Wenden wir nun die Rototranslationsgleichungen eines Referenzsystems auf das erste System (x, y, z), positioniert im Zentrum c der Ebene π, und das zweite Referenzsystem (X, Y, Z), positioniert auf der Ebene π1, an, wobei die Direktrix Z zusammenfällt mit der Geraden, die durch c auf π und senkrecht zu π1 verläuft (Directrix Z koinzident mit der Gerade c-c1);
    • g) Das mit der Rototranslation assoziierte Matrixsystem ermöglicht es, Koordinaten aus dem System (x, y, z) für das System (X, Y, Z) zu definieren und umgekehrt;
    • h) Der Beobachter in der Unendlichkeit bezogen auf π1, der gemäß (X, Y, Z) betrachtet, kann die genauen Positionen (x, y, z) anhand der Matrixgleichungen bestimmen. Sind die Positionen X, Y in (X, Y, Z) bekannt, und ist die Position des Bezugspunktes z gemessen in Bezug auf (x, y, z) bekannt, kann das Matrix-System gelöst werden.
  • B. Beschreibung der Erlangung der Koordinaten [x, y, z]:
    • a) Das Objekt obj sei auf der Basisebene (π) positioniert;
    • b) Die erste Position des Objekts obj in Bezug auf die Ebene (π) und das digitale Bildvermessungssystem (π1) ist definiert als Winkel 0°;
    • c) Ein linearer Lichtstrahl, projiziert parallel zur Basisebene (π), berührt das Objekt obj initial an einer Position, so dass gilt z1 = vertikale Ausrichtung = 0 + (Strahldicke)/2
    • d) Das digitale Bildvermessungssystem fotografiert (filmt) das Objekt obj und verknüpft die Position Winkel = 0° und z1 mit diesem „Sofortbild Messfoto/Einzelbild";
    • e) Anschließend erzeugt das digitale Bildvermessungssystem eine Anzahl von n „Sofortbild Messfotos/Einzelbildern" verknüpft mit den Positionen der Winkel = 0° und z1 mit i = 1: n entsprechend den Ebenen zi = z1 + (p × i) für i = 2 ... n, mit p = vertikaler Scan-Schritt (elektronisch einstellbare Parameter);
    • f) Im Anschluss an die Vervollständigung der Sequenz bei Winkel = 0° wird die Basisebene (π) um Winkel = 90° gedreht;
    • g) Eine Abfolge von n „Sofortbild Messfotos/Einzelbildern" verknüpft mit dem Winkel = 90°/zi wird dann fotografiert wie oben unter (e) angegeben;
    • h) Im Anschluss an die Vervollständigung der Sequenz bei Winkel = 90° wird die Basisebene (π) um Winkel = 180° gedreht;
    • i) Eine Abfolge von n „Sofortbild Messfotos/Einzelbildern" verknüpft mit dem Winkel = 180°/zi wird dann fotografiert wie oben unter (e) angegeben;
    • j) Im Anschluss an die Vervollständigung der Sequenz bei Winkel = 180° wird die Basisebene (π) um Winkel = 270° gedreht;
    • k) Eine Abfolge von n „Sofortbild Messfotos/Einzelbildern" verknüpft mit dem Winkel = 270°/zi wird dann fotografiert wie oben unter (e) angegeben;
    • l) Zum Zweck der Erstellung des geschlossenen 360° Profils des Objekts obj betrachten wir nun für jede der vier Sequenzen mit n Messbildern/Einzelbildern der vermessenen Digitalbilder (Winkel = 0°, Winkel = 90°, Winkel = 180°, Winkel = 270°) das Profilsegment mit 90°, berechnet auf der Winkelhalbierenden des Einfallswinkels als Intervall –45°/+45° (7);
    • m) Die Zusammensetzung der 4 vermessenen Profilsegmente wird durch die Rückführung der entsprechenden Profile zur Ebene mit Winkel = 0° wie folgt erreicht: Das Profil mit Winkel = 90°, Änderung der Koordinaten von: x90° zu y0°, und y90° zu x0°; Das Profil mit Winkel = 180°, Änderung der Koordinaten von: x180° zu x0°, und y90° zu –y0°; Das Profil mit Winkel = 270°, Änderung der Koordinaten von: x270° zu y0°, und y270° zu –x0°; wobei die Koordinaten x, y für jedes System im Rotationszentrum c positioniert werden, ausgewertet als Projektion des Einfallstrahls auf die Rotationsachse der Basisebene π.
  • C. Datenverarbeitungsmethoden:
    • a) Jedes Messfoto/Einzelbild, mit dem ein Winkelparameter und die Ebene z verknüpft sind, wird mit Hilfe von optischen Filtern und/oder mathematischen Berechnungen verarbeitet mit dem Ziel, nur den Teil des Objektes obj zu zeigen, der durch den aktivierten LED-Scan-Strahl getroffen wird;
    • b) Die Bildverarbeitung in (a) wird durch mathematische Verarbeitung auf eine Matrix von Zahlen reduziert, die mit Bildpixeln verknüpft sind;
    • c) Das auf diese Weise zerlegte Bild kann mit dem ebenen Koordinatenreferenzsystem der X, Y verknüpft werden, wobei dessen durch den Lichtstrahl hervorgehoben Punkte das Profil des Objekts obj darstellen, wie es auf die digitale Bilderzeugungsebene π1 projiziert wird;
    • d) Die auf diese Weise erzeugte Matrix ist vom Typ (0, 1), so dass jede numerische Information 1 mit einem Punkt in dem Profil des Objekts obj verknüpft ist und jede numerische Information 0 mit allen anderen verknüpft ist; die durchgezogene Linie, die durch alle Punkte des Typs 1 geht, entspricht dem Profil des Objekts obj (bezogen auf den Winkel und auf z), projiziert auf eine digitale Bilderzeugungsebene π1;
    • e) Nachdem ein Bildprofil erfasst wurde das mit dem Winkel und der Ebene z verknüpft ist, wird die Komposition der 90° Segmente wie in (1) und (m) von Absatz B dargestellt in der Bildkompositionsphase durchgeführt (7).
    • f) Am Ende der Operation erhält man einen Satz von n geschlossenen Profilen entsprechend dem Ebene zi; Profil, das hier verstanden wird als ein Satz von m Koordinaten des Typs (xk, yk, zi) mit k = Zahl der Unterteilungen des Profils = von 1 bis m; jedes Profil bezieht sich auf einem Vektor der Typ m Reihen, 3 Spalten [x, y, z];
    • g) Die Komposition aller n Vektoren, die mit den Ebenen zi verknüpft sind, erzeugt schließlich die Raummatrix 3D mit Art und Dimensionen 3D = [m n 3];
    • h) Da die Dimensionen der erfassten Matrix abhängig sind von der Auflösung des Digitalfotos (beispielsweise 480/640, 1200×600 Pixel), wird eine Skalierung durchgeführt, um die horizontale Unterteilung (640) und die vertikalen Unterteilung (480) des Fotomaßstabs auf die realen Ausmaße des Blickfelds zu skalieren, so dass mit Hilfe eines bekanntes horizontales Maßes auf der Grundebene alles auf diesen Wert reproportioniert wird; zum Beispiel: Wenn ein bekanntes Maß von 10 cm auf der Grundebene n einem Abstand von 400 Pixeln entspricht, so entspricht jeder Pixel einem Ableseintervall von (10 cm)/400 = 0,4 cm = 4 mm; diese Skalierung wird nur einmal am Ende des Berechnungsprozesses durchgeführt durch die Multiplikation der Matrix 3D mit Sf (Sf = Skalierungsfaktor), so dass man die Matrix der realen Koordinaten des Objekts 3Dr = 3D x Sf erhält, immer noch vom Typ [m n 3] – (Modul VT-MFII-Mod. A printing);
    • i) Erzeugung von Farbinformationen: Bevor jede Sequenz von n Bildern für die Positionen Winkel = 0°, Winkel = 90°, Winkel = 180°, Winkel = 270° digital fotografiert werden, wird eine digitale Fotografie des Objekts obj ohne jegliche verknüpfte Positionsinformation mit dem aktivierten LED-Strahl aufgenommen; die 4 Bilder werden als Farbprobenbild 0°, 90°, 180°, 270° definiert;
    • j) Die Maske der Profilpunkte auf der Ebene π1 kann mit den entsprechenden Bildpunkten verknüpft werden, von denen die Farbinformationen auch bekannt sind, wie oben in (h);
    • k) Das Drucksystem, das in dem Wiedergabemodul integriert ist, VT-MFII, verwendet die Farbinformationen, die mit den Punkten von π1 verknüpft sind; diese sind vom Typ [X, Y, Colour (Farbe)], berichtigt auf der Ebene π [x, y, Colour].
