DE102008039838B4 - Method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a light beam scanner - Google Patents

Method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a light beam scanner Download PDF

Info

Publication number
DE102008039838B4
DE102008039838B4 DE102008039838A DE102008039838A DE102008039838B4 DE 102008039838 B4 DE102008039838 B4 DE 102008039838B4 DE 102008039838 A DE102008039838 A DE 102008039838A DE 102008039838 A DE102008039838 A DE 102008039838A DE 102008039838 B4 DE102008039838 B4 DE 102008039838B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
scanning
data
pivot axis
laser
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102008039838A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102008039838A1 (en
Inventor
Simon Kielhöfer
Ulrich Hagn
Rainer Konietschke
Michael Suppa
Franz Hacker
Tim Bodenmüller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE102008039838A priority Critical patent/DE102008039838B4/en
Publication of DE102008039838A1 publication Critical patent/DE102008039838A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102008039838B4 publication Critical patent/DE102008039838B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/46—Indirect determination of position data
    • G01S17/48—Active triangulation systems, i.e. using the transmission and reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning

Abstract

Verfahren zum Abtasten der dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts mittels eines Laser-Scanners, dessen von einer Lichtquelle ausgehender, pulsmodulierter Laserstrahl einer Abtastbewegung unterworfen wird und danach entsprechend dieser Abtastbewegung auf der Oberfläche des Objekts an einem Abtastpunkt auftrifft, von dem er rückgestreut und als Streulicht in einem optischen Empfangsdetektor erfasst wird, wobei dann zur Erzielung einer dreidimensionalen Abbildungsinformation das Prinzip der Triangulation angewandt wird, indem, ausgehend von der bekannten Abstrahlrichtung, vom bekannten direkten Abstand zwischen der Lichtquelle und dem optischen Empfangsdetektor und vom Einfallswinkel des rückgestreuten Lichts abhängig, bestimmte Koordinaten (x) auf dem optischen Empfangsdetektor, für jeden Abtastpunkt auf der Oberfläche des Objekts die Daten ermittelt werden, wobei die Abtastbewegung des Laserstrahls durch ein im Strahlverlauf angeordnetes, um zwei zueinander senkrecht stehende Schwenkachsen (6, 8) voneinander unabhängig schwenkbares Strahlablenkmittel (7) vorgenommen wird, dass die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, durch die effektiven Positionen des Strahlablenkmittels, des...Method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a laser scanner, the pulse-modulated laser beam emanating from a light source is subjected to a scanning movement and then, in accordance with this scanning movement, strikes the surface of the object at a scanning point from which it is scattered back and as scattered light in one optical reception detector is detected, the triangulation principle then being used to achieve three-dimensional imaging information, based on the known radiation direction, the known direct distance between the light source and the optical reception detector and the angle of incidence of the backscattered light, specific coordinates (x ) on the optical reception detector, the data are determined for each scanning point on the surface of the object, the scanning movement of the laser beam being arranged by two swings perpendicular to one another in the beam path kachsen (6, 8) independently pivotable beam deflecting means (7) that the plane in which the triangulation is carried out by the effective positions of the beam deflecting means, the ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtasten der dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts mittels eines Lichtstrahl-Scanners, dessen von einer Lichtquelle ausgehender, pulsmodulierter und kollimierter Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl einer Abtastbewegung unterworfen wird und danach entsprechend dieser Abtastbewegung auf der Oberfläche des Objekts an einem Abtastpunkt auftrifft, von dem er rückgestreut und als Streulicht in einem optischen Empfangsdetektor erfasst wird, wobei dann zur Erzielung einer dreidimensionalen Abbildungsinformation das Prinzip der Triangulation angewandt wird, indem, ausgehend von der bekannten Abstrahlrichtung, vom bekannten direkten Abstand zwischen der Lichtquelle und dem optischen Empfangsdetektor und von der über Triangulation bestimmten Strahlstreckenlänge zwischen Lichtquelle und optischem Empfangsdetektor, für jeden Abtastpunkt auf der Oberfläche des Objekts die Daten ermittelt werden. The invention relates to a method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a light beam scanner whose light modulated and collimated light beam emanating from a light source, for example a laser beam, is subjected to a scanning movement and then impinges on a scanning point on the surface of the object in accordance with this scanning movement from which it is backscattered and detected as stray light in an optical reception detector, then the principle of triangulation is applied to obtain a three-dimensional imaging information by, starting from the known radiation direction, the known direct distance between the light source and the optical reception detector and of the triangulation-determined beam path length between the light source and the optical reception detector, the data are determined for each sampling point on the surface of the object.

Beim 3D-Laserscanning wird die Oberflächengeometrie von Objekten mittels Pulslaufzeit, Phasendifferenz im Vergleich zu einer Referenz oder durch Triangulation von Laserstrahlen digital erfasst. Bei der Triangulation wird eine Laser-Lichtquelle genutzt, die mit einem Strahl unter einem Winkel das Objekt beleuchtet, dessen Oberfläche vermessen werden soll. Ein elektronischer Bildwandler, z. B. eine CCD- oder CMOS-Kamera oder ein PSD (Position Sensitive Detector), registriert das von der Objektoberfläche reflektierte Streulicht. Bei Kenntnis der Strahlrichtung und des direkten Abstandes zwischen Kamera bzw. PSD und der Laser-Lichtquelle kann damit der Abstand vom reflektierenden Objektoberflächenpunkt bestimmt werden. Die Verbindungslinie Kamera-Lichtquelle sowie die beiden Teilstrahlen zu der und von der Objektoberfläche bilden hierbei ein Dreieck, woraus sich die Bezeichnung ”Triangulation” ableitet. Wird das Triangulationsverfahren rasterartig oder kontinuierlich bewegt durchgeführt, so kann das Oberflächenrelief des Objekts bestimmt werden. Wird ein Muster, z. B. eine Linie oder ein Streifenmuster, auf die Objektoberfläche projiziert, so lässt sich die Abstandsinformation zu allen Punkten des Musters mit einem einzigen Kamerabild berechnen.In 3D laser scanning, the surface geometry of objects is recorded digitally by means of pulse transit time, phase difference compared to a reference or by triangulation of laser beams. Triangulation uses a laser light source that uses a beam at an angle to illuminate the object whose surface is to be measured. An electronic image converter, z. As a CCD or CMOS camera or a PSD (Position Sensitive Detector), registers the reflected light from the object surface scattered light. With knowledge of the beam direction and the direct distance between the camera or PSD and the laser light source so that the distance from the reflective object surface point can be determined. The line connecting the camera light source and the two partial beams to and from the object surface form a triangle, from which the term "triangulation" is derived. If the triangulation method is carried out in a grid-like or continuously moving manner, then the surface relief of the object can be determined. If a pattern, z. As a line or a striped pattern, projected onto the object surface, the distance information can be calculated to all points of the pattern with a single camera image.

Laserscanner oder 3D-Laser-Entfernungsmesser allgemein gibt es in vielen verschiedenen Formen. Sie können unter Anwendung unterschiedlicher Messprinzipien arbeiten und verschiedene Messbereiche erfassen und auch hinsichtlich ihrer Genauigkeit verschieden sein. Allen diesen Geräten gemeinsam ist die handgeführte oder automatische Erzeugung von virtuellen, oberflächenbasierten 3D-Modellen.Laser scanners or 3D laser rangefinders generally come in many different forms. They can work using different measuring principles and can detect different measuring ranges and also differ in their accuracy. Common to all these devices is the hand-guided or automatic generation of virtual, surface-based 3D models.

Die meisten 3D-Laser-Entfernungsmesser projizieren einen Punkt, eine Linie, eine Fläche oder ein Muster auf ein Messobjekt und empfangen das reflektierte Licht, um Entfernungs- und/oder Positionsdaten zu errechnen. Ebenso wie eine Vielzahl solcher Geräte gibt es auch eine Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. Mess- und Kontrollaufgaben, Reverse Engineering, Erstellung virtueller Ausstellungen, Museen oder Archive, aber auch medizinische Aufgaben, wie die Registrierung oder Vermessung von Körperteilen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden insbesondere mobile Geräte, die handgeführt oder auch automatisch eingesetzt werden können, näher betrachtet.Most 3D laser rangefinders project a point, line, area or pattern onto a measurement object and receive the reflected light to compute range and / or position data. As well as a variety of such devices, there are also a variety of applications, such. As measurement and control tasks, reverse engineering, creation of virtual exhibitions, museums or archives, but also medical tasks, such as the registration or measurement of body parts. In the context of the present invention, in particular mobile devices that can be hand-guided or also used automatically are considered in more detail.

Die Datenaufnahme eines zu vermessenden Objekts wird dabei meist von vorher bestimmten Anforderungen geleitet, wie zum Beispiel dem Ort der Datenaufnahme, einer stellenweise höheren erforderlichen Genauigkeit oder der Reihenfolge der Datenerfassung. Dies wird bisher in Messprotokollen und Vorschriften festgehalten, nach denen die Messung durchgeführt wird. Ein weiteres Problem bei 3D-Messungen besteht darin, dass bereits vermessene Oberflächen am Objekt natürlich nicht als solche erkennbar sind. Der Vermesser muss sich also einprägen, wo bereits gemessen wurde, oder eine geeignete Anzeige am Messgerät vermittelt diese Information. Eine solche Anzeige ist notwendigerweise recht komplex, da die bereits gemessenen Bereiche mit der Realität in Deckung gebracht werden müssen.The data acquisition of an object to be measured is usually guided by previously determined requirements, such as the location of the data acquisition, a locally higher required accuracy or the order of data acquisition. So far, this has been recorded in measurement protocols and regulations according to which the measurement is carried out. Another problem with 3D measurements is that already measured surfaces on the object are of course not recognizable as such. The surveyor must therefore memorize where measurements have already been taken, or a suitable display on the measuring instrument provides this information. Such a display is necessarily quite complex because the already measured areas must be brought into line with reality.

