用于確定對(duì)象表面的3d坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的一種用于確定對(duì)象表面上的測(cè)量點(diǎn)的在外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)（10），尤其所述3D坐標(biāo)是多個(gè)3D坐標(biāo)，尤其所述對(duì)象是工業(yè)產(chǎn)品，該測(cè)量系統(tǒng)（10）具有掃描裝置（21），該掃描裝置（21）用于測(cè)量，尤其是逐點(diǎn)測(cè)量，對(duì)象表面上的測(cè)量點(diǎn)并且用于確定在內(nèi)部測(cè)量坐標(biāo)系中的內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)。此外，設(shè)置了參照裝置（30）和評(píng)估單元（34），參照裝置（30）用于產(chǎn)生參照信息，尤其掃描裝置（21）的外部測(cè)量位置和測(cè)量朝向，用于在外部對(duì)象坐標(biāo)系中參照內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)；所述評(píng)估單元（34）用于基于內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)和所述參照信息確定所述測(cè)量點(diǎn)在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)，使得所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)以3D坐標(biāo)的形式，尤其是點(diǎn)云的形式，處于外部對(duì)象坐標(biāo)系中。在此情況下通過無人、受控、自動(dòng)的飛行器（20）攜帶掃描裝置（21），尤其其中，飛行器（20）被設(shè)計(jì)為飛行器（20）能夠以盤旋方式定向和移動(dòng)。
【專利說明】用于確定對(duì)象表面的3D坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及用于對(duì)象的三維測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)，尤其涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的工業(yè)產(chǎn)品，根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于確定3D坐標(biāo)的方法和根據(jù)權(quán)利要求12所述的在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中使用的無人、可控、自動(dòng)飛行器。
[0002]用于測(cè)量對(duì)象表面的系統(tǒng)例如在工業(yè)中在生產(chǎn)處理中使用以便檢驗(yàn)部件和產(chǎn)品幾何形狀。這使得能夠檢驗(yàn)對(duì)象的設(shè)計(jì)容限，迅速識(shí)別與生產(chǎn)有關(guān)的制造缺陷，以及將尺寸位于預(yù)限定標(biāo)準(zhǔn)之外的構(gòu)件從處理中移除。使用這種類型的測(cè)量系統(tǒng)可使得生產(chǎn)限額得以提聞同時(shí)減少生廣錯(cuò)誤。
[0003]在工業(yè)制造處理中，例如可使用具有觸覺傳感器的測(cè)量系統(tǒng)。所述系統(tǒng)主要包括可移動(dòng)的被引導(dǎo)的測(cè)量端頭，在其端部附接有紅寶石球，其中當(dāng)紅寶石球與對(duì)象表面存在接觸時(shí)，檢測(cè)到測(cè)量點(diǎn)并且可確定該點(diǎn)的坐標(biāo)。通過掃描限定的對(duì)象位置或者通過從表面的部分縮回，可記錄對(duì)象的形狀和尺寸，與預(yù)先針對(duì)這個(gè)目的而確定的目標(biāo)值比較，并且可確定從目標(biāo)值的任何偏離。
[0004]對(duì)于非常大的對(duì)象(例如，飛機(jī))而言，對(duì)象的觸覺測(cè)量會(huì)是不利的，因?yàn)檫@種測(cè)量處理一方面非常時(shí)間密集，并且因?yàn)閷?duì)象的大小所以在另一方面它僅能非常艱難地進(jìn)行。對(duì)進(jìn)行中的生產(chǎn)處理期間基本上完全質(zhì)量控制和對(duì)對(duì)象(尤其是原型機(jī))的形狀的數(shù)字化的不斷增加的要求使得表面周線的記錄——該記錄與在短時(shí)間內(nèi)確定待測(cè)量的對(duì)象的表面的各個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)一成為更加頻繁提出的測(cè)量任務(wù)。
[0005]為了減少為了這個(gè)目的的測(cè)量時(shí)間，可以使用光學(xué)測(cè)量傳感器進(jìn)行非接觸測(cè)量。這種光學(xué)表面測(cè)量系統(tǒng)可一般包括采用圖像序列來確定3D坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)或者光學(xué)掃描儀，例如，行掃描儀，利用該掃描儀對(duì)表面逐行掃描，其中，同時(shí)在表面上方引導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)或者掃描儀。
[0006]從現(xiàn)有技術(shù)得知的掃描儀依賴于各個(gè)掃描角在短時(shí)間內(nèi)可記錄多多個(gè)點(diǎn)的距離。通過將掃描儀相對(duì)于表面的移動(dòng)考慮在內(nèi)，可從其產(chǎn)生散射圖，該散射圖代表待測(cè)量的對(duì)象的表面。通過使用圖像處理，測(cè)量的表面也可被圖形化地處理、在顯示器上呈現(xiàn)，并且出現(xiàn)的任何測(cè)量偏差的指示可以被合并到圖形中。
[0007]此外，從現(xiàn)有技術(shù)已知的使用圖像序列來確定測(cè)量對(duì)象的3D坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)例如可以是便攜的、手持的和/或永久安裝的系統(tǒng)，一般包括用于用圖案對(duì)測(cè)量對(duì)象照明的圖案投影器，因而有時(shí)被稱為圖案投影3D掃描儀或者光結(jié)構(gòu)3D掃描儀。作為測(cè)量系統(tǒng)的另一部分的相機(jī)系統(tǒng)記錄投影到測(cè)量對(duì)象的表面上的圖案。
[0008]在測(cè)量期間，投影器用不同圖案(例如，不同寬度的平行亮暗條帶圖案，特別是條帶圖案的旋轉(zhuǎn)也可出現(xiàn)，例如90°旋轉(zhuǎn))按時(shí)間順序地對(duì)測(cè)量對(duì)象照明。相機(jī)在已知透視點(diǎn)記錄投影的條紋圖案。利用相機(jī)針對(duì)各投影圖案記錄圖像。針對(duì)全部相機(jī)的各圖像點(diǎn)，因而存在不同亮度值的時(shí)間序列。
[0009]然而，除了條帶還可投影其它適當(dāng)圖案，諸如，例如隨機(jī)圖案、偽隨機(jī)碼等。本領(lǐng)域技術(shù)人員從現(xiàn)有技術(shù)中充分已知適用于這個(gè)目的的圖案。
[0010]偽隨機(jī)碼使得例如能夠更容易地將對(duì)象點(diǎn)絕對(duì)關(guān)聯(lián)，這對(duì)于非常精細(xì)的條紋的投影中正在逐漸變得困難。為此目的可以按照快速序列初始地投影一個(gè)或者更多個(gè)偽隨機(jī)碼接著投影精細(xì)條帶圖案，或者甚至在連續(xù)記錄中，在序列期間變得更精細(xì)的不同條帶圖案可被投影，直至在測(cè)量對(duì)象表面上的測(cè)量點(diǎn)的分辨率實(shí)現(xiàn)了期望的精度為止。
[0011]接著使用根據(jù)來自照相測(cè)量和/或條帶投影的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法的圖像處理,可從所記錄的圖像序列計(jì)算出測(cè)量對(duì)象表面的3D坐標(biāo)。例如，在W02008/046663、DE10127304AUDE19633686A1或者DE102008036710A1中描述了這種測(cè)量方法和測(cè)量系統(tǒng)。
[0012]利用帶有相機(jī)或者掃描儀的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的問題經(jīng)常在人工即手持測(cè)量中發(fā)生。因?yàn)樵瓌t上為了記錄和處理三維的表面的散射圖必須有非常高的計(jì)算能力，特別是如果因?yàn)闇y(cè)量系統(tǒng)移動(dòng)所以所記錄的圖像或者掃描線要被合并，則與速度和振動(dòng)有關(guān)，移動(dòng)容限通常明顯受到限制。當(dāng)測(cè)量時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)的基本上的穩(wěn)固性因而是強(qiáng)制性的并且如果不被維持則是產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要原因。
[0013]例如在申請(qǐng)?zhí)?0166672.5的歐洲專利申請(qǐng)中公開了當(dāng)時(shí)檢測(cè)表面時(shí)，甚至當(dāng)使用機(jī)器人臂來引導(dǎo)測(cè)量傳感器時(shí)，將這種測(cè)量誤差考慮在內(nèi)并且因而補(bǔ)償測(cè)量期間的振動(dòng)或者速度變化的一種方案。
[0014]當(dāng)記錄圖像序列時(shí)，例如，可測(cè)量測(cè)量傳感器或者測(cè)量對(duì)象的平移和/或旋轉(zhuǎn)加速度，并且當(dāng)確定對(duì)象的3D坐標(biāo)時(shí)可將測(cè)量到的加速度考慮在內(nèi)。測(cè)量點(diǎn)的3D坐標(biāo)的確定可以依賴于所測(cè)量到的加速度來發(fā)生。因而在計(jì)算機(jī)中可將測(cè)量系統(tǒng)的不穩(wěn)固引導(dǎo)造成的誤差考慮在內(nèi)，并且作為結(jié)果可確定正確的位置數(shù)據(jù)。
[0015]在EP2023077提出了能夠準(zhǔn)確并且迅速進(jìn)行的使用記錄單元來進(jìn)行非接觸3D表面測(cè)量的另選方案。為了用測(cè)量頭進(jìn)行的測(cè)量，耦合到測(cè)量頭的測(cè)量裝置可確定該測(cè)量頭的測(cè)量位置和朝向，其中通過使用鉸接臂，測(cè)量頭可被引導(dǎo)到表面處或者被沿著表面引導(dǎo)。通過對(duì)至少部分交疊表面區(qū)間的第二測(cè)量，從按此方式可獲得的位置信息可在共用坐標(biāo)系下產(chǎn)生表面圖像。
[0016]以上提到的實(shí)施方式的共同缺點(diǎn)是對(duì)于待測(cè)量的大的對(duì)象，因?yàn)殂q接臂的有限范圍和引導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)的人的在解剖學(xué)上受限的范圍和移動(dòng)性，對(duì)象處的全部相關(guān)測(cè)量位置的實(shí)現(xiàn)僅可艱難進(jìn)行或者可能部分不能夠?qū)崿F(xiàn)。此外，例如通過在特殊保護(hù)設(shè)備中的人僅可在有毒環(huán)境中進(jìn)行對(duì)象測(cè)量，因而接著一方面在困難條件下進(jìn)行，或者在另一方面，例如如果超過了可容許的毒性值則不再能夠進(jìn)行測(cè)量。
[0017]因而本發(fā)明的目的是提供帶有關(guān)聯(lián)單元的測(cè)量系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的方法，利用該測(cè)量系統(tǒng)和方法，可以精確、迅速并且高度自動(dòng)化地進(jìn)行表面測(cè)量，特別是在至少部分地難以接近的對(duì)象上進(jìn)行測(cè)量。
[0018]本發(fā)明的特有目的是提供在對(duì)人類有害或者危險(xiǎn)的環(huán)境中能夠以用戶友好、簡(jiǎn)單和迅速的方式對(duì)對(duì)象進(jìn)行基本上完全3D測(cè)量的能力。
[0019]所述目的是通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來實(shí)現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中給出了以另選或者有利方式進(jìn)一步發(fā)展本發(fā)明的特征。
[0020]本發(fā)明提供一種用于確定對(duì)象表面的測(cè)量點(diǎn)在外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)，尤其所述3D坐標(biāo)是多個(gè)3D坐標(biāo)，尤其所述對(duì)象是工業(yè)產(chǎn)品。
[0021]在此，測(cè)量系統(tǒng)包括:光學(xué)掃描裝置，所述光學(xué)掃描裝置基于三角測(cè)量原理，尤其用于對(duì)象表面的測(cè)量點(diǎn)的逐點(diǎn)光學(xué)測(cè)量并且用于確定內(nèi)部掃描坐標(biāo)系中的內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)；參照裝置，所述參照裝置用于產(chǎn)生用于在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中參照所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的參照信息，尤其所述參照信息為所述掃描裝置的外部測(cè)量位置和測(cè)量朝向；和評(píng)估單元，所述評(píng)估單元用于依賴于內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)和所述參照信息確定測(cè)量點(diǎn)在外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)，使得所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)在外部對(duì)象坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為3D坐標(biāo)，尤其作為散射圖呈現(xiàn)。此外，測(cè)量系統(tǒng)包括無人、受控、自動(dòng)的飛行器并且掃描裝置被該飛行器攜帶，尤其其中飛行器被設(shè)計(jì)為使得飛行器能夠在盤旋的同時(shí)定向和移動(dòng)。此外，提供控制單元，該控制單元被構(gòu)造為使得，將掃描裝置確定的各個(gè)當(dāng)前內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)考慮在內(nèi)，和/或?qū)?shù)字模型預(yù)限定的對(duì)象表面考慮在內(nèi)，所述飛行器在維持預(yù)限定范圍的測(cè)量距離的同時(shí)在相對(duì)于對(duì)象表面自動(dòng)控制下沿著數(shù)字模型限定的飛行路徑移動(dòng)，所述測(cè)量距離尤其是測(cè)量距離。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，控制單元能夠被配置為使得依賴于能夠通過使用參照裝置確定(尤其連續(xù)確定)的掃描裝置的測(cè)量位置和測(cè)量朝向、和/或依賴于能夠使用掃描儀確定的到對(duì)象表面的測(cè)量距離，飛行器能夠在自動(dòng)控制下相對(duì)于對(duì)象表面移動(dòng)并且定向。
