DE69213749T2 - Verfahren und vorrichtung zur punktualmessung von raumkoordinaten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur punktualmessung von raumkoordinaten

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optischelektronisches System zur Punktualmessung bzw. punktweisen Messung von Raumkoordinated. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum punktweisen Messen von Raumkoordinated, wobei eine Berührungssonde mit einer Mindestzahl von drei punktgroßen Lichtquellen an bekannten Koordinated relative zu einem Ortssondenfestkoordinatensystem und mit einem Berührungspunkt an einer bekannten Stelle relativ zum Ortskoordinatedsystem mit dem Punkt, für den die Koordinated bestimmt werden sollen, in Berührung gebracht wird.
  • Das System bzw. die Vorrichtung basiert auf der Verwendung von optisch-elektronischen Winkelsensoren, die geeicht sind für Messung von Winkeln in zwei Dimensionen (Räumlicher Richtung) zu aktiven Lichtquellen oder diffusen Lichtreflexen hin, wie dies z.B. durch die Erfinder in der norwegischen Patentschrift Nr. 165046 (entsprechend EP- 0409875 A und WO-A-89/09922) beschrieben ist.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt eine Systemlösung unter Verwendung eines einzigen Winkelsensors in Kombination mit einer Meßsonde vor, wie dies durch die Erfinder in der norwegischen Patentanmeldung Nr. 901831 (und entsprechend WO- A-91/16598, die Stand der Technik nur aufgrund von Art. 54/3 darstellt) sowie in der SE-PS 456 454 beschrieben ist.
  • Ein erfindungsgemäßes, im norwegischen Patent 165046 beschriebenes System erlaubt die mit hoher Genauigkeit erfolgende Registrierung von Position, Orientierung und/oder Oberflächengeometrie von sowohl statischen als auch dynamischen Objekten. Dies ist mit verfügbaren berührungsfreien Meßtechniken nur in einem begrenzten Maß möglich. Die Flexibilität (Anpaßbarkeit) und Transportierbarkeit des Systems macht dieses für Meßaufgaben einsetzbar, die mittels herkömmlicher mechanischer Koordinatenmeßmaschinen nicht gelöst werden können. Solche Maschinen sind groß und komplex, kostenaufwendig und wenig flexibel. Das System ist für hohe Genauigkeit optimiert
  • Da ein (einziger) Winkelsensor allein die Information der Richtung nur zu einem Punkt liefert, werden herkömmlicherweise zwei oder mehr Winkelsensoren in Kombination miteinander verwendet. Die Raumkoordinaten eines Punkts werden nach einer sog. Schnittechnik (intersection technique) berechnet. Ausgehend von bekannten Koordinaten der Winkelsensoren sowie den gemessenen räumlichen Richtungen, werden die Koordinaten für den Punkt berechnet, an welchem die Sichtlinien von den einzelnen Winkelsensoren einander schneiden. Bei Verwendung von zwei Winkelsensoren soll der Schnittwinkel möglichst nahe bei 90º liegen, um optimale Genauigkeit in allen drei Dimensionen (x, y, z) zu erzielen. Dies bedingt hohe Anforderungen an freie Sicht, weil alle Meßstellen aus mindestens zwei verschiedenen Richtungen sichtbar sein müssen. Dies kann in industriellen Anwendungsfällen ein Problem darstellen, weil das zu (ver)messende Objekt häufig durch Arbeitsautomaten oder andere Fertigungsausrüstung teilweise oder vollständig verdeckt ist.
  • Mit der vorliegenden Weiterentwicklung wird eine vereinfachte Vorrichtung auf der Grundlage eines (einzigen) Winkelsensors und einer speziell geformten Berührungssonde vorgeschlagen. Raumkoordinaten können unter Verwendung nur eines Winkelsensors bestimmt werden, wenn die Berührungssonde mit einer Mindestzahl von drei Meßpunkten an bekannten Stellen relativ zum Berührungspunkt der Sonde ausgestattet ist. Durch die Verwendung einer Berührungssonde werden Visier- oder Sichtfehler ausgeschaltet, und zwar sowohl aufgrund der Tatsache, daß der (die) Meßpunkt oder -stelle selbst für den Winkelsensor nicht sichtbar sein muß, solange alle Meßpunkte der Sonde gesehen werden, als auch aufgrund der Tatsache, daß die Sichtlinienerfordernisse auf die nur eines Winkelsensors reduziert werden oder sind. Dies führt zu einem besseren Einrichten (setup) des Winkelsensors, einem besseren Zugang zu schwierigen Bereichen, zu besserer Transportierbarkeit und erhöhter Meßgeschwindigkeit.
