DE102015213557A1 - Method and system for creating a three-dimensional model of a production environment - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Produktionsumgebung (1) mit einer Anzahl an Produktionsressourcen (2, 3, 4). In einem Schritt a) wird eine ein- oder mehrmalige Abtastung der Produktionsumgebung (1) mit einem Laserscanner (5) durchgeführt, wobei bei jeder Abtastung eine diskrete Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Produktionsumgebung (1) ermittelt wird. In einem Schritt b) erfolgt die Anordnung eines mobilen Zeigeelements (7) in der Produktionsumgebung (1), wobei das Zeigeelement (7) einer bestimmten Position (10) in der Produktionsumgebung (1) zugeordnet ist, welche durch den Laserscanner (5) bei einer weiteren Abtastung mittelbar über die Erfassung des Zeigeelements (7) erfassbar ist. Schließlich wird in einem Schritt c) eine Oberflächengeometrie der Produktionsumgebung (1) ermittelt aus der diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten und einer der bestimmten Position (10) zugeordneten Information, wobei die der bestimmten Position (10) zugeordnete Information zumindest Geometriedaten der bestimmten Position (10) umfasst.The invention describes a method for creating a three-dimensional model of a production environment (1) with a number of production resources (2, 3, 4). In a step a), a one or more sampling of the production environment (1) is carried out with a laser scanner (5), with each sampling a discrete set of three-dimensionally distributed sampling points of the production environment (1) is determined. In a step b), a mobile pointing element (7) is arranged in the production environment (1), the pointing element (7) being associated with a specific position (10) in the production environment (1) provided by the laser scanner (5) a further scan indirectly via the detection of the pointing element (7) can be detected. Finally, in a step c), a surface geometry of the production environment (1) is determined from the discrete set of three-dimensionally distributed sampling points and information associated with the determined position (10), the information associated with the determined position (10) comprising at least geometry data of the determined position (10). 10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Produktionsumgebung mit einer Anzahl an Produktionsressourcen. Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Laserscanner, ein mobiles Zeigeelement und ein System zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells, welches einen erfindungsgemäßen Laserscanner und ein erfindungsgemäßes mobiles Zeigeelement umfasst. The invention relates to a method for creating a three-dimensional model of a production environment with a number of production resources. The invention further relates to a laser scanner, a mobile pointing element and a system for creating a three-dimensional model comprising a laser scanner according to the invention and a mobile pointing element according to the invention.
Laserscanning oder Laserabtastung bezeichnet das zeilen- oder rasterartige Überstreichen von Oberflächen oder Körpern mit einem Laserstrahl, um diese zu vermessen, zu bearbeiten oder um ein Bild zu erzeugen. Sensoren, die den Laserstrahl entsprechend ablenken, heißen Laserscanner. Ein Laserscanner besteht aus einem Scan- oder Abtastkopf und einer Treiber- und Ansteuerelektronik. Beim Laserscanning wird die Oberflächengeometrie von Gegenständen, z.B. mittels Pulslaufzeit, Phasendifferenz im Vergleich zu einer Referenz oder durch Triangulation von Laserstrahlen, digital erfasst. Dabei entsteht eine diskrete Menge von Abtastpunkten, die als Punktwolke bezeichnet wird. Die Koordinaten der gemessenen Punkte werden aus den Winkeln und der Entfernung in Bezug zu einem Ursprung, z.B. dem Standort des Laserscanners, ermittelt. Das dreidimensionale Laserscanning liefert als Ergebnis eine dreidimensionale Punktwolke und somit ein vollständiges Abbild einer Messszene. Anhand der Punktwolke werden beispielsweise Einzelmaße, wie z.B. Längen und Winkel, bestimmt oder es wird aus ihr eine geschlossene Oberfläche konstruiert und zur Visualisierung verwendet. Dadurch ist es beispielsweise möglich, im Umfeld von Produktionsanlagen, ein vollständiges dreidimensionales Modell der Produktionsumgebung mit einer darin angeordneten Anzahl an Produktionsressourcen zu erstellen. Produktionsressourcen können beispielsweise Roboter, Maschinen, Werkzeuge, Wände, Säulen, Träger oder andere Gegenstände sein. Laser scanning or laser scanning refers to the line or raster-like sweeping of surfaces or bodies with a laser beam in order to measure, process or create an image. Sensors that deflect the laser beam accordingly are called laser scanners. A laser scanner consists of a scanning or scanning head and a driver and control electronics. In laser scanning, the surface geometry of objects, e.g. by means of pulse transit time, phase difference in comparison to a reference or by triangulation of laser beams, recorded digitally. This results in a discrete set of sampling points, which is referred to as a point cloud. The coordinates of the measured points are determined from the angles and the distance with respect to an origin, e.g. the location of the laser scanner. As a result, three-dimensional laser scanning yields a three-dimensional point cloud and thus a complete image of a measurement scene. On the basis of the point cloud, for example, individual dimensions, such as Lengths and angles, determined or it is constructed from a closed surface and used for visualization. This makes it possible, for example, to create a complete three-dimensional model of the production environment with a number of production resources arranged therein in the vicinity of production plants. Production resources can be, for example, robots, machines, tools, walls, columns, carriers or other objects.
