DE19741730B4 - Method for determining the surface contour of DUTs - Google Patents

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    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenkontur von in einem Messraum angeordneten Messobjekten (3), bei dem mit wenigstens einem in einer Abtastebene (10) abtastenden Lasermesssystem (1) die Oberfläche des jeweiligen Messobjekts (3) zumindest bereichsweise abgetastet und für jeden ertasteten Punkt auf der Messobjektoberfläche dessen Position im Messraum ermittelt wird, wobei das Lasermesssystem während der Abtastung einen Lichtstrahl (5) aussendet, welcher in der Abtastebene nacheinander in unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird, wobei vom jeweiligen Messobjekt (3) reflektiertes Licht vom Lasermesssystem nachgewiesen und aus der Lichtlaufzeit der Abstand des jeweiligen Reflexionspunkts vom Lasermesssystem ermittelt wird, und wobei während der Abtastung das jeweilige Messobjekt (3) und das Lasermesssystem (1) derart relativ zueinander bewegt werden, dass die Relativbewegung aus einer linearen Bewegung und einer Drehbewegung zusammengesetzt ist.method for determining the surface contour of measuring objects arranged in a measuring space (3), in which at least one scanning in a scanning plane (10) laser measuring system (1) the surface the respective measuring object (3) scanned at least partially and for every touched point on the surface of the measuring object whose position in the measuring space is determined, wherein the laser measuring system during scanning a light beam (5), which in the scanning plane successively in different Direction is deflected, wherein the respective measurement object (3) reflected light Detected by the laser measuring system and from the light time of the distance the respective reflection point is determined by the laser measuring system, and wherein during the Scanning the respective object to be measured (3) and the laser measuring system (1) be moved relative to each other so that the relative movement composed of a linear movement and a rotary motion is.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenkontur von Meßobjekten.The The invention relates to methods for determining the surface contour of DUTs.

Es ist bekannt, mit einem in einer Abtastebene abtastenden Lasermeßsystem Konturen von unter dem Lasermeßsystem hindurch bewegten Gegenständen zu ermitteln. Dabei werden jedoch nur die Teile der Objektoberfläche abgetastet, die dem Lasermeßsystem zugewandt sind. Die vom Lasermeßsystem abgewandten Oberflächenbereiche der Objekte können nicht erfaßt werden, da sie im Schatten der im Sichtbereich des Lasermeßsystems befindlichen Objektoberfläche liegen.It is known, with a scanning in a scanning plane Lasermeßsystem Contours of under the laser measuring system through moving objects to investigate. However, only the parts of the object surface are scanned, the the laser measuring system are facing. The from the laser measuring system remote surface areas of the objects can not detected as they are in the shadow of the field of view of the laser measuring system located object surface lie.

Bei kompliziert geformten Gegenständen müssen selbst zur Abtastung lediglich eines Teils der Objektoberfläche mehrere Lasermeßsysteme eingesetzt werden, was eine aufwendige Gesamtanordnung erforderlich macht.at complicated shaped objects have to be self for scanning only a part of the object surface more laser measuring systems be used, which requires a complex overall arrangement power.

Eine derartige, im folgenden als Schatten-Abtastung bezeichnete Vorgehensweise kann für manche Anwendungen ausreichen, wenn beispielsweise bestimmte Oberflächenbereiche des jeweiligen Objekts bekannt oder nicht von Interesse sind. Insbesondere in Fällen, in denen keine oder nur wenig Informationen über die abzutastenden Objekte vorliegen oder in denen eine vollständige Ermittlung der Oberflächenkontur, im folgenden als Voll-Abtastung bezeichnete Vorgehensweise gewünscht ist, lassen sich mit einer Schatten-Abtastung keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielen.A Such procedure, hereinafter referred to as shadow scanning can be for some Applications are sufficient, for example, if certain surface areas of the respective object are known or not of interest. Especially in cases, where there is little or no information about the objects to be scanned or in which a complete Determination of the surface contour, hereinafter referred to as full-scan procedure is desired leave no satisfactory results with a shadow scan achieve.

EP 0 547 364 A2 beschreibt die Untersuchung von Reifenprofilen mittels einer in eine einzige Richtung abtastenden Lasereinrichtung, die in vertikaler Richtung relativ zu einem sich drehenden Reifen verfahren werden kann. EP 0 547 364 A2 describes the examination of tire treads by means of a single-directional scanning laser device that can be moved in a vertical direction relative to a rotating tire.

In dem Artikel E. Budzynski et al., "3D-Digitalisierung von Freiformflächen mit Laser", VDI-Z 132, 1990, Nr. 7, S. 49–52, wird ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitendes Lichtschnittverfahren beschrieben, wobei ein Laserstrahl eine Linie auf das zu messende Objekt projiziert. Um die gesamte Oberfläche des Objekts zu erfassen, wird das Objekt unter dem Laserstrich schrittweise gedreht.In the article E. Budzynski et al., "3D digitization of freeform surfaces with Laser ", VDI-Z 132, 1990, No. 7, pp. 49-52, becomes a triangulation principle working light-section method described, wherein a laser beam is a line to be measured Object projected. To capture the entire surface of the object, the object is rotated step by step under the laser line.

Aus der DE 38 04 079 A1 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen, Abtasten und Analysieren eines Rasterbildes der Kontur eines Gegenstandes bekannt, bei der ein schmaler, konzentrischer Lichtstrahl in Richtung einer Ablenkeinrichtung abgegeben wird, die den Lichtstrahl wiederholt in einer Ebene schwenkt.From the DE 38 04 079 A1 For example, a device for generating, scanning and analyzing a raster image of the contour of an object is known in which a narrow, concentric light beam is emitted in the direction of a deflection device which repeatedly pivots the light beam in a plane.

Die DE 43 01 538 A1 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zur berührungslosen dreidimensionalen Messung, insbesondere zur Messung von Gebissmodellen. Dabei werden zwei Dimensionen optoelektronisch aufgenommen und die dritte durch Relativbewegung des Messguts realisiert.The DE 43 01 538 A1 discloses a method and an arrangement for non-contact three-dimensional measurement, in particular for the measurement of denture models. Two dimensions are optoelectronically recorded and the third realized by relative movement of the material to be measured.

Aus DE 44 34 042 A1 ist die Erzeugung eines Kegelmantels mit Hilfe eines Laserstrahls bekannt, wobei die Symmetrieachse des Kegelmantels orthogonal oder geneigt zu einer Überwachungsoberfläche verläuft, auf der sich Objekte – insbesondere Fahrzeuge – bewegen, die erfasst und vermessen werden sollen, um insbesondere verkehrsbezogene Daten zu ermitteln.Out DE 44 34 042 A1 is the generation of a cone sheath with the aid of a laser beam known, the axis of symmetry of the cone sheath orthogonal or inclined to a monitoring surface on which objects - especially vehicles - move, which are to be detected and measured, in particular to determine traffic-related data.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, Verfahren zu schaffen, mit denen auf möglichst einfache Weise die Oberflächenkontur beliebig geformter Meßobjekte ermittelt werden können und die insbesondere eine im wesentlichen vollständige Abtastung der Meßobjekte gestatten.It is therefore the object of the invention to provide methods with those on as possible easy way the surface contour arbitrarily shaped objects to be measured can be determined and in particular an essentially complete scanning of the measurement objects allow.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß mehrere Verfahren geschaffen, denen die gemeinsame erfinderische Idee zugrunde liegt, daß wenigstens ein Lasermeßsystem, das eine Abtastung entweder in einer oder in mehreren Abtastebenen durchführt, vorgesehen wird und in Abhängigkeit von der Anzahl der Lasermeßsysteme, deren Abtastcharakteristik und der äußeren Form der Meßobjekte während der Abtastung eine Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Meßobjekt und dem Lasermeßsystem bzw. den Lasermeßsystemen erfolgt.to solution In accordance with the invention, this object is achieved according to several methods. which underlies the common inventive idea that at least a laser measuring system, one scan in either one or more scan planes performs, is provided and depending on the number of laser measuring systems, their scanning characteristic and the outer shape of the measured objects while the sampling a relative movement between the respective DUT and the laser measuring system or the laser measuring systems he follows.

