WO2023194489A1 - Laserprojektionssystem mit einer vielzahl von laserprojektoren - Google Patents

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WO2023194489A1
WO2023194489A1 PCT/EP2023/059037 EP2023059037W WO2023194489A1 WO 2023194489 A1 WO2023194489 A1 WO 2023194489A1 EP 2023059037 W EP2023059037 W EP 2023059037W WO 2023194489 A1 WO2023194489 A1 WO 2023194489A1
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laser
projectors
markers
relative
target system
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PCT/EP2023/059037
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Daniel Kayser
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Lap Gmbh Laser Applikationen
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    • G03B37/04—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe with cameras or projectors providing touching or overlapping fields of view

Definitions

  • the present invention relates to a laser projection system with a plurality of laser projectors.
  • Each individual laser projector has a projection area in which points, lines and geometric figures can be projected with a laser beam.
  • laser projectors have a laser beam that is deflected via two mirrors. The axes of the motor-driven mirrors are at a suitable angle to one another so that the laser beam can be deflected in any direction within the projection area.
  • a laser projection system is known in which a large number of laser projectors project onto a large object, such as an aircraft.
  • reference targets are provided on piles. The laser projectors determine their position relative to the stationary reference targets.
  • a laser projection system that can position moving parts and assemblies using 3D laser projections and projected templates.
  • the moving movable part is equipped with reflector marks that the laser projector follows.
  • WO 2021/069079 Al a measuring system and a coordinate measuring machine for use in a smart factory environment have become known.
  • the measuring system has a defined arrangement of different measuring devices, which are configured in such a way that the coordinate measurement data generated by different measuring devices can be referenced to a common coordinate system.
  • a surveying tool for determining position and orientation relative to a construction site has become known.
  • a laser projector is used to project the desired blueprints onto a target surface, for example to improve the accuracy and efficiency with which a structure to be built is advanced.
  • the invention is based on the object of providing a laser projection system with a large number of laser projectors whose position in space with respect to a workpiece/coordinate system can be determined as accurately as possible.
  • the laser projection system includes a variety of laser projectors, each of which has a projection area.
  • a laser beam can be used to project onto spatial points in the projection area.
  • he can Laser projector for a reflected laser beam to determine the directions of the incident laser beam.
  • the large number of laser projectors are arranged in such a way that the projection areas can be meshed with one another. Two areas can be meshed together if there is at least one spatial point that belongs to both projection areas. In the meshable area, the projection areas of the laser projectors at least partially overlap.
  • the laser projection system has at least one mobile target system, each with four or more markers, whereby the pose of the mobile target system can be determined relative to one of the laser projectors.
  • the pose includes a three-dimensional position and an orientation in relation to the three spatial directions, i.e. 6-dimensional data that allows an extended object in space to be clearly described.
  • pose is always used in the sense of position and orientation, where a relative pose describes a position and an orientation relative to a coordinate system with its position and its orientation, such a coordinate system to which the relative pose relates can be used by another laser projector or by a Target system must be given.
  • spatial pose refers to the position and orientation related to a space with its origin and orientation.
  • At least two laser projectors detect their spatial pose relative to the respective stationary positions of the mobile target system and a higher-level controller determines their relative pose to one another from the detected spatial poses of the at least two laser projectors. Furthermore, the higher-level control is designed to repeat the determination of the relative pose with the mobile target system in a stationary position in different spatial positions of the mobile target system until at least one relative pose to another laser projector is determined for each of the laser projectors.
  • a network of relative poses is created between the laser projectors, which describes how the position and orientation of a laser projector become one or several other laser projectors.
  • the network preferably includes all laser projectors.
  • the laser projection system according to the invention is additionally equipped with a spatially fixed target system having four or more markers.
  • Each marker of the spatially fixed target system is detected by at least one laser projector.
  • the higher-level control is designed to convert the relative poses of the large number of laser projectors into spatial poses of all laser projectors from the markers of the spatially fixed target system detected by the at least one laser projector.
  • complete detection of a pose is not necessary.
  • the laser projection system according to the invention therefore works in a two-stage process: In a first process stage, the laser projectors are located relative to one another in position and orientation.
  • one or more laser projectors capture markers of the spatially fixed target system in the second process stage, which then allows the position and orientation of all laser projectors in space to be determined by optimizing the relative poses and including the spatially fixed markers.
  • the at least one laser projector can determine its relative pose if four or more markers are in its projection area. However, it is also sufficient if a total of four or more angle pairs are detected by one or more laser projectors on the spatially fixed markers of the spatially fixed target system.
  • the angle pair consists of a pair of angle tuples under which the laser projector detects the spatially fixed marker. So they are the angles of incidence to a marker of the spatially fixed Target systems that are captured by the laser projector.