[0023]此外，根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的掃描裝置可以包括:光學(xué)掃描裝置，其中在飛行器的移動(dòng)期間能夠產(chǎn)生掃描條帶，和/或測(cè)量系統(tǒng)使用圖像序列以確定測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，尤其其中，掃描裝置可包括行掃描儀、條帶投影掃描儀和/或相機(jī)。
[0024]在這一方面，進(jìn)一步地，可以想到在飛行器上設(shè)置望遠(yuǎn)鏡，其中該望遠(yuǎn)鏡能夠繞著水平軸和豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且能夠檢測(cè)望遠(yuǎn)鏡朝向的相應(yīng)角度。另外，在該望遠(yuǎn)鏡中集成了距離測(cè)量單元和相機(jī)，使得基于所記錄的圖像能夠?qū)νh(yuǎn)鏡定向，并且確定到待測(cè)點(diǎn)的距離或者待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。因此，在所述配置中，飛行器能夠代表可移動(dòng)的飛行全站儀。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的這種類型的測(cè)量系統(tǒng)能夠使得能進(jìn)行對(duì)象測(cè)量，使得正在測(cè)量的測(cè)量單元的定位，即飛行器的定位，完全自動(dòng)進(jìn)行，因而尤其用戶對(duì)指定目標(biāo)點(diǎn)或者表面的迭代式靠近是不必要的。為此目的，飛行器能夠被內(nèi)部控制或者遙控到限定位置，例如，使用無線電信號(hào)或者使用通過線纜、經(jīng)由紅外或者經(jīng)由藍(lán)牙向飛行器發(fā)送的信號(hào)。另外，經(jīng)由電纜能夠向飛行器提供電力，該電纜將飛行器連接到遙控器和/或到參照裝置。例如，可以使用飛行無人機(jī)作為飛行器，使用機(jī)動(dòng)式旋轉(zhuǎn)翼的有針對(duì)性的控制來定位，其中飛行器是無人的并且能夠使用所設(shè)置的電機(jī)移動(dòng)，尤其，在遙控下移動(dòng)。
[0026]能夠使用測(cè)量系統(tǒng)確定用于控制飛行器或者用于產(chǎn)生用于控制的控制信號(hào)的飛行器位置。為此目的設(shè)置了參照裝置。所述裝置可以包括全站儀、經(jīng)緯儀、視距儀，或者例如GNSS系統(tǒng)或者發(fā)送位置信息的偽衛(wèi)星，所謂的偽星，其中在各個(gè)情況下在飛行器上設(shè)置了與適用裝置相對(duì)應(yīng)的模塊。通過在用于位置確定而提供的裝置和適于該位置確定的部件之間按此方式可實(shí)現(xiàn)的交互，能夠準(zhǔn)確地確定飛行器位置，并且能夠連續(xù)或持續(xù)跟蹤飛行器的位置。
[0027]除了位置確定，能夠進(jìn)行飛行器的朝向的確定。使用設(shè)置在飛行單元上的傳感器，諸如，例如，加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、磁力指南針，尤其IMU (慣性測(cè)量單元)、能夠在高達(dá)三個(gè)軸上確定單元的朝向。這使得能夠確定偏航角、俯仰角和側(cè)滾角并且在該單元將要進(jìn)行的測(cè)量任務(wù)期間考慮在內(nèi)。另選地，或者甚至除了對(duì)確定使用內(nèi)部傳感器以外，可以外部地進(jìn)行朝向確定。為此目的，可以將標(biāo)記按照限定分布附著到飛行器上，或者彼此具有限定的相對(duì)位置并且能夠利用記錄單元來記錄標(biāo)記，該標(biāo)記尤其為發(fā)光二極管的形式，該記錄單元尤其為相機(jī)。使用在所記錄的圖像中二極管的位置，可以做出關(guān)于飛行器的朝向的結(jié)論。
[0028]對(duì)于對(duì)象的表面拓?fù)?，基于?dāng)前確定的飛行器位置能夠確定飛行器對(duì)例如對(duì)表面的法線的相對(duì)位置，和/或能夠依賴于相應(yīng)的位置關(guān)系來控制飛行器。從所述信息還可以導(dǎo)出飛行器的目標(biāo)位置，并且所述目標(biāo)位置可以被限定為飛行器要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)位置。因而可以按照使得被控制到目標(biāo)位置并且被定位到那里的方式來控制飛行器。飛行器的定位因而可至少暫時(shí)地基本上以位置固定方式進(jìn)行，即，飛行器在短暫的時(shí)間間隔上獨(dú)立于外部影響可沒有擾動(dòng)地保持固定位置。這尤其可通過飛行器的適應(yīng)性控制來實(shí)現(xiàn)。此外，通過確定行進(jìn)的路徑或者飛行器的飛行路徑，例如，從多個(gè)目標(biāo)位置或者對(duì)象表面的目標(biāo)表面輪廓，飛行器可沿著該路徑移動(dòng)，尤其其中，移動(dòng)以更平滑的方式進(jìn)行，即，沒有飛行速度的擾動(dòng)，即，基本上速度沒有變化。
[0029]通過與飛行器聯(lián)系的位置確定裝置，確定飛行器的位置或者從指定位置的偏離量可連續(xù)進(jìn)行。與位置確定裝置相關(guān)聯(lián)的發(fā)送單元為此目的可提供定位信號(hào)，該定位信號(hào)可被目標(biāo)單元處的接收器接收。如果該裝置包括例如GNSS發(fā)送器或者如果使用GNSS系統(tǒng)來準(zhǔn)確確定飛行器的位置，則飛行器可包括GNSS接收器，利用該GNSS接收器可接收位置信息并且從該GNSS接搜器可確定位置。為此使用的GNSS系統(tǒng)例如可具有GPS或者GLONASS的形式。因此，在飛行器上可設(shè)置GNSS天線，以能夠接收與各個(gè)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)。除此之夕卜，可提供GNSS基準(zhǔn)站，其類似地設(shè)計(jì)用于接收GNSS信號(hào)并且除了提供基準(zhǔn)數(shù)據(jù)或者校正數(shù)據(jù)，例如，針對(duì)DGPS或者RTK或者VRS方法中的一種用于提高位置確定的準(zhǔn)確性。適應(yīng)于這種基準(zhǔn)系統(tǒng)的飛行器因而可附加地被設(shè)計(jì)為在將這些信號(hào)考慮在內(nèi)的情況下接收校正信號(hào)并且進(jìn)行大地測(cè)量位置確定。
[0030]然而，如果位置確定在封閉空間中進(jìn)行，例如，在生產(chǎn)大廳內(nèi)進(jìn)行，則經(jīng)常飛行器接收不到GNSS信號(hào)。在此情況下，使用偽衛(wèi)星(所謂的偽星)在大廳中進(jìn)行定位。偽衛(wèi)星可放置在相對(duì)于外部坐標(biāo)系(對(duì)象坐標(biāo)系)的各個(gè)已知位置，并且從這些位置可發(fā)送位置信息，例如，以類似于GNSS信號(hào)的信號(hào)格式，使用該信息可接著在飛行器處進(jìn)行位置確定。該信號(hào)在此可模擬虛擬衛(wèi)星的位置，因而不提供全局位置確定，但是能夠在坐標(biāo)系內(nèi)或者對(duì)象坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行相對(duì)位置確定，例如，代表生產(chǎn)空間。如果附加地已知偽星相對(duì)于全局坐標(biāo)系的位置，則還可以間接進(jìn)行飛行器的絕對(duì)、全局位置的確定。對(duì)于這種精確位置確定，在飛行器可接收來自四個(gè)偽星的信號(hào)，尤其其中利用針對(duì)信號(hào)的公共時(shí)基，三個(gè)信號(hào)的接收使得能夠準(zhǔn)確確定位置。
[0031]尤其，通過測(cè)量裝置，例如，全站儀或者激光跟蹤器通過對(duì)準(zhǔn)設(shè)置在飛行器上的模塊，例如，反射器，可確定飛行器的實(shí)際位置。在此，通過在測(cè)量裝置已經(jīng)進(jìn)行的校準(zhǔn)處理，例如能夠知道測(cè)量裝置的位置，因而通過測(cè)量已知點(diǎn)裝置可以因而確定自身的位置。如果飛行器上的反射器現(xiàn)在被所述測(cè)量站對(duì)準(zhǔn)，則通過確定所發(fā)送的測(cè)量光束的朝向可確定到飛行器的方向，并且使用測(cè)量光束進(jìn)行的距離測(cè)量可確定到飛行器的距離。從所述變量并且利用測(cè)量裝置的位置的知識(shí)可明確且精確地確定飛行器到測(cè)量裝置的相對(duì)位置，并且可導(dǎo)出絕對(duì)的，尤其大地測(cè)量準(zhǔn)確的、飛行器的位置?；诎创朔绞酱_定的(尤其連續(xù)確定的)飛行器的位置(實(shí)際位置)可進(jìn)行飛行器的控制。為此目的，可從位置信息導(dǎo)出控制數(shù)據(jù)，并且使用所述控制數(shù)據(jù)飛行器可飛行到限定目標(biāo)位置。[0032]從對(duì)象表面的坐標(biāo)或者位置信息可特別確定飛行器的目標(biāo)位置或者移動(dòng)路徑或者飛行路徑。如果其代表例如飛行器的機(jī)翼，則與機(jī)翼的表面輪廓平行的路徑可被限定為作為測(cè)量單元而配備的飛行器飛過的移動(dòng)路徑。為了促進(jìn)維持飛行器的準(zhǔn)確測(cè)量，在此可限定關(guān)于路徑的容限范圍，其中，在飛行器或者給出飛行器的位置的部件在容限范圍內(nèi)即認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了該路徑。另外，為了盤旋飛行，可限定例如I到100厘米之間、尤其5到20厘米之間的路徑，與機(jī)翼表面隔開且平行于機(jī)翼表面，或者到正切或者正切表面，或者與其成確定角度，尤其在限定角度范圍內(nèi)。在此類似地目標(biāo)或者容限范圍可擴(kuò)展，其關(guān)于移動(dòng)路徑或者飛行路徑具有限定的定位容限，其中如果飛行器或者在另一方面飛行器的給出其當(dāng)前位置的部件在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，則認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)位置或者飛行路徑。尤其，因?yàn)閷?duì)飛行器的外部影響，例如，通過空氣流的變化、溫度變化和/或可變的壓力狀況，經(jīng)常不能夠無時(shí)間限制地保持在固定位置或者在限定飛行路徑上盤旋，對(duì)于定位和移動(dòng)，適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)區(qū)域的限定可以是有利的。然而，使用對(duì)外部作用的偏折力補(bǔ)償反措施，飛行器可維持在預(yù)先限定的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)變化的位置。
[0033]在針對(duì)飛行器的具體飛行路徑的限定中，附加地包括飛行器的相應(yīng)的可實(shí)現(xiàn)的朝向，或者可選擇路徑以使得可在路徑的每個(gè)位置處限定方向上進(jìn)行飛行器的定向。因而除了飛行器的確定的定位或者移動(dòng)，可限定其朝向，因而針對(duì)利用飛行器進(jìn)行的測(cè)量，可指定絕對(duì)測(cè)量方向和相關(guān)聯(lián)的測(cè)量距離(依賴于要求)。
[0034]為了這種測(cè)量處理，飛行器可攜帶例如，掃描儀，例如，行掃描儀，或者為了確定測(cè)量對(duì)象的3D坐標(biāo)，可攜帶使用圖像序列的另選的測(cè)量系統(tǒng)。使用這種裝置，利用三角測(cè)量掃描儀，通過逐行進(jìn)行的掃描處理可逐點(diǎn)記錄表面結(jié)構(gòu)，即，按照限定的分辨率，例如，在I到50點(diǎn)每毫米，尤其還利用按照時(shí)間間隔重復(fù)的一個(gè)或者更多個(gè)點(diǎn)。此外，通過從兩個(gè)不同角度檢測(cè)至少部分重合的對(duì)象表面區(qū)域，可導(dǎo)出3D表面結(jié)構(gòu)，尤其其中附加圖案被投影在部分區(qū)域上。為此目的，測(cè)量系統(tǒng)可包括例如用于投影圖案的二極管和以限定方式相對(duì)于彼此設(shè)置的兩個(gè)相機(jī)。
[0035]這樣記錄的點(diǎn)解析的3D表面信息通常通過本領(lǐng)域已知的方法使用散射圖來表示。在此相對(duì)于指派到測(cè)量系統(tǒng)的坐標(biāo)系，確定所述散射圖的點(diǎn)坐標(biāo)。另外，通過先前描述的用于確定飛行器的位置和朝向的功能，其中可確定飛行器的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和三個(gè)平移自由度，點(diǎn)坐標(biāo)可變換為更高級(jí)別坐標(biāo)系(對(duì)象坐標(biāo)系)，因而可生成表示對(duì)象或者對(duì)象表面或者其部分的散射圖。
[0036]另外，通過測(cè)量到對(duì)象的距離(使用掃描儀)并且通過確定飛行器的朝向，基于已知對(duì)象數(shù)據(jù)可進(jìn)行飛行器的控制。因而可確定飛行路徑，尤其，自動(dòng)地確定，飛行器可隨著確定而移動(dòng)。在此，例如，要求的橫向測(cè)量準(zhǔn)確性以及因而最大可能移動(dòng)速度或者掃描條帶的最小必要交疊，例如，條帶的20%的與相鄰或者隨后條帶的交疊，和/或以實(shí)現(xiàn)限定距離測(cè)量準(zhǔn)確性而到表面的有利距離范圍可被考慮在內(nèi)。掃描條帶在掃描儀或者掃描裝置以掃描儀相對(duì)于對(duì)象表面的形式的移動(dòng)期間出現(xiàn)，其中移動(dòng)的方向在此可基本上垂直于掃描儀的掃描方向。為了控制，進(jìn)行掃描儀的測(cè)量位置的恒定補(bǔ)償、掃描儀的距離測(cè)量、或者掃描儀對(duì)準(zhǔn)表面的距離測(cè)量，并且確定飛行器的朝向。
[0037]此外，為了測(cè)量表面可知道對(duì)象的CAD模型，并且可用于控制飛行器。另外，通過利用激光跟蹤器對(duì)準(zhǔn)飛行器上的反射器可確定飛行器的位置，并且通過利用設(shè)置在激光跟蹤器上的相機(jī)記錄飛行器上的發(fā)光二極管提供的標(biāo)記可確定朝向。為了初始化測(cè)量并且為了在對(duì)象坐標(biāo)系中校準(zhǔn)激光跟蹤器，例如，現(xiàn)在使用激光跟蹤器可測(cè)量對(duì)象上的三個(gè)限定點(diǎn)，其坐標(biāo)從CAD模型中已知。此外，針對(duì)無人、(遠(yuǎn)程)控制、尤其自動(dòng)的飛行器，實(shí)現(xiàn)該測(cè)量單元的自動(dòng)飛行器的飛行路徑，可從CAD模型計(jì)算并且關(guān)于特定測(cè)量準(zhǔn)則來優(yōu)化，諸如，例如測(cè)量準(zhǔn)確性、測(cè)量時(shí)段、飛行穩(wěn)定性、維持飛行器和激光跟蹤器之間的視線和/或用于防撞。此外，通過激光跟蹤器處的控制信號(hào)，飛行器可移動(dòng)到起始位置并且定位在那里。在到達(dá)起始位置時(shí)，設(shè)置在飛行器上的三角測(cè)量掃描儀可被激活并且在掃描儀的掃描期間通過飛行器在預(yù)限定測(cè)量距離沿著所限定的移動(dòng)路徑移動(dòng)可開始對(duì)象的測(cè)量，因而建立與推掃測(cè)量表面相對(duì)應(yīng)的散射圖。