  • Normalerweise liefert ein System, das auf nur einem Winkelsensor basiert, nicht die gleiche Genauigkeit in Raumkoordinaten wie Systeme, die auf einer Anzahl von Winkelsensoren entsprechender Art basieren. Dies gilt insbesondere für die Richtung der Tiefe relativ zum Winkelsensor. Es gibt jedoch eine Anzahl von Geometrie- Meßaufgaben, bei denen die Anforderungen an Flexibilität und Meßgeschwindigkeit höher sind als die an Genauigkeit. Zudem gibt es eine Anzahl industrieller Meßprobleme, wo eine hohe Genauigkeit in zwei Dimensionen, aber weniger in der Tiefe erforderlich ist, z.B. bei der Bestimmung der Geradheit und Rundheit eines Flugzeugrumpfes.
  • Die norwegische Patentschrift 165046 beschreibt einen vollautomatischen und genau geeichten Winkelsensor, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Dieser Sensor wurde entwickelt zuin Messen der Richtung zu punktartigen aktiven Lichtquellen oder durch aktive Lichtquellen beleuchteten Punkten. Hierdurch wird eine sichere Meßpunktidentifizierung sichergestellt und damit ein automatischer Betrieb ermöglicht; zudem werden ein großes (großer) Signal-Rauschen-Verhältnis bzw. Rauschabstand gewährleistet und damit ein Beitrag zu hoher Genauigkeit geleistet.
  • Der Winkelsensor umfaßt hauptsächlich ein Kameragehäuse 1, eine Linseneinheit 2 und ein(e) zweidimensionale(s) Array (Matrix) 3 lichtempfindlicher Elemente 5. Die Linseneinheit ist ein(e) Kameralinse oder -objektiv mit üblicher, sphärischer Optik einer Brennweite, die hauptsächlich durch die Bildwinkel- oder Sehfelderfordernisse bestimmt ist. Möglicherweise kann die Linse eine Antireflexbeschichtung oder ein optisches Filter aufweisen, das an die spektrale Verteilung der zu verwendenden Lichtquellen angepaßt sein muß. Die lichtempfindlichen Elemente können z.B. vom CCD- (Ladungsverschiebe-Element-) - oder CID- (Ladungsinjektions- Element-)Typ sein. Aufgrund der Genauigkeitserfordernisse werden normalerweise Matrizes maximaler Auflösung angewandt. Wenn die Systemgeschwindigkeit von hauptsächlicher Bedeutung ist, werden Matrizes mit weniger Elementen verwendet. Hohe Genauigkeit wird durch Anwendung genauer Maßnahmen zum Eichen des Winkelsensors gewährleistet. Dies ist in der norwegischen Patentschrift 165046 beschrieben.