  • D. Berichtigung der Farben des Objekts obj:
    • a) Die Verknüpfung der Koordinaten von π1 mit der Bildfarbe 3Dc = [X, Y, C], wobei C = Zahl der entsprechenden Farbe. Die Zahl kann folgende Werte annehmen: Zahl zwischen 0 und 255 (Information über die Farbskala mit 256 Farben) oder durch die Benutzung der RGB-Methode mit 3 numerischen Informationen [0-255, 0-255, 0-255].
    • b) Verknüpfung der auf das Referenzsystem übertragenen Punkte (x, y, z) mit den entsprechenden (X, Y, C);
    • c) Erzeugung des Farbgraphen: Die Umsetzung des Schneideprofils im Wiedergabemodul VT-MFII (Mod. A printing) nutzt die Koordinaten der 3Dr-Matrix; zum Zweck der Einfärbung der genannten Profile werden die Positionen der Punkte von 3Dr mit den Positionen der Matrix 3Dc auf die folgende Weise verknüpft: Mit dem iten Profil von 3Dr als einem Vektor des Typs [x, y, zi], bestehend aus m Reihen, ist die Information von 3Dc[X, Y, C] mit den Koordinaten X, Y mit den Positionen i der 3D-Matrix verknüpft. Im Hinblick auf die Erstellung einer durchgehenden Farbkurve werden unterbrochene Linien eingesetzt, die aufeinander folgende Punkte verbinden durch lineare Interpolation der bekannten Punkte (X, Y, C) und der realen Punkte (x, y, zi).
  • E. Zusammensetzung der Matrizen P, 3D, 3Dr, 3Dc; die Operation ist wie folgt unterteilt:
    • 1. Das Schießen digitaler Messfotos/Einzelbilder auf Ebene π1: Bilder, die mit nicht-aktivierten LEDs fotografiert wurden, um Farbinformationen zu sammeln: Nr. 4 Bilder, die mit den Positionen des Objekts obj korrespondieren: Farbabtastungsbild bei 0°, 90°, 180°, 270°;
    • 2. Das Schießen digitaler Messbilder/Einzelbilder auf Ebene π1: Bilder, die mit aktivierten LEDs geschossen wurden: Ii, zi = erfasstes Bild, verknüpft mit den Indizes i = 1:4 (Bilder bei Winkel = 0°, Winkel = 90°, Winkel = 180°, Winkel = 270°), zi = 1: n (Scan-Ebenen);
    • 3. Verarbeitung der in 1 und 2 erfassten Bilder: a) Verarbeitung der Bilder Ii,zi mit einem Farbfilter (optischer oder mathematischer Filter), der nur die Teile des Bildes durchlässt, die von dem aktivierten LED-Strahl getroffen wurden; b) Extraktion der Profilmatrizen Pi,zi mit den Indizes i = 1:4 (Bilder bei Winkel = 0°, Winkel = 90°, Winkel = 180°, Winkel = 270°), zi= 1: n (Scan-Ebenen) enthalten die Profile, nutzen die Pixelpositionen als Koordinatensystem und verknüpfen die numerische Information 1 mit den Profilpunkten und der numerischen Information 0 mit allen anderen; diese Extraktion bezieht das Profilsegment, das –45°/+45° entspricht, ein, bewertet im Hinblick auf die Direktrix, die durch den Projektionspunkt der Ebene auf der Achse der Rotation der Basisebene geht und die gerade Linie, die senkrecht zur Bildebene steht; c) Rototranslation der Information der digitalen Bildebene π1 auf die rotierende Basisebene π, die Parameter sind definiert als: – d = Horizontales Maß des Abstandes zwischen dem Zentrum c der rotierenden Basisebene und der Projektion des Zentrum c1 der digitalen Bildebene π1; – v = vertikales Maß des Abstandes zwischen dem Zentrum c der rotierenden Basisebene und der Projektion des Zentrum c1 der digitalen Bildebene π1; – α = arctan (v/d); – T = Vektor der Translationskoordinaten des kartesischen Systems für die Bildbasisebene: n = [0 – d v] – R = Rotationsmatrix des kartesischen Systems von der Bildbasisebene:
      Figure 00270001
      – P = Vektor der Koordinaten, identifiziert auf Bildebene π1 mit Ebene Z, verbunden mit LED-Position = (X, Y, Z); – X = Koordinatenpunkte des von dem Bild erhaltenen Profils – Y = Koordinatenpunkte des von dem Bild erhaltenen Profils – Z = + z·sin (α) – (Y – z·cos (α))/tan(α) – (d2 + v2)1/2; – z = Ebene der mit dem Bild verbundenen LED-Position.
  • F. Rototranslation des kartesischen Systems von Ebene π1 auf Ebene π
    • a) 3D = Matrix rototranslationiert von der Ebene π1 auf die Basisebene n;
    • b) 3D = [P-T]·R
  • G. Erzeugung des Matrixsatzes 3Drr, 3Drrt für das radiale Koordinatensystem:
    • a) Unter Vorgabe der Matrizen 3Dr and 3Dc soll ihre Neuberechnung nach einem neuen Koordinatensystem des radialen Typs erfolgen. Auf der Grundlage der Definition von 3Dr als einer Matrix vom Typ [x y z] und der Definition der damit verbundenen Matrix als einer Matrix vom Typ 3Dc [x y C], welche eine Zusammensetzung vom Typ [x y z C] aufweist, können wir die Transformation der kartesischen Koordinaten von orthogonal auf radial gemäß der folgenden Definition vornehmen: Rg = Rg0 + S/360·θ = Windungsradius in Bezug auf die Rotationsachse; Rg = (x2 + y2)1/2; Rg0 = Anfangsradius der Achse der Spiralwindung; θ = (Rg – Rg0)·360/S = Windungswinkel [in Grad]; S = Dicke der spiralartig gewundenen Platte;
    • b) Wir definieren die Matrix, welche die Geometrie des Objektes obj in dem radialen System beschreibt, als die Matrix 3Drr = [Rg θ z], verbunden mit der korrespondierenden Matrix 3Dc, die eine Raum- und Oberflächenfarb-Matrix des Typs [Rg θ z C] bildet.