  • the projection accuracy of the laser projection system that can be achieved using this process depends on the dimensional accuracy of the fixed and mobile target systems and can be less than one millimeter per ten meters, making the laser projection system ideal for large-area applications.
  • the mobile target system can be moved through the space to be measured and can thus be detected by the laser projectors in different spatial positions.
  • two laser projectors can follow the movement in a certain spatial area and repeatedly calculate their respective relative pose to the target system and thus their relative pose to one another. This creates a very high degree of accuracy when determining the relative poses of the laser projectors to one another.
  • the higher-level control is designed to carry out a compensation calculation together with the relative poses and the spatial poses of the laser projectors in order to determine the spatial poses of all laser projectors with minimal error.
  • the compensation calculation can also include the case that, based on the detection of the spatially fixed target system, the calculation of the relative poses is repeated or at least corrected in order to minimize the errors.
  • the mobile target system is a mobile system that has four or more retroreflective markers. The mobile target system can then be moved within the projection area.
  • the higher-level control is additionally designed to detect the marker during movement with two or more laser projectors and to determine its spatial position.
  • the higher-level control determines, for example, a pair of angles, which is evaluated, for example, by triangulation, i.e. based on the relative poses of the laser projectors involved to one another, and records the spatial position of the individual marker.
  • the individual marker can also be part of the mobile target system, so that it can also be used for this task. With this configuration, the subsurface can then be measured very precisely, for example, by moving or moving the individual marker at a constant distance above the subsurface.
  • the background is measured very precisely with the mobile target system if sufficient relative poses of the laser projectors have been determined relative to one another and the recorded values are then subsequently evaluated in order to determine the position, for example by triangulation. If only a few relative poses are known, it is difficult to use the data obtained to distinguish whether there is a deviation in the arrangement of the laser projectors or whether there is an unevenness in the floor. However, if the spatial poses of the laser projectors have been determined with sufficient precision, this allows conclusions to be drawn about the background.
  • the spatially fixed target system has a coding that can identify the maker of the spatially fixed target system; for example, the laser projection system can be equipped with a camera for this purpose.
  • the higher-level control can assign its spatial position to the target system via the coding. In this way, the spatially fixed target system can be used without having to previously define or determine its position in space or relative to the laser projectors. The higher-level control then knows the position of the respective markers in the spatially fixed target system.
  • the mobile target systems have at least four markers arranged in a predetermined orientation to one another, so that the laser projector can determine its pose relative to the markers. If the markers are written in a meshed projection area by at least two laser projectors, they allow the relative poses of the laser projectors to one another to be determined due to their predetermined orientation to one another.
  • the laser projectors are fixed in space, for example mounted in a hall, such as a trade fair, market or conference hall.
  • the laser projectors can also be installed in large halls such as concert halls, theaters or other event halls.
  • Meshable areas form the projection areas or their subareas, the spatial points included, which belong to two projection areas. Each projection area is meshed if at least one of its spatial points also falls into a second projection area.
  • Figure 1 shows a schematic view of two laser projectors with different positions of the mobile target system
  • Figure 2 shows a schematic view of laser projectors as they can be used in trade fair construction
  • Figure 3 shows a mobile target system
  • Figure 1 shows two laser projectors 10, 12, which are mounted in a fixed position, for example. Furthermore, a mobile target system 14 is shown in six different positions 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f. The mobile target system has four markers 16a, 16b, 16c, 16d.
  • the mobile target system can move through positions 14a to 14f. In positions 14a and 14d, the laser projector 10 determines its relative pose to the mobile target system 14a, 14d.
  • the position determination is possible for the laser projector 10 because the mobile target system carries four markers 16a to 16d, which are arranged at a predefined distance and pattern from one another, so that the laser projector can triangulate its position relative to the markers by detecting several markers. If the mobile target system is in position 14b and 14e, the laser projector 10 and the laser projector 12 can determine their poses to the target system.
  • the relative poses of the laser projectors 10 and 12 are initially not spatially absolutely fixed.
  • the assignment of the relative poses in space is only determined with the spatially fixed target positions 18a to 18d.
  • the laser projector 10 detects the position of target 18a and 18b
  • the laser projector 12 detects the position of target 18c and 18d.
  • the relative pose (or the network of relative poses formed) can be converted into a spatially fixed network of absolute poses with the positions of the spatially fixed targets, which only have to be captured by at least one projector each.
  • this also includes chains of relative poses as 1-to-1 connections. The more densely the targets are distributed over the entire projection area in the spatially fixed target system, the greater the accuracy that can be achieved for the spatial poses.