  • Fig. 2 veranschaulicht das Prinzip für Raumrichtungsmessungen. Die vollautomatische Funktion des Winkelsensors beruht auf der Verwendung aktiver Lichtquellen, z.B. von Leuchtdioden 6. Das vom Linsensystem 2 gelieferte Bild des Lichtemissionspunkts 6 ist ein beleuchteter Fleck 7 auf dem Array lichtempfindlicher Elemente 3. Das Bild beleuchtet eine Anzahl von Elementen 5 mit einer Intensitätsverteilung, die durch die Größe des Emissionspunkts und die Auflösung des Linsensystems gegeben ist. Die Position oder Lage des beleuchteten Flecks ist ein eindeutiges Maß der räumlichen Richtung oder Raumrichtung zum abgebildeten Punkt. Die Raumrichtung ist zu zwei Winkeln α und β gegeben. β ist der Winkel zwischen der Raumrichtung und der horizontalen Symmetrieebene des Winkelsensors, und α ist der Winkel zwischen der optischen Achse und der Richtung zur Projektion des Lichtemissionspunkts in die horizontale Symmetrieebene hin. Beide Winkel α und β besitzen an der optischen Achse Größen von 0.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Winkelsensor in Kombination mit einer Berührungssonde zu verwenden, die mit einer Mindestzahl von drei Lichtquellen in bekannten Koordinaten relativ zu einem lokalen oder örtlichen, sondenfixierten bzw. gegenüber der Sonde festen Koordinatensystem ausgestattet ist. Zudem weist die Berührungssonde einen Berührungspunkt (Referenzpunkt) auf, der beispielsweise eine Form einer Nadelspitze besitzen kann. Wenn die Lage oder Stelle dieses Punkts relativ zum örtlichen Koordinatensystem bekannt ist, kann die Position der Berührungssonde zu diesem Punkt in Beziehung gesetzt werden.
  • Im wesentlichen entspricht die Funktion der Berührungssonde der in der SE-PS 456 454 beschriebenen; sie kann gemäß der norwegischen Patentanmeldung 901831 auswechselbare Werkzeuge aufweisen. Fig. 3 zeigt eine Sonde zum Bestimmen der Koordinaten eines Punkts. Die Sonde umfaßt einen Körper 8, drei Lichtquellen 9 - 11 und einen als Nadelspitze geformten Berührungspunkt 12.
  • Gemäß dieser Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger optisch-elektronischer Winkelsensor, der ausgelegt ist zum Messen der räumlichen Richtung zu den punktgroßen Lichtquellen, so angeordnet wird, daß sein Sehfeld/Arbeitsbereich grundsätzlich das zu messende Objekt abdeckt, und so, daß die Lichtquellen der Berührungssonde für den Winkelsensor für alle betreffenden Meßpunkte sichtbar sind, daß die räumliche(n) Richtung(en) für jede der Lichtquellen der Berührungssonde gleichzeitig registriert werden, und daß die Position und Orientierung der Berührungssonde relativ zum einzigen Winkelsensor aus den registrierten räumlichen Richtungen berechnet wird, und so, daß die Position der Berührungssonde zu ihrem Berührungspunkt mit dem Meßobjekt in Beziehung gesetzt wird.
  • Ferner ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch einen einzigen optisch-elektronischen Winkelsensor, der ausgelegt ist zum Messen der räumlichen Richtung zu den punktgroßen Lichtquellen, und eine Einheit zum Berechnen von Position und Orientierung der Berührungssonde relativ zum einzigen Winkelsensor auf der Grundlage der Kenntnis der Position der Lichtquellen relativ zum Berührungspunkt der Sonde und der gemessenen Richtungen vom Winkelsensor zu den einzelnen Lichtquellen, und derart, daß die Position der Sonde zum Berührungspunkt in Beziehung gesetzt ist oder wird.
  • Gemäß weiteren Merkmalen der Vorrichtung ist erfindungsgemäß die Vorrichtungs-Berührungssonde mit dem Datenprozessor der Vorrichtung so verbunden, daß die Beleuchtungszeit und -intensität für jede einzelne Sonden- Lichtquelle anhand des Signalpegels, der zu jedem Zeitpunkt durch den Winkelsensor registriert wird, geregelt werden kann.
  • Außerdem weisen die Lichtquellen eine gut definierte und bekannte spektrale Verteilung auf, und der Winkelsensor weist ein an diese Verteilung angepaßtes optisches Filter auf.
  • Weitere Merkmale des Verfahrens werden vorgeschlagen, nach denen die Koordinaten eines Satzes von Objektpunkten unter Heranziehung verschiedener Lagen des Winkelsensors relativ zum Objekt wiederholt gemessen werden und alle gemessenen Koordinaten mittels einer Analyse kleinster Quadrate oder einer Bündeleinstellberechnung (bundle adjustment calculation) kombiniert werden, um die Gesamt- Koordinatengenauigkeit zu verbessern.