Konkrete Lösungsvorschläge sind jeweils in den unabhängigen Ansprüchen 1, 3, 5 und 9 angegeben.concrete Suggested solutions are each in the independent claims 1, 3, 5 and 9 indicated.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der einzelnen Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the individual methods are the subject of the dependent claims.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren werden im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:embodiments the inventive method will be described below by way of example with reference to the schematic Drawing described; in this shows:

1 die Abtastung eines sich drehenden und geradlinig bewegten Meßobjekts durch ein in einer Abtastebene abtastendes Lasermeßsystem, 1 the scanning of a rotating and rectilinearly moving object to be measured by a scanning in a scanning plane laser measuring system,

2 die Abtastung eines sich drehenden Meßobjekts durch ein in einer Abtastebene abtastendes Lasermeßsystem, 2 the scanning of a rotating object to be measured by a scanning in a scanning plane laser measuring system,

3 die Abtastung eines sich drehenden Meßobjekts durch zwei jeweils in einer Abtastebene abtastende Lasermeßsysteme, 3 the scanning of a spinning one DUT by two scanning in each scanning plane laser measuring systems,

4 die Abtastung eines geradlinig bewegten Meßobjekts durch zwei jeweils in einer Abtastebene abtastende Lasermeßsysteme, 4 the scanning of a rectilinearly moved measuring object by two laser measuring systems scanning in each case in one scanning plane,

5 die Abtastung eines sich drehenden Meßobjekts durch ein in mehr als einer Abtastebene abtastendes Lasermeßsystem, und 5 the scanning of a rotating DUT by a scanning in more than one scan plane laser measuring system, and

6 die Abtastung eines unbewegten Meßobjekts durch drei jeweils in mehr als einer Abtastebene abtastende Lasermeßsysteme, wobei die 1a6a jeweils eine Seitenansicht und die 1b6b jeweils die entsprechende Draufsicht darstellen. 6 the scanning of a stationary object to be measured by three scanning in each case in more than one scanning laser measuring systems, wherein the 1a - 6a each a side view and the 1b - 6b each represent the corresponding plan view.

Gemäß der Seitenansicht von 1a ist als Abstands- oder Positionssensor ein bezüglich der Umgebung ortsfestes Lasermeßsystem 1 vorgesehen, mit welchem ein Meßobjekt 3, das in einem nicht dargestellten Meßraum angeordnet ist, in einer einzigen Abtastebene 10 abgetastet wird. Ein derartiges Lasermeßsystem wird im folgenden mit LMS bezeichnet.According to the side view of 1a as a distance or position sensor is an ambient relative to the laser measuring system 1 provided with which a DUT 3 , which is arranged in a measuring space, not shown, in a single scanning plane 10 is scanned. Such a laser measuring system is hereinafter referred to as LMS.

Das abzutastende Meßobjekt 3 wird in Pfeilrichtung im wesentlichen geradlinig am LMS 1 vorbeibewegt. Zusätzlich wird es außerdem um eine durch das Meßobjekt 3 verlaufende Drehachse 4 gedreht. Dabei können Drehung und Linearbewegung gleichzeitig und jeweils kontinuierlich erfolgen.The object to be scanned 3 becomes substantially straight in the direction of the arrow on the LMS 1 moved past. In addition, it also becomes one through the DUT 3 extending axis of rotation 4 turned. Rotation and linear movement can take place simultaneously and continuously.

Es ist jedoch auch möglich, die Drehung und die Linearbewegung abschnittsweise nacheinander beispielsweise derart durchzuführen, daß das Meßobjekt 3 zunächst geradlinig am LMS 1 vorbeibewegt und dabei vom LMS abgetastet wird. Anschließend wird das Meßobjekt 3 um 180° gedreht und dann – wiederum bei gleichzeitiger Abtastung – geradlinig in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Somit erfolgt eine Voll-Abtastung durch Kombination einer einzigen Drehbewegung mit einer einzigen Hin- und Herbewegung.However, it is also possible to perform the rotation and the linear movement in sections successively, for example, such that the object to be measured 3 initially straight at the LMS 1 is passed and scanned by the LMS. Subsequently, the measurement object 3 rotated by 180 ° and then - again with simultaneous scanning - moved straight in the opposite direction. Thus, a full scan is accomplished by combining a single rotational motion with a single reciprocation.

Falls gewünscht, können auch mehrere Drehintervalle vorgesehen werden, wobei jeweils im Anschluß an eine vollständige Hin- bzw. Herbewegung des Meßobjekts 3 dieses um z.B. 90° gedreht wird. In diesem Beispiel umfaßt die erfindungsgemäße Relativbewegung folglich vier Drehbewegungen und zwei vollständige Hin- und Herbewegungen des Meßobjekts 3. Auf diese Weise wird eine größere Meßgenauigkeit erreicht, da einige Bereiche der Meßobjektoberfläche mehrmals abgetastet werden.If desired, several rotation intervals can be provided, in each case following a complete reciprocating movement of the test object 3 this is rotated by 90 °, for example. In this example, the relative movement according to the invention thus comprises four rotational movements and two complete reciprocating movements of the test object 3 , In this way, a greater accuracy of measurement is achieved because some areas of the object surface are scanned several times.

Der gestrichelte dargestellte Pfeil in 1a deutet eine weitere Alternative an, wonach das Meßobjekt 3 lediglich gedreht und die Linearbewegung durch geradliniges Verfahren des z.B. entlang einer Schiene bewegbaren LMS 1 in Richtung des gestrichelt gezeichneten Pfeils vorgenommen wird.The dashed arrow in 1a indicates another alternative, according to which the measurement object 3 only rotated and the linear movement by straight-line method, for example, along a rail movable LMS 1 in the direction of the dashed arrow is made.

Grundsätzlich ist in Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten jede Zusammenstellung einer im wesentlichen linearen und einer Drehbewegung zu der erfindungsgemäßen Relativbewegung zwischen Meßobjekt und LMS möglich.Basically dependent on from the respective circumstances every compilation of an im essential linear and a rotational movement to the relative movement according to the invention between measurement object and LMS possible.

Während der Abtastung erfolgt somit in jedem Fall eine Relativbewegung zwischen Meßobjekt 3 und LMS 1, die sich aus einer linearen Bewegung und einer Drehbewegung zusammensetzt. Die konkrete Ausführung dieser Relativbewegung wird auch durch die gewünschte Ortsauflösung – die Genauigkeit, mit der die Oberflächenkontur ermittelt wird – sowie durch die für die Auswertung der Positionsdaten zur Verfügung stehende Rechenkapazität bestimmt.During the scan thus takes place in each case a relative movement between the object to be measured 3 and LMS 1 , which is composed of a linear movement and a rotary movement. The concrete execution of this relative movement is also determined by the desired spatial resolution - the accuracy with which the surface contour is determined - as well as by the computing capacity available for the evaluation of the position data.

Durch die Drehung des Meßobjekts 3 wird erreicht, daß jeder Bereich der Objektoberfläche während der Abtastung wenigsten zu einem Zeitpunkt in den Sichtbereich des LMS 1 gelangt. Im Schatten liegende und daher nicht abtastbare Oberflächenbereiche werden auf diese Weise vermieden.By the rotation of the DUT 3 It is achieved that each area of the object surface during scanning at least at a time in the field of view of the LMS 1 arrives. Shaded and therefore non-scannable surface areas are avoided in this way.

In der Draufsicht gemäß 1b ist ein von einer Laserquelle des LMS 1 ausgesandter und nacheinander innerhalb der Abtastebene 10 in unterschiedliche Winkelrichtungen ausgesandter Lichtstrahl 5 dargestellt. Die gestrichelten Linien deuten den bevorzugt gepulsten Lichtstrahl 5 zu verschiedenen Zeiten während der Abtastung an.In the plan view according to 1b is one of a laser source of the LMS 1 emitted and successively within the scanning plane 10 in different angular directions emitted light beam 5 shown. The dashed lines indicate the preferred pulsed light beam 5 at different times during the scan.