Werden Bereiche der zu messenden Oberfläche mehrfach abgetastet, so ist das im Allgemeinen kein Problem. Dagegen entstehen dann Probleme, wenn eigentlich zu messende Bereiche der Objektoberfläche versehentlich nicht erfasst werden, sei es aus Nachlässigkeit oder aus Unwissenheit. So ist es beispielsweise in der Medizintechnik bei der Registrierung von Patienten vor oder während einer Operation, also dem Matching vom Patientenmodell mit der Operationsplanung und der Realität, entscheidend, welche Bereiche des Patienten vermessen werden, um Mehrdeutigkeiten auszuschließen.If areas of the surface to be measured are scanned several times, this is generally no problem. On the other hand, problems arise when areas of the object surface that are actually to be measured are inadvertently not detected, whether due to negligence or ignorance. For example, in medical technology when registering patients before or during an operation, ie, matching the patient model with surgery planning and reality, it is crucial which areas of the patient are measured to rule out ambiguity.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in sehr vielen Bereichen der 3D-Datenerfassung, in der Industrie wie auch exemplarisch in der Medizintechnik, die Art und die Reihenfolge der Erfassung der Oberfläche eines Objekts eine wichtige, manchmal entscheidende Rolle spielt.In summary, in many fields of 3D data acquisition, in industry as well as in medical technology, the type and order of the detection of the surface of an object plays an important, sometimes decisive role.

Laser-Entfernungsmesser, Laserscanner und Triangulationsscanner gibt es in vielerlei Ausführungsformen.Laser rangefinders, laser scanners and triangulation scanners are available in many embodiments.

US 2004/0201856 A1 beschreibt ein Laserdigitalisierungssystem, mit dem ein dreidimensionales Bild eines realen Objekts unter Zuhilfenahme eines Lasers erstellt werden kann. Hierbei wird der Laserstrahl einer Abtastbewegung unterworfen und auf der Oberfläche des Objekts zurückgestreut und anschließend von einem Detektor erfasst. Es wird das Prinzip der Triangulation angewandt. Der Laserstrahl wird durch einen Spiegel bewegt, der um zwei zueinander senkrecht stehende Schwenkachsen schwenkbar ist. Die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, wird durch die Positionen des Spiegels bestimmt. US 2004/0201856 A1 describes a laser digitization system with which a three-dimensional image of a real object can be created with the aid of a laser. Here is the Laser beam subjected to a scanning movement and scattered back on the surface of the object and then detected by a detector. The principle of triangulation is used. The laser beam is moved by a mirror, which is pivotable about two mutually perpendicular pivot axes. The plane in which the triangulation is made is determined by the positions of the mirror.

Aus DE 41 42 702 A1 ist es bekannt, die dreidimensionale Oberfläche eines Objekts mit Hilfe eines rotierenden Polygonspiegels periodisch abzutasten, wobei das von der Oberfläche des Objekts zurückreflektierte Licht als Messstrahl nach Reflexion am Polygonspiegel über einen feststehenden Umlenkspiegel zu einem Lichtdetektor ausgekoppelt wird, der zur Bestimmung des Abstandes des jeweils abgetasteten Punktes der Oberfläche vom Polygonspiegel an eine Phasenmessanordnung angeschlossen ist, deren Ausgangssignal eine Recheneinheit speist. Im Strahlengang vom Polygonspiegel zum Objekt ist ein bewegtes Spiegelbauteil angeordnet, das einerseits den Abtastlichtstrahl auf das Objekt umlenkt und diesen Lichtstrahl andererseits quer zur Abtastrichtung ablenkt. Der Abtastlichtstrahl und der Reflexionslichtstrahl werden hinsichtlich ihrer Laufzeit miteinander verglichen.Out DE 41 42 702 A1 It is known to periodically scan the three-dimensional surface of an object by means of a rotating polygon mirror, wherein the reflected back from the surface of the object light is coupled as a measuring beam after reflection at the polygon mirror via a fixed deflection mirror to a light detector used to determine the distance of each scanned Point of the surface of the polygon mirror is connected to a phase measuring arrangement whose output signal feeds a computing unit. In the beam path from the polygon mirror to the object, a moving mirror component is arranged, which on the one hand deflects the scanning light beam onto the object and on the other hand deflects this light beam transversely to the scanning direction. The scanning light beam and the reflected light beam are compared with each other in terms of their transit time.

In GB 2 292 605 A ist eine Laserscanner-Vorrichtung zum Bestimmen der dreidimensionalen Eigenschaften einer Objektoberfläche beschrieben. Hierbei ist ein handgeführter Scanner vorgesehen, der in Bezug zur zu vermessenden Oberfläche frei beweglich ist und ein zweidimensionales Muster auf diese Oberfläche wirft. Mit einem zweidimensionalen optischen Detektor werden die Oberflächeneigenschaften ermittelt. Dateien mit 3D-Koordinatendaten aus Abtastungen von sich überlappenden Oberflächenbereichen des Objekts werden zu einen gemeinsamen Satz unter Kompensation jeder Bewegung des Scanners bezüglich der Objektoberfläche zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen kombiniert. Die durch diese Abtastdateien definierten Oberflächenbereiche werden durch geeignete Rotations- und Translationsbewegungen in einem Computer registriert, wobei diese Bewegungen mittels Gyroskop, Beschleunigungsmesser oder durch mathematische Verarbeitung der Abtastdaten selbst ermittelt werden.In GB 2 292 605 A For example, a laser scanner device for determining the three-dimensional properties of an object surface is described. Here, a hand-held scanner is provided, which is freely movable with respect to the surface to be measured and throws a two-dimensional pattern on this surface. With a two-dimensional optical detector, the surface properties are determined. Files of 3D coordinate data from scans of overlapping surface areas of the object are combined into a common set, compensating for any movement of the scanner relative to the object surface between successive scans. The surface areas defined by these scan files are registered by suitable rotational and translational motions in a computer, these motions being determined by gyroscope, accelerometer, or by mathematical processing of the scan data itself.

Aus GB 2 374 743 A ist ein Abbildungssystem bekannt, bei dem eine gepulste Laser-Lichtquelle eine dreidimensionale Oberfläche abtastet und das von der Oberfläche reflektierte Licht in einem stationären zweidimensionalen Mehrbereichs-Lichtdetektor-Array empfangen wird. Mittels Laufzeitmessung wird der Abstand zwischen Quelle und Detektor ermittelt, so dass ein dreidimensionales Bild der Oberfläche aufgebaut werden kann. Der Lichtquellen-Abtastmechanismus ist synchronisiert, so dass die verschiedenen Bereiche abgetastet und auf verschiedene Bereiche des Detektor-Arrays abgebildet werden.Out GB 2 374 743 A For example, an imaging system is known in which a pulsed laser light source scans a three-dimensional surface and the light reflected from the surface is received in a stationary multidimensional two-dimensional light detector array. By measuring the transit time, the distance between the source and the detector is determined, so that a three-dimensional image of the surface can be built up. The light source scanning mechanism is synchronized so that the various areas are scanned and imaged onto different areas of the detector array.

Aus WO 2006/094409 A1 ist ein Verfahren zum Abtasten und Digitalisieren dreidimensionaler Objektoberflächen mittels eines Laserscanners bekannt. Hierbei wird ein selbstreferenziertes, handgeführtes Abtastsystem benutzt. Das System berechnet fortlaufend aus einer Beobachtung seine eigene Position und Ausrichtung, während die Oberflächengeometrie des Objekts abgetastet wird. Es wird das sogenannte Triangulationsprinzip ausgenutzt und ein Gerät integriert, das sowohl Oberflächenpunkte, die aus Reflexionen von auf die Objektoberfläche projizierten Lichtmustern herrühren, als auch zweidimensionale Positionsmerkmale erfasst, die aus der Beobachtung von Zielpositionsmerkmalen stammen.Out WO 2006/094409 A1 For example, a method of scanning and digitizing three-dimensional object surfaces by means of a laser scanner is known. Here, a self-referenced hand-held scanning system is used. The system continuously calculates its own position and orientation from an observation as the surface geometry of the object is scanned. It exploits the so-called triangulation principle and integrates a device that captures both surface points resulting from reflections of light patterns projected onto the object surface and two-dimensional position features derived from observation of target position features.

Auch aus US 2006/0269896 A1 ist ein Laser-Abtastsystem zur Erfassung dreidimensionaler Informationen eines Objekts bekannt. Dieses System umfasst einen Sendeempfänger mit einer Laser-Lichtquelle, einen um zwei zueinander senkrecht stehende Achsen oszillierenden MEMS-Abtastspiegel und Software für eine Rahmen-Registrierung. Zum Abbilden der Oberfläche eines Objekts, insbesondere von Zahnoberflächenformationen, wird die Laser-Entfernungsmesstechnik angewandt. Der mit hoher Geschwindigkeit schwingende MEMS-Spiegel ermöglicht das Abtasten der Objektoberfläche. Dieses bekannte Abtastsystem arbeitet jedoch nicht nach dem Triangulationsprinzip.Also from US 2006/0269896 A1 For example, a laser scanning system for acquiring three-dimensional information of an object is known. This system includes a transceiver with a laser light source, a MEMS scanning mirror oscillating about two mutually perpendicular axes, and software for frame registration. For imaging the surface of an object, in particular tooth surface formations, the laser distance measuring technique is used. The high-speed MEMS mirror allows the object surface to be scanned. However, this known scanning system does not work on the triangulation principle.

Aus DE 10 2006 035 292 A1 ist ein Verfahren zum Übertragen von positionszugeordneten Informationen aus einer virtuellen in eine tatsächliche Realität und zum Anzeigen dieser Informationen in der tatsächlichen Realität bekannt. Hierbei werden die in der virtuellen Realität aufgenommenen Informationen in Bezug auf ein der virtuellen Realität zugeteiltes Koordinatensystem bestimmt.Out DE 10 2006 035 292 A1 For example, a method is known for transferring positional information from a virtual to an actual reality and displaying that information in actual reality. Here, the information recorded in the virtual reality is determined with respect to a virtual reality assigned coordinate system.

Zur Darstellung in der tatsächlichen Realität wird eine Registrierung vorgenommen, bei der eine Transformationsmatrix ermittelt wird, welche das der virtuellen Realität zugeteilte Koordinatensystem in ein Koordinatensystem eines Trackingsystems transformiert, so dass die in die tatsächliche Realität zu übertragenden positionszugeordneten Informationen in dieser transformationsgetreu mittels einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, die eine einen Lichtstrahl aussendende Lichtquelle enthält, deren Position in der tatsächlichen Realität mittels des Trackingsystems ermittelt wird.To represent in actual reality, a registration is made in which a transformation matrix is determined, which transforms the coordinate system assigned to the virtual reality into a coordinate system of a tracking system, so that the position-assigned information to be transferred to the actual reality is transformed in the transformation by means of a display device which contains a light source emitting a light beam whose position in the actual reality is determined by means of the tracking system.

