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1 (19) *DE B * (10) DE B (12) Patentschrift (21) Aktenzeichen: (22) Anmeldetag: (43) Offenlegungstag: (45) Veröffentlichungstag der Patenterteilung: (51) Int Cl.: G01B 11/24 ( ) G01B 11/03 ( ) G01C 11/00 ( ) G01B 11/25 ( ) G01C 15/02 ( ) G01M 11/00 ( ) Innerhalb von neun Monaten nach Veröffentlichung der Patenterteilung kann nach 59 Patentgesetz gegen das Patent Einspruch erhoben werden. Der Einspruch ist schriftlich zu erklären und zu begründen. Innerhalb der Einspruchsfrist ist eine Einspruchsgebühr in Höhe von 200 Euro zu entrichten ( 6 Patentkostengesetz in Verbindung mit der Anlage zu 2 Abs. 1 Patentkostengesetz). (73) Patentinhaber: AUDI AG, Ingolstadt, DE (72) Erfinder: Mayer, Alfons, Stammham, DE; Schmidt, Hans-Joachim, Bad Rappenau, DE; Wehrle, David, Singen, DE (56) Ermittelter Stand der Technik: DE U1 US A EP B1 (54) Bezeichnung: Rahmenkulisse für die optische 3D-Vermessung von großvolumigen Messobjekten mit Hilfe von Referenzmarken (57) Zusammenfassung: Die Erfindung betrifft eine Rahmenkulisse (100) für die, insbesondere automatisierte, optische 3D-Vermessung von großvolumigen Messobjekten (200), wie insbesondere Fahrzeugkarosserien, mit Hilfe von Referenzmarken (141, 142), umfassend: eine Tischplatte (110) zur Aufnahme des Messobjekts (200); mehrere portalartig ausgebildete Rahmenelemente (130), die relativ zur Tischplatte (110) verschiebbar sind und an denen die Referenzmarken (141, 142) befestigt sind; und mehrere an der Tischplatte (110) angeordnete Schienen (120), an denen die Rahmenelemente (130) gehaltert und verschiebbar geführt sind.

2 Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Rahmenkulisse für die, insbesondere automatisierte, optische 3D-Vermessung von großvolumigen Messobjekten mit Hilfe von Referenzmarken. [0002] Die optische 3D-Vermessung (bzw. Bildmessung oder auch Photogrammetrie, insbesondere in Kombination mit Streifenprojektion oder dergleichen) eines Messobjekts ermöglicht die berührungslose Bestimmung der 3D-Koordinaten eines Messobjekts, bspw. im Zuge eines Soll-Ist-Vergleichs oder Reverse-Engineerings (Obeflächendigitalisierung). Mit Hilfe von am Messobjekt befestigten Referenzmarken (bzw. Messmarken oder auch Signalmarken) wird eine computergestützte Vermessung und Auswertung ermöglicht. Im Weiteren wird auf entsprechende Fachliteratur verwiesen. [0003] Das Anbringen und Entfernen der Referenzmarken am Messobjekt erfolgt typischerweise manuell, was jedoch vor allem bei größeren Messobjekten aufwändig ist. Aus der Patentschrift EP A1 und aus der nächstliegenden Patentschrift EP B1 sind neben dem Messobjekt oder am Messobjekt zu positionierende Kulissen bekannt, an denen die Referenzmarken angebracht sind. Das aufwändige Anbringen und Entfernen der Referenzmarken am Messobjekt entfällt. Zum Verständnis der Erfindung wird insbesondere auch auf die Erläuterungen in diesen Patentschriften EP A1 und EP B1 und den darin zitierten Stand der Technik hingewiesen. [0004] Aus der Patentschrift US 5,612,905 A ist eine Rahmenkulisse für die optische 3D-Vermessung von großvolumigen Messobjekten bekannt, mit einer Plattform zur Aufnahme eines Messobjekts und mit mehreren Referenztafeln, die an vertikalen Stangen befestigt außerhalb und um den Messraum herum aufgestellt sind. Ergänzend wird zum Stand der Technik auch noch auf die Gebrauchsmusterschrift DE U1, die ein Erfassungsgerät zur kalibrationsfreien und genauen optischen Erfassung der Raumform von Körpern beschreibt, hingewiesen. [0005] Die Erfindung soll eine Möglichkeit aufzeigen, wie der Aufwand beim optischen 3D-Vermessen von großvolumigen Messobjekten verringert werden kann. [0006] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Rahmenkulisse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf eine bevorzugte erfindungsgemäße Verwendung der erfindungsgemäßen Rahmenkulisse. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen. [0007] Eine erfindungsgemäße Rahmenkulisse für die, insbesondere automatisierte, optische 3D-Vermessung von großvolumigen Messobjekten mit Hilfe von Referenzmarken, umfasst: eine Tischplatte (oder dergleichen) zur Aufnahme wenigstens eines Messobjekts; mehrere portalartig ausgebildete Rahmenelemente, die relativ zur Tischplatte verschiebbar sind und an denen die Referenzmarken befestigbar und insbesondere bereits befestigt bzw. angebracht sind; und mehrere an der Tischplatte angeordnete Schienen, insbesondere zwei an den sich gegenüberliegenden Längsseiten der Tischplatte angeordnete Schienen, an denen die portalartigen Rahmenelemente gehaltert bzw. befestigt und verschiebbar geführt sind. [0008] Die erfindungsgemäße Rahmenkulisse ermöglicht das messobjektnahe Positionieren von Referenzmarken und bevorzugt von allen Referenzmarken (hierzu gehören sowohl codierte als auch uncodierte Referenzmarken) mit Hilfe von portalartig ausgebildeten Rahmenelementen, die flexibel relativ zum Messobjekt positioniert werden können. Das manuelle Anbringen und Entfernen der Referenzmarken am Messobjekt entfällt, wodurch erhebliche Rüstzeitreduzierungen erzielbar sind. Insbesondere beim optischen 3D-Vermessen von identischen oder ähnlichen Messobjekten wird der insgesamt erforderliche Aufwand zum Durchführen einer Vermessung erheblich reduziert. Auch beim Vermessen unterschiedlicher Messobjekte ermöglicht die erfindungsgemäße Rahmenkulisse eine Aufwandsreduzierung. Die Referenzmarken können fest oder lösbar an den portalartigen Rahmenelementen befestigt sein. [0009] Die erfindungsgemäße Rahmenkulisse ist für das Vermessen von großvolumigen Messobjekten geeignet, wie insbesondere die Vermessung von Fahrzeugkarosserien, bspw. in einer automatisierten Messzelle, was Gegenstand der bevorzugten erfindungsgemäßen Verwendung ist. Ungeachtet dessen können auch kleinere Messobjekte, wie insbesondere Karosseriebauteile (bspw. eine Fahrzeugtüre, eine Frontklappe, ein Fahrzeugdach und dergleichen) mit Hilfe der erfindungsgemäßen Rahmenkulisse vermessen werden. [0010] Die Verschiebbarkeit der portalartigen Rahmenelemente ermöglicht einerseits eine flexible Anpassung der Rahmenkulisse an verschiedene Messobjekte, wobei prinzipiell jede Relativposition zwischen einem portalartigen Rahmenelement und der Tischplatte ermöglicht wird. Die Verschiebbarkeit der portalartigen Rahmenelemente ermöglicht andererseits auch eine einfache Positionierung des Messob- 2/7

3 jekts (oder gegebenenfalls auch mehrerer Messobjekte) im Messbereich auf der Tischplatte, sowie auch ein einfaches Entfernen des Messobjekts nach der Messung, indem die portalartigen Rahmenelemente verschoben und insbesondere zwischen einer Messposition und einer Parkposition hin und her verschoben werden können. [0011] Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein portalartiges Rahmenelement zwei Vertikalstreben und eine Horizontalstrebe umfasst, wobei die Vertikalstreben mit ihren unteren Enden längsverschiebbar an den Schienen befestigt und an ihren oberen