Vom Meßobjekt 3 reflektiertes Licht wird von einer Empfangseinheit des LMS 1 nachgewiesen. Aus der gemessenen Lichtlaufzeit kann anschließend der Abstand des jeweiligen Reflexionspunkts vom LMS 1 ermittelt werden. Die Ablenkung des Lichtstrahls 5 innerhalb der Abtastebene 10 – angedeutet durch den Doppelpfeil – erfolgt bevorzugt durch eine rotierende Ablenkeinheit des LMS 1, die vorzugsweise eine Ablenkung über einen etwa 180° umfassenden Winkelbereich ermöglicht.From the test object 3 reflected light is received by a receiving unit of the LMS 1 demonstrated. The distance of the respective reflection point from the LMS can then be determined from the measured light transit time 1 be determined. The deflection of the light beam 5 within the scanning plane 10 - Indicated by the double arrow - is preferably carried out by a rotating deflection of the LMS 1 , which preferably allows a deflection over an approximately 180 ° angle range.

Zumindest zu jedem Reflexionspunkt auf der Meßobjektoberfläche wird die Winkelrichtung des diesen Punkt ertastenden Lichtstrahls 5 insbesondere aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit ermittelt. Aus der Winkel-, d.h. Richtungsinformation und dem gemessenen Abstandswert kann die Position des betreffenden Reflexionspunkts im Raum, d.h. dessen Lage in einem zuvor festgelegten Koordinatensystem abgeleitet werden.At least at each reflection point on the target surface, the angular direction of the light beam sensing that point becomes 5 determined in particular from the angular position of the deflection. From the angle, ie direction information and the measured distance value, the position of the relevant reflection point in space, ie its position in a predetermined coordinate system can be derived.

Erfindungsgemäß erfolgt somit eine rasterförmige Abtastung der Oberfläche des Meßobjekts 3. In Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit des Lichtstrahls 5, die durch die Drehgeschwindigkeit der Ablenkeinheit bestimmt ist, und der Entfernung zwischen Meßobjekt 3 und LMS 1 werden insbesondere bei einer kontinuierlichen Relativbewegung die Linear- und die Drehgeschwindigkeit des Meßobjekts 3 derart gewählt, daß eine ausreichend große Zahl von Punkten auf der Meßobjektoberfläche abgetastet wird, um eine dem jeweiligen Zweck der Abtastung genügende Ortsauflösung zu erreichen.According to the invention, a raster-shaped scanning of the surface of the test object thus takes place 3 , Depending on the angular velocity of the light beam 5 , which is determined by the rotational speed of the Deflection unit is determined, and the distance between the object to be measured 3 and LMS 1 In particular, in a continuous relative movement, the linear and the rotational speed of the test object 3 such that a sufficiently large number of points are scanned on the measuring object surface in order to achieve a spatial resolution sufficient for the respective purpose of the scanning.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 verläuft die Drehachse 4 der Meßobjekt-Drehung etwa parallel zur Linearbewegung des Meßobjekts 3 und somit etwa senkrecht zur Abtastebene 10 des LMS 1. In Abhängigkeit von der äußeren Form des Meßobjekts 3 sind jedoch grundsätzlich beliebige Relativorientierungen von Drehachse 4, Richtung der Objektbewegung und Abtastebene 10 möglich.In the embodiment according to 1 the axis of rotation runs 4 the Meßobjekt-rotation approximately parallel to the linear movement of the DUT 3 and thus approximately perpendicular to the scanning plane 10 of the LMS 1 , Depending on the external shape of the DUT 3 However, in principle, they are any relative orientations of the axis of rotation 4 , Direction of object movement and scanning plane 10 possible.

In Fällen, in denen die äußere Gestalt des Meßobjekts 3 teilweise bekannt ist, kann die Abtastung mit einer geeigneten Anordnung derart durchgeführt werden, daß die Oberflächenbereiche des Meßobjekts 3, die von besonderem Interesse sind, optimal bzw. mit höherer Auflösung abgetastet werden können. Zu diesem Zweck können auch die vorstehend erwähnten Drehintervalle verkleinert werden, wodurch sich die Anzahl der einzelnen, nacheinander erfolgenden Relativbewegungsabschnitte erhöht. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Winkelgeschwindigkeit des Abtastlichtstrahls 5 während der Abtastung derart variiert werden, daß die interessanten Oberflächenbereiche mit hoher Ortsauflösung und die übrigen Bereiche des Meßobjekts 3 oder Bereiche, in denen kein abzutastendes Objekt vorhanden ist, lediglich grob oder überhaupt nicht abgetastet werden.In cases where the external shape of the test object 3 is partially known, the scan can be performed with a suitable arrangement such that the surface areas of the test object 3 , which are of particular interest, can be sampled optimally or with higher resolution. For this purpose, the above-mentioned rotation intervals can also be reduced, thereby increasing the number of individual successive relative movement sections. Alternatively or additionally, the angular velocity of the scanning light beam can also be used 5 be varied during the scanning such that the interesting surface areas with high spatial resolution and the remaining areas of the test object 3 or areas where there is no object to be scanned, only roughly scanned or not scanned at all.

Die Abtastzeit pro Objekt kann damit ohne Einbußen bei den gewünschten Informationen über die Oberflächenkontur minimiert werden. Von Vorteil ist eine gezielt vorgenommene Gesamtanordnung insbesondere bei kompliziert geformten Meßobjekten, deren Oberflächen zahlreiche Vertiefungen und/oder Erhebungen aufweisen, die bei „ungeschickter" Anordnung einen größeren Aufwand bei der Abtastung erfordern würden.The Sampling time per object can thus be achieved without sacrificing the desired Information about the surface contour be minimized. Of advantage is a purposefully made overall arrangement in particular in complicated shaped DUTs, their surfaces have numerous depressions and / or elevations, the "clumsy" arrangement a greater effort would require in the scan.

Die erfindungsgemäß vorgesehene relative Drehbewegung kann alternativ zum einen auch dadurch realisiert werden, daß das Meßobjekt um eine nicht durch das Meßobjekt verlaufende Drehachse gedreht wird, indem es beispielsweise auf einer drehbaren Unterlage entfernt von dessen Drehachse angeordnet wird. Zum anderen ist es auch möglich, das LMS um ein bezüglich der Umgebung keine Drehbewegung vollführendes Meßobjekt herumzubewegen. Die Linear- und/oder die Drehbewegung können, falls gewünscht oder durch die jeweiligen Umstände bedingt, jeweils auch dadurch realisiert werden, daß sowohl das Meßobjekt als auch das LMS jeweils geradlinig bewegt bzw. gedreht werden.The provided according to the invention relative rotational movement can alternatively realized on the one hand thereby be that measurement object one not by the DUT running axis of rotation is rotated by, for example, on a rotatable base disposed away from the axis of rotation becomes. On the other hand, it is also possible the LMS for a re the environment to move around no rotational movement performing object. The Linear and / or rotary motion can, if desired or conditioned by the circumstances, each also be realized in that both the DUT as well as the LMS are each moved in a straight line or rotated.

Zur Auswertung der bevorzugt mittels des erwähnten Lichtlaufzeitverfahrens ermittelten Abstands- sowie der Richtungsdaten ist vorzugsweise eine mit dem LMS 1 eine Einheit bildende oder separate Auswerteeinheit vorgesehen, die für jeden abgetasteten Punkt des Meßobjekts 3 dessen Position im Meßraum errechnet. Die Gesamtheit dieser Positionsdaten repräsentiert die gewünschte Oberflächenkontur des abgetasteten Meßobjekts 3, die für weitere Operationen zur Verfügung steht, wie beispielsweise den Vergleich mit Soll- oder Referenzkonturen und/oder eine Volumenberechnung.For evaluation of the distance and the direction data, which are preferably determined by means of the mentioned light transit time method, one with the LMS is preferably one 1 a unit forming or separate evaluation provided for each scanned point of the DUT 3 calculates its position in the measuring room. The totality of this position data represents the desired surface contour of the sampled DUT 3 which is available for further operations, such as comparison with reference or reference contours and / or a volume calculation.