Aus der ermittelten Position der Lichtquelle und den aus der virtuellen Realität in die tatsächliche Realität transformierten positionszugeordneten Informationen wird die vorzunehmende Stellung einer in der Anzeigevorrichtung zur Ablenkung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahls vorgesehenen, steuerbaren Lichtstrahl-Ablenkeinrichtung berechnet und eingestellt, so dass der Lichtstrahl nach seiner Ablenkung durch die steuerbare Lichtstrahl-Ablenkeinrichtung exakt in die Richtung zur zugewiesenen Position gerichtet ist und im Fall einer Bewegung der Lichtquelle die steuerbare Lichtstrahl-Ablenkeinrichtung automatisch in einer solchen Weise nachgestellt wird, dass der abgelenkte Lichtstrahl stets auf die zugewiesene Position gerichtet bleibt.From the determined position of the light source and the position-associated information transformed from the virtual reality into the actual reality, the position to be taken in the display device for deflecting the position-dependent information is determined Light source outgoing light beam provided, controllable light beam deflecting calculated and adjusted so that the light beam is directed by its deflection by the controllable light beam deflecting exactly in the direction to the assigned position and in the case of movement of the light source, the controllable light beam deflecting automatically in a adjusted in such a way that the deflected light beam is always directed to the assigned position.

Die mit dem Lichtstrahl ausgestrahlten Informationen können diejenigen eines oder mehrerer Punkte und/oder von Linien und/oder von Buchstaben und/oder von Symbolen sein, die über die Ablenkeinrichtung auf eine Oberfläche in der tatsächlichen räumlichen Realität projiziert werden.The information radiated with the light beam may be that of one or more points and / or lines and / or letters and / or symbols that are projected via the deflector onto a surface in the actual spatial reality.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass es kein Verfahren oder Gerät gibt, das eine 3D-Datenerfassung mit einer Kontrolle der Datenerfassung kombiniert, Informationen zur Benutzerführung bei der Datenfassung in intuitiver und einfacher Art anzeigt und gegebenenfalls auch voll- oder teilautonom arbeiten kann. Bisher werden solche Anwendungsfälle durch die Kombination mehrerer einzelner Geräte abgedeckt, was teuer, kompliziert und häufig unzureichend ist.In summary, it should be noted that there is no method or device that combines a 3D data acquisition with a control of data acquisition, display information for user guidance in the data acquisition in an intuitive and simple way and possibly also fully or partially autonomously. So far, such applications are covered by the combination of several individual devices, which is expensive, complicated and often insufficient.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zum Abtasten der dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts mittels eines entsprechend dem eindimensionalen Funktionsprinzip der Laser-Triangulation arbeitenden Laser-Scanners ein Verfahren zu schaffen, das eine dreidimensionale Datenerfassung der Oberfläche mit einer Kontrolle der Datenerfassung kombiniert, eine Anzeige von Informationen in intuitiver und einfacher Weise zur Benutzerführung bei der Datenerfassung ermöglicht und darüber hinaus gegebenenfalls auch in der Lage ist, voll- oder teilautonom zu arbeiten.The object of the present invention is to provide a method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a laser scanner operating according to the one-dimensional operating principle of laser triangulation, which combines a three-dimensional data acquisition of the surface with a control of the data acquisition, a display of information in an intuitive and simple way for user guidance in the data acquisition allows and beyond, where appropriate, is also able to work fully or partially autonomously.

Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Abtastbewegung des Laserstrahls durch ein im Strahlverlauf angeordnetes, um zwei zueinander senkrecht stehende Schwenkachsen voneinander unabhängig schwenkbares Strahlablenkmittel vorgenommen wird, dass die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, durch die effektiven Positionen des Strahlablenkmittels, des Abtastpunktes auf der Oberfläche des Objekts sowie des optischen Empfangsdetektors festgelegt wird und auch die erste der beiden Schwenkachsen in dieser Ebene verlaufen kann, dass das Schwenken des Strahlablenkmittels um die zweite der beiden Schwenkachsen einer Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene entspricht, dass die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Strahlablenkmittels um die zweite Schwenkachse höher als diejenige des Strahlablenkmittels um die erste Schwenkachse gewählt wird, dass der Bereich, die Reihenfolge und die Auflösung der Erfassung der Daten von Abtastpunkten mittels einer zentralen Elektronik im Bereich der Empfangsreichweite gesteuert wird, und dass derselbe Laser-Lichtstrahl sowohl zum Messen als auch zum Anzeigen der Daten der Abtastpunkte verwendet wird.According to the invention, which relates to a method of the type mentioned above, this object is achieved in that the scanning movement of the laser beam is performed by a arranged in the beam path to two mutually perpendicular pivot axes independently pivotable Strahlablenkmittel that the plane, in which the triangulation is performed, is determined by the effective positions of the beam deflecting means, the sampling point on the surface of the object and the optical reception detector and also the first of the two pivot axes can run in this plane, that pivoting the beam deflecting means about the second of the two pivot axes a scanning movement of the beam in the triangulation plane corresponds to that the speed of the pivoting movement of the beam deflecting means about the second pivot axis is made higher than that of the beam deflecting means about the first pivot axis, that the range, the order and the resolution of the detection of the data of sampling points is controlled by means of central electronics in the range of the reception range, and that the same laser light beam is used both for measuring and for displaying the data of the sampling points.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein großer Teil der Probleme gelöst, die von unvollständiger oder falscher Datenerfassung ausgehen. Darüber hinaus zeigt das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Reihe weiterer nützlicher Eigenschaften.According to the present invention, a large part of the problems arising from incomplete or incorrect data acquisition is solved. In addition, the process of the present invention exhibits a number of other useful properties.

Eine die gestellte Aufgabe lösende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäß arbeitenden Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine kollimierte Laser-Lichtquelle vorgesehen ist, von der ein pulsmodulierter Laserstrahl ausgeht, dass zur Auslenkung des Laserstrahls zur Oberfläche des Objekts hin ein Strahlablenkmittel vorgesehen ist, das um zwei zueinander senkrecht stehende Abtastachsen schwenkbar ist, dass zum Auffangen des von einem Abtastpunkt an einer Oberflächenstelle rückgestreuten Lichts ein eindimensionaler optischer Empfangsdetektor vorgesehen ist, der in Bezug auf das Strahlablenkmittel einen feststehenden effektiven direkten Abstand hat, so dass sich zur Erzielung einer dreidimensionalen Abbildungsinformation das Prinzip der Triangulation anwenden lässt, indem sich, ausgehend von der bekannten Abstrahlrichtung, vom bekannten effektiven direkten Abstand zwischen dem Strahlablenkmittel und dem optischen Empfangsdetektor und vom Einfallswinkel des rückgestreuten Lichts abhängig detektierte Position auf dem optischen Empfangsdetektor, für jeden Abtastpunkt auf der Oberfläche des Objekts die Daten ermitteln lassen.An object solving apparatus for performing the method according to the invention is characterized in that a collimated laser light source is provided, from which a pulse-modulated laser beam emanates, that for deflecting the laser beam to the surface of the object out a Strahlablenkmittel is provided, the two is pivotable with respect to each other perpendicular scanning axes that a one-dimensional optical reception detector is provided for collecting the backscattered from a sampling point at a surface location, which has a fixed effective direct distance with respect to the Strahlablenkmittel, so that to achieve a three-dimensional imaging information, the principle of Apply triangulation by, starting from the known radiation direction, from the known effective direct distance between the beam deflecting means and the optical reception detector and the angle of incidence of the rückgestr Depending on the light dependent detected position on the optical reception detector, for each sampling point on the surface of the object can determine the data.

Hierbei ist die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, durch die effektiven Positionen des Strahlablenkmittels, des Abtastpunktes auf der Oberfläche des Objekts sowie des optischen Empfangsdetektors festgelegt, auch die erste der beiden Schwenkachsen in dieser Ebene verlaufen kann und die zweite der beiden Schwenkachsen des Strahlablenkmittels so verläuft, dass sich eine Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene ergibt.Here, the plane in which the triangulation is performed is determined by the effective positions of the beam deflecting means, the sampling point on the surface of the object and the optical reception detector, and the first of the two pivot axes can extend in this plane and the second of the two pivot axes of Beam deflection means extends so that there is a scanning movement of the beam in the Triangulationsebene.

Die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Strahlablenkmittels um die zweite Schwenkachse ist höher als diejenige des Strahlablenkmittels um die erste Schwenkachse bemessen. Der Empfangsdetektor ist zusammen mit dem Strahlablenkmittel in einem beweglichen Teil um die erste Schwenkachse schwenkbar und es ist eine zentrale Elektronik zur Steuerung des Bereichs, der Reihenfolge und der Auflösung der Erfassung der Daten von Abtastpunkten im Bereich der Empfangsreichweite vorgesehen.The speed of the pivotal movement of the beam deflection means about the second pivot axis is higher than that of the beam deflecting means about the first pivot axis. The reception detector is pivotable together with the beam deflection means in a movable part about the first pivot axis and it is a central electronics for controlling the area, the order and the Resolution of the detection of the data of sampling points in the range of the reception range provided.

Der intelligente Scanner arbeitet nach dem Prinzip der Triangulation und hat zwei senkrecht stehende Scan-Achsen sowie eine gepulste und kollimierte Laser-Lichtquelle, eine Kollimations- und eine Sammeloptik und einen 1D-Empfangsdetektor, z. B. einen PSD (Position Sensitive Detector) oder eine Zeilenkamera. Der mechanische Aufbau ermöglicht einerseits das punktweise Erfassen eines 3D-Oberflächenbereichs sowie andererseits durch geeignetes Positionieren der Scan-Achsen auch die gerichtete Anzeige eines Punktes oder einer z. B. zeilenweise aufgebauten Grafik. Dabei dient derselbe Laser-Lichtstrahl in vorteilhafter Weise sowohl zum Messen als auch zum Anzeigen.The intelligent scanner works on the principle of triangulation and has two vertical scan axes as well as a pulsed and collimated laser light source, a collimation and a collection optics and a 1D receive detector, eg. B. a PSD (Position Sensitive Detector) or a line scan camera. The mechanical structure allows on the one hand the pointwise detection of a 3D surface area and on the other hand by suitable positioning of the scan axes and the directional display of a point or a z. B. line by line graphic. In this case, the same laser light beam is used advantageously both for measuring and for displaying.

