WO2019238508A1 - Abgleichverfahren für eine strahlrichteinheit einer interferometrischen messvorrichtung und messvorrichtung zur durchführung einer interferometrischen messung mittels laserstrahlung - Google Patents

Abgleichverfahren für eine strahlrichteinheit einer interferometrischen messvorrichtung und messvorrichtung zur durchführung einer interferometrischen messung mittels laserstrahlung Download PDF

Info

Publication number
WO2019238508A1
WO2019238508A1 PCT/EP2019/064712 EP2019064712W WO2019238508A1 WO 2019238508 A1 WO2019238508 A1 WO 2019238508A1 EP 2019064712 W EP2019064712 W EP 2019064712W WO 2019238508 A1 WO2019238508 A1 WO 2019238508A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
point
measuring
adjustment
measurement
laser beam
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/064712
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Armbruster
Matthias Schüssler
Bernd Heinen
Original Assignee
Polytec Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Polytec Gmbh filed Critical Polytec Gmbh
Priority to JP2020569740A priority Critical patent/JP7377221B2/ja
Priority to US17/251,353 priority patent/US11333485B2/en
Publication of WO2019238508A1 publication Critical patent/WO2019238508A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
    • G01B9/02067—Active error reduction, i.e. varying with time by electronic control systems, i.e. using feedback acting on optics or light
    • G01B9/02068—Auto-alignment of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/161—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar

Definitions

  • the invention relates to a calibration method for a beam straightening unit of an interferometric measuring device for directing a laser beam from a laser beam source onto several measuring points of a measurement object and a measuring device for carrying out an interferometric measurement by means of laser radiation.
  • the adjustment is carried out manually: If, for example, the location coordinates of four adjustment points in a common coordinate system are known, manual control of the beam straightening unit so that the laser beam hits each of the four adjustment points one after the other, depending on the location coordinates of the adjustment points and the respective one assigned control parameters of an assignment rule can be determined. From Yanchu Xu, R. N.
  • the measurement surface can be a partial surface of the surface of a measurement object.
  • the spatially resolved images can additionally comprise the surrounding area of the measurement object, for example a footprint for the measurement object and / or a background surface.
  • the measurement object can thus also include one or more measurement objects and one or more surfaces, in particular footprints or background surfaces.
  • the measurement surface can thus also comprise areas that are not the surface of a measurement object. It is within the scope of the invention that one or more adjustment points are arranged on a surface that is not the surface of a measurement object, for example on a background or installation surface.
  • the measurement surface preferably comprises at least the area of the measurement object or objects in which measurement points are to be arranged during a later interferometric measurement. In particular, it is advantageous that the measurement surface comprises at least the surface of the measurement object that can be acted upon by the laser beam by means of the beam straightening unit.
  • the method and the measuring device enable the determination of an assignment rule for the adjustment of the beam straightening unit in a user-friendly manner.
  • This allows the laser beam or the laser beams to be aligned with these measuring points with high precision for predetermined location coordinates of measuring points in order to be able to carry out vibration measurements.
  • All coordinates in the measurement object coordinate system can be converted into coordinates of the beam straightening unit coordinate system using these initially unknown transformation parameters and vice versa - however, as long as the transformation parameters and, if applicable, the above-described, initially undetermined system parameters have not yet been determined with the help of this parameter.
  • the transformation of the beam straightening unit coordinate system into the measurement object coordinate system is thus sought, by means of which the laser beam trajectories in the beam straightening unit coordinate system are transformed into the measurement object coordinate system in such a way that the alignment points present in the measurement object coordinate system are transformed to the transformation into the measurement object coordinate system Laser beam courses are.
  • a determination equation can be set up using the point-straight line distance. Solving the resulting system of equations for a sufficient number of points of impact by means of well-known mathematics results in the coordinate transformation sought.
  • the location-resolved image thus represents an adjustment point image for this adjustment point after selection or specification of the adjustment point in this image.
  • location coordinates in the three-dimensional model can be assigned to the alignment point.
  • the adjustment point in the detected, spatially resolved adjustment point image is acted upon by the laser, the adjustment point can be localized in the adjustment point image in a particularly simple and precise manner. As described above, it is therefore not necessary in particular to select the matching point at a location which is particularly emphasized by its shape, texture or color, since it is not necessary to find the matching point in an image of the surface on the basis of the finding of the aforementioned rediscover optical structural features.
  • an image recording unit positioned separately in the vicinity of the beam straightening unit can be used in order to likewise capture an image of the measurement object for the user on the one hand and on the other hand to capture the alignment point image or images.
  • an image recording unit can be positioned on a tripod next to the beam straightening unit.
  • location coordinates of the three-dimensional model are preferably assigned to pixels of the adjustment point images. Since, in this preferred embodiment, all adjustment point images are acquired at the same location and with the same perspective relative to the measurement object, a common assignment rule for pixels of the adjustment point images can be determined.
  • an image recording unit particularly preferably using the previously described image recording unit which is arranged in a fixed position relative to the beam straightening unit, location-resolved images are recorded which record the adjustment point and the laser beam impinging on the measurement surface.
  • location-resolved images are recorded which record the adjustment point and the laser beam impinging on the measurement surface.
  • this is possible for the user in an uncomplicated manner, since no high precision is required for this.
  • the impact position of the laser beam on the object can be approximately shifted by changing the control parameters, in particular by “readjustment”: using algorithms known per se, for example, a slight shift of the Laser beam in any direction and then check by means of analysis of the spatially resolved image whether the shift is in the correct direction and, if necessary, a correction of the shift direction, so that the measuring beam is directed iteratively even without the beam straightening unit being adjusted Adjustment point takes place.
  • the target situation can also be recognized by means of the spatially resolved video image in which the laser beam hits on the adjustment point.
  • the control parameters then present can correspondingly be assigned to this adjustment point.
  • the adjustment points can be specified by optical markers, which are detected in the spatially resolved image by means of image analysis.
  • a particularly advantageous, user-friendly selection can be made by selecting the adjustment points in the spatially resolved image, for example by clicking on them using a computer mouse.
  • the spatially resolved image is additionally compared with the three-dimensional model in order to assign location coordinates in the three-dimensional model to the adjustment point selected by the user.
  • method step D by integrating method step D into method step A, an assignment of location coordinates in the three-dimensional model to the pixels of the matching point images is simplified:
  • the plurality of spatially resolved images according to method step A are recorded and the adjustment point images according to method step D are respectively taken from a recording location which corresponds to a recording location of at least one of the spatially resolved images according to method step A or only deviates slightly therefrom.
  • location coordinates are preferably assigned to the pixels of the images recorded in method step A.
  • location coordinates can be assigned to the matching image or images in an uncomplicated manner by using the allocation of the corresponding spatially resolved image according to method step A.
  • the adjustment method according to the invention is used to adjust a beam straightening unit of an interferometric measuring device.
  • a laser beam is thus directed as a measuring beam onto a measuring point of the measurement object by means of the beam straightening unit.
  • the reflected and / or scattered measuring beam again passes through the beam straightening unit in order to enable interferometric measurement in the measuring device.
  • the laser beam is divided into at least one measuring beam and at least one reference beam by the interferometric measuring device.
  • the three-dimensional model of at least the measurement surface of the measurement object can be designed in a manner known per se from photogrammetry for detecting the shape of three-dimensional objects.
  • the three-dimensional model further preferably includes texture information of the object, in particular one or more spatially resolved images of the appearance of the measurement surface and, further preferably, the associated pixel coordinates in the spatially resolved for each point of the surface with 3D coordinates Images of the measuring surface (so-called texture coordinates).
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a measuring device according to the invention
  • the first exemplary embodiment of a measuring device according to the invention for carrying out an interferometric measurement according to FIG. 1 has a vibrometer 1 and a beam straightening unit 2.
  • the vibrometer 1 is designed in a manner known per se as an optical interferometer, with a laser as a beam source for generating an original beam, with at least one beam splitter in order to split the original beam into at least one measuring beam and at least one reference beam and the like To superimpose the reference beam with the measurement beam reflected and / or scattered by the measurement object on the detector to form an optical interference.
  • the laser beam in this exemplary embodiment has a wavelength of 632.8 nm.
  • the measurement beam 3 of the vibrometer 1 passes through the beam straightening unit 2 and strikes a measurement surface of a measurement object.
  • the measuring beam 3 can be directed onto a rear area of a car and onto floor and wall areas surrounding the car.
  • the measurement object 4 u thus includes the car 4a as a measurement object as well as wall and floor areas.
  • the measuring surface is the surface that can be acted upon by the measuring beam 3 and thus comprises the surface of the car 4a in a rear area and also wall and floor areas.
  • the aim of the method is to carry out an adjustment of the beam straightening unit 2.
  • the image recording unit 6 is designed as a commercially available camera or a combination of an illumination unit and one or more cameras. Both black and white and color cameras can be used.
  • the image recording unit also records information relating to the texture and / or color of the surface, very preferably by including, for example, a color camera.
  • the recording of texture and / or color information and their spatial assignment to the recorded images or the topographical 3D model of the object is particularly advantageous because, as previously described, the various recorded images can be assigned to one another much better and the location of the respective camera image relative to the 3D model can also be assigned much more precisely.
  • the measuring beam 3 is directed by means of the beam straightening unit 2 to four or more different alignment points on the car 4a.
  • the selection is made manually by the user: via an input unit such as a keyboard and / or mouse, the user controls the beam straightening unit 2 via the control unit 5 in order to direct the measuring beam 3 to a desired adjustment point. If the measuring beam 3 hits a desired adjustment point, the user confirms this via the control unit 5.
  • the control unit 5 assigns the present control parameters to this adjustment point (for example an angular position for each of the two mirrors of the beam straightening unit 2).
  • the control unit 5 likewise controls the stationary image recording unit 7 in order to acquire a spatially resolved adjustment point image in a method step D.
  • the second exemplary embodiment of a method according to the invention enables greater accuracy in determining the location coordinates of the adjustment points by means of the adjustment point images and the three-dimensional model.
  • Investigations by the applicant have shown that for some surfaces of a measurement object, an assignment of location coordinates to pixels of a spatially resolved image of the stationary image recording unit 7 with errors is afflicted.
  • One reason for this is the lack of optically striking structures which enable a comparison of the image of the stationary image recording unit 7 with the three-dimensional model. Particularly in the case of surfaces which have only slight differences in height, have no pronounced edges and / or have no color differences, deviations in the assignment of location coordinates in the three-dimensional model to pixels of the spatially resolved image of the stationary image recording unit 7 can result.
  • a matching point is thus also recorded, at least for some spatially resolved images. Due to the repeating sequence of the application of the adjustment points by the measuring beam 3, each adjustment point will continue to be recorded at least in a spatially resolved image.
  • the adjustment process is carried out analogously to the adjustment process described first in FIG. 1.
  • the image acquisition unit c) is particularly suitable as a movable image acquisition unit 6:
  • the image recording unit according to c) has a color image camera 1 0, a black and white camera 1 1, and a stripe projection unit 12.
  • a strip pattern is projected onto the measurement object 4 and in particular the measurement object 4a by means of the strip projection unit 12.
  • a spatially resolved image is recorded by means of the black and white camera 1 1.
  • the strip projection unit 12 and the black-and-white camera 11 are switched off and a spatially resolved color image is recorded by means of the color image camera 10. This process is repeated in short succession.
  • a three-dimensional model of the object can be created from a comparison of the time required for the plurality of measuring points.
  • the image recording unit d) is therefore suitable for performing method steps A and B.
  • first a spatially resolved image is recorded without moving the image recording unit d) relative to the measurement object by the aforementioned scanning method.
  • the image recording unit d) is then moved relative to the measurement object in order to record another spatially resolved image from a different perspective, likewise using the scanning method.
  • the position, direction and, preferably, imaging parameters of the camera are determined in such a way that the projected view matches or at least approximately matches the spatially resolved image. This determines the position and orientation of the image acquisition unit in the measurement object model. As a result, as described above, it is then also possible to assign the associated 3-D coordinates in the three-dimensional measurement object model to each location in images recorded using the image acquisition unit.
  • FIG. 6 schematically shows a view of the measurement object 4 with a laser beam impact point identified by a point approximately centrally on the measurement object 4a.
  • a spatially resolved image 4 ' is shown schematically, which was recorded with an image recording unit.
  • Image 4 ' also includes the laser beam impact point.
  • a position in the measurement object model, in particular coordinate ordinates in the coordinate system of the measurement object model can be assigned, in particular by first locating the position of the laser beam impact point in the camera image and then looking for the points of the geometry model whose projection onto the camera image is very close to the alignment point in the camera image.
  • the 3D coordinates of the adjustment point can finally be determined by interpolating the 3D coordinates of these points of the geometry model.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgleichverfahren für eine Strahlrichteinheit einer interferometrischen Messvorrichtung zum Richten eines Laserstrahls einer Laserstrahlquelle auf mehrere Messpunkte eines Messobjekts, wobei mittels mehrerer ortsaufgelöster Bilder ein dreidimensionales Modell einer Messoberfläche eines Messobjekts erstellt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messvorrichtung zur Durchführung einer interferometrischen Messung mittels Laserstrahlung, mit einer Steuereinheit, welche zum Abgleich einer Strahlrichteinheit der Messvorrichtung ausgebildet ist.