Folglich wird die Möglichkeit geschaffen, beliebige Gegenstände wie Werkstücke, Karosserieteile oder Gepäckstücke aufgrund der vollständigen Abtastung mit hoher Genauigkeit zu vermessen, zu klassifizieren, zu sortieren und/oder zu positionieren.consequently becomes the possibility created, any objects like workpieces, Body parts or luggage due to the complete To measure and classify samples with high accuracy, to sort and / or position.

Eine weitere Anwendung des erläuterten Verfahrens besteht darin, den menschlichen Körper zu vermessen, um Kleidungsstücke, z.B. Anzüge oder Schuhe, nach Maß anfertigen oder Modelle von Körperteilen z.B. zu orthopädischen Zwecken herstellen zu können.A further application of the explained method is to measure the human body to obtain garments, e.g. Suits or Shoes, made to measure or models of body parts e.g. to orthopedic To be able to produce purposes.

Zur Anfertigung von Maßanzügen beispielsweise wird der das Meßobjekt im vorstehend erläuterten Sinne darstellende Kunde in einer Art Umkleide- oder Meßkabine vermessen. Dazu wird entweder der Kunde um seine Körperlängsachse gedreht, indem er beispielsweise auf einer motorbetriebenen Drehscheibe steht, oder ein entlang der Kabinenwand verfahrbares LMS wird während der Abtastung um den Kunden herum bewegt. In beiden Fällen wird außerdem das LMS vertikal, d.h. im wesentlichen parallel zur Körperlängsachse des Kunden bewegt.to Making tailored suits, for example becomes the object to be measured in the above-explained Meaning representing customer in a kind of changing or measuring cabin measured. This is either the customer to his body longitudinal axis Turned by, for example, on a motorized turntable stands, or an LMS movable along the cabin wall during the Scanning moves around the customer. In both cases, the LMS vertical, i. essentially parallel to the body longitudinal axis the customer moves.

Die dabei ermittelten kundenspezifischen Daten können anschließend durch entsprechende Aufbereitung in individuelle Schnittmuster umgesetzt werden.The thereby determined customer-specific data can then by appropriate processing into individual patterns are implemented.

Die 2a und 2b veranschaulichen ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem wiederum lediglich ein einziges in einer Ebene 10 abtastendes LMS 1 verwendet wird. Das LMS 1 ist jedoch derart angeordnet, daß seine Abtastebene 10 bezüglich jener in dem Beispiel gemäß 1, d.h. bezüglich einer im wesentlichen senkrecht zur Drehachse 4 verlaufenden Ebene, um 90° verkippt ist, und zwar um eine Achse, die senkrecht auf der Drehachse 4 steht und durch das LMS 1 verläuft. Eine lineare Relativbewegung zwischen Meßobjekt 3 und LMS 1 ist für eine Voll-Abtastung dadurch nicht erforderlich, da allein durch die Drehung des Meßobjekts 3 um die Drehachse 4 die interessierenden Oberflächenbereiche des Meßobjekts 3 in den Sichtbereich des LMS 1 gelangen.The 2a and 2 B illustrate a method according to the invention, in turn, only a single in a plane 10 scanning LMS 1 is used. The LMS 1 However, it is arranged such that its scanning plane 10 with respect to those in the example according to 1 that is, with respect to a substantially perpendicular to the axis of rotation 4 extending plane, tilted by 90 °, and about an axis perpendicular to the axis of rotation 4 stands and through the LMS 1 runs. A linear relative movement between the object to be measured 3 and LMS 1 This is not necessary for a full scan because only by the rotation of the DUT 3 around the axis of rotation 4 the surface areas of interest of the DUT 3 in the field of view of the LMS 1 ge long.

Auf die geradlinige Relativbewegung könnte in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 auch dann verzichtet werden, wenn die Abtastebene 10 um weniger als 90° in der vorstehend erwähnten Weise verkippt wird. Erforderlich ist lediglich, daß die Abtastbewegung des Lichtstrahls 5 innerhalb der Abtastebene 10 eine Komponente in Richtung der Drehachse 4 des Meßobjekts besitzt, und daß das gesamte Bewegungsausmaß des Lichtstrahls 5 in dieser Richtung mindestens so groß wie die Längserstreckung des Meßobjekt 3 in dieser Richtung ist.On the rectilinear relative movement could in the embodiment according to 2 even when the scanning plane is omitted 10 is tilted by less than 90 ° in the manner mentioned above. It is only necessary that the scanning movement of the light beam 5 within the scanning plane 10 a component in the direction of the axis of rotation 4 possesses the DUT, and that the entire range of motion of the light beam 5 in this direction at least as long as the longitudinal extent of the test object 3 is in this direction.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß 3a und 3b sind zwei LMS 1a, b vorgesehen, deren Abtastebenen 10 wie in dem zuvor erläuterten Beispiel gemäß 2 jeweils nicht senkrecht zur Drehachse 4 verlaufen. Wie aus 3b hervorgeht, sind die LMS 1a, b auf verschiedenen Seiten des Meßobjekts 3 derart angeordnet, daß ihre Verbindungslinie durch das Meßobjekt 3 und die Drehachse 4 verläuft.In the embodiment according to 3a and 3b are two LMS 1a b, whose scanning planes are provided 10 as in the example explained above 2 each not perpendicular to the axis of rotation 4 run. How out 3b The LMS are 1a , b on different sides of the DUT 3 arranged such that their connecting line through the DUT 3 and the rotation axis 4 runs.

Eine geradlinige Relativbewegung zwischen Meßobjekt 3 und den LMS 1a, b ist auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich. Darüber hinaus braucht aufgrund des Vorsehens von zwei LMS 1a, b für eine Voll-Abtastung keine 360°-Drehung mehr vorgenommen zu werden. Bei der Anordnung gemäß 3b würde bereits ein Drehwinkel von etwa 180° ausreichen.A straight-line relative movement between the object to be measured 3 and the LMS 1a , b is also not required in this embodiment of the method according to the invention. In addition, due to the provision of two LMS 1a , b for a full scan no 360 ° turn more to be made. In the arrangement according to 3b already a rotation angle of about 180 ° would be sufficient.

Es ist auch möglich, mehr als zwei LMS vorzusehen und diese um die Drehachse 4 verteilt anzuordnen. Auf diese Weise ließe sich eine Voll-Abtastung bereits mit noch kleineren Drehwinkeln erzielen.It is also possible to provide more than two LMS and these around the axis of rotation 4 to arrange distributed. In this way, a full scan could be achieved with even smaller angles of rotation.

4 veranschaulicht ein Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem mehrere jeweils in einer Abtastebene abtastende LMS 1a, b eingesetzt werden. Nach 4a sind zwei LMS 1a, b derart angeordnet, daß das Meßobjekt 3 im wesentlichen geradlinig zwischen den beiden LMS 1a, b hindurchbewegt wird. Eine Drehbewegung findet nicht statt. Die Relativbewegung gemäß dieser Ausführungsform besteht im wesentlichen nur aus der Linearbewegung. Alternativ zum Meßobjekt 3 können auch die beiden LMS 1a, b linear bewegt werden. 4 illustrates a method according to the invention, in which a plurality of each scanning in a scanning plane LMS 1a , b be used. To 4a are two LMS 1a , B arranged such that the measurement object 3 essentially straight line between the two LMS 1a , B is moved through. A rotational movement does not take place. The relative movement according to this embodiment consists essentially only of the linear movement. Alternative to the test object 3 can also use the two LMS 1a , b are moved linearly.

Der Draufsicht gemäß 4b ist zu entnehmen, daß durch die Anordnung der LMS 1a, b auf verschiedenen Seiten der durch die lineare Bewegung des Meßobjekts 3 definierten Linie gewährleistet ist, daß diejenigen Oberflächenbereiche des Meßobjekts 3, die zur Konturbestimmung eines einfach geformten, z.B. einen quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Meßobjekts abgetastet werden sollen, im Sichtbereich wenigstens eines LMS 1a, b liegt. Durch den Einsatz von mehr als einem LMS kann somit ohne einen Drehbewegungsanteil an der Relativbewegung eine Voll-Abtastung erreicht werden.The top view according 4b can be seen that by the arrangement of the LMS 1a , b on different sides of the through the linear movement of the DUT 3 ensures that the surface areas of the test object 3 , which are to be scanned for the contour determination of a simply shaped, eg a square or circular cross-section measuring object, in the field of view of at least one LMS 1a , b is. By using more than one LMS, a full scan can thus be achieved without a rotary motion component of the relative movement.