    • c) Die Matrix 3Drr ermöglicht es, das Volumen des Objekts zu konstruieren auf der Basis einer spiralgewundenen Rotationsachse mit einer Dicke von S; die konsekutiv zu schneidenden Vorlagen werden jeweils von den raumbegrenzenden Rändern des Matrixsets ermittelt, das das Volumen des Objektes obj beschreibt (Modul VT-MFII-Mod. B printing);
    • d) Unter Vorgabe der Matrix 3Drr wird die Schneidbedingung tg ermittelt gemäß der folgenden Logik: gegebene 3Drr = [Rg θ z] geordnet gemäß der zunehmenden Werte θ, z, die folgenden Informationen werden definiert: tg = aktiv = 1 (wenn zi ≠ zi+1) tg = inaktiv = 0 (wenn zi = zi + 1Drr)
  • Nachdem alle Informationen in dem Vektor [tg], zusammengefasst worden sind, erstellt man eine neue Matrix 3Drrt: 3Drrt = 3Drr + [tg] = [Rg θ z tg]
  • In der Rektifikationsebene der Spirale stellt der Schneideinformationsvektor [tg] die äußere Begrenzung des Objekts obj dar (Modul VT-MFII-Mod. B printing)
  • Das digitale fotooptische Scannermodul VT-MSII ist die Vorrichtung zur Erlangung der zur Definition der numerischen Matrizen 3Dr und 3Dc der Farb- und Raumkoordinaten des Objektes obj benötigten Daten und besteht aus:
    • 1. Rotationsbasisebene, auf der die zu vermessenden Objekte obj platziert werden;
    • 2. Digitales Bildvermessungs- und -erfassungssystem (Fotokamera oder Videokamera);
    • 3. System Lichtemittierender-LEDs zur Erzeugung eines linearen Lichtstrahls parallel zur Rotationsbasisebene projiziert, auf der die zu vermessenden Objekte obj platziert sind.
  • Im Folgenden werden die kennzeichnenden Eigenschaften dargelegt:
    • a) Im Zentrum der Rotationsbasisebene befindet sich ein Rotationsstift, dieser ermöglicht eine Rotation in Winkelpositionen zwischen 0° und 360°, die Bewegung kann manuell mittels Verstellen von Schrauben oder motorisiert mittels Verbindung zur Datenverwaltungshardware erfolgen;
    • b) Das digitale Bildvermessungs- und -erfassungssystem ist so angeordnet, dass die verwendete Fotokamera oder Videokamera die Modalitäten eines Systems vom Makro-Typ/Parallelstrahl-Typ erfüllen mit einer definierten Winkelposition (a) in Bezug auf die Rotationsbasisebene (n);
    • c) Das LED-System ist auf der Vertikalen der Aufnahmevorrichtung platziert, es generiert einen linearen Lichtstrahl, der parallel zur Rotationsbasisebene projiziert wird, in vorher festgelegten Abständen und Bewegungen, die entweder schrittweise oder kontinuierlich durch motorisierten Antrieb erfolgen. Die Positionierung des Lichtstrahls erfolgt in Koordination mit der Aufnahmesequenz der Messbilder/Einzelbilder, so dass jedem erlangten Bild eine bestimmte Position des projizierten Lichtstrahls zugeordnet ist; das LED-System ist mit einem elektronisch gesteuerten, kinematischen Mechanismus verbunden, der eine schrittweise Bewegung gemäß z auf der Basisebene n ermöglicht; werden die Bilder mittels einer digitalen Fotokamera erzeugt, so wird die Anzahl der Bilder in der Sequenz von 1 bis n der schrittweisen Positionierung des Scan-Lichtstrahls zugeordnet, d. h. Bild 1 wird eine Position Led/1 zugeordnet nach einem vorgegebenen Takt, der mit der Bewegung der Projektion des Lichtstrahls entlang des Verlaufs der vertikalen Führungsachse des Gerätes korrespondiert, Bildaufnahme 2 ist Schritt Led/2 zugeordnet, etc. Werden die Bildaufnahmen mittels einer Videokamera zur Aufzeichnung einer Bildsequenz von nf Bildern pro Sekunde [Bilder/s] erzeugt und wird das LED-System in eine kontinuierliche Bewegung der Geschwindigkeit Vz [mm/s] versetzt, so werden die Aufnahmeparameter folgendermaßen verknüpft: t ist ein beliebiger Zeitpunkt der Aufnahmebewegung eines digital erzeugten Messbildes/Frames, gemessen vom Beginn der Bewegungssequenz bezüglich der Videokameraaufnahme/Bewegung der LED-Scan-Strahl Ebene ist definiert: N Bild = Bildnummer = t × nf S Bild = Positionsveränderung verbunden mit N Bild = t × Vz
    • Wenn die Aufnahmeparameter nf und vz so vorausgesetzt werden, kann die Ebene z des zu vermessenen Objekts obj definiert werden durch Unterteilung der gesamten Aufnahmedauer Tr in n Schritte, so dass t = Tr/n = Zeitintervall zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern, d. h. durch Vergrößerung von n wird die numerische Matrix 3D vergrößert;
    • d) Die in das Modul integrierte Hardware sieht die im Zusammenhang mit Modul VT-DataII, Paragraph (A) to (E) beschriebene Vorgehensweise vor.
  • Modul VT-MFII:
  • Das beschriebene Fernkopierer-Wiedergabemodul VT-MFII besteht aus einem Drucker zur farbigen, dreidimensionalen Wiedergabe der externen Oberflächen eines Objekts obj, das vermessen oder mittels CAD-3D gestaltet wurde, in kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material.
  • Dieses Wiedergabemodul bietet verschiedene Druckverfahren, nämlich Mod. A printing, gesteuert durch die Logiken 3Dr und 3Dc, wenn das Trägermaterial vom kunststoff-, verbund-, oder papierartigen Typ in Form von Bögen vorliegt; und Mod. B printing, gesteuert durch die Logiken 3Drrt und 3Dc, wenn das Trägermaterial vom kunststoff-, verbund-, oder papierartigen Typ in Form von Rollen vorliegt.
  • Mod. A printing des Moduls VT-MFII gibt die externen Oberflächen des Objektes obj wieder mittels Schablonieren und Überlagerung der ebenen Flächen (entsprechend der Unterteilung des wiederzugebenden virtuellen Objekts obj in parallele Schichten gemäß der Matrix 3Dr) des gewählten und verwendeten Trägermaterials vom kunststoff-, verbund-, oder papierartigen Typ, wenn dieses in Form von Bögen vorliegt (12).
  • Mod. B printing des Moduls VT-MFII ergibt die externen Oberflächen des Objektes obj wieder mittels Schablonieren und Windung der durchgehenden Oberfläche um eine Rotationsachse (entsprechend der Unterteilung des wiederzugebenden virtuellen Objekts obj in spiralgewundene Schichten in Einklang mit der Matrix 3Drr) des gewählten und verwendeten Trägermaterials vom kunststoff-, verbund- oder papierartigen Typ, wenn dieses in Form von Rollen vorliegt (17).
  • Angegliedert an die Schnittvorrichtung des Wiedergabemoduls VT-MFII zur Verarbeitung des verwendeten Trägermaterials vom bogen- und/oder rollenartigen Typ (Schnittverwaltung gemäß VT-DataII Logik vom Typ 3Dr und 3Drrt) ist eine Druckvorrichtung zur farbigen Wiedergabe der externen Oberflächen eines Objekts obj mit Wiedergabetreue bezüglich Detailgrad und Digitalfoto-Qualität (Druckerverwaltung gemäß VT-DataII Logik vom Typ 3Dc). Ebenfalls im Modul enthalten sind die Datenverarbeitungs-Hardware und das System zur Verbindung mit einem PC und/oder Netzwerk mit Verbindungsmöglichkeiten über die bereits weiter oben beschriebenen Schnittstellen.