Ein Problem der Erstellung eines dreidimensionalen Modells besteht darin, dass es erforderlich ist, den Laserscanner derart zu platzieren, dass möglichst alle Abschattungen kompensiert werden können. Ist dies nicht möglich, sind mehrere Messungen von unterschiedlichen Messorten durchzuführen und die jeweiligen Punktwolken miteinander zu kombinieren. A problem of creating a three-dimensional model is that it is necessary to place the laser scanner in such a way that as far as possible all shadowing can be compensated. If this is not possible, several measurements must be taken from different measuring locations and the respective point clouds combined.
Ein Verfahren zur Detektion bzw. Lageerkennung von bekannten Objekten ist beispielsweise aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das die Erstellung eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung, insbesondere einer Produktionsumgebung mit einer Anzahl an Produktionsressourcen, auf einfachere Weise mit größerer Präzision ermöglicht. It is an object of the present invention to provide a method which enables the creation of a three-dimensional model of an environment, in particular a production environment with a number of production resources, in a simpler manner with greater precision.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Laserscanner und weitere Hilfsmittel anzugeben, welche die effiziente Durchführung des Verfahrens ermöglichen. Another object of the invention is to provide a laser scanner and other tools that enable the efficient implementation of the method.
Es ist schließlich Aufgabe der Erfindung, ein System zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Umgebung anzugeben, welches die Durchführung des Verfahrens mit hoher Effizienz und geringem Aufwand erlaubt. It is finally an object of the invention to provide a system for creating a three-dimensional model of an environment, which allows the implementation of the method with high efficiency and little effort.
Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 1, ein Computerprogrammprodukt gemäß den Merkmalen des Anspruches 17, ein mobiles Zeigeelement gemäß den Merkmalen des Anspruches 18, einen Laserscanner gemäß den Merkmalen des Anspruches 21 und ein System gemäß den Merkmalen des Anspruches 22. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. These objects are achieved by a method according to the features of
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Produktionsumgebung mit einer Anzahl an Produktionsressourcen. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- a) ein- oder mehrmalige Abtastung der Produktionsumgebung mit einem Laserscanner, wobei bei jeder Abtastung eine Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Produktionsumgebung ermittelt wird;
- b) Anordnung eines mobilen Zeigeelements in der Produktionsumgebung, wobei das Zeigeelement einer bestimmten Position in der Produktionsumgebung, insbesondere einer der Produktionsressourcen, zugeordnet ist, welche durch den Laserscanner bei einer weiteren Abtastung, insbesondere ausschließlich, mittelbar über die Erfassung des Zeigeelements erfassbar ist; und
- c) Ermittlung einer Oberflächengeometrie der Produktionsumgebung, insbesondere einer jeweiligen Oberflächengeometrie der Anzahl an Produktionsressourcen der Produktionsumgebung, aus der diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten und einer der bestimmten Position zugeordneten Information, wobei die der bestimmten Position zugeordnete Information zumindest Geometriedaten, welche durch die Abtastung nicht erfassbar sind, der bestimmten Position umfasst.
- a) one or more sampling of the production environment with a laser scanner, wherein each sample a set of three-dimensionally distributed sampling points of the production environment is determined;
- b) arranging a mobile pointing element in the production environment, wherein the pointing element is assigned to a specific position in the production environment, in particular one of the production resources, which is detectable by the laser scanner in a further scan, in particular exclusively, indirectly via the detection of the pointing element; and
- c) determining a surface geometry of the production environment, in particular a respective surface geometry of the number of production resources of the production environment, from the discrete set of three-dimensionally distributed sampling points and one of the determined Information associated with position, wherein the information associated with the particular position comprises at least geometry data, which are not detectable by the scan, the determined position.