  • Figure 2 shows a schematic view of three laser projectors 20, 22, 24, which are mounted in a hall.
  • roof rails 25, 27 are provided, on which the projectors 20, 22, 24 are mounted.
  • the projectors have projection areas 26 to 32 directed towards the floor.
  • an overlapping projection area 28 is created.
  • the projector 24 there are also two projection areas, with, for example, the projection area 32 overlapping with a projection area of another laser projector (not shown).
  • the laser projectors are used and used, for example, in trade fair construction, stage construction or when setting up other installations and structures to support them by projecting individual objects.
  • the position of partition walls 34 can be marked on the floor using laser projectors. By measuring the subsurface to true dimensions, the projection can be carried out with high precision, so that designs for the partition walls to be erected can be implemented very precisely.
  • the position of tables 36, 40 and a chair 38 can also be specified very precisely with the help of the laser projectors.
  • an exhibition hall, a concert hall, a conference hall, a theater stage or another room can be precisely measured, constructions or modifications to be carried out therein can be specified very precisely by the laser projectors. This sometimes shortens construction and set-up times considerably.
  • Figure 3 shows a perspective view of a mobile target system 40, which is constructed as a rolling table.
  • a total of 6 retroreflective markers 42a to 42f with known relative positions are provided on the table top.
  • the case shown is that a retroreflective marker 42c is detected by the laser beams 44 and 46 of two projectors. From this double recording of at least 4 markers, the relative positions of the two projectors to one another can be calculated.
  • the mobile target system 40 can be pushed through the hall to be measured, then into the overlapping halls Projection areas, such as 28 in Figure 2, the relative pose of the two projectors 22 and 20 to one another can be determined.

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Abstract

Laserprojektionssystem mit einer Vielzahl von Laserprojektoren, die jeweils einen Projektionsbereich besitzen, in den mit einem Laserstrahl projiziert werden kann, wobei die Projektionsbereiche vermaschbare Bereiche bilden, in denen Raumpunkte zu zwei Projektionsbereichen gehören, wobei mindestens ein mobiles Targetsystem mit vier oder mehr Markern vorgesehen ist, dessen Position relativ zu einem der Laserprojektoren erfasst werden kann, wobei mindestens zwei Laserprojektoren ihre Raumposition relativ zu dem mobilen Targetsystem erfassen und eine übergeordnete Steuerung aus den erfassten Raumpositionen Relativposen der mindestens zwei Laserprojektoren zueinander bestimmt, wobei die übergeordnete Steuerung dazu ausgebildet, die Bestimmung der Relativposen in unterschiedlichen Raumpositionen des mobilen Targetsystems solange zu wiederholen, bis für jeden der Laserprojektoren mindestens eine Relativpose zu einem anderen Laserprojektor bestimmt ist, wobei zusätzlich mindestens ein raumfestes Targetsystem vorgesehen ist, das von mindestens einem Laserprojektor erfasst werden kann, und die übergeordnete Steuerung dazu ausgebildet ist, aus den Reflexionswinkeln der erfassten Marker des raumfesten Targetsystems durch den mindestens einen Laserprojektors die Relativposen aller Laserprojektoren in Raumposen umzurechnen.

Description

Laserproiektionssystem mit einer Vielzahl von Laserprojektoren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserprojektionssystem mit einer Vielzahl von Laserprojektoren. Jeder einzelne Laserprojektor besitzt einen Projektionsbereich, in dem mit einem Laserstrahl Punkte, Linien und geometrische Figuren projiziert werden können. In der Regel besitzen die Laserprojektoren einen Laserstrahl, der über zwei Spiegel umgelenkt wird. Die Achsen der motorisch schwenkbaren Spiegel stehen dabei in einem geeigneten Winkel zueinander, so dass innerhalb des Projektionsbereiches der Laserstrahl in jede Richtung abgelenkt werden kann.
Aus US 9,879,983 B2 ist ein Laserprojektionssystem bekannt, bei dem eine Vielzahl von Laserprojektoren auf ein großes Objekt, wie beispielsweise ein Flugzeug, projizieren. Zusätzlich sind Referenztargets an Pfählen vorgesehen. Die Laserprojektoren bestimmen ihre Position relativ zu den ortsfest montierten Referenztargets.
Aus WO 2007/038740 A2 ist ein Automatisierungssystem bekannt, bei dem eine Vielzahl von Laserprojektoren in eine Hubplattform integriert sind. Die Laserprojektoren projizieren hierbei gemeinsam auf ein im Bau befindliches Flugzeug.