Enden mit einer Horizontalstrebe verbunden sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Vertikalstreben mit einem Teleskopmechanismus ausgebildet sind, so dass deren axiale Länge verändert werden kann. Ferner ist bevorzugt auch die Horizontalstrebe mit einem Teleskopmechanismus ausgebildet. Die Längenveränderbarkeit der Streben ermöglicht eine weitgehende Anpassung eines portalartigen Rahmenelements an das Messobjekt. Bevorzugt sind alle Rahmenelemente einer erfindungsgemäßen Rahmenkulisse identisch oder zumindest ähnlich ausgebildet. [0012] Eine erfindungsgemäße Rahmenkulisse kann ferner wenigstens eine Querstrebe umfassen, mit der benachbarte portalartige Rahmenelemente, insbesondere wenn sich diese in einer Messposition befinden, verbunden oder verbindbar sind. Dadurch kann die Rahmenkulisse, bspw. im Hinblick auf Schwingungen oder dergleichen, stabilisiert werden. Ferner kann ein Abstand zwischen benachbarten portalartigen Rahmenelementen, wenn sich diese in einer Messposition befinden, vorgegeben und/oder eine Arretierung herbeigeführt werden. Die Querstrebe kann teleskopierbar ausgebildet sein. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Querstrebe mittels Schnellbefestigungsmechanismus an den portalartigen Rahmenelementen befestigbar ist. [0013] Eine erfindungsgemäße Rahmenkulisse kann außerhalb ihres Messbereichs und insbesondere außerhalb der Tischplatte eine Parkzone und bevorzugt zwei Parkzonen aufweisen, in denen die portalartigen Rahmenelemente geparkt werden können. Bevorzugt sind hierzu die Schienen einseitig oder beidseitig länger als die Tischplatte ausgebildet. Ausgehend von diesen Parkzonen können die portalartigen Rahmenelemente durch Verschieben in ihre Messpositionen innerhalb des Messbereichs bewegt werden. Die Schienen können positionsfeste oder positionsveränderbare Markierungen, Rastelemente oder dergleichen aufweisen, mit Hilfe derer die Messpositionen bzw. Messstellungen für die Rahmenelemente vorgegeben werden können. [0014] Die Tischplatte einer erfindungsgemäßen Rahmenkulisse kann eine Hebe-, Schwenk- und/oder Drehmechanik aufweisen. Das Anheben und Absenken, Verschwenken und/oder Drehen erfolgt bevorzugt mittels motorischer Antriebe. [0015] Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein. [0016] Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Rahmenkulisse, wobei sich die Rahmenelemente in Parkpositionen befinden. [0017] Fig. 2 zeigt die Rahmenkulisse aus Fig. 1, wobei sich die Rahmenelemente in Messpositionen befinden. [0018] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rahmenkulisse 100 die beispielhaft zur Vermessung einer Fahrzeugkarosserie 200 (Messobjekt) hergerichtet ist. Die Rahmenkulisse 100 umfasst eine im Wesentlichen rechteckige Tischplatte 110 mit einstellbaren Aufnehmern 115 für das Messobjekt 200. Die gezeigte Ausgestaltung der Tischplatte 110 und der Aufnehmer 115 ist nur beispielhaft und dient der Veranschaulichung. Unterhalb der Tischplatte 110 befindet sich eine Hebe-, Schwenk- und Drehmechanik 112 für die Tischplatte 110. [0019] An den Längsseiten der Tischplatte 110 sind Schienen 120 angeordnet, die in beiden Längsrichtungen über die Tischplatte 110 überstehen. Die Schienen 120 sind insbesondere fest an der Tischplatte 110 angebracht, bspw. festgeschraubt. Ferner umfasst die Rahmenkulisse 100 mehrere portalartig ausgebildete Rahmenelemente 130 (beispielhaft sechs Stück), die die Tischplatte 110 überragend bzw. überspannend an den Schienen 120 gehaltert