[发明专利]用于确定对象表面的3D坐标的测量系统

说明书

本发明涉及用于对象的三维测量的测量系统，尤其涉及根据权利要求1的前序部分所述的工业产品，根据权利要求7所述的用于确定3D坐标的方法和根据权利要求12所述的在根据本发明的系统中使用的无人、可控、自动飞行器。

用于测量对象表面的系统例如在工业中在生产处理中使用以便检验部件和产品几何形状。这使得能够检验对象的设计容限，迅速识别与生产有关的制造缺陷，以及将尺寸位于预限定标准之外的构件从处理中移除。使用这种类型的测量系统可使得生产限额得以提高同时减少生产错误。

在工业制造处理中，例如可使用具有触觉传感器的测量系统。所述系统主要包括可移动的被引导的测量端头，在其端部附接有红宝石球，其中当红宝石球与对象表面存在接触时，检测到测量点并且可确定该点的坐标。通过扫描限定的对象位置或者通过从表面的部分缩回，可记录对象的形状和尺寸，与预先针对这个目的而确定的目标值比较，并且可确定从目标值的任何偏离。

对于非常大的对象（例如，飞机）而言，对象的触觉测量会是不利的，因为这种测量处理一方面非常时间密集，并且因为对象的大小所以在另一方面它仅能非常艰难地进行。对进行中的生产处理期间基本上完全质量控制和对对象（尤其是原型机）的形状的数字化的不断增加的要求使得表面周线的记录——该记录与在短时间内确定待测量的对象的表面的各个点的坐标有关——成为更加频繁提出的测量任务。

为了减少为了这个目的的测量时间，可以使用光学测量传感器进行非接触测量。这种光学表面测量系统可一般包括采用图像序列来确定3D坐标的测量系统或者光学扫描仪，例如，行扫描仪，利用该扫描仪对表面逐行扫描，其中，同时在表面上方引导测量系统或者扫描仪。

从现有技术得知的扫描仪依赖于各个扫描角在短时间内可记录多多个点的距离。通过将扫描仪相对于表面的移动考虑在内，可从其产生散射图，该散射图代表待测量的对象的表面。通过使用图像处理，测量的表面也可被图形化地处理、在显示器上呈现，并且出现的任何测量偏差的指示可以被合并到图形中。

此外，从现有技术已知的使用图像序列来确定测量对象的3D坐标的测量系统例如可以是便携的、手持的和/或永久安装的系统，一般包括用于用图案对测量对象照明的图案投影器，因而有时被称为图案投影3D扫描仪或者光结构3D扫描仪。作为测量系统的另一部分的相机系统记录投影到测量对象的表面上的图案。

在测量期间，投影器用不同图案（例如，不同宽度的平行亮暗条带图案，特别是条带图案的旋转也可出现，例如90°旋转）按时间顺序地对测量对象照明。相机在已知透视点记录投影的条纹图案。利用相机针对各投影图案记录图像。针对全部相机的各图像点，因而存在不同亮度值的时间序列。

然而，除了条带还可投影其它适当图案，诸如，例如随机图案、伪随机码等。本领域技术人员从现有技术中充分已知适用于这个目的的图案。

伪随机码使得例如能够更容易地将对象点绝对关联，这对于非常精细的条纹的投影中正在逐渐变得困难。为此目的可以按照快速序列初始地投影一个或者更多个伪随机码接着投影精细条带图案，或者甚至在连续记录中，在序列期间变得更精细的不同条带图案可被投影，直至在测量对象表面上的测量点的分辨率实现了期望的精度为止。

接着使用根据来自照相测量和/或条带投影的本领域技术人员已知的方法的图像处理，可从所记录的图像序列计算出测量对象表面的3D坐标。例如，在WO2008/046663、DE10127304A1、DE19633686Al或者DE102008036710Al中描述了这种测量方法和测量系统。

利用带有相机或者扫描仪的测量系统进行测量的问题经常在人工即手持测量中发生。因为原则上为了记录和处理三维的表面的散射图必须有非常高的计算能力，特别是如果因为测量系统移动所以所记录的图像或者扫描线要被合并，则与速度和振动有关，移动容限通常明显受到限制。当测量时，测量系统的基本上的稳固性因而是强制性的并且如果不被维持则是产生测量误差的主要原因。

例如在申请号10166672.5的欧洲专利申请中公开了当时检测表面时，甚至当使用机器人臂来引导测量传感器时，将这种测量误差考虑在内并且因而补偿测量期间的振动或者速度变化的一种方案。

当记录图像序列时，例如，可测量测量传感器或者测量对象的平移和/或旋转加速度，并且当确定对象的3D坐标时可将测量到的加速度考虑在内。测量点的3D坐标的确定可以依赖于所测量到的加速度来发生。因而在计算机中可将测量系统的不稳固引导造成的误差考虑在内，并且作为结果可确定正确的位置数据。