Unter einer bestimmten Position wird in der vorliegenden Beschreibung ein singulärer Punkt der Produktionsumgebung bzw. einer Produktionsressource als auch ein räumlicher Bereich in der Produktionsumgebung bzw. der Produktionsressource verstanden. In the present description, a specific position is understood to mean a singular point of the production environment or a production resource as well as a spatial area in the production environment or the production resource.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren interagieren der Laserscanner und das mobile Zeigeelement. Der Laserscanner dient in herkömmlicher Weise dazu, die Produktionsumgebung und die darin befindlichen Produktionsressourcen, wie z.B. Bearbeitungswerkzeuge, Maschinen, Roboter ebenso wie bauliche Elemente, z.B. Pfosten, Träger, usw., dreidimensional zu erfassen. Aufgrund von Abschattungen ist der Laserscanner nicht in der Lage ist, den Bereich der Produktionsumgebung vollständig zu erfassen, um daraus die vollständige Oberflächengeometrie der Produktionsumgebung zu ermitteln. Eine Abschattung ist dann gegeben, wenn zwischen dem Laserscanner und einem abzutastenden Gegenstand ein anderer, ebenfalls abzutastender Gegenstand angeordnet ist. Es ist vorgesehen, Informationen zu solchen, durch den Laserscanner nicht erfassbaren Bereichen mittels des mobilen Zeigeelements in die durch den Laserscanner erfassten Daten zu integrieren. Durch das mobile Zeigeelement können die durch den Laserscanner nicht unmittelbar erfassbaren bestimmten Positionen referenziert werden. Dadurch, dass das mobile Zeigeelement durch den Laserscanner bei einer Abtastung erfassbar ist, ist dieser in der Lage, auf die nicht unmittelbar erfassbare bestimmte Position zu referenzieren. In the method according to the invention, the laser scanner and the mobile pointing element interact. The laser scanner conventionally serves to control the production environment and the production resources therein, e.g. Machining tools, machines, robots as well as structural elements, e.g. Post, beam, etc., to capture three-dimensional. Due to shadowing, the laser scanner is unable to fully capture the area of the production environment to determine the full surface geometry of the production environment. A shading is given when another, also scanned object is arranged between the laser scanner and an object to be scanned. It is envisaged to integrate information about such areas, which can not be detected by the laser scanner, by means of the mobile pointing element into the data acquired by the laser scanner. By means of the mobile pointing element, the specific positions not directly detectable by the laser scanner can be referenced. Because the mobile pointing element can be detected by the laser scanner during a scan, it is able to refer to the specific position that can not be detected directly.
Dadurch ist es möglich, den bestimmten Positionen zugeordnete Informationen zu ermitteln und bei der Ermittlung der Oberflächengeometrie zu berücksichtigen. Dadurch kann z.B. der für den Laserscanner nicht sichtbare Bereich einer Produktionsressource bei der Ermittlung der Oberflächengeometrie rechnerisch durch Verarbeitung der zugeordneten Information ergänzt werden. This makes it possible to determine the information assigned to specific positions and to take it into account when determining the surface geometry. Thereby, e.g. the area of a production resource which is not visible to the laser scanner when calculating the surface geometry can be computationally supplemented by processing the associated information.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der Schritt a) der ein- oder mehrmaligen Abtastung der Produktionsumgebung vor der Anordnung des mobilen Zeigeelements in Schritt b) und der darauffolgenden weiteren Abtastung durchgeführt werden. Alternativ ist es möglich, die Schritte a) und b) gleichzeitig durchzuführen, wobei dann die weitere Abtastung des Schritts b) einer Abtastung des Schritts a) entspricht. According to one embodiment, step a) of one or more sampling of the production environment may be performed prior to the placement of the mobile pointing element in step b) and the subsequent further scan. Alternatively, it is possible to carry out steps a) and b) simultaneously, in which case the further sampling of step b) corresponds to a sampling of step a).
Um eine möglichst präzise Oberflächengeometrie der Produktionsumgebung, und insbesondere einer jeweiligen Oberflächengeometrie der Anzahl an Produktionsressourcen der Produktionsumgebung ermitteln zu können, ist es zweckmäßig, wenn die dem Zeigeelement zugeordnete Position neben Geometriedaten Bewegungsdaten einer Produktionsressource in örtlicher und/oder zeitlicher Hinsicht umfasst. Während Geometriedaten beispielsweise die räumliche Ausdehnung einer Produktionsressource umfassen, so dass nicht nur derjenige durch den Laserscanner abgetastete Bereich der Produktionsressource in der Oberflächengeometrie erzeugt werden kann, berücksichtigen Bewegungsdaten die von einer Produktionsressource während ihres Betriebs ausgeführten Bewegungen und deren räumliche Erstreckung. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Abtastung der Produktionsressource während des Betriebs der Produktionsressource erfolgt. In order to be able to determine as precise a surface geometry as possible of the production environment, and in particular a respective surface geometry of the number of production resources of the production environment, it is expedient if the position assigned to the pointing element comprises not only geometry data but also movement data of a production resource in local and / or temporal terms. For example, while geometry data includes the spatial extent of a production resource such that not only the area of the production resource scanned by the laser scanner can be created in the surface geometry, motion data accounts for the movements and spatial extent of a production resource during its operation. It is not necessary for the production resource to be scanned during production resource operation.