Description

Abqleichverfahren für eine Strahlrichteinheit einer interferometrischen Messvorrichtunq und Messvorrichtunq zur Durchführung einer interferometrischen Messung mittels Laserstrahlunq
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Abgleichverfahren für eine Strahlrichteinheit einer in- terferometrischen Messvorrichtung zum Richten eines Laserstrahls einer Laser- strahlquelle auf mehrere Messpunkte eines Messobjekts sowie eine Messvor- richtung zur Durchführung einer interferometrischen Messung mittels Laser- strahlung.
Zur Durchführung von interferometrischen Messungen an einem Messobjekt sind Messvorrichtungen bekannt, welche eine Strahlquelle, vorzugsweise eine Laser- strahlquelle, einen Detektor, einen Strahlteiler und eine Auswerteeinheit aufwei- sen . H ierbei wird ein von der Strahlungsquelle erzeugter U rsprungsstrahl mittels des Strahlteilers in einen Mess- und einen Referenzstrahl aufgeteilt. Der Mess- strahl wird auf mindestens einen Messpunkt auf dem Messobjekt geleitet, und der zumindest teilweise von dem Messobjekt reflektierte oder gestreute Mess- strahl wird mit dem Referenzstrahl auf einer Detektionsfläche des Detektors überlagert, so dass mittels des Detektors ein Überlagerungs- oder I nterferenz- signal zwischen Mess- und Referenzstrahl messbar ist.
Der Messstrahl wird mittels der Strahlrichteinheit auf einen vorgegebenen Messpunkt des Messobjekts gerichtet. Der reflektierte und/oder gestreute Mess- strahl durchläuft die Strahlrichteinheit nochmals und wird mit dem Referenz- Strahl auf dem Detektor zur Ausbildung einer optischen I nterferenz überlagert.
Zur Erfassung von Schwingungsdaten von Messobjekten sind solche Messvor- richtungen als Vibrometer, bevorzugt als Laser-Doppler-Vibrometer ausgebildet. Durch die Bewegung oder Schwingung der Objektoberfläche wird die Freq uenz des Messstrahls beeinflusst, so dass aus dem Überlagerungssignal von Mess- und Referenzstrahl auf die Bewegung des Objektes, insbesondere die Schwin- gungsfrequenz der Objektoberfläche rückgeschlossen werden kann . Solche Vibrometer werden insbesondere dazu verwendet, eine Schwingungs- analyse an mehreren Messpunkten des Messobjekts durchzuführen . Eine solche Messvorrichtung ist in WO 93/1 5386 beschrieben .
Für eine Vielzahl von Messsituationen ist es wünschenswert, bei den Schwin- gungsdaten nicht nur Schwingungsfrequenz oder Schwingungsamplitude, son- dern auch die Richtung der Schwingung zu bestimmen . Eine interferometrische Messvorrichtung erfasst hingegen immer die Schwingung in Richtung des Mess- strahls, wenn der vom Messobjekt gestreute oder reflektierte Messstrahl in sich zurückläuft (d .h . die optische Achse des zum dem Messobjekt hinlaufenden Messstrahls und die optische Achse des von dem Messobjekt rücklaufenden Messstrahls identisch sind) und in Richtung der Winkelhalbierenden , wenn der vom Messobjekt gestreute oder reflektierte Messstrahl unter einem Winkel zum einfallenden Messstrahl zurückläuft (und somit die optische Achse des zum dem Messobjekt hinlaufenden Messstrahls und die optische Achse des von dem Messobjekt rücklaufenden Messstrahls diesen Winkel einschließen).
Ü blicherweise werden für Schwingungsmessungen interferometrische Messvor- richtungen eingesetzt, bei denen der vom Messobjekt gestreute oder reflektierte Messstrahl in sich zurückläuft bzw. nahezu in sich zurückläuft. Für diese interfe- rometrischen Messvorrichtungen ist es daher wünschenswert, als Strahlverlauf des Messstrahls den Strahlverlauf der optischen Achse des zu dem Objekt hin- laufenden Messstrahls zu bestimmen , insbesondere den Auftreffwinkel des Messstrahls auf das Objekt am Messpunkt.
Für interferometrische Messvorrichtungen , bei denen einfallender und zurück- laufender Messstrahl einen Winkel zueinander aufweisen , ist es entsprechend wünschenswert, den Verlauf der Winkelhalbierenden am Messpunkt, durch den ja sowohl einfallender Strahl als auch zurücklaufender Strahl als auch Winkel- halbierende verlaufen , zu bestimmen , insbesondere den Winkel der Winkelhal- bierenden relativ zum Objekt am Messpunkt.
Die Bezeichnung„Strahlverlauf“ des Messstrahls, insbesondere des Laser- strahls sowie„Bestimmung des Strahlverlaufs“ bezeichnet somit hier und im Folgenden den für die mittels des Messstrahls durchgeführte Messung relevan- ten Verlauf. Der Strahlverlauf beinhaltet daher bevorzugt die optische Achse des zu dem Messobjekt hinlaufenden Messstrahls, ebenso können jedoch äquivalen- te I nformationen bestimmt werden , insbesondere I nformationen zu einer Winkel- halbierenden wie zuvor beschrieben . Zur Vereinfachung der Beschreibung in der vorliegenden Anmeldung wird im Folgenden immer vom Strahlverlauf des Mess- Strahls, von seinem Auftreffwinkel , etc. gesprochen , wobei dies jedoch immer auch anstelle des Messstrahls auch äquivalente I nformationen wie z. B. die vor- genannte Winkelhalbierende mit umfasst.
Es ist wünschenswert, einen Abgleich der Strahlrichteinheit durchzufüh ren , wo bei eine Zuordnungsvorschrift bestimmt wird , welche einem möglichen , mit dem Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkt auf der Messoberfläche des Messob- jekts korrespondierende Steuerparameter für die Strahlrichteinheit zuordnet. Bei einem beispielsweise mittels Ortskoordinaten vorgegebenen Messpunkt auf der Messoberfläche können mittels der Zuordnungsvorschrift somit Steuerparameter bestimmt werden , um die Strahlrichteinheit derart zu steuern , dass der Laser- strahl auf den gewünschten Messpunkt auftrifft.
Der Abgleich erfolgt manuell: Sind beispielsweise die Ortskoordinaten von vier Abgleichpunkten in einem gemeinsamen Koordinatensystem bekannt, so kann durch manuelles Steuern der Strahlrichteinheit, sodass der Laserstrahl nachei- nander auf jeden der vier Abgleichpunkte trifft, abhängig von den Ortskoordina- ten der Abgleichpunkte und den jeweils zugeordneten Steuerparametern einer Zuordnungsvorschrift ermittelt werden . Aus Yanchu Xu , R. N . Miles,„An I dentifi- cation Algorithm for Directing the Measurement Point of Scanning Laser Vibro- meters”, Optics and Lasers in Engineering, 22 (1 995), 1 05 - 120, ist ein Ab- gleichverfahren bekannt, bei welchem zu vier Abgleichpunkten die Distanz zwi schen den Abgleichpunkten sowie die Distanz zwischen der Strahlrichteinheit und einem der Abgleichpunkte gemessen wird und manuell der Laserstrahl der Strahlrichteinheit auf jeden der vier Abgleichpunkte gerichtet wird . Aus den er- haltenen Daten wird eine Zuordnungsvorschrift wie zuvor beschrieben ermittelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Abgleichverfahren für eine Strahlrichteinheit einer interferometrischen Messvorrichtung für den Be- nutzer zu vereinfachen . Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , eine Messvor- richtung gemäß Anspruch 1 5 sowie eine Verwendung gemäß Anspruch 1 7. Vor- teilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen U nteransprüchen .
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt zur Ausführung mittels der er- findungsgemäßen Messvorrichtung ausgebildet, insbesondere einer vorteilhaf- ten Ausführungsform hiervon . Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ist bevor- zugt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, insbe- sondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon .
Das erfindungsgemäße Abgleichverfahren für eine Strahlrichteinheit einer inter- ferometrischen Messvorrichtung zum Richten eines Laserstrahls einer Laser- strahlquelle auf mehrere Messpunkte eines Messobjekts weist folgende Verfah- rensschritte auf:
I n einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsauf- gelösten Bildern zumindest einer Messoberfläche des Messobjekts aus unter- schiedlichen Perspektiven . I n einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Erstellen eines dreidimensionalen Modells zumindest der Messoberfläche des Messob- jekts mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche. I n einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Richten des Laserstrahls auf zumindest drei ortsverschiedene Abgleichpunkte auf der Messoberfläche mittels der Strahl- richteinheit durch Vorgabe von Steuerparametern der Strahlrichteinheit für jeden Abgleichpunkt. I n einem Verfahrensschritt D erfolgt ein Erfassen eines oder mehrerer ortsaufgelöster Abgleichpunktbilder, sodass jeder Abgleichpunkt in zumindest einem Abgleichpunktbild erfasst ist. I n einem Verfahrensschritt E er- folgt ein Zuordnen von Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zu jedem der mindestens drei Abgleichpunkte mittels der Abgleichpunktbilder und des dreidimensionalen Modells und/oder der dem dreidimensionalen Modell zugrun- deliegenden ortsaufgelösten Bilder. In einem Verfahrensschritt F erfolgt ein Durchführen eines Abgleichs der Strahlrichteinheit mittels Bestimmen einer Zu- ordnungsvorschrift abhängig von den Ortskoordinaten der Abgleichpunkte und den jeweils zugeordneten Steuerparametern , um mittels der Zuordnungsvor- schrift einen durch den Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkt auf der Mess- oberfläche korrespondierende Steuerparameter für die Strahlrichteinheit zuzu- ordnen . Es liegt hierbei im Rah men der Erfindung, dass die vorangehend beschriebenen Verfahrensschritte in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und/oder Verfahrensschritte kombiniert werden und/oder ein Verfahrensschritt in einen anderen Verfahrensschritt integriert wird .
Das erfindungsgemäße Verfahren erfüllt somit den Zweck, bei einer interfero- metrischen Messvorrichtung, deren mittels einer Laserstrahlquelle erzeugter Laserstrahl mittels einer Strahlrichteinheit auf mehrere Messpunkte eines Mess- objekts gerichtet wird , einen Abgleich der Strahlrichteinheit durchzuführen . Der Abgleich erfolgt abhängig von Ortskoordinaten von Abgleichpunkten auf der Messoberfläche des Messobjekts und von den Abgleichpunkten jeweils zuge- ordneten Steuerparametern . Die einem Abgleichpunkt zugeordneten Steuerpa- rameter sind diejenigen Steuerparameter, bei deren Vorgabe ein Richten des Laserstrahls mittels der Strahlrichteinheit auf den zugeordneten Abgleichpunkt erfolgt.
Zur Durchführung einer Messung können somit mehrere, durch den Laserstrahl beaufschlagte Messpunkte auf dem Messobjekt vorgegeben werden , beispiels- weise durch Vorgabe der Ortskoordinaten der Messpunkte. Mittels der Zuord- nungsvorschrift sind für jeden Messpunkt zugeordnete Steuerparameter be- stimmbar, sodass bei Vorgabe dieser Steuerparameter der Laserstrahl mittels der Strahlrichteinheit auf den jeweiligen Messpunkt gerichtet wird .
I m Gegensatz zu den eingangs genannten vorbekannten Verfahren ist das er- findungsgemäße Verfahren für den Benutzer einfacher durchführbar, insbeson- dere bestehen gegenüber den vorbekannten Verfahren weniger Fehlerquellen für den Benutzer, sodass das Risiko einer fehlerhaften Anwendung oder eines ungenauen Abgleichs verringert wird .
Diese Verbesserung wird durch die Verwendung von ortsaufgelösten Bildern zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells zumindest der Messoberfläche des Messobjekts sowie zum Zuordnen von Ortskoordinaten des dreidimensiona- len Modells zu den Abgleichpunkten erzielt, wie nachfolgend zu einzelnen Ver- fahrensschritten näher erläutert: I n Verfahrensschritt A werden ortsaufgelöste Bilder zumindest einer Messober- fläche des Messobjekts aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen .
Die Aufnahme der ortsaufgelösten Bilder aus verschiedenen Perspektiven er- möglicht eine erheblich genauere Bestimmung von Ortskoordinaten : Bei Auf- nahme eines ortsaufgelösten Bildes aus lediglich einer Perspektive können zwar in vielen Messsituationen Ortskoordinaten in zwei Dimensionen bestimmt wer- den . Für die vorliegende Erfindung ist jedoch insbesondere eine Bestimmung von Ortskoordinaten in drei Dimensionen relevant. H ier weist die Erfindung den besonderen Vorteil auf, dass aufgrund der Aufnahme von ortsaufgelösten Bi I- dern aus unterschiedlichen Perspektiven in Verfahrensschritt A das d reidimen- sionale Modell gemäß Verfahrensschritt D eine erheblich höhere Genauigkeit insbesondere in drei Raumdimensionen ermöglicht. Hierdurch wird auch die Zu ordnung von Ortskoordinaten zu den Abgleichpunkten entsprechend genauer.
Die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrensschritts A mittels der Auf- nahme von ortsaufgelösten Bildern aus verschiedenen Perspektiven bildet somit die Basis für ein benutzerfreundliches und präzises Abgleichverfahren .
Die Messoberfläche kann eine Teilfläche der Oberfläche eines Messgegenstan- des sein . Ebenso können die ortsaufgelösten Bilder zusätzlich den Umgebungs- bereich des Messgegenstands umfassen , beispielsweise eine Aufstellfläche für den Messgegenstand und/oder eine H intergrundfläche. Das Messobjekt kann somit auch einen oder mehrere Messgegenstände und eine oder mehrere Flä chen , insbesondere Aufstellflächen oder Hintergrundflächen umfassen . Die Messoberfläche kann somit auch Flächen umfassen , die nicht Oberfläche eines Messgegenstandes sind . Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein oder meh- rere Abgleichpunkte auf einer Fläche angeordnet sind , die nicht Oberfläche ei- nes Messgegenstandes ist, beispielsweise auf einer H intergrund- oder Aufstell- fläche. Bevorzugt umfasst die Messoberfläche zumindest den Bereich des oder der Messgegenstände, in welchem bei einer späteren interferometrischen Mes- sung Messpunkte angeordnet werden sollen . I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass die Messoberfläche zumindest die mittels der Strahlrichteinheit durch den Laserstrahl beaufschlagbare Fläche des Messgegenstandes umfasst.
Nach Durchführung von Verfahrensschritt B liegt ein dreidimensionales Modell zumindest der Messoberfläche des Messobjekts vor. Es ist somit nicht notwen- dig, dass der Benutzer eigene Messungen vornimmt oder bestimmte Referenz- punkte manuell vorgibt. Ebenso ist es nicht notwendig, anderweitig erstellte dreidimensionale Modelle, wie beispielsweise CAD-Modelle, zusätzlich vorzuge- ben .
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Messvorrichtung ermöglichen darüber hinaus jedoch auch die Verwendung vorbekannter dreidi- mensionaler Modelle in vorteilhafter weise: I n einigen Messsituationen liegen bereits dreidimensionale Modelle des Messobjekts oder zumindest von Teilen des Messobjekts, insbesondere eines Messgegenstandes vor. Dies ist bei- spielsweise der Fall , wenn für die Konstruktion eines Gegenstandes bereits CAD- oder FE-Modelle erstellt wurden . Ebenso können aus anderen Messungen oder vorausgegangenen Abfolgen gemäß der Schritte A und B bereits dreidi- mensionale Modelle vorhanden sein . I n einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein vorgegebenes, dreidimensionales Mo- dell mit dem in Verfahrensschritt B erstellten dreidimensionalen Modells in Be- ziehung gesetzt, so dass ein gemeinsames Koordinatensystem besteht und so- mit Koordinaten aus dem vorgegebenen dreidimensionalen Modell in Koordina- ten des in Verfahrensschritt B erstellten dreidimensionalen Modells übertragen werden können und umgekehrt. Dies erfolgt bevorzugt dadurch , dass eines der beiden Modelle an das andere„angefittet“ wird , d . h . dass eine lineare Trans- formation des einen Modells ins Koordinatensystem des anderen Modells durch einen geeigneten Suchalgorithmus so bestimmt wird , dass die Abweichungen gemäß einer geeigneten Bewertungsfunktion minimal werden .
I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass der Benutzer bei dem vorgegebenen drei- dimensionalen Modell bereits Messpunkte auswählt. H ierdurch kann beispiels- weise ein Fachmann , welcher mit der Konstruktion des Messgegenstandes be- traut ist, bereits technisch besonders relevante Punkte als Messpunkte in dem vorgegebenen dreidimensionalen Modell kennzeichnen . I n dieser vorteilhaften Ausführungsform sind somit auch die Ortskoordinaten dieser vorgegebenen Messpunkte in dem gemäß Verfahrensschritt B erstellten dreidimensionalen Mo- dell bekannt, so dass diesen mittels der Zuordnungsvorschrift entsprechende Steuerparameter zur Durchführung einer Messung an den vorgegebenen Mess- punkten zugeordnet werden können . I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Ortskoordinaten , an welchen eine Messung durchgeführt wird , in Koordinaten des vorgegebenen Modells übertragen . I n dieser vorteilhaften Ausführungsform kann auch bei nachträglich gewählten Ortskoordinaten für Messpunkte bei Ansicht des vorge- gebenen dreidimensionalen Modells in einfacher Weise nachvollzogen werden , an welchen Punkten eine Messung erfolgte.
Das dreidimensionale Modell ermöglicht somit in für den Benutzer unaufwendi- ger Weise die Verwendung eines gemeinsamen Koordinatensystems für alle Punkte zumindest der Messoberfläche durch Vorgabe von Ortskoordinaten . Sol- che Ortskoordinaten können in an sich üblicher Weise gewählt werden . I nsbe- sondere ist die Verwendung eines kartesischen Koordinatensystems vorteilhaft, ebenso liegt jedoch auch die Verwendung anderer Koordinatensysteme im Rahmen der Erfindung, beispielsweise Zylinderkoordinaten oder Kugelkoordina- ten .
I n Verfahrensschritt C wird der Laserstrahl auf die zumindest drei ortsverschie- denen Abgleichpunkte mittels der Strahlrichteinheit gerichtet. Hierzu erfolgt für jeden Abgleichpunkt eine Vorgabe von Steuerparametern derart, dass die Strahlrichteinheit bei Anwendung dieser Steuerparameter den Laserstrahl auf den jeweiligen Abgleichpunkt richtet. Aus Verfahrensschritt C ergibt sich somit für jeden Abgleichpunkt eine Zuordnung von Steuerparametern , wobei zu die sem Zeitpunkt die Ortskoordinaten der Abgleichpunkte im dreidimensionalen Modell nicht bekannt sein müssen .
I n Verfahrensschritt D wird zumindest ein Abgleichpunktbild erfasst. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die zumindest drei Abgleichpunkte in einem ge- meinsamen Abgleichpunktbild erfasst werden . Ebenso kann ein Abgleichpunkt- bild lediglich einen Abgleichpunkt oder nur eine Teilmenge der Abgleichpunkte erfassen . Basierend auf den Abgleichpunktbildern und dem dreidimensionalen Modell erfolgt die Zuordnung von Ortskoordinaten des dreidimensionalen Mo- dells zu jedem der zumindest drei Abgleichpunkte gemäß Verfahrensschritt E. Es sind somit die Koordinaten der Abgleichpunkte in einem Koordinatensystem des Messobjekts bekannt, ohne dass der Benutzer hierzu manuelle Vermessun- gen oder eine Vorgabe externer Messdaten vornehmen musste. Eine weitere Erläuterung und vorteilhafte Ausgestaltung des Zuordnens von Ortskoordinaten zu einem Bildpunkt in einem ortsaufgelösten Bild findet sich weiterhin in Figur 6 und der Figurenbeschreibung.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher in für den Benutzer unaufwendiger Weise jedem Abgleichpunkt einerseits Steuerparameter und an- dererseits Ortskoordinaten zugeordnet. Basierend auf diesen Daten kann eine Zuordnungsvorschrift gemäß Verfahrensschritt F zum Durchführen des Ab- gleichs der Strahlrichteinheit bestimmt werden , sodass zur Durchführung einer Messung an einem gewünschten , durch den Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkt lediglich die Vorgabe der Ortskoordinaten des Messpunktes notwen- dig ist. Mittels der Zuordnungsvorschrift lassen sich die entsprechenden Steuer- parameter berechnen , um mittels der Strahlrichteinheit den Laserstrahl auf die sen Messpunkt zu richten .
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Messvorrichtung ermöglichen in benutzerfreundlicher Weise das Bestimmen einer Zuordnungs- Vorschrift für den Abgleich der Strahlrichteinheit. H iermit kann somit für vorge- gebene Ortskoordinaten von Messpunkten mit hoher Präzision die Ausrichtung des Laserstrahls oder der Laserstrahlen auf diese Messpunkte erfolgen , um Schwingungsmessungen durchführen zu können . I n einigen Anwendungen ist es gewünscht, dass für einen vorgegebenen Messpunkt auch der Auftreffwinkel und/oder die Auftreffrichtung des Laserstrahls auf den Messpunkt bestimmt wird . I nsbesondere bei einer Schwingungsmessung ist es vorteilhaft, mittels des Auftreffwinkels und/oder der Auftreffrichtung des Laserstrahls die Richtung zu bestimmen , in welcher die Schwingung des Laserstrahls gemessen wird . H ier- durch kann basierend auf den Messdaten auch eine Schwingung des Messob- jektes in anderen Richtungen an dem Messpunkt, insbesondere in Richtung ei- ner Flächennormalen an dem Messpunkt, berechnet werden .
Es ist insbesondere vorteilhaft, den Auftreffwinkel und/oder die Auftreffrichtung des Laserstrahls auf den Messpunkt mittels der Zuordnungsvorschrift gemäß Verfahrensschritt F zu bestimmen .
Mittels der Zuordnungsvorschrift sind die Steuerparameter bekannt, welche eine entsprechende Steuerung und somit Einstellung der Strahlrichteinheit bewirken , so dass der Laserstrahl auf den gewünschten Messpunkt auftrifft. Ist nun zu- sätzlich bekannt, wie die Steuerparameter sich auf den Strahlverlauf des Laser- strahls im Raum auswirken , so kann für die durch die Zuordnungsvorschrift er- mittelten Steuerparameter auch der Auftreffwinkel oder die Auftreffrichtung des Laserstrahls auf dem Messobjekt berechnet werden .
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Strahlricht- einheit-Modell verwendet, insbesondere, um wie zuvor beschrieben den Auf- treffwinkel oder die Auftreffrichtung des Laserstrahls auf dem Messobjekt zu berechnen :
U m gemäß Verfahrensschritt F die Zuordnungsvorschrift zwischen den durch den Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkten auf der Messoberfläche und den korrespondierenden Steuerparametern für die Strahlrichteinheit zu bestim- men , ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Strahlrichteinheit-Modell vorgegeben wird , das eine Zuordnung zwischen den Steuerparametern der Strahlrichteinheit und dem Laserstrahlverlauf in einem relativ zur Strahlrichteinheit festen Strahl- richteinheit-Koordinatensystem und umgekehrt angibt.