  • Die sequentielle Schnittverarbeitung der Ebenenprofile (VT-MFII- Mod. A printing) ist in den Daten der Matrix 3Dr enthalten, da diese Matrix durch Verwendung der n Ebenen des Level zi generiert wurde, in die das virtuelle Volumen des Objekts obj zerlegt wurde; diese Zerlegungsebenen, die parallel und benachbart angeordnet sind, entsprechen materiell dem verwendeten bogenartigen Trägermaterial in seiner spezifischen Zusammensetzung und Struktur aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material.
  • Das kontinuierliche Schneiden der spiralgewundenen Profile der Drehungswinkel (VT-MFII-Mod. B printing) erfolgt anhand der Matrix 3Drrt und sieht den Aufbau des Objektes obj mittels Windung um eine Rotationsachse, die der Vertikalachse z im Zentrum der Ebene n entspricht und durch das Objekt obj verläuft, vor, wobei die durchgehende Radialkoordinaten-Oberfläche des Objekts obj um diese Rotationsachse physikalisch dem verwendeten rollenartigen Trägermaterial aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material mit der Dicke S entspricht.
  • Die Hardware im System des Modul VT-MFII ermöglicht die Zerlegung der Matrix 3Dr in n Ebenen und die Zerlegung der Matrix 3Drrt in n Spiralen (Maximalwert für den Radius = Rgmax = Rg0 + S/360·θ max; n = θ max/360), die Skalierung der Auflösung und Unterteilung der Ebenen und Spiralen erfolgt nach den Vorgaben des Benutzers.
  • Der Rundaufbau des dreidimensionalen Volumens des Objekts obj wird mittels speziellem Zusammenfügen der Profile, in die das ursprüngliche Volumen des Objektes obj unterteilt und aus denen es wieder zusammengefügt wurde, erreicht. Diese kombinatorische Besonderheit ermöglicht die Wiedergabe des dreidimensionalen Volumens des Objekts obj in praktisch unbegrenzten Ausmaßen, so dass die Möglichkeit der Wiedergabe des Umrisses eines jeden beliebigen Objekts obj, das zuvor durch das VT-DataII-Modul in die numerischen Matrizen 3Dr, 3Drrt und 3Dc umgerechnet wurde, in kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material und in Dimensionen, die durch die Unterteilung in modulare Teilstücke nach einer an das zu realisierende Volumen angepassten Skala weder durch die Größe des Objekts noch die gewünschte Ausgabegröße beschränkt sind.
  • Das als Fax-Empfänger beschriebene Wiedergabemodul ist schematisch wie folgt aufgebaut:
    • 1) Raum, in welchem sich Kassetten befinden zur Bevorratung des bogenartigen Trägermaterials (Mod. A printing);
    • 2) Raum, in welchem die Achse/Dorn enthalten ist zur Bevorratung des rollenartigen Trägermaterials (Mod. B printing);
    • 3) System zum Laden, Ausrichten und Prädisponieren des gewählten bogenartigen Trägermaterials (aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material) für die Schneidehase (Mod. A printing);
    • 4) System zum Laden, Ausrichten und Prädisponieren des gewählten rollenartigen Trägermaterials (aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material) für die Schneidehase (Mod. B printing);
    • 5) Niedrigenergie-Lasertrennsystem, aktiviert gemäß der Matrix 3Dr (Mod. A printing) und Matrix 3Drrt (Mod. B printing);
    • 6) System zur Trennung des bearbeiteten bogenartigen Trägermaterials von der Gegenschablone – (Mod. A printing);
    • 7) System zur Trennung des bearbeiteten rollenartigen Trägermaterials von der Gegenschablone – (Mod. B printing);
    • 8) Farbdrucksystem, vorgesehen für die Verwendung mit bogen- und rollenartigem Trägermaterial (aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material), aktiviert durch die Matrix 3Dc (Mod. A printing und Mod. B printing);
    • 9) System zur Aktivierung der erlangten Oberflächen vom bogenartigen Typ (entsprechend der spezifischen Eigenschaften des verwendeten Trägermaterials) für die nachfolgende Phase der Adhäsivation (Mod. A printing);
    • 10) System zur Stapelung und Verdichtung des bearbeiteten bogenartigen Trägermaterials (Mod. A printing);
    • 11) System zur Verdichtung des bearbeiteten rollenartigen Trägermaterials (Mod. B printing).
  • Das Formen des Objekts obj, wie zuvor beschrieben, erfolgt mit Hilfe eines Niedrigenergie-Lasertrennsystems, der Schnittkopf wird elektronisch von der Hardware des Moduls VT-MFII auf Basis der Informationen aus den Matrizen 3Dr and 3Drrt gesteuert; diese Art der Formgebung erlaubt auch das Schneiden von besonderen Hohlräumen (Stiftöffnungen), die bündig mit und/oder innerhalb der ebenen Flächen des bearbeiteten Reproduktionsträgers (Ziffer 26 in 11) der spezifischen Trenneinfügung des verwendeten Reproduktionsträgers aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material (Ziffer 22 in 8) positioniert sind, für eine vorher festgelegte, anschließend fortlaufend produzierte Folge von Ebenen und Spiralen des zu rekonfigurierenden Objekts obj.
  • Diese Aussparungen erzeugen die Stiftöffnungen, die zur Verbindung der bearbeiteten Teile des Objekts obj verwendet werden; diese Verbindung wird durch das Einsetzten der zugehörigen Kopplungsstifte, die in ihrer Form identisch mit und Gegenstück zu den geschnittenen Aussparungen sind (siehe Ziffer 26 und 28, Abb. 14, wiedergegeben mit Mod. A printing); die Position und Anzahl der zur Koppelung der Teile des dreidimensionalen Volumens des zu rekonfigurierenden Objekts obj benötigten Stifte ist abhängig vom vorher festgelegten Wiedergabe-Maßstab des Objekts obj.
  • Die Vorrichtung ist zur Reproduktion der Färbung der Umrisse (Schablone) der Reproduktionsträger (aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material) geeignet, die von beiden Schnittsystemen des Moduls VT-MFII erzeugt werden (Mod. A printing and Mod. B printing), mit einer Wiedergabetreue in Digitalfoto-Qualität; die Färbung erfolgt entsprechend der Farbe des nten Ebenenprofils des Volumens des Objekts obj (Matrix 3Dc), wobei die Zuordnung der Farbinformation entsprechend den Punkten des Profils und/oder mittels Übertragung von benutzerdefinierten Vorgaben aus einem CAD-3D-Entwurf erfolgt.
  • Die kunststoff-, verbund-, oder papierartigen Materialien, aus denen die verschiedenen Reproduktionsträger bestehen (bogenartiges/Mod. A printing und rollenartiges/Mod. B printing), die vom Modul VT-MFII zur Realisierung der Umrisse des Objekts obj verwendet werden, sind standardisiert bezüglich Form, Umfang und spezifischen Trenneinfügungen (Ziffer 21 und 22, Abb. 8 und 16). Jede Trägermaterialart besitzt spezifische Eigenschaften aufgrund ihrer Zusammensetzung, ausgelegt für die Verarbeitung mit dem zugehörigen Adhäsions- und Färbematerialien.