Falls die örtlichen Gegebenheiten eine derartige optimale Anordnung nicht zulassen, ist entsprechend des anhand von 1 erläuterten Ausführungsbeispiels während der Abtastung zusätzlich eine Drehung des Meßobjekts vorzunehmen. Dabei kann es ausreichen, wenn das Meßobjekt nur um einen kleinen Winkelbereich verdreht wird, so daß eine vollständige Drehung um 360° nicht erforderlich ist, um eine Voll-Abtastung zu gewährleisten.If the local conditions do not allow such optimal arrangement, is in accordance with the basis of 1 explained embodiment during the scan in addition to make a rotation of the DUT. It may be sufficient if the measurement object is rotated only by a small angular range, so that a complete rotation of 360 ° is not required to ensure a full scan.

Im Fall eines kompliziert geformten Meßobjekts 3 können mehr als zwei LMS erforderlich sein, um jeden Punkt auf der Objektoberfläche zu ertasten, wenn eine Verdrehung des Meßobjekts 3 entweder ganz unterbleiben soll oder nur kleine Verdrehungswinkel erwünscht oder möglich sind. Aus 4b geht hervor, daß eine gestrichelt dargestellte Vertiefung 6, die sich auf einer keinem LMS 1a, b zugewandten Seite des Meßobjekts 3 befindet, nicht einsehbar und somit ein weiteres LMS erforderlich wäre, um in diese Vertiefung „hineinsehen" zu können. Dagegen wäre durch eine zusätzliche Drehung des Meßobjekts 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel von 1 – beispielsweise um etwa 90° – die Vertiefung 6 auch ohne ein zusätzliches LMS möglich.In the case of a complicated shaped DUT 3 For example, more than two LMSs may be required to probe each point on the object surface if there is a rotation of the DUT 3 either completely omitted or only small angles of rotation are desired or possible. Out 4b shows that a recess shown in dashed lines 6 that is on a no LMS 1a , b facing side of the DUT 3 is not visible and therefore another LMS would be required to "look" into this depression can, however, by an additional rotation of the DUT 3 according to the embodiment of 1 - For example, by about 90 ° - the recess 6 even without an additional LMS possible.

Gemäß 4a sind die beiden LMS 1a, b außerdem derart angeordnet, daß deren Abtastebenen 10 nicht parallel zueinander verlaufen, sondern gegeneinander verkippt sind. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn eine bestimmte „Blickrichtung" eines LMS deshalb bevorzugt wird, da bestimmte zu ermittelnde Informationen über das jeweilige Meßobjekt dadurch mit geringerem Aufwand oder größerer Zuverlässigkeit erhalten werden können.According to 4a are the two LMS 1a , b also arranged such that their scanning planes 10 not parallel to each other, but are tilted against each other. Such an arrangement is advantageous, for example, if a certain "viewing direction" of an LMS is preferred because certain information to be determined about the respective test object can thereby be obtained with less effort or greater reliability.

So läßt sich z.B. die Anzahl von in einer Getränkekiste vorhandenen Flaschen einfacher, d.h. bei geringerer Ortsauflösung, ermitteln, wenn mit Hilfe eines LMS etwa schräg von oben in die Getränkekiste „hineingesehen" wird. Während beispielsweise eines der LMS zur Identifizierung der Getränkekiste deren Größe ermittelt, wird mit Hilfe des weiteren, schräg von oben in die Getränkekiste "hineinsehenden" LMS deren Füllstand festgestellt.So let yourself e.g. the number of bottles in a crate easier, i. at lower spatial resolution, determine if using a LMS at an angle While looking into the crate from above, for example one of the LMSs identifying the size of the crate, becomes with the help of the other, obliquely from above into the crate "looking" LMS their level detected.

Durch Ausnutzen der Kenntnis bestimmter geometrischer Eigenschaften der Meßobjekte und entsprechende „geschickte" Anordnung der LMS gestattet die Erfindung somit eine für den jeweiligen Zweck ausreichende Voll-Abtastung bei geringstem Material- und Meßaufwand.By Exploiting the knowledge of certain geometric properties of the DUTs and corresponding "clever" arrangement of the LMS Thus, the invention allows a sufficient for the particular purpose Full-scan with the least amount of material and effort.

Die vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele machen deutlich, daß für eine Voll-Abtastung mittels lediglich eines LMS eine Drehbewegung erforderlich ist, welche dann entbehrlich ist, wenn wenigstens zwei LMS eingesetzt werden und die örtlichen Gegebenheiten sowie die konkrete Form der Meßobjekte eine optimale Anordnung der LMS gestatten. Dabei kann einerseits die Verwendung einer größeren Anzahl von LMS den erforderlichen Drehwinkel verkleinern, während andererseits eine zusätzliche Drehung des Meßobjekts die Verringerung der Anzahl der LMS gestatten kann.The above-explained embodiments make it clear that for a full scan by means of only one LMS a rotational movement is required, which is then unnecessary if at least two LMS are used and allow the local conditions and the concrete shape of the DUTs an optimal arrangement of the LMS. In this case, on the one hand, the use of a larger number of LMS reduce the required angle of rotation, while on the other hand, an additional rotation of the test object can allow the reduction of the number of LMS.

In 5 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein Lasermeßsystem 2 verwendet wird, mit dem eine Abtastung in mehreren Abtastebenen 20 möglich ist und das im folgenden mit 3D-LMS 2 bezeichnet wird.In 5 an embodiment of the invention is shown in which a laser measuring system 2 is used with one scan in multiple scan planes 20 possible and the following with 3D-LMS 2 referred to as.

Erreicht wird die Abtastung in mehreren Abtastebenen 20 beispielsweise dadurch, daß zumindest ein Teil der vorstehend bezüglich des LMS 1 erwähnten Ablenkeinheit um eine zusätzliche Achse verdreht wird, die bevorzugt senkrecht zu jener Drehachse verläuft, um die die Ablenkung des Lichtstrahls 5 jeweils innerhalb einer Abtastebene erfolgt. Mittels eines derartigen 3D-LMS 2 kann das Meßobjekt 3 folglich zeilenförmig abgetastet werden, wie dies in 5a durch den Doppelpfeil angedeutet ist.The scanning is achieved in several scanning planes 20 for example, in that at least part of the above with respect to the LMS 1 mentioned deflecting unit is rotated about an additional axis, which is preferably perpendicular to the axis of rotation, to the deflection of the light beam 5 each within a scanning plane. By means of such a 3D LMS 2 can the DUT 3 Consequently, be scanned line by line, as in 5a indicated by the double arrow.

Das Meßobjekt 3 wird während der Konturermittlung entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 1 um eine Drehachse 4 gedreht, wobei allerdings aufgrund der Verwendung des 3D-LMS 2 eine Linearbewegung des Meßobjekts 3 nicht erforderlich ist, da die zusätzliche Ablenkung des Lichtstrahls 5 ein Überstreichen des gesamten in 5a und 5b links vom 3D-LMS 2 gelegenen Halbraums gestattet.The DUT 3 is during the contour determination according to the embodiment of 1 around a rotation axis 4 rotated, however, due to the use of the 3D-LMS 2 a linear movement of the DUT 3 is not necessary, because the additional deflection of the light beam 5 a sweeping of the whole in 5a and 5b to the left of the 3D-LMS 2 half space allowed.

6 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die unter bestimmten Bedingungen ohne Relativbewegung zwischen Meßobjekt 3 und 3D-LMS eine Voll-Abtastung des Meßobjekts 3 ermöglicht. 6 illustrates an embodiment of the invention, under certain conditions without relative movement between the object to be measured 3 and 3D LMS a full scan of the DUT 3 allows.