Ein solches Strahlrichteinheit-Modell liegt beispielsweise vor oder ist leicht zu beschaffen , wenn die Strahlrichteinheit den Laserstrahlverlauf in einem oder mehreren Winkeln verändert, z. B. mit H ilfe von kippbaren Spiegeln etc. Die Steuerparameter der Strahlrichteinheit sind hier die eingestellten Kippwinkel der Spiegel etc. bzw. haben einen direkten Bezug hierzu , u nd der Laserstrahlverlauf relativ zum Strahlrichteinheit-Koordinatensystem kann aufgrund eines mathema- tischen Modells der Strahlrichteinheit oder auf Basis von Kalibrierungsmessun- gen als Funktion der Steuerparameter angegeben werden . Ähnliches ist ebenso für alle anderen Arten von Strahlrichteinheiten möglich , beispielsweise kann bei der Verwendung von Linearverschiebeeinheiten der Laserstrahlverlauf in Ab- hängigkeit der jeweiligen Verschiebungen , bei Roboterarmen in Abhängigkeit der Verstellung der Roboterarme etc. jeweils im relativ zur Strahlrichteinheit raumfesten Strahlrichteinheit-Koordinatensystem angegeben werden .
I m einfachsten Fall enthält das Strahlrichteinheit-Modell bis auf die Steuerpara- meter der Strahlrichteinheit keine weiteren Parameter, von denen der Laser- strahlverlauf relativ zur Strahlrichteinheit abhängt. Dies ist in der Regel dann der Fall , wenn Funktionsweise und Geometrie der Strahlrichteinheit vollständig bekannt sind und dadu rch zu jeder definierten Einstellung der Steuerparameter der Laserstrahlverlauf relativ zur Strahlrichteinheit angegeben werden kann . Diese Situation liegt beispielsweise dann vor, wenn die Strahlrichteinheit den Laserstrahl mit H ilfe der beiden einstellbaren Winkel eines kardanisch aufge- hängten Spiegels ausrichtet und die Lage des Spiegeldrehpunkts sowie die Aus- richtung des Spiegels im Strahlrichteinheit-Koordinatensystem bekannt sind .
Es ist aber durchaus auch möglich , dass das Strahlrichteinheit-Modell neben den Steuerparametern noch weitere, zunächst noch nicht bestimmte Systempa- rameter enthält, die den Laserstrahlverlauf ebenfalls beeinflussen . I m angege- benen Beispiel des kardanisch aufgehängten Spiegels wäre dies zum Beispiel dann der Fall , wenn aufgrund von Fertigungstoleranzen die Lage des Spiegel- drehpunkts im Strahlrichteinheit-Koordinatensystem nicht ausreichend bekannt wäre. Dennoch lässt sich auch in diesem Fall der Laserstrahlverlauf im Strahl- richteinheit-Koordinatensystem in Abhängigkeit von den Steuerparametern an- geben , nur werden hierzu dann noch weitere, zunächst noch nicht bestimmte, aber später zu ermittelnde Systemparameter verwendet, welche im konkreten Beispiel die zunächst noch unbekannten Koordinaten des Spiegeldrehpunkts sein könnten . Das Vorliegen solcher weiterer, zunächst noch nicht bestimmter Systemparameter im Strahlrichteinheit-Modell hat aber keinen Einfluss auf die grundsätzliche Vorgehensweise und die Beschreibung derselben im folgenden ; die weiteren zunächst noch nicht bestimmten Systemparameter müssen dann nur ebenfalls ermittelt werden , wie weiter unten genauer ausgeführt wird . H ierzu benötigt man dann in den Verfahrensschritten C und E je nach Situation statt zu mindest drei ortsverschiedenen Abgleichpunkten beispielsweise zu mindest vier, zumindest fünf oder evtl sogar zumindest sechs ortsverschiedene Ab- gleichpunkte. Bevorzugt werden daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest drei, weiter bevorzugt zumindest vier, insbesondere zumindest fünf und höchst insbesondere zumindest sechs ortsverschiedene Abgleichpunkte verwendet.
Liegt ein solches Strahlrichteinheit-Modell vor, das eine Zuordnung zwischen den Steuerparametern der Strahlrichteinheit und dem Laserstrahlverlauf in ei- nem relativ zur Strahlrichteinheit festen Strahlrichteinheit-Koordinatensystem angibt, ist es zur Bestimmung der Zuordnungsvorschrift gemäß Verfahrens- schritt F nur noch notwendig, eine geeignete Koordinatentransformation anzu- geben zwischen dem Strahlrichteinheit-Koordinatensystem und dem Messobjekt- Koordinatensystem , in dem das in Verfahrensschritt B) ermittelte dreidimensio- nale Messobjekt-Modell vorliegt. Denn dann lassen sich zu jedem mit dem La- serstrahl beaufschlagbaren Messpunkt mittels seiner Koordinaten im Messob- jekt-Koordinatensystem unter Zuhilfenahme dieser Koordinatentransformation auch seine Koordinaten im Strahlrichteinheit-Koordinatensystem angeben , und anhand dieser Koordinaten im Strahlrichteinheit-Koordinatensystem mittels des Strahlrichteinheit-Modells letztendlich auch die Steuerparameter für die Strahl- richteinheit bestimmen , die für die Beaufschlagung des Messpunkts mit Laser- licht benötigt werden .
Die Koordinatentransformation zwischen dem Strahlrichteinheit- Koordinatensystem und dem Messobjekt-Koordinatensystem besteht aus Trans- lationen und Rotationen , die sich bei Verwendung kartesischer Koordinatensys- teme mit H ilfe geeigneter Translations- und Rotationsmatrizen beschreiben las- sen . Bei andersartigen Koordinatensystemen ist die Beschreibung gegebenen- falls komplexer, jedoch beinhaltet die Koordinatentransformation dennoch die gleichen Translationen und Rotationen . Um die benötigte Koordinatentransfor- mation angeben zu können , müssen im wesentlichen sechs unabhängige Trans- formationsparameter bestimmt werden , die sich im Fall von kartesischen Koor- dinatensystemen leicht als drei Translations- und drei Rotationsfreiheitsgrade deuten lassen . Alle Koordinaten im Messobjekt-Koordinatensystem lassen sich unter Verwendung dieser zunächst noch unbekannten Transformationsparame- ter in Koordinaten des Strahlrichteinheit-Koordinatensystems umrechnen und umgekehrt - allerdings, solange die Transformationsparameter und gegebenen- falls die oben beschriebenen , zunächst noch unbestimmten Systemparameter noch nicht bestimmt sind , nur mit H ilfe eben dieser Parameter parametriert.
Es ist nun die verbleibende Aufgabe des Verfahrensschritts F gemäß dieser vor- teilhaften Ausführungsform, die beschriebenen , aber zunächst noch nicht be- stimmten Parameter zu ermitteln . H ierzu kann nun eine ausreichende Zahl von Gleichungen verwendet werden , die diese Parameter beinhalten und jeweils voneinander unabhängige Zusammenhänge zwischen ihnen hersteilen , so dass sich anhand dieser Gleichungen die gesuchten Parameter auf mathematisch bekannte Weise bestimmen lassen . Konkret werden für die Bestimmung dieser Parameter die Abgleichpunkte her- angezogen , für die gemäß Verfahrensschritt C die Steuerparameter der Strahl- richteinheit bekannt sind . Aufgrund des gegebenen Strahlrichteinheit-Modells liegen für diese Abgleichpunkte die Laserstrahlverläufe im Strahlrichteinheit- Koordinatensystem vor, gegebenenfalls parametrisiert mit den zunächst noch unbekannten Systemparametern . Zusätzlich sind gemäß Verfahrensschritt E die Koordinaten der Abgleichpunkte im Messobjekt-Koordinatensystem bereits voll- ständig bekannt. Es wird also diejenige Transformation des Strahlrichteinheit- Koordinatensystems in das Messobjekt-Koordinatensystem gesucht, durch die die Laserstrahlverläufe im Strahlrichteinheit-Koordinatensystem so in das Mess- objekt-Koordinatensystem transformiert werden , dass die im Messobjekt- Koordinatensystem vorliegenden Abgleichpunkte auf den ins Messobjekt- Koordinatensystem transformierten Laserstrahlverläufen liegen . Für jeden Auf- treffpunkt lässt sich somit über den Punkt-Gerade-Abstand eine Bestimmungs- gleichung aufstellen . Lösen des hieraus resultierenden Gleichungssystems für ausreichend viele Auftreffpunkte mittels einschlägig bekannter Mathematik ergibt die gesuchte Koordinatentransformation .
I m einfachsten Fall werden hierfür drei und in vielen Fällen vier Abgleichpunkte ausreichen . Praktisch wird man darauf bedacht sein , mehr als die Mindestanzahl an Abgleichpunkten zur Bestimmung der gesuchten Parameter heranzuziehen , da sich die Genauigkeit bei der Bestimmung mit jedem hinzukommenden Ab- gleichpunkt erhöht. Selbstverständlich wird man bei einem dann überbestimmten System nicht mehr eine geschlossene analytische Lösung suchen , sondern die einschlägigen mathematischen Verfahren zur optimalen Lösung derartiger Glei- chungssysteme heranziehen .
Bei der konkreten Umsetzung der Bestimmung der unbekannten Parameter, die zur Durchführung von Verfahrensschritt F benötigt werden , geht man vorteilhaf- terweise so vor, dass man die unbekannten Parameter zunächst einfach nur schätzt. Mit Hilfe dieser geschätzten Parameter transformiert man die im Strahl- richteinheit-Koordinatensystem vorliegenden Laserstrahlverläufe ins Messob- jekt-Koordinatensystem und bestimmt dort deren Distanzen zu den in diesem Koordinatensystem vorliegenden Abgleichpunkten . H ieraus bestimmt man eine Fehlerfunktion , z. B. durch Addition der Distanzquadrate. Mit einem der bekann- ten numerischen Verfahren zur Minimierung von Fehlerfunktionen werden die Parameter nun so variiert, dass der Wert der Fehlerfunktion minimal wird . Es hat sich gezeigt, dass man als Ergebnis dieser Minimierung sehr gute Werte für die gesuchten Parameter erhält, die sich hervorragend zur Koordinatentransformati- on zwischen den beiden Koordinatensystemen eignen .
Es sind aber auch andere Verfahren verwendbar, die d ie beschriebene Koordi- natentransformation bzw. die zugehörigen Parameter bestimmen , beispielsweise sind solche auch in Yanchu Xu, R. N . Miles, a.a.O. und WO 93/1 5386 beschrie- ben .
Nachdem nun die Koordinatentransformation zwischen dem Messobjekt- Koordinatensystem und dem Strahlrichteinheit-Koordinatensystem vorliegt, lassen sich nun wie bereits beschrieben mittels des Strahlrichteinheit-Modells auch die Steuerparameter für die Strahlrichteinheit bestimmen , die für d ie Be- aufschlagung beliebiger Messpunkte mit Laserlicht benötigt werden .
Besonders vorteilhaft ist, dass im konkreten Fall des Vorliegens eines Strahl- richteinheit-Modells neben den Auftreffpunkten des Laserstrahls auf dem Mess- objekt sofort auch immer die Auftreffwinkel des Laserstrahls in allen Raumdi- mensionen bzw. der gesamte Laserstrahlverlauf beim Auftreffen auf das Mess- objekt im Messobjekt-Koordinatensystem (oder auch im Strahlrichteinheit- Koordinatensystem) bestimmt werden können , was für Anwendungen in der Vibrometrie, bei der Schwingungen zu meist in drei Raumrichtungen analysiert werden , von erheblichem Vorteil ist.
Es ist zu beachten , dass die bisherige Beschreibung der Vorgehensweise von der besonders bevorzugten Situation ausgegangen ist, dass ein Strahlrichtein- heit-Modell vorliegt, das eine Zuordnung zwischen den Steuerparametern der Strahlrichteinheit und dem Laserstrahlverlauf in einem relativ zur Strahlrichtein- heit festen Strahlrichteinheit-Koordinatensystem und umgekehrt angibt. Dies ist für die Durchführung des Verfahrensschritts F allerdings nicht unbedingt not- wendig:
Selbst wenn ein solches Strahlrichteinheit-Modell nicht vorliegt, ist es dennoch möglich , in Verfahrensschritt F eine Zuordnungsvorschrift zwischen den durch den Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkten und den zugehörigen Steuerpa- rametern für die Strahlrichteinheit anzugeben . I m einfachsten Fall werden in einer vorteilhaften Ausführungsform die Abgleichpunkte in einem geeigneten Raster oder Muster auf der Messoberfläche festgelegt. I ndem für jeden Ab- gleichpunkt die Steuerparameter der Strahlrichteinheit bestimmt werden , können die Steuerparameter für Messpunkte, die zwischen den Abgleichpunkten durch lineare, kubische oder anderweitige I nterpolation bestimmt werden . Je dichter die Abgleichpunkte liegen , desto geringer werden die Abweichungen sein . Ge- rade das erfindungsgemäße Verfahren bietet es durch seine Möglichkeiten zur hochgradigen Automatisierung an , sehr viele Abgleichpunkte dicht auf dem Messobjekt anzuordnen , so dass im Gegensatz zu anderen Verfahren dann ein Strahlrichteinheit-Modell gar nicht mehr benötigt wird , um eine äußerst genaue Zuordnungsvorschrift zwischen den durch den Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkten auf der Messoberfläche und den korrespondierenden Steuerpara- metern für die Strahlsteuereinheit herzustellen . in Verfahrensschritt F wird bevorzugt zusätzlich die jeweilige Strahlrichtung be- stimmt, mit der der Laserstrahl auf den jeweiligen Messpunkt auf der Messober- fläche auftrifft, insbesondere mittels der Verwendung einer geeigneten Modellie- rung bzw. Parametrisierung der Wirkung der Strahlrichteinheit auf den Laser- strahlverlauf, bevorzugt mittels eines Strahlrichteinheit-Modells wie zuvor be- schrieben .
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet ortsaufgelöste Bilder, welche in Verfahrensschritt A und E erstellt werden . Es liegt hierbei im Rahmen der Erfin- dung, sämtliche ortsaufgelöste Bilder mittels derselben Bildaufnahmeeinheit zu erstellen , insbesondere sowohl Verfahrensschritt A als auch Verfahrensschritt E mittels derselben Bildaufnahmeeinheit durchzuführen . Ebenso liegt die Verwen- dung unterschiedlicher Bildaufnahmeeinheiten zum Erstellen der ortsaufgelösten Bilder im Rahmen der Erfindung, insbesondere einer ersten Bildaufnahmeeinheit zum Durchführen des Verfahrensschritts A und einer zweiten Bildaufnahmeein- heit zum Durchführen des Verfahrensschritts E.
Als Bildaufnahmeeinheit werden bevorzugt digitale Kameras verwendet, insbe- sondere Kameras mit einem CCD- oder CMOS-Bildsensor. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, das jeweilige ortsausgelöste Bild mittels eines scannen- den Verfahrens zu erstellen : So liegt die Verwendung einer Bildaufnahmeeinheit im Rahmen der Erfindung, bei welcher einzelne Punkte des abzubildenden Ob- jekts zeitlich nacheinander aufgenommen werden und aus einer Mehrzahl sepa- rat aufgenommener Punkte ein ortsaufgelöstes Bild zusammengesetzt wird , bei- spielsweise mittels einer Rechnereinheit.
Die Bildaufnahmeeinheit kann auch eine Beleuchtungseinheit umfassen , die während der Aufnahme von Bildern der Bildaufnahmeeinheit das Messobjekt beleuchtet. So sind Bildaufnahmeeinheiten zum Erfassen der dreidimensionalen Form eines Objekts bekannt, welche eine Musterprojektionseinheit, insbesonde- re eine Streifenprojektionseinheit und eine Kamera, typischerweise eine
Schwarz-Weiß-Kamera umfassen , wobei die Kamera zu einem ortsgenauen Er- fassen eines mittels der Projektionseinheit projizierten Lichtmusters auf dem Objekt verwendet wird . Bevorzugt wird eine solche Bildaufnahmeeinheit zur Durchführung von Verfahrensschritt A verwendet.
Besonders bevorzugt umfasst die Bildaufnahmeeinheit auch eine Farbkamera zur Aufnahme eines Farbbildes, um der Oberfläche eines erstellten dreidimensi- onalen Modells des Objekts, eine realistische, insbesondere farbige und/oder texturierte Abbildung der tatsächlichen Oberfläche des Modells zuzuordnen . Die Verwendung solcher Bildaufnahmeeinheiten ist insbesondere zur Durchführung des Verfahrensschritts A vorteilhaft.
Vorteilhafterweise wird daher eine Bildaufnahmeeinheit verwendet, welche wie zuvor beschrieben eine Projektionseinheit zum Projizieren eines Musters, insbe- sondere eines Streifenmusters auf das Objekt aufweist und eine zugeordnete Kamera, insbesondere eine Schwarz-Weiß-Kamera. Mit dieser Kamera wird so- mit bei Projektion des Musters ein ortsaufgelöstes Bild erfasst, so dass aus der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern in an sich bekannter Weise, insbesondere gemäß dem Verfahren der Streifenlichtprojektion , ein dreidimensionales Modell erstellt werden kann . Bevorzugt wird mittels einer weiteren Kamera, insbesonde- re einer Farbkamera wie zuvor beschrieben gleichzeitig oder in zeitlich kurzem Abstand nach Aufnehmen eines ortsaufgelösten Bildes zusätzlich ein weiteres Kamerabild zum Aufnehmen der Textur des Objekts, insbesondere ein Farbbild aufgenommen , bevorzugt ohne dass eine Streifenprojektion erfolgt. I nsbesonde- re ist es somit besonders vorteilhaft, abwechselnd jeweils ein ortsaufgelöstes Bild mit Streifenprojektion und , insbesondere in zeitlich kurzem Abstand , ohne Projektion des Streifenmusters ein Farbbild aufzunehmen : Die zuvor beschrie- bene Bildaufnahmeeinheit nimmt in schneller zeitlicher Abfolge sowohl Bilder mit projizierten Streifen wie auch Bilder ohne die Streifen auf. Die Bilder ohne die Streifen enthalten das ortsaufgelöste Aussehen des Messobjekts (Textur). U nterstützt durch den engen zeitlichen Abstand zwischen den Aufnahmen kön- nen den durch die Streifenprojektion bestimmten 3D-Koordinaten jeweils Pixel der Textur zugeordnet werden .
U mgekehrt können einem Pixel der Textur 3D-Koordinaten zugeordnet werden . Auf diese Weise kann somit dem dreidimensionalen Modell auch Texturinforma- tion zugeordnet werden , welche den tatsächlichen optischen Eindruck der Ober- fläche des Modells entspricht. Vorteilhafterweise werden diese oder eine Aus- wahl dieser Bilder zur Texturinformation als Abgleichpunktbilder verwendet.
Aufgrund des zeitlich kurzen Abstandes ist die Perspektive und die Position der Bildaufnahmeeinheit bei den zeitgleich oder in schneller zeitlicher Folge aufge- nommenen Bildern identisch oder nur geringfügig abweichend , auch wenn bei- spielsweise der Benutzer mittels eines handgehaltenen Modells dieses relativ zu dem Objekt bewegt.
Ebenso liegt die Verwendung von Bildaufnahmeeinheiten im Rahmen der Erfin- dung, welche mehrere ortsaufgelöste Bilddetektoren umfassen , wobei durch ge- eignete Kombination der Bildinformation aus den mehreren Bilddetektoren das ortsaufgelöste Bild der Bildaufnahmeeinheit erstellt wird .
Aufgrund des zeitlich kurzen Abstandes ist die Perspektive und die Position der Bildaufnahmeeinheit bei Abgleich punktbild und ortsaufgelöstem Bild zu erstel- lendes dreidimensionalen Modells identisch oder nur geringfügig abweichend , auch wenn beispielsweise der Benutzer mittels eines handgehaltenen Modells dieses relativ zu dem Objekt bewegt.
Ebenso liegt die Verwendung von Bildaufnahmeeinheiten im Rahmen der Erfin- dung, welche mehrere ortsaufgelöste Bilddetektoren umfassen , wobei durch ge- eignete Kombination der Bildinformation aus den mehreren Bilddetektoren das ortsaufgelöste Bild der Bildaufnahmeeinheit erstellt wird .
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist weiterhin durch eine Messvor- richtung zur Durchführung einer interferometrischen Messung mittels Laser- strahlung gemäß Anspruch 1 5 gelöst. Die Messvorrichtung weist eine oder mehrere Laserstrahlquellen zum Erzeugen zumindest eines Laserstrahls als Messstrahls und zumindest eines Referenz- strahls, einen Detektor, eine Auswerteeinheit, welche mit dem Detektor zum Auswerten von Messsignalen des Detektors verbunden ist und eine Strahlricht- einheit auf. Die Messvorrichtung ist ausgebildet, den Messstrahl mittels der Strahlrichteinheit auf mehrere ortsverschiedene Messpunkte auf dem Messob- jekt zu richten und den zumindest teilweise von dem Messobjekt reflektierten oder gestreuten Messstrahl mit dem Referenzstrahl auf einer Detektionsfläche des Detektors zu überlagern , so dass mittels des Detektors ein Überlagerungs- oder I nterferenzsignal zwischen Mess- und Referenzstrahl messbar ist.
Solche Messvorrichtungen sind an sich bekannt und können beispielsweise als Vibrometer ausgebildet sein , um Schwingungsdaten des Messobjekts zu ermit- teln .
Wesentlich ist, dass die Messvorrichtung eine Bildaufnahmeeinheit zu m Auf- nehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern zumindest einer Messober- fläche des Messobjektes aus unterschiedlichen Perspektiven aufweist sowie dass die Messvorrichtung eine Steuereinheit aufweist, welche ausgebildet ist, ein dreidimensionales Modell zumindest der Messoberfläche des Messobjekts mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche zu erstel- len und mittels des dreidimensionalen Modells einen Abgleich der Strah Iricht- einheit durchzuführen , um einem durch den Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkt auf der Messoberfläche korrespondierende Steuerparameter für d ie Strahlrichteinheit zuzuordnen .
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ermöglicht in besonders benutzer- freundlicher Weise einen Abgleich der Strahlrichteinheit durch die beschriebene Zuordnung von korrespondierenden Steuerparametern zu vorgegebenen Mess- punkten auf der Messoberfläche durchzuführen , bevorzugt gemäß dem erfin- dungsgemäßen Verfahren , insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon .
Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine relativ zu der Strahlrichteinheit ortsfeste Bildaufnahmeeinheit zum Erfassen zumindest eines ortsaufgelösten Bildes der Messoberfläche auf. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine Zu ordnung von Ortskoordinaten zu Abgleichpunkten gemäß Verfahrensschritt E erfolgen , wie weiter unten näher erläutert.
Die Zuordnung von Ortskoordinaten zu den Abgleichpunkten wird bevorzugt wie folgt durchgeführt: In Verfahrensschritt E wird vorteilhafterweise jeder Abgleich- punkt zunächst in zumindest einem diesen Abgleichpunkt umfassenden Ab- gleichpunktbild lokalisiert. Die Lokalisierung erfolgt bevorzugt durch Ermitteln der Bildkoordinaten des Abgleichpunktes, einer x,y-Position oder einer Bildpixel- lokal isieru ng des Abgleichpunktes im Abgleichpunktbild oder einer Kombination hiervon , insbesondere bevorzugt wie in Figur 6 und der Figu renbeschreibung näher erläutert.
Eine Auswahl eines Abgleichpunktes kann durch Vorgabe einer optisch charak- teristischen Struktur durch den Benutzer erfolgen . I n einer vorteilhaften Ausfüh- rungsform wählt der Benutzer in einem ortsaufgelösten Bild einen Abgleichpunkt aus, beispielsweise durch Anklicken mittels einer Computermaus oder eine ver- gleichbare Eingabe.
