DE3712958C1

DE3712958C1 - Method and device for photographically measuring a three-dimensional object

Info

Publication number: DE3712958C1
Application number: DE19873712958
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Pini
Original assignee: Rollei Fototechnic GmbH
Current assignee: Rollei Fototechnic GmbH
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1987-04-16
Publication date: 1988-10-06

Abstract

For this measuring purpose, it is proposed to place the object to be measured onto a transparent object carrier which is provided with optically scannable marks on its surface. Light rays for marking and measuring the object are also sent through the object carrier, the said marks being detected at the same time. The light ray reflected from the object is measured by at least two photogrammetric cameras.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur photogrammetrischen Ver messung eines dreidimensionalen Objektes, das während seiner Ver messung in Ruhe gehalten wird und auf einem Objektträger liegt, der auf zumindest einer Plattenoberfläche mit optisch abtastbaren Markierungen versehen ist, die exakt in einer vorbestimmten An ordnung positioniert werden und die Trennfläche zwischen den Me dien Luft und Werkstoff definieren.The invention relates to a method for photogrammetric ver measurement of a three-dimensional object that during its ver measurement is kept at rest and lies on a slide, the one on at least one plate surface with optically scanned Markers are provided that are exactly in a predetermined order order and the interface between the me Define air and material.

Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur photogramme trischen Vermessung eines dreidimensionalen Objektes, mit einem das zu vermessende Objekt aufnehmenden, plattenförmigen Objekt träger, der auf zumindest einer Plattenoberfläche in einer exakt vorbestimmten Anordnung mit optisch abtastbaren Markierungen ver sehen ist.The invention further relates to a device for photograms measurement of a three-dimensional object, with a the plate-shaped object receiving the object to be measured carrier that is on at least one plate surface in an exact predetermined arrangement with optically scannable markings ver see is.

Dieser Stand der Technik läßt sich entnehmen der Vorveröffentli chung Photogrammetric Engineering Vol. 47, No. 12, Dec. 1981, Seiten 1717 bis 1724. Verfahren und Einrichtung gestatten jeweils nur die Vermessung der dem Objektträger abgewandten Oberfläche des Objektes. This prior art can be found in the previous publication chung Photogrammetric Engineering Vol. 47, No. 12, Dec. 1981, Pages 1717 to 1724. The procedure and setup permit each only the measurement of the surface facing away from the slide of the object.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ruhendes Objekt zu gleich auf allen Objektflächen vermessen zu können.The invention has for its object to a stationary object to be able to measure on all object areas.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Lichtstrahlen zur Markierung und Vermessung des Objektes auch durch den aus transparentem Material hergestellten Objektträger hindurchgeschickt werden, wobei simultan die genannten Markierun gen erfaßt werden. Dadurch ist es möglich, das Objekt ohne Lage änderung allseitig zu erfassen, wobei etwaige Formänderungen des Objektträgers aufgrund des Objektgewichtes kompensiert werden. Diese allseitige Objekterfassung ohne Lageänderung des Objektes macht aufwendige Vorrichtungen zur präzisen Drehung des Objektes und/oder der Kameras relativ zueinander überflüssig. Dies führt zu einer Kosten- und Zeitersparnis und eliminiert eine Fehler quelle. Vorteilhaft ist ferner, daß ein einheitliches Bezugs system zur Orientierung der Meßkameras und des Objektes durch die Markierungen vorgegeben ist.This object is achieved according to the invention in that the Light rays for marking and measuring the object too through the slide made of transparent material be sent through, the markings mentioned simultaneously gene can be detected. This makes it possible to position the object without it to detect change on all sides, with any changes in shape of the Slides are compensated for based on the object weight. This all-round object detection without changing the position of the object makes complex devices for precise rotation of the object and / or the cameras are superfluous relative to each other. this leads to at a cost and time saving and eliminates an error source. It is also advantageous that a uniform reference system for the orientation of the measuring cameras and the object by the Markings is specified.