  • Die Druckphasen Mod. A printing und Mod. B printing des Moduls können wie folgt beschrieben werden:
    • 1. Laden des kunststoff-, verbund-, oder papierartigen bogenartigen Trägermaterials aus der Vorratskassette auf die Schneidebasisebene (Mod. A printing);
    • 2. Laden des kunststoff-, verbund- oder papierartigen rollenartigen Trägermaterials von dessen Achse/Dorn auf die Schneidebasisebene (Mod. B printing);
    • 3. Sequentielles Schneiden der nten Ebenenprofile, in die das Objekt obj gemäß Matrix 3Dr (Mod. A printing) unterteilt wurde, und Trennen der erlangten Positiv-Schablonen (Umrisse) von den entsprechend produzierten negativen Gegenschablonen;
    • 4. Kontinuierliches Schneiden der nten Drehwinkel, in die das Objekt obj gemäß Matrix 3Drrt (Mod. B printing) unterteilt wurde, und Trennen der erlangten Positiv-Schablonen (Umrisse) von den entsprechend produzierten negativen Gegenschablonen;
    • 5. Farbiges Bedrucken mittels eines Tintenstrahl-Systems oder eines mit den verwendeten Bögen aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material kompatiblen Systems gemäß der Matrix 3Dc (Mod. A printing);
    • 6. Farbiges Bedrucken mittels eines Tintenstrahl-Systems oder eines mit den verwendeten Rollen aus kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material kompatiblen Systems gemäß der Matrix 3Dc (Mod. B printing);
    • 7. Sensibilisierung und Aktivierung des verarbeiteten bogenartigen Trägermaterials zur Adhäsivation gemäß den besonderen Eigenschaften des verwendeten kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Materials (Mod. A printing), das wie in 1, 3 und 5 beschrieben bearbeitet wurde.
    • 8. Positionierung des verarbeiteten bogenartigen Trägermaterials auf der Stapelablage zur Aufnahme der folgenden wie in 1, 3, 5 und 7 weiter oben beschrieben bearbeiteten bogenartigen Trägermaterialien (Mod. A printing);
    • 9. Verdichtung des wie oben in 1, 3, 5, 7 und 8 beschrieben bearbeiteten bogenartigen Trägermaterials mittels konsekutiver schrittweiser Adhäsivation und finaler Fixierung gemäß den besonderen Eigenschaften des verwendeten Materials (Mod. A printing);
    • 10. Verdichtung des wie oben in 2, 4 und 6 beschrieben verarbeiteten rollenartigen Trägermaterials mittels konsekutiver Adhäsivation gemäß der besonderen Eigenschaften des verwendeten Materials (Mod. B printing);
    • 11. (Der Druckkopf im Modul VT-MFII ermöglicht eine Nutzung des Geräts im täglichen Gebrauch als einfaches Fax; zu diesem Zweck wird normales Papier aus einer am Gerät angebrachten dafür vorgesehenen Vorratskassette eingezogen).
  • Der finale dreidimensionale Aufbau des Objekts obj, bestehend aus dem Scannermodul und/oder einem PC mittels CAD-3D-Design, der durch das Wiedergabemodul in kunststoff-, verbund-, oder papierartigem Material wiedergegeben werden soll, wird durch die Verbindung der geformten bogen- und/oder rollenartigen Trägermaterialen durch Zusammenfügen und Blockieren mittels der Verbindungen, die durch das Einsetzen der Kopplungsstifte in die dafür vorgesehenen, gemäß der besprochenen Logik in die Trägermaterialen eingefügten, spiegelbildlichen und genau eingefluchteten Aussparungen erreicht.
  • Diese geformten und verbundenen Teile, die das in Abschnitte unterteile Volumen des wieder zusammenzusetzenden Objekts obj bestimmen, werden gefärbt gemäß der besprochenen Logik und einer Farbreinheit und abgestuften Kolorierung gemäß der echten Farben der Oberfläche des vermessenen Objekts obj mit Wiedergabetreue in Digitalfoto-Qualität für beide Druckverfahren Mod. A printing und Mod. B printing.

Claims (9)

  1. Elektronisches fotooptisches System zur Vermessung, Digitalisierung und Wiedergabe der externen Oberfläche eines dreidimensionalen Objekts, virtuell oder in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material, umfassend ein integriertes Modul zur Berechnung und Verwaltung von Informatikdaten, ein Scannermodul und ein Wiedergabemodul, wobei das integrierte Berechnungsmodul geeignet ist zur Beschreibung der mathematischen Logik, die in der Hardware des Scannermoduls (1) und des Wiedergabemoduls (2) verwendet wird: i) wobei das Scannermodul (1) geeignet ist zur Vermessung, mittels einer digitalen Fotokamera oder einem digitalen Bildvermessungs- und -erfassungssystems, einer Bildsequenz des zu erfassenden Objekts, verbunden mit einer konsekutiven und synchronisierten sequentiellen Projektion, positioniert und bewegt in vorbestimmten Schritten, eines linearen Lichtstrahls, projiziert parallel auf die Ebene (x, y), auf welcher das Objekt platziert ist, und auftreffend auf die Oberfläche des zu vermessenden Objektes; ii) wobei das integrierte Berechnungsmodul geeignet ist zur Verarbeitung der oben in i) erfassten Information und zur Wiedergabe der Mathematik, welche die Geometrie der externen Oberfläche des erfassten, als Modell genommenen Objekts beschreibt, Erzeugung der Raumkoordinaten des Objektes gemäß einem kartesischen Referenzsystem mit drei Achsen (x, y, z) als Logik des integrierten Berechnungsmodells; iii) Mittel zur Übertragung der wie oben in i) und ii) erfassten mathematischen Daten zu einem PC für eine virtuelle Wiedergabe des erfassten Objekts; spezifische Softwaremittel, geeignet zur Ermöglichung der Bereitstellung (Rendering) der verfüg baren mathematischen Daten an das CAD-3D-System, um in der Lage zu sein, Modifikationseingriffe auszuführen; iv) Mittel zur Übertragung der wie oben in i), ii) und iii) erfassten mathematischen Daten an eine entfernte Station, wobei das Wiedergabemodul (2) geeignet ist zur Wiedergabe einer Kopie in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material der externen Oberfläche des Objekts, erfasst mittels des Scannermoduls (1), oder der externen Oberfläche eines PC-generierten virtuellen Objekts, von einer CAD-3D-Datei zu einem 3Dr, spezifische Softwaremittel, geeignet zur Übertragung der mathematischen Daten 3Drrt und 3Dc-Typ-Datendatei gemäß der Logik, angegeben durch das integrierte Berechnungsmodul, wobei das 3Dr eine numerische Matrix der kartesischen Koordinaten des real-skalierten Objektes ist, das 3Drrt eine numerische Matrix ist, welche die Geometrie des Objektes in dem Radialsystem mit Vorlagenschneidinformation beschreibt, und 3Dc eine numerische Matrix ist, die mit den Farben des Objektes verknüpft ist; v) wobei das Wiedergabemodul (2) geeignet ist zum Farbdrucken der externen Oberfläche des in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material wiederzugebenden Objektes unter Verwendung des 3Dc-Typ-Datendatei-formats gemäß der Logik, die mittels des integrierten Berechnungsmoduls angezeigt wird.