Ebenso liegen andere Formen der Auswahl des Abgleichpunktes in einem orts- aufgelösten Bild im Rahmen der Erfindung:
Vorteilhafterweise erfolgt eine automatische Auswahl zumindest eines Abgleich- punktes, insbesondere bevorzugt aller Abgleichpunkte. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den besonderen Vorteil , dass die Abgleichpunkte vorgebbar sind und dass ein dreidimensionales Modell zumindest der Messoberfläche des Messobjekts vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher besonders ge- eignet, mittels automatisierter Verfahren Abgleichpunkte in dem dreidimensiona- len Modell zu lokalisieren . Dies können beispielsweise aufgrund der Struktur, der Form oder der Farbgebung hervorgehobene Punkte sein . Ebenso können aufgrund der Automatisierung auch eine Vielzahl von Abgleichpunkten vorgege- ben werden , welche zu einem überbestimmten System führen , so dass mittels an sich bekannter Abgleichverfahren eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann . I nsbesondere ist es vorteilhaft, automatisiert mehr als 5, bevorzugt mehr als 1 0, weiter bevorzugt mehr als 50 Abgleichpunkte vorzugeben . Aufgrund des Zuordnens von Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zu jedem der mindestens drei Abgleichpunkte gemäß Verfahrensschritt E weist das erfindungsgemäße Verfahren somit insbesondere den Vorteil auf, dass auch Abgleichpunkte an Orten der Messoberfläche verwendet werden können , die sich nicht durch eine besondere Form , Struktur oder Farbgebung hervorheben :
I n einer vorteilhaften Ausführungsform werden Ortskoordinaten im dreidimensi- onalen Modell für zumindest einen , bevorzugt für alle Abgleichpunkte vorgege- ben . Der Auftreffpunkt des Laserstrahls wird mittels einer Bildaufnahmeeinheit in einem ortsaufgelösten Bild erfasst. H ierbei kann es notwendig sein , dass der Benutzer manuell zumindest eine Ausrichtung derart vornimmt, dass der Laser- strahl innerhalb des von der Bildaufnahmeeinheit erfassten Bildes liegt. An- schließend wird durch Vorgabe von Steuerparametern der Laserstrahl auf den zuvor ausgewählten Ortspunkt gerichtet. Dies kann erfolgen , auch wenn noch keine Zuordnungsvorschrift gemäß Verfahrensschritt F bestimmt ist, insbeson- dere durch„Nachregeln“: Mittels an sich bekannter Näherungsverfahren kann mittels Steuerparameter eine Ortsänderung des Auftreffpunktes des Laser- strahls vorgegeben werden und diese wiederrum durch ein ortsaufgelöstes Bild der Bildaufnahmeeinheit erfasst werden . Durch Vergleich der ortsaufgelösten Bilder kann eine Korrektur der Steuerparameter erfolgen , um sich dem ge- wünschten Ortspunkt anzunähern . Eine Iteration dieser Schritte führt schließlich zu einem Richten des Laserstrahls auf den gewünschten Ortspunkt, so dass auch eine Zuordnung der Ortskoordinaten dieses Punktes zu entsprechenden Steuerparametern erfolgt ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Nachre- gelns werden im Verlauf der weiteren Beschreibung erläutert.
Für die vorgenannte vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens wird bevorzugt im ortsaufgelösten Bild der Bildaufnahmeeinheit der mit- tels Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell vorgegebene Abgleichpunkt lokalisiert. Es ist somit vorteilhaft, den Bildpunkten des Bildes der ortsaufgelös- ten Bildaufnahmeeinheit Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zuord- nen zu können . Auch dies ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in unaufwendiger Weise möglich , wie weiter unten näher erläutert.
Das ortsaufgelöste Bild stellt somit nach Auswahl bzw. Vorgabe des Abgleich- punktes in diesem Bild ein Abgleichpunktbild für diesen Abgleichpunkt dar. Ba- sierend auf dem Abgleichpunktbild und dem dreidimensionalen Modell können in Verfahrensschritt E dem Abgleichpunkt Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zugeordnet werden .
Eine weitere Vereinfachung für den Benutzer kann durch Beaufschlagen des Messobjekts mit dem Laserstrahl während zumindest einer Bildaufnahme erzielt werden :
Bei manchen Messoberflächen finden sich optisch deutlich unterscheidbare Strukturen . Diese können durch Unterschiede der Oberfläche in Farbe, Oberflä- chenart, Oberflächenmaterial oder lokalen geometrischen Strukturen begründet sein , beispielsweise Vor- oder Rücksprünge oder auch vorhandene Markierun- gen bzw. Unregelmäßigkeiten wie beispielsweise Kratzer.
Solche optisch unterscheidbaren Strukturen begünstigen eine Zuordnung von Ortskoordinaten . Es wurde bisher davon ausgegangen , dass solche Strukturen zwingend notwendig zum Abgleich einer Strahlrichteinheit sind . Das erfindungs- gemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Messvorrichtung bieten jedoch die Möglichkeit, einen Abgleich auch ohne Rückgriff auf solche Strukturen durchzuführen : Bevorzugt werden die Auftreffpunkte des Laserstrahls auf der Messoberfläche verwendet, um eine Zuordnung von Ortskoordinaten gemäß Verfahrensschritt E durchzuführen .
I n einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Durchführen des Verfahrensschrittes D zumindest für einen Abgleichpunkt ein ortsaufgelöstes Abgleichpunktbild erfasst, während der Laserstrahl auf die sen Abgleichpunkt auftrifft. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass für jeden Ab- gleichpunkt zumindest ein Abgleichpunktbild erfasst wird , während der Laser- strahl auf den jeweiligen Abgleichpunkt auftrifft. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Strahlrichteinheit den Laserstrahl bei der Erfassung eines Abgleich- punktbildes, bevorzugt bei Erfassung mehrerer Abgleichpunktbilder auf ver- schiedene Punkte des Messobjekts bewegt, insbesondere derart, dass jedes Abgleichpunktbild zumindest einen , bevorzugt genau einen durch den Laser- strahl beaufschlagten Abgleichpunkt umfasst. Vorteilhafterweise wird für jeden Abgleichpunkt jeweils ein Abgleichpunktbild erfasst, während der jeweilige Abgleichpunkt durch den Laserstrahl beauf- schlagt ist. Ebenso liegt das Bereitstellen eines Abgleichpunktbildes, in wel- chem mehrere Abgleichpunkte mittels des Laserstrahls beaufschlagt sind , im Rahmen der Erfindung, beispielsweise durch Mittelung mehrerer Teilbilder.
Da der Abgleichpunkt im erfassten ortsaufgelösten Abgleichpunktbild durch den Laser beaufschlagt ist, kann in besonders einfacher und präziser Weise eine Lokalisierung des Abgleichpunktes im Abgleichpunktbild erfolgen . Es ist somit wie zuvor beschrieben insbesondere nicht notwendig, den Abgleichpunkt an ei- nem Ort zu wählen , welcher durch seine Form, Textur oder Farbe besonders hervorgehoben ist, da es nicht notwendig ist, den Abgleichpunkt in einem Bild der Oberfläche anhand des Auffindens der vorgenannten optischen Struktur- merkmale wiederzufinden .
I n dieser vorteilhaften Ausführungsform kann somit eine Zuordnung des Ab- gleichpunktbildes zu dem dreidimensionalen Modell , insbesondere das Zuord- nen einer Perspektive und/oder eines Betrachtungsorts im dreidimensionalen Modells zu dem Abgleichpunktbild mit Hilfe des durch den Laser beaufschlagten Ortspunktes erfolgen . Mittels des Lasers wird somit eine„optische Struktur“ für die Bildverarbeitung geschaffen , so dass optisch deutlich unterscheidbare Struk- turen nicht zwingend durch an dem Messobjekt selbst vorhanden sein müssen .
I n einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Verfahrensschritt D für zumindest einen , bevorzugt für jeden Abgleichpunkt zumindest ein Abgleichpunktbild erfasst, während der Laserstrahl auf den Ab- gleichpunkt trifft. H ierdurch ergibt sich der Vorteil , dass im Abgleichpunktbild die Position des Abgleichpunktes durch den auftreffenden Laserstrahl definiert ist.
Es kann somit in einfacher Weise durch an sich bekannte Bildanalyseverfahren der Abgleichpunkt im Abgleichpunktbild lokalisiert werden . I nsbesondere ist die Verwendung von Mustererkennungsverfahren zur Lokalisierung des Abgleich- punkts im Abgleichpunktbild vorteilhaft.
Für typische Beleuchtungssituationen weist der durch den Laserstrahl beauf- schlagte Abgleichpunkt im Abgleichpunktbild eine höhere I ntensität, insbesonde- re größere Helligkeit, verglichen mit den umgebenden Bildpunkten auf. Eine Lo- kalisierung des Abgleichpunktes erfolgt somit in einer vorteilhaften Ausführungs- form durch Lokalisierung des Bildpunktes mit der größten Lichtintensität.
I n der Mehrzahl der typischen Messsituationen weist der Laserstrahl eine zu der Oberfläche des Messobjekts unterschiedliche Farbe auf. Eine Lokalisierung des Abgleichpunktes im Abgleichpunktbild erfolgt somit in einer vorteilhaften Ausfüh- rungsform durch Lokalisierung eines Farbpunktes in der Farbe des Laserstrahls.
Ebenso kann ein Abgleichpunktbild erfasst werden , bei welchem der Abgleich- punkt nicht durch den Laserstrahl erfasst wird und die I ntensitätswerte mit ei- nem weiteren Abgleichpunktbild verglichen werden , bei welchem der Abgleich- punkt durch den Laserstrahl beaufschlagt wird . I nsbesondere durch eine orts- aufgelöste Differenzbildung der Helligkeitswerte kann bei Vergleichung der bei- den genannten Bilder der Abgleichpunkt lokalisiert werden . I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt eine Lokalisierung des Abgleichpunktes im Abgleichpunktbild daher durch Vergleich , insbesondere Differenzbildung, mit einem weiteren ortsaufgelösten Bild , welches den nicht durch den Laserstrahl beaufschlagten Abgleichpunkt umfasst.
U m wie zuvor beschrieben wiedererkennbare optische Strukturen zu schaffen , ist es insbesondere vorteilhaft, dass für zumindest einen , bevorzugt für alle Ab- gleichpunkte, mindestens zwei , den Abgleichpunkt umfassende ortsaufgelöste Bilder erfasst werden , während der Abgleichpunkt mittels des Laserstrahls be- aufschlagt wird , insbesondere, dass die zumindest zwei Bilder aus unterschied- lichen Perspektiven erfasst werden .
I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird für jeden Abgleichpunkt ein separa- tes Abgleichpunktbild erfasst, in welchem ausschließlich der jeweilige Abgleich- punkt durch den Laser beaufschlagt wird . Hierdurch kann in einfacher Weise jeder Abgleichpunkt im zugehörigen Abgleichpunktbild lokalisiert werden .
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass ein Abgleichpunktbild mehrere durch den Laserstrahl beaufschlagte Abgleichpunkte erfasst.
Das Erfassen des Abgleichpunktbildes, während der Laserstrahl auf den Ab- gleichpunkt trifft, weist somit den Vorteil einer einfachen Lokalisierung des Ab- gleichpunktes im Abgleichpunktbild auf. Darüber hinaus sind dem jeweiligen Ab- gleichpunkt unmittelbar Steuerparameter zugeordnet, nämlich diejenigen Steu- erparameter, um den Laserstrahl mittels der Strahlrichteinheit während des Er- fassens des Abgleichpunktbildes auf den jeweiligen Abgleichpunkt zu richten .
Ebenso liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, ein Abgleichpunktbild zu erfassen , ohne dass der Abgleichpunkt während des Erfassens durch den La- serstrahl beaufschlagt ist.
I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird zumindest ein Abgleichpunkt, bevor- zugt werden alle Abgleichpunkte, auf der Messoberfläche durch einen optischen Marker gekennzeichnet. Mittels an sich bekannter Mustererkennungsmethoden erfolgt in dieser Ausführungsform die Lokalisierung des Abgleichpunktes im Ab- gleichpunktbild . I nsbesondere ist es vorteilhaft, zur Markierung der Abgleich- punkte optisch voneinander unterscheidbare Marker zu verwenden , sodass jeder Abgleichpunkt eindeutig lokalisiert werden kann , insbesondere auch dann , wenn mehr als ein Abgleichpunkt in einem Abgleichpunktbild erfasst ist.
Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung, auch bei Verwendung von optischen Markern während des Erfassens des oder der Abgleichpunktbilder den durch den optischen Marker gekennzeichneten Abgleichpunkt mittels des Laserstrahls zu beaufschlagen . Vorteilhafterweise erfolgt das Erfassen von den durch opti- sche Marker gekennzeichneten Abgleichpunkten ohne Beaufschlagen durch den Laserstrahl und in einem separaten Schritt wird der durch den optischen Marker gekennzeichnete Abgleichpunkt mittels der Strahlrichteinheit durch den Laser- strahl beaufschlagt, um die zugeordneten Steuerparameter der Strahlrichteinheit zu ermitteln . I n einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Marker auf einer Fläche angebracht, welche nicht Oberfläche eines Messgegenstands sind . Das Messobjekt umfasst in diesem Fall - wie eingangs beschrieben - einen oder mehrere Messgegenstände, an welchen beispielsweise Schwingungsdaten er- mittelt werden sollen sowie weitere Flächen , auf welchen einer oder mehrere Marker angebracht sind . Die Marker können beispielsweise an einer H inter- grundfläche, insbesondere eine Wand hinter einem Aufstellort für das oder die Messgegenstände angebracht sein . Vorteilhafterweise erfolgt eine automatische Bestimmung der Steuerparameter mittels Auswertung nacheinander aufgenommener Abgleichpunktbilder aus einer unveränderten Aufnahmeposition , insbesondere einer unveränderten Position der zum Erfassen der Abgleichpunktbilder verwendeten Bildaufnahmeeinheit. Vorzugsweise erfolgt hierbei ein automatisches„Nachregeln“ der Steuerparame- ter, so dass der Laser auf den optischen Marker auftrifft, insbesondere wie oben beschrieben . Dies wird bevorzugt für jeden der optischen Marker durchgeführt.
I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird mittels des Laserstrahls das Erstellen des dreidimensionalen Modells gemäß Verfahrensschritt B verein- facht, indem in Verfahrensschritt A der Laserstrahl zumindest bei zwei der in Verfahrensschritt A aufgenommenen ortsaufgelösten Bildern auf einen Orts- punkt, welcher durch beide Bilder erfasst ist, gerichtet wird . H ierdurch wird in Verfahrensschritt B eine Zuordnung dieser beiden Bilder vereinfacht, da in bei- den Bildern der typischerweise deutlich sichtbare Laserauftreffpunkt erfasst ist. I n dieser vorteilhaften Ausführungsform wurde mittels des Lasers somit eine optische Struktur geschaffen , um das Erstellen eines dreidimensionalen Modells aus der in Verfahrensschritt A erfassten Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern zu erleichtern oder mit höherer Präzision zu ermöglichen .
Dem in einem Abgleichpunktbild erfassten Abgleichpunkt, insbesondere dem im Abgleichpunktbild gemäß einer der vorangehend beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform lokalisierten Abgleichpunkt, werden in Verfahrensschritt E Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zugeordnet.
I n einer vorteilhaften Ausführungsform werden in Verfahrensschritt D für jeden Abgleichpunkt zumindest zwei , bevorzugt mindestens drei , insbesondere min- destens fünf Abgleichpunktbilder aus verschiedenen Perspektiven erfasst. H ier- durch wird durch an sich bekannte Bildverarbeitungsverfahren aufgrund des Vorliegens von Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven die Zuordnung von Ortskoordinaten zu dem Abgleichpunkt ermöglicht. I nsbesondere ist es vorteil- haft, dass Verfahrensschritt D in Verfahrensschritt A integriert ist. I n dieser vor- teilhaften Ausführungsform erfolgt somit während des Aufnehmens einer Mehr- zahl von ortsaufgelösten Bildern zumindest an der Messoberfläche des Messob- jekts aus unterschiedlichen Perspektiven gemäß Verfahrensschritt A das Erfas- sen mehrerer ortsaufgelöster Abgleichpunktbilder für zumindest einen , bevor- zugt für alle Abgleichpunkte aus unterschiedlichen Perspektiven . I n dieser vor- teilhaften Ausführungsform sind somit bereits in der in Verfahrensschritt A (mit integriertem Verfahrensschritt D) aufgenommenen Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern die Abgleichpunkte lokalisierbar.
Dies erfolgt bevorzugt mittels Beaufschlagen der Abgleichpunkte mittels der Strahlrichteinheit durch den Laserstrahl während des Aufnehmens der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern und Lokalisieren der Abgleichpunkte insbesondere gemäß einer der vorangegangenen Lokalisierungsmethoden . Mittels der Strahl- richteinheit kann der Laserstrahl typischerweise nicht auf zwei Abgleichpunkte gleichzeitig gerichtet werden . Entsprechend kann bei Überlappung der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern in einem Bereich , in welchem sich ein Abgleichpunkt befindet, ein Teil der Bilder den Abgleichpunkt im durch den Laserstrahl beauf- schlagten Zustand und ein Teil der Bilder im nicht durch den Laserstrahl beauf- schlagten Zustand aufweisen . Durch an sich bekannte Bildverarbeitungsverfah- ren kann dennoch auch bei Vorliegen solcher Bilder der Laserpunkt lokalisiert werden . I nsbesondere kann in einer bevorzugten Ausführungsform durch Mitteln der Bilder in den Ü berlappungsbereichen dennoch der Abgleichpunkt lokalisiert werden , insbesondere durch eine der vorgenannten Lokalisierungsmethoden , wie beispielsweise das Auffinden einer erhöhten Lichtintensität und/oder einer dem Laser zugeordneten Farbe und/oder Vergleich zweier Bilder, wobei nur in einem der beiden Bilder der Abgleichpunkt durch den Laserstrahl beaufschlagt ist.
Bei Erfassen von mehreren Abgleichpunktbildern aus verschiedenen Perspekti- ven , die denselben Abgleichpunkt umfassen , wird bevorzugt in Verfahrens- schritt B während des Erstellens des dreidimensionalen Modells auch Verfah- rensschritt E mit Zuordnen der Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zu dem jeweiligen Abgleichpunkt durchgeführt.
I n Verfahrensschritt B wird basierend auf der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bi I- dern das dreidimensionale Modell zumindest der Messoberfläche des Objekts erstellt. Entsprechend können in unaufwendiger Weise für jedes der ortsaufge- lösten Bilder jedem Bildpunkt zumindest der Messoberfläche Ortskoordinaten zugeordnet werden . I n einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt daher bei denjenigen Bildern , welche einen Abgleichpunkt umfassen , eine Lokalisierung des Abgleichpunktes in dem ortsaufgelösten Bild und entsprechende Zuordnung von Ortskoordinaten zu dem Abgleichpunkt. Dabei wird bevorzugt der Abgleich- punkt in den Bildern wie oben beschrieben durch verschiedene Bildverarbei- tungsverfahren automatisch detektiert werden .
I n einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Mehrzahl Abgleich- punktbilder aufgenommen , die vom gleichen Ort aus und mit der gleichen Per- spektive relativ zu dem Objekt erfasst werden .
H ierdurch ergibt sich der Vorteil, dass für alle in einem Abgleichpunktbild lokal i- sierten Abgleichpunkte die Zuordnung von Ortskoordinaten des dreidimensiona- len Modells gemäß Verfahrensschritt E in gleicher Weise erfolgen kann , insbe- sondere bevorzugt mittels einer Zuordnungsvorschrift für die Abgleichpunktko- ordinaten .
Es ist daher vorteilhaft, die Abgleichpunktbilder mittels einer relativ zur Strahl- richteinheit ortsfest angeordneten Bildaufnahmeeinheit zu erfassen . Es ist häu- fig erwünscht, ein mittels der Bildaufnahmeeinheit erfasstes Bild , insbesondere eine Videoaufnahme des Messobjekts in etwa aus der Perspektive der Strahl- richteinheit zu erhalten . Hierdurch erhält der Benutzer eine realistische Vorstel- lung der Perspektive, aus welcher die Laserstrahlen zur Durchführung der Mes- sung ausgesandt werden . Typische Strahlrichteinheiten enthalten daher eine ortsfest an der Strahlrichteinheit angeordnete Bildaufnahmeeinheit. Es ist daher insbesondere vorteilhaft, diese Bildaufnahmeeinheit zusätzlich zur Aufnahme des oder der Abgleichpunktbilder zu verwenden . Ebenso kann eine separat in der Nähe der Strahlrichteinheit positionierte Bildaufnahmeeinheit verwendet werden , um ebenfalls einerseits ein Bild des Messobjekts für den Benutzer zu erfassen und andererseits das oder die Abgleichpunktbilder zu erfassen . Bei- spielsweise kann eine solche Bildaufnahmeeinheit auf einem Stativ neben der Strahlrichteinheit positioniert werden .
Bei Durchführen einer Messung mit Richten des Laserstrahls auf mehrere vor- gegebene Messpunkte wird die Strahlrichteinheit relativ zu dem Objekt typi- scherweise nicht bewegt, da solch eine Relativbewegung zwischen Strahlricht- einheit und Objekt durch eine Veränderung der Zuordnungsvorschrift kompen- siert werden müsste. Wenn eine solche Relativbewegung erfolgt, ist es vorteil- haft, erneut einen Abgleich durchzuführen . Sofern die Relativbewegung definiert erfolgte und bekannt ist, kann auch eine rechnerische Korrektur der Zuord- nungsvorschrift erfolgen . Dies ist beispielsweise der Fall , wenn die Messvorrich- tung relativ zu dem Objekt in definierter, vorgegebener Weise durch eine Bewe- gungseinheit bewegt wird , beispielsweise eine Lineartransporteinheit oder einen Roboterarm .
Bei Erfassen mehrerer Abgleichpunktbilder am gleichen Ort u nd mit der gleichen Perspektive relativ zu dem Messobjekt, erfolgt bevorzugt eine Zuordnung von Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zu Bildpunkten der Abgleich- punktbilder. Da alle Abgleichpunktbilder in dieser bevorzugten Ausführungsform am gleichen Ort und mit der gleichen Perspektive relativ zu dem Messobjekt erfasst werden , kann eine gemeinsame Zuordnungsvorschrift für Bildpunkte der Abgleichpunktbilder ermittelt werden .
Vorteilhafterweise wird mittels zumindest eines Abgleichpunktbildes der Auf- nahmeort für das Abgleichpunktbild bestimmt. Dies erfolgt bevorzugt mittels Vergleich des Abgleichpunktbildes mit mittels des dreidimensionalen Modells berechneten Ansichten des Objekts aus verschiedenen Perspektiven . H ierdurch kann automatisiert der Aufnahmeort der Abgleichpunktbilder im dreidimensiona- len Modell bestimmt werden . Ebenso können hierdurch jedem Ort im Abgleich- punktbild Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zugeordnet werden .