[0038]類似于所述測(cè)量處理，為了確定位置，通過彼此接觸的多個(gè)激光跟蹤器可同時(shí)對(duì)準(zhǔn)飛行器，尤其以增大的準(zhǔn)確性對(duì)準(zhǔn)，另外可實(shí)現(xiàn)飛行器的工作半徑的增大。另選地或者附加地，使用可在飛行器接收的由偽星提供的信號(hào)可在飛行器進(jìn)行位置確定，其中確定飛行器的朝向，尤其通過傳感器單元的傳感器，也在飛行器處(內(nèi)部地)進(jìn)行。
[0039]在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的上下文中，可預(yù)限定對(duì)象表面的位置和/或目標(biāo)輪廓，尤其可使用數(shù)字模型來指定，尤其CAD模型來指定，尤其其中，基于所預(yù)限定的對(duì)象表面，相應(yīng)的目標(biāo)表面坐標(biāo)可與相應(yīng)的3D坐標(biāo)比較，并且尤其其中，通過參照預(yù)限定的基準(zhǔn)點(diǎn)，參照裝置可被參照到對(duì)象表面。
[0040]另外，控制單元可被配置為使得飛行器可沿著飛行路徑移動(dòng)，其中飛行路徑可依賴于表面位置和表面輪廓確定，尤其自動(dòng)地確定。
[0041]使用所述信息，例如，可進(jìn)行對(duì)象的質(zhì)量控制和制造產(chǎn)品。數(shù)字化并且尺寸化的對(duì)象例示，例如，由對(duì)象的CAD模型表示，可為此目的而被設(shè)置(存儲(chǔ))在測(cè)量系統(tǒng)中，并且用作用于對(duì)象測(cè)量的起始點(diǎn)。根據(jù)對(duì)象位置和對(duì)象的表面的形狀和延伸，可自動(dòng)計(jì)算并且指定要用于測(cè)量的無人飛行器的飛行路徑，并且飛行器可沿著所述路徑移動(dòng)。在飛行器的移動(dòng)期間通過對(duì)象表面的連續(xù)掃描，利用所測(cè)量的表面點(diǎn)可產(chǎn)生散射圖，尤其利用在相應(yīng)坐標(biāo)系中它們的坐標(biāo)。這使得針對(duì)掃描表面導(dǎo)出測(cè)量到的實(shí)際值，其例如給出對(duì)象的尺寸，其形狀和/或半徑以及表面的角度。所述值可以與CAD模型中的針對(duì)表面的預(yù)定目標(biāo)值比較，因而可確定從目標(biāo)的任何偏離量。使用這樣的控制處理，尤其，可迅速識(shí)別故障部件，或者可確認(rèn)無錯(cuò)誤生產(chǎn)或者容限范圍內(nèi)的生產(chǎn)。
[0042]通過飛行器或者飛行器上的掃描裝置可以進(jìn)行對(duì)對(duì)象的進(jìn)一步的監(jiān)視，即連續(xù)測(cè)量。為此目的飛行器可在指定路徑上移動(dòng)，并且所述路徑可被重復(fù)飛過。對(duì)象的測(cè)量被同時(shí)進(jìn)行并且對(duì)象坐標(biāo)被記錄。在此，在一方面可使用掃描儀測(cè)量表面，并且在另一方面使用相機(jī)可記錄為圖像。所述坐標(biāo)可與限定的目標(biāo)坐標(biāo)連續(xù)比較，因而可確定對(duì)象表面的形狀或形狀的變化。這使得生產(chǎn)處理能夠在同時(shí)被跟蹤和訪問。例如，當(dāng)向產(chǎn)品表面涂裝油漆涂層時(shí)，在涂裝之前和之后可確定表面幾何形狀，并且關(guān)于油漆涂層的厚度做出結(jié)論，并且作為關(guān)于產(chǎn)品的額外重量的結(jié)果。所述監(jiān)視因而可類似地用于質(zhì)量控制的目的。另外，使用這個(gè)原理可識(shí)別并且跟蹤地質(zhì)變形。
[0043]另外，在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)中，關(guān)于掃描進(jìn)程、掃描時(shí)間、掃描準(zhǔn)確性、飛行器的移動(dòng)的穩(wěn)定性、飛行器的位置和朝向確定和/或防撞，可優(yōu)化飛行路徑和/或飛行速度，尤其其中，使用距離測(cè)量傳感器可確定到對(duì)象的距離，尤其是到障礙物的距離。[0044]此外，在本發(fā)明的框架內(nèi)，依賴于飛行路徑，掃描條帶可至少部分交疊，因而可調(diào)整掃描準(zhǔn)確性、掃描行程和掃描時(shí)間和/或因而使用掃描條帶的交疊區(qū)域的分析可確定和/或調(diào)整飛行器和/或掃描裝置的移動(dòng)和朝向，尤其通過圖像處理。另外，根據(jù)本發(fā)明，相應(yīng)的表面坐標(biāo)可與基于預(yù)限定對(duì)象表面的相應(yīng)的3D坐標(biāo)比較。
[0045]依賴于所要求的測(cè)量準(zhǔn)確性，可進(jìn)行移動(dòng)路徑的適應(yīng)，使得例如各個(gè)掃描條帶以可被限定的比例交疊，因而在一方面可提高這些區(qū)域中的測(cè)量分辨率并且在另一方面，可進(jìn)行飛行器的朝向或者對(duì)準(zhǔn)校正。通過尋找重疊區(qū)域中的表面結(jié)構(gòu)中的重疊圖案并且使用該重疊，采用飛行器的移動(dòng)方向或者朝向，尤其掃描裝置的朝向，因而可確定并且控制所述朝向。這種掃描區(qū)域的比較在此可使用圖像處理來進(jìn)行。另外，通過減少飛行器相對(duì)于對(duì)象的移動(dòng)并且利用掃描裝置的恒定分辨率，尤其其中，利用掃描裝置的掃描基本上垂直于飛行器的移動(dòng)方向進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)所產(chǎn)生的散射圖中的分辨率的提高。與此相反，利用類似恒定掃描分辨率和提高的速度，點(diǎn)分辨率會(huì)更低，但是同時(shí)可減少測(cè)量所需的時(shí)間。
[0046]另外，從飛行器或者從掃描裝置或者從掃描裝置到對(duì)象表面的測(cè)量距離的變化可影響準(zhǔn)確性以及測(cè)量而要求的時(shí)間。測(cè)量距離可例如在I到50厘米之間，尤其在5到20厘米之間。對(duì)于小的距離，通過這樣做可增加測(cè)量準(zhǔn)確性，并且掃描儀或者掃描條帶的寬度覆蓋的掃描區(qū)域可同時(shí)減小。結(jié)果，測(cè)量處理的測(cè)量周期可增加(針對(duì)飛行器相對(duì)于表面的給定速度)，因?yàn)獒槍?duì)所要求的對(duì)象測(cè)量，要?jiǎng)?chuàng)建更大數(shù)量的掃描條帶。
[0047]另外可相對(duì)于移動(dòng)或者飛行的穩(wěn)定性進(jìn)行移動(dòng)路徑的優(yōu)化。尤其，可進(jìn)行這種路徑優(yōu)化以避免飛行器采取小的飛行半徑，并且實(shí)現(xiàn)“圓形”移動(dòng)，尤其，對(duì)于方向的改變，即，在沒有補(bǔ)償移動(dòng)和/或單元的嚴(yán)重或者長(zhǎng)時(shí)間減速和加速階段的情況下的飛行器的移動(dòng)。
[0048]另外，可進(jìn)行移動(dòng)優(yōu)化以確保外部參照裝置和飛行器之間的基本上連續(xù)視線，使得基準(zhǔn)或者位置確定和飛行器的朝向確定連續(xù)進(jìn)行并且飛行器可被可靠地控制。另外，通過優(yōu)化移動(dòng)路徑，例如，可避免與諸如機(jī)器人或者可移動(dòng)的機(jī)械部件這樣的障礙物的碰撞。然而，在所存儲(chǔ)的CAD模型中這種障礙物可被考慮在內(nèi)，和/或通過飛行器中設(shè)置的附加傳感器例如雷達(dá)傳感器來標(biāo)識(shí)這種障礙物。
[0049]在本發(fā)明的框架內(nèi)，參照裝置可包括:位置確定裝置，所述位置確定裝置被設(shè)計(jì)為使得能夠確定所述掃描裝置的相對(duì)于所述對(duì)象坐標(biāo)系的外部測(cè)量位置，和/或朝向確定裝置，所述朝向確定裝置被設(shè)計(jì)為使得相對(duì)于所述對(duì)象坐標(biāo)系能夠確定所述掃描裝置的測(cè)量朝向。
[0050]此外，根據(jù)本發(fā)明，使用所述飛行器對(duì)所述掃描裝置的已知的位置關(guān)系和朝向關(guān)系，能夠確定所述掃描裝置的所述測(cè)量位置和所述測(cè)量朝向，尤其其中，利用所述參照裝置能夠確定飛行器位置和飛行器朝向。
[0051]隨著參照信息的確定，可確定掃描單元的當(dāng)前朝向和當(dāng)前位置，其中可利用相應(yīng)的參照裝置-位置確定裝置和/或朝向確定裝置進(jìn)行這種確定。例如，為了確定位置可對(duì)準(zhǔn)掃描裝置，尤其，利用激光束對(duì)準(zhǔn)掃描裝置，并且同時(shí)裝置的朝向可被視覺地記錄，尤其利用視頻相機(jī)來記錄。從這樣記錄的掃描裝置的圖像，使用掃描裝置的圖像處理和識(shí)別可導(dǎo)出其朝向。為了確定掃描裝置的測(cè)量朝向和測(cè)量位置，所述裝置不必須直接被參照，而另選地或者附加地可根據(jù)以上描述的原理進(jìn)行飛行器的參照，其中飛行器位置和飛行器朝向相對(duì)于測(cè)量位置和測(cè)量朝向的關(guān)系是已知的，并且使用所述關(guān)系可間接地確定掃描裝置的朝向和位置。
[0052]根據(jù)本發(fā)明為了參照測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量裝置和/或飛行器可包括反射器，并且參照裝置可包括大地測(cè)量裝置，尤其，全站儀或者激光跟蹤器。大地測(cè)量裝置因而可包括:輻射源，用于生成用于距離測(cè)量的光學(xué)測(cè)量光束；底座，所述底座限定豎直軸；以及光束偏折單元，用于發(fā)出測(cè)量光束并且用于接收在反射器反射的測(cè)量光束的至少一部分，其中，為了光學(xué)目標(biāo)軸的定向，光束偏折單元可以被電機(jī)繞著豎直軸和基本上與豎直軸正交的傾斜軸相對(duì)于底座樞轉(zhuǎn)。另外，為了目標(biāo)軸的朝向的高精度檢測(cè)，可提供角度測(cè)量功能，并且可提供評(píng)估裝置用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和用于控制光束偏折單元的朝向。光學(xué)測(cè)量光束還可定向到所述反射器，尤其連續(xù)地定向，使得能夠確定所述掃描裝置的所述測(cè)量位置和/或飛行器位置。
[0053]與全站儀相結(jié)合，可具體包括對(duì)準(zhǔn)裝置，尤其包括對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，其中支撐架被電機(jī)相對(duì)于測(cè)量裝置的底座樞轉(zhuǎn)并且對(duì)準(zhǔn)裝置可相對(duì)于支架樞轉(zhuǎn)以改變對(duì)準(zhǔn)裝置的朝向，并且對(duì)準(zhǔn)裝置包括用于限定光學(xué)對(duì)準(zhǔn)軸的至少一個(gè)發(fā)送單元；和輻射源，用于發(fā)出平行于光學(xué)對(duì)準(zhǔn)軸尤其與光學(xué)對(duì)準(zhǔn)軸同軸的用于距離測(cè)量的光學(xué)測(cè)量光束。
[0054]關(guān)于激光跟蹤器或者激光掃描儀的設(shè)計(jì)，輻射源可以例如設(shè)置在支架中，其被實(shí)現(xiàn)為可相對(duì)于底座關(guān)于通過底座限定的豎直軸樞轉(zhuǎn)，或者可設(shè)置在底座中，其中使用光束引導(dǎo)元件，所發(fā)射的輻射可被饋送到對(duì)準(zhǔn)單元。在這個(gè)方面，對(duì)準(zhǔn)單元例如可以被設(shè)計(jì)為光束偏折元件(例如，反射鏡)。
[0055]尤其，可向掃描裝置和/或向飛行器發(fā)送的信號(hào)可包含位置信息，其中該位置信息可在與飛行器相關(guān)聯(lián)的第一處理單元中被轉(zhuǎn)換為用于控制飛行器的控制數(shù)據(jù)，或者可包含所述用于控制飛行器的控制數(shù)據(jù)，其中，使用與所述參照裝置相關(guān)聯(lián)的第二處理單元從所述位置信息能夠確定所述控制數(shù)據(jù)。
[0056]另選地，另選地或者甚至附加地，參照裝置可包括:至少一個(gè)GNSS衛(wèi)星，尤其通過GPS、GLONASS或者Galileo表示，其中，GNSS衛(wèi)星提供GNSS信號(hào)，并且所述掃描裝置和/或所述飛行器包括接收器單元，接收器單元尤其是GNSS天線，使得能夠接收所述GNSS信號(hào)并且從所接收的GNSS信號(hào)能夠確定所述掃描裝置的位置。
[0057]尤其，根據(jù)本發(fā)明，參照裝置可包括:用于發(fā)送定位信號(hào)的偽衛(wèi)星模塊，并且所述掃描裝置的所述接收器單元和/或所述飛行器的所述接收器單元被設(shè)計(jì)為使得定位信號(hào)可被接收并且可從接收到的定位信號(hào)確定掃描裝置的測(cè)量位置和/或測(cè)量朝向。
[0058]為了能夠進(jìn)行將利用掃描裝置本地測(cè)量的坐標(biāo)傳遞到更高級(jí)別的坐標(biāo)系，可相對(duì)于所述坐標(biāo)系統(tǒng)參照掃描裝置，即，掃描裝置的相應(yīng)的位置和朝向與相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)組合。
[0059]為此目的，例如，測(cè)量系統(tǒng)(激光跟蹤器)或者GNSS系統(tǒng)或者偽衛(wèi)星系統(tǒng)可被用作參照裝置，其中，設(shè)置在飛行器上的模塊與外置的系統(tǒng)交互，或者其中涂覆在飛行器上的圖案用于被動(dòng)確定。
[0060]在參照裝置的測(cè)量裝置中，該裝置例如可通過激光跟蹤器或者全站儀實(shí)現(xiàn)，飛行器和/或掃描裝置可配備反射器或者反射測(cè)量光束的模塊，其中反射器可將測(cè)量光束向著光束源反射。測(cè)量系統(tǒng)可因而包括對(duì)準(zhǔn)裝置，其中裝置可按照自動(dòng)化方式在兩個(gè)軸上自動(dòng)定向，因而與對(duì)準(zhǔn)單元相關(guān)聯(lián)的激光束可向反射器精確地定向。另外，系統(tǒng)可包括用于測(cè)量朝向角的傳感器。在所述構(gòu)造中，當(dāng)對(duì)準(zhǔn)反射器時(shí)，可正確確定飛行器和/或掃描裝置相對(duì)于激光跟蹤器的位置。此外，通過在對(duì)象坐標(biāo)系中測(cè)量被測(cè)量的對(duì)象上的限定的基準(zhǔn)點(diǎn)可校準(zhǔn)激光跟蹤器，并且這使得能夠?qū)С鰭呙柩b置相對(duì)于對(duì)象的測(cè)量位置。為了控制飛行器，所述位置信息和任何朝向信息可被發(fā)送到飛行器或者發(fā)送到掃描裝置。在一方面，該信息可以具有已知信息的形式，其中所述信息在飛行器或者掃描儀中可被轉(zhuǎn)換為控制數(shù)據(jù)，在另一方面，能夠在測(cè)量站中從所述信息已經(jīng)產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)，并且為了控制而發(fā)送到飛行器和/或掃描儀。
[0061]還可通過使用GNSS數(shù)據(jù)或者使用在偽衛(wèi)星的大廳中發(fā)送的信號(hào)來進(jìn)行測(cè)量位置的參照或者確定。為此目的，飛行器或者掃描儀可包括適當(dāng)?shù)慕邮昭b置，并且從接收到的表示位置信息的信號(hào)可確定自身的位置。