  2. Elektronisches fotooptisches System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Informatikdaten-Berechnungs- und Management-modul geeignet ist zur Erzeugung, ausgehend von aus digitalen Bildern erhaltener Information, einer numerischen Matrix 3Dr, welche die Koordinaten (x, y, z) der externen Oberfläche eines zu berechnenden Objektes repräsentiert; einer numerischen Matrix 3Dc, welche die Farbkoordinaten des dem Scannen unterzogenen Objektes repräsentiert; einer zweiten Matrix 3Drr, 3Drrt, erhalten mittels einer 3Dr-Neuberechnung gemäß einer Radialtyp-Koordinate, wobei die Matrizenberechnung das Ergebnis ist von: – Mitteln zur Erfassung der Daten unter Verwendung der Rototranslationsgleichungen des kartesischen Referenzsystems mit Achsen (x, y, z), posi-tioniert in dem Zentrum c der Ebene π, auf welcher das zu erfassende Objekt positioniert ist, und dem zweiten Referenzsystem (X, Y, Z), positioniert in dem Zentrum c1 der Bildaufnahmeebene π1, wobei die Mantellinie Z, die mit der geraden Linie durch die Punkte c von π und c1 von π1, wobei die Mantellinie Z zusammenfällt mit der geraden Linie durch die Punkte c von π und c1 von π1 und mit der Fokusrichtung der parallelstrahldigitalfotoelektrischen Vorrichtung, die zur Erfassung der Bilder verwendet wird; wobei das zu scannende Objekt auf der Ebene π platziert wird und die digitale Bildvermessungsvorrichtung auf der Ebene π1 angeordnet wird, wobei die Ebenen π und π1 zueinander verrückt und geneigt werden, wobei die Gleichung, die ihr Verhältnis beschreibt, 3D ist, derart, dass: 3D = [P – T]·R– R = Rotationsmatrix des kartesischen Systems von der Bildbasisebene:
    Figure 00410001
    – P = Vektor der Koordinaten, identifiziert auf Bildebene π1 mit Level Z, verbunden mit LED-Position = (X, Y, Z); – X = Koordinatenpunkte des von dem Bild erhaltenen Profils; – Y = Koordinatenpunkte des von dem Bild erhaltenen Profils; – Z = + z·sin (α) – (Y – z·cos (α))/tan (α) – (d2 + v2)1/2; – z = Level der mit dem Bild verbundenen LED-Position; – T = Vektor der Translationskoordinaten des kartesischen Systems der Bildbasisebene: T = [0 – d v]; – d = Horizontales Maß der Distanz zwischen dem Zentrum c der Ebene π und der Projektion des Zentrums c1 der Ebene π1; – v = Vertikales Maß des Abstandes zwischen dem Zentrum c der Ebe-ne π und der Projektion des Zentrums c1 der Ebene π1; – α = Arctan (v/d); – Mitteln zur Erzeugung des Matrixsets für das radiale Koordinatensystem mittels Neuberechnung der Matrizen 3Dr, 3Dc gemäß einem neuen Koordinatensystem des radialen Typs. 3Dr ist eine Matrix vom Typ [x y z] und der verbundenen Matrix 3Dc[x y C], welche eine Zusammensetzung vom Typ [x y z C] aufweist; – Mitteln, geeignet zur Berechnung der Transformation der kartesischen Koordinaten von orthogonal nach radial gemäß der folgenden Definition: – Rg = Rg0 + S/360·θ = Windungsradius in Bezug auf die Rotation-achse – Rg = (x2 + y2)1/2 – Rg0 = Anfangsradius der Achse der Spiralwindung – θ = (Rg – Rg0)·360/S = Windungswinkel [in Grad] – S = Dicke der spiralartig gewundenen Platte – Die Matrix, welche die Geometrie des Objektes obj in dem radialen System beschreibt, ist die Matrix 3Drr = [Rg θ z], verbunden mit der korrespondierenden Matrix 3Dc, so wie bildend eine Raum- und Oberflächenfarb-Matrix des Typs [Rg θ z C]; die Matrix 3Drr ermöglicht es, das Volumen des Objekts zu konstruieren auf der Basis einer spiralgewundenen Rotationsachse, aufweisend eine Dicke S; die konsekutiv zu schnei denden Vorlagen werden jeweils von den raumbegrenzenden Rändern des Matrixsets erhalten, dass das Volumen des Objektes beschreibt; die Schneidebedingung tg wird gemäß der folgenden Logik erhalten: gegebene 3Drr = [Rg θ z] geordnet gemäß zunehmenden Werten θ, z: – tg = aktiv = 1, wenn zi ≠ zi+i – tg = inaktiv = 0, wenn zi = zi+i Drr – Mittel zur Berechnung aller Information in den Vektor [tg] und die neue Matrix 3Drrt: – 3Drrt = 3Drr + [tg] = [Rg θ z tg]; – Mitteln zur Platzierung des zu scannenden Objektes auf der Ebene π (7) in einer ersten Position, definiert als Winkel 0° in Bezug auf die Achse senkrecht zu der Ebene π (7), verlaufend durch ihr Zentrum c, wobei sich ein LED-Lichtstrahl bei einem vertikalen Level z befindet in Bezug auf die Ebene π (7) und ein digitales fotoelektrisches System von dem Parallelstrahl-Typ zur Aufnahme der Bilder verwendet wird, entsprechend der Ebene π1 (8), wobei das digitale fotoelektrische System das gescannte Objekt mittels des LED-Lichtstrahles, mit welchem der vertikale Level z verbunden ist, getroffen sieht; wobei das digitale fotoelektrische System geeignet ist zur Vermessung aller der Bilder des Objektes in einer 0°-Winkelposition bei den verschiedenen vertikalen Leveln, die zwischen z = 0 und der Höhe des Objektes enthalten sind, mittels seiner Unterteilung in n Teile, anschließende Wiederholung der gleichen Operationen für die Rotationen des Objektes in Winkelpositionen von 90°, 180°, 270° auf der Ebene π (7) in Bezug auf den Winkel 0° von π1 (8); Mittel zur Übersetzung der erhaltenen Bilder in numerische Matrizen, welche Dimensionen aufweisen entsprechend der Anzahl von Pixeln, verwendet von dem gewählten Format in dem Digitalbildaufnahmesystem mit numerischen Werten entsprechend der realen Farbe des vermessenen Objektes, wobei jedes erlangte Bild in eine numerische Matrix übersetzt wird, während nur die mittels des LED-Strahls getroffenen Farbpixel mathematisch selektiert werden, Umwandeln dieser Pixelpositionen in den numerischen Wert 1 und Verknüpfung des numerischen Wertes 0 mit den verbleibenden, nicht durch den Strahl getroffenen Bildpixeln, wobei die auf diese Weise neu berechneten Matrizen Dimensionen aufweisen entsprechend der Anzahl von Bildpixeln, gemäß den horizontalen und vertikalen Richtungen, von welchen die Positionen des numerischen Wertes 1 den mit den vertikalen Leveln z verbundenen Profilen entsprechen, wobei von diesen Profilen weiterhin ein radiales Segment betrachtet wird, entsprechend –45°/+45° in Bezug auf den Referenzwinkel und nachfolgend in 90°-Segmente neu berechnet wird, bis sie ein komplettes 360°-Profil beschreiben; all diese vollständige Profilinformation, die einen Teil der Ebene π1 (8) mit Referenzsystem (X, Y, Z) bildet und mit den n vertikalen Leveln verbunden ist, wird in das Referenzsystem (x, y, z) übertragen mittels der Rototranslations-Matrix, wovon das endgültige Ergebnis die Oberfläche des gescannten Objektes in kartesischen Koordinaten repräsentiert, d. h. die Matrix 3D; Mittel zur Multiplikation der Matrix 3D mittels des Skalierungsfaktors Sf, der alle die Information zu der Realgröße des erlangten Objektes reproportioniert, erhaltend die numerische Matrix 3Dr = 3D × Sf; Mittel zur Erzeugung der Farbinformation unter Verwendung von vier Bildern bei Rotationswinkeln 0°, 90°, 180°, 270°, ohne Projektion des LED-Strahles erlangte Bilder, und nachfolgend wiedergebildet in 90°-Segmenten unter Verwendung von Segmenten von –45°/+45°, relativ zu den Bezugpositionen der Winkel 0°, 90°, 180°, 270°; Mittel, geeignet zur Übersetzung all dieser Information in eine numerische Matrix 3Dc, in welcher der Punkt die Pixelpositionsinformation und die entsprechende Farbnummer repräsentiert, welche vom Typ einer 256-Farben-Skalierung [0–255] sein kann, oder von dem RGB-Typ [0- 255/0-255/0-255], wobei die Pixelpositionen von dieser Matrix 3Dc den jeweiligen Positionen der numerischen Koordinatenmatrix 3D entsprechen.