In 6a sind drei 3D-LMS 2a–c gezeigt, die um das Meßobjekt 3 verteilt angeordnet sind. Dabei ist der Einfachheit halber bei dem in dieser Ansicht vor dem Meßobjekt 3 angeordneten 3D-LMS 2b für die einzelnen Abtastebenen 20 jeweils nur ein repräsentativer Lichtstrahl dargestellt.In 6a are three 3D LMS 2a -C shown around the DUT 3 are arranged distributed. For the sake of simplicity, this is in front of the DUT in this view 3 arranged 3D-LMS 2 B for the individual scanning planes 20 only one representative light beam is shown.

In Abhängigkeit von der Form des jeweiligen Meßobjekts 3 können auch lediglich zwei oder auch mehr als drei 3D-LMS für eine Voll-Abtastung genügen bzw. erforderlich sein. Während bei einer einfachen Geometrie oder bei Kenntnis bestimmter geometrischer Eigenschaften der Meßobjekte 3 wenige, insbesondere zwei 3D-LMS möglicherweise ausreichen, kann eine auch nur teilweise stark gekrümmte Objektoberfläche mit Vertiefungen und/oder Erhebungen eine größere Anzahl von 3D-LMS erfordern.Depending on the shape of the respective DUT 3 For example, only two or even more than three 3D LMSs may be sufficient for a full scan. While with a simple geometry or with knowledge of certain geometric properties of the DUTs 3 If only a few, in particular two, 3D-LMS are possibly sufficient, a partially curved object surface with recesses and / or elevations may require a larger number of 3D-LMSs.

Beispielhaft ist in der Draufsicht gemäß 6b gezeigt, daß eine gestrichelt angedeutete Vertiefung 7 des Meßobjekts 3 nicht vollständig einsehbar und daher ein geeignet angeordnetes viertes 3D-LMS erforderlich wäre, um eine vollständige Abtastung zu gewährleisten.Exemplary is in the plan view according to 6b shown that a recess indicated by dashed lines 7 of the DUT 3 not completely visible and therefore a suitably arranged fourth 3D LMS would be required to ensure a complete scan.

Entsprechend den Ausführungen zu 4 gilt, daß dann, wenn möglichst wenige 3D-LMS eingesetzt werden sollen und/oder deren optimale Anordnung nicht möglich ist, für eine Voll-Abtastung eine Verdrehung des Meßobjekts 3 vorgenommen werden und dabei eine Verdrehung um kleine Winkelbereiche ausreichen kann.According to the comments to 4 applies that, if as few 3D-LMS should be used and / or their optimal arrangement is not possible for a full scan a rotation of the DUT 3 be made while a rotation around small angle ranges can be sufficient.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß 5 und 6, die einen möglichen Einsatz der erläuterten 3D-LMS betreffen, machen deutlich, daß bei Verwendung eines einzigen 3D-LMS für eine Voll-Abtastung lediglich eine Drehbewegung als Relativbewegung genügt. Eine Relativbewegung kann sogar ganz entfallen, wenn wenigstens zwei derartige 3D-LMS eingesetzt werden und die örtlichen Gegebenheiten sowie die konkrete Form der Meßobjekte 3 eine optimale Anordnung der 3D-LMS gestatten.The embodiments of the invention according to 5 and 6 , which relate to a possible use of the explained 3D-LMS, make it clear that when using a single 3D-LMS for a full scan only a rotational movement as a relative movement is sufficient. A relative movement can even be omitted altogether if at least two such 3D-LMSs are used and the local conditions as well as the concrete shape of the test objects 3 allow an optimal arrangement of the 3D-LMS.

Die Erfindung kann auch zum Bestimmen der Bahn von im Raum bewegten Objekten insbesondere in Echtzeit verwendet werden, wobei dies insbesondere für sogenannte Virtual-Reality-Anwendungen denkbar ist, in denen mittels wenigstens eines 3D-LMS Bewegungen von Personen oder von Körperteilen, z.B. der Hand, von Personen verfolgt werden.The The invention may also be used to determine the trajectory of space moving Objects are used in particular in real time, and this particular for so-called Virtual reality applications is conceivable in which by means of at least of a 3D LMS movements of persons or body parts, e.g. the hand, be followed by persons.

Darüber hinaus kann die Erfindung auch zum Vermessen von Innenräumen verwendet werden. Dazu wird wenigstens ein Abstands- bzw. Positionssensor innerhalb des zu vermessenden Raumes angeordnet. Falls zwei 3D-LMS eingesetzt werden, können diese gewissermaßen „Rücken an Rücken" angeordnet werden, wodurch über den gesamten Raumwinkelbereich, d.h. die gesamte Innenwand des Raumes abgetastet werden kann. Eine Relativbewegung ist in diesem Fall nicht notwendig, kann aber dann erfolgen, wenn lediglich ein 3D-LMS oder jeweils nur in einer Abtastebene abtastende LMS verwendet werden. Als abzutastende Innenräume kommen insbesondere auch Zimmer, Küchen, Gewerberäume und dgl. in Betracht.Furthermore The invention can also be used for measuring interiors. To is at least one distance or position sensor within the arranged to be measured space. If two 3D LMS used can, can these in a sense "back to Be arranged " which over the entire solid angle range, i. the entire inner wall of the room can be sampled. A relative movement is in this case not necessary, but can be done if only a 3D LMS or in each case only one scanning plane scanning LMS be used. As scanned interior spaces come in particular also rooms, kitchens, commercial spaces and Like. Into consideration.

Ein Sonderfall der Abtastung von Innenräumen ist die Vermessung von Tunneln, die ebenfalls durch die Erfindung ermöglicht wird. Dazu kann beispielsweise an jeder Seite eines den zu vermessenden Tunnel durchfahrenden Fahrzeugs ein LMS angebracht werden. Jedes LMS tastet dabei über einen Winkelbereich ab, der von der ihm zugewandten Schnittlinie zwischen Tunnelwand und Fahrbahn bis wenigstens zu dem vom jeweils anderen LMS abgedeckten Bereich der Tunnelwand reicht.A special case of the scanning of interiors is the measurement of tunnels, which is also made possible by the invention. For this purpose, for example, an LMS can be attached to each side of a vehicle passing through the tunnel to be measured. Each LMS scans over an angular range, the abge of his facing cut line between the tunnel wall and the road to at least to the other LMS abge covered area of the tunnel wall is enough.

Die Verwendung eines einzigen LMS ist dann ausreichend, wenn dieses über einen Winkelbereich von mehr als 180° abtasten kann und derart genügend weit über der Fahrbahn auf dem Fahrzeug montiert ist, daß die Schnittlinien von Fahrbahn und Tunnelwand nicht im Schatten des Fahrzeugs liegen.The Use of a single LMS is sufficient if this over a Scan angle range of more than 180 ° can and is enough more than the roadway is mounted on the vehicle, that the cutting lines of roadway and tunnel wall do not lie in the shadow of the vehicle.

Zur Tunnelvermessung können ebenso ein oder mehrere 3D-LMS eingesetzt werden.to Tunnel surveying can one or more 3D-LMS can be used as well.

Allgemein ist es im Fall des Einsatzes mehrerer LMS, 3D-LMS oder auch einer Misch-Verwendung beider Sensor-Arten gemeinsam in einer Anwendung möglich, lediglich einen der Sensoren als Master und den oder die anderen Sensoren als Slave derart zu betreiben, daß der Master-Sensor mit einem Steuerorgan versehen oder verbunden ist, mit dem er die Steuerung der Slave-Sensoren übernimmt. Bevorzugt ist außerdem lediglich der Master-Sensor mit der Auswerteeinheit versehen oder verbunden, mit der die von allen Sensoren ermittelten Daten in die Oberflächenkontur des Meßobjekts umgesetzt werden.Generally it is in the case of the employment of several LMS, 3D-LMS or also one Mixed use of both sensor types together in one application possible, just one of the sensors as master and the one or the other To operate sensors as a slave such that the master sensor with a Control member is provided or connected, with which he controls the slave sensors takes over. It is also preferred only the master sensor is provided or connected to the evaluation unit, with the data determined by all sensors in the surface contour of the DUT be implemented.