[0062]類似于從偽衛(wèi)星接收發(fā)送和接收類似于GNSS信號(hào)的信號(hào)，可進(jìn)行通過適當(dāng)?shù)某瑢拵Оl(fā)送器發(fā)送UWB信號(hào)(超寬帶信號(hào))并且通過匹配的接收器在飛行器接收。從來自不同發(fā)送器的多個(gè)接收的信號(hào)，尤其至少三個(gè)這些信號(hào)，接著可進(jìn)行飛行器的位置確定。為此目的，例如，使用信號(hào)和發(fā)送器的已知位置可進(jìn)行三邊測(cè)量。
[0063]在本發(fā)明的框架內(nèi)，參照裝置可包括:與所述掃描裝置和/或所述飛行器相關(guān)聯(lián)的用于確定所述掃描裝置測(cè)量朝向和/或測(cè)量位置的傳感器單元，傳感器單元尤其為傾斜傳感器、磁力計(jì)、加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和/或速度傳感器。此外，掃描裝置和/或飛行器可包括:給出測(cè)量朝向的標(biāo)記，尤其標(biāo)記為限定的圖案、偽隨機(jī)圖案、條形碼和/或發(fā)光二極管，并且所述參照裝置可包括記錄單元，所述記錄單元尤其為相機(jī)，所述用于記錄標(biāo)記的并且用于從所述標(biāo)記的位置和排列確定所述掃描儀的測(cè)量朝向。利用這種參照裝置的設(shè)計(jì)，可關(guān)于掃描裝置的朝向或者飛行器的朝向或者測(cè)量朝向進(jìn)行參照。因而可使用內(nèi)部傳感器確定朝向和/或通過視頻相機(jī)記錄并且導(dǎo)出，并且通過用相機(jī)記錄的掃描裝置的圖像或者飛行器的圖像的圖像處理-依賴于用于朝向確定而設(shè)置的標(biāo)記的位置和排列。用于確定朝向的傳感器單元可因而包括帶有三個(gè)加速度傳感器、三個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器與三軸磁力計(jì)組合的所謂的頂U(kuò) (慣性測(cè)量單元)。對(duì)于使用飛行器上的標(biāo)記進(jìn)行飛行器的朝向確定，這些可以按照已知排列來提供，即，按照已知方式相對(duì)于彼此布置和定向?？山又褂眉す飧櫰魃系南鄼C(jī)來記錄所述標(biāo)記或者其中至少一些?？蓮囊蚨涗浀膱D像上的標(biāo)記相對(duì)于彼此的相對(duì)位置和朝向?qū)С鲲w行器的朝向，尤其使用圖像處理來導(dǎo)出。為此目的，標(biāo)記可以被實(shí)現(xiàn)為L(zhǎng)ED (發(fā)光二極管)。從所述確定，可確定飛行器或者掃描裝置的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。與位置確定一起，通過用激光跟蹤器對(duì)準(zhǔn)反射器，其中可確定三個(gè)平移自由度(也可通過使用偽衛(wèi)星的位置確定確定所述三個(gè)平移自由度)六個(gè)自由度，三個(gè)平移和三個(gè)旋轉(zhuǎn)，并且可確定飛行器在空間中的準(zhǔn)確位置和朝向。
[0064]另外，可通過以下方法進(jìn)行朝向的確定，其中在設(shè)置在對(duì)準(zhǔn)單元上的檢測(cè)器的方向上發(fā)射激光束，即，在飛行器或者在掃描裝置上，并且激光束發(fā)送方向例如通過朝向確定裝置來限定。激光束在檢測(cè)器上的入射點(diǎn)的確定如下所述。從所述入射點(diǎn)導(dǎo)出光束的入射方向。使用入射方向與發(fā)射方向的關(guān)聯(lián)，現(xiàn)在有可能進(jìn)行確定檢測(cè)器相對(duì)于激光源的朝向因而對(duì)對(duì)準(zhǔn)單元的朝向。這種方法例如是從W02008/138507已知的。
[0065]用于朝向確定的類似方法例如在W02006/097408進(jìn)行了公開。在此使用接收器相對(duì)于測(cè)量光束軸的偏移可確定朝向，其通過對(duì)準(zhǔn)接收器的測(cè)量光束來確定，其中從測(cè)量光束在檢測(cè)器上或者在檢測(cè)器的部分檢測(cè)區(qū)域上的入射點(diǎn)來確定入射方向。
[0066]利用用于提供關(guān)于飛行器的朝向的信息的其它已知選項(xiàng)，飛行器的位置被跟蹤，并且從位置變化確定移動(dòng)方向。通過假設(shè)移動(dòng)方向?qū)?yīng)于飛行器的特定朝向，可從其導(dǎo)出關(guān)于飛行器的朝向的信息。例如使用通過GPS的連續(xù)位置確定可確定位置變化。
[0067]另外，使用光學(xué)測(cè)量裝置可進(jìn)行對(duì)象在空間中的位置和角度位置或者朝向的測(cè)量。測(cè)量裝置因而可包括成像光學(xué)裝置和在二維上解析位置的檢測(cè)器。對(duì)象或者飛行器可具有已知的編碼圖案，例如，條形碼或者偽隨機(jī)碼，并且測(cè)量裝置記錄的圖案可被評(píng)估。依賴于所記錄的代碼的位置，可關(guān)于飛行器在空間中的相應(yīng)位置做出結(jié)論。與所述原理相對(duì)應(yīng)的方法例如在EP1066497中公開。
[0068]另外，對(duì)于確定飛行器和/或掃描裝置的朝向，可在無人機(jī)上布置多個(gè)接收器，其中各接收器可從偽星接收信號(hào)。因而針對(duì)任何接收器可確定坐標(biāo)系中的位置，并且從接收器在飛行器相對(duì)于彼此的已知排列和位置確定飛行器的朝向。
[0069]以上提到的用于確定朝向的選項(xiàng)可與飛行器的位置確定組合使用，用于準(zhǔn)確確定六個(gè)自由度(6-DoF)因此飛行器在空間中的準(zhǔn)確位置。通過飛行器和/或掃描儀利用一個(gè)或者更多個(gè)相機(jī)檢測(cè)環(huán)境中的限定的圖案，尤其在生產(chǎn)大廳中的工作區(qū)域中，可附加地進(jìn)行六個(gè)自由度的確定，因此可進(jìn)行飛行器或者掃描裝置的朝向和位置的參照，并且可從所記錄的圖案導(dǎo)出飛行器的位置和朝向。為此目的，圖案可布置在例如墻壁上、屋頂上和/或地面上并且被設(shè)計(jì)為所謂的偽隨機(jī)圖案。
[0070]另選地或者附加地，參照裝置可被設(shè)計(jì)為光學(xué)系統(tǒng)，其包括用于相應(yīng)發(fā)射可樞轉(zhuǎn)的基準(zhǔn)平面，尤其是激光平面，的光學(xué)發(fā)射器。因?yàn)樗霭l(fā)射器通過覆蓋的平面提供相應(yīng)的位置信息，它們因此作為“光學(xué)偽星”的類型來操作。對(duì)于進(jìn)行位置確定，還可設(shè)置飛行器和/或掃描儀上的檢測(cè)器和/或反射器，其可檢測(cè)或者反射發(fā)出的光輻射因而使得能夠進(jìn)行位置確定。在此通過使用多個(gè)發(fā)射器，例如，可記錄的工作區(qū)域可被放大，或者可防止飛行器和全部可用發(fā)射器之間的視覺限制，因而系統(tǒng)是冗余設(shè)計(jì)。
[0071 ] 根據(jù)本發(fā)明，所述參照裝置可包括距離圖像記錄單元，所述距離圖像獲取單元尤其為RIM相機(jī)(范圍成像)，所述距離圖像獲取單元用于記錄所述飛行器的圖像，其中，能夠所述從圖像導(dǎo)出到所述飛行器的依賴于周線和/或圖像點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，并且能夠從其確定所述測(cè)量朝向和/或所述測(cè)量位置。此外，所述飛行器可包括環(huán)境記錄單元，所述環(huán)境記錄單元尤其為相機(jī)，所述環(huán)境記錄單元用于記錄測(cè)量環(huán)境中設(shè)置的位置標(biāo)記，所述環(huán)境記錄單元尤其為限定的圖案或者偽隨機(jī)圖案，其中所述能夠從圖像中記錄的位置標(biāo)記的位置和朝向進(jìn)行所述測(cè)量朝向和/或所述測(cè)量位置的確定。
[0072]利用與參照裝置相關(guān)聯(lián)的距離圖像記錄單元，飛行器可被以點(diǎn)解析方式記錄，并且可向各圖像點(diǎn)或者向各圖像點(diǎn)的組指派距離值。這個(gè)“范圍成像”的原理可在相機(jī)中實(shí)現(xiàn)，其中所述相機(jī)可向飛行器定向并且因而其可被記錄為圖像。從所記錄的數(shù)據(jù)，例如，接著可導(dǎo)出飛行器的周線，并且與已知目標(biāo)周線比較，或者所記錄的周線可以被空間上變換使得實(shí)行與目標(biāo)周線的一致性。使用所記錄的周線的位置相對(duì)于可從其確定的目標(biāo)周線，關(guān)于飛行器的朝向可做出結(jié)論。另外，使用附接到飛行器的標(biāo)記，根據(jù)以上原理可進(jìn)行朝向確定。通過記錄距離值，例如，通過平均距離值或者通過補(bǔ)償計(jì)算，還可導(dǎo)出相機(jī)和飛行器之間的距離并且因而可確定全部六個(gè)自由度。
[0073]通過逆向過程，S卩，通過使用附接到飛行器的相機(jī)記錄飛行器周圍的標(biāo)記，類似地可確定飛行器的位置和朝向。測(cè)量環(huán)境中的位置和標(biāo)記可以是已知的或者是為此而準(zhǔn)確限定的。例如，為此目的利用相機(jī)可記錄限定的圖案，并且從它們?cè)谒涗浀膱D像上的位置和大小可作出關(guān)于測(cè)量朝向和/或測(cè)量位置的結(jié)論。
[0074]本發(fā)明還提供一種用于確定對(duì)象表面的測(cè)量點(diǎn)的在外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)的測(cè)量方法，尤其所述3D坐標(biāo)是多個(gè)3D坐標(biāo)，尤其所述對(duì)象是工業(yè)產(chǎn)品。為此目的，提供了對(duì)象表面的測(cè)量點(diǎn)的空間可偏移本地光學(xué)掃描，尤其是逐點(diǎn)掃描，以及基于三角測(cè)量原理在內(nèi)部掃描坐標(biāo)系中確定本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，產(chǎn)生用于在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中參照所述本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的參照信息，尤其所述參照信息為外部測(cè)量位置和測(cè)量朝向，并且根據(jù)本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)和所述參照信息確定所述測(cè)量點(diǎn)在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)，使得所述本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)在外部對(duì)象坐標(biāo)系中作為3D坐標(biāo)存在，尤其作為散射圖呈現(xiàn)。此外，所述掃描的移位通過無人、受控、自動(dòng)的飛行器進(jìn)行，尤其其中，所述飛行器在盤旋時(shí)被定向和移動(dòng)。另外，根據(jù)本發(fā)明，飛行器在相對(duì)于對(duì)象表面而被自動(dòng)控制的同時(shí)沿著數(shù)字模型限定的飛行路徑移動(dòng)，同時(shí)將相應(yīng)的當(dāng)前確定的內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)考慮在內(nèi)，和/或在維持預(yù)限定范圍的測(cè)量距離同時(shí)尤其測(cè)量距離將數(shù)字模型預(yù)限定的對(duì)象表面考慮在內(nèi)。
[0075]通過這種方法，尤其通過掃描位置的移位，可完全自動(dòng)化地確定對(duì)象的表面坐標(biāo)，其中表面的測(cè)量點(diǎn)的記錄在使用飛行器飛行同時(shí)進(jìn)行，尤其利用連續(xù)或者持續(xù)掃描位移。然而，單獨(dú)利用這個(gè)記錄不能夠獲得全局對(duì)象信息，但是僅相應(yīng)的本地測(cè)量點(diǎn)可被掃描或者測(cè)量。為了產(chǎn)生全局對(duì)象信息，即，對(duì)象坐標(biāo)系中的表面輪廓的全局對(duì)象信息，諸如代表表面的散射圖，相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)必須轉(zhuǎn)換為更高級(jí)別的坐標(biāo)系中并且被合并?？稍诖饲闆r下可通過兩個(gè)坐標(biāo)系之間的參照來進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換。結(jié)果獲得點(diǎn)解析對(duì)象圖像，其可具體用于通過將圖像與目標(biāo)值相比較，來確保質(zhì)量。
[0076]根據(jù)本發(fā)明，所述飛行器在相對(duì)于對(duì)象表面自動(dòng)控制下的同時(shí)移動(dòng)和定向，尤其是依賴于連續(xù)確定的外部測(cè)量位置和外部測(cè)量朝向和到對(duì)象表面的測(cè)量距離。結(jié)果，通過飛行器可自動(dòng)并且精確測(cè)量對(duì)象表面，飛行器被連續(xù)控制，依賴于其距表面的距離以及相對(duì)于表面相應(yīng)的朝向和定位并且適用對(duì)象表面的移動(dòng)。飛行器因而可附加地被自動(dòng)定向到要被測(cè)量的對(duì)象。
[0077]在根據(jù)本發(fā)明的方法的框架內(nèi)，通過光學(xué)掃描來進(jìn)行所述測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量，尤其利用掃描裝置，其中產(chǎn)生掃描條帶，和/或使用用于確定測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的圖像序列利用測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)地進(jìn)行。依賴于對(duì)測(cè)量處理的要求，可進(jìn)行對(duì)象上的自適應(yīng)測(cè)量?？蛇x擇相應(yīng)測(cè)量方法，例如，依賴于所請(qǐng)求的點(diǎn)分辨率或者測(cè)量速度，并且可因而測(cè)量對(duì)象表面。行掃描儀或者三角測(cè)量掃描儀在此代表普通測(cè)量裝置，利用該裝置可進(jìn)行表面的逐行測(cè)量。利用掃描儀的連續(xù)相對(duì)移動(dòng)可進(jìn)行二維測(cè)量，尤其垂直于內(nèi)部掃描方向。
[0078]此外，此外，在本發(fā)明的框架內(nèi)，可進(jìn)行通過飛行器的完全自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取。為此目的，飛行器可在開始測(cè)量處理之后自動(dòng)地探索測(cè)量環(huán)境，其可尤其使用測(cè)量區(qū)域或者測(cè)量體積的定義來指定，并且可在所述測(cè)量環(huán)境內(nèi)移動(dòng)因而收集測(cè)量數(shù)據(jù)，即到點(diǎn)的距離和點(diǎn)的坐標(biāo)。因而，測(cè)量體積可分階段被完整測(cè)量，并且可從其產(chǎn)生數(shù)字、幾何模型，例如，基于CAD。為此目的，飛行器可例如飛行通過測(cè)量對(duì)象(例如，飛機(jī))的內(nèi)部，其中使用掃描裝置可記錄和測(cè)量例如內(nèi)壁和內(nèi)部中的技術(shù)設(shè)備，并且可自動(dòng)適應(yīng)飛行路徑使得飛行器的移動(dòng)在未被測(cè)量的區(qū)域中進(jìn)行。另外，基于所述測(cè)量飛行器可飛過任何障礙物，因而提供更復(fù)雜的內(nèi)部或者對(duì)象的測(cè)量。在測(cè)量環(huán)境的完整自動(dòng)測(cè)量之后，飛行器可返回其起始點(diǎn)，在起始點(diǎn)降落并且使得所采集的數(shù)據(jù)可用。
