DE4115809A1

DE4115809A1 - Geraet zum erfassen von konturen auf flaechen im dreidimensionalen raum

Info

Publication number: DE4115809A1
Application number: DE19914115809
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Hoseit; Harald Dipl Ing Fielitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1992-11-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Erfassen von Konturen gemäß Hauptpatent 40 36 424 (Patentanmeldung P 40 36 424.0-52).

Durch das Patent 40 36 424 (nicht vorveröffentlichte Patent anmeldung P 40 36 424.0-52) wird ein Gerät zum Erfassen von Kon turen mit zwei Meßrädern, deren Drehachsen parallel zueinander ausgerichtet sind, und einem Stützrad, wobei alle drei Räder über die Fläche führbar und unabhängig voneinander rollbar sind und die drei Räder eine Ebene definieren, die Drehwinkel der Meßräder durch inkrementale Drehgeber unabhängig voneinander digital meßbar sind, wobei die Meßräder mit einem Erfassungsge rät verbunden sind, unter Schutz gestellt.

Bei diesem Gerät können die Drehgeber mit einer Elektro nikeinheit verbunden sein, die einen Mikroprozessor, einen nichtflüchtigen Speicher und eine Daten-Schnittstelle aufweisen kann. Darüberhinaus kann das Gerät ein Display zur Anzeige auf weisen.

Gemäß einer Ausführungsform des Gerätes gemäß Hauptpatent kann die die Meßräder haltende Achse an einem Führungsrohr mit einem Führungsgriff angeordnet sein, wobei vorzugsweise die Elektronikeinheit und das Display od. dgl. an dem den Meßrädern abgewandten Ende des Führungsrohres angeordnet sein kann.

Mit diesem Gerät können Konturen in der Ebene erfaßt wer den. Sobald jedoch das Gerät auf einer Kontur benutzt wird, die dreidimensional, z. B. über einen Hügel verlaufend, ausgebildet ist, können sich Meßfehler ergeben. Auch kann damit die dreidi mensionale Ausbildung z. B. eines solchen Hügels nicht ermittelt werden.

Im Hauptpatent werden verschiedene bekannte Geräte zum Er fassen von Konturen in der Ebene (DE-PS 5 02 098, DE-PS 29 599) und andere Methoden zum Längenmessen von Konturen (z. B. DE-PS 36 02 165), sowie Verfahren zum Erfassen von Konturen mittels Fotographien beschrieben. Auch damit lassen sich Konturen auf Flächen im dreidimensionalen Raum nicht erfassen.

Der Erfindung gemäß dem Zusatzpatent liegt nun die Aufgabe zugrunde, das Gerät gemäß Hauptpatent dadurch zu verbessern, daß damit auch Konturen auf Flächen im dreidimensionalen Raum erfaßt werden können.

Dazu wird vorgeschlagen, daß mit dem Gerät gemäß Hauptpa tent zusätzlich die Neigung der durch die drei Räder definier ten Ebene gegenüber der Horizontalen durch mindestens einen Neigungssensor gemessen wird und sowohl die beiden Meßräder, als auch der Neigungssensor mit dem Erfassungsgerät verbunden sind.

Der dabei verwendete Neigungssensor ist unempfindlich auf Querneigung, so daß er den Neigungswinkel der durch die drei Meßräder definierten Ebene in Laufrichtung der Meßräder auch dann exakt mißt, wenn das Gerät quer zu seiner Bewegungsrich tung geneigt ist, d. h. wenn die Drehachse(n) der beiden Meßrä der selbst geneigt ist.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Drehachsen der bei den Meßräder in einer Achse liegen und das Stützrad auf der Mittelsenkrechten dieser Achse liegt, wodurch die Auflagepunkte der drei Räder auf der Fläche ein gleichschenkeliges Dreieck bilden. Dadurch ergibt sich eine einfache Geometrie für die Auswertung der Meßwerte.

Vorzugsweise mißt der Neigungssensor den Winkel zwischen der Höhe auf die Basis dieses gleichschenkeligen Dreieckes und der Horizontalebene. Steht somit das Gerät auf einer horizonta len Ebene, mißt der Neigungssensor einen Winkel von 0°.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist an dem Gerät ein digital auslesbarer Kompaß angeordnet. Mit dem Kompaß kann die Ausrichtung der abgefahrenen Konturen ausgerichtet werden