und in Längsrichtung (der Tischplatte 110) verschiebbar geführt sind. An den Rahmenelementen 130 ist eine Vielzahl von codierten und uncodierten Referenzmarken 141 und 142 befestigt. [0020] Die Rahmenelemente 130 sind jeweils aus zwei Vertikalstreben 131 und einer Horizontalstrebe 132 gebildet, wobei die Vertikalstreben 131 mit ihren unteren Enden an den Schienen 120 befestigt und paarweise an ihren oberen Enden mit jeweils einer Horizontalstrebe 132 verbunden sind. Die Streben bzw. Holme 131 und 132 weisen einen im Detail nicht gezeigten Teleskopmechanismus auf, womit deren axiale Länge veränderbar und an das Messobjekt 200 anpassbar ist. Die Knoten- und Anbindungspunkte der Streben 131 und 132 können als Gelenke ausgebildet sein, um einen Winkelausgleich zu ermöglichen. 3/7

4 [0021] Die Schienen 120 sind länger als die Tischplatte 110 ausgebildet und stehen an den beiden Schmalseiten der Tischplatte 110 in Längsrichtung über. Die dadurch gegebenen Überstandsbereiche A und B bilden Parkzonen für die Rahmenelemente 130. In Fig. 1 befinden sich alle Rahmenelemente 130 innerhalb der Parkzonen A und B. Der Messbereich (Raum zur Anordnung der Messobjekte) auf der Tischplatte 110 ist frei zugänglich und das Messobjekt 200 kann, bspw. mittels Kran, auf der Tischplatte 110 abgesetzt werden. [0022] Nachdem das Messobjekt 200 im Messbereich auf der Tischplatte 110 abgesetzt bzw. abgelegt wurde, können die Rahmenelemente 130 durch Verschieben in ihre Messpositionen innerhalb des Messbereichs bewegt und dort arretiert werden, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Referenzmarken 141 und 142 befinden sich nun in definierten messobjektnahen Positionen. Die Schienen 120 können Markierungen, Rastelemente oder dergleichen aufweisen, mit Hilfe derer Messpositionen bzw. Messstellungen für die Rahmenelemente 130 vorgegeben werden können. Das Verschieben der Rahmenelemente 130 entlang den Schienen 120 kann manuell oder mittels motorischem Antrieb erfolgen. Für eine Messung nicht benötigte Rahmenelemente 130 können in einer Parkposition innerhalb der Parkzonen A und/oder B verbleiben. [0023] Fig. 2 zeigt ferner mehrere Querstreben 150, mit denen benachbarte und sich in Messposition befindende Rahmenelemente 130 verbunden und gegeneinander abgestützt werden können. Die Querstreben 150 können bspw. mittels Schnellbefestigungsmechanismus an den Rahmenelementen 130 befestigt werden, nachdem diese ihre Messpositionen eingenommen haben. Mit Hilfe der Querstreben 150 kann auch ein Abstand zwischen benachbarten Rahmenelementen 130 vorgegeben und/oder eine Arretierung einzelner Rahmenelemente 130 herbeigeführt werden. Ferner können auch auf den Querstreben 150 Referenzmarken aufgebracht sein oder aufgebracht werden. [0024] Sobald sich die Rahmenelemente 130 gemäß Fig. 2 in ihren Messpositionen bzw. Messstellungen befinden kann die Vermessung der Fahrzeugkarosserie 200 beginnen. Hierzu werden bspw. in an und für sich bekannter Weise ein oder mehrere optische Scanner mittels Roboter oder dergleichen relativ zu dem Messobjekt 200 bewegt. Eine Kollision mit den Rahmenelementen 130 und den Querstreben 150 wird durch geeignete Vorbereitung des Messablaufs, bspw. durch Programmierung in einem virtuellen Messraum, verhindert. Durch Simulation kann ferner vorab die Anzahl der für eine Messung benötigen Rahmenelemente 130 und/oder der erforderlichen Referenzmarken 141/142 ermittelt werden. Die Auswertung der aufgenommenen Bilder erfolgt computerbasiert mit