Eine geeignete Einrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekenn zeichnet, daß zur Durchführung des Verfahrens der Objektträger aus einem transparenten, homogenen Werkstoff besteht und in hori zontaler Lage zwischen oberen und unteren Meßkammern angeordnet ist, von denen zumindest zwei den vom Objekt reflektierten Licht strahl einer Lichtquelle erfassen.A suitable device is characterized according to the invention records that to carry out the procedure of the slide consists of a transparent, homogeneous material and in hori zontal location between the upper and lower measuring chambers at least two of which are the light reflected from the object Capture the beam of a light source.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die genannte Lichtquelle ein Pro jektor ist.It is advantageous if the light source mentioned is a pro is ejector.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist flexibel und programmierbar, wobei sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der bean spruchten Einrichtung Teile unterschiedlicher Größe, Form und Stabilität auf z.B. ihre Einbaufähigkeit untersuchen lassen.The method according to the invention is flexible and programmable, where with the inventive method or the bean wanted furnishings of different sizes, shapes and sizes Stability on e.g. have their installation capability examined.

Die unbekannten 3D-Koordinaten eines Punktes im Raum können be kanntlich durch räumlichen Vorwärtsschnitt von zwei bekannten Punkten aus bestimmt werden. Beim klassischen Verfahren mit Theodoliten muß der Punkt genau anvisiert und dann die Richtungs winkel gemessen werden. Beim photogrammetrischen Verfahren hin gegen können aus zwei oder mehr Einzelbildern, in denen der Punkt abgebildet ist, die 3D-Koordinaten aus den Bildkoordinaten be rechnet werden. Dazu muß die genaue Lage der Bilder im Raum be kannt sein.The unknown 3D coordinates of a point in space can be known by spatial forward cutting of two known ones Points can be determined from. With the classic procedure with Theodolites must target the point and then the direction angles can be measured. With the photogrammetric method can be made up of two or more single images in which the point is shown, the 3D coordinates from the image coordinates be counted. To do this, the exact location of the images in the room must be be known.

Die Prüfobjekte werden erfindungsgemäß auf einem transparenten Objektträger, z.B. einer Glasplatte, in geeigneter Lage positio niert, so daß sie von allen Seiten berührungslos abgetastet wer den können. Der transparente Objektträger erfordert eine Berück sichtigung der Brechung der Abbildungsstrahlen beim Übergang Luft/Glas/Luft (sog. Mehrmedien-Photogrammetrie).According to the invention, the test objects are placed on a transparent Slides, e.g. a glass plate, in a suitable position positio niert, so that they are scanned from all sides without contact that can. The transparent slide requires moving visualization of the refraction of the imaging rays at the transition Air / glass / air (so-called multi-media photogrammetry).

Die Meßkammern arbeiten nach dem Reseau-Scanning-Verfahren. Das Prüfobjekt wird über eine Optik scharf auf einem CCD-Flächensen sor abgebildet, der hinter einer Reseau-Platte in der Abbildungs ebene maschenweise in x- und y-Richtung verschoben wird und da mit das ganze Bild erfassen kann. Damit die Reseaumasche vom Sensor unabhängig vom Bild deutlich erkannt werden kann, ist es vorteilhaft, wenn das Objektiv kurzzeitig geschlossen und das Reseau durch eine separate, punktförmige Beleuchtung über einen Teilerspiegel auf den Sensor projiziert und im Bildspeicher zur Sensororientierung abgelegt wird.The measuring chambers work according to the reseau scanning method. The test object is sharply imaged on a CCD surface sensor, which is shifted behind a reseau plate in the imaging plane in meshes in the x and y directions and can thus capture the entire image. So that the resume mesh can be clearly recognized by the sensor regardless of the image, it is advantageous if the lens is briefly closed and the reseau is projected onto the sensor by means of a separate, punctiform illumination via a dividing mirror and stored in the image memory for sensor orientation.

Zur Markierung des Prüfobjektes sind zwei verschiedene Projek tionseinrichtungen denkbar nämlich das Laserscanning oder eine Meßmarkenprojektion. Bei letzterem Verfahren können mit einem Diaprojektor beliebig geformte, sehr genaue Meßmarken auf dem Prüfobjekt abgebildet werden. Als Einstellicht kann normales Halogenlicht verwendet werden, während für ein verwacklungsfreies Signal eine Pulslichtquelle verwendet wird, die direkt auf den Einlesezyklus des Sensors getriggert werden muß. Zur Positionie rung des Projektionsstrahls aus verschiedenen Richtungen auf das momentane Meßfeld können Ablenkspiegel mit Positioniersteuerung eingesetzt werden. Alternativ könnte die gesamte Projektionsein richtung schwenkbar gelagert werden.There are two different projects for marking the test object tion devices conceivable namely laser scanning or a Measuring mark projection. In the latter method, a Slide projector shaped, very precise measuring marks on the Test object are mapped. The modeling light can be normal Halogen light can be used while for a blur-free Signal a pulse light source is used, which is directly on the Read cycle of the sensor must be triggered. To position projection beam onto the screen from different directions current measuring field can deflecting mirror with positioning control be used. Alternatively, the entire projection could be direction can be pivoted.