Typischerweise werden digitale Kameras, insbesondere wie zuvor beschrieben Kameras mit einem CCD- oder CMOS-Bildsensor, als Bildaufnahmeeinheit zur Aufnahme der ortsaufgelösten Bilder verwendet, welche eine Vielzahl von Bild- pixeln aufweisen . I n der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform können somit jedem Bildpixel eines Abgleichpunktbildes Ortskoordinaten zuge- ordnet werden , insbesondere jedem Bildpixel , welches die Messoberfläche zeigt, dreidimensionale Ortskoordinaten auf der Messoberfläche im dreidimensi- onalen Modell zugeordnet werden . Wie bereits beschrieben , ist diese Zuordnung in der vorgenannten vorteilhaften Ausführungsform für alle Abgleichpunktbilder gleich , sodass deren Bestimmung lediglich einmalig erfolgen muss, um in jedem der Abgleichpunktbilder dem jeweils lokalisierten Abgleichpunkt Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zuzuordnen . Vorteilhafterweise erfolgt in Verfahrensschritt C eine Vorgabe der zumindest drei Abgleichpunkte auf der Messoberfläche, und der Laserstrahl wird automati- siert mittels der Strahlrichteinheit auf jeden der drei Abgleichpunkte gerichtet, insbesondere, um für jeden Abgleichpunkt ein Abgleichpunktbild zu erfassen , während der Laserstrahl den jeweiligen Abgleichpunkt beaufschlagt. Die Vorga- be der zumindest drei Abgleichpunkte kann durch den Bediener oder automa- tisch anhand des in Verfahrensschritt B erstellten dreidimensionalen Modells erfolgen .
I n diesem Stadium ist noch kein Abgleich der Strahlrichteinheit erfolgt, das heißt, es kann noch nicht - zumindest nicht mit einer ausreichenden Genauig- keit - bei Vorgabe von Ortskoordinaten eines Abgleichpunktes eine Ermittlung von korrespondierenden Steuerparametern für die Strahlrichteinheit erfolgen . Vorteilhafterweise erfolgt das automatisierte Richten des Ablenkstrahls auf ei- nen Abgleichpunkt daher mittels automatisierter Aufnahme eines Videobildes:
Mittels einer Bildaufnahmeeinheit, insbesondere bevorzugt mittels der zuvor be- schriebenen ortsfest relativ zu der Strahlrichteinheit angeordneten Bildaufnah- meeinheit, werden ortsaufgelöste Bilder aufgenommen , welche den Abgleich- punkt und den auf die Messoberfläche auftreffenden Laserstrahl erfassen . H ier- zu kann es notwendig sein , dass der Benutzer initial ein Richten des Laser- strahls zumindest auf einen beliebigen Punkt der Messoberfläche durchfü hrt. Dies ist für den Benutzer jedoch in unaufwendiger Weise möglich , da hierfür keine hohe Präzision erforderlich ist.
Auch wenn noch kein Abgleich der Strahlrichteinheit stattgefunden hat, so kann dennoch näherungsweise ein Verschieben der Auftreffposition des Laserstrahls auf dem Objekt durch Veränderung der Steuerparameter erfolgen , insbesondere durch„Nachregeln“: Mittels an sich bekannter Algorithmen kann beispielsweise in einem angenommenen Koordinatensystem eine geringfügige Verschiebung des Laserstrahls in eine beliebige Richtung erfolgen und anschließend mittels Analyse des ortsaufgelösten Bildes überprüft werden , ob die Verschiebung in der korrekten Richtung erfolgt und gegebenenfalls eine Korrektur der Verschie- bungsrichtung erfolgen , sodass iterativ auch ohne erfolgten Abgleich der Strahl- richteinheit ein Richten des Messstrahl auf den Abgleichpunkt erfolgt. Ebenfalls mittels des ortsaufgelösten Videobildes kann die Zielsituation erkannt werden , in welcher der Laserstrahl auf den Abgleichpunkt auftrifft. Entsprechend können die dann vorliegenden Steuerparameter diesem Abgleichpunkt zugeordnet wer- den .
Für die I dentifikation/Lokalisierung des Laserstrahls im ortsaufgelösten Bild ist es vorteilhaft, das Bild temporär abzudunkeln (insbesondere durch ein Schlie- ßen einer Blende einer Kamera der Bildaufnahmeeinheit und/oder eine Verkür- zung der Belichtungszeit) so dass bevorzugt im Wesentlichen nur noch der La- serstrahl mittels der Kamera erfasst wird und insbesondere eine Überbelichtung des Kamerabilds durch den Laserstrahl vermieden wird . Die Bildpunkt- Koordinaten des Laserstrahls werden bevorzugt durch eine geeignete Mittelung von Bildpunkt-Koordinaten mit Helligkeiten oberhalb eines Schwellwerts be- stimmt. Diese Bildpunkt-Koordinaten des Laserstrahls werden bevorzugt mit den zuvor bestimmten Bildpunkt-Koordinaten des Abgleichpunktes verglichen .
Die Vorgabe der Abgleichpunkte in dieser vorteilhaften Ausführungsform kann durch optische Marker erfolgen , welche im ortsaufgelösten Bild mittels Bildana- lyse detektiert werden . I nsbesondere ist es jedoch vorteilhaft, dass der Benutzer in dem ortsaufgelösten , mittels der Bildaufnahmeeinheit erfassten Bild Ab- gleichpunkte auswählt. Eine besonders vorteilhafte benutzerfreundliche Auswahl kann durch Anwählen der Abgleichpunkte in dem ortsaufgelösten Bild , bei- spielsweise durch Anklicken mittels einer Computermaus, erfolgen . I n diesem Fall wird zusätzlich das ortsaufgelöste Bild mit dem dreidimensionalen Modell verglichen , um dem durch den Benutzer ausgewählten Abgleichpunkt Ortskoor- dinaten im dreidimensionalen Modell zuzuordnen .
Bei der zuvor beschriebenen Verwendung von optischen Markern ist es insbe- sondere vorteilhaft, dass vor Verfahrensschritt A in einem Verfahrensschritt A0 zumindest drei optische Abgleichpunktmarkierungen als Marker auf der Mess- oberfläche aufgebracht werden . I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass in Verfah- rensschritt E die Zuordnung von Ortskoordinaten zu den Abgleichpunkten mittels automatischer Mustererkennung erfolgt. I n einer weiter bevorzugten Ausfüh- rungsform wird in Verfahrensschritt C der Laserstrahl automatisiert mittels der Strahlrichteinheit auf jeden der mindestens drei Abgleichpunkte gerichtet, um für jeden Abgleichpunkt ein Abgleichpunktbild zu erfassen . Ein wesentlicher Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Erstel- len eines dreidimensionalen Modells gemäß Verfahrensschritt B mittels der in Verfahrensschritt A aufgenommenen ortsaufgelösten Bilder. Die Erstellung des dreidimensionalen Modells in Verfahrensschritt B erfolgt vorteilhafterweise m it- tels Photogrammetrie. Photogrammetrische Verfahren sind an sich aus der Ge- odäsie und Fernerkundung bekannt. I nzwischen wird Photogrammetrie jedoch ebenso zur Ermittlung der räumlichen Lage und/oder der dreidimensionalen Form eines Objekts mittels einer Mehrzahl ortsaufgelöster Messbilder verwen- det.
Die eingangs erwähnte Aufgabe ist daher ebenfalls durch die Verwendung von Photogrammetrie, um einen Abgleich einer Strahlrichteinheit zum Richten eines Laserstrahls einer Laserstrahlquelle auf mehrere Messpu nkte eines Messobjekts durchzuführen , gelöst, insbesondere um einen Abgleich einer Strahlrichteinheit eines Vibrometers durchzuführen .
U m eine präzise Bestimmung des dreidimensionalen Modells zu ermöglichen , werden bevorzugt die ortsaufgelösten Bilder derart erfasst, dass zumindest in den Randbereichen eine Überlappung mit dem jeweils nachfolgenden Bild vor- liegt. Aufgrund der typischen Größenordnung der Messobjekte, für welche das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung findet, ist insbesondere die Verwen- dung von Methoden der Nahbereichsphotogrammetrie vorteilhaft:
Eine mögliche Ausgestaltung ist die Bestimmung von eindeutigen Merkmalen in den ortsaufgelösten Bildern und die anschließende Triangulation von Koordina- ten . Mittels scale-invariant feature transform SI FT, insbesondere gemäß US 6,71 1 ,293 B 1 , speeded-up robust features SU RF und ähnlichen einschlägig be- kannten Verfahren werden identifizierbare Merkmale in den ortsaufgelösten Bi I- dern bestimmt. Diese Merkmale werden in mehreren der ortsaufgelösten Bilder gesucht und einander zugeordnet. Die Zuordnung wird durch einen Algorithmus durchgeführt, der in etwa passende Nachbarn für die Merkmale in einem mul- tidimensionalen Raum bestimmt, welcher durch die Feature-Vektoren (SI FT, SU RF, etc.) aufgespannt wird . Beispiele hierfür sind das einfache Ausprobieren (Brüte Force) oder die Fast Library for Approximate Nearest Neighbor Search (FLAN N : Marius Muja and David G . Lowe, "Fast Approximate Nearest Neighbors with Automatic Algorithm Configuration", in I nternational Conference on Com- puter Vision Theory and Applications (VI SAPP'09), 2009). Auch andere Verfah- ren sind denkbar. Basierend auf den Abbildungseigenschaften der verwendeten Bildaufnahmeeinheit können dann die Perspektiven der Bilder berechnet und basierend auf den Merkmal-Korrespondenzen Koordinaten ermittelt werden , vorzugsweise per Triangulation . Die mehrfache Durchführung dieser Koordina- tenermittlung ergibt eine Mehrzahl von 3D Koordinaten welche zu einem Modell kombiniert werden . Dies entspricht dem Verfahrensschritt B. Eine Übersicht über diese und weitere verfügbare derartige Verfahren findet sich auch unter https://en .wikipedia.org/wiki/Structure_from_motion .
Eine weitere mögliche Ausgestaltung hierbei ist die Verwendung der an sich be- kannten und zuvor erwähnten Musterprojektion , bevorzugt in der Ausführungs- form einer Streifenprojektion . Bei der Musterprojektion entfällt die aufwendige Suche nach den passenden Nachbarn in mehreren der ortsaufgelösten Bilder, und die Triangulation kann basierend auf der bekannten Beziehung zwischen Musterprojektionseinheit und Kamera erfolgen . Auch hier erhält man eine Mehr- zahl von 3D Koordinaten , welche entsprechend Verfahrensschritt B zu einem Modell kombiniert werden . Bewegliche Messvorrichtungen zur Aufnahme einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern eines Objekts und Erstellen eines dreidi mensionalen Modells sind bereits käuflich erwerbbar. Diese Bildaufnahmeein- heiten weisen typischerweise zusätzlich zu einer Aufnahmeeinheit zum Erfassen des ortsaufgelösten Bildes, insbesondere einer Kamera, auch eine Projektions- einheit zum Projizieren eines Musters, insbesondere zum Projizieren von Strei fen für das Verfahren der Streifenlichtprojektion auf.
Bevorzugt wird hierfür einer der nachfolgend genannten , handelsüblich erhältli chen 3d-Scanner verwendet (die nachfolgend genannten Bezeichnungen sind Handelsbezeichnungen , deren Rechte bei den jeweiligen I nhabern liegen): Artec Eva, Artec Spider, Creaform GoScan 3D, Creaform Handyscan 3D, Creaform Metrascan 3D.
Für verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah- rens ist es notwendig, einem Bildpunkt eines ortsaufgelösten Bildes Ortskoordi- naten des dreidimensionalen Modells zuzuordnen . Die Bestimmung von Lage und Orientierung eines dreidimensionalen Modells in einem ortsaufgelösten Bild ist aus dem Stand der Technik bekannt, beispiels- weise aus: DOI : 1 0.1 1 09/I CCV.201 7.23. Durch die dann bekannte Lage und Orientierung kann für jeden Bildpunkt des zugehörigen ortsaufgelösten Bilds bestimmt werden , ob es einen Teil der Oberfläche des dreidimensionalen Mo- dells darstellt. Falls es einen Teil der Oberfläche des dreidimensionalen Modells darstellt, können die nächstgelegenen bekannten 3D-Koordinaten der Oberflä- che des dreidimensionalen Modells bestimmt werden und durch eine geeignete I nterpolation die 3D-Koordinaten des Teils der Oberfläche bestimmt werden , die in dem jeweiligen Bildpunkt des ortsaufgelösten Bildes dargestellt wird . Auf je- den Fall ist es durch die Bestimmung der Lage und Orientierung des dreidimen- sionalen Messobjekt-Modells in einem ortsaufgelösten Bild dann auch möglich , jedem Ort, insbesondere jedem Bildpunkt des ortsaufgelösten Bildes, die zuge- hörigen 3D-Koordinaten im dreidimensionalen Messobjekt-Modell zuzuordnen . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Figuren 5 und 6 gezeigt sowie den zugehörigen Figurenbeschreibungen erläutert.
I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird durch I ntegrieren des Ver- fahrensschrittes D in Verfahrensschritt A eine Zuordnung von Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zu den Bildpunkten der Abgleichpunktbilder verein- facht: I n dieser vorteilhaften Ausführungsform wird die Mehrzahl von ortsaufge- lösten Bildern gemäß Verfahrensschritt A aufgenommen und die Abgleichpunkt- bilder gemäß Verfahrensschritt D werden jeweils aus einem Aufnahmeort aufge- nommen , welcher einem Aufnahmeort zumindest eines der ortsaufgelösten Bi I- der gemäß Verfahrensschritt A entspricht oder nur geringfügig hiervon abweicht. H ierdurch ist somit eine Zuordnung jedes Abgleichpunktbildes zu zumindest ei- nem der ortsaufgelösten Bilder gemäß Verfahrensschritt A möglich . Bei Bestim- men des dreidimensionalen Modells gemäß Verfahrensschritt B erfolgt bevor- zugt eine Zuordnung von Ortskoordinaten zu den Bildpunkten der in Verfahrens- schritt A aufgenommenen Bilder. Entsprechend kann in unaufwändiger Weise eine Zuordnung von Ortskoordinaten bei dem oder den Abgleichbildern erfolgen , in dem auf die Zuordnung des korrespondierenden ortsaufgelösten Bildes ge- mäß Verfahrensschritt A zurückgegriffen wird .
I nsbesondere ist es vorteilhaft, eine Bildaufnahmeeinheit zu verwenden , welche sowohl die Mehrzahl ortsaufgelöster Bilder gemäß Verfahrensschritt A, als auch die Abgleichbilder gemäß Verfahrensschritt D erfasst. Hierdurch kann in einfa- cher Weise ein Aufnehmen eines ortsaufgelösten Bildes gemäß Verfahrens- schritt A und eines Abgleichbildes erfolgen , bevorzugt gleichzeitig oder, indem in kurzer zeitlicher Abfolge, insbesondere bevorzugt in einem zeitlichen Abstand von weniger als 1 Sekunde, bevorzugt weniger als 0,5 Sekunden , ein ortsaufge- löstes Bild gemäß Verfahrensschritt A und ein Abgleichbild aufgenommen wer- den .
Das erfindungsgemäße Abgleichverfahren dient zum Abgleich einer Strah Iricht- einheit einer interferometrischen Messvorrichtung. Mittels der Strahlrichteinheit wird somit ein Laserstrahl als Messstrahl auf einen Messpunkt des Messobjekts gerichtet. Der reflektierte und/oder gestreute Messstrahl durchläuft wieder die Strahlrichteinheit, um eine interferometrische Messung in der Messvorrichtung zu ermöglichen . I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Laserstrahl durch die interferometrische Messvorrichtung in mindestens einen Mess- und mindestens einen Referenzstrahl aufgeteilt.
Der Messstrahl wird mittels der Strahlrichteinheit auf einen vorgegebenen Messpunkt auf dem Messobjekt gerichtet, und der von dem Messobjekt reflek- tierte und/oder gestreute Messstrahl durchläuft die Strahlrichteinheit wieder, um mit dem Referenzstrahl zur Ausbildung einer optischen I nterferenz überlagert zu werden . Die Messvorrichtung weist hierzu bevorzugt zumindest einen Detektor auf, um das I nterferenzsignal zu detektieren . Aus dem I nterferenzsignal können die gewünschten Messdaten , insbesondere Schwingungsdaten und/oder eine Geschwindigkeit der Bewegung der Oberfläche des Objekts am Messpunkt er- mittelt werden . Die Messvorrichtung kann im Grundaufbau in an sich bekannter Weise eines I nterferometers, insbesondere eines Vibrometers, bevorzugt eines heterodynen I nterferometers oder eines heterodynen Vibrometers, ausgebildet sein .
U m an einem Messpunkt eine Schwingung in mehreren Dimensionen zu ermit- teln , ist es vorteilhaft, dass die Verfahrensschritte C, D und F für eine Mehrzahl von Messköpfen , bevorzugt für zumindest drei Messköpfe, durchgeführt werden , die jeweils eine Laserstrahlquelle und eine Strahlrichteinheit aufweisen . I nsbe- sondere ist es vorteilhaft, die genannten Verfahrensschritte für eine Mehrzahl zueinander ortsfest angeordneter Messköpfe durchzuführen . Messvorrichtungen mit drei Messköpfen sind beispielsweise durch den Anmelder unter der Bezeich- nung„PSV-3D-Scanning Vibrometer“ erhältlich .
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die Verwendung von zumindest drei ortsverschiedenen Abgleichpunkten auf der Messoberfläche vor. Aus mathema- tischer Sicht ist durch Verwendung von drei Abgleichpunkten und bei Vorgabe der Entfernung zumindest eines Abgleichpunktes zu der Strahlrichteinheit das System ausreichend bestimmt. Ebenso können für ein ausreichend bestimmtes System vier ortsverschiedene Abgleichpunkte vorgegeben werden , wobei hierbei eine separate Vorgabe oder Messung der Entfernung zu der Strahlrichteinheit nicht notwendig ist. Vorteilhafterweise werden mehr als vier ortsverschiedene Abgleichpunkte vorgegeben , um ein überbestimmtes System zu erzielen und so die Auswirkung von Messfehlern zu verringern .
Vorteilhafterweise wird eine Entfernungsmesseinheit verwendet, insbesondere, um den Abstand der Abgleichpunkte zu der Messvorrichtung, insbesondere zu der Strahlrichteinheit zu bestimmen . Die Anzahl der zu bestimmenden Parame- ter reduziert sich entsprechend : Sind die Distanzen zu den Abgleichpunkten be- kannt, werden mindestens drei Abgleichpunkte benötigt. Sind diese Distanzen nicht bekannt, werden mindestens vier Abgleichpunkte benötigt, um alle Para- meter der Zuordnungsvorschrift zu bestimmen .
Das dreidimensionale Modell zumindest der Messoberfläche des Messobjekts kann in an sich aus der Photogrammetrie zur Erfassung der Form von dreidi mensionalen Objekten bekannten Art ausgebildet sein . I nsbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, in Verfahrensschritt B ein dreidimensionales Modell zu erstellen , welches eine Punktwolke, bevorzugt ein Polygonnetz, insbesondere ein unregelmäßiges Dreiecksnetz, aufweist. Wie zuvor beschrieben umfasst das dreidimensionale Modell weiter bevorzugt Texturinformationen des Objekts, ins- besondere ein oder mehrere ortsaufgelöste Bilder des Aussehens der Mess- oberfläche und weiter bevorzugt für jeden Punkt der Oberfläche mit 3D- Koordinaten zusätzlich die zugehörigen Bildpunkt-Koordinaten in den ortsaufge- lösten Bildern der Messoberfläche (sogenannte Textur-Koordinaten).
Das dreidimensionale Modell umfasst daher bevorzugt eine Liste von Punkten der Oberfläche des Objekts mit jeweils 3D-Koordinaten und Textur-Koordinaten sowie eine Liste von Dreiecken welche die Oberfläche des Messobjekts annä- hern , bei denen die Eckpunkte Bestandteile der Liste der Punkte sind .
I n einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Messvor- richtung eine Fokussiereinrichtung für den Laserstrahl auf. Dies ist vorteilhaft, um einen präzisen Messpunkt, insbesondere mit möglichst geringer Ausdeh- nung, auf dem Messobjekt zu beaufschlagen . Typischerweise weisen unter- schiedliche Messpunkte einen unterschiedlichen Abstand zu der Messvorrich- tung, insbesondere zu der Strahlrichteinheit auf. Vorteilhafterweise ist daher die Fokussiereinrichtung mit der Steuereinheit verbunden und die Steuereinheit derart ausgebildet, mittels des dreidimensionalen Modells einen Abstand der Messvorrichtung und/oder der Strahlrichteinheit zu dem durch den Laserstrahl beaufschlagten Messpunkt zu bestimmen und die Fokussiereinrichtung derart zu steuern , dass eine Fokussierung des Laserstrahls auf den Messpunkt erfolgt.
Für diese vorteilhafte Ausführungsform ist eine hohe Präzision des dreidi mensi- onalen Modells wünschenswert. H ier zeigt sich ein weiterer Vorteil des erfin- dungsgemäßen Verfahrens, da aufgrund des Aufnehmens von ortsaufgelösten Bildern aus mehreren Perspektiven gemäß Verfahrensschritt A eine besonders präzise Bestimmung des dreid imensionalen Modells gemäß Verfahrensschritt B möglich ist.
Bei einer Vielzahl von interferometrischen Messungen wird ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich als Messstrahl verwendet. Ein solcher Laserstrahl kann in unaufwendiger Weise mit typischen Bildaufnahmeeinheiten erfasst werden . Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung daher die Laserstrahlquelle zur Erzeugung eines Mess- und Referenzstrahls der interferometrischen Mess- vorrichtung als Laserstrahlquelle für den Abgleich verwendet. Der für den Ab- gleich verwendete Laserstrahl entspricht somit dem Messstrahl, wobei typi- scherweise während des Durchführens des Abgleichs, insbesondere während der Verfahrensschritte A, C und D, keine interferometrische Messung erfolgt.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, einen mittels einer zusätzlichen La- serstrahlquelle erzeugten Laserstrahl für den Abgleich zu verwenden : Für manche Anwendungen von interferometrischen Messungen ist es wün- schenswert, einen mittels üblicher Bildaufnahmeeinheiten nicht oder nur mit un- zureichender Genauigkeit erfassbaren Laserstrahl zu verwenden . I nsbesondere sind Vibrometer bekannt, welche Laserstrahlen im I nfrarotbereich verwenden , insbesondere bei einer Wellenlänge von 1 550 n m.
Nachteilig ist hierbei, dass der Benutzer keine oder eine nur unzureichende op- tische Kontrolle über den jeweils beaufschlagten Messpunkt besitzt und ein au- tomatisiertes Auffinden eines Auftreffpunktes solch eines Lasers nur mit zusätz- lichem technischem Aufwand möglich ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfah- ren wäre darüber hinaus ein Beaufschlagen eines Abgleichpunktes mittels des Messstrahls durch den Benutzer nicht oder zumindest nicht in einfacher Weise kontrollierbar. I nsbesondere kann der Benutzer in diesem Fall nicht durch einfa- che Sichtkontrolle einen Abgleichpunkt auswählen , indem er durch manuelles Senden von Steuerbefehlen an die Strahlrichteinheit den gewünschten Ab- gleichpunkt mit dem Messstrahl beaufschlagt.
I n einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher ein zusätzlicher Ziellaserstrahl einer Ziellaserstrahlungsquelle verwendet, um den Abgleich durchzuführen . Der Ziellaserstrahl wird bevorzugt derart in den Strahlengang der Strahlrichteinheit eingekoppelt, dass der Ziellaserstrahl auf den gleichen Ortspunkt des Messobjekts auftrifft, wie der Messstrahl. I nsbeson- dere wird der Ziellaserstrahl bevorzugt koaxial zu dem Messstrahl in den Strah- lengang der Strahlrichteinheit eingekoppelt, sodass Mess- und Ziellaserstrahl identisch durch die Strahlrichteinheit abgelenkt werden .