Aus DE 11 2016 001 118 T5 ist ein Laserprojektionssystem bekannt, das die Positionierung von beweglichen Teilen und Baugruppen unter Verwendung von 3D- Laserprojektionen und projizierten Schablonen leisten kann. Das sich bewegende bewegliche Teil ist mit Reflektormarken ausgestattet, denen der Laserprojektor folgt. Aus WO 2021/069079 Al ist ein Messsystem und ein Koordinatenmessgerät zum Einsatz im Rahmen einer Smart-Factory -Umgebung bekannt geworden. Das Messsystem besitzt eine definierte Anordnung verschiedener Messgeräte, die so konfiguriert sind, dass die von verschiedenen Messgeräten erzeugten Koordinatenmessdaten auf ein gemeinsames Koordinatensystem referenzierbar sind.
Aus WO 2021/033185 A2 ist ein Vermessungswerkzeug zur Bestimmung von Position und Orientierung, relativ zu einer Baustelle, bekannt geworden. Mithilfe eines Laserprojektors werden die gewünschten Baupläne auf eine Zielfläche projiziert, um beispielsweise die Genauigkeit und Effizienz zu verbessern, mit der eine zu bauende Konstruktion vorangetrieben wird.
Bei den bekannten Laserprojektionssystemen mit mehreren Laserprojektoren besteht das technische Problem, die Position der Laserprojektoren möglichst genau im Raum zu bestimmen. Diese ist aber Voraussetzung dafür, dass mit einem oder mehreren Laserprojektoren maßhaltig auf ein Werkstück projiziert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laserprojektionssystem mit einer Vielzahl von Laserprojektoren bereitzustellen, deren Position im Raum bezüglich eines Werkstücks/Koordinatensystems möglichst genau bestimmt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Laserprojektionssystem mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
Das Laserprojektionssystem beinhaltet eine Vielzahl von Laserprojektoren, die jeweils einen Projektionsbereich besitzen. In dem Projektionsbereich kann mit einem Laserstrahl auf Raumpunkte projiziert werden. Zudem kann der Laserprojektor für einen zurückgeworfenen Laserstrahl die Richtungen des einfallenden Laserstrahls bestimmen. Die Vielzahl der Laserprojektoren ist derart angeordnet, dass die Projektionsbereiche miteinander vermaschbar sind. Zwei Bereiche sind miteinander vermaschbar, wenn mindestens ein Raumpunkt vorliegt, der zu beiden Projektionsbereichen gehört. In dem vermaschbaren Bereich überlappen sich die Projektionsbereiche der Laserprojektoren zumindest teilweise. Ferner besitzt das Laserprojektionssystem mindestens ein mobiles Targetsystem mit jeweils vier oder mehr Markern, wobei die Pose des mobilen Targetsystems relativ zu einem der Laserprojektoren bestimmt werden kann. Die Pose umfasst hierbei eine drei-dimensionale Position und eine Orientierung im Bezug auf die drei Raumrichtungen, also 6-dimensionale Daten, die es erlauben, einen ausgedehnten Gegenstand im Raum eindeutig zu beschreiben. Nachfolgend wird Pose immer im Sinne von Position und Orientierung verwendet, wobei eine Relativpose eine Position und eine Orientierung relativ zu einem Koordinatensystem mit seiner Position und seiner Orientierung beschreibt, ein solches Koordinatensystem auf das sich die Relativpose bezieht, kann durch einen anderen Laserprojektor oder durch ein Targetsystem gegeben sein. Entsprechend bezeichnet Raumpose die Position und Orientierung bezogen auf einen Raum mit seinem Ursprung und seiner Orientierung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens zwei Laserprojektoren ihre Raumpose relativ zu jeweils stationären Positionen des mobilen Targetsystems erfassen und eine übergeordnete Steuerung aus den erfassten Raumposen der mindestens zwei Laserprojektoren deren Relativpose zueinander bestimmt. Ferner ist die übergeordnete Steuerung dazu ausgebildet, die Bestimmung der Relativpose bei jeweils stationärer Position des mobilen Targetsystems in unterschiedlichen Raumpositionen des mobilen Targetsystems so lange zu wiederholen, bis für jeden der Laserprojektoren mindestens eine Relativpose zu einem anderen Laserprojektor bestimmt ist. Zwischen den Laserprojektoren entsteht ein Netz von Relativposen, das beschreibt, wie sich Position und Orientierung eines Laserprojektors zu einem oder mehreren anderen Laserprojektoren verhält. Bevorzugt umfasst das Netz alle Laserprojektoren. Das erfindungsgemäße Laserprojektionssystem ist zusätzlich mit einem vier oder mehr Marker aufweisenden, raumfesten Targetsystem ausgestattet. Jeder Marker des raumfesten Targetsystems wird von mindestens einem Laserprojektor erfasst. Die übergeordnete Steuerung ist dazu ausgebildet, aus den von dem mindestens einen Laserprojektor erfassten Markern des raumfesten Targetsystems die Relativposen der Vielzahl an Laserprojektoren in Raumposen aller Laserprojektoren umzurechnen. Bei der Umrechnung der Relativposen in die Raumposen der Laserprojektoren unter Verwendung der Marker des raumfesten Targetsystems genügt es für die raumfesten Marker nur Richtungswinkel zu erfassen, eine vollständige Erfassung einer Pose ist nicht erforderlich. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Relativpose der raumfesten Marker zu erfassen, aber es ist nicht notwendig. Das erfindungsgemäße Laserprojektionssystem arbeitet mithin in einem zweistufigen Prozess: In einer ersten Prozessstufe werden die Laserprojektoren relativ zueinander in Position und Orientierung verortet. Dies erfolgt, indem zwei oder mehr Laserprojektoren gemeinsam auf ein mobiles Targetsystem mit vier oder mehr Markern schauen und so ihre Relativpose zueinander bestimmen. In einem zweiten Schritt erfassen ein oder mehrere Laserprojektoren Marker des raumfesten Targetsystems in der zweiten Prozessstufe, was es dann erlaubt, die Position und Orientierung aller Laserprojektoren im Raum durch Optimierung der Relativposen und Einbeziehung der raumfesten Marker zu bestimmen. Bei der Erfassung des raumfesten Targetsystems kann der mindestens eine Laserprojektor seine Relativpose bestimmen, wenn vier oder mehr Marker in seinem Projektionsbereich liegen. Es genügt aber auch, wenn insgesamt vier oder mehr Winkelpaare durch einen oder mehrere Laserprojektoren an den raumfesten Markern des raumfesten Targetsystems erfasst werden. Das Winkelpaar besteht aus einem Paar von Winkeltupeln, unter denen der Laserprojektor den raumfesten Marker erfasst. Es sind also die Einfallswinkel zu einem Marker des raumfesten Targetsystems die von dem Laserprojektor erfasst werden. Die durch dieses Verfahren erzielbare Projektionsgenauigkeit des Laserprojektionssystems ist abhängig von der Maßhaltigkeit des raumfesten und auch der mobilen Targetsysteme und kann unter einem Millimeter pro zehn Meter liegen, wodurch das Laserprojektionssystem hervorragend für großflächige Anwendungen geeignet ist.
In einer besonders bevorzugten Gestaltung ist das mobile Targetsystem durch den zu vermessenden Raum bewegbar und kann so in unterschiedlichen Raumpositionen von den Laserprojektoren erfasst werden. Beispielsweise können zwei Laserprojektoren der Bewegung in einem bestimmten Raumgebiet folgen und dabei immer wieder ihre jeweilige Relativpose zu dem Targetsystem und damit ihre Relativpose zueinander berechnen. Hierdurch entsteht eine sehr große Genauigkeit bei der Bestimmung der Relativposen der Laserprojektoren untereinander.
Im Hinblick auf die Gesamtgenauigkeit und eine freie Nutzung der Fläche hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn mehrere raumfeste Marker des raumfesten Targetsystems zumindest teilweise in einem Randbereich der Gesamtprojektionsfläche positioniert sind. Durch die Anordnung in den Randbereichen bleibt auch der zentrale Bereich der Gesamtprojektionsfläche für seine Nutzung frei. Die Gesamtprojektionsfläche ergibt sich hierbei als die Vereinigung der einzelnen Projektionsflächen, wobei es für deren Vermaschbarkeit Überlagerungen der Projektionsflächen gibt. Durch mehrere, raumfeste Marker, die in einem Randbereich der gesamten Projektionsfläche positioniert sind, können die Positionen und Orientierungen der im Inneren der Gesamtprojektionsfläche liegenden Laserprojektoren relativ genau bestimmt werden, da diese gleichsam wie in einem Netz über mehrere Laserprojektoren aus unterschiedlichen Richtungen mit ihren Relativpositionen und relativen Orientierungen eingebunden sind. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die übergeordnete Steuerung dazu ausgebildet, mit den Relativposen und den Raumposen der Laserprojektoren gemeinsam eine Ausgleichsrechnung durchzuführen, um die Raumposen aller Laserprojektoren mit minimalem Fehler zu bestimmen. Die Ausgleichsrechnung kann dabei auch den Fall miteinschließen, dass basierend auf der Erfassung des raumfesten Targetsystems auch die Berechnung der Relativposen zur Minimierung der Fehler wiederholt oder zumindest korrigiert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist als mobiles Targetsystem ein fahrbares System vorgesehen, das vier oder mehr retroreflektive Marker aufweist. Das mobile Targetsystem kann dann innerhalb des Projektionsbereichs verfahren werden.