Hilfe der an den Rahmenelementen 130 der Rahmenkulisse 100 befestigten Referenzmarken 141 und 142 in an und für sich bekannter Weise, wobei die Rahmenelemente 130 und auch die Querstreben 150 unberücksichtigt bleiben. [0025] Nach der Vermessung können die Rahmenelemente 130 wieder in die Parkzonen A und/oder B verschoben werden. Die Fahrzeugkarosserie 200 kann unbehindert aus dem Messbereich bzw. von der Tischplatte 110 entfernt und durch ein anderes Messobjekt ersetzt werden. Ein kleineres Messobjekt 200 kann gegebenenfalls auch ohne Verschieben der Rahmenelemente 130 gewechselt werden. [0026] Ist das nächste zu messende Messobjekt identisch oder ähnlich, können die Rahmenelemente 130 ohne Anpassung wiederverwendet werden. Handelt es sich um ein anderes Messobjekt, so ist gegebenenfalls eine Anpassung der Rahmenelemente 130, der Messpositionen bzw. Messstellungen für diese Rahmenelemente 130, der Anordnung der Referenzmarken 141/142 an diesen Rahmenelementen 130 und/oder der Tischposition durch Einstellung der Hebe-, Schwenk- und Drehmechanik 112 erforderlich. Werden abwechselnd zwei verschiedene Messobjekte vermessen, so können zwei entsprechend präparierte Sätze von Rahmenelementen 130 hergerichtet werden, wobei die für eine Messung unbenutzten Rahmenelemente 130 in einer der Parkzonen A oder B geparkt werden können. Patentansprüche 1. Rahmenkulisse (100) für die, insbesondere automatisierte, optische 3D-Vermessung von großvolumigen Messobjekten (200) mit Hilfe von Referenzmarken (141, 142), umfassend: eine Tischplatte (110) zur Aufnahme wenigstens eines Messobjekts (200); mehrere portalartig ausgebildete Rahmenelemente (130), die relativ zur Tischplatte (110) verschiebbar sind und an denen die Referenzmarken (141, 142) befestigt sind; und mehrere an der Tischplatte (110) angeordnete Schienen (120), an denen die Rahmenelemente (130) gehaltert und verschiebbar geführt sind. 2. Rahmenkulisse (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmenelement (130) zwei Vertikalstreben (131) und eine Horizontalstrebe (132) umfasst, wobei die Vertikalstreben (131) mit ihren unteren Enden an den Schienen (120) befestigt und an ihren oberen Enden mit der Horizontalstrebe (132) verbunden sind. 3. Rahmenkulisse (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalstreben (131) mit einem Teleskopmechanismus ausgebildet sind. 4/7

5 4. Rahmenkulisse (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Horizontalstrebe (132) mit einem Teleskopmechanismus ausgebildet ist. 5. Rahmenkulisse (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner umfassend wenigstens eine Querstrebe (150), mit der benachbarte Rahmenelemente (130) verbindbar sind. 6. Rahmenkulisse (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese außerhalb des Messbereichs eine Parkzone und bevorzugt zwei Parkzonen für die Rahmenelemente (130) aufweist. 7. Rahmenkulisse (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienen (120) Markierungen und/oder Rastelemente aufweisen, mit Hilfe derer Messpositionen für die Rahmenelemente (130) vorgebbar sind. 8. Rahmenkulisse (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tischplatte (110) mit einer Hebe-, Schwenk- und/ oder Drehmechanik (112) ausgebildet ist. 9. Verwendung einer Rahmenkulisse (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche für die Vermessung von Fahrzeugkarosserien (200). Es folgen 2 Seiten Zeichnungen DE B /7

6 Anhängende Zeichnungen 6/7

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