I n dieser vorteilhaften Ausführungsform stellt somit die Ziellaserstrahlquelle die Laserstrahlquelle und der Ziellaserstrahl den Laserstrahl für das erfindungsge- mäße Verfahren oder eine bevorzugte Ausführungsform hiervon dar. I nsbeson- dere erfolgt in Verfahrensschritt C somit ein Richten des Ziellaserstrahls auf zumindest drei ortsverschiedene Abgleichpunkte. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, dass zum Durchführen des Abgleichs gleichzeitig der Messstrahl ausgesandt wird , da während des Abgleichs keine interferometrische Messung erfolgen muss und somit die Laserstrahlquelle für den Messstrahl hierbei aus- geschaltet sein kann . Es ist jedoch vorteilhaft, den Messlaserstrahl während des Abgleichs einge- schaltet zu lassen , da sich über Auswertung der interferometrischen Signalstär- ke vorteilhaft eine automatische Fokussierung des Messlaserstrahls realisieren lässt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Optik für den Laserstrahl der Mess- vorrichtung ist, dass der Ziellaserstrahl fokussiert ist, sobald der Messlaser- strahl fokussiert ist. Somit lässt sich über automatische Fokussierung des Mess- lasers auch der Ziellaser automatisch fokussieren .
Entsprechend weist die Messvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform eine Ziellaserstrahlquelle für einen Ziellaserstrahl auf, und die Steuereinheit ist ausgebildet, einen Abgleich der Strahlrichteinheit mittels des Ziellaserstrahls als Laserstrahl auszuführen .
Das Richten des Laserstrahls der Laserstrahlquelle auf mehrere Messpunkte eines Messobjekts erfolgt vorliegend mit einer Strahlrichteinheit. Diese kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein . So liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Strahlrichteinheit als Ablenkeinheit ausgebildet ist und ein Ablenken des Laserstrahls mittels einem oder mehrerer beweglicher Spiegel oder anderer optischer Mittel erfolgt. Ebenso kann ein Richten des Laserstrahls auf einen ge- wünschten Punkt durch ein translatorisches Verfahren eines optischen Elemen- tes, beispielsweise durch eine Linearbewegung eines Spiegels mittels eines Elektromotors erfolgen . Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Laser- strahlquelle, insbesondere die gesamte Messvorrichtung mittels der Strahlricht einheit zu bewegen . So kann die Strahlrichteinheit als Bewegungseinheit aus- gebildet sein , um beispielsweise die Messvorrichtung translatorisch , beispiels- weise in einer x- und einer senkrecht hierzu stehenden y-Richtung zu bewegen . Ebenso kann die Strahlrichteinheit alternativ oder zusätzlich zu einem Verkippen oder Drehen der Laserstrahlquelle, insbesondere der gesamten Messvorrichtung ausgebildet sein . Es liegt insbesondere im Rahmen der Erfindung, dass die Messvorrichtung mittels der Strahlrichteinheit um eine oder bevorzugt zwei Ach- sen drehbar ist. Es liegt insbesondere im Rahmen der Erfindung, dass die Strahlrichteinheit als Roboterarm ausgebildet ist, um eine Ausrichtung des La- serstrahls der Laserstrahlquelle auf einen gewünschten Messpunkt zu erzielen .
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorgenannten Strahlrichteinheiten be- grenzt. Wesentlich ist, dass Steuerparameter vorgebbar sind , so dass für einen durch den Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkt durch Vorgabe korrespon- dierender Steuerparameter mittels der Strah lrichteinheit der Laserstrahl der La- serstrahlquelle auf den gewünschten Messpunkt gerichtet werden kann .
Auch andere vorteilhafte Ausführungsformen der Strahlrichteinheit sind vorstell- bar. So kann die Änderung des räumlichen Laserstrahl-Verlaufs auch durch me- chanische Verstelleinheiten , die den Messkopf, den Laser, Optiken oder andere Teile bewegen , bewerkstelligt werden . Besonders vorteilhaft sind galvanomet- risch bewegte Spiegelscanner, Spiegelscanner mit kardanisch aufgehängten Spiegeln , Piezoscanner, Keilplatten-Scanner oder M EMS-Scanner. Auch elekt- rooptisch oder akustooptisch betriebene Strahlrichteinheiten sind denkbar.
Wesentliche Aspekte der vorliegende Erfindung, zumindest von vorteilhaften Ausführungsformen hiervon , können somit wie folgt zusammengefasst werden : Mit geeigneten Bildaufnahmeeinheiten werden ortsaufgelöste Bilder der Mess- oberfläche eines Messobjekts aufgenommen , wobei zumindest ein Teil der Bil der dazu benutzt wird , ein dreidimensionales Modell der Messoberfläche zu er- stellen , und ein anderer, nicht notwendigerweise dazu disjunkter Teil der Bilder dazu dient, Abgleichpunktbilder zur Verfügung zu stellen , wobei diese Bilder dann in räumlichen Bezug zu dem erstellten dreidimensionalen Modell der Messoberfläche gebracht werden . Die Abgleichpunkte werden in den Abgleich- punktbildern lokalisiert, d . h . es werden ih nen manuell oder automatisiert Orte im jeweiligen zugehörigen ortsaufgelösten Abgleichpunktbild zugewiesen , so dass ihnen dann über den räumlichen Bezug der Abgleichpunktbilder zu m drei- dimensionalen Modell der Messobjektoberfläche Koordinaten im Modell der Messoberfläche zugeordnet werden können . Alternativ können die Abgleich- punkte auch im dreidimensionalen Modell der Messoberfläche lokalisiert wer- den . Der Laserstrahl wird auf zumindest drei ortsverschiedene Abgleichpunkte gerichtet, und es werden die zugehörigen Steuerparameter der Strahlrichteinheit ermittelt. Damit liegen für die Abgleichpunkte sowohl die dreidimensionalen Ko- ordinaten im Modell der Messoberfläche als auch die zugehörigen Steuerpara- meter vor. Hieraus wird dann eine Zuordnungsvorschrift ermittelt, mit deren H ilfe zu beliebigen mit dem Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkten auf der Messoberfläche die hierzu korrespondierenden Steuerparameter der Strah Iricht- einheit zugewiesen werden . Besonders vorteilhaft wird hierzu ein Strahlrichtein- heit-Modell verwendet, das in Abhängigkeit der Steuerparameter und gegebe- nenfalls zusätzlich von zunächst noch nicht bestimmten weiteren Parametern den Laserstrahlverlauf relativ zur Strahlrichteinheit modelliert. I n diesem Fall ist es möglich , zusätzlich zur Zuordnungsvorschrift auch die jeweils zugehörige Strahlrichtung des Laserstrahls beim Auftreffen auf den Messpunkt im Koordina- tensystem des Messobjekts zu bestimmen . Da auf I nterferometrie basierende Messsysteme für Schwingungen stets nur die Schwingung in Richtung des Mess-Laserstrahls ermitteln bzw. in Richtung einer Winkelhalbierenden zwi- schen zu dem Objekt hinlaufenden und von dem Objekt zurücklaufenden Mess- strahl wie zuvor beschrieben , ist dies von besonderer Bedeutung für Anwendun- gen in der Vibrometrie. I nsbesondere bei Verwendung mehrerer Messvorrich- tungen , bevorzugt von drei oder mehr, ist dadurch dann die Möglichkeit gege- ben , Schwingungsinformation über das Messobjekt in allen drei Raumdimensio- nen getrennt zu ermitteln und gegebenenfalls relativ zur Messoberfläche oder in Koordinaten des Messobjektmodells anzugeben . Das Richten des Laserstrahls auf die Abgleichpunkte kann wahlweise vor, nach oder während der Aufnahme der Abgleichpunktbilder erfolgen , dies kann auch für verschiedene Abgleich- punkte auf unterschiedliche Weise gehandhabt werden .
Besonders vorteilhaft ist es, die Abgleichpunktbilder mittels einer relativ zur Strahlrichteinheit raumfesten Bildaufnahmeeinheit zu erfassen , die sich beson- ders bevorzugt in der Nähe der Laseraustrittsöffnung des Laserstrahls befindet und daher das Messobjekt in etwa aus der Perspektive der Strahlrichteinheit abbildet. Dadurch , dass die Bilder d ieser Bildaufnahmeeinheit in räumlichen Be- zug zum erstellten dreidimensionalen Modell der Messoberfläche gebracht wer- den , können jedem Bildpunkt in den ortsaufgelösten Bildern dieser Bildaufnah- meeinheit sofort die zugehörigen Koordinaten des korrespondierenden Mess- punkts im Koordinatensystem des Messobjekts zugeordnet werden. Es kann dann jeder beliebige durch diese Bildaufnahmeeinheit sichtbare Punkt und gleichzeitig durch den Laserstrahl erreichbare Punkt der Messoberfläche als Abgleichpunkt benutzt werden . I m Gegensatz zur Vorgehensweise nach dem bekannten Stand der Technik können dadurch auch Abgleichpunkte verwendet werden , die nicht aufgrund ihrer Textur, Farbe, Lage etc. erkennbar sind und dadurch nur schwer den korrespondierenden Punkten im Messobjekt-Modell zu- geordnet werden können , was insbesondere bei wenig strukturierten Oberflä- chen von erheblichem Vorteil ist. Vorteilhaft ist es auch , die Abgleichpunktbilder aufzunehmen , während der La- serstrahl auf die Abgleichpunkte gerichtet ist. Dadurch ist es auf besonders ge- naue Weise möglich , den Abgleichpunkt im Abgleichpunktbild zu lokalisieren , unabhängig davon , ob dies automatisch oder manuell geschieht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn man als Abgleichpunktbilder eine Untermenge derjenigen Bilder der Messoberfläche benutzt, die auch zur Erstellung des drei- dimensionalen Modells der Messoberfläche benutzt werden , da diese einen be- sonders präzisen Bezug zum dreidimensionalen Modell der Messoberfläche be- sitzen . Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Abgleichpunktbilder dann aufgenommen werden , wenn der Laserstrahl auf den jeweiligen Abgleichpunkt gerichtet ist, weil dann auch die Lokalisierung der Abgleichpunkte im jeweils zugehörigen Abgleichpunktbild die höchste Genauigkeit besitzt. U m dies auf einfache Weise zu bewerkstelligen , kann die Strahlrichteinheit den Laserstrahl während der Aufnahme der Abgleichpunktbilder nacheinander auf mehrere Ab- gleichpunkte richten . Dies kann dadurch geschehen , dass eine automatisierte U mschaltung erfolgt, bevorzugt auf eine Weise, dass jeweils gerade derjen ige Abgleichpunkt beleuchtet wird , für den gerade auch ein Abgleichpunktbild auf- genommen werden soll . Dies kann aber auch halbautomatisch erfolgen , zum Beispiel, indem jeweils manuell eine Umschaltung initiiert wird , wenn jeweils Abgleichpunktbilder erfolgreich aufgenommen wurden . Oder es kann dies auch vollständig manuell erfolgen , indem die Umschaltung auf den jeweiligen Ab- gleichpunkt manuell erfolgt und danach die Abgleichpunktbilder entsprechend aufgenommen werden . Wenn sowohl die Abgleichpunktbilder dann aufgenom- men werden , wenn der Laserstrahl auf den Abgleichpunkt gerichtet ist, als auch die gleichen Abgleichpunktbilder zur Erstellung des dreidimensionalen Modells herangezogen werden , können den Abgleichpunkten auf besonders einfache Weise Koordinaten im dreidimensionalen Messobjekt-Modell zugeordnet wer- den . Es können dann die Abgleichpunkte auch direkt im Messobjekt-Modell identifiziert werden , sei es automatisch oder manuell , und ihre Koordinaten kön- nen zur späteren Verwendung abgespeichert oder im Speicher der Steuereinheit abgelegt werden .
Weitere vorteilhafte Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Figur und von Ausführungsbeispielen beschrieben . Dabei zeigt: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß Messvor- richtung;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mess- vorrichtung;
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvor- richtung;
Figur 4 Ausführungsbeispiele für Bildaufnahmeeinheiten ;
Figur 5 Ansichten des Messobjekts und eines ortsaufgelösten Bildes zur
Erläuterung der Bestimmung der Position einer Bildaufnahmeein- heit und
Figur 6 Ansichten des Messobjekts und eines ortsaufgelösten Bildes zur
Erläuterung der Bestimmung von 3 D-Koordinaten zu einem Bild- punkt des ortsaufgelösten Bildes.
Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen . I n den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Ele- mente.
Das erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Durchführung einer interferometrischen Messung gemäß Figur 1 weist ein Vibrometer 1 und eine Strahlrichteinheit 2 auf.
Das Vibrometer 1 ist in an sich bekannter Weise als optisches I nterferometer ausgebildet, mit einem Laser als Strahlquelle zum Erzeugen eines U rsprungs- strahls, mit mindestens einem Strahlteiler, um den Ursprungsstrahl in mindes- tens einen Mess- und mindestens einen Referenzstrahl aufzuteilen und den Re- ferenzstrahl mit dem von dem Messobjekt reflektierten und/oder gestreuten Messstrahl auf den Detektor zur Ausbildung einer optischen I nterferenz zu über- lagern . Der Laserstrahl in diesem Ausführungsbeispiel weist eine Wellenlänge von 632.8 nm auf.
Das Vibrometer kann wie in DE 1 0 2012 21 1 549 B3 beschrieben ausgebildet sein . Die Strahlrichteinheit 2 ist vorliegend als Ablenkeinheit ausgebildet und weist zwei mittels Galvanometern drehbare Spiegel auf, sodass in an sich bekannter Weise ein Spiegelscanner zur zweidimensionalen Ablenkung ausgebildet wird . Aus Gründen der Ü bersichtlichkeit sind schematisch zwei Spiegel der Strahl- richteinheit 2 dargestellt. Mittels der Strahlrichteinheit 2 wird somit ein Laser- strahl als Messstrahl 3 auf mehrere ortsverschiedene Messpunkte gerichtet.
Der Messstrahl 3 des Vibrometers 1 durchläuft die Strahlrichteinheit 2 u nd trifft auf eine Messoberfläche eines Messobjekts. Mittels der Strahlrichteinheit 2 kann der Messstrahl 3 auf einen hinteren Bereich eines Autos sowie auf das Auto umgebende Boden- und Wandbereiche gerichtet werden . Das Messobjekt 4 u m- fasst somit das Auto 4a als Messgegenstand sowie Wand- und Bodenbereiche. Die Messoberfläche ist vorliegend die durch den Messstrahl 3 beaufschlagbare Fläche und umfasst somit die Oberfläche des Autos 4a in einem hinteren Be- reich sowie ebenfalls Wand- und Bodenbereiche.
Ziel der interferometrischen Messung ist, für eine Mehrzahl von Messpunkte auf der Oberfläche des Autos 4a im hinteren Bereich Schwingungsmessungen bei laufendem Motor des Autos 4a durchzuführen .
Die Messvorrichtung weist hierzu weiterhin eine Steuereinheit 5 auf, welche mit dem Vibrometer 1 und der Strahlrichteinheit 2 verbunden ist. Mittels der Steuer- einheit 5 werden Steuerparameter an die Strahlrichteinheit 2 gesendet, um eine gewünschte Spiegelstellung zu erzielen . Ebenso erfolgt mittels der Steuereinheit 5 eine Steuerung der Laserstrahlquelle des Vibrometers 1 sowie ein Auswerten der Messsignale des Detektors des Vibrometers 1 , um Schwingungsdaten aus der optischen I nterferenz zwischen Mess- und Referenzstrahl zu ermitteln .
Die Messvorrichtung weist weiterhin eine relativ zu der Strahlrichteinheit beweg- liche Bildaufnahmeeinheit 6 auf. Diese ist als Handgerät ausgebildet und daher mit einer stilisierten Hand dargestellt.
Die bewegliche Bildaufnahmeeinheit 6 ist zur Durchführung einer Streifenprojek- tion ausgebildet und weist daher eine Kamera zum Erfassen ortsaufgelöster Bil- der sowie einer Projektionseinheit zum Projizieren von Streifenmustern auf. Die bewegliche Bildaufnahmeeinheit 6 ist drahtlos oder über ein Verbindungskabel ebenfalls mit der Steuereinheit 5 verbunden , um Daten der ortsaufgelösten Bi I- der an die Steuereinheit 5 zu senden .
Die Messvorrichtung weist weiterhin eine relativ zu der Strahlrichteinheit 2 orts- feste, als CCD- oder CMOS-Kamera ausgebildete Bildaufnahmeeinheit 7 auf, welche in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Vibrometer 1 und der Strahl- richteinheit 2 angeordnet ist. Die ortsfeste Bildaufnahmeeinheit 7 ist derart an- geordnet, gegebenenfalls mit Umlenkspiegeln und/oder Ü berlagerungsstrahltei- lern (z. B. Farbstrahlteiler wie Dichroiten etc.) dass ein ortsaufgelöstes Bild des Autos 4a in etwa aus der Perspektive eines Strahlausgangs 2a der Strahlricht- einheit, an welchem der Messstrahl 3 austritt, erfasst werden kann .
Die Steuereinheit 5 ist ausgebildet, um mittels der Steuereinheit einen Abgleich der Strahlrichteinheit durchzuführen , um einem durch den Messstrahl beauf- schlagbaren Messpunkt auf der Messoberfläche korrespondierende Steuerpa- rameter für die Strahlrichteinheit 2 zuzuordnen . Weiterhin ist die Steuereinheit 5 ausgebildet, ein dreidimensionales Modell zumindest des durch den Messstrahl 3 mittels der Strahlrichteinheit 2 beaufschlagbaren hinteren Bereichs des Autos 4a zu erstellen , basierend auf einer Mehrzahl ortsaufgelöster Bilder, welche mit- tels der beweglichen Bildaufnahmeeinheit 6 erfasst werden .
Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Ver- fahrens beschrieben , welche mittels einer Messvorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt werden können . Ziel der Verfahren ist, einen Abgleich der Strahlrichteinheit 2 durchzuführen .
Ausführunqsbeispiel 1 eines erfindunqsqemäßen Verfahrens
I n einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsauf- gelösten Bildern des hinteren Bereichs des Autos 4a mittels der beweglichen Bildaufnahmeeinheit 6. H ierzu bewegt der Benutzer die bewegliche Bildaufnah- meeinheit 6 um den hinteren Bereich des Autos 4a, während automatisch eine Vielzahl von ortsaufgelösten Bildern aufgenommen wird . Wie zuvor beschrieben , erzeugt während der Aufnahme der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern die bewegliche Bildaufnahmeeinheit 6 Streifenmuster nach dem Prinzip der Strei- fenprojektion , sodass in an sich bekannter Weise photogrammetrisch mittels der Steuereinheit 5 in einem Verfahrensschritt B ein dreidimensionales Modell er- stellt wird , welches zumindest den hinteren Bereich des Autos 4a umfasst. Das d reidimensionale Modell weist ein Polygonnetz aus Dreiecken auf, welches die geometrische Form dieses Bereichs wiedergibt.
Alternativ ist die Bildaufnahmeeinheit 6 als handelsübliche Kamera oder eine Kombination aus einer Beleuchtungseinheit und einer oder mehrerer Kameras ausgebildet. Sowohl Schwarzweiß- als auch Farbkameras sind verwendbar. Be- sonders bevorzugt nimmt die Bildaufnahmeeinheit neben der I nformation , die zur Bestimmung der Geometrie der Messoberfläche notwendig ist, auch I nforma- tion bezüglich der Textur und/oder Farbe der Oberfläche auf, ganz bevorzugt, indem sie beispielsweise eine Farbkamera umfasst. Die Aufnahme von Textur- und/oder Farbinformation und ihre räumliche Zuordnung zu den aufgenomme- nen Bildern bzw. dem topographischen 3D-Modell des Objekts ist besonders vorteilhaft, weil sich wie zuvor beschrieben hierdurch die verschiedenen aufge- nommenen Bilder einander deutlich besser zuordnen lassen und sich der Auf- nahmeort des jeweiligen Kamerabilds relativ zum 3D-Modell ebenfalls deutlich exakter zuordnen lässt.
Mittels der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 wird ebenfalls ein ortsaufgelöstes Bild des hinteren Bereichs des Autos 4a erfasst und an die Steuereinheit 5 übermittelt. I n diesem Ausführungsbeispiel wird somit lediglich ein Abgleich- punktbild verwendet.
Basierend auf diesen Daten können jedem Bildpunkt des ortsaufgelösten Bildes der Bildaufnahmeeinheit 7 Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell des Autos 4a mittels Bestimmen des Ortspunkts der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 wie folgt zugeordnet werden :
I n diesem Ausführungsbeispiel werden die Ortskoordinaten der ortsfesten Bild- aufnahmeeinheit 7 im dreidimensionalen Modell ermittelt. Dies erfolgt durch Er- stellen einer Mehrzahl von virtuellen Ansichten des hinteren Bereichs des Au- tos 4a aus unterschiedlichen Betrachtungspunkten basierend auf dem dreidi mensionalen Modell . Durch einen Vergleich der virtuell erstellten Ansichten mit dem durch die ortsfeste Bildaufnahmeeinheit 7 erfassten Bild kann eine korres- pondierende oder zumindest nächstliegende virtuelle Ansicht bestimmt werden . Der Ortspunkt dieser virtuellen Ansicht entspricht somit zumindest näherungs- weise dem tatsächlichen Ortspunkt der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 im Ko- ordinatensystem des dreidimensionalen Modells. Es können beispielsweise x-, y-, z-Koordinaten für den Ort der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 im dreidi- mensionalen Modell des Autos 4a bestimmt werden . Dies ist weiterhin in Figur 5 und der Figurenbeschreibung näher erläutert.
Basierend auf dem dreidimensionalen Modell und den bestimmten Ortskoordina- ten der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 können jedem Bildpunkt eines ortsauf- gelösten Bildes der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 ebenfalls Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zugeordnet werden - zumindest für solche Bild- punkte, welche einen Punkt auf der Oberfläche des Autos 4a zeigen . Das zu- grundeliegende Prinzip wurde bereits im Zusammenhang mit der allgemeinen Beschreibung des Verfahrensschritts B erläutert und wird weiter unten zu Figur 6 weiter ausgeführt.
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt C der Messstrahl 3 mittels der Strahlrichteinheit 2 auf vier oder mehr ortsverschiedene Abgleichpunkte auf dem Auto 4a gerichtet. Die Auswahl erfolgt manuell durch den Benutzer: Ü ber eine Eingabeeinheit wie beispielsweise Tastatur und/oder Maus steuert der Benutzer über die Steuereinheit 5 die Strahlrichteinheit 2, um den Messstrahl 3 auf einen gewünschten Abgleichpunkt zu richten . Trifft der Messstrahl 3 einen gewünsch- ten Abgleichpunkt, so bestätigt der Benutzer dies über die Steuereinheit 5.
Die Steuereinheit 5 ordnet diesem Abgleichpunkt die vorliegenden Steuerpara- meter (beispielsweise eine Winkelstellung für jeden der beiden Spiegel der Strahlrichteinheit 2) zu . Ebenso steuert die Steuereinheit 5 die ortsfeste Bild- aufnahmeeinheit 7, um ein ortsaufgelöstes Abgleichpunktbild in einem Verfah- rensschritt D zu erfassen .