[0079]根據(jù)本發(fā)明，另選地或者附加地，可預(yù)限定對(duì)象表面的位置和/或目標(biāo)輪廓，尤其使用數(shù)字模型來指定，尤其CAD模型來指定，尤其其中，基于所預(yù)限定的對(duì)象表面，相應(yīng)的目標(biāo)表面坐標(biāo)與相應(yīng)的3D坐標(biāo)比較，并且尤其其中，通過參照預(yù)限定的基準(zhǔn)點(diǎn)，參照裝置被參照到對(duì)象表面。另外，飛行器可沿著飛行路徑移動(dòng)，其中飛行路徑可依賴于表面位置和表面輪廓確定，尤其是自動(dòng)地確定。
[0080]通過指定目標(biāo)表面，基于該指定可控制飛行器沿著該表面，其中進(jìn)一步在表面和飛行器之間維持限定的距離，并且可在所述距離飛過飛行路徑。
[0081]根據(jù)本發(fā)明，關(guān)于掃描進(jìn)程、掃描時(shí)間、掃描準(zhǔn)確性、飛行器的移動(dòng)的穩(wěn)定性、飛行器位置和朝向確定和/或防撞，可優(yōu)化飛行路徑和/或飛行速度，尤其其中，可確定到對(duì)象的距離，尤其到障礙物的距離。
[0082]此外，依賴于飛行路徑，掃描條帶可因而至少部分交疊，因而可調(diào)整掃描準(zhǔn)確性、掃描行程和掃描時(shí)間可被調(diào)節(jié)，和/或使用掃描條帶的交疊區(qū)域的分析，尤其通過圖像處理，可確定和/或調(diào)節(jié)飛行器的移動(dòng)和朝向和/或測(cè)量朝向。
[0083]依賴于測(cè)量要求，飛行路徑的優(yōu)化或者適應(yīng)可進(jìn)行和/或自動(dòng)運(yùn)行。例如，飛行路徑可被自動(dòng)指定使得飛行器的移動(dòng)描述基本上沒有急彎曲半徑的飛行器曲線因而使得飛行器基本上均勻移動(dòng)。這特別使得能夠防止或者禁止突然減速或者加速機(jī)動(dòng)，結(jié)果實(shí)現(xiàn)測(cè)量時(shí)間的減少和測(cè)量準(zhǔn)確性的增加。飛行路徑上的障礙物，諸如，例如可移動(dòng)的機(jī)械部件，也可被考慮在內(nèi)，并且可進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)。另外，在飛行器和與裝置交互的設(shè)備之間可維持視覺接觸，用于通過路徑適應(yīng)來提高控制特性。
[0084]另外，通過選擇在掃描移位期間發(fā)生的掃描條帶的交疊比例可控制掃描準(zhǔn)確性，例如，條帶寬度的5%到50%的交疊。另外，這可以對(duì)掃描速度和掃描時(shí)間有影響，其中通過更大交疊導(dǎo)致的準(zhǔn)確性的增加可造成測(cè)量時(shí)間增加。并且速度和時(shí)間可相互施加相反的影響，即，為了增加掃描速度，要求的掃描時(shí)間減少。通過上述交疊，此外，飛行器的朝向和移動(dòng)可“在飛行中”保持恒定。為此目的，使用圖像處理可分析交疊區(qū)域，其中，例如，在兩個(gè)相鄰交疊條帶之間尋找重疊圖案，并且可基于此進(jìn)行朝向或者位置參照。
[0085]另外，另外，根據(jù)本發(fā)明，在方法的框架內(nèi)可接收定位信號(hào)，尤其偽衛(wèi)星提供的信號(hào)和/或GNSS信號(hào)，尤其其中GNSS信號(hào)以GPS、GLONASS或者Galileo信號(hào)為代表，并且可從所接收的定位信號(hào)確定外部測(cè)量位置，和/或使用反射測(cè)量光束可進(jìn)行外部測(cè)量位置的確定，尤其是在飛行器反射的。
[0086]對(duì)于參照，通過該參照可完成測(cè)量坐標(biāo)從內(nèi)部到外部坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，用于飛行器的相對(duì)或者絕對(duì)位置確定的信號(hào)可在飛行器提供和接收。通過掃描記錄的測(cè)量坐標(biāo)因而可與相應(yīng)的外部位置和/或時(shí)間信息組合，并且從所述數(shù)據(jù)組合可導(dǎo)出相對(duì)于待測(cè)量的對(duì)象的位置和/或測(cè)量點(diǎn)的相對(duì)地理準(zhǔn)確位置。另外，為了參照，在飛行器反射測(cè)量光束，例如，激光束，尤其在為此目的而設(shè)置的反射單元進(jìn)行反射，并且從反射光束可進(jìn)行飛行器的確定因此可進(jìn)行參照。測(cè)量光束可進(jìn)一步連續(xù)或者持續(xù)定向到飛行方向并且可恒定地進(jìn)行參照。
[0087]根據(jù)本發(fā)明，測(cè)量朝向的確定可在偏航、俯仰和側(cè)滾方向上進(jìn)行，尤其因而使用與飛行器相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部傳感器單元進(jìn)行確定，尤其使用傾斜傳感器、磁力計(jì)、加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和/或速度傳感器。另選地或者附加地，可利用與給出測(cè)量朝向的飛行器相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記尤其是發(fā)光二極管和所記錄的標(biāo)記尤其使用相機(jī)記錄的組合來進(jìn)行測(cè)量朝向的確定，以便從標(biāo)記的位置和排列確定測(cè)量朝向。
[0088]可進(jìn)一步通過確定裝置的朝向來進(jìn)行確定飛行器的六個(gè)自由度一三個(gè)平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。為此目的，可使用與飛行器相關(guān)聯(lián)的傳感器，即內(nèi)部傳感器。例如，IMU (慣性測(cè)量單元)——通常三個(gè)加速度傳感器、三個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器——和三軸磁力計(jì)可集成在飛行器中，利用其可連續(xù)進(jìn)行飛行器相對(duì)于重力場(chǎng)和在朝向角上的精確朝向。因而可精確地獨(dú)立于飛行器到記錄單元的視線確定朝向，并且被考慮在內(nèi)以控制飛行器。如果存在例如到相機(jī)的視線，則在飛行器上設(shè)置的標(biāo)記可被相機(jī)記錄，并且它們?cè)谒涗浀膱D像上的位置和朝向可被分析，尤其通過圖像處理。從此還可確定飛行器相對(duì)于相機(jī)的朝向，利用相機(jī)三個(gè)軸相對(duì)于坐標(biāo)系的位置的知識(shí)。
[0089]尤其，根據(jù)本發(fā)明，所述測(cè)量朝向?qū)τ谪Q直方向可平行定向，尤其自動(dòng)地平行定向，和/或所述測(cè)量朝向相對(duì)于所述飛行器朝向限定，尤其，通過萬向懸架和/或通過針對(duì)所述測(cè)量朝向的限定朝向的定向裝置，尤其其中，可在兩個(gè)軸上發(fā)生樞轉(zhuǎn)，尤其是在三個(gè)軸上發(fā)生樞轉(zhuǎn)。另選地，或者附加地，信息和/或控制命令，尤其是對(duì)象數(shù)據(jù)，可輸入到所述飛行器，和/或信息，尤其是所產(chǎn)生的散射圖，可被輸出，尤其是輸出在顯示器上。
[0090]在對(duì)象的測(cè)量或者掃描期間，可實(shí)現(xiàn)掃描朝向或者測(cè)量朝向?qū)ωQ直方向的的恒定平行朝向，通過萬向懸架來實(shí)現(xiàn)。例如，這種裝置可用于二維和平面表面的測(cè)量。使用定向裝置，通過該定向裝置，測(cè)量朝向可按照被對(duì)準(zhǔn)方式相對(duì)于飛行器偏折和樞轉(zhuǎn)，掃描方向可適應(yīng)并且掃描可因而促進(jìn)，例如，用于測(cè)量難以進(jìn)入的對(duì)象位置。因而掃描的朝向及其相對(duì)于飛行器的變化還可被記錄并且在確定測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)或者3D坐標(biāo)中被考慮在內(nèi)。
[0091]尤其，用于控制飛行器的控制命令可通過針對(duì)飛行器而設(shè)置的遙控器被輸入到飛行器和/或發(fā)送到飛行器。因而可通過飛行器和參照裝置之間的電纜和/或遙控器進(jìn)行，其中通過電纜可向飛行器提供電力。例如，按此方式可控制飛行器的旋轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)速，并且飛行器可因而按照對(duì)準(zhǔn)方式來移動(dòng)。此外，可輸入測(cè)量對(duì)象信息，使得能夠幫助和/或進(jìn)行飛行器的自動(dòng)控制。使用飛行器上和/或遙控器上的顯示器，尤其，在掃描處理期間，例如可向用戶提供信息。因而，例如可顯示測(cè)量點(diǎn)并且可跟蹤測(cè)量的進(jìn)度。
[0092]本發(fā)明還提供自動(dòng)、無人、受控飛行器，尤其是無人機(jī)，尤其其中飛行器在盤旋時(shí)可定向和移動(dòng)，用于在根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)中。因而，可接收相對(duì)于外部對(duì)象坐標(biāo)系的用于控制飛行器的控制數(shù)據(jù)，和/或從可接收的參照信息通過處理單元可導(dǎo)出用于控制飛行器的控制數(shù)據(jù)，以確定飛行器的飛行朝向和飛行位置，尤其其中，通過與所述飛行器相關(guān)聯(lián)的朝向確定單元能夠確定所述飛行朝向。所述飛行器攜帶光學(xué)掃描裝置，所述光學(xué)掃描裝置基于三角測(cè)量原理，尤其是用于對(duì)象表面的測(cè)量點(diǎn)的逐點(diǎn)光學(xué)掃描并且用于確定內(nèi)部掃描坐標(biāo)系中的內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)。另外，所述處理單元被構(gòu)造為使得所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)被在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中參照，并且從內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)并且通過參照內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，能夠進(jìn)行在外部對(duì)象坐標(biāo)系中測(cè)量點(diǎn)的3D坐標(biāo)的確定，使得所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)在外部對(duì)象坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為3D坐標(biāo)，尤其作為散射圖呈現(xiàn)。另外，用于控制飛行器的控制數(shù)據(jù)被配置為使得將使用掃描裝置確定的各個(gè)當(dāng)前內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)考慮在內(nèi)，和/或?qū)?shù)字模型預(yù)限定的對(duì)象表面考慮在內(nèi)，所述飛行器在維持預(yù)限定范圍的測(cè)量距離的同時(shí)在相對(duì)于對(duì)象表面自動(dòng)控制下沿著數(shù)字模型限定的飛行路徑移動(dòng)，所述測(cè)量距離尤其是測(cè)量距離。
[0093]在本發(fā)明的框架內(nèi)，用于根據(jù)本發(fā)明的飛行器的控制數(shù)據(jù)可還被配置為使得所述飛行器在相對(duì)于對(duì)象表面自動(dòng)控制下的同時(shí)可移動(dòng)和定向，依賴于尤其是連續(xù)確定的測(cè)量位置、以及使用掃描裝置可確定的到對(duì)象表面的測(cè)量朝向和/或測(cè)量距離。另外在此，根據(jù)本發(fā)明，掃描裝置可包括:光學(xué)掃描裝置，其中在飛行器的移動(dòng)期間可產(chǎn)生掃描條帶，和/或使用圖像序列來確定測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的掃描系統(tǒng)，尤其其中，掃描裝置可包括行掃描儀、條帶投影掃描儀和/或相機(jī)。另外，所述朝向確定單元可包括傳感器單元，所述傳感器單元尤其為傾斜傳感器、磁力計(jì)、加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和/或速度傳感器，和/或所述飛行器可包括用于測(cè)量到對(duì)象的距離的距離測(cè)量傳感器，所述距離測(cè)量傳感器尤其為雷達(dá)。
[0094]尤其，根據(jù)本發(fā)明的飛行器可包括:用于掃描裝置的限定的朝向，尤其對(duì)豎直方向的自動(dòng)平行朝向，的萬向懸架和/或定向裝置，尤其其中掃描裝置可在兩個(gè)軸上樞轉(zhuǎn)，尤其是在三個(gè)軸上樞轉(zhuǎn)。此外，根據(jù)本發(fā)明的飛行器可包括:用于輸入信息和/或控制命令的輸入單元，所述輸入單元尤其為鍵盤、觸敏顯示器、數(shù)據(jù)接口，所述信息和/或控制命令尤其為對(duì)象數(shù)據(jù)；和/或用于輸出信息的輸出單元，所述輸出單元尤其為顯示器，所述信息尤其為所產(chǎn)生的散射圖；和/或用于控制所述飛行器的遙控器，尤其其中所述遙控器包括用于顯示信息和/或所產(chǎn)生的散射圖的顯示器。
[0095]飛行器特征可在于其可使得在被自動(dòng)控制的同時(shí)進(jìn)行對(duì)象的測(cè)量或者掃描。為此目的，裝置可沿著對(duì)象表面定向和移動(dòng)，例如使用旋轉(zhuǎn)翼和旋轉(zhuǎn)翼的朝向。為了控制，飛行器到對(duì)象表面的測(cè)量距離可被連續(xù)考慮，其中飛行器攜帶的掃描儀可確定所述距離，其可同時(shí)進(jìn)行表面測(cè)量。用于控制飛行的控制數(shù)據(jù)可進(jìn)一步包含飛行器的位置和朝向信息，并且基于此，可實(shí)現(xiàn)將飛行器移動(dòng)的裝置的適應(yīng)性控制。掃描儀因而相對(duì)于對(duì)象表面可連續(xù)移位或者移動(dòng)，尤其基本上垂直于掃描方向，并且表面可被掃描儀記錄。掃描因而可逐點(diǎn)發(fā)生，即，表面可被掃描儀以特定點(diǎn)分辨率記錄，尤其以高達(dá)100個(gè)測(cè)量點(diǎn)每毫米的分辨率，和/或時(shí)間分辨率記錄，尤其在限定的時(shí)間間隔內(nèi)重復(fù)測(cè)量測(cè)量點(diǎn)。
[0096]為此目的，例如，飛行器可被控制使得對(duì)象表面的一部分，尤其是掃描條帶，被重復(fù)飛過并且測(cè)量。通過參照當(dāng)前位置和飛行器的朝向，測(cè)量的點(diǎn)和按此方式確定的坐標(biāo)被轉(zhuǎn)換為更高級(jí)別的坐標(biāo)系，并且對(duì)象因而被至少部分地記錄，尤其是完整記錄。