Der transparente Objektträger, z.B. eine Glasplatte, ist für praktisch alle Prüfobjekte, auch für flexible Prüfobjekte geeig net. Er ermöglicht eine allseitige ungehinderte Objekterkennung sowie eine einfache Anbringung von Orientierungspunkten. Letzte re ermöglichen bei Bedarf eine on-line-Kalibrierung des Meß systems. Zur Positionierung des Prüfobjektes auf dem Objekt träger können Signale auf den Objektträger projiziert oder auto matische Einstellhilfen (z.B. Anschläge) vorgesehen werden. Die Sollposition kann direkt über die Meßkammern am Bildschirm kon trolliert werden.The transparent slide, e.g. a glass plate is for practically all test objects, also suitable for flexible test objects net. It enables unobstructed object detection on all sides as well as easy attachment of landmarks. Last one re enable on-line calibration of the measurement if required systems. For positioning the test object on the object Slides can project signals onto the slide or auto automatic adjustment aids (e.g. stops) can be provided. The Target position can be con. Directly via the measuring chambers on the screen be trolled.

Die fest montierten Meßkammern können den ganzen Prüfraum mit ihrer Optik einsehen und abschnittsweise, hochauflösend digi talisieren. Sie sind so verteilt, daß immer mindestens zwei Meßkammern die Objektmarkierungen simultan erfassen, so daß eine räumliche Lageberechnung möglich wird. The permanently installed measuring chambers can cover the entire test room See their optics and digi sections high-resolution talize. They are distributed so that there is always at least two Measuring chambers capture the object markings simultaneously, so that a spatial location calculation is possible.

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Einrichtung ge mäß der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing, an example device is ge represented schematically according to the invention.

Das zu vermessende Objekt 1 liegt auf einem transparenten Objekt träger 2 und wird während der Vermessung in Ruhe gehalten. Licht strahlen zur Markierung und Vermessung des Objektes 1 werden von Projektoren 3 über Ablenkspiegel 4 auf das Objekt 1 geleitet, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Objektmarkierung mit dem Bezugszeichen 5 versehen ist. Diese Lichtstrahlen werden auch durch den Objektträger 2 hindurchgeschickt.The object to be measured 1 lies on a transparent object carrier 2 and is kept at rest during the measurement. Beams of light for marking and measuring the object 1 are directed onto the object 1 by projectors 3 via deflection mirrors 4 , an object marking being provided with the reference symbol 5 in the exemplary embodiment shown. These light rays are also sent through the slide 2 .

Der Objektträger 2 ist in horizontaler Lage zwischen oberen und unteren Meßkammern 6 angeordnet, von denen zumindest zwei den vom Objekt 1 reflektierten Lichtstrahl des Projektors 3 messen.The slide 2 is arranged in a horizontal position between the upper and lower measuring chambers 6 , at least two of which measure the light beam of the projector 3 reflected by the object 1 .

Die Prüfkammer besteht aus einem steifen Rahmen 12, an dem alle an der Objekterfassung beteiligten Komponenten fest montiert sind. Das Gehäuse ist vollständig gekapselt, um störendes Fremd licht sowie Schmutz, Staub und Feuchtigkeit fern zu halten. Zum Schutz gegen Vibrationen aus dem Boden steht das System auf Schwingungsisolatoren 13. Durch eine Belüftung 14 mit Staubfil ter, Temperaturkontrolle und leichtem Oberdruck wird die Prüf kammer sauber und frei von Deformationen durch Temperaturschwan kungen gehalten.The test chamber consists of a rigid frame 12 on which all components involved in the object detection are firmly mounted. The housing is completely encapsulated to keep out disturbing extraneous light as well as dirt, dust and moisture. To protect against vibrations from the ground, the system stands on vibration isolators 13 . Through a ventilation 14 with dust filter, temperature control and a slight upper pressure, the test chamber is kept clean and free from deformation due to temperature fluctuations.