  3. Ein elektronisches fotooptisches System gemäß Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Modul für die mathematische Berechnung und Verwaltung der Informatikdaten enthält: – Mittel, geeignet zur Formulierung der Parameter für die Erlangung der Information, benötigt von dem integrierten Berechnungsmodul zum Ordnen der numerischen Matrizen 3D, 3Dr, 3Dc, d. h. Formulierung der Auflösung des Digitalbildvermessungssystems und des dimensionalen Levelparameters auf der z-Achse, verbunden mit der Bewegung des kontinuierlichen oder Schritt-bei-Schritt-Typs einer Ebene des Scan-Lichtstrahls, projiziert parallel zu der Basisebene; – Mittel, geeignet zur Erlangung der Daten betreffend die externe Oberfläche eines vorher existierenden Objekts, als Modell gewählt und dem Scannen unterzogen; – Mittel, geeignet zur mathematischen Verarbeitung der erlangten Daten, deren Übersetzung in kartesische Koordinaten und Erzeugung einer Datendatei; – Bestimmte Softwaremittel, geeignet zur Verwaltung der Gesamtheit der Daten; – Mittel, geeignet zur Verwaltung der Daten mittels einer Hardware, geeignet zur Erlangung und Verarbeitung von Daten bei einer hohen Geschwindigkeit und einer Benutzerinterfacesoftware, wobei die Hardware integriert sein kann in das Motherboard des Scannermoduls (1) und des Reproduktionsmoduls (2) mit spezifischer Software für das elektronische fotooptische System; – Mittel, geeignet zur Nutzung der numerischen Matrix 3Dr zur Koppelung, mittels Übersetzung in CAD-3D-Format mit den dreidimensionalen Formaten des CAD-3D-Systems; – Mittel, geeignet zur Verwendung der externen Geometrie des erlangten Objekts, verfügbar für CAD-3D, um es zu ermöglichen, die Oberfläche zur Darstellung in einem PC zu rendern; – Mittel, geeignet zum Importieren von Daten, betreffend die Oberfläche von Objekten aus CAD-3D-Systemen, deren Übersetzung in die spezifische Koordinate des orthogonalen und radialtypartigen Formatsystems der Vorrichtung; – Mittel, geeignet zur Verarbeitung der Datendateien durch Skalierung der Dimensionen des Objektes, entweder direkt wie gewünscht und/oder deren Modifizierung mittels des CAD-3D-Import-Export-Systems; – Mittel, geeignet zum Gebrauch der numerischen Matrizen 3Dr, 3Drrt und 3Dc, erhalten durch Erlangung oder durch Import aus CAD-3D, zur Übertragung der Daten zu dem Reproduktionsmodul (2), entweder lokal und/oder mittels eines Netzwerks, drahtlosen Systems und/oder einer direkten Telefonleitung zu einer entfernten Station; – Mittels des spezifischen Koordinatenformatsystems: Orthogonaltypformat und/oder Radialtypformat, Mittel, geeignet zur Wiedergabe des Volumens des Objektes in kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material und Wiedergabe der entsprechenden Farben mit einer Wiedergabetreue von der Art der Digitalfotografie.
  4. Ein elektronisches fotooptisches System gemäß Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Scannermodul (1) umfasst: – Mittel, geeignet zur Vermessung und Erlangung von digitalen Bildern oder digitalen Fotogrammen/Frames von beliebiger Art von Objekt in vorbestimmten Win kelpositionen; Mittel, geeignet zur Vermessung und Erlangung von Digitalbildern oder digitalen Fotogrammen/Frames der vorbestimmten sequentiellen Schrittpositionen einer Ebene eines LED-artigen Lichtstrahls, der parallel zu der Basisebene projiziert ist, auf welcher das dem Scannen unterzogene Objekt platziert ist, und der das besagte Objekt trifft, verbunden mit dieser vordefinierten sequentiellen Projektion, die entlang des Bildaufnahmefeldes des verwendeten Digitalsystems aktiv ist, eine synchronisierte Bewegung, so dass diese Bewegung entweder kontinuierlich oder in vorbestimmten Schritten erfolgen kann; im Fall kontinuierlicher Bewegung ist eine Videokameraaufnahme verbunden, um Übereinstimmung zwischen Fotogrammen/Frames und Verlagerungen in jeder Zeiteinheit zu erhalten, wobei die Fotogramme/Frames und Verlagerungen mit vordefinierten und daher bekannten Ebenenmaßen zusammenfallen; wenn die Bewegung schrittweise erfolgt, wird mit jeder vordefinierten Position der Ebene des Scanstrahles das entsprechende mittels der Fotokamera erhaltene Bild verbunden; – Digitale Aquisitionsmittel, geeignet zur Bereitstellung der Daten, die für die Berechnung der numerischen Matrizen der Raumkoordinaten 3Dr und ihrer entsprechenden Farbmatrix 3Dc gemäß der besagten Logik benötigt werden.
  5. Ein elektronisches fotooptisches System gemäß Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Scannermodul (1) umfasst: – eine digitale Fotokamera oder ein digitales Vermessungs- und Bilderlangungssystem, so platziert, um eine Bildaufnahmeebene mit einem fotografischen System vom Makro-Typ aufzuweisen, d. h. mit parallelen Strahlen und wobei die Neigung der Aufnahmeebene reguliert wird gemäß einer vordefinierten Winkelposition in Bezug auf die gerahmte Rotationsbasisebene; – ein LED-System, positioniert auf der Vertikalen der Digitalbild-Aufnahmevorrichtung, geeignet zur Erzeugung eines linearen chromatischen Licht strahls, projiziert parallel zu der rotierenden Basisebene, die das zu scannende Objekt trägt; der Lichtstrahl wird in Koordination mit schrittweiser oder kontinuierlicher Bewegungssequenz des verwendeten Digitalbild-Aufnahme-systems bewegt, so dass mit jedem erlangten Bild auch die Position verbunden ist in Bezug auf die Basisebene des projizierten Lichtstrahls, der das Objekt trifft, d. h. die Distanz zwischen der Ebene und dem Strahl.