[0097]尤其，使用三角點(diǎn)測(cè)量實(shí)現(xiàn)的掃描儀，例如行掃描儀可被用作用于這種飛行器的掃描裝置。這些系統(tǒng)可逐行記錄表面，并且作為系統(tǒng)自身移動(dòng)的結(jié)果可掃描區(qū)域。因此可調(diào)整掃描單元相對(duì)于待測(cè)量對(duì)象的朝向并且可適應(yīng)測(cè)量狀況。為此目的可在飛行器上設(shè)置定向裝置，使用該定向裝置可實(shí)現(xiàn)掃描單元的定向。為了確定飛行器相對(duì)于對(duì)象的定向，其為對(duì)準(zhǔn)的掃描對(duì)準(zhǔn)的前提，可在飛行器上設(shè)置其它傳感器，例如，IMU。
[0098]根據(jù)本發(fā)明，可使用無人、受控、自動(dòng)飛行器來攜帶基于三角測(cè)量原理的光學(xué)掃描裝置，用于確定對(duì)象表面的測(cè)量點(diǎn)在外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)，所述3D坐標(biāo)尤其是多個(gè)3D坐標(biāo)，所述對(duì)象尤其是工業(yè)產(chǎn)品。
[0099]本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上，或者是通過電磁波實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)，具有用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的方法的程序代碼，尤其如果所述程序在電子數(shù)據(jù)處理單元中實(shí)現(xiàn)。
[0100]計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或者計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)可被設(shè)計(jì)為使得其中提供控制指令，尤其以算法的形式，可利用該控制指令通過自動(dòng)、無人、受控飛行器來進(jìn)行對(duì)象表面的3D坐標(biāo)的確定。
[0101]下面使用在附圖中通過示例示意地例示的具體示例性實(shí)施方式來描述根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中，還討論本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)。在附圖中:
[0102]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)；
[0103]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的帶有飛行器的測(cè)量系統(tǒng)和用于確定飛行器的位置和朝向的測(cè)量站；
[0104]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的帶有兩個(gè)激光跟蹤器和飛行器的測(cè)量系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式；
[0105]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的帶有偽衛(wèi)星和飛行器的測(cè)量系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式；
[0106]圖5示出用于根據(jù)本發(fā)明的飛行器的兩個(gè)飛行路徑。
[0107]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于確定對(duì)象60的3D坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)50。
[0108]測(cè)量系統(tǒng)50在此包括帶有相機(jī)52的激光跟蹤器51和移動(dòng)掃描單元53。向掃描單元53進(jìn)一步附加了標(biāo)記54，該標(biāo)記54被相機(jī)52記錄并且使用圖像處理過程從其位置和排列可確定掃描單兀53的朝向。另外，激光跟蹤器51發(fā)射測(cè)量光束55,并且在掃描單兀53處的反射器56被光束55對(duì)準(zhǔn)。這使得能夠確定掃描單兀53相對(duì)于對(duì)象60以及相對(duì)于激光跟蹤器51的位置。另外，在掃描儀53發(fā)射掃描光束57，利用該掃描光束57對(duì)對(duì)象表面掃描并且可確定表面的各個(gè)位置的本地測(cè)量坐標(biāo)。通過這種排列，使用激光跟蹤器51可在對(duì)象坐標(biāo)系中參照這樣測(cè)量的對(duì)象60上的測(cè)量點(diǎn)，并且可生成對(duì)象60的全局3D坐標(biāo)。設(shè)置了評(píng)估單元58，其用于合并測(cè)量坐標(biāo)和所確定的掃描單元53的當(dāng)前位置和朝向，尤其是將激光跟蹤器53對(duì)對(duì)象60的已知的相對(duì)位置和朝向考慮在內(nèi)。這種掃描系統(tǒng)50例如當(dāng)測(cè)量例如飛機(jī)或者機(jī)動(dòng)車時(shí)用于工業(yè)生產(chǎn)中，并且可使得能夠在生產(chǎn)期間進(jìn)行工件的質(zhì)量控制。
[0109]在圖2中，示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)10的實(shí)施方式。激光跟蹤器30實(shí)現(xiàn)的基準(zhǔn)排列在此包括記錄單元31 (例如，視頻相機(jī))、用于發(fā)射測(cè)量光束33的對(duì)準(zhǔn)單元32、以及評(píng)估單元34。此外，可向飛行器20發(fā)射信號(hào)35。飛行器攜帶通過掃描儀實(shí)現(xiàn)的掃描裝置21，向待測(cè)量的對(duì)象60發(fā)射用于掃描的輻射22。除了用于反射激光跟蹤器30發(fā)射的測(cè)量光束35的反射器23以及標(biāo)記24以外，在飛行器20上以限定的位置和排列設(shè)置了標(biāo)記24，尤其是發(fā)光二極管。另外，飛行器20包括至少兩個(gè)，尤其是四個(gè)轉(zhuǎn)子25(在立體圖中示出)，其使得飛行器20能夠進(jìn)行飛行移動(dòng)。
[0110]為了對(duì)對(duì)象60進(jìn)行測(cè)量，可對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)61，基準(zhǔn)點(diǎn)61在對(duì)象60上的位置是可從CAD數(shù)據(jù)知道的，因而在對(duì)象坐標(biāo)系中可校準(zhǔn)激光跟蹤器30。飛行器20根據(jù)對(duì)象表面可沿著對(duì)象60移動(dòng)，其中掃描儀在移動(dòng)期間使用掃描輻射22來掃描對(duì)象表面上的測(cè)量點(diǎn)。因而在掃描儀可確定各個(gè)表面點(diǎn)的本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)。
[0111]為了記錄或者測(cè)量全局表面輪廓，現(xiàn)在可發(fā)生在對(duì)象坐標(biāo)系中參照本地坐標(biāo)。為此目的，在一方面通過利用記錄單元31記錄標(biāo)記24并且評(píng)估因而利用標(biāo)記24產(chǎn)生的圖像(例如使用圖像處理)，來確定飛行器20的朝向。在此使用標(biāo)記24在飛行器上的所限定的排列和它們?cè)趫D像上的位置可以進(jìn)行實(shí)際朝向確定。另外，在另一方面，通過將激光跟蹤器30的對(duì)準(zhǔn)單元32發(fā)射的測(cè)量光束33對(duì)準(zhǔn)反射器23來確定飛行器20的位置。光束33被反射并且被激光跟蹤器30記錄，并且例如從測(cè)量激光脈沖的過渡時(shí)間和對(duì)準(zhǔn)單元32的可確定的朝向，確定飛行器20相對(duì)于激光跟蹤器30的精確位置。利用所述信息，尤其是使用評(píng)估單元34，因而可導(dǎo)出3D對(duì)象坐標(biāo)并且表示為散射圖并且傳遞到CAD模型中。因而可同時(shí)確定CAD數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)的目標(biāo)坐標(biāo)從所確定的坐標(biāo)的任何偏差，并且例如在顯示器上彩色地以圖形示出。另外，使用從激光跟蹤器30向飛行器發(fā)送的信號(hào)35可控制飛行器30，其中，為了控制可將飛行器30相對(duì)于對(duì)象60的距離、位置和朝向考慮在內(nèi)。
[0112]在利用測(cè)量系統(tǒng)10進(jìn)行測(cè)量之前，基于CAD模型使用適當(dāng)軟件，用戶可限定對(duì)象60的待測(cè)量的區(qū)域，例如，車輛的頂部。通過校準(zhǔn)車輛上的至少三個(gè)限定的基準(zhǔn)點(diǎn)61 (基準(zhǔn)點(diǎn)61被指定為CAD模型中的坐標(biāo))，可確定CAD模型對(duì)激光跟蹤器30的空間關(guān)系。在選擇對(duì)象部分之后可計(jì)算最優(yōu)飛行路徑。因而掃描儀21的例如40cm的最優(yōu)距離也可被考慮在內(nèi)，諸如從例如20%的掃描得到的掃描條帶的交疊區(qū)域。
[0113]一旦用戶開始測(cè)量處理，飛行器20的當(dāng)前位置和朝向可被激光跟蹤器30記錄并且發(fā)送到評(píng)估單元34。所記錄的值可與來自所計(jì)算的飛行路徑的目標(biāo)值比較，并且可從其導(dǎo)出信號(hào)35，可通過無線電向飛行器20發(fā)送信號(hào)35。因而飛行器20的位置和朝向可被連續(xù)地校正并且適應(yīng)于所確定的飛行路徑。
[0114]在飛行器20到達(dá)待記錄的對(duì)象60時(shí)，掃描儀21可開始掃描表面點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)可通過無線電同樣地發(fā)送到評(píng)估單元34，因而可以與所記錄的飛行器20的位置和朝向一起處理并且被存儲(chǔ)。
[0115]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)10的另一個(gè)實(shí)施方式。為了參照，S卩，為了確定飛行器20的六個(gè)自由度即位置和朝向的六個(gè)自由度，在所述實(shí)施方式中設(shè)置了兩個(gè)激光跟蹤器30a、30b，均帶有相機(jī)31a、31b和發(fā)射測(cè)量光束33a、33b的目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)單元32a、32b。在飛行器20處，設(shè)置了與參照排列或者兩個(gè)激光跟蹤器30a、30b交互的裝置，其中標(biāo)記24給出朝向并且反射器23給出位置。使用掃描儀21進(jìn)行對(duì)象60的掃描。此外，設(shè)置了控制單元40，使得能夠進(jìn)行飛行器20的控制。為此目的，控制單元40可從激光跟蹤器30a、30b接收信號(hào)35，該信號(hào)可包含飛行器的各自當(dāng)前位置和朝向，并且可發(fā)送可被飛行器20接收的信號(hào)35。所發(fā)送的信號(hào)35因而可表示根據(jù)參照信息(即，從掃描儀21的位置和朝向)產(chǎn)生的、并且使得能夠使用對(duì)象表面的知識(shí)控制飛行器20沿著對(duì)象60的控制數(shù)據(jù)。
[0116]此外，控制單元40依賴于可用CAD數(shù)據(jù)例如對(duì)象60的數(shù)字表面模型可進(jìn)行飛行器20的控制，使得飛行器20沿著限定路徑移動(dòng)，例如，基本上平行于表面輪廓，并且在這樣做時(shí)可通過掃描儀21確定的到對(duì)象表面的距離也可被考慮在內(nèi)。
[0117]此外，利用本實(shí)施方式，飛行器20的控制可被設(shè)計(jì)為冗余的。如果例如在激光跟蹤器30a、30b中的一個(gè)與飛行器20之間存在視覺局限，則使用第二跟蹤器30a、30b位置和朝向的確定可繼續(xù)進(jìn)行，并且飛行器20可被控制。為此目的，一旦檢測(cè)到視覺局限，即，一旦在跟蹤器30a、30b不再能夠檢測(cè)到飛行器20上的標(biāo)記24和/或反射器23，飛行器20的跟蹤或者測(cè)量就從激光跟蹤器30a、30b中的一個(gè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)，因而即使在視線中斷的情況下也保證了測(cè)量系統(tǒng)10的操作。
[0118]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)10的另一個(gè)實(shí)施方式，其帶有設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)排列的室內(nèi)定位系統(tǒng)，例如，用于在生產(chǎn)大廳中的測(cè)量，用于帶有所謂的“假衛(wèi)星”在空間中分布的偽衛(wèi)星70a、70b的飛行器20，其中，在此通過示例示出了兩個(gè)偽衛(wèi)星70a、70b，但是可設(shè)置其它“假衛(wèi)星”用于基準(zhǔn)。例如，從四個(gè)這種偽衛(wèi)星的信號(hào)可唯一確定飛行器20的位置。尤其，如果信號(hào)具有共用時(shí)基，則從三個(gè)偽衛(wèi)星接收信號(hào)對(duì)于實(shí)際位置確定是充分的。飛行器20或者無人機(jī)還包括:三個(gè)(上或下傾斜)定向的掃描這種21a、21b、21c,例如,三角測(cè)量掃描儀；以及接收器單元26，其使得能夠使用偽衛(wèi)星70a、70b發(fā)送的信號(hào)71進(jìn)行位置確定。信號(hào)71因此表示位置信息，基本上類似于GNSS系統(tǒng)，使用該位置信息當(dāng)接收到多個(gè)信號(hào)71時(shí)有可能進(jìn)行相對(duì)位置確定。另外，由慣性測(cè)量單元(MU)和三軸磁力計(jì)組成的傳感器單元27可以集成在飛行器20中，慣性測(cè)量單元由三個(gè)加速度傳感器和三個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器組成。使用所述傳感器單元27，相對(duì)于更高級(jí)別的對(duì)象坐標(biāo)系，可確定飛行器20的位置和朝向，因而進(jìn)行利用對(duì)象坐標(biāo)系參照各自掃描儀21a、21b、21c的本地坐標(biāo)系。另外，可在飛行器20中設(shè)置處理或計(jì)算單元28。
[0119]用戶在辦公室計(jì)算機(jī)上使用CAD模型可限定對(duì)象60的待測(cè)量的區(qū)域。根據(jù)對(duì)象坐標(biāo)和要被優(yōu)化的準(zhǔn)則，因而可計(jì)算出飛行路徑，其可例如通過電纜連接或者無線電發(fā)送到飛行器20的計(jì)算單元28并且存儲(chǔ)在那里。
[0120]一旦用戶開始處理，當(dāng)前位置和朝向就可被接收器單元26和傳感器單元27確定并且發(fā)送到計(jì)算單元28?？蓪⑺涗浀奈恢煤统蛑蹬c所計(jì)算出的飛行路徑的目標(biāo)值比較，并且可從其中導(dǎo)出用于飛行器20的轉(zhuǎn)子25的控制信號(hào)。通過這樣，飛行器20的位置可適應(yīng)于飛行路徑。