In der Triangulationsebene erfolgt eine schnelle Scan-Bewegung, beispielsweise durch ein Spiegelrad oder einen resonant betriebenen MEMS-Mikrospiegel. Dabei ist es nicht von Bedeutung, ob die Bewegung oszillierend oder gleichförmig abläuft; entscheidend ist die hinreichend genaue Kenntnis des Scan-Winkels zum Zeitpunkt der Datenerfassung oder der Datenanzeige. Die schneller als die erste Schwenkachse schwenkbare zweite Schwenkachse ist nicht positionierbar.In the triangulation plane, a fast scan movement takes place, for example by means of a mirror wheel or a resonantly operated MEMS micromirror. It does not matter if the motion is oscillating or uniform; Decisive is the sufficiently accurate knowledge of the scan angle at the time of data acquisition or data display. The faster than the first pivot axis pivotable second pivot axis is not positionable.

Um im dreidimensionalen Raum Abtastpunkte oder Anzeigepunkte anfahren zu können, gibt es gemäß der vorliegenden Erfindung die erste, langsamer schwenkbare und vorteilhaft positionierbare Schwenkachse senkrecht zur zweiten Schwenkachse. Die erste Schwenkachse wird beispielsweise mit einem positionsgeregelten Motor angetrieben. Es können also mit einem 1D-Empfangsdetektor sowie der Kenntnis der Auslenkungen der beiden Scanachsen die 3D-Positionen beliebiger Raumpunkte innerhalb des Messbereichs vermessen werden.In order to be able to approach scanning points or display points in three-dimensional space, according to the present invention there is the first, more slowly pivotable and advantageously positionable pivot axis perpendicular to the second pivot axis. The first pivot axis is driven, for example, with a position-controlled motor. Thus, with a 1D receive detector and the knowledge of the deflections of the two scan axes, the 3D positions of arbitrary spatial points within the measurement range can be measured.

Die Vorrichtung kann mobil ausgeführt werden und lässt sich sowohl handgeführt als auch automatisch, z. B. an einem Roboter, einsetzen. In diesen Fällen ist ein System zur messtaktsynchronen 3D-Posenerfassung notwendig, z. B. ein 3D-Trackingsystem, ein Messarm, eine Roboterpositionserfassung, um das Sensor-Koordinatensystem im Raum zu referenzieren. Ein feststehender Einsatz ist ebenfalls möglich, hier kann der Sensor alleine betrieben werden.The device can be carried out mobile and can be both hand-guided and automatically, for. B. on a robot, use. In these cases, a system for messtaktsynchronen 3D pose detection is necessary, for. B. a 3D tracking system, a measuring arm, a robot position detection to reference the sensor coordinate system in space. A fixed use is also possible, here the sensor can be operated alone.

Die Posenerfassung ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung; hierfür gibt es viele Systeme auf dem Markt.The pose detection is not part of the present invention; There are many systems on the market for this.

Im Datenerfassungsmodus bewegen sich entweder eine oder beide Schwenkachsen, wobei der Bewegungsraum und der Bewegungsablauf der Achsen unabhängig voneinander konfiguriert werden kann oder von einer zentralen Logik gesteuert wird. Der Triangulationsscanner nach der vorliegenden Erfindung verfügt also über eine einstellbare Region of Interest (ROI), die der Messaufgabe angepasst werden kann oder automatisch von der zentralen Elektronik optimiert werden kann. Weiterhin entscheidet die Geschwindigkeit der Achsen über die Abtastpunktdichte, so dass die ROI auch über eine einstellbare Auflösung wenigstens in einer Richtung verfügt.In data acquisition mode, either one or both of the pivot axes move, with the motion space and axis motion being independently configurable or controlled by a central logic. The triangulation scanner according to the present invention thus has an adjustable region of interest (ROI) that can be adapted to the measurement task or automatically optimized by the central electronics. Furthermore, the speed of the axes decides on the sampling point density, so that the ROI also has an adjustable resolution in at least one direction.

Die punktweise Datenerfassung hat also entscheidende Vorteile. Zum einen lässt sich so ohne Verringerung der Messrate die ROI flexibel nutzen; zum Anderen ist es möglich, bei jedem einzelnen Abtastpunkt die Laserstrahlintensität der Messaufgabe anzupassen sowie dem Messwert einen Intensitätswert zuzuordnen. Diese Intensität kann einerseits als Maß der Reflektivität als ein Grauwert interpretiert werden und eine Texturierung der Oberfläche so ermöglichen und andererseits auch als Gütewert der Messung dienen.Point-by-point data collection therefore has decisive advantages. On the one hand, the ROI can be used flexibly without reducing the measurement rate; On the other hand, it is possible to adjust the laser beam intensity of the measuring task at each individual scanning point and to assign an intensity value to the measured value. On the one hand, this intensity can be interpreted as a measure of the reflectivity as a gray value and thus enable texturing of the surface and, on the other hand, also serve as the quality value of the measurement.

Der Bereich, die Reihenfolge und die Auflösung der Datenerfassung können also von der zentralen Elektronik im Bereich der Sensorreichweite aktiv beeinflusst werden. Dies ist sowohl bei Kenntnis des zu vermessenden Objektes als auch bei unbekanntem Objekt von Vorteil.The range, the order and the resolution of the data acquisition can therefore be actively influenced by the central electronics in the range of the sensor range. This is advantageous both with knowledge of the object to be measured and with an unknown object.

Im Anzeigemodus werden beide Schwenkachsen genutzt, um ein Bild zu projizieren und/oder eine Richtung oder Position auf einer bekannten Oberfläche zu zeigen, vergleiche DE 10 2006 035 292 A1 . Dabei wird die Laserstrahlquelle so gepulst, dass die gewünschten, mittels der zweiten, also der schneller schwenkenden Schwenkachse abgetasteten Winkelbereiche belichtet werden. Die erste, also langsamere Schwenkachse wird entsprechend der gewünschten Anzeigerichtung positioniert oder so bewegt, dass sich zeilenweise ein Bild aufbauen kann. Es können allgemein Richtungen bei räumlich bekannter Projektionsfläche, auch Positionen auf dieser, oder einfache Grafiken angezeigt werden.In display mode, both pivot axes are used to project an image and / or to show a direction or position on a known surface, cf. DE 10 2006 035 292 A1 , In this case, the laser beam source is pulsed in such a way that the desired angular ranges sampled by means of the second, that is to say the faster, swiveling pivot axis are exposed. The first, ie slower pivot axis is positioned according to the desired display direction or moved so that an image can build up line by line. It is generally possible to display directions in the case of a spatially known projection surface, including positions on it, or simple graphics.

Die Anzeige kann den Benutzer durch die Messaufgabe führen, z. B. noch abzutastende Bereiche zeigen, Statusmeldungen ausgeben und vieles mehr. Speziell in der Medizintechnik kann der Laser-Scanner nach der vorliegenden Erfindung auch benutzt werden, um nach der erfolgreichen Registrierung eines Patienten im Operationssaal dem Chirurgen Einstichpunkte oder Schnittstellen anzuzeigen, z. B. in der minimal-invasiven Chirurgie. Auch in anderen Anwendungen kann die Projektion oder Anzeige von Positionen in der Realität nützlich sein. So können z. B. vor der Vermessung eines bekannten Objektes die interessierenden Messstellen markiert werden.The display can guide the user through the measuring task, e.g. B. still areas to be scanned show status messages and much more. Specifically in medical technology, the laser scanner of the present invention may also be used to display puncture points or interfaces to the surgeon following successful registration of a patient in the operating room, e.g. In minimally invasive surgery. In other applications too, the projection or display of positions in reality may be useful. So z. B. before the measurement of a known object, the measuring points of interest are marked.

Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bietet also durch die Kombination von 3D-Mess- und Anzeigefunktionen sehr vielfältige Möglichkeiten zur interaktiven Benutzerführung. Speziell in der Medizintechnik kann dieser Funktionsumfang sehr gut genutzt werden, aber auch viele andere Bereiche bieten sich an. The method according to the present invention thus offers a very wide range of possibilities for interactive user guidance by the combination of 3D measurement and display functions. This range of functions can be used very well, especially in medical technology, but many other areas are also suitable.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch folgende Merkmale und Vorteile aus.The present invention is characterized by the following features and advantages.

Das eindimensionale Funktionsprinzip der Laser-Triangulation wird durch die Abtastbewegung der beiden Schwenkachsen dahingehend erweitert, dass 3D-Koordinaten von Punkten auf einer 3D-Oberfläche eines Objektes erfasst werden können. Durch die schnelle Abtastbewegung in der Triangulationsebene wird das Prinzip um eine Dimension erweitert. Der 1D-Detektor hinter einer Sammeloptik, z. B. einer Zeilenkamera oder einem PSD, liefert den ersten Messwert, die Winkelauslenkung der schnellen Schwenkachse den zweiten.The one-dimensional functional principle of laser triangulation is extended by the scanning movement of the two pivot axes in such a way that 3D coordinates of points on a 3D surface of an object can be detected. The fast scanning movement in the triangulation plane extends the principle by one dimension. The 1D detector behind a collection optics, z. B. a line scan camera or a PSD, provides the first measured value, the angular displacement of the fast pivot axis the second.

Der dadurch entstehende zweidimensionale Messbereich ist die Schnittfläche zwischen Sichtbereich der Detektoroptik und dem Abtastbereich des Laserstrahls. Die langsamere Abtastbewegung dreht den vorstehend beschriebenen Triangulationsscanner senkrecht zu seiner Schwenkachse und ermöglicht so die Erfassung der dritten Dimension des Abtastpunktes.The resulting two-dimensional measuring range is the sectional area between the viewing area of the detector optics and the scanning area of the laser beam. The slower scan motion rotates the above-described triangulation scanner perpendicular to its pivot axis, thus enabling detection of the third dimension of the sample point.