Vielmehr kann die Bewegung und der dabei benötigte räumliche Ausdehnungsbereich der Produktionsressource im Nachhinein bei der Ermittlung der Oberflächengeometrie berücksichtigt werden. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, um den räumlichen Bedarf und das Bewegungsverhalten eines Knickarmroboters in einer Produktionsumgebung zu berücksichtigen. Neben dem absolut benötigten Volumenbereich kann dabei auch die zeitliche Komponente einer Bewegung berücksichtigt werden. Beispielsweise wird ein Verschwenkbereich lediglich für kurze Zeit benötigt, während für einen im Vergleich längeren Zeitraum der Knickarmroboter sich in einem anderen Arbeitsbereich aufhält bzw. bewegt. Dadurch ist es möglich, den lediglich temporär genutzten Bereich bei Kenntnis der Abwesenheit des Knickarmroboters zu diesen Zeiten anderweitig zu nutzen. Eine anderweitige Nutzung könnte beispielsweise die Nutzung des Verschwenkbereichs durch einen anderen Knickarmroboter in unmittelbarer Nachbarschaft sein. Rather, the movement and the required spatial expansion range of the production resource can be taken into account in retrospect in the determination of the surface geometry. This is advantageous, for example, to take into account the spatial requirements and the movement behavior of an articulated-arm robot in a production environment. In addition to the absolutely required volume range, the temporal component of a movement can also be taken into account. For example, a pivoting range is needed only for a short time, while for a comparatively longer period of time the articulated robot is in a different working area or moves. This makes it possible to otherwise use the only temporarily used area with knowledge of the absence of the articulated robot at these times. Another use could be, for example, the use of the pivoting range by another articulated robot in the immediate vicinity.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kann der Laserscanner für eine jeweilige Abtastung an einem oder mehreren vorgegebenen Messorten der Produktionsumgebung angeordnet sein. Grundsätzlich ist es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausreichend, wenn eine Abtastung der Produktionsumgebung von einem einzigen Messort aus erfolgt. Von dem Laserscanner nicht „einsehbare“ Bereiche können durch Informationsanreicherung mit Hilfe des mobilen Zeigeelements ermittelt werden. Nichtsdestotrotz kann bei großen und/oder komplexen Produktionsumgebungen auch das Durchführen mehrerer Abtastungen von unterschiedlichen Messorten zweckmäßig sein, wobei die bei den Abtastungen ermittelten Abtastpunkte in einer dem Fachmann bekannten Weise kombiniert und überlagert werden. Dabei kann es bei beiden Varianten sinnvoll oder zweckmäßig sein, das mobile Zeigeelement an verschiedenen Orten, welche durch den Laserscanner bei der jeweiligen Abtastung nicht abtastbar sind, anzuordnen, um für die verschiedenen, bestimmten Positionen jeweils Informationen verarbeiten zu können. According to a further expedient embodiment, the laser scanner can be arranged for a respective scan at one or more predetermined measurement locations of the production environment. In principle, it is sufficient for carrying out the method according to the invention if a sampling of the production environment takes place from a single measuring location. Regions that are not "visible" by the laser scanner can be determined by enriching information with the help of the mobile pointing element. Nonetheless, in large and / or complex production environments, it may also be useful to perform multiple scans from different measurement locations, combining and superimposing the sampling points found in the scans in a manner known to those skilled in the art. It may be useful or appropriate in both variants, the Mobile pointer to different locations, which are not scanned by the laser scanner in the respective scan, to order to process information for the different, specific positions each.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das Zeigeelement eine Einrichtung zur Lokalisierung oder kann ein Teil des Zeigeelements während einer Abtastung durch den Laserscanner lokalisiert und/oder erfasst werden. Eine solche Lokalisierungseinrichtung kann aktiv oder passiv sein. Eine passive Lokalisierungseinrichtung besteht beispielsweise in einem räumlich eindeutig durch den Laserscanner erfassbaren Marker, der eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit und/oder Form und/oder Farbe aufweist. Ebenso kann eine besondere Form des Zeigeelements selbst oder eines Teils des Zeigeelements durch den Laserscanner erfasst werden. Eine aktive Lokalisierungseinrichtung besteht beispielsweise in einer Kommunikationseinheit, welche eine Information über die aktuelle Position und/oder Ausrichtung und/oder eine Positionsinformation über die bestimmte Position an den Laserscanner überträgt. According to a further expedient embodiment, the pointing element comprises a device for localization or a part of the pointing element can be located and / or detected during a scan by the laser scanner. Such a localization device can be active or passive. A passive localization device consists, for example, in a spatially uniquely detectable marker by the laser scanner, which has a specific surface finish and / or shape and / or color. Likewise, a particular shape of the pointing element itself or a part of the pointing element can be detected by the laser scanner. An active localization device consists, for example, in a communication unit which transmits information about the current position and / or orientation and / or position information about the specific position to the laser scanner.
Es kann vorgesehen sein, dass der Laserscanner eine Ausrichtung des Zeigeelements im Raum ermittelt, um aus der Ausrichtung und einer optional bekannten Information über die Geometrie des Zeigeelements die bestimmte Position und die der bestimmten Position zugeordnete Information zu ermitteln. Die Ermittlung der bestimmten Position, welche durch das Zeigeelement referenziert wird, kann beispielsweise aus der Ausrichtung des Zeigeelements und einer bekannten Länge des Zeigeelements ermittelt werden. Dadurch kann der Laserscanner errechnen, an welcher Stelle sich ein Tastpunkt des Zeigeelements befindet, welcher dann der bestimmten Position entspricht. It can be provided that the laser scanner determines an alignment of the pointing element in the space in order to determine from the orientation and optionally known information about the geometry of the pointing element the specific position and the information assigned to the specific position. The determination of the particular position that is referenced by the pointing element may be determined, for example, from the orientation of the pointing element and a known length of the pointing element. This allows the laser scanner to calculate at which point there is a touch point of the pointing element, which then corresponds to the specific position.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann das Zeigeelement seine Ausrichtung im Raum mit einem oder mehreren Sensoren ermitteln und eine die Ausrichtung repräsentierende Information an den Laserscanner bzw. eine Recheneinheit des Laserscanners übertragen. Als Sensoren können beispielsweise Neigungssensoren verwendet werden. Alternativ kann das Zeigeelement durch Kommunikation mit anderen Kommunikationsknoten durch Triangulation seine Position und Ausrichtung im Raum ermitteln. According to a further embodiment, the pointing element can determine its orientation in space with one or more sensors and transmit an information representing the orientation to the laser scanner or a computing unit of the laser scanner. For example, tilt sensors can be used as sensors. Alternatively, the pointing element can determine its position and orientation in space by communicating with other communication nodes by triangulation.