[0121]在達(dá)到了用于表面測(cè)量的目標(biāo)距離或者目標(biāo)區(qū)域時(shí)，面對(duì)對(duì)象60的掃描儀21b可開始確定表面點(diǎn)的坐標(biāo)。這些可與參照信息(即，所記錄的飛行器20的位置和朝向的值)一起被設(shè)置在存儲(chǔ)器中。在成功進(jìn)行測(cè)量之后和/或測(cè)量期間，測(cè)量值或者測(cè)量坐標(biāo)可被飛行器20經(jīng)由電纜連接或者使用無線電發(fā)送到計(jì)算機(jī)和/或評(píng)估單元。在此依賴于參照信息在CAD系統(tǒng)中可進(jìn)行本地坐標(biāo)到各自坐標(biāo)的變換，并且可進(jìn)行對(duì)象60的當(dāng)前狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)的比較。
[0122]圖5示出兩個(gè)優(yōu)化飛行路徑81、82，飛行器20可沿著這些路徑移動(dòng)以便對(duì)對(duì)象表面65的測(cè)量。利用飛行路徑81，應(yīng)實(shí)現(xiàn)針對(duì)飛行器20的可能的短飛行路徑，以使得表面65被完全測(cè)量，因此應(yīng)實(shí)現(xiàn)非常短的測(cè)量時(shí)間，利用路徑82限定了可避免緊湊的曲率半徑的路徑。同時(shí)通過飛行路徑82可實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)量精度，因?yàn)樵诼窂?2的過程中，表面65的至少部分區(qū)域可被重復(fù)地飛躍并且可因而被重復(fù)地測(cè)量?？苫诖郎y(cè)量的對(duì)象的表面模型確定飛行路徑81、82兩者，并且基于測(cè)量要求進(jìn)行優(yōu)化。另外，如上所述，依賴于飛行器20和對(duì)象表面65之間的所確定的測(cè)量距離和/或依賴于在飛行移動(dòng)期間檢測(cè)到的障礙物，可對(duì)各自飛行路徑81、82進(jìn)行尤其是連續(xù)地進(jìn)行校正或者適應(yīng)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定對(duì)象表面(65)的測(cè)量點(diǎn)的在外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)的測(cè)量系統(tǒng)(10)，尤其所述3D坐標(biāo)是多個(gè)3D坐標(biāo)，尤其所述對(duì)象是工業(yè)產(chǎn)品，該測(cè)量系統(tǒng)(10)具有: ?光學(xué)掃描裝置(21、21a、21b、21c)，所述光學(xué)掃描裝置(21、21a、21b、21c)基于三角測(cè)量原理，特別是用于對(duì)象表面(65)的測(cè)量點(diǎn)的逐點(diǎn)光學(xué)測(cè)量并且用于確定內(nèi)部掃描坐標(biāo)系中的內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)， ?參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)，所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)用于產(chǎn)生用于在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中參照內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的參照信息，以及 ?評(píng)估單元(34)，所述評(píng)估單元(34)用于依賴于所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)和所述參照信息確定所述測(cè)量點(diǎn)在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)，使得所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為3D坐標(biāo)，尤其呈現(xiàn)為散射圖， 其特征在于， ?攜帶所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的無人、受控、自動(dòng)的飛行器(20)，尤其其中，所述飛行器(20)被設(shè)計(jì)為使得所述飛行器(20)能夠在盤旋時(shí)定向和移動(dòng)，以及 ?控制單元(40)，所述控制單元(40)被構(gòu)造為使得所述飛行器(20)在維持預(yù)限定范圍的測(cè)量距離的同時(shí)在自動(dòng)控制下相對(duì)于所述對(duì)象表面(65)移動(dòng)，所述測(cè)量距離尤其是以下的測(cè)量距離， □將使用掃描裝置(21、21a、21b、21c)確定的各個(gè)當(dāng)前內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)考慮在內(nèi)的測(cè)量距離，和/或 □將沿著數(shù)字模型限定的飛行路徑(81、82)由所述數(shù)字模型預(yù)限定的對(duì)象表面考慮在內(nèi)的測(cè)量距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)(10)， 其特征在于， 所述控制單元(40)被構(gòu)造為使得依賴于能夠使用參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)確定的、尤其是能夠連續(xù)確定的掃描裝置(21、21a、21b、21c)的測(cè)量位置和測(cè)量朝向，和/或依賴于能夠使用掃描裝置(21、21a、21b、21c)確定的到所述對(duì)象表面(65)的測(cè)量距離，所述飛行器(20 )在相對(duì)于所述對(duì)象表面(65 )而被自動(dòng)控制的同時(shí)能夠移動(dòng)和定向， 和/或 對(duì)象表面(65)的位置和/或目標(biāo)輪廓能夠被預(yù)限定，尤其由所述數(shù)字模型預(yù)先確定，尤其所述數(shù)字模型是CAD模型，尤其其中，基于預(yù)限定的對(duì)象表面(65)相應(yīng)的目標(biāo)表面坐標(biāo)能夠與相應(yīng)的3D坐標(biāo)進(jìn)行比較，并且尤其其中，所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b )通過參照預(yù)限定的基準(zhǔn)點(diǎn)(61)而能夠被參照到所述對(duì)象表面(65)，和/或所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)包括:光學(xué)掃描裝置，其中在所述飛行器(20)的移動(dòng)期間能夠產(chǎn)生掃描條帶，和/或測(cè)量系統(tǒng)使用圖像序列以確定所述測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，尤其其中，所述掃描儀(21、21a、21b,21c)包括行掃描儀、條帶投影掃描儀和/或相機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量系統(tǒng)(10)， 其特征在于， 依賴于表面位置和目標(biāo)表面輪廓，所述飛行路徑(81、82 )能夠被確定，尤其被自動(dòng)地確定，尤其其中，關(guān)于掃描行程、掃描時(shí)間、掃描精度、所述飛行器(20)的移動(dòng)的穩(wěn)定性、所述飛行器(20)的位置和朝向的確定和/或防撞能夠?qū)λ鲲w行路徑(81、82)和/或飛行速度進(jìn)行優(yōu)化，尤其其中，能夠使用距離測(cè)量傳感器確定到對(duì)象的距離，尤其到障礙物的距離，尤其其中，依賴于所述飛行路徑(81、82)所述掃描條帶能夠至少部分交疊，從而?能夠調(diào)節(jié)所述掃描精度、所述掃描行程和所述掃描時(shí)間和/或?使用對(duì)所述掃描條帶的交疊區(qū)域的分析，尤其通過圖像處理，能夠確定和/或調(diào)節(jié)所述飛行器(20)和/或所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的移動(dòng)和朝向。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或者3所述的測(cè)量系統(tǒng)(10)， 其特征在于， 所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)包括: ?位置確定裝置，所述位置確定裝置被設(shè)計(jì)為使得相對(duì)于所述對(duì)象坐標(biāo)系能夠確定所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的外部測(cè)量位置，和/或 ?朝向確定裝置，所述朝向確定裝置被設(shè)計(jì)為使得相對(duì)于所述對(duì)象坐標(biāo)系能夠確定所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的測(cè)量朝向， 尤其其中，使用所述飛行器(20)對(duì)所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的已知的位置關(guān)系和朝向關(guān)系，能夠確定所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的所述測(cè)量位置和所述測(cè)量朝向，尤其其中，利用所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)能夠確定飛行器位置和飛行器朝向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(10)， 其特征在于， ?所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)和/或所述飛行器(20)包括反射器(23)， ?所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)包括大地測(cè)量裝置，尤其是全站儀或者激光跟蹤器(30、30a、30b)，其至少具有 □輻射源，所述輻射源用于產(chǎn)生用于距離測(cè)量的光學(xué)測(cè)量光束(33、33a、33b)， □底座，所述底座限定豎直軸， □光束偏折單元(32、32a、32c)，所述光束偏折單元(32、32a、32c)用于發(fā)出測(cè)量光束(33.33a.33b)并且用于接收經(jīng)在所述反射器(23)反射的測(cè)量光束的至少一部分，其中，為了光學(xué)目標(biāo)軸的定向，通過電機(jī)使得所述光束偏折單元(32、32a、32c)能夠相對(duì)于所述底座繞所述豎直軸和與所述豎直軸基本上正交的傾斜軸樞轉(zhuǎn)， □角度測(cè)量功能體，所述角度測(cè)量功能體用于高精度記錄所述目標(biāo)軸的朝向，以及□評(píng)估裝置，所述評(píng)估裝置用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和所述光束偏折單元(32、32a、32c )的朝向的控制，并且 ?所述測(cè)量光束(33、33a、33b )可定向到所述反射器(23 )，尤其連續(xù)地定向到所述反射器(23)，使得能夠確定所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的所述測(cè)量位置和/或飛行器位置，尤其其中， ?能夠向所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)和/或所述飛行器(20)發(fā)送的信號(hào)(35)包含 □位置信息，其中，所述位置信息能夠在與所述飛行器(20)相關(guān)聯(lián)的第一處理單元中被轉(zhuǎn)換為用于控制所述飛行器(20)的控制數(shù)據(jù)，或者 □所述用于控制飛行器(20)的控制數(shù)據(jù)，其中，使用與所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)相關(guān)聯(lián)的第二處理單元從所述位置信息能夠確定所述控制數(shù)據(jù)，和/或?所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)包括至少一個(gè)GNSS衛(wèi)星，尤其所述GNSS衛(wèi)星以GPS、GLONASS或者Galileo為代表，其中，GNSS衛(wèi)星提供GNSS信號(hào)，并且 ?所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)和/或所述飛行器包括接收器單元(26)，尤其接收器單元(26)是GNSS天線，使得能夠接收所述GNSS信號(hào)并且能夠從所接收的GNSS信號(hào)確定所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的測(cè)量位置， 尤其其中， ?所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)包括用于發(fā)送定位信號(hào)的偽衛(wèi)星模塊(70a、70b)并且 ?所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的和/或所述飛行器(20)的所述接收器單元(26)被設(shè)計(jì)為使得能夠接收所述定位信號(hào)(71)并且能夠從所接收的定位信號(hào)(71)確定所述掃描儀(21、21a、21b、21c)的測(cè)量位置和/或測(cè)量朝向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(10)， 其特征在于， ?所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)包括與所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)和/或所述飛行器(20)相關(guān)聯(lián)的用于確定所述掃描儀(21、21a、21b、21c)的測(cè)量朝向和/或測(cè)量位置的傳感器單元(27)，尤其傳感器單元(27)是傾斜傳感器、磁力計(jì)、加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和/或速度傳感器，和/或 ?所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)和/或所述飛行器(20)包括給出測(cè)量朝向的標(biāo)記(24 )，尤其標(biāo)記(24 )為限定的圖案、偽隨機(jī)圖案、條形碼和/或發(fā)光二極管，并且