Durch die unabhängige Ansteuerung der beiden Schwenkachsen lässt sich der Messbereich des Sensors auf bestimmte Raumsektoren beschränken (ROI; Region of Interest), ohne dass sich die Messrate verringert, die durch den Messtakt des 1D-Empfangsdetektors bestimmt wird. Die Auflösung der Messung in den Abtastrichtungen ist ebenfalls unabhängig von der Messrate durch Wahl der Geschwindigkeiten der Abtastbewegungen frei einstellbar. Es ist kein Verfahren und keine Vorrichtung bekannt, die diese Funktionalitäten bieten.Independent control of the two swivel axes allows the measuring range of the sensor to be limited to specific ROI (Region of Interest) without reducing the measuring rate, which is determined by the measuring clock of the 1D reception detector. The resolution of the measurement in the scanning directions is also freely adjustable independently of the measuring rate by selecting the speeds of the scanning movements. There is no known method and apparatus that provide these functionalities.

Es besteht die Möglichkeit, neben der Datenerfassung auch positions- und/oder richtungsgebundene Informationen in der Realität darzustellen. Dabei wird die gleiche Technik wie bei der Datenerfassung genutzt; es sind also keine zusätzlichen Komponenten erforderlich.It is possible, in addition to data acquisition, also to represent position and / or directional information in reality. The same technique is used as for data acquisition; So there are no additional components required.

Durch Kombination der Bewegungen der beiden Schwenkachsen und entsprechend gepulstem Laser ist auch die Darstellung von Grafiken möglich. Diese Funktion kann unabhängig von der Datenerfassung benutzt werden, z. B. um Ergebnisse anzuzeigen, kann aber auch den Benutzer während der Datenerfassung leiten. Auch eine gleichzeitige Anzeige und Datenerfassung ist möglich. In DE 10 2006 035 292 A1 wird eine solches Anzeigevorrichtung vorgestellt, welche hier um die Funktion der Datenerfassung erweitert ist.By combining the movements of the two pivot axes and a correspondingly pulsed laser, it is also possible to display graphics. This function can be used independently of the data acquisition, eg. For example, to display results, but may also guide the user during data collection. A simultaneous display and data acquisition is possible. In DE 10 2006 035 292 A1 is presented such a display device, which is extended here to the function of data acquisition.

Durch den auf zwei Dimensionen erweiterten Messbereich der Triangulation mittels der schnelleren Schwenkachse entsteht als Messbereich eine relativ große Fläche. Die optische Abbildung auf den Empfangsdetektor ist daher meist unscharf. Bei Verwendung eines Lasers als kollimierte Lichtquelle können bei Messungen auf relativ zur Laserwellenlänge rauen Oberflächen starke Interferenzeffekte (Speckles) das Bild auf dem Empfangsdetektor stark verrauschen. Der Effekt wird durch Unschärfe verstärkt.The measuring range of the triangulation, which is extended to two dimensions by means of the faster swivel axis, results in a relatively large area as the measuring area. The optical image on the reception detector is therefore usually blurred. When using a laser as a collimated light source, interference measurements on surfaces that are rough relative to the laser wavelength can cause strong interference effects (speckles) to heavily obscure the image on the receive detector. The effect is enhanced by blurring.

Zur Vermeidung dieses Problems wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Speckle-reduzierte Lichtquelle verwendet, die einen breiteren Wellenlängenbereich abdeckt als Laserlicht in üblicher Weise und zudem weniger kohärent ist. In Betracht kommen Superluminiszenzdioden (SLD) oder deutlich unter Nennleistung betriebene Hochleistungslaserdioden.To avoid this problem, according to an advantageous embodiment of the invention, a speckle-reduced light source is used, which covers a wider wavelength range than laser light in a conventional manner and is also less coherent. Superluminescent diodes (SLD) or high power laser diodes well below rated power are possible.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung sind in den sich auf den Patentanspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbeziehenden Ansprüchen angegeben.Advantageous and expedient developments and refinements of the method according to the present invention are specified in the claims which relate directly or indirectly to claim 1.

Eine besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Medizintechnik, insbesondere bei minimal-invasiven chirurgischen Eingriffen. Es ist eine einfache, auch interaktiv geführte Patientenregistrierung möglich, wobei eine Anzeige von die Operation betreffenden Informationen erhalten wird.A particularly advantageous application of the method according to the present invention is in medical technology, especially in minimally invasive surgical procedures. A simple, even interactive patient registration is possible with an indication of surgery related information.

Die vorliegende Erfindung ist aber auch zur Anwendung in der Industrie und im Gewerbe gut geeignet, z. B. im Zusammenhang mit interaktiv geführten Vermessungs- und Kontrollaufgaben, mit der Anzeige von Messpositionen, mit einer halbautomatischen Datenerfassung durch automatisch optimierten Messbereich oder mit einer vollautomatischen Datenerfassung und Anzeige.The present invention is also well suited for use in industry and commerce, for. In connection with interactively guided surveying and control tasks, with the display of measuring positions, with semi-automatic data acquisition through automatically optimized measuring range or with fully automatic data acquisition and display.

Die Erfindung wird nachfolgend im Einzelnen anhand eines in einer Figur schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispiels einer Sensorvorrichtung zur Abtastung einer Objektoberfläche erläutert.The invention will be explained in detail below with reference to an advantageous embodiment of a sensor device for scanning an object surface shown schematically in a figure.

In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einer ersten Variante eine kollimierte Laser-Lichtquelle 1a in einem feststehenden Teil 2 der Sensorvorrichtung untergebracht. In einer zweiten Variante ist eine kollimierte Laser-Lichtquelle 1b in einem beweglichen Teil 3 der Sensorvorrichtung untergebracht. Bei der ersten Variante tritt der in der Laser-Lichtquelle 1a erzeugte Messlichtstrahl durch eine Hohlwelle 4 eines Antriebsmotors 5 koaxial in den beweglichen Teil 3 ein und beleuchtet dort eine sich mit dem beweglichen Teil um eine erste Schwenkachse 6 mitdrehende Ablenkeinheit 7, die um eine senkrecht zur Schwenkachse 6 verlaufende, zweite Schwenkachse 8 schwenkbar ist. In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die erste Schwenkachse 6 in der Zeichenebene und die zweite Schwenkachse 8 senkrecht durch die Zeichenebene hindurch.In the embodiment shown in the figure, in a first variant, a collimated laser light source 1a in a fixed part 2 housed the sensor device. In a second variant is a collimated laser light source 1b in a moving part 3 housed the sensor device. In the first variant occurs in the laser light source 1a generated measurement light beam through a hollow shaft 4 a drive motor 5 coaxial with the moving part 3 a there and illuminated one with the moving part about a first pivot axis 6 co-rotating deflection unit 7 , which is perpendicular to the pivot axis 6 extending, second pivot axis 8th is pivotable. In the embodiment shown in the figure, the first pivot axis runs 6 in the drawing plane and the second pivot axis 8th perpendicular through the drawing plane.

Bei der zweiten Variante wird das um die Schwenkachse 8 schwenkbare Ablenkmittel 7 von dem in der Laser-Lichtquelle 1b erzeugten Messlichtstrahl aus beleuchtet, wobei eine koaxiale Position der Laser-Lichtquelle 1b auf der Schwenkachse 6 nicht unbedingt notwendig ist. Die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Schwenkachse 8 ist erheblich höher bemessen als die Winkelgeschwindigkeit der ersten Schwenkachse 6.In the second variant, this is about the pivot axis 8th pivotable deflection means 7 from that in the laser light source 1b produced measuring light beam from, wherein a coaxial position of the laser light source 1b on the pivot axis 6 not absolutely necessary. The angular velocity of the second pivot axis 8th is considerably higher than the angular velocity of the first pivot axis 6 ,

Der vom Ablenkmittel 7 abgelenkte Messlichtstrahl überstreicht infolge der Schwenkung des Ablenkmittels 7 um seine Schwenkachse 8 einen Abtastbereich 9 und trifft auf die zu vermessende Oberfläche 10 eines Objekts 11 in einem Punkt P an der Oberflächenstelle 12 auf. Die Schwenkachse 8 ist dabei im dargestellten Beispiel um einen Winkel α aus ihrer zentralen Ruhelage ausgelenkt. Das von der Oberfläche 10 des Objekts 11 im Punkt P diffus reflektierte Messlicht wird von einer Sammeloptik 13 gebündelt auf einen Empfangsdetektor 14 abgebildet. Als Empfangsdetektor 14 kann z. B. eine Zeilenkamera oder ein analoger PSD (Position Sensitive Detector) verwendet werden.The of the deflection 7 deflected measuring light beam sweeps as a result of the pivoting of the deflection means 7 around its pivot axis 8th a scanning area 9 and hits the surface to be measured 10 an object 11 at a point P at the surface location 12 on. The pivot axis 8th is deflected in the example shown by an angle α from its central rest position. That from the surface 10 of the object 11 Measurement light diffusely reflected at point P is obtained from a collection optics 13 bundled on a reception detector 14 displayed. As a reception detector 14 can z. As a line scan camera or an analog PSD (Position Sensitive Detector) can be used.

Der Empfangsdetektor 14 liefert das Bild (falls Zeilenkamera) bzw. den Auftreffpunkt des gesammelten Lichtes als Koordinate x (falls analoges PSD) an eine zentrale Elektronik 15. Im Falle einer Zeilenkamera als Empfangsdetektor 14 muss in der zentralen Elektronik 15 die Koordinate x aus dem Bild ermittelt werden. Zusammen mit dem Auslenkwinkel α der zweiten, schnellen Schwenkachse 8 ist nun der Abtastpunkt P in der Triangulationsebene bestimmt. Die Triangulationsebene ist durch die effektiven Positionen der Ablenkeinheit 8, des Abtastpunktes P auf der Oberfläche 10 des Objekts 11 sowie des optischen Empfangsdetektors 14 festgelegt. Die erste Schwenkachse 6 liegt in dieser Triangulationsebene.The reception detector 14 provides the image (if line camera) or the point of impact of the collected light as coordinate x (if analog PSD) to a central electronics 15 , In the case of a line scan camera as a receive detector 14 must be in the central electronics 15 the coordinate x can be determined from the image. Together with the deflection angle α of the second, fast pivot axis 8th Now the sampling point P is determined in the triangulation plane. The triangulation plane is determined by the effective positions of the deflection unit 8th , the sampling point P on the surface 10 of the object 11 and the optical reception detector 14 established. The first pivot axis 6 lies in this triangulation level.