Die Slave-Sensoren, die somit lediglich mit den zur Bestimmung der Positionsdaten unbedingt erforderlichen Bauteilen versehen sein müssen, können gewissermaßen als „Augen" des das (ebenfalls mit einem „Auge" versehene) „Gehirn" der Gesamtanordnung darstellenden Master-Sensors angesehen werden.The Slave sensors, which thus only with the for determining the position data absolutely necessary components must be provided, so to speak as "eyes" of the (also with an "eye" provided) "brain" of the overall arrangement representative master sensor.

Mit Hilfe der Auswerteeinheit und/oder einer die Abtastbewegung des oder der Sensoren steuerenden Steuereinheit läßt sich ein definierter Überwachungsbereich oder ein zumindest in diesem Fall abstrakt zu verstehender Meßraum derart vorgeben, daß nur solche Punkte auf der Oberfläche des Meßobjekts in die Konturbestimmung Eingang finden, die sich innerhalb dieses Überwachungsbereichs bzw. Meßraums befinden, der z.B. im wesentlichen kugel-, würfel-, quader-, kegel-, pyramiden- oder torusförmig sein kann.With Help the evaluation and / or the scanning of the or the sensor-controlling control unit can be a defined monitoring area or an at least in this case abstractly to be understood measuring space such pretend that only such points on the surface of the DUT in the contour determination input, which is within this surveillance area or measuring space located e.g. essentially spherical, cubic, cuboid, conical, pyramidal or torus-shaped can.

Die Beschränkung der Positionsbestimmung oder Auswertung von Positionswerten auf einen derartigen Überwachungsbereich bzw. Meßraum hat den Vorteil, daß die notwendige Meß- und Auswertezeit minimiert wird, da unnötige Messungen und Rechnungen, die sich auf für die jeweilige Anwendung uninteressante Oberflächenbereiche des Meßobjekts beziehen, vermieden werden.The restriction the position determination or evaluation of position values such a surveillance area or measuring space has the advantage that the necessary measuring and evaluation time is minimized, as unnecessary measurements and calculations, focusing on for the respective application uninteresting surface areas of the test object be avoided.

Alle im Rahmen der Erläuterung einzelner Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere gemäß 1, genannten Weiterbildungen, Modifizie rungen, Alternativen, konkreten Ausgestaltungen und/oder Verwendungen sind grundsätzlich in Verbindung mit allen Ausführungsbeispielen entsprechend möglich, soweit sie sich nicht auf ausschließlich für die jeweilige Ausführungsform Sinnvolles beziehen.All in the context of the explanation of individual embodiments of the invention, in particular according to 1 , mentioned developments, Modifizie ments, alternatives, specific embodiments and / or uses are basically possible in conjunction with all embodiments accordingly, as far as they do not relate to exclusively for the respective embodiment useful.

1; 1a, 1b1; 1a, 1b
Lasermeßsystem (LMS) mit Abtastung in einer Abtastebenelaser measurement system (LMS) with sampling in one scan plane
2; 2a–c2; 2a-c
Lasermeßsystem (3D-LMS) mit Abtastung in mehr als einerlaser measurement system (3D LMS) with sampling in more than one
Abtastebenescan
33
Meßobjektmeasurement object
44
Drehachse des Meßobjektsaxis of rotation of the DUT
55
Lichtstrahlbeam of light
6, 76 7
Vertiefungenwells
1010
Abtastebene eines LMSscan an LMS
2020
Abtastebenen eines 3D-LMSscanning planes a 3D LMS

Claims (21)

Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenkontur von in einem Messraum angeordneten Messobjekten (3), bei dem mit wenigstens einem in einer Abtastebene (10) abtastenden Lasermesssystem (1) die Oberfläche des jeweiligen Messobjekts (3) zumindest bereichsweise abgetastet und für jeden ertasteten Punkt auf der Messobjektoberfläche dessen Position im Messraum ermittelt wird, wobei das Lasermesssystem während der Abtastung einen Lichtstrahl (5) aussendet, welcher in der Abtastebene nacheinander in unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird, wobei vom jeweiligen Messobjekt (3) reflektiertes Licht vom Lasermesssystem nachgewiesen und aus der Lichtlaufzeit der Abstand des jeweiligen Reflexionspunkts vom Lasermesssystem ermittelt wird, und wobei während der Abtastung das jeweilige Messobjekt (3) und das Lasermesssystem (1) derart relativ zueinander bewegt werden, dass die Relativbewegung aus einer linearen Bewegung und einer Drehbewegung zusammengesetzt ist.Method for determining the surface contour of measuring objects arranged in a measuring room ( 3 ), in which at least one in a scanning plane ( 10 ) scanning laser measuring system ( 1 ) the surface of the respective measurement object ( 3 ) is scanned at least in regions and for each sensed point on the measuring object surface whose position in the measuring space is determined, wherein the laser measuring system during scanning a light beam ( 5 ), which is deflected one after the other in the scanning plane in different directions, wherein the respective measuring object ( 3 ) reflected light is detected by the laser measuring system, and the distance of the respective reflection point from the laser measuring system is determined from the light propagation time, and during the scanning, the respective measuring object ( 3 ) and the laser measuring system ( 1 ) are moved relative to each other so that the relative movement of a linear movement and a rotational movement is composed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lasermesssystem (1) im wesentlichen linear am Messobjekt (3) vorbeibewegt und zuvor, gleichzeitig und/oder anschließend das Messobjekt (3) um eine bevorzugt um eine durch das Messobjekt (3) verlaufende Drehachse (4) gedreht wird.Method according to claim 1, characterized in that the laser measuring system ( 1 ) substantially linearly on the measurement object ( 3 ) and before, simultaneously and / or subsequently the measurement object ( 3 ) by one preferably by one through the measurement object ( 3 ) extending axis of rotation ( 4 ) is rotated. Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenkontur von in einem Messraum angeordneten Messobjekten (3), bei dem mit wenigstens zwei jeweils in einer eigenen Abtastebene (10) abtastenden Lasermesssystemen (1) die Oberfläche des jeweiligen Messobjektes (3) zumindest bereichsweise abgetastet und für jeden abgetasteten Punkt auf der Messobjektoberfläche dessen Position im Messraum ermittelt wird, wobei jedes Lasermesssystem während der Abtastung einen Lichtstrahl (5) aussendet, welcher in der Abtastebene nacheinander in unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird, wobei vom jeweiligen Messobjekt (3) reflektiertes Licht vom Lasermesssystem nachgewiesen und aus der Lichtlaufzeit der Abstand des jeweiligen Reflexionspunkts vom Lasermesssystem ermittelt wird, wobei während der Abtastung das jeweilige Messobjekt (3) und die Lasermesssysteme (1) derart relativ zueinander bewegt werden, dass die Relativbewegung eine lineare Bewegung ist, und wobei die Lasermesssysteme das Messobjekt (3) aus unterschiedlichen Blickrichtungen erfassen.Method for determining the surface contour of measuring objects arranged in a measuring room ( 3 ), in which at least two in each case in its own scanning plane ( 10 ) scanning laser measuring systems ( 1 ) the surface of the respective measurement object ( 3 ) is scanned at least in regions and for each scanned point on the measuring object surface whose position in the measuring space is determined, each laser measuring system during scanning a light beam ( 5 ), which in the scanning plane successively in different Direction is deflected, whereby the respective measuring object ( 3 ) reflected light is detected by the laser measuring system and the distance of the respective reflection point from the laser measuring system is determined from the light propagation time, during which the respective measuring object ( 3 ) and the laser measuring systems ( 1 ) are moved relative to each other so that the relative movement is a linear movement, and wherein the laser measuring systems the measurement object ( 3 ) from different perspectives. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasermesssysteme (1a, 1b) in Abhängigkeit vom jeweiligen Messobjekt (3) derart angeordnet werden, dass wenigstens zwei der Abtastebenen (10) gegeneinander verkippt sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser measuring systems ( 1a . 1b ) depending on the respective measurement object ( 3 ) are arranged such that at least two of the scanning planes ( 10 ) are tilted against each other. Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenkontur von in einem Messraum angeordneten Messobjekten (3), bei dem mit wenigstens einem in einer oder in mehr als einer Abtastebene (10; 20) abtastenden Lasermesssystem (1; 1a–b; 2; 2a–c) die Oberfläche des jeweiligen Messobjekts (3) zumindest bereichsweise abgetastet und für jeden ertasteten Punkt auf der Messobjektoberfläche dessen Position im Messraum ermittelt wird, wobei das Lasermesssystem während der Abtastung einen Lichtstrahl (5) aussendet, welcher in der Abtastebene nacheinander in unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird, wobei vom jeweiligen Messobjekt (3) reflektiertes Licht vom Lasermesssystem nachgewiesen und aus der Lichtlaufzeit der Abstand des jeweiligen Reflexionspunkts vom Lasermesssystem ermittelt wird, und wobei während der Abtastung das jeweilige Messobjekt (3) und das Lasermesssystem (1; 1a–b; 2; 2a–c) derart relativ zueinander bewegt werden, dass die Relativbewegung eine Drehbewegung ist.Method for determining the surface contour of measuring objects arranged in a measuring room ( 3 ), in which at least one in one or in more than one scan plane ( 10 ; 20 ) scanning laser measuring system ( 1 ; 1a -b; 2 ; 2a -C) the surface of the respective measurement object ( 3 ) is scanned at least in regions and for each sensed point on the measuring object surface whose position in the measuring space is determined, wherein the laser measuring system during scanning a light beam ( 5 ), which is deflected one after the other in the scanning plane in different directions, wherein the respective measuring object ( 3 ) reflected light is detected by the laser measuring system, and the distance of the respective reflection point from the laser measuring system is determined from the light propagation time, and during the scanning, the respective measuring object ( 3 ) and the laser measuring system ( 1 ; 1a -b; 2 ; 2a C) are moved relative to each other such that the relative movement is a rotary movement. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (3) um eine bevorzugt durch das Messobjekt (3) verlaufende Drehachse (4) gedreht wird.Method according to claim 5, characterized in that the measuring object ( 3 ) by a preferred by the measuring object ( 3 ) extending axis of rotation ( 4 ) is rotated. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei in mehr als einer Abtastebene (20) abtastende Lasermesssysteme (2a–c) verwendet und um das Messobjekt (3) verteilt angeordnet werden.Method according to claim 5 or 6, characterized in that at least two in more than one scanning plane ( 20 ) scanning laser measuring systems ( 2a -C) and around the measuring object ( 3 ) are distributed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung zwischen dem Messobjekt (3) und dem Lasermesssystem oder den Lasermesssystemen diskontinuierlich erfolgt und die Abtastung der Messobjektoberfläche zwischen den einzelnen Abschnitten der Relativbewegung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the relative movement between the measurement object ( 3 ) and the laser measuring system or the laser measuring systems are discontinuous and the scanning of the measuring object surface between the individual sections of the relative movement is performed. Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenkontur von in einem Messraum angeordneten Messobjekten (3), bei dem mit wenigstens zwei jeweils in mehr als einer Abtastebene (20) abtastenden Lasermesssystemen (2a–c) die Oberfläche des jeweiligen Messobjekts (3) zumindest bereichsweise abgetastet und für jeden ertasteten Punkt auf der Messobjektoberfläche dessen Position im Messraum ermittelt wird, wobei jedes Lasermesssystem während der Abtastung einen Lichtstrahl (5) aussendet, welcher in der Abtastebene nacheinander in unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird, wobei vom jeweiligen Messobjekt (3) reflektiertes Licht vom Lasermesssystem nachgewiesen und aus der Lichtlaufzeit der Abstand des jeweiligen Reflexionspunkts vom Lasermesssystem ermittelt wird, und wobei zumindest während der Abtastung die Lasermesssysteme (2a–c) relativ zum Messobjekt (3) unbewegt sind.Method for determining the surface contour of measuring objects arranged in a measuring room ( 3 ), in which at least two in each case in more than one scanning plane ( 20 ) scanning laser measuring systems ( 2a -C) the surface of the respective measurement object ( 3 ) is scanned at least in regions and for each detected point on the measuring object surface whose position in the measuring space is determined, each laser measuring system during scanning a light beam ( 5 ), which is deflected one after the other in the scanning plane in different directions, wherein the respective measuring object ( 3 ) reflected light is detected by the laser measuring system and the distance of the respective reflection point from the laser measuring system is determined by the laser measuring system, and wherein at least during the scanning the laser measuring systems ( 2a -C) relative to the object to be measured ( 3 ) are unmoved. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messobjekt (3) rasterförmig abgetastet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring object ( 3 ) is scanned in a grid. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur von den Punkten auf der Meßobjektoberfläche die Position ermittelt wird, die innerhalb eines vorgebbaren, vorzugsweise im wesentlichen kugel-, würfel-, quader-, kegel-, pyramiden- oder torusförmigen Meßraums liegen.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that only from the points on the measuring object surface the Position is determined, which within a predefinable, preferably essentially spherical, cube, cuboid, conical, pyramid or toroidal Meßraums lie. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels wenigstens eines Master-Lasermeßsystems weitere Slave-Lasermeßsysteme gesteuert und vorzugsweise von allen Lasermeßsystemen ermittelte Daten verarbeitet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that means at least one master laser measuring system further slave laser measuring systems controlled and preferably processed by all laser measuring systems determined data become. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (5) von einer beweglichen, insbesondere rotierenden Ablenkeinheit innerhalb einer Abtastebene (10; 20) in vorgebbare Winkelrichtungen abgelenkt wird, wobei vorzugsweise die Ablenkung über einen etwa 180° umfassenden Winkelbereich erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the light beam ( 5 ) of a movable, in particular rotating deflecting unit within a scanning plane ( 10 ; 20 ) is deflected in predetermined angular directions, wherein preferably the deflection takes place over an approximately 180 ° angle range. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für jeden Reflexionspunkt der Meßobjektoberfläche die Winkelrichtung des jeweiligen Lichtstrahls (5) insbesondere aus der Winkelstellung der Ablenkeinheit ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, at least for each reflection point of the measurement object surface, the angular direction of the respective light beam ( 5 ) is determined in particular from the angular position of the deflecting unit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ablenkung des Lichtstrahls (5) nacheinander innerhalb unterschiedlicher Abtastebenen (20) zumindest ein Teil der Ablenkeinheit um eine zusätzliche Achse verdreht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the deflection of the light beam ( 5 ) successively within different scanning planes ( 20 ) At least a part of the deflection unit is rotated about an additional axis. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom jeweiligen Meßobjekt (3) während der Abtastung die Winkelgeschwindigkeit des Lichtstrahls (5) verändert wird, indem insbesondere die Drehgeschwindigkeit der Ablenkeinheit variiert wird.Method according to one of the preceding Claims, characterized in that, depending on the respective test object ( 3 ) during scanning the angular velocity of the light beam ( 5 ) is varied, in particular by the rotational speed of the deflection unit is varied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den ermittelten Positionen die dreidimensionale Oberflächenkontur des jeweiligen Meßobjekts (3) berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the three-dimensional surface contour of the respective test object ( 3 ) is calculated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Vermessen von zumindest Teilen des menschlichen Körpers, insbesondere zum Zweck der Maßanfertigung von Kleidungsstücken und/oder Schuhen oder der Herstellung von Modellen von Körperteilen eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it for measuring at least parts of the human body, in particular for the purpose of customization of clothes and / or shoes or the making of models of body parts is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Vermessen, Klassifizieren, Sortieren und/oder Positionieren von Stückgütern, insbesondere Karosserieteilen, Gepäckstücken, bereits bearbeiteten und/oder noch zu bearbeitenden Werkstücken eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it for measuring, classifying, sorting and / or positioning of general cargo, in particular Body parts, luggage, already machined and / or still to be machined workpieces used becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Vermessen von Innenräumen, insbesondere Tunneln, Zimmern und dgl. eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it for measuring interiors, especially tunnels, rooms and the like is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Bestimmen der Bahn von im Raum bewegten Objekten insbesondere in Echtzeit verwendet wird, vorzugsweise in Virtual-Reality-Anwendungen zur Verfolgung der Bewegungen von Personen und/oder Körperteilen von Personen.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it for determining the path of objects moving in space in particular used in real time, preferably in virtual reality applications to track the movements of persons and / or body parts of persons.
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