Die genaue Lage der Meßkammern 6 in der Prüfkammer muß nach der Montage, nach jedem Auswechseln und sonst in geeigneten Zeitab schnitten bestimmt werden. Dazu sind speziell markierte, feste Orientierungspunkte im Prüfraum verteilt, die von den Meßkammern automatisch erkannt werden. Durch Simultankalibrierung aller Meß kammern kann die gesamte Meßanordnung auf ihre Genauigkeit über prüft werden. The exact position of the measuring chambers 6 in the test chamber must be determined after assembly, after every replacement and otherwise in suitable intervals. For this purpose, specially marked, fixed orientation points are distributed in the test room, which are automatically recognized by the measuring chambers. By simultaneous calibration of all measuring chambers, the entire measuring arrangement can be checked for accuracy.

In den Einzelkomponenten sind jeweils Steuerrechner vorgesehen, die alle über eine gemeinsame Steuerleitung 7 kontrolliert wer den. Zusätzlich ist eine Synchronleitung vorgesehen, die die Projektoren 3 mit den CCD-Sensoren der Meßkammern 6 taktet. Zur simultanen Mehrbilderfassung sind zusätzlich Video-Leitungen von jeder Meßkammer 6 zu Bildspeicherkarten geführt. Die Zeichnung läßt lediglich eine Steuerleitung 7 erkennen, die zu einer Bild verarbeitung 8 und einem Steuerrechner 9 führt. In diesem System rechner werden die momentanen Meßbilder simultan erfaßt, real-time verarbeitet und die 3D-Objektkoordinaten berechnet (Bezugszeichen 10). Angedeutet ist noch eine Stromversorgung 11.Control computers are provided in the individual components, all of which are controlled via a common control line 7 . In addition, a synchronous line is provided which clocks the projectors 3 with the CCD sensors of the measuring chambers 6 . For simultaneous multiple image acquisition, additional video lines are led from each measuring chamber 6 to image memory cards. The drawing shows only a control line 7 , which leads to an image processing 8 and a control computer 9 . In this system computer, the current measurement images are recorded simultaneously, processed in real time and the 3D object coordinates are calculated (reference number 10 ). A power supply 11 is also indicated.

Auf der Oberfläche des Objektträgers 2 sind optisch abtastbare Markierungen 15 vorgesehen, die exakt in einer vorbestimmten An ordnung positioniert sind und die Trennfläche zwischen den Medien Luft und Werkstoff definieren.On the surface of the slide 2 optically scannable markings 15 are provided, which are positioned exactly in a predetermined order and define the interface between the media air and material.

Die am Objekt 1 ausgemessenen 3D-Koordinaten repräsentieren die momentane Ist-Form. Diese kann durch mangelnde Eigenstabilität oder Deformation aus dem Herstellungsprozeß mehr oder weniger stark von der Soll-Form abweichen. Es ist daher erforderlich, die Ist-Form durch rechnerische Simultation in die Soll-Form bestmöglich einzupassen. Der Soll-Ist-Vergleich kann mit Finite- Elemente-Methoden durchgeführt werden.The 3D coordinates measured on object 1 represent the current actual shape. This can deviate more or less strongly from the target shape due to a lack of inherent stability or deformation from the manufacturing process. It is therefore necessary to optimally fit the actual shape into the target shape using mathematical simulation. The target-actual comparison can be carried out using finite element methods.

Claims

1. A method for photogrammetric measurement of a three-dimensional object ( 1 ), which is kept at rest during its measurement and lies on a slide ( 2 ) which is provided on at least one plate surface with optically scannable markings ( 15 ) which are exactly in a predetermined arrangement be positioned and define the interface between the media air and material, characterized in that the light beams for marking and measuring the object ( 1 ) are also sent through the slide made of transparent material ( 2 ), simultaneously the markings mentioned are detected.

2. means for photogrammetric measurement of a three-dimensional object (1), with a to be measured Whether ject (1) receiving the plate-shaped slide (2) which on at least one disk surface in a precisely vorbe agreed arrangement with optically scannable markings (15) is provided, characterized in that to carry out the method according to claim 1, the specimen slide ( 2 ) consists of a transparent, homogeneous material and is arranged in a horizontal position between the upper and lower measuring chambers ( 6 ), at least two of which are from the specimen ( 1 ) Detect reflected light beam from a light source ( 3 ).

3. Device according to claim 2, characterized in that said light source ( 3 ) is a projector.