Mittels des Antriebsmotors 5 kann die Schwenkachse 6 und damit der bewegliche Teil 3 samt der Ablenkeinheit 7, der Sammeloptik 13 und dem Empfangsdetektor 14 um einen Winkel β in Bezug auf den feststehenden Teil 2 ausgelenkt werden. Der Bewegungsablauf ist dabei beliebig. Der Antriebsmotor 5 ist über einen Drehgeber 16 positionsgeregelt, der im dargestellten Ausführungsbeispiel auf der dem Antriebsmotor 5 abgewandten Seite des feststehenden Teils 2 angebracht ist, jedoch auch auf der Seite des Antriebsmotors 5 angebracht werden kann oder im Antriebsmotor 5 selbst integriert sein kann. Der Drehgeber 16 liefert die dritte Koordinate β des Abtastpunktes P(α, x, β).By means of the drive motor 5 can the pivot axis 6 and therefore the moving part 3 including the deflection unit 7 , the collection optics 13 and the reception detector 14 at an angle β with respect to the fixed part 2 be deflected. The movement is arbitrary. The drive motor 5 is via a rotary encoder 16 position-controlled, in the illustrated embodiment on the drive motor 5 opposite side of the fixed part 2 is attached, but also on the side of the drive motor 5 can be attached or in the drive motor 5 itself can be integrated. The encoder 16 provides the third coordinate β of the sampling point P (α, x, β).

Die Daten- und Energieübertragung zwischen dem feststehenden Teil 2 und dem beweglichen Teil 3 kann über Kabel (bei limitiertem Bewegungsraum des Schwenkwinkels β der Schwenkachse 6), über Schleifkontakte oder berührungslos vorgenommen werden. Die Ablenkeinheit 7 bildet infolge ihrer Abtastbewegungsfähigkeit zusammen mit dem beweglichen Teil 3 ein einfaches Strahlablenkmittel um die beiden Achsen 6 und 8 für eine zweidimensionale Abtastung der Oberfläche 10 des Objekts 11.The data and energy transfer between the fixed part 2 and the moving part 3 Can via cable (with limited range of movement of the pivot angle β of the pivot axis 6 ), be made via sliding contacts or non-contact. The deflection unit 7 forms together with the moving part due to its scanning ability 3 a simple beam deflecting device around the two axes 6 and 8th for a two-dimensional scan of the surface 10 of the object 11 ,

Die zentrale Elektronik 15 koordiniert den Messablauf und ordnet jeder Messung einen Zeitstempel zu. Ein Datensatz besteht aus den Koordinaten α, β und x sowie dem Zeitstempel und der Laserintensität Pi. Über eine Datenschnittstelle 17, 18 werden die Messdaten zusammen mit eventuellen Statusinformationen ausgegeben und Steuerkommandos und Anzeigeinformationen empfangen.The central electronics 15 coordinates the measurement process and assigns a timestamp to each measurement. A data set consists of the coordinates α, β and x as well as the time stamp and the laser intensity Pi. Via a data interface 17 . 18 the measurement data are output together with any status information and receive control commands and display information.

Innerhalb der Sensorvorrichtung übernimmt die zentrale Elektronik 15 folgende Aufgaben:

  • • Generieren eines Messtaktes und Ansteuern und Auslesen des Empfangsdetektors 14 im Messtakt sowie im Fall eines digitalen Empfangsdetektors 14 die Generierung der Koordinate x aus den Bilddaten;
  • • die Positionsregelung des die Schwenkachse 6 und damit den beweglichen Teil 3 antreibenden Antriebsmotors 5 über den Drehgeber 16 sowie zum Messtakt synchrones Auslesen des Auslenkwinkels β;
  • • die Steuerung der schnellen Schwenkachse 8 sowie zum Messtakt synchrones Auslesen des Auslenkwinkels α;
  • • die Intensitätsregelung und Pulsung der Laser-Lichtquelle 1a bzw. 1b, ausgehend von der Intensität des am Empfangsdetektor 14 empfangenen Lichtes oder in Abhängigkeit von von außen vorgegebenen Werten; und
  • • im Anzeigemodus die Ansteuerung der Schwenkachsen 6 und 8 sowie die Pulsung der Laser-Lichtquelle 1a bzw. 1b, um ein von außen übermitteltes Bild darzustellen.
Within the sensor device takes over the central electronics 15 the following tasks:
  • Generating a measuring cycle and driving and reading the reception detector 14 in the measuring cycle as well as in the case of a digital reception detector 14 the generation of the coordinate x from the image data;
  • • the position control of the swivel axis 6 and thus the moving part 3 driving drive motor 5 via the rotary encoder 16 as well as the measuring cycle synchronous reading of the deflection angle β;
  • • the control of the fast swivel axis 8th as well as the measuring cycle synchronous reading of the deflection angle α;
  • • the intensity control and pulsing of the laser light source 1a respectively. 1b , based on the intensity of the reception detector 14 received light or depending on externally given values; and
  • • In display mode, the control of the swivel axes 6 and 8th as well as the pulsation of the laser light source 1a respectively. 1b to represent an image transmitted from outside.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1a, 1b1a, 1b
Laser-LichtquelleLaser light source
22
Feststehender TeilFixed part
33
Beweglicher TeilMoving part
44
Hohlwellehollow shaft
55
Antriebsmotordrive motor
66
Erste SchwenkachseFirst pivot axis
77
AblenkeinheitDeflector
88th
Zweite SchwenkachseSecond pivot axis
99
Abtastbereichscanning
1010
Oberflächesurface
1111
Objektobject
1212
Oberflächenstellesurface location
1313
Sammeloptikcollection optics
1414
Empfangsdetektorreceiving detector
1515
Zentrale ElektronikCentral electronics
1616
Drehgeberencoders
17, 1817, 18
DatenschnittstelleData Interface
αα
Winkelangle
ββ
Winkelangle
Pipi
Laserstrahlintensitätlaser beam intensity
xx
Koordinatecoordinate

Claims (11)