?所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)包括記錄單元(31、31a、31b)，尤其所述記錄單元(31、31a、31b)為相機(jī)，所述記錄單元(31、31a、31b)用于記錄所述標(biāo)記(24)并且用于從所述標(biāo)記(24)的位置和排列確定所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的測(cè)量朝向， 和/或 所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)包括距離圖像獲取單元，所述距離圖像獲取單元，尤其為RM相機(jī)，所述距離圖像獲取單元用于記錄所述飛行器(20)的圖像，其中，能夠所述從該圖像導(dǎo)出到所述飛行器(20)的依賴于周線和/或圖像點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)，并且能夠從其確定所述測(cè)量朝向和/或所述測(cè)量位置， 和/或 所述飛行器(20)包括環(huán)境記錄單元，尤其所述環(huán)境記錄單元為相機(jī)，所述環(huán)境記錄單元用于記錄測(cè)量環(huán)境中設(shè)置的位置標(biāo)記，尤其所述位置標(biāo)記為限定的圖案或者偽隨機(jī)圖案，其中所述能夠使用在圖像上記錄的標(biāo)記的位置和朝向進(jìn)行所述測(cè)量朝向和/或所述測(cè)量位置的確定。
7.一種用于確定對(duì)象表面(65)的測(cè)量點(diǎn)的在外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)的方法，尤其所述3D坐標(biāo)是多個(gè)3D坐標(biāo)，尤其所述對(duì)象是工業(yè)產(chǎn)品，該方法具有以下步驟: ?尤其逐點(diǎn)地，空間可移位地、基于三角測(cè)量原理對(duì)所述對(duì)象表面(65)的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行本地光學(xué)掃描，并且確定在內(nèi)部掃描坐標(biāo)系中的本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)， ?產(chǎn)生用于在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中參照所述本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的參照信息，尤其所述參照信息為外部測(cè)量位置和測(cè)量朝向，并且 ?根據(jù)所述本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)和所述參照信息確定所述測(cè)量點(diǎn)在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)，使得所述本地測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為3D坐標(biāo)，尤其呈現(xiàn)為散射圖， 其特征在于， ?本地掃描的移位通過無人、受控、自動(dòng)的飛行器(20)而發(fā)生，尤其其中，所述飛行器(20)在盤旋時(shí)被定向和移動(dòng)，以及 ?所述飛行器(20)在維持預(yù)限定范圍的測(cè)量距離的同時(shí)在自動(dòng)控制下相對(duì)于所述對(duì)象表面(65)移動(dòng)，所述測(cè)量距離尤其是以下的測(cè)量距離， □將相應(yīng)的當(dāng)前確定的內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)考慮在內(nèi)的測(cè)量距離，和/或□將沿著數(shù)字模型限定的飛行路徑(81、82)由所述數(shù)字模型預(yù)限定的對(duì)象表面考慮在內(nèi)的測(cè)量距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于確定3D坐標(biāo)的方法， 其特征在于， 所述飛行器(20 )在相對(duì)于所述對(duì)象表面(65 )而被自動(dòng)控制的同時(shí)根據(jù)外部測(cè)量位置和外部測(cè)量朝向并且根據(jù)到所述對(duì)象表面(65)的測(cè)量距離移動(dòng)并且定向，尤其所述外部測(cè)量位置和所述外部測(cè)量朝向是被連續(xù)確定的，和/或 所述對(duì)象表面(65 )的 位置和/或目標(biāo)輪廓是預(yù)限定的，尤其通過數(shù)字模型指定，尤其所述數(shù)字模型是CAD模型，尤其其中，基于所述預(yù)限定的對(duì)象表面(65)相應(yīng)的目標(biāo)表面坐標(biāo)與相應(yīng)的3D坐標(biāo)進(jìn)行比較，并且尤其其中，所述參照裝置(30、30a、30b、70a、70b)通過參照預(yù)限定的基準(zhǔn)點(diǎn)(61)而被參照到所述對(duì)象表面(65)， 和/或 通過光學(xué)掃描來進(jìn)行所述測(cè)量點(diǎn)的掃描，尤其利用掃描裝置(21、21a、21b、21c)進(jìn)行掃描，其中產(chǎn)生掃描條帶，和/或使用用于確定測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的圖像序列利用測(cè)量系統(tǒng)光學(xué)地進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于確定3D坐標(biāo)的方法， 其特征在于， 依賴于所述表面位置和所述表面輪廓確定所述飛行路徑(81、82)，尤其自動(dòng)地確定所述飛行路徑(81、82)，尤其其中，關(guān)于掃描行程、掃描時(shí)間、掃描精度、所述飛行器(20)的移動(dòng)的穩(wěn)定性、所述飛行器(20)的位置和朝向確定和/或防撞對(duì)所述飛行路徑(81、82)和/或飛行速度進(jìn)行優(yōu)化，尤其其中，確定到對(duì)象的距離，尤其到障礙物的距離， 尤其其中，依賴于所述飛行路徑(81、82 )所述掃描條帶至少部分交疊，從而 ?調(diào)節(jié)所述掃描精度、所述掃描行程和所述掃描時(shí)間和/或 ?使用對(duì)所述掃描條帶的交疊區(qū)域的分析，尤其通過圖像處理，確定和/或調(diào)節(jié)所述飛行器(20)的移動(dòng)和朝向和/或所述測(cè)量朝向。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或者9中任一項(xiàng)所述的用于確定3D坐標(biāo)的方法， 其特征在于， 其中，在所述方法的框架中，接收定位信號(hào)(71)和/或GNSS信號(hào)，所述定位信號(hào)(71)尤其是偽隨機(jī)衛(wèi)星(70a、70b)提供的信號(hào)，尤其其中，所述GNSS信號(hào)以GPS、GLONASS或者Galileo信號(hào)為代表，并且從所接收的定位信號(hào)(71)確定外部測(cè)量位置，和/或 使用測(cè)量光束(33、33a、33b)進(jìn)行所述外部測(cè)量位置的確定，測(cè)量光束(33、33a、33b)尤其在飛行器(20)反射，和/或 在俯仰，滾轉(zhuǎn)和偏航方向上進(jìn)行測(cè)量朝向的確定，尤其其中，使用與所述飛行器(20)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部傳感器單元(27)進(jìn)行所述確定，尤其使用傾斜傳感器、磁力計(jì)、加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和/或速度傳感器進(jìn)行所述確定，和/或使用以下的組合來確定所述測(cè)量朝向 ?與所述飛行器(20)相關(guān)聯(lián)的標(biāo)記(24)，所述標(biāo)記(24)給出測(cè)量朝向，尤其所述標(biāo)記(24)為限定的圖案、偽隨機(jī)圖案、條形碼和/或發(fā)光二極管，以及 ?尤其使用相機(jī)進(jìn)行所述標(biāo)記(24)的記錄以從所述標(biāo)記(24)的位置和排列確定所述測(cè)量朝向。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)所述的用于確定3D坐標(biāo)的方法， 其特征在于， 所述測(cè)量朝向利用豎直方向平行定向，尤其自動(dòng)地平行定向，和/或所述測(cè)量朝向相對(duì)于所述飛行器朝向而被限定，尤其，通過萬向懸架和/或通過針對(duì)所述測(cè)量朝向的限定朝向的定向裝置而被限定，尤其其中，在兩個(gè)軸上發(fā)生樞轉(zhuǎn)，尤其是在三個(gè)軸上發(fā)生樞轉(zhuǎn)，和/或 信息和/或控制命令被輸入到所述飛行器(20)，所述信息和/或控制命令尤其是對(duì)象數(shù)據(jù)，并且/或者信息被輸出，該信息尤其是所產(chǎn)生的散射圖，尤其在顯示器上輸出。
12.一種用于如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(10)的、自動(dòng)、無人、受控的飛行器(20)，所述飛行器(20)尤其是無人機(jī)，尤其其中，所述飛行器(20)能夠在盤旋時(shí)定向并且移動(dòng)，其中， ?用于相對(duì)于外部對(duì)象坐標(biāo)系來控制飛行器(20)的控制數(shù)據(jù)能夠被接收和/或?通過處理單元(28)從用于確定所述飛行器(20)的飛行朝向和飛行位置的可接收的參照信息能夠?qū)С鏊鲇糜诳刂扑鲲w行器(20)的控制數(shù)據(jù)，尤其其中，通過與所述飛行器(20)相關(guān)聯(lián)的朝向確定單元能夠確定所述飛行朝向， 其特征在于， ?所述飛行器(20)攜帶光學(xué)掃描裝置(21、21a、21b、21c)，所述光學(xué)掃描裝置(21、21a、21b、21c)基于三角測(cè)量原理，特別是用于對(duì)象表面(65)的測(cè)量點(diǎn)的逐點(diǎn)光學(xué)掃描并且用于確定內(nèi)部掃描坐標(biāo)系中的內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)， ?所述處理單元(28)被構(gòu)造為使得所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)能夠在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中被參照，并且 ?從所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)并且通過參照內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，能夠確定所述測(cè)量點(diǎn)在外部對(duì)象坐標(biāo)系中的3D坐標(biāo)，使得所述內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)在所述外部對(duì)象坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為3D坐標(biāo)，尤其呈現(xiàn)為散射圖，并且 ?所述用于控制所述飛行器(20)的控制數(shù)據(jù)被構(gòu)造為使得所述飛行器(20)在維持預(yù)限定范圍的測(cè)量距離的同時(shí)在自動(dòng)控制下相對(duì)于所述對(duì)象表面(65)移動(dòng)，所述測(cè)量距離尤其是以下的測(cè)量距離， □將使用掃描裝置(21、21a、21b、21c)確定的各個(gè)當(dāng)前內(nèi)部測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)考慮在內(nèi)的測(cè)量距離，和/或 □將沿著數(shù)字模型限定的飛行路徑(81、82)由所述數(shù)字模型預(yù)限定的對(duì)象表面考慮在內(nèi)的測(cè)量距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(10)的飛行器(20)， 其特征在于， 所述控制數(shù)據(jù)被構(gòu)造為使得所述飛行器(20)能夠在相對(duì)于所述對(duì)象表面(65)而被自動(dòng)控制的同時(shí)根據(jù)能夠使用所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)確定的測(cè)量位置和測(cè)量朝向和/或根據(jù)到所述對(duì)象表面(65)的測(cè)量距離移動(dòng)并且定向，尤其所述測(cè)量位置和所述測(cè)量朝向是被連續(xù)確定的， 和/或 所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)包括光學(xué)掃描裝置，其中在所述飛行器(20)的移動(dòng)期間能夠產(chǎn)生掃描條帶，和/或 使用用于確定所述測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的圖像序列的掃描系統(tǒng)，尤其其中，所述掃描裝置(21、21a.21b.21c)包括行掃描儀、條帶投影掃描儀和/或相機(jī)，和/或 所述朝向確定單元包括傳感器單元(27)，所述傳感器單元(27)尤其為傾斜傳感器、磁力計(jì)、加速度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和/或速度傳感器，和/或所述飛行器(20)包括用于進(jìn)行到對(duì)象的距離測(cè)量的距離測(cè)量傳感器，所述距離測(cè)量傳感器尤其為雷達(dá)， 和/或 針對(duì)所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的限定朝向的飛行器(20)，尤其針對(duì)豎直方向的自動(dòng)平行朝向的飛行器(20)包括用于所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)的定向的全向懸架和/或定向裝置，尤其其中，所述掃描裝置(21、21a、21b、21c)能夠在兩個(gè)軸上進(jìn)行樞轉(zhuǎn)，尤其是在三個(gè)軸上進(jìn)行樞轉(zhuǎn)，和/或 所述飛行器(20)包括:用于輸入信息和/或控制命令的輸入單元，所述輸入單元尤其為鍵盤、觸敏顯示器、數(shù)據(jù)接口，所述信息和/或控制命令尤其為對(duì)象數(shù)據(jù)；和/或用于輸出信息的輸出單元，所述輸出單元尤其為顯示器，所述信息尤其為所產(chǎn)生的散射圖， 和/或所述飛行器(20)包括用于控制所述飛行器(20)的遙控器，尤其其中所述遙控器包括用于顯示信息和/或所產(chǎn)生的散射圖的顯示器。
14.用于如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的測(cè)量系統(tǒng)(10)的攜帶基于三角測(cè)量原理的光學(xué)掃描裝置(21、21a、21b、21c)的無人、受控、自動(dòng)飛行器(20)的用途。
15.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)上，或者是通過電磁波實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)，具有用于進(jìn)行權(quán)利要求7到11中任一項(xiàng)所述的方法的程序代碼，尤其如果所述程序在電子數(shù)據(jù)處理單元中實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】B64C39/02GK103477185SQ201280018406
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月14日
【發(fā)明者】伯恩哈德·麥茨勒, 克努特·西爾克斯 申請(qǐng)人:赫克斯岡技術(shù)中心