Die Recheneinheit kann Bestandteil des Laserscanners sein. Die Recheneinheit kann auch eine von dem Laserscanner getrennte Komponente sein, die Daten mit dem Laserscanner austauscht. The arithmetic unit can be part of the laser scanner. The arithmetic unit can also be a component separate from the laser scanner, which exchanges data with the laser scanner.
Die der bestimmten Position zugeordnete Information kann von dem Zeigeelement an den Laserscanner bzw. die Recheneinheit des Laserscanners übertragen werden. Alternativ kann die der bestimmten Position zugeordnete Information durch den Laserscanner bzw. die Recheneinheit des Laserscanners aus einer Datenbank ermittelt werden. Bei dieser Variante ist es lediglich erforderlich, dass die Recheneinheit des Laserscanners durch Auswertung der Position, und optional Orientierung, des Zeigeelements die bestimmte Position ermitteln kann. Anhand der bestimmten Position kann dann aus der Datenbank die der bestimmten Position zugeordnete Information ermittelt werden. Hierzu ist in der Datenbank z.B. eine Tabelle gespeichert, welche eine Beziehung zwischen einer bestimmten Position und der zugeordneten Information umfasst. The information associated with the specific position can be transmitted from the pointing element to the laser scanner or the arithmetic unit of the laser scanner. Alternatively, the information associated with the specific position can be determined by the laser scanner or the arithmetic unit of the laser scanner from a database. In this variant, it is only necessary that the arithmetic unit of the laser scanner can determine the specific position by evaluating the position, and optionally orientation, of the pointing element. On the basis of the specific position, the information assigned to the specific position can then be determined from the database. For this purpose, in the database e.g. stored a table that includes a relationship between a particular position and the associated information.
Der bestimmten Position kann ferner eine eindeutige Referenz zugewiesen sein, wobei anhand der eindeutigen Referenz die der bestimmten Position zugeordnete Information ermittelt wird. Dazu kann anhand der eindeutigen Referenz die Datenbank abgefragt werden, welche eine Beziehung zwischen der Referenz und der zugeordneten Information umfasst. Die eindeutige Referenz kann beispielsweise während der Erfassung der Position und/oder Lage des Zeigeelements durch den Laserscanner von dem Zeigeelement an die Recheneinheit des Laserscanners übertragen werden. Die eindeutige Referenz könnte den Messdaten auch manuell hinzugefügt werden. The particular position may also be assigned a unique reference, the unique reference being used to determine the information associated with the particular position. For this purpose, the database can be queried based on the unique reference, which includes a relationship between the reference and the associated information. The unique reference may, for example, be transferred from the pointing element to the arithmetic unit of the laser scanner during the detection of the position and / or position of the pointing element by the laser scanner. The unique reference could also be added manually to the measurement data.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Abtastung der Produktionsumgebung mit dem Laserscanner gemäß Schritt a) und Schritt b) erfolgt, wenn die Produktionsressourcen einen statischen Zustand aufweisen. Hierdurch kann die Qualität der Ermittlung der Oberflächengeometrie verbessert werden, da die Abtastung zuverlässiger erfolgen kann. Eventuelle, die Bewegung umfassende Informationen können anhand der durch das Zeigeelement ermittelten zusätzlichen Informationen berücksichtigt werden. According to a further expedient embodiment, it is provided that the sampling of the production environment with the laser scanner according to step a) and step b) takes place when the production resources have a static state. As a result, the quality of the determination of the surface geometry can be improved because the scanning can be made more reliable. Any information comprising the movement may be taken into account based on the additional information determined by the pointing element.