Verfahren zum Abtasten der dreidimensionalen Oberfläche eines Objekts mittels eines Laser-Scanners, dessen von einer Lichtquelle ausgehender, pulsmodulierter Laserstrahl einer Abtastbewegung unterworfen wird und danach entsprechend dieser Abtastbewegung auf der Oberfläche des Objekts an einem Abtastpunkt auftrifft, von dem er rückgestreut und als Streulicht in einem optischen Empfangsdetektor erfasst wird, wobei dann zur Erzielung einer dreidimensionalen Abbildungsinformation das Prinzip der Triangulation angewandt wird, indem, ausgehend von der bekannten Abstrahlrichtung, vom bekannten direkten Abstand zwischen der Lichtquelle und dem optischen Empfangsdetektor und vom Einfallswinkel des rückgestreuten Lichts abhängig, bestimmte Koordinaten (x) auf dem optischen Empfangsdetektor, für jeden Abtastpunkt auf der Oberfläche des Objekts die Daten ermittelt werden, wobei die Abtastbewegung des Laserstrahls durch ein im Strahlverlauf angeordnetes, um zwei zueinander senkrecht stehende Schwenkachsen (6, 8) voneinander unabhängig schwenkbares Strahlablenkmittel (7) vorgenommen wird, dass die Ebene, in welcher die Triangulation vorgenommen wird, durch die effektiven Positionen des Strahlablenkmittels, des Abtastpunktes (P) auf der Oberfläche (10) des Objekts (11) sowie des optischen Empfangsdetektors (14) festgelegt wird und auch die erste (6) der beiden Schwenkachsen in dieser Ebene verlaufen kann, dass das Schwenken des Strahlablenkmittels um die zweite (8) der beiden Schwenkachsen einer Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene entspricht, und dass der Bereich, die Reihenfolge und die Auflösung der Erfassung der Daten von Abtastpunkten (P) mittels einer zentralen Elektronik (15) im Bereich der Empfangsreichweite gesteuert wird, derselbe Laser-Lichtstrahl sowohl zum Messen als auch zum Anzeigen der Daten der Abtastpunkte (P) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Schwenkbewegung des Strahlablenkmittels um die zweite Schwenkachse (8) höher als diejenige des Strahlablenkmittels um die erste Schwenkachse (6) gewählt wird, derselbe Laser-Lichtstrahl sowohl zum Messen als auch zum Anzeigen der Daten der Abtastpunkte (P) verwendet wird, neben der Datenerfassung auch positions- und/oder richtungsgebundene Informationen in der Realität dargestellt werden, wobei die gleiche Technik wie bei der Datenerfassung genutzt wird, ohne dass zusätzliche Komponenten erforderlich sind, indem im Anzeigemodus beide Schwenkachsen (6, 8) genutzt werden, um ein Bild zu projizieren und/oder eine Richtung oder Position auf einer bekannten Oberfläche zu zeigen und die Laserstrahlquelle (1a, 1b) so gepulst wird, dass die gewünschten, mittels der zweiten, also der schneller schwenkenden Schwenkachse (8) abgetasteten Winkelbereiche belichtet werden und dass die erste, also langsamere Schwenkachse (6) entsprechend der gewünschten Anzeigerichtung positioniert oder so bewegt wird, dass sich zeilenweise ein Bild aufbauen kann.A method of scanning the three-dimensional surface of an object by means of a laser scanner whose pulse-modulated laser beam emanating from a light source is subjected to a scanning movement and then, according to this scanning movement, impinges on the surface of the object at a scanning point from which it is backscattered and scattered as scattered light optical reception detector is detected, in which case the principle of triangulation is applied to obtain a three-dimensional imaging information by, starting from the known radiation direction, from the known direct distance between the light source and the optical reception detector and the angle of incidence of the backscattered light depends on certain coordinates (x ) are detected on the optical reception detector, the data for each sampling point on the surface of the object, wherein the scanning movement of the laser beam through a arranged in the beam path to two mutually perpendicular Swivel axes ( 6 . 8th ) independently pivotable Strahlablenkmittel ( 7 ), the plane in which the triangulation is made is determined by the effective positions of the beam deflecting means, the sampling point (P) on the surface ( 10 ) of the object ( 11 ) and the optical reception detector ( 14 ) and also the first ( 6 ) of the two pivot axes can extend in this plane that the pivoting of the beam deflecting means to the second ( 8th ) of the two pivot axes corresponds to a scanning movement of the beam in the triangulation plane, and that the area, the order and the resolution of the acquisition of the data from sample points (P) by means of central electronics ( 15 ) is controlled in the range of the reception range, the same laser light beam is used both for measuring and for displaying the data of the sampling points (P), characterized in that the speed of the pivoting movement of the beam deflecting means about the second pivot axis ( 8th ) higher than that of the beam deflection means about the first pivot axis ( 6 ), the same laser light beam is used both for measuring and for displaying the data of the sampling points (P), in addition to the data acquisition, positional and / or directional information is displayed in reality, the same technique as in the data acquisition is used without the need for additional components, in display mode, both swivel axes ( 6 . 8th ) are used to project an image and / or to show a direction or position on a known surface and the laser beam source ( 1a . 1b ) is pulsed so that the desired, by means of the second, that is the faster pivoting pivot axis ( 8th ) are scanned angular ranges and that the first, so slower pivot axis ( 6 ) is positioned according to the desired display direction or moved so that a picture can build up line by line. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die momentanen Abtastwinkel (α, β) des Laserstrahls durch Erfassung des momentanen Schwenkwinkels der beiden Schwenkachsen (8, 6) des Strahlablenkmittels (7) zum Zeitpunkt der Datenerfassung und/oder der Datenanzeige in der zentralen Elektronik (15) registriert werden.A method according to claim 1, characterized in that the instantaneous scanning angle (α, β) of the laser beam by detecting the instantaneous pivot angle of the two pivot axes ( 8th . 6 ) of the beam deflecting means ( 7 ) at the time of the data acquisition and / or the data display in the central electronics ( 15 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schwenkachse (8), also die die Abtastbewegung des Strahls in der Triangulationsebene erzeugende Achse des Strahlablenkmittels nicht positioniert wird.Method according to claim 1, characterized in that the second pivot axis ( 8th ), That is, the scanning movement of the beam in the triangulation plane generating axis of the beam deflecting means is not positioned. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Datenerfassungsmodus entweder eine oder beide Schwenkachsen (6, 8) bewegen, wobei der Bewegungsraum und der Bewegungsablauf der Achsen unabhängig voneinander konfiguriert oder von der zentralen Elektronik (15) gesteuert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the data acquisition mode either one or both pivot axes ( 6 . 8th ), whereby the movement space and the movement sequence of the axes are configured independently of each other or by the central electronics ( 15 ) to be controlled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem einzelnen Abtastpunkt (P) die Laserstrahlintensität der Messaufgabe angepasst wird und dass dem empfangsseitig erfassten Messwert ein Intensitätswert zugeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at each individual sampling point (P), the laser beam intensity of the measuring task is adjusted and that the receiving side detected measured value is assigned an intensity value. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Benutzer mittels der Anzeige durch eine Messaufgabe geführt wird, indem noch abzutastende Bereiche gezeigt werden, Statusmeldungen ausgegeben werden.A method according to claim 1, characterized in that a user is guided by the display by a measuring task by still scanned areas are shown, status messages are issued. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass speziell in der Medizintechnik die Abtastung mittels des Laser-Scanners benutzt wird, um nach einer erfolgreichen Registrierung eines Patienten im Operationssaal einem Chirurgen Einstichpunkte oder Schnittstellen anzuzeigen. A method according to claim 6, characterized in that in medical technology in particular the scanning by means of the laser scanner is used to display a successful registration of a patient in the operating room to a surgeon puncture points or interfaces. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vermessung eines bekannten Objektes mittels des Laser-Scanners interessierende Messstellen markiert werden.A method according to claim 6, characterized in that are marked prior to the measurement of a known object by means of the laser scanner measuring points of interest. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Elektronik (15) den Messablauf koordiniert und jeder Messung einen Zeitstempel t zuordnet, wobei ein Datensatz für einen Abtastpunkt (P) aus den Schwenkwinkelkoordinaten (α, β) der beiden Schwenkachsen (8, 6) und der auf Triangulation basierenden Abstandskoordinate (x) sowie einem Zeitstempel und der Laserstrahlintensität (Pi) besteht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the central electronics ( 15 ) coordinates the measurement process and assigns a time stamp t to each measurement, wherein a data record for a sampling point (P) is determined from the pivot angle coordinates (α, β) of the two pivot axes (FIG. 8th . 6 ) and the triangulation-based distance coordinate (x) and a time stamp and the laser beam intensity (Pi). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Datenschnittstelle (17, 18) die Messdaten zusammen mit eventuellen Statusinformationen ausgegeben und Steuerkommandos und Anzeigeinformationen empfangen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that via a data interface ( 17 . 18 ) the measurement data is output together with any status information and control commands and display information are received. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Elektronik (15) folgende Aufgaben übernimmt: a) Generieren eines Messtaktes und Ansteuern und Auslesen des Empfangsdetektors (14) im Messtakt sowie im Fall eines digitalen Empfangsdetektors die Generierung der die Strahlstreckenlänge betreffenden Koordinate (x) aus den Bilddaten; b) die Positionsregelung des die erste Schwenkachse (6) und damit den beweglichen Teil (3) antreibenden Antriebsmotors (5) über einen Drehgeber (16) sowie zum Messtakt synchrones Auslesen des durch die erste Schwenkachse (6) bestimmten Auslenkwinkels (β); c) die Steuerung der zweiten, schnellen Schwenkachse (8) sowie zum Messtakt synchrones Auslesen des durch die zweite Schwenkachse (8) bestimmten Auslenkwinkels (α); d) die Intensitätsregelung und Pulsung der Laser-Lichtquelle (1a bzw. 1b), ausgehend von der Intensität des am Empfangsdetektor (14) empfangenen Lichtes oder in Abhängigkeit von von außen vorgegebenen Werten; und e) im Anzeigemodus die Ansteuerung der Schwenkachsen (6, 8) sowie die Pulsung der Laser-Lichtquelle (1a bzw. 1b), um ein von außen übermitteltes Bild darzustellen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the central electronics ( 15 ) performs the following tasks: a) Generating a measuring cycle and driving and reading the reception detector ( 14 ) in the measuring clock and, in the case of a digital reception detector, the generation of the coordinate (x) concerning the beam path length from the image data; b) the position control of the first pivot axis ( 6 ) and thus the moving part ( 3 ) driving the drive motor ( 5 ) via a rotary encoder ( 16 ) as well as the measuring cycle synchronous reading of the through the first pivot axis ( 6 ) certain deflection angle (β); c) the control of the second, fast pivot axis ( 8th ) as well as the measuring cycle synchronous reading of the by the second pivot axis ( 8th ) certain deflection angle (α); d) the intensity control and pulsing of the laser light source ( 1a respectively. 1b ), based on the intensity of the received detector ( 14 ) received light or in dependence on externally given values; and e) in the display mode, the control of the pivot axes ( 6 . 8th ) as well as the pulsation of the laser light source ( 1a respectively. 1b ) to represent an image transmitted from the outside.
DE102008039838A 2008-08-27 2008-08-27 Method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a light beam scanner Active DE102008039838B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008039838A DE102008039838B4 (en) 2008-08-27 2008-08-27 Method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a light beam scanner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008039838A DE102008039838B4 (en) 2008-08-27 2008-08-27 Method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a light beam scanner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008039838A1 DE102008039838A1 (en) 2010-03-04
DE102008039838B4 true DE102008039838B4 (en) 2011-09-22

Family

ID=41605741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008039838A Active DE102008039838B4 (en) 2008-08-27 2008-08-27 Method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a light beam scanner

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008039838B4 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8276286B2 (en) 2010-01-20 2012-10-02 Faro Technologies, Inc. Display for coordinate measuring machine
US8284407B2 (en) 2010-01-20 2012-10-09 Faro Technologies, Inc. Coordinate measuring machine having an illuminated probe end and method of operation
CN102822692A (en) * 2010-04-13 2012-12-12 莱卡地球系统公开股份有限公司 Coordinate measuring device having automatic target detection
US8615893B2 (en) 2010-01-20 2013-12-31 Faro Technologies, Inc. Portable articulated arm coordinate measuring machine having integrated software controls
US8630314B2 (en) 2010-01-11 2014-01-14 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for synchronizing measurements taken by multiple metrology devices
US8677643B2 (en) 2010-01-20 2014-03-25 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
US8832954B2 (en) 2010-01-20 2014-09-16 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
US8875409B2 (en) 2010-01-20 2014-11-04 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
US8898919B2 (en) 2010-01-20 2014-12-02 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machine with distance meter used to establish frame of reference
US8997362B2 (en) 2012-07-17 2015-04-07 Faro Technologies, Inc. Portable articulated arm coordinate measuring machine with optical communications bus
US9168654B2 (en) 2010-11-16 2015-10-27 Faro Technologies, Inc. Coordinate measuring machines with dual layer arm
CN110596678A (en) * 2019-09-26 2019-12-20 威海北洋电气集团股份有限公司北京分公司 Three-dimensional space scanning resolution improving method based on multi-beam multiplexing
DE102021132185A1 (en) 2021-12-07 2023-06-07 Sener Cicek System and method for processing a component