  • Weitere Merkmale der Erfindung finden sich in der folgenden Beschreibung nicht einschränkender Beispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • Fig. 4 eine auf einem (einzigen) Winkelsensor und einer Berührungssonde basierende Vorrichtung und
  • Fig. 5 eine Berührungssonde mit 5 Lichtquellen.
  • Fig. 4 veranschaulicht ein(e) vollständige(s) System bzw. Vorrichtung für punktweise Koordinatenmessung. Die Vorrichtung umfaßt einen Winkelsensor 13, z.B. der gleichen Art, wie sie in der norwegischen Patentschrift 165046 beschrieben ist, eine Berührungssonde 14, einen Datenprozessor 15 und ein Operatorterminal 16. Eine Koordinatenmessung erfolgt durch Inberührungbringen der Berührungssonde mit dem zu messenden Objekt bzw. Meßobjekt in der Weise, daß ihr(e) Berührungsspitze oder -punkt 12 das Objekt an der interessierenden Stelle berührt. Die räumlichen Richtungen zu jedem der einzelnen Lichtpunkte der Sonde werden mittels des Winkelsensors 13 registriert. Alle Lichtemissionspunkte werden gleichzeitig registriert, so daß für jede Registrierung eine Anzahl von durch das Array lichtempfindlicher Elemente des Sensors registrierten Intensitätsmaxima vorliegen, und zwar entsprechend der Zahl der Lichtquellen in der Berührungssonde.
  • Der Datenprozessor 15 der Vorrichtung ist für die Erfassung von Meßdaten vom Winkelsensor und die Analyse bzw. Auswertung der Daten verantwortlich. Die Datenauswertung umfaßt im wesentlichen:
  • - Meßzeit und Belichtungszeitregelung zwecks Optimierung des Rauschabstands;
  • - rdentifizierung der einzelnen Lichtquellen, d.h. Bestimmung, welcher Punkt oder Fleck im Bild welcher Lichtquelle entspricht;
  • - Berechnen der räumlichen Richtung für jede einzelne Lichtquelle auf der Grundlage der Bildinformation;
  • - Berechnen von Raumkoordinaten für die Berührungssonde.
  • Die Berechnung der Raumkoordinaten der Berührungssonde ist auf die bekannte Lage der einzelnen Lichtquellen relativ zu einem sondenfixierten, örtlichen Koordinatensystem bezogen. Das Berechnungsprinzip kann auf einer herkömmlichen Rückwärtseinschnittechnik oder photogrammetrischen Berechnungsmethode basieren. Durch Anwendung der Photogrammetrietechnik wird die Projektion der Lichtpunkte in das Array lichtempfindlicher Elemente des Winkelsensors ausgewertet. Die Projektion kann als eine Rotations- und Translationsmatrix beschrieben werden, welche die Position und Orientierung der Berührungssonde relativ zum Winkelsensor angibt. Die Berechnung basiert auf der Minimierung von Fehlern (Analyse kleinster Quadrate bzw. Fehlerquadratanalyse) unter Verwendung redundanter Information. Die nötigen mathematischen Grundlagen finden sich in H.M. Kamara (Hrsg.): "Non-topographic photogrammetry", zweite Auflage, 1987, S. 37-55.
  • Für die Durchführung der Berechnung ist es wesentlich, die einzelnen Lichtquellen zu identifizieren, d.h. welcher der registrierten Lichtflecke im Bild welcher der Lichtquellen entspricht. Dies ist aus zwei Gründen wichtig: Um einmal die gemessenen Richtungen für jeden Lichtpunkt zu den richtigen örtlichen Koordinaten oder Ortskoordinaten für diesen Punkt relativ zum sondenfixierten Koordinatensystem in Beziehung zu setzen, und, wenn es nötig ist, die Lichtintensität oder Belichtungszeit einer der Lichtquellen einzustellen, zu wissen, bei welcher (Lichtquelle). Die Berührungssonde wird durch einen Operator in der Hand gehalten. Es ist mithin wichtig, daß alle Lichtquellen gleichzeitig abgebildet werden, um Fehler infolge von Sondenbewegungen zu vermeiden. Dies bedeutet, daß die Identifizierung nicht durch Einschalten der Lichtquellen in einer Sequenz erfolgen kann. Die Identifizierungsmaßnahme hängt von der Form der Berührungssonde ab. Ferner sollte es möglich sein, die Lichtpunkte auch dann zu identifizieren, wenn im Bild ein oder mehrere Punkte fehlen, wenn z.B. Teile der Sonde durch Objekte innerhalb des Sehfelds (Bildwinkels) verdeckt sind.