Dieser Vorgang wird für alle vier Abgleichpunkte wiederholt, sodass für jeden Abgleichpunkt einerseits die korrespondierenden Steuerparameter für die Strahlrichteinheit 2 und andererseits ein ortsaufgelöstes Abgleichpunktbild vor- liegen , wobei das Abgleichpunkt jeweils den du rch den Laserstrahl beaufschlag- ten Abgleichpunkt umfasst. Mittels der Steuereinheit 5 wird in den Abgleichpunktbildern nun jeweils der Ab- gleichpunkt lokalisiert. Vorliegend erfolgt dies durch Auffinden der Bildbereiche mit der größten Lichtintensität, da bei der hier vorliegenden Messsituation der durch den Laserstrahl beaufschlagte Punkt im ortsaufgelösten Bild der ortsfes- ten Bildaufnahmeeinheit 7 eine signifikant höhere Lichtintensität verglichen mit den anderen Bildbereichen aufweist.
Nach Lokalisierung des Abgleichpunktes in den Abgleichpunktbildern werden - wie zuvor beschrieben - in einem Verfahrensschritt E jedem Abgleichpunkt Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zugeordnet, beispielsweise in Form von x-, y-, z-Koordinaten .
Es liegen nun für jeden Abgleichpunkt somit Ortskoordinaten im dreidimensiona- len Modell sowie korrespondierende Steuerparameter der Strahlrichteinheit 2 vor. Basierend auf den zuvor beschriebenen Verfahren oder den in Yanchu Xu , R. N . Miles, a.a.O. oder WO 93/1 5386 beschriebenen Verfahren wird nun eine Zuordnungsvorschrift abhängig von den genannten Ortskoordinaten und Steuer- parametern der Abgleichpunkte bestimmt. Mittels der Zuordnungsvorschrift kann somit für einen beliebigen gewünschten , durch den Messstrahl beaufschlagba- ren Messpunkt auf dem Auto 4a eine Bestimmung von Steuerparametern für die Strahlrichteinheit 2 erfolgen , um den Messstrahl 3 auf diesen gewünschten Messpunkt zu richten . Außerdem lässt sich auch der Auftreffwinkel des Mess- strahls bzw. sein Strahlverlauf beim Auftreffen auf das Messobjekt angeben .
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bei den beiden nachfolgend be- schriebenen Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ledig- lich auf die wesentlichen Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel ein- gegangen :
Ausführunqsbeispiel 2 eines erfindunqsqemäßen Verfahrens
Das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermög- licht eine größere Genauigkeit bei der Bestimmung der Ortskoordinaten der Ab- gleichpunkte mittels der Abgleichpunktbilder und dem dreidimensionalen Modell. U ntersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass bei manchen Oberflächen eines Messgegenstandes eine Zuordnung von Ortskoordinaten zu Bildpunkten eines ortsaufgelösten Bildes der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 mit Fehlern behaftet ist. Eine U rsache hierfür ist das Fehlen von optisch markanten Struktu- ren , welche einen Vergleich des Bildes der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 mit dem dreidimensionalen Modell ermöglichen . I nsbesondere bei Oberflächen , die nur geringe Höhenunterschiede aufweisen , keine ausgeprägten Kanten aufwei- sen und/oder keine Farbunterschiede aufweisen , können Abweichungen bei der Zuordnung von Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zu Bildpunkten des ortsaufgelösten Bildes der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 resultieren .
Das Verfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sieht daher vor, bereits in Verfahrensschritt A bei Aufnehmen der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern mittels der beweglichen Bildaufnahmeeinheit 6 zumindest einen , bevorzugt meh- rere, Punkte auf dem Messobjekt 4, vorliegend auf dem Messgegenstand , dem Auto 4a, mittels eines Laserstrahls durch die Strahlrichteinheit 2 zu beaufschla- gen , vorliegend mit dem Messstrahl 3.
Dies erfolgt in dem vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel, indem der Benut- zer zunächst die vier Abgleichpunkte auswählt und bei Durchführen von Verfah- rensschritt A mittels der Strahlrichteinheit 2 der Messstrahl 3 mit sich wiederho- lender Abfolge nacheinander auf jeden der vier Abgleichpunkte gerichtet wird , vorliegend jeweils mit einer Verweildauer von 1 Sekunde pro Abgleichpunkt. Ebenso können längere oder auch kürzere Verweildauern verwendet werden .
Während der Benutzer der beweglichen Bildaufnahmeeinheit 6 die ortsaufgelös- ten Bilder des hinteren Bereiches des Autos 4a aufnimmt, wird somit zumindest bei manchen ortsaufgelösten Bildern ein Abgleichpunkt miterfasst. Aufgrund der sich wiederholenden Abfolge des Beaufschlagens der Abgleichpunkte durch den Messstrahl 3 wird weiterhin jeder Abgleichpunkt zumindest in einem ortsaufge- lösten Bild erfasst werden .
I n einer vorteilhaften Weiterbildung kann während des Aufnehmens der Mehr- zahl von ortsaufgelösten Bildern gemäß Verfahrensschritt A gleichzeitig eine Lokalisierung von durch den Messstrahl 3 beaufschlagten Punkten mittels der Steuereinheit 5 erfolgen und dem Benutzer ein Signal , insbesondere ein opti- sches und/oder akustisches Signal , ausgegeben werden , sobald jeder durch den Messstrahl 3 beaufschlagte Punkt zumindest in einem ortsaufgelösten Bild er- fasst ist. Zur Ermittlung der Ortskoordinaten der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 im dreidimensionalen Modell wird in diesem zweiten Ausführungsbeispiel zunächst für jeden Abgleichpunkt ein Abgleichpunktbild erfasst, bei welchem der jeweilige Abgleichpunkt durch den Messstrahl 3 beaufschlagt ist. Dies ist automatisiert möglich , da die zugehörigen Steuerparameter bereits bei Durchführen des Ver- fahrensschritts A durch den Benutzer vorgegeben wurden und somit nun zum automatisierten Richten des Messstrahls 3 auf den jeweiligen Abgleichpunkt verwendet werden können .
H ieraus erfolgt somit auch bei Vorliegen problematischer Messoberflächen mit keinem oder nur wenigen signifikanten optischen Strukturen eine präzise Zuord- nung von Ortskoordinaten im ortsaufgelösten Bild der ortsfesten Bildaufnahme- einheit 7. Anschließend werden , wie bereits bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben , anhand der Abgleichpunktbilder jedem Abgleichpunkt Ortskoordi- naten gemäß Verfahrensschritt E zugeordnet und schließlich ein Abgleich ge- mäß Verfahrensschritt F durchgeführt.
Bei einer alternativen Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels werden in Verfahrensschritt A beliebige Punkte mittels des Messstrahls 3 beaufschlagt, welche nicht zwingend mit den Abgleichpunkten übereinstimmen müssen . Auch hierdurch wird durch Beaufschlagen der Messoberfläche des Messstrahls 3 eine zusätzliche optische Struktur geschaffen . Mittels der ortsfesten Bildaufnahme- einheit 7 wird für jeden dieser beliebigen Punkte zur Schaffung einer optischen Struktur ebenfalls ein ortsaufgelöstes Bild aufgenommen . Dies kann in verfah- rensökonomischer Weise gleichzeitig zum Durchführen des Verfahrensschritts A erfolgen , sodass das Verfahrensschritt D und Verfahrensschritt A gleichzeitig durchgeführt werden . I n diesem Fall ist es somit nicht notwendig, die Steuerpa- rameter dieser beliebig ausgewählten Ortspunkte zur Schaffung einer zusätzli- chen optischen Struktur zu speichern . Vorteilhafterweise werden jedoch die vor- liegenden I nformationen auch zum Abgleich verwendet. Da jeder der beliebig ausgewählten Ortspunkte zur Schaffung einer zusätzlichen optischen Struktur in mindestens einem ortsaufgelösten Bild der beweglichen Bildaufnahmeeinheit 6 und in mindestens einem Bild der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 enthalten ist, kann - wie bereits bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben - eine prä- zise Bestimmung der Position der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 mittels Orts- koordinaten im dreidimensionalen Modell erfolgen . Bei dieser Abwandlung wer- den nun anschließend die Abgleichpunkte wie bei dem ersten Ausführungsbei- spiel beschrieben mit dem Messstrahl 3 beaufschlagt und für jeden Abgleich- punkt wird ein ortsaufgelöstes Abgleichpunktbild mittels der ortsfesten Bildauf- nahmeeinheit 7 erfasst, um gemäß Verfahrensschritt E jedem Abgleichpunkt Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zuzuordnen .
Ausführunqsbeispiel 3 eines erfindunqsqemäßen Verfahrens
Das dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht weitgehend dem zweiten Ausführungsbeispiel , unterscheidet sich von beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen jedoch dadurch , dass eine Verwen- dung der ortsfesten Bildaufnahmeeinheit 7 nicht notwendig ist:
Das dritte Ausführungsbeispiel sieht eine I ntegration des Verfahrensschrittes D in Verfahrensschritt A vor. Wie auch bei der ersten Variante des zweiten Aus- führungsbeispiels beschrieben , werden im Verfahrensschritt A während des Aufnehmens der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern mittels der beweglichen Bildaufnahmeeinheit 6 die Abgleichpunkte durch den Messstrahl 3 beaufschlagt. I m U nterschied zu den beiden vorangegangenen Verfahren wird für jeden Ab- gleichpunkt jedoch zumindest ein ortsaufgelöstes Bild der beweglichen Bildauf- nahmeeinheit 6, welches den Abgleichpunkt aufweist, als Abgleichpunktbild verwendet. Es erfolgt somit keine separate Aufnahme von Abgleichpunktbildern durch die ortsfeste Bildaufnahmeeinheit 7, sondern das Erfassen dieser Ab- gleichpunktbilder ist in Verfahrensschritt A integriert.
Bei Erstellen des dreidimensionalen Modells gemäß Verfahrensschritt D werden zusätzlich die durch den Messstrahl 3 beaufschlagten Abgleichpunkte lokalisiert, und jedem Abgleichpunkt werden Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell zugeordnet. Dazu wird in den Bildern der Textur des Messobjekts der jeweilige Abgleichpunkt lokalisiert. Es wird das Dreieck des dreidimensionalen Objekts bestimmt, das projiziert auf die Texturkoordinaten den Abgleichpunkt enthält.
Die Parameter einer bilinearen I nterpolation der Texturkoordinaten des Ab- gleichpunkts aus den Texturkoordinaten der Eckpunkte des Dreiecks werden bestimmt. Mit diesen Parametern werden die 3D-Koordinaten der Eckpunkte des Dreiecks des Polygonnetzes des dreidimensionalen Modells interpoliert und da- raus letztendlich die Ortskoordinaten des Abgleichpunkts im dreidimensionalen Modell bestimmt.
Es liegen somit auch im dritten Ausführungsbeispiel für jeden Abgleichpunkt Ortskoordinaten im dreidimensionalen Modell sowie Steuerparameter vor. Die Zuordnung der Steuerparameter zu dem korrespondierenden Abgleichpunkt er- folgt in diesem dritten Ausführungsbeispiel wie nachfolgend beschrieben :
Abweichend von dem Vorgehen gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels wählt der Benutzer bei Durchführen von Verfahrensschritt A zunächst einen ersten Abgleichpunkt manuell an , indem er mittels Steuerbefehlen die Strahlrichteinheit 2 derart steuert, dass der Messstrahl 3 auf den gewünschten Abgleichpunkt auf- trifft. Anschließend nimmt der Benutzer mittels der beweglichen Bildaufnahme- einheit 6 zumindest ein ortsaufgelöstes Bild auf, welches den Abgleichpunkt um- fasst. Auch hier kann in vorteilhafter Weise während des Erfassens dieses oder dieser Bilder eine Lokalisierung des durch den Messstrahl 3 beaufschlagten Ab- gleichpunktes durch die Steuereinheit 5 erfolgen , sodass dem Benutzer durch ein Signal , insbesondere akustisches oder optisches Signal, mitgeteilt werden kann , dass der entsprechende Abgleichpunkt erfasst wurde. H ierdurch sind so- mit auch die zu diesem Abgleichpunkt korrespondierenden Steuerparameter eindeutig zugeordnet. Dieses Verfahren wird für alle Abgleichpunkte durchge- führt, sodass eine eindeutige Zuordnung von Abgleichpunkt und korrespondie- renden Steuerparametern vorliegt.
Wie bereits bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben , wird gemäß Verfahrensschritt F der Abgleich basierend auf den Ortskoordinaten der Abgleichpunkte und den korrespondierenden zugeordneten Steuerparametern durchgeführt.
I n einer alternativen Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels 3 , ist die Strahl- richteinheit 2 anstatt mit zwei Drehspiegeln als mechanische Verschiebeeinheit ausgestaltet. I nsbesondere kann ein Vibrometer mit mehreren Messstrahlen derart ausgeführt sein , dass diese sich in einem Punkt treffen und durch die Strahlrichteinheit gemeinsam bewegt werden . Das Ziel des Abgleichs ist auch bei dieser Ausgestaltung gleich , und zwar Steuerparameter für die Strah lricht- einheit ausgehend von beliebigen Objektkoordinaten zu finden , so dass die La- serstrahlen sich auf den zugehörigen Punkten der Objektoberfläche treffen .
I n Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mess- vorrichtung dargestellt, um die räumliche Anordnung der einzelnen Elemente zu verdeutlichen :
Die einzelnen Elemente sind gleich oder analog zu dem ersten Ausführungsbei- spiel aufgebaut, weshalb im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegan- gen wird :
Bei dem schematisch dargestellten Messobjekt 4, soll der quaderförmige Mess- gegenstand 4a an einer dem Vibrometer 1 zugewandten Seite an mehreren Messpunkten vermessen werden . Mittels der beweglichen Bildaufnahmeeinheit 6 werden die ortsaufgelösten Bilder gemäß Verfahrensschritt A aufgenommen .
Das Vibrometer 1 weist eine ortsfest am Vibrometer 1 angeordnete Bildaufnah- meeinheit 7 sowie eine Fokussiereinrichtung 1 a auf. Mittels der Fokussierein- richtung 1 a wird der Messstrahl 3 auf den jeweiligen Messpunkt auf der Oberflä- che des Messgegenstandes 4a fokussiert. Die Messvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist als Strahlrichteinheit 2 einen x-y-Tisch auf, so dass das Vibrometer 1 relativ zu dem Messgegenstand 4a in zwei Dimensio- nen x und y bewegt werden kann . Vorliegend erfolgt mittels der Strahlrichtein- heit 2 somit kein Ablenken des Messstrahls 3 relativ zu dem Vibrometer 1 , son- dern ein Verschieben der gesamten Einheit in x- und/oder y-Richtung.
Das Abgleichverfahren wird analog zu dem bei Figur 1 zuerst beschriebenen Abgleichverfahren durchgeführt.
I n Figur 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfah- rens dargestellt.
Dieses weist im U nterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 drei Vibrometer 1 , 1 a und 1 b auf, welche auf einem gemeinsamen Roboterarm angeordnet sind . Der Roboterarm bildet somit die Strahlrichteinheit 2, mittels derer die Vibrometer 1 , 1 a und 1 b relativ zu dem Messgegenstand 4a bewegt werden können . Bei den Vibrometern 1 , 1 a und 1 b weist lediglich das Vibrome- ter 1 a eine ortsfeste Bildaufnahmeeinheit 7 auf. Die Vibrometer 1 , 1 a und 1 b sind ortsfest zueinander an der Strahlrichteinheit 2 angeordnet, so dass die Bildaufnahmeeinheit 7 ebenso ortsfest zu Vibrometer 1 und 1 b ist.
Zu der Messvorrichtung gemäß des dritten Ausführungsbeispiels wird ein Ab- gleich gemäß Ausführungsbeispiel 1 eines erfindungsgemäßen Verfahrens wie bei Figur 1 beschrieben durchgeführt, welches keine zusätzliche ortsfeste Bild- aufnahmeeinheit bei den Vibrometern 1 und 1 b benötigt. Der Abgleich wird für alle drei Vibrometer durchgeführt, wobei die Verfahrensschritte A und B lediglich einmalig ausgeführt werden müssen .
I n Figur 4 sind Ausführungsbeispiele für Bildaufnahmeeinheiten für Ausfüh- rungsbeispiele der erfindungsgemäßen Messvorrichtung und zur Verwendung in Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch darge- stellt:
Die Bildaufnahmeeinheit a) ist als an sich bekannte, handelsübliche Digitalka mera mit einem Objektiv 8 ausgebildet. Die Bildaufnahmeeinheit gemäß b) weist zusätzlich einen Entfernungsmesser 9 auf.
I n einer alternativen Ausgestaltung ist das mit Bezugszeichen 9 versehene Ele- ment als Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Messobjekts mit gepulstem und/oder moduliertem Licht ausgebildet. Mittels eine Auswerteeinheit wird die Laufzeit (bei gepulstem Licht) und/oder eine Phasenverschiebung (bei modulier- tem Licht) zwischen dem von der Beleuchtungseinheit 9 ausgesandten und dem mittels der Digitalkamera empfangenen Licht ausgewertet, um in an sich be- kannter Weise eine Abstandsbestimmung, insbesondere gemäß der„time of flight“-Methode durchzuführen .
Diese beiden Kameras können grundsätzlich sowohl als bewegliche Bildauf- nah meeinheit 6, sowie als ortsfeste Bildaufnahmeeinheit 7 eingesetzt werden .
Die Bildaufnahmeeinheit c) ist insbesondere als bewegliche Bildaufnahmeeinheit 6 geeignet: Die Bildaufnahmeeinheit gemäß c) weist eine Farbbildkamera 1 0, eine Schwarz- Weiß-Kamera 1 1 , sowie eine Streifen projektionseinheit 12 auf. Mittels der Strei- fenprojektionseinheit 12 wird ein Streifenmuster auf das Messobjekt 4 und ins- besondere den Messgegenstand 4a projiziert. Mittels der Schwarz-Weiß-Kamera 1 1 wird ein ortsaufgelöstes Bild aufgenommen . Anschließend werden Streifen- projektionseinheit 12 und Schwarz-Weiß-Kamera 1 1 abgeschaltet und mittels der Farbbildkamera 1 0 wird ein ortsaufgelöstes Farbbild aufgenommen . Dieser Ablauf wird in zeitlich kurzer Abfolge wiederholt. Der Benutzer führt die bewegli- che Bildaufnahmeeinheit 6, welche als Handgerät ausgebildet ist, um den Mess- gegenstand 4a herum, so dass eine Mehrzahl ortsaufgelöster Bilder sowohl mit- tels der Schwarz-Weiß-Kamera 1 1 , als auch mittels der Farbkamera 1 0 aufge- nommen wird . Aus den Bildern der Schwarz-Weiß-Kamera kann durch das an sich bekannte Streifenprojektionsverfahren ein dreidimensionales Modell des Messobjekts 4 erstellt werden . Darüber hinaus können den einzelnen Flächen des dreidimensionalen Modells, insbesondere Flächen eines Polygonnetzes des dreidimensionalen Modells, Bildbestandteile der mittels der Farbbildkamera 1 0 aufgenommenen Farbbilder zugeordnet werden , so dass nicht nur ein dreidi mensionales Modell vorliegt, sondern darüber hinaus für jedes Polygon auch ein Farbbild der zugehörigen Oberfläche.
Die Bildaufnahmeeinheit d) weist led iglich einen Strahl auf, welcher mittels zweier drehbarer Spiegel einer Ablenkeinheit 1 3 der Bildaufnahmeeinheit d) auf Punkte der Oberfläche des Messobjekts gerichtet werden kann . Die Bildaufnah- meeinheit d) ist als Time-Of-Flight-Einheit ausgebildet: I n einem scannenden Verfahren wird der Messstrahl der Bildaufnahmeeinheit d) auf eine Vielzahl von Ortpunkten auf dem Objekt gerichtet. Für jeden Ortspunkt wird ein Lichtpuls ausgesandt und die Zeit gemessen , innerhalb derer der von dem Objekt reflek- tierte Lichtpunkt wieder bei der Bildaufnahmeeinheit d) eintrifft. I n an sich be- kannter Weise kann aus der Zeitdifferenz zwischen Absenden des Lichtpulses und Wiedereintreffen des Lichtpulses der Abstand zu dem Objekt zumindest qualitativ bestimmt werden . Aus einem Vergleich der jeweils benötigten Zeit dauern für die Mehrzahl von Messpunkten kann ein dreidimensionales Modell des Objekts erstellt werden . Die Bildaufnahmeeinheit d) ist somit zum Durchfüh- ren der Verfahrensschritte A und B geeignet. Auch hierbei wird zunächst ohne Bewegen der Bildaufnahmeeinheit d) relativ zu dem Messobjekt ein ortsaufgelöstes Bild durch das vorgenannt scannende Ver- fahren aufgenommen . Anschließend wird die Bildaufnahmeeinheit d) relativ zu dem Messobjekt bewegt, um ein weiteres ortsaufgelöstes Bild aus einer unter- schiedlichen Perspektive ebenfalls mittels des scannenden Verfahrens aufzu- nehmen . Durch Wiederholen dieser Vorgänge werden gemäß Verfahrensschritt A eine Mehrzahl ortsaufgelöster Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven auf- genommen .
Figur 5 zeigt schematisch eine projizierte Ansicht des Messobjekts 4 basierend auf dem Messobjekt-Modell sowie darüber stilisiert ein zweidimensionales, orts- aufgelöstes Bild 4‘ des Messobjekts, welches mit einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommen wurde. Wie bereits vorangehend beschrieben , werden zum Auf- finden der Position , Richtung und bevorzugt auch von Abbildungsparametern der Bildaufnahmeeinheit bevorzugt projizierte Ansichten des Messobjekts mit dem ortsaufgelösten Bild verglichen . Der Vergleich erfolgt bevorzugt unter Ver- wendung von identifizierten Merkmalen der Textur des Messobjekts, wie in Figur 5 schematisch durch Kreuz, Kreis und Quadrat auf dem Messgegenstand 4a angedeutet. Diese Merkmale finden sich auch in dem ortsaufgelösten Bild 4‘ wieder. Wie zuvor beschrieben werden Position , Richtung und bevorzugt Abbil- dungsparameter der Kamera derart bestimmt, dass die projizierte Ansicht mit dem ortsaufgelösten Bild übereinstimmt oder zumindest näherungsweise über- einstimmt. H ierdurch wird die Position und Ausrichtung der Bildaufnahmeeinheit im Messobjekt-Modell bestimmt. Dadurch ist es wie zuvor beschrieben dann auch möglich , jedem Ort in mithilfe der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Bildern die zugehörigen 3 D-Koordinaten im dreidimensionalen Messobjekt- Modell zuzuordnen .
Figur 6 zeigt schematisch eine Ansicht des Messobjekts 4 mit einem durch ei- nen Punkt gekennzeichneten Laserstrahlauftreffpunkt etwa mittig auf dem Messgegenstand 4a. Darüber ist schematisch ein ortsaufgelöstes Bild 4‘ darge- stellt, welches mit einer Bildaufnahmeeinheit aufgenommen wurde. Das Bild 4‘ umfasst ebenfalls den Laserstrahlauftreffpunkt. Wie zuvor beschrieben , können durch Zuordnen von Koordinaten des Messobjekt-Modells zu den Bildpunkten des Bildes 4‘ und Lokalisierung des Laserstrahlauftreffpunktes im Bild 4‘ dem Laserstrahlauftreffpunkt eine Position im Messobjekt-Modell , insbesondere Ko- ordinaten im Koordinatensystem des Messobjekt-Modells, zugeord net werden , insbesondere, in dem zunächst die Position des Laserstrahlauftreffpunktes im Kamerabild lokalisiert wird und dann die Punkte des Geometriemodells gesucht werden , deren Projektion auf das Kamerabild sehr nah am Abgleichpunkt im Kamerabild liegen . Durch eine I nterpolation der 3D Koordinaten dieser Punkte des Geometriemodells können schließlich die 3D-Koordinaten des Abgleich- punkts bestimmt werden .
Bezuqszeichen liste
1 , 1a, 1b Vibrometer
2 Strahlrichteinheit
2a Strahlausgang
3 Messstrahl
4, 4a Messobjekt
5 Steuereinheit
6 bewegliche Bildaufnahmeeinheit
7 ortsfeste Bildaufnahmeeinheit
8 Objektiv
9 Entfernungsmesser
10 Farbbildkamera
11 s/w-Kamera
12 Streifen projektion sein heit 13 Ablenkeinheit