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006031580A1 (en) 2006-07-03 2008-01-17 Faro Technologies, Inc., Lake Mary Method and device for the three-dimensional detection of a spatial area
US9551575B2 (en) 2009-03-25 2017-01-24 Faro Technologies, Inc. Laser scanner having a multi-color light source and real-time color receiver
DE102009015920B4 (en) 2009-03-25 2014-11-20 Faro Technologies, Inc. Device for optically scanning and measuring an environment
DE102009057101A1 (en) 2009-11-20 2011-05-26 Faro Technologies, Inc., Lake Mary Device for optically scanning and measuring an environment
US9210288B2 (en) 2009-11-20 2015-12-08 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional scanner with dichroic beam splitters to capture a variety of signals
US9529083B2 (en) 2009-11-20 2016-12-27 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional scanner with enhanced spectroscopic energy detector
US9113023B2 (en) 2009-11-20 2015-08-18 Faro Technologies, Inc. Three-dimensional scanner with spectroscopic energy detector
US9163922B2 (en) 2010-01-20 2015-10-20 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machine with distance meter and camera to determine dimensions within camera images
US9607239B2 (en) 2010-01-20 2017-03-28 Faro Technologies, Inc. Articulated arm coordinate measurement machine having a 2D camera and method of obtaining 3D representations
US9879976B2 (en) 2010-01-20 2018-01-30 Faro Technologies, Inc. Articulated arm coordinate measurement machine that uses a 2D camera to determine 3D coordinates of smoothly continuous edge features
GB2490631B (en) 2010-01-20 2016-11-02 Faro Tech Inc Portable articulated arm coordinate measuring machine with multi-bus arm technology
US9628775B2 (en) 2010-01-20 2017-04-18 Faro Technologies, Inc. Articulated arm coordinate measurement machine having a 2D camera and method of obtaining 3D representations
DE102010020925B4 (en) 2010-05-10 2014-02-27 Faro Technologies, Inc. Method for optically scanning and measuring an environment
DE102010024407B4 (en) 2010-06-19 2017-03-30 Chronos Vision Gmbh Method and device for determining the position of the eye
DE112011102995B4 (en) * 2010-09-08 2016-05-19 Faro Technologies Inc. Laser scanner or laser tracking device with a projector
US9204129B2 (en) * 2010-09-15 2015-12-01 Perceptron, Inc. Non-contact sensing system having MEMS-based light source
ES2381350B2 (en) * 2010-10-29 2012-11-21 Universidad De Málaga 3D TELEMETER AND OBTAINING PROCEDURE BY HEADING A 2D LASER TELEMETER AROUND YOUR OPTICAL CENTER.
DE102012100609A1 (en) 2012-01-25 2013-07-25 Faro Technologies, Inc. Device for optically scanning and measuring an environment
US20140016113A1 (en) * 2012-07-13 2014-01-16 Microsoft Corporation Distance sensor using structured light
US10067231B2 (en) 2012-10-05 2018-09-04 Faro Technologies, Inc. Registration calculation of three-dimensional scanner data performed between scans based on measurements by two-dimensional scanner
DE102012109481A1 (en) 2012-10-05 2014-04-10 Faro Technologies, Inc. Device for optically scanning and measuring an environment
US9513107B2 (en) 2012-10-05 2016-12-06 Faro Technologies, Inc. Registration calculation between three-dimensional (3D) scans based on two-dimensional (2D) scan data from a 3D scanner
DE102012113021A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 GOM - Gesellschaft für Optische Meßtechnik mbH Measuring instrument for three-dimensional visual measuring of dark objects, has projection unit arranged on pattern generator for topometric analysis of wide-band laser light radiation backscattered from object
EP2827099A1 (en) 2013-07-16 2015-01-21 Leica Geosystems AG Laser tracker with target searching functionality
EP2980528A1 (en) 2014-08-01 2016-02-03 HILTI Aktiengesellschaft Tracking method and tracking system
FR3043194B1 (en) * 2015-11-02 2019-04-19 Mesure-Systems3D THREE-DIMENSIONAL CONTACTLESS CONTROL DEVICE FOR TURBOMACHINE, ESPECIALLY FOR AIRCRAFT REACTOR OR TURBINE
DE102015122844A1 (en) 2015-12-27 2017-06-29 Faro Technologies, Inc. 3D measuring device with battery pack
CN110345862A (en) * 2018-04-01 2019-10-18 深圳慎始科技有限公司 A kind of non-slip-ring type rotary color three-dimensional modeling apparatus
CN108318507A (en) * 2018-05-11 2018-07-24 广西钟山县天顺石材有限公司 A kind of stone plate surface detection device
CN114593691A (en) * 2020-12-04 2022-06-07 长安大学 Method and device capable of realizing single-line laser reconstruction of three-dimensional scene
CN112958958B (en) * 2021-02-08 2023-03-21 西安知象光电科技有限公司 MEMS micro-mirror scanning and line scanning mixed laser welding seam scanning device and scanning method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5198877A (en) * 1990-10-15 1993-03-30 Pixsys, Inc. Method and apparatus for three-dimensional non-contact shape sensing
DE10026357A1 (en) * 2000-05-27 2002-01-31 Martin Argast Optoelectronic device used with hand drilling machine, determines and displays structural and geometry data of object surface
US20040201856A1 (en) * 2002-12-31 2004-10-14 Henley Quadling Laser digitizer system for dental applications
US20080084541A1 (en) * 2006-10-06 2008-04-10 Ming Lai Ophthalmic system and method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4142702A1 (en) 1991-12-21 1993-06-24 Leuze Electronic Gmbh & Co Laser scanning equipment of three=dimensional objects - has output of laser directed by combination of rotating polygon mirror and oscillating plain mirror onto object
GB2292605B (en) 1994-08-24 1998-04-08 Guy Richard John Fowler Scanning arrangement and method
GB2374743A (en) 2001-04-04 2002-10-23 Instro Prec Ltd Surface profile measurement
EP2278271B1 (en) 2005-03-11 2012-05-23 Creaform Inc. Auto-referenced system and apparatus for three-dimensional scanning
US7609875B2 (en) 2005-05-27 2009-10-27 Orametrix, Inc. Scanner system and method for mapping surface of three-dimensional object
DE102006035292B4 (en) 2006-07-26 2010-08-19 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and system for transferring position-related information from a virtual to an actual reality and for displaying this information in the actual reality and use of such a system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5198877A (en) * 1990-10-15 1993-03-30 Pixsys, Inc. Method and apparatus for three-dimensional non-contact shape sensing
DE10026357A1 (en) * 2000-05-27 2002-01-31 Martin Argast Optoelectronic device used with hand drilling machine, determines and displays structural and geometry data of object surface
US20040201856A1 (en) * 2002-12-31 2004-10-14 Henley Quadling Laser digitizer system for dental applications
US20080084541A1 (en) * 2006-10-06 2008-04-10 Ming Lai Ophthalmic system and method

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8630314B2 (en) 2010-01-11 2014-01-14 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for synchronizing measurements taken by multiple metrology devices
US8763266B2 (en) 2010-01-20 2014-07-01 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement device
US8615893B2 (en) 2010-01-20 2013-12-31 Faro Technologies, Inc. Portable articulated arm coordinate measuring machine having integrated software controls
US8832954B2 (en) 2010-01-20 2014-09-16 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
US8601702B2 (en) 2010-01-20 2013-12-10 Faro Technologies, Inc. Display for coordinate measuring machine
US8875409B2 (en) 2010-01-20 2014-11-04 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
US8284407B2 (en) 2010-01-20 2012-10-09 Faro Technologies, Inc. Coordinate measuring machine having an illuminated probe end and method of operation
US8677643B2 (en) 2010-01-20 2014-03-25 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machines with removable accessories
US8898919B2 (en) 2010-01-20 2014-12-02 Faro Technologies, Inc. Coordinate measurement machine with distance meter used to establish frame of reference
US8537374B2 (en) 2010-01-20 2013-09-17 Faro Technologies, Inc. Coordinate measuring machine having an illuminated probe end and method of operation
US9009000B2 (en) 2010-01-20 2015-04-14 Faro Technologies, Inc. Method for evaluating mounting stability of articulated arm coordinate measurement machine using inclinometers
US8276286B2 (en) 2010-01-20 2012-10-02 Faro Technologies, Inc. Display for coordinate measuring machine
CN102822692A (en) * 2010-04-13 2012-12-12 莱卡地球系统公开股份有限公司 Coordinate measuring device having automatic target detection
CN102822692B (en) * 2010-04-13 2015-12-09 莱卡地球系统公开股份有限公司 There is the coordinate measurment instrument of Automatic Targets
US9168654B2 (en) 2010-11-16 2015-10-27 Faro Technologies, Inc. Coordinate measuring machines with dual layer arm
US8997362B2 (en) 2012-07-17 2015-04-07 Faro Technologies, Inc. Portable articulated arm coordinate measuring machine with optical communications bus
CN110596678A (en) * 2019-09-26 2019-12-20 威海北洋电气集团股份有限公司北京分公司 Three-dimensional space scanning resolution improving method based on multi-beam multiplexing
DE102021132185A1 (en) 2021-12-07 2023-06-07 Sener Cicek System and method for processing a component

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008039838A1 (en) 2010-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008039838B4 (en) Method for scanning the three-dimensional surface of an object by means of a light beam scanner
DE112011102995B4 (en) Laser scanner or laser tracking device with a projector
EP2402710B1 (en) Method and measuring system for contactless coordinate measuring of the surface of an object
DE112012005524B4 (en) Method for mechanically transmitting a command to control the operation of a laser tracker
DE112014003278B4 (en) Laser line probe with improved wide dynamic range
DE102004061338B4 (en) Automatic component testing
EP0968687B1 (en) 3D-camera for measurement of surface structures, in particular for dentistry
DE112014003088T5 (en) Laser tracker that interacts with a remote camera wand and coordinate measuring machine
DE112014003227T5 (en) Dredimensional measuring device with three-dimensional overview camera
DE112014001268T5 (en) Compensation of a scanner with structured light, which is tracked in six degrees of freedom
DE19741730B4 (en) Method for determining the surface contour of DUTs
DE112015004396T5 (en) AUGMENTED REALITY CAMERA FOR USE WITH 3D METROLOGY EQUIPMENT FOR PRODUCING 3D IMAGES FROM 2D CAMERA IMAGES
DE4327250A1 (en) Workpiece optical coordinates measuring system - using video camera coupled to monitor for visual examination of mechanically scanned workpiece surface
DE112012001709T5 (en) Laser tracker with six degrees of freedom interacting with a remote structural light scanner
EP3032277A1 (en) Laser tracker
DE112014003823T5 (en) Real-time inspection of a triangulation scanner
DE112013002892T5 (en) Coordinate measuring machines with removable accessories
EP2620746A1 (en) Surveying device with scan functionality and single-point measuring mode
DE4121538A1 (en) ZOOM LENS FOR A CAMERA WITH VARIABLE FOCUS
EP1517117A1 (en) Method and system for the determination of the actual position of a positioning apparatus
EP1710602A1 (en) Measurement system for determining six degrees of freedom of an object
DE10317137A1 (en) X-ray apparatus with scanning support taking series of two-dimensional projections from object under investigation and includes three-dimensional sensor on carrier
DE4121537A1 (en) BURN SIZE CONTROLLER FOR A MEASURING SYSTEM
EP3623843B1 (en) Hand-held laser range finder
DE102013200974A1 (en) Method and system for hand-held ultrasonic testing of a test object

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20111223