  • Zur Erzielung optimaler Genauigkeit ist es wesentlich, einen möglichst großen Rauschabstand zu erzielen. Eine Methode, dies zu erreichen, besteht in der Verbindung der einzelnen Lichtquellen der Berührungssonde mit dem Datenprozessor in der Weise, daß die Belichtungszeit und/oder Stromwerte auf der Grundlage der gemessenen Intensitätswerte für jede Lichtquelle auf optimale Bedingungen eingestellt werden können. Diese Methode macht die Vorrichtung in bezug auf den zulässigen Abstand zwischen dem Winkelsensor und der Berührungssonde sehr flexibel.
  • Das allgemeine Umgebungslicht oder andere Lichtquellen im Meßfeld kann/können bei den Messungen einen bedeutsamen Störsignal- oder Rauschenanteil hervorrufen. Zur Verminderung dieses Anteils können Lichtquellen einer gut definierten spektralen Verteilung verwendet werden; zusätzlich kann der Winkelsensor mit einem optischen Filter ausgestattet werden, das alles Licht außerhalb dieses Spektralbereichs beseitigt.
  • Bei Anwendung der beschriebenen Maßnahme werden die berechneten Koordinaten relativ zu einem Koordinatensystem, das durch die Position und Orientierung des Winkelsensors definiert ist, angegeben. Die Messungen können zu einem beliebigen (gegebenen) Koordinatensystem in Beziehung gesetzt werden, solange in diesem Koordinatensystem eine Mindestzahl von drei Punkten gut definierter Koordinaten vorhanden ist. Eine Messung der globalen Koordinaten dieser Punkte liefert die nötigen Daten zum Transformieren aller gemessenen Koordinatenwerte in das örtliche oder Ortskoordinatensystem.
  • Eine verbesserte dreidimensionale oder 3D-Meßgenauigkeit kann durch Kombinieren von Messungen der gleichen Punkte von verschiedenen Winkelsensorstellen um das Objekt herum erzielt werden. Die Meßdaten können mittels der Analyse kleinster Quadrate oder Bündeleinstellung (bundle adjustment) auf der Grundlage der gleichen mathematischen Konzepte, wie sie für die Theodolit-Meßdatenanalyse angewandt werden, analysiert werden. Nach dieser Methode wird die mangelhafte Genauigkeit in der Tiefenrichtung relativ zum Winkelsensor durch hochgenaue Messungen von anderen Sensorstellen ersetzt.
  • Wenn die in der vorliegenden Patentanmeldung beschriebene Vorrichtung in Kombination mit einer auf zwei Winkelsensoren basierenden Vorrichtung, wie in der norwegischen Patentschrift 165046 beschrieben, eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, zunächst eine Anzahl von Hilfsreferenzpunkten zu positionieren und ihre genaue Position relativ zu einem relevanten Koordinatensystem unter Heranziehung mehrerer Winkelsensorstellen zu messen. Durch Verwendung von einem oder zwei Winkelsensor(en) zum Messen nur eines kleinen Teils des Gesamtobjekts können dann diese Hilfsreferenzpunkte benutzt werden, um alle Messungen zum richtigen Koordinatensystem in Beziehung zu setzen.
  • Ein aus Monitor und Tastatur bestehendes Operatorterminal 16 ist mit dem Datenprozessor verbunden, damit der Operator mit der Vorrichtung kommunizieren kann. Diese Einheit kann beispielsweise für die kontinuierliche und endgültige Darstellung der Meßergebnisse benutzt werden.