Claims

Ansprüche
1 . Abgleichverfahren für eine Strahlrichteinheit (2) einer interferometrischen Messvorrichtung zum Richten eines Laserstrahls einer Laserstrahlquelle auf mehrere Messpunkte eines Messobjekts (4),
mit den Verfahrensschritten
A) Aufnehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern zumindest ei- ner Messoberfläche des Messobjekts (4) aus unterschiedlichen Per- spektiven ;
B) Erstellen eines dreidimensionalen Modells zumindest der Messober- fläche des Messobjekts (4) mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche;
C) Richten des Laserstrahls auf zumindest drei ortsverschiedene Ab- gleichpunkte auf der Messoberfläche mittels der Strahlrichteinheit (2) durch Vorgabe von Steuerparametern der Strahlrichteinheit (2) fü r je- den Abgleichpunkt;
D) Erfassen eines oder mehrerer ortsaufgelöster Abgleichpunktbilder, so dass jeder Abgleichpunkt in zumindest einem Abgleichpunktbild er- fasst ist;
E) Zuordnen von Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zu je- dem der mindestens drei Abgleichpunkte mittels der Abgleichpunktbil- der und des dreidimensionalen Modells und/oder der dem dreidimen- sionalen Modell zugrundeliegenden ortsaufgelösten Bilder;
F) Durchführen eines Abgleichs der Strahlrichteinheit (2) mittels Bestim- men einer Zuordnungsvorschrift abhängig von den Ortskoordinaten der Abgleichpunkte und den jeweils zugeordneten Steuerparametern , um mittels der Zuordnungsvorschrift einem durch den Laserstrahl be- aufschlagbaren Messpunkt auf der Messoberfläche korrespondierende Steuerparameter für die Strahlrichteinheit (2) zuzuordnen .
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt D für zumindest einen , bevorzugt für jeden Ab- gleichpunkt zumindest ein Abgleichpunktbild erfasst wird , während der La- serstrahl auf den Abgleichpunkt trifft, insbesondere dass die Strahlrichtein- heit den Laserstrahl bei der Erfassung der Abgleichpunktbilder auf verschie- dene Punkte des Messobjekts bewegt.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt E das Zuordnen von Ortskoordinaten des dreidi mensionalen Modells zu jedem der mindestens drei Abgleichpunkte mittels einer Lokalisierung der Orte der jeweiligen Abgleichpunkte in jeweils mindes- tens einem der zugehörigen ortsaufgelösten Abgleichpunktbilder oder im dreidimensionalen Modell der Messoberfläche erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt F zusätzlich die jeweilige Strahlrichtung bestimmt wird , mit der der Laserstrahl auf den jeweiligen Messpunkt auf der Mess- oberfläche auftrifft, insbesondere mittels der Verwendung einer geeigneten Modellierung bzw. Parametrisierung der Wirkung der Strahlrichteinheit auf den Laserstrahlverlauf, bevorzugt mittels eines Strahlrichteinheit-Modells.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt D für jeden Abgleichpunkt zumindest zwei Ab- gleichpunktbilder aus verschiedenen Perspektiven erfasst werden , insbeson- dere, dass Verfahrensschritt D in Verfahrensschritt A integriert ist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Mehrzahl Abgleichpunktbilder aufgenommen wird , die vom glei chen Ort aus und mit der gleichen Perspektive relativ zu dem Messobjekt (4) erfasst werden ,
insbesondere, dass die Abgleichpunktbilder mittels einer relativ zur Strahl- richteinheit (2) ortsfest angeordneten Bildaufnahmeeinheit (7) erfasst wer- den .
7. Verfahren nach Anspruch 6 ,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Abgleichpunktbilder und dem dreidimensionalen Modell eine Zuordnung von Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zu Bildpunk- ten zumindest eines Abgleichpunktbildes erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt C eine Vorgabe der zumindest drei Abgleichpunkte auf der Messoberfläche erfolgt und der Laserstrahl automatisiert mittels der Strahlrichteinheit (2) auf jeden der drei Abgleichpunkte gerichtet wird , insbe- sondere, um für jeden Abgleichpunkt ein Abgleichpunktbild zu erfassen , wäh- rend der Laserstrahl den jeweiligen Abgleichpunkt beaufschlagt.
9. Verfahren nach Anspruch 8 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorgabe durch Auswahl , insbesondere manuelle Auswahl, an einem ortsaufgelösten Bild der Messoberfläche erfolgt, welches bevorzugt aus der Perspektive des oder der Abgleichpunktbilder erfasst wird .
1 0. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor Verfahrensschritt A in einem Verfahrensschritt A0 zumindest drei optische Abgleichpunktmarkierungen auf der Messoberfläche aufgebracht werden , insbesondere,
dass in Verfahrensschritt E die Zuordnung von Ortskoordinaten zu den Ab- gleichpunkten mittels automatischer Mustererkennung erfolgt, insbesondere, dass in Verfahrensschritt C der Laserstrahl automatisiert mittels der Strahl- richteinheit (2) auf jeden der drei Abgleichpunkte gerichtet wird , um für jeden Abgleichpunkt ein Abgleichpunktbild zu erfassen .
1 1 . Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass für einen vorgegebenen Messpunkt auf der Messoberfläche der Auf- treffwinkel und/oder die Auftreffrichtung des Laserstrahls bestimmt wird , insbesondere, dass der Auftreffwinkel und/oder die Auftreffrichtung des La- serstrahls mittels der Zuordnungsvorschrift und/oder eines Strahlrichtein- heitmodells bestimmt wird .
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt B das dreidimensionale Modell mittels Photogram- metrie erstellt wird .
1 3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Laserstrahl als Messstrahl (3) mittels der Strahlrichteinheit (2) auf einen vorgegebenen Messpunkt auf dem Messobjekt (4) gerichtet wird und der von dem Messobjekt (4) reflektierte und/oder gestreute Messstrahl (3) die Strahlrichteinheit (2) wieder durchläuft und mit einem Referenzstrahl zur Ausbildung einer optischen I nterferenz überlagert wird , insbesondere, dass mittels Auswertung der optischen I nterferenz Schwingungsdaten des Messobjekts (4) berechnet werden , insbesondere, dass mittels einer Strahl- quelle, insbesondere eines Lasers, ein U rsprungsstrahl erzeugt wird und der U rsprungsstrahl mittels eines Strahlteilers in zumindest den Messstrahl und zumindest den Referenzstrahl aufgespaltet wird .
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritte C, D und F für eine Mehrzahl von Messköpfen , be- vorzugt zumindest drei Messköpfen , durchgeführt werden , die jeweils eine Laserstrahlquelle und eine Strahlrichteinheit (2) aufweisen , insbesondere für eine Mehrzahl zueinander ortsfest angeordneter Messköpfe.
1 5. Messvorrichtung zur Durchführung einer interferometrischen Messung mittels Laserstrahlung,
mit einer oder mehreren Laserstrahlquellen zum Erzeugen zumindest eines Laserstrahls als Messstrahl und zumindest einem Referenzstrahl , einem De- tektor, einer Auswerteeinheit, welche mit dem Detektor zum Auswerten von Messsignalen des Detektors verbunden ist und einer Strahlrichteinheit (2), wobei die Messvorrichtung ausgebildet ist, den Messstrahl mittels der Strahl- richteinheit auf mehrere ortsverschiedene Messpunkte auf dem Messob- jekt (4) zu richten und den zumindest teilweise von dem Messobjekt reflek- tierten oder gestreuten Messstrahl mit dem Referenzstrahl auf einer Detekti- onsfläche des Detektors zu überlagern , so dass mittels des Detektors ein Ü berlagerungs- oder I nterferenzsignal zwischen Mess- und Referenzstrahl messbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messvorrichtung zumindest eine Bildaufnahmeeinheit (6) zu m Auf- nehmen einer Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern zumindest einer Mess- oberfläche des Messobjekts (4) aus unterschiedlichen Perspektiven aufweist, dass die Messvorrichtung eine Steuereinheit (5) aufweist, welche ausgebil- det ist, ein dreidimensionales Modell zumindest der Messoberfläche des Messobjekts (4) mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Mess- oberfläche zu erstellen und mittels des dreidimensionalen Modells einen Ab- gleich der Strahlrichteinheit (2) durchzuführen , um einem durch den Laser- strahl beaufschlagbaren Messpunkt auf der Messoberfläche korrespondie- rende Steuerparameter für die Strahlrichteinheit (2) zuzuordnen , insbesonde- re,
dass die Messvorrichtung ausgebildet ist,
A) eine Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern zumindest einer Messober- fläche des Messobjekts (4) aus unterschiedlichen Perspektiven aufzu- nehmen ;
B) ein dreidimensionales Modell zumindest der Messoberfläche des
Messobjekts (4) mittels der Mehrzahl von ortsaufgelösten Bildern der Messoberfläche zu erstellen ;
C) den Laserstrahl auf zumindest drei ortsverschiedene Abgleichpunkte auf der Messoberfläche mittels der Strahlrichteinheit (2) durch Vorga- be von Steuerparametern der Strahlrichteinheit (2) für jeden Abgleich- punkt zu richten ;
D) ein oder mehrere ortsaufgelöster Abgleichpunktbilder zu erfassen , so dass jeder Abgleichpunkt in zumindest einem Abgleichpunktbild er- fasst ist;
E) Ortskoordinaten des dreidimensionalen Modells zu jedem der mindes- tens drei Abgleichpunkte mittels der Abgleichpunktbilder und des drei- dimensionalen Modells und/oder der dem dreidimensionalen Modell zugrundeliegenden ortsaufgelösten Bilder zuzuordnen ;
F) einen Abgleich der Strahlrichteinheit (2) mittels Bestimmen einer Zu- ordnungsvorschrift abhängig von den Ortskoordinaten der Abgleich- punkte und den jeweils zugeordneten Steuerparametern durchzufüh- ren , um mittels der Zuordnungsvorschrift einem durch den Laserstrahl beaufschlagbaren Messpunkt auf der Messoberfläche korrespondie- rende Steuerparameter für die Strahlrichteinheit (2) zuzuordnen .
1 6. Messvorrichtung nach Anspruch 1 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messvorrichtung eine relativ zu der Strahlrichteinheit (2) ortsfeste Bildaufnahmeeinheit (7) zum Erfassen zumindest eines ortsaufgelösten Bi I- des der Messoberfläche aufweist.
1 7. Verwendung von Photogrammetrie,
um einen Abgleich einer Strahlrichteinheit (2) zu m Richten eines Laser- strahls einer Laserstrahlquelle auf mehrere Messpunkte eines Messobjekts (4) durchzuführen ,
insbesondere der Strahlrichteinheit (2) eines Vibrometers (1 ).
PCT/EP2019/064712 2018-06-15 2019-06-05 Abgleichverfahren für eine strahlrichteinheit einer interferometrischen messvorrichtung und messvorrichtung zur durchführung einer interferometrischen messung mittels laserstrahlung WO2019238508A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020569740A JP7377221B2 (ja) 2018-06-15 2019-06-05 干渉測定装置のビーム配向ユニットのためのアラインメント方法及びレーザ照射を用いて干渉測定を実施するための測定装置
US17/251,353 US11333485B2 (en) 2018-06-15 2019-06-05 Alignment method for a beam-directing unit of an interferometric measuring device, and measuring device for carrying out an interferometric measurement by means of laser radiation

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018114480.6A DE102018114480B3 (de) 2018-06-15 2018-06-15 Abgleichverfahren für eine Strahlrichteinheit einer interferometrischen Messvorrichtung und Messvorrichtung zur Durchführung einer interferometrischen Messung mittels Laserstrahlung
DE102018114480.6 2018-06-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019238508A1 true WO2019238508A1 (de) 2019-12-19

Family

ID=63171235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/064712 WO2019238508A1 (de) 2018-06-15 2019-06-05 Abgleichverfahren für eine strahlrichteinheit einer interferometrischen messvorrichtung und messvorrichtung zur durchführung einer interferometrischen messung mittels laserstrahlung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11333485B2 (de)
JP (1) JP7377221B2 (de)
DE (2) DE102018114480B3 (de)
WO (1) WO2019238508A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019108124A1 (de) * 2019-03-28 2020-10-01 Polytec Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur interferometrischen Schwingungsmessung an einer Mehrzahl von Messpunkten mittels eines Messlaserstrahls
CN114440789B (zh) * 2022-01-21 2023-06-06 大连海事大学 旋转体速度、距离和三维形貌同步干涉测量方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993015386A1 (en) 1992-01-31 1993-08-05 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Laser measurement system for dynamic structural analysis
US6711293B1 (en) 1999-03-08 2004-03-23 The University Of British Columbia Method and apparatus for identifying scale invariant features in an image and use of same for locating an object in an image
EP2515073A2 (de) * 2011-04-20 2012-10-24 United Technologies Corporation Verfahren und System zur Positionierung eines Laservibrometers während einer kontaktfreien Abtastung
DE102012211549B3 (de) 2012-07-03 2013-07-04 Polytec Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur interferometrischen Vermessung eines Objekts
US20140107958A1 (en) * 2012-10-16 2014-04-17 Canon Kabushiki Kaisha Calibration apparatus, calibration method, and measurement apparatus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004347520A (ja) 2003-05-23 2004-12-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 形状計測装置
JP2007309899A (ja) 2006-05-22 2007-11-29 Keisoku Res Consultant:Kk 非接触式振動・変位計測装置
DE102007023826A1 (de) 2007-05-21 2008-11-27 Polytec Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Schwingungsmessung
EP2618175A1 (de) * 2012-01-17 2013-07-24 Leica Geosystems AG Lasertracker mit Funktionalität zur graphischen Zielbereitstellung
US9789462B2 (en) * 2013-06-25 2017-10-17 The Boeing Company Apparatuses and methods for accurate structure marking and marking-assisted structure locating
JP6251142B2 (ja) 2014-09-05 2017-12-20 公益財団法人鉄道総合技術研究所 測定対象物の非接触検知方法及びその装置
EP3245476A4 (de) * 2015-01-13 2018-08-29 Dscg Solutions, Inc. Verfahren zur mehrstrahligen entfernungsmessung
EP3326152B1 (de) * 2015-07-22 2022-05-18 The University Of Mississippi Differentieller interferometrischer sensor mit mehrstrahligem laser und verfahren zur vibrationsbildgebung
US10648797B2 (en) * 2017-11-16 2020-05-12 Quality Vision International Inc. Multiple beam scanning system for measuring machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993015386A1 (en) 1992-01-31 1993-08-05 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Laser measurement system for dynamic structural analysis
US6711293B1 (en) 1999-03-08 2004-03-23 The University Of British Columbia Method and apparatus for identifying scale invariant features in an image and use of same for locating an object in an image
EP2515073A2 (de) * 2011-04-20 2012-10-24 United Technologies Corporation Verfahren und System zur Positionierung eines Laservibrometers während einer kontaktfreien Abtastung
DE102012211549B3 (de) 2012-07-03 2013-07-04 Polytec Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur interferometrischen Vermessung eines Objekts
US20140107958A1 (en) * 2012-10-16 2014-04-17 Canon Kabushiki Kaisha Calibration apparatus, calibration method, and measurement apparatus

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARIUS MUJADAVID G. LOWE: "Fast Approximate Nearest Neighbors with Automatic Algorithm Configuration", INTERNATIONAL CONFERENCE ON COM PUTER VISION THEORY AND APPLICATIONS (VISAPP'09, 2009
YANCHU XU ET AL: "An identification algorithm for directing the measurement point of scanning laser vibrometers", OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING, vol. 22, no. 2, 1 January 1995 (1995-01-01), AMSTERDAM, NL, pages 105 - 120, XP055605251, ISSN: 0143-8166, DOI: 10.1016/0143-8166(94)00021-2 *
YANCHU XUR. N. MILES: "An Identification Algorithm for Directing the Measurement Point of Scanning Laser Vibrometers", OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING, vol. 22, 1995, pages 105 - 120

Also Published As

Publication number Publication date
DE202018104050U1 (de) 2018-07-26
US20210278197A1 (en) 2021-09-09
DE102018114480B3 (de) 2019-11-14
JP2021527217A (ja) 2021-10-11
US11333485B2 (en) 2022-05-17
JP7377221B2 (ja) 2023-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018114478B4 (de) Verfahren zur Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer interferometrischen Messvorrichtung und Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Messobjekts
DE112011102995B4 (de) Laserscanner oder Lasernachführungsgerät mit einem Projektor
EP2787322B1 (de) Geodätisches Referenzieren von Punktwolken
DE69628956T2 (de) Abtastvorrichtung und -verfahren
EP3396409B1 (de) Verfahren zur kalibrierung einer kamera und eines laserscanners
EP2071279B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Körpermaßdaten und Konturdaten eines Festkörpers
EP3005292B1 (de) 3d-aufnahmevorrichtung, verfahren zur erstellung eines 3d-bildes und verfahren zur einrichtung einer 3d-aufnahmevorrichtung
DE102016118562A1 (de) Dreidimensionales bildgerät, das eine dichroitische kamera umfasst
DE112015004396T5 (de) Augmented-reality-kamera zur verwendung mit 3d-metrologie-ausrüstung zum erzeugen von 3d-bildern aus 2d-kamerabildern
DE102008048963B4 (de) 3D-Geometrie-Erfassungsverfahren und -vorrichtung
EP1497613A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der räumlichen koordinaten eines gegenstandes
DE112014003823T5 (de) Echtzeitprüfführung eines Triangulationsscanners
EP2728374A1 (de) Erfindung betreffend die Hand-Auge-Kalibrierung von Kameras, insbesondere Tiefenbildkameras
DE102017218212A1 (de) Zweidimensionales kartierungssystem und betriebsverfahren
DE102017218281A1 (de) Zweidimensionales kartierungssystem und betriebsverfahren
DE102013105828A1 (de) Hybrid sensor
DE102005037094B3 (de) Kalibrierverfahren für einen Sensor zur Abstandsmessung
DE102018114480B3 (de) Abgleichverfahren für eine Strahlrichteinheit einer interferometrischen Messvorrichtung und Messvorrichtung zur Durchführung einer interferometrischen Messung mittels Laserstrahlung
EP1640688A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur 3-dimensionalen Vermessung der Oberfläche eines Gegenstands
EP2019961B1 (de) Verfahren zum erzeugen von bildinformationen
WO1997010488A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erfassen und vermessen dreidimensionaler körper oder von beliebigen flächen
DE102019217324A1 (de) Auslenkungsmessvorrichtung
DE102015106837B4 (de) Verfahren zur Steuerung einer 3D-Messvorrichtung mittels Gesten und Vorrichtung hierzu
CH702255A1 (de) Vorrichtung zur räumlichen Erfassung eines Objekts mittels optischer Abtastung.
DE102018114479B3 (de) Verfahren zur Bestimmung des Strahlverlaufs eines Messstrahls einer Interferometrischen Messvorrichtung und Messvorrichtung zur interferometrischen Vermessung eines Messobjekts

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19728987

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020569740

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19728987

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1