Bevorzugt ist die übergeordnete Steuerung zusätzlich dazu ausgebildet, während einer Bewegung eines einzelnen Markers mit zwei oder mehr Laserprojektoren diesen zu erfassen und seine Raumposition zu bestimmen. Dabei bestimmt die übergeordnete Steuerung beispielsweise ein Winkelpaar, das beispielsweise durch Triangulation, also ausgehend von den relativen Posen der beteiligten Laserprojektoren zueinander ausgewertet wird und die räumliche Position des einzelnen Markers erfasst. Der einzelne Marker kann auch Teil des mobilen Targetsystems sein, so dass dieses auch für diese Aufgabe eingesetzte werden kann. Mit dieser Ausgestaltung kann dann beispielsweise sehr genau der Untergrund vermessen werden, indem der der einzelne Marker in einem konstanten Abstand über dem Untergrund bewegt oder verfahren wird. Auf diese Weise wird beispielsweise mit dem mobilen Targetsystem der Untergrund sehr genau vermessen, wenn ausreichende Relativposen der Laserprojektoren relativ zueinander bestimmt wurden und im Nachhinein die aufgenommenen Werte dann in Sinne einer Positionsbestimmung beispielsweise durch Triangulation ausgewertet werden. Sind nur wenige Relativposen bekannt, so fällt es schwer, anhand der gewonnenen Daten zu unterscheiden, ob in der Anordnung der Laserprojektoren eine Abweichung vorliegt, oder ob eine Unebenheit im Fußboden vorhanden ist. Sind aber die Raumposen der Laserprojektoren hinreichend präzise bestimmt worden, so erlaubt dies Rückschluss auf den Untergrund.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das raumfeste Targetsystem eine Kodierung auf, die den Maker des raumfesten Targetsystems identifizieren kann, beispielsweise kann das Laserprojektionssystem hierfür mit einer Kamera ausgestattet sein. Die übergeordnete Steuerung kann über die Codierung dem Targetsystem seine Raumposition zuordnen. Auf diese Weise kann das raumfeste Targetsystem eingesetzt werden, ohne dass vorher dessen Position im Raum oder relativ zu den Laserprojektoren festgelegt oder bestimmt werden muss. Die übergeordnete Steuerung kennt dann die Position der jeweiligen Marker in dem raumfesten Targetsystem.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die mobilen Targetsysteme mindestens vier in einer vorbestimmten Orientierung zueinander angeordnete Marker auf, sodass der Laserprojektor seine Pose, relativ zu den Markern, bestimmen kann. Werden die Marker in einem vermaschten Projektionsbereich von mindestens zwei Laserprojektoren verfasst, so erlauben sie, aufgrund ihrer vorbestimmten Orientierung zueinander, die Relativposen der Laserprojektoren zueinander zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Laserprojektoren raumfest, beispielsweise in einer Halle, wie einer Messe-, Markt- oder Konferenzhalle montiert. Auch können die Laserprojektoren in großflächigen Hallen wie Konzert-, Theater- oder anderen Veranstaltungshallen montiert sein. Vermaschbare Bereiche bilden dabei die Projektionsbereiche oder deren Teilbereiche, die Raumpunkte enthalten, die zu zwei Projektionsbereichen gehören. Jeder Projektionsbereich ist dann vermascht, wenn mindestens einer seiner Raumpunkte auch in einen zweiten Projektionsbereich fällt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht zu zwei Laserprojektoren mit unterschiedlichen Positionen des mobilen Targetsystems,
Figur 2 zeigt in einer schematischen Ansicht Laserprojektoren, wie sie im Messebau eingesetzt werden können und
Figur 3 zeigt ein mobiles Targetsystem.
Figur 1 zeigt zwei Laserprojektoren 10, 12, die beispielsweise raumfest montiert sind. Ferner ist ein mobiles Targetsystem 14 in sechs verschiedenen Positionen 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f dargestellt. Das mobile Targetsystem besitzt vier Marker 16a, 16b, 16c, 16d.