  • Die Verwendung nur eines Winkelsensors zum Bestimmen von Raumkoordinaten schränkt die Form der Berührungssonde stark ein. Die Genauigkeit der berechneten Koordinaten hängt von Form und Größe der Meßsonde relativ zum Abstand vom Winkelsensor und vom Sehfeld des Sensors ab. Die Mindestzahl der Lichtquellen beträgt drei; dies kann jedoch mehrdeutige Ergebnisse und mangelhafte Genauigkeit liefern. In Fig. 5 ist eine Berührungssonde mit fünf Lichtquellen vorgeschlagen (dargestellt), von denen drei eine Ebene definieren, während die restlichen beiden von dieser Ebene getrennt sind. Eine solche Form ergibt eine beträchtlich verbesserte Genauigkeit sowie eine vergleichsweise einfache und sichere Identifizierung jeder Lichtquelle.
  • Vorstehend sind in der norwegischen Patentschrift 165046 beschriebene Winkelsensoren vorausgesetzt. Diese können durch andere Arten von Winkelsensoren, z.B. automatische Teodoliten, ersetzt werden. Normalerweise können Theodoliten mehrere Lichtquellen nicht gleichzeitig registrieren, wodurch die Datenerfassung zeitraubend wird.
  • Im vorliegenden Zusammenhang soll der Ausdruck "Winkelsensoren" auf der Photogrammetrietechnik basierende elektrooptische Sensoren mit einschließen. In der Photogrammetrie wird ein Punkt als durch das Projektions zentrum eines Linsensystems abgebildet angesehen. Die Richtung ist als die Bildkoordinaten des Bilds oder der Abbildung des Punkts in der Bildebene gegeben. Die innere Orientierung der Kamera, d.h. die Beziehung zwischen der Raumrichtung und dem Bildpunkt beschreibenden Parameter, muß bekannt sein.
  • Die beschriebene Meßvorrichtung löst eine Anzahl von Meßproblemen, für die derzeit keine praktisch anwendbare Methode zur Verfügung steht:
  • - Ausrichtung bzw. Ausfluchtung und Einstellung von industriellen Fertigungszellen, bei denen infolge unzureichender Sicht keine Teodoliten eingesetzt werden können;
  • - sog. Crash-Tests in der Automobilindustrie: Wie verformt sich das Fahrzeuginnere? Theodolitensysteme und herkömmliche Photogrammetrie können nur für die Bestimmung der äußeren Verformung des Fahrzeugaufbaus eingesetzt werden;
  • - Vermessung der inneren Geometrie von Flugzeug- und Hubschrauberrümpfen;
  • - Bestimmung des dynamischen Verhaltens eines Objekts durch Anbringung der Berührungssonde am Objekt, um eine feste Beziehung zwischen dem internen, sondenfixierten Koordinatensystem der Sonde und einem örtlichen, objektfixierten Koordinatensystem zu bekommen.
  • Aufgrund des automatischen Betriebs, der Flexibilität (Anpaßbarkeit) und des einfachen Einrichtens der Meßvorrichtung ist diese gegenüber der herkömmlichen Verwendung von Theodoliten in einer Vielzahl von Anwendungsfällen gut konkurrenzfähig:
  • - Vermessen der äußeren Geometrie von Flugzeugen, Hubschraubern, Fahrzeugen usw., wo die Genauigkeitsanforderungen in allen Raumdimensionen nicht so hoch sind, z.B. (bezüglich) Geradheit und Rundheit eines Flugzeugrumpfes;
  • - Messung von Verformung (Abwärtsdurchbiegung) z.B. eines Flugzeugflügels;
  • - hochpräzise Großvolumen-Messungen unter Anwendung mehrerer Winkelsensorstellen; dies ist anwendbar für die Prüfung der Koordinaten einer Anzahl von gut definierten Kontrollpunkten oder für die Aufstellung eines Satzes genauer Referenzpunkte, die zu benutzen sind, wenn Messungen innerhalb kleinerer Teile eines großen Objekts vorzunehmen sind.