  6. Ein elektronisches fotooptisches System gemäß Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiedergabemodul (2) umfasst: – Mittel, geeignet zur Wiedergabe und Colorierung in Kunststoff-, Verbund- und Papierbogen der externen Oberfläche eines virtuellen Objektes, geordnet mittels der Orthogonal-Typ-formatigen numerischen Matrizen 3Dr und 3Dc des integrierten Berechnungsmoduls, gemäß Ansprüchen 1, 2 und 3; – Mittel, geeignet zur Wiedergabe und Colorierung in kunststoff-, verbund- und papierartigem Material von der Rolle der externen Oberfläche eines virtuellen Objektes, geordnet mittels der Radial-Typ-formatigen numerischen Matrizen 3Drrt und 3Dc des integrierten Berechnungsmoduls; – für das bogenartige Trägermaterial: Mittel, geeignet zum sequentiellen Schneiden der Profile des wiederzugebenden Objektes in den n Ebenen, aus welchen es gebildet ist, materiell entsprechend den verwendeten Reproduktionsträgern eines kunststoff-, verbund- oder papierartigen Typs, wobei die Schneideoperation in den Daten der Matrix 3Dr enthalten ist, da die n Ebenen von Level zi des Objektvolumens zur Erzeugung dieser Matrix verwendet wurden; wobei die in dem Modulsystem enthaltene Hardware die Zerlegung der Matrix 3Dr in die n Ebenen, Skalierung und gewünschte Auflösung und die Unterteilung der Ebenen gemäß den Bedürfnissen des Nutzers sicherstellt; – für das rollenartige Trägermaterial: Mittel, geeignet zum kontinuierlichen Schneiden der Profile des wiederzugebenden Objektes in den n spiralgewundenen Schichten, aus welchen es gebildet ist, wesentlich entsprechend den verwendeten Reproduktionsträgern eines kunststoff-, verbund- oder papierartigen Typs, wobei die besagte Schneidoperation in den Daten der Matrix 3Drrt enthalten ist; die in dem Modulsystem enthaltene Hardware ist geeignet, die Zerlegung der Matrix 3Drr in die n Schichten, gewunden als Spirale um die Rotationsachse, und die gewünschte Skalierungsauflösung sicherzustellen.
  7. Ein elektronisches fotooptisches System gemäß Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: – einen Raum, in welchem sich Kassetten befinden zur Bevorratung des zu verwendenden bogenartigen Materials; – einen Raum, in welchem die Achse/der Dorn enthalten ist, auf welchem das rollenartige Nutzmaterial gespeichert ist; – ein System zum Laden, Ausrichten und Prädisponieren des gewählten kunststoff-, verbund- oder papierartigen bogenartigen Trägermaterials für die Schneidephase; – ein System zum Laden, Ausrichten und Prädisponieren des gewählten kunststoff-, verbund- oder papierartigen rollenartigen Trägermaterials für die Schneidephase; – ein Laser schwacher Leistung, der gemäß der Logik der Matrizen 3Dr und 3Drrt aktiviert wird; – ein Farbdrucksystem, das für das gewählte kunststoff-, verbund- oder papierartige Trägermaterial vorgesehen ist und das eingesetzt wird gemäß Matrix 3Dc-Logik unter Verwendung von 3Dr-Daten für das bogenartige und 3Drr-Daten für das rollenartige Trägermaterial; – ein System zur Sensibilisierung der verarbeiteten Oberfläche für die nachfolgende Phase der spezifischen Adhäsivation für das verwendete bogenartige Trägermaterial; – ein System zum Stapeln und Verdichten der bogenartigen, wie oben gezeigt verarbeiteten Trägermaterialien; – einen fax-artigen Druckkopf allgemeiner Verwendung.
  8. Ein elektronisches fotooptisches System gemäß Ansprüchen 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel aufweist, die geeignet sind zum: – Laden des kunststoff-, verbund- oder papierartigen bogenartigen Trägermaterials von dessen Vorratskassette auf die Schneidebasisebene; – Laden des kunststoff-, verbund- oder papierartigen rollenartigen Trägermaterials von dessen Achse/Dorn auf die Schneidebasisebene; – Schneiden des n-ten Ebenenprofils, in welches das Objekt gemäß der Matrix-3Drrt-Logik für rollenartiges Trägermaterial unterteilt worden ist; – Farbdrucken mittels eines Inkjet-Systems oder eines Systems, das kompatibel ist mit den verwendeten kunststoff-, verbund- oder papierartigen Trägermaterialien gemäß der Matrix 3Dc gemäß der 3Dr-Logik für bogenartige Trägermaterialien und gemäß der 3Drr-Logik für rollenartige Trägermaterialien; – Sensibilisierung und Aktivierung des verarbeiteten bogenartigen Trägermaterials zur Adhäsivation gemäß den spezifischen Besonderheiten des verwendeten kunststoff-, verbund- oder papierartigen Materials; – Positionierung des geformten bogenartigen Trägermaterials auf der spezifischen Stapelablage zur Aufnahme der nachfolgenden, wie oben gezeigt verarbeiteten Trägermaterialien; – Verdichtung der wie oben gezeigt verarbeiteten bogenartigen Trägermaterialien, bewirkt mittels konsekutiver schrittartiger Adhäsivation und mit Fixierung und Anbringung der Abschluss-Trägermaterialien gemäß den spezifischen Besonderheiten des verwendeten Materials; – dreidimensionale Rundum-Konfiguration des erhaltenen Objektes mittels spezifischer Verbindung der wie oben gezeigt verarbeiteten bogenartigen und rollenartigen Trägermaterialien, Kopplung der colorierten Abschnitte des Objektvolumens mittels Kopplungsstiften, eingesetzt in die entsprechenden, gemäß der angegebenen Logik erzeugten Öffnungen, wobei es diese kombinatorische Eigenschaft ermöglicht, in unbegrenzter Weise die dimensionale Größe des zu reproduzierenden Objektes zustande zu bringen mittels der Re-Proportionierung, der Dekomposition und der Rekonfiguration in eine beliebige Anzahl von farbigen Abschnitten des oder der zu reproduzierenden Objekte, vorangehend verarbeitet gemäß der durch das integrierte Berechnungsmodul angezeigten Logik.
  9. Ein elektronisches fotooptisches System gemäß Ansprüchen 1 bis 8, wobei die bogenartigen und die rollenartigen Trägermaterialien, die Umrisse des dem Scannen unterzogenen oder von einem CAD-3D-Design erhaltenen Objektes wiedergeben und realisieren, dadurch gekennzeichnet sind, dass sie aus kunststoff-, verbund- oder papierartigem Material hergestellt sind und standardisiert bezüglich Form, Umfang und Trenneinfügungen, geeignet zur Separierung des Führungsrandes der verarbeiteten Umrissvorlage gemäß besagter Logik, und dass sie zugeordnet und spezifisch gemäß der Typologie des verwendeten Materials sind; wobei jedes bogenartige und rollenartige Trägermaterial spezifische Besonderheiten aufweist, was sie an das entsprechende Färbematerial anpasst und der gemäß den Matrizen 3Dr und 3Drrt angewiesenen Formgebung, wobei die Logik auch das Schneiden von besonderen Hohlräumen gewährleistet an der Basis von einigen Abschnitten des zu rekonfigurierenden Objektes, Einschnitte, die die Stiftöffnungen oder Hohlräume erzeugen, verwendet zur Verbindung der verarbeiteten Teile des Objektes mittels spezifischer Einsetz- und Kopplungsstifte, welche zu den geschnittenen Hohlräumen gleiche Umrisse aufweisen, wobei die Position und die Anzahl der für eine Koppelung benötigten Stifte von den Dimensionen des zu reproduzierenden Objektes abhängt, und Mittel, geeignet zur Färbung der bogenartigen und rollenartigen Trägermaterialien gemäß der Farbinformation, empfangen von der Matrix 3Dc, worin jede Matrize 3Dr und 3Drr die Färbung des gewünschten Objektes, welche die Chromatizität wiedergibt, mit einer digitalfotoartigen Wiedergabe des Objektes gemäß dem Bild, erhalten oder definiert durch den Benutzer mittels von einem CAD-3D-System transferierter Information, verbunden hat.
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