Es ist zweckmäßig, wenn das Zeigeelement durch einen Nutzer gehalten wird. Insbesondere kann das Zeigeelement über eine Signalleuchte und/oder einen Lautsprecher verfügen, über die und/oder den ein optisch oder akustisch wahrnehmbares Signal ausgegeben wird, wenn für die Abtastung in Schritt b) eine geeignete oder optimale Position festgestellt wird. Insbesondere erfolgt die Feststellung der geeigneten oder optimalen Position durch den Laserscanner, indem der Laserscanner eine Bewegung des Zeigeelements verfolgt. Zu diesem Zweck kann das Zeigeelement durch einen Nutzer beispielsweise im Raum bewegt werden, wobei die Bewegung des Zeigeelements oder zumindest eines Teils davon durch den Laserscanner erfasst und verfolgt wird. Sobald der Laserscanner in der Lage ist, bei einer bestimmten Orientierung des Zeigeelements im Raum die bestimmte Position zu ermitteln, kann dies dem Nutzer über das optisch oder akustisch wahrnehmbare Signal signalisiert werden. Infolgedessen bringt der Nutzer das Zeigeelement in die geeignete oder optimale Position, so dass durch den Laserscanner dann die Messung bzw. Abtastung erfolgen kann. It is useful if the pointing element is held by a user. In particular, the pointing element can have a signal light and / or a loudspeaker, via which and / or an optically or acoustically perceptible signal is output if a suitable or optimal position is determined for the scan in step b). In particular, the determination of the suitable or optimal position by the laser scanner is carried out by the laser scanner tracking a movement of the pointing element. For this purpose, the pointing element can be moved by a user, for example in space, wherein the movement of the pointing element or at least a part thereof is detected and tracked by the laser scanner. As soon as the laser scanner is able to determine the specific position in a particular orientation of the pointing element in space, this can be detected visually or acoustically by the user Signal to be signaled. As a result, the user places the pointing element in the appropriate or optimal position so that the laser scanner can then measure or scan.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein wahrnehmbares Signal ausgegeben, wenn eine Abtastung der Produktionsumgebung und des Zeigeelements erfolgreich durchgeführt wurde. Dadurch wird dem Nutzer signalisiert, dass die Messung bzw. Erfassung abgeschlossen ist, so dass das Zeigeelement nun an einer anderen Position zur Durchführung einer weiteren Messung angeordnet werden kann. Durch mehrere Messungen ist es möglich, auch in einer größeren Produktionsumgebung die Abtastung des Raums von lediglich einem einzigen Messort vornehmen zu können, da abgeschattete oder nicht erfassbare Bereiche durch den Laserscanner mit den Informationen, die über das Zeigeelement ermittelt werden, angereichert werden können. According to another embodiment, a perceptible signal is output when a scan of the production environment and the pointing element has been successfully performed. As a result, the user is signaled that the measurement or detection has been completed, so that the pointer element can now be arranged at another position for carrying out a further measurement. By means of several measurements, it is possible to scan the room from only a single measuring location even in a larger production environment, since shaded or non-detectable areas can be enriched by the laser scanner with the information which is determined via the pointing element.
Die der bestimmten Position zugeordnete Information kann als optisch und/oder per Datenübertragung auslesbare Information an der bestimmten Position angebracht sein, welche durch eine Leseeinrichtung des Zeigeelements ausgelesen wird und bei oder nach erfolgreicher Erfassung des Zeigeelements an die Recheneinheit des Laserscanners übertragen wird. Eine optisch auslesbare Information kann beispielsweise in Gestalt eines Barcodes oder eines QR-Codes an einer Produktionsressource vorgesehen sein. In der optischen Information können geometrische und/oder andere Informationen enthalten sein. Es kann auch lediglich ein Verweis auf eine Quelle, z.B. eine Datenbank, mit der notwendigen Information enthalten sein. Ein Auslesen per Datenübertragung kann beispielsweise unter Nutzung von Nahfeld-Kommunikationstechnologien (NFC, Near Field Communication) erfolgen. Auch hier können entweder die der bestimmten Position zugeordneten Informationen als solches an das Zeigeelement und dann an die Recheneinheit des Laserscanners übertragen werden. Ebenso kann, wie im vorgenannten Fall, auch lediglich ein Verweis auf die notwendige Information ausgelesen und übertragen werden. Der Verweis könnte beispielsweise auf eine Website oder einen Speicherort in einer Datenbank gerichtet sein. Die auslesbare Information kann hierbei an einem beliebigen Bereich der Produktionsumgebung bzw. der Produktionsressource angeordnet sein und braucht nicht von der Laserabtastung durch den Laserscanner erfasst werden. The information associated with the specific position can be attached to the specific position as information that can be read optically and / or by data transmission, which is read out by a reading device of the pointing element and transmitted to the arithmetic unit of the laser scanner during or after successful detection of the pointing element. Optically readable information can be provided, for example, in the form of a barcode or a QR code at a production resource. Geometric and / or other information may be included in the optical information. It may also be merely a reference to a source, e.g. a database containing the necessary information. A read-out by data transmission can take place, for example, using near-field communication technologies (NFC, Near Field Communication). Again, either the information associated with the particular position may be transmitted as such to the pointing element and then to the arithmetic unit of the laser scanner. Likewise, as in the aforementioned case, only a reference to the necessary information can be read out and transmitted. For example, the reference could be to a website or a location in a database. The readable information can be arranged here at any area of the production environment or the production resource and does not need to be detected by the laser scanning by the laser scanner.