Claims (5)

1. Verfahren zur punktweisen Messung von Raumkoordinaten, bei dem eine Berührungssonde (14) mit einer Mindestzahl von drei punktgroßen Lichtquellen (9, 10, 11, 17, 18) an bekannten Koordinaten relativ zu einem Ortssondenfestkoordinatensystem und mit einem Berührungspunkt (12) an einer bekannten Stelle relativ zum Ortskoordinatensystem mit dem Punkt, für den die Koordinaten bestimmt werden sollen, in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet:
- daß ein einziger optisch-elektronischer Winkelsensor (13), der ausgelegt ist zum Messen der räumlichen Richtung zu den punktgroßen Lichtquellen, so angeordnet wird, daß sein Sehfeld/Arbeitsbereich grundsätzlich das zu messende Objekt abdeckt, und so, daß die Lichtquellen (9, 10, 11, 17, 18) der Berührungssonde (14) für den Winkelsensor (13) für alle betreffenden Meßpunkte sichtbar sind,
- daß die räumliche(n) Richtung(en) für jede der Lichtquellen (91 10, 11, 17, 18) der Berührungssonde gleichzeitig registriert werden, und
- daß die Position und Orientierung der Berührungssonde (14) relativ zum einzigen Winkelsensor (13) aus den registrierten räumlichen Richtungen berechnet wird, und so, daß die Position der Berührungssonde (14) zu ihrem Berührungspunkt (12) mit dem Meßobjekt in Beziehung gesetzt wird.
2. Vorrichtung zur punktweisen Messung von Raumkoordinaten, umfassend eine Berührungssonde (14) mit einer Mindestzahl von drei punktgroßen Lichtquellen (9, 10, 11, 17, 18) an bekannten Ortskoordinaten relativ zu einem Ortssondenfestkoordinatensystem und mit einem Berührungspunkt (12) an einer bekannten Stelle relativ zum Ortskoordinatensystem, gekennzeichnet durch:
- einen einzigen optisch-elektronischen Winkelsensor (13), der ausgelegt ist zum Messen der räumlichen Richtung zu den punktgroßen Lichtquellen, und
- eine Einheit (15) zum Berechnen von Position und Orientierung der Berührungssonde (14) relativ zum einzigen Winkelsensor (13) auf der Grundlage der Kenntnis der Position der Lichtquellen (9, 10, 11, 17, 18) relativ zum Berührungspunkt (12) der Sonde (14) und der gemessenen Richtungen vom Winkelsensor (13) zu den einzelnen Lichtquellen (9, 10, 11, 17, 18), und derart, daß die Position der Sonde (14) zum Berührungspunkt (12) in Beziehung gesetzt ist oder wird.
3. Vorrichtung zur punktweisen Messung von räumlichen Koordinaten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet:
- daß die Vorrichtungs-Berührungssonde (14) mit dem Datenprozessor (15) der Vorrichtung so verbunden ist, daß die Beleuchtungszeit und -intensität für jede einzelne Sonden-Lichtquelle (9, 10, 11, 17, 18) anhand des Signalpegels, der zu jedem Zeitpunkt durch den Winkelsensor (13) registriert wird, geregelt werden kann.
4. Vorrichtung zur punktweisen Messung von räumlichen Koordinaten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet:
- daß die Lichtquellen (9, 10, 11, 17, 18) eine gut definierte und bekannte spektrale Verteilung aufweisen und daß der Winkelsensor (13) ein an diese Verteilung angepaßtes optisches Filter aufweist.
5. Vorrichtung zur punktweisen Messung von räumlichen Koordinaten nach Anspruch 1, wobei:
- die Koordinaten eines Satzes von Objektpunkten unter Heranziehung verschiedener Lagen des Winkel sensors (13) relativ zum Objekt wiederholt gemessen werden,
- (und) alle gemessenen Koordinaten mittels einer Analyse kleinster Quadrate oder einer Bündeleinstellberechnung (bundle adjustment calculation) kombiniert werden, um die Gesamt-Koordinatengenauigkeit zu verbessern.
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