Um die Positionen der Laserprojektoren 10, 12 im Raum zu bestimmen, kann das mobile Targetsystem die Positionen 14a bis 14f durchfahren. In den Positionen 14a und 14d bestimmt der Laserprojektor 10 seine Relativpose zu dem mobilen Targetsystem 14a, 14d. Die Positionsbestimmung ist dem Laserprojektor 10 möglich, da das mobile Targetsystem vier Marker 16a bis 16d trägt, die in einem vordefinierten Abstand und Muster zueinander angeordnet sind, sodass der Laserprojektor seine Position relativ zu den Markern durch das Erfassen von mehreren Markern triangulieren kann. Befindet sich das mobile Targetsystem in der Position 14b und 14e, können der Laserprojektor 10 und der Laserprojektor 12 ihre Posen zu dem Targetsystem bestimmen. Dies bedeutet, dass die Differenz dieser so bestimmten Posen die Relativpose der Laserprojektoren 10 und 12 zueinander beschreibt, da diese auf das gleiche Targetsystem gerichtet sind. Auf diese Weise kann auch bei mehr als zwei Laserprojektoren ein Netz von Relativposen aufgebaut werden, jedes Mal, wenn sich das mobile Targetsystem in einem vermaschbaren Bereich befindet, in dem seine Position durch zwei oder mehr Laserprojektoren erfasst wird.
Die Relativposen der Laserprojektoren 10 und 12 (oder das gebildete Netz von Relativposen) sind zunächst nicht räumlich absolut festgelegt. Erst mit den raumfesten Targetpositionen 18a bis 18d wird die Zuordnung der Relativposen im Raum festgelegt. Hierzu erfasst der Laserprojektor 10 die Position von Target 18a und 18b, der Laserprojektor 12 die Position von Target 18c und 18d. In einer anschließenden Ausgleichsrechnung kann die Relativpose (oder das gebildete Netz von Relativposen) mit den Positionen der raumfesten Targets, die nur von jeweils mindestens einem Projektor erfasst werden müssen, in ein raumfestes Netz aus Absolutposen überführt werden. Wenn vorstehend von einem Netz von Relativposen gesprochen wird, so schließt dies auch Ketten von Relativposen als 1-zu-l Verknüpfungen mit ein. Je dichter die Targets im raumfesten Targetsystem über den gesamten Projektionsbereich verteilt sind, desto größer ist die erzielbare Genauigkeit für die Raumposen.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Ansicht drei Laserprojektoren 20, 22, 24, die in einer Halle montiert sind. In der Halle sind beispielsweise Dachschienen 25, 27 vorgesehen, an denen die Projektoren 20, 22. 24 montiert sind. Die Projektoren haben auf den Boden gerichtete Projektionsbereiche 26 bis 32. Bei den Projektoren 20 und 22 entsteht ein sich überlappender Projektionsbereich 28. Bei dem Projektor 24 liegen ebenfalls zwei Projektionsbereiche vor, wobei beispielsweise der Projektionsbereich 32 mit einem Projektionsbereich eines weiteren Laserprojektors (nicht dargestellt) sich überlappt.
Eingesetzt und verwendet werden die Laserprojektoren, um beispielsweise im Messebau, im Bühnenbau oder bei der Errichtung von sonstigen Ein- und Aufbauten diese durch die Projektion von einzelnen Gegenständen zu unterstützen. So kann beispielsweise die Position von Stellwänden 34 mit Hilfe der Laserprojektoren auf dem Boden vorgezeichnet werden. Durch die maßhaltige Vermessung des Untergrunds kann die Projektion hochgenau erfolgen, so dass Entwürfe für die zu errichtenden Stellwände sehr genau umgesetzt werden können. Auch die Position von Tischen 36, 40 und einem Stuhl 38 können mit Hilfe der Laserprojektoren sehr genau vorgegeben werden.
Indem erfindungsgemäß eine Messehalle, eine Konzerthalle, ein Konferenzsaal, eine Theaterbühne oder ein sonstiger Raum genau vermessen werden kann, können darin durchzuführende Auf- oder Umbauten sehr genau durch die Laserprojektoren vorgegeben werden. Dies verkürzt die Bauzeiten und Rüstzeiten mitunter beträchtlich.
Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein mobiles Targetsystem 40, das als ein Rolltisch aufgebaut ist. Auf der Tischplatte sind insgesamt 6 retroreflektierende Marker 42a bis 42f mit bekannten Relativpositionen vorgesehen. Dargestellt ist der Fall, dass ein retroreflektierender Marker 42c von den Laserstrahlen 44 und 46 zweier Projektoren erfasst wird. Aus dieser doppelten Erfassung von mindestens 4 Markern können die Relativpositionen der beiden Projektoren zueinander berechnet werden. Das mobile Targetsystem 40 kann durch die zu vermessende Halle geschoben werden, wobei dann in den einander überlappenden Projektionsbereichen, wie beispielsweise 28 in Figur 2, die Relativpose der beiden Projektoren 22 und 20 zueinander bestimmt werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Laserprojektionssystem mit einer Vielzahl von Laserprojektoren, die jeweils einen Projektionsbereich besitzen, in den mit einem Laserstrahl auf Raumpunkte projiziert werden kann, wobei die Projektionsbereiche vermaschbare Bereiche bilden, in denen Raumpunkte zu zwei oder mehr Projektionsbereichen gehören, wobei mindestens ein mobiles Targetsystem mit jeweils vier oder mehr Markern vorgesehen ist, dessen Pose relativ zu einem der Laserprojektoren bestimmt werden kann, wobei mindestens zwei Laserprojektoren ihre Raumpose relativ zu dem mobilen Targetsystem erfassen und eine übergeordnete Steuerung aus den erfassten Raumposen Relativpose der mindestens zwei Laserprojektoren zu einander bestimmt, wobei die übergeordnete Steuerung dazu ausgebildet ist, die Bestimmung der Relativpose in unterschiedlichen Positionen des mobilen Targetsystems im Raum solange zu wiederholen, bis für jeden der Laserprojektoren mindestens eine Relativpose zu einem anderen Laserprojektor bestimmt ist, wobei zusätzlich ein mit vier oder mehr Markern ausgestattetes, raumfestes Targetsystem vorgesehen ist, dessen Marker jeweils von mindestens einem Laserprojektor erfasst werden können, und die übergeordnete Steuerung dazu ausgebildet ist, aus den von dem mindestens einen Laserprojektor erfassten Markern des raumfesten Targetsystems die Relativpose aller Laserprojektoren in Raumposen umzurechnen.
2. Laserprojektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Targetsystem durch den Raum bewegbar ist und in unterschiedlichen Positionen erfasst werden kann. Laserprojektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vier oder mehr Marker des raumfesten Targetsystems mindestens teilweise in einem Randbereich der Gesamtprojektionsfläche positioniert sind. Laserprojektionssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtprojektionsbereich durch die Vereinigung der Projektionsbereiche der Laserprojektoren mindestens einfach überdeckt ist. Laserprojektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Steuerung dazu ausgebildet ist, mit den Relativposen und den Raumposen der Laserprojektoren eine Ausgleichsrechnung durchzuführen, um die Raumposen aller Laserprojektoren mit minimalem Fehler zu bestimmen. Laserprojektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als mobiles Targetsystem ein fahrbares System vorgesehen ist, das mindestens vier retror effektive Marker aufweist. Laserprojektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Steuerung dazu ausgebildet ist, dass während einer Bewegung eines einzelnen Markers ein oder mehr Laserprojektoren diesen erfassen und seine Raumpose bestimmen. Laserprojektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mobilen Targetsysteme mindestens vier in einer vorbestimmten Orientierung zueinander angeordnete Marker aufweist, so dass der Laserprojektor seine Relativpose relativ zu den Markern des mobilen Targetsystems bestimmen kann. Laserprojektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserprojektoren raumfest montiert sind. Laserprojektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Marker der Targetsysteme als retroreflektierende Marker ausgebildet sind.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007038740A2 (en) 2005-09-28 2007-04-05 Metris Canada, Inc. Fastener automation system and method of assembly
US20170038195A1 (en) * 2013-08-06 2017-02-09 Laser Projection Technologies, Inc. Virtual laser projection system and method
DE112016001118T5 (de) 2015-03-09 2018-03-08 Faro Technologies, Inc. 3D Laserprojektion, Scannen und Objektverfolgung
WO2021033185A2 (en) 2019-08-20 2021-02-25 Lightyx Systems Ltd. System and method for positioning of a laser projection system
WO2021069079A1 (en) 2019-10-11 2021-04-15 Leica Geosystems Ag Metrology system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007038740A2 (en) 2005-09-28 2007-04-05 Metris Canada, Inc. Fastener automation system and method of assembly
US20170038195A1 (en) * 2013-08-06 2017-02-09 Laser Projection Technologies, Inc. Virtual laser projection system and method
US9879983B2 (en) 2013-08-06 2018-01-30 Faro Technologies, Inc. Virtual laser projection system and method
DE112016001118T5 (de) 2015-03-09 2018-03-08 Faro Technologies, Inc. 3D Laserprojektion, Scannen und Objektverfolgung
WO2021033185A2 (en) 2019-08-20 2021-02-25 Lightyx Systems Ltd. System and method for positioning of a laser projection system
WO2021069079A1 (en) 2019-10-11 2021-04-15 Leica Geosystems Ag Metrology system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOHN KASSEBAUM ET AL: "3-D Target-Based Distributed Smart Camera Network Localization", IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING, IEEE, USA, vol. 19, no. 10, 1 October 2010 (2010-10-01), pages 2530 - 2539, XP011328625, ISSN: 1057-7149, DOI: 10.1109/TIP.2010.2062032 *

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