Die Erfindung schafft ferner ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher einer digitalen Recheneinheit geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte der vorher beschriebenen Verfahren ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einer Recheneinheit läuft. Das Computerprogrammprodukt kann in Gestalt eines physikalischen Datenträgers, wie z.B. einer DVD, einer CD, einem USB-Speicher, einer Speicherkarte, aber auch in Gestalt einer über einen Kommunikationskanal übertragbaren Datei vorliegen. The invention further provides a computer program product that can be loaded directly into the internal memory of a digital processing unit and includes software code portions that perform the steps of the previously described methods when the product is run on a computing unit. The computer program product may be in the form of a physical medium such as a hard disk. a DVD, a CD, a USB memory, a memory card, but also in the form of a transferable via a communication channel file.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein mobiles Zeigegerät, das eine Einrichtung, mit der das Zeigeelement oder ein Teil des Zeigeelements durch einen Laserscanner zur Abtastung einer Produktionsumgebung erfassbar ist, umfasst und dazu ausgebildet ist, eine bestimmte Position der Produktionsumgebung zu referenzieren. Eine Referenzierung der Produktionsumgebung kann beispielsweise durch Berührung der bestimmten Position erfolgen. The object is further achieved by a mobile pointing device comprising means for detecting the pointing element or a part of the pointing element by a laser scanner for scanning a production environment, and configured to reference a particular position of the production environment. A referencing of the production environment can be done for example by touching the specific position.
Das Zeigeelement kann ferner dazu ausgebildet sein, mit dem Laserscanner Daten auszutauschen. Hierzu verfügt das Zeigeelement über eine entsprechende Kommunikationseinrichtung. The pointing element can also be designed to exchange data with the laser scanner. For this purpose, the pointing element has a corresponding communication device.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung kann das Zeigeelement eine Leseeinrichtung umfassen, durch die eine der bestimmten Positionen zugeordnete Information ausgelesen werden kann. According to a further expedient embodiment, the pointing element can comprise a reading device, by means of which information associated with the specific position can be read out.
Darüber hinaus kann das mobile Zeigeelement eine Signalleuchte und/oder einen Lautsprecher umfassen, um ein optisch oder akustisch wahrnehmbares Signal auszugeben. Alternativ oder zusätzlich kann das Zeigeelement auch über ein haptisches Ausgabemittel, über das beispielsweise eine Vibration ausgegeben wird, umfassen. In addition, the mobile pointing element may include a signal light and / or a speaker to output a visually or acoustically perceptible signal. Alternatively or additionally, the pointing element can also comprise a haptic output device, via which, for example, a vibration is output.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Laserscanner zur Abtastung einer Produktionsumgebung, die eine Anzahl an Produktionsressourcen umfasst, wobei der Laserscanner eine Recheneinheit aufweist und dazu ausgebildet ist, eine ein- oder mehrmalige Abtastung der Produktionsumgebung durchzuführen, wobei bei jeder Abtastung eine diskrete Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten der Produktionsumgebung ermittelt wird; ein in der Produktionsumgebung angeordnetes mobiles Zeigeelement, das einer bestimmten Position zugeordnet ist, zu erfassen; die dem mobilen Zeigeelement zugeordnete, bestimmte Position zu ermitteln; eine der bestimmten Position zugeordnete Information zu ermitteln; und eine Oberflächengeometrie der Produktionsumgebung aus der diskreten Menge von dreidimensional verteilten Abtastpunkten und der der bestimmten Position zugeordneten Information zu ermitteln, wobei die der bestimmten Position zugeordnete Information zumindest Geometriedaten der bestimmten Position umfasst. The object is further achieved by a laser scanner for scanning a production environment, which comprises a number of production resources, wherein the laser scanner has a computing unit and is adapted to perform a one or more sampling of the production environment, with each sample a discrete set of three-dimensional distributed sampling points of the production environment is determined; capture a mobile pointing element located in the production environment associated with a particular location; determine the specific position associated with the mobile pointer; to determine an information associated with the particular position; and determine a surface geometry of the production environment from the discrete set of three-dimensionally distributed sampling points and the information associated with the determined position, wherein the information associated with the determined position comprises at least geometry data of the determined position.
Die Recheneinheit kann, wie oben beschrieben, Bestandteil des Laserscanners oder eine davon getrennte Recheneinheit sein, die zum Austausch von Daten mit dem Laserscanner in Verbindung steht. Die Aufgabe der Recheneinheit besteht darin, die Oberflächengeometrie der Produktionsumgebung zu errechnen und dabei die der bestimmten Position zugeordnete Information zu verarbeiten. As described above, the arithmetic unit can be part of the laser scanner or a separate arithmetic unit which is connected to the laser scanner Exchange of data with the laser scanner is in communication. The task of the arithmetic unit is to calculate the surface geometry of the production environment and to process the information assigned to the specific position.
Die Aufgabe wird ferner durch ein System zum Erstellen eines dreidimensionalen Modells einer Produktionsumgebung mit einer Anzahl an Produktionsressourcen gelöst, wobei das System ein mobiles Zeigeelement der hier beschriebenen Art und einen Laserscanner der hier beschriebenen Art umfasst. The object is further achieved by a system for creating a three-dimensional model of a production environment having a number of production resources, the system comprising a mobile pointing element of the type described herein and a laser scanner of the type described herein.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments in the drawing. Show it:
Um ein dreidimensionales Modell der Produktionsumgebung
Um die Oberflächengeometrie der Produktionsressourcen
Im Gegensatz dazu ermöglicht es das vorliegende Verfahren, die Oberflächengeometrie der Produktionsumgebung
Dies geht beispielsweise aus
Die der bestimmten Position
Die Abtastung der Umgebung erfolgt vorzugsweise in einem statischen Zustand der Produktionsumgebung
Die Abtastung der Produktionsumgebung
Alternativ ist es auch möglich, das Zeigeelement in der Produktionsumgebung anzuordnen und eine Abtastung der Produktionsumgebung und dem darin befindlichen Zeigeelement vorzunehmen. Alternatively, it is also possible to arrange the pointing element in the production environment and to make a scan of the production environment and the pointing element located therein.
Wie beschrieben, kann ebenfalls vorgesehen sein, dass das mobile Zeigeelement
Die Lokalisierungseinrichtung
Alternativ kann das Zeigeelement
Die Signalmittel können ebenfalls dazu genutzt werden, ein für den Nutzer wahrnehmbares Signal auszugeben, wenn die Abtastung der Produktionsumgebung und des Zeigeelements
Die
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung bereits deutlich wurde, umfasst der Laserscanner
Das Zeigeelement
Der Kommunikationskanal
Durch die Leseeinrichtung
Wie
Die Zuordnung der der bestimmten Position zugehörigen Information kann auch durch Referenzierung manuell, z.B. unmittelbar nach der Abtastung des Zeigeelements
Im Rahmen der Ermittlung der Oberflächengeometrie können zusätzlich zu Geometriedaten auch weitere Daten eingefügt werden. Beispielsweise kann dies ein Link sein, welcher über eine Texterkennung und/oder einen maschinenlesbaren Code durch das Zeigeelement ausgelesen und bei der Abtastung zwischengespeichert wird. Anhand des Links kann die Recheneinheit des Laserscanners dann weitere Informationen zur Anreicherung der Oberflächengeometrie ermitteln und verarbeiten. As part of determining the surface geometry, additional data can be inserted in addition to geometry data. For example, this may be a link, which is read out via a text recognition and / or a machine-readable code by the pointing element and buffered during the scan. The arithmetic unit of the laser scanner can then use the link to determine and process further information for the enrichment of the surface geometry.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, die Oberflächengeometrie einer Produktionsumgebung und der darin befindlichen Produktionsressourcen von einem einzigen Messort aus zu erstellen. Nicht durch einen Laserscanner einsehbare Bereiche können durch die Verarbeitung bestimmten Orten zugeordneten Informationen ermittelt und in die Oberflächengeometrie gerechnet werden. Das Verfahren ist robust und schnell durchzuführen. The proposed method makes it possible to create the surface geometry of a production environment and the production resources contained therein from a single measurement location. Not visible by a laser scanner areas can be determined by the processing of certain places associated information and calculated in the surface geometry. The process is robust and fast to perform.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Produktionsumgebung production environment
- 1B 1B
- Boden ground
- 2 2
- Produktionsressource production resource
- 3 3
- Produktionsressource (Knickarmroboter) Production resource (articulated robot)
- 3A 3A
- Dreharm rotating arm
- 3B 3B
- Dreharm rotating arm
- 3C 3C
- Dreharm rotating arm
- 3D 3D
- Arbeitsbereich Workspace
- 4 4
- Produktionsressource production resource
- 4A 4A
- erste Teilkomponente first subcomponent
- 4B 4B
- zweite Teilkomponente second subcomponent
- 5 5
- Laserscanner laser scanner
- 5S 5S
- Abtastsignal sampling
- 6 6
- durch den Laserscanner nicht erfassbare Bereiche der Produktionsressourcen non-detectable areas of production resources by the laser scanner
- 7 7
- Zeigeelement Show item
- 8 8th
- Lokalisierungseinrichtung localization device
- 9 9
- optisch auslesbare Information optically readable information
- 10 10
- bestimmte Position certain position
- 11 11
- Messort Measuring location
- 12 12
- Recheneinheit computer unit
- 13 13
- Abtasteinheit scanning
- 14 14
- Kommunikationseinheit communication unit
- 15 15
- Leseeinrichtung reader
- 16 16
- Kommunikationseinrichtung communicator
- 17 17
- Signalleuchte signal light
- 18 18
- Lautsprecher speaker
- 19 19
- Recheneinheit computer unit
- 20 20
- Datenbank Database
- 21 21
- Kommunikationskanal communication channel
- 22 22
- Abschattungen shadowing
- S61 S61
- Verfahrensschritt step
- S62 S62
- Verfahrensschritt step
- S63 S63
- Verfahrensschritt step
- S64 S64
- Verfahrensschrittstep
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0364614 A1 [0004] EP 0364614 A1 [0004]
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- 2015-07-20 DE DE102015213557.8A patent/DE102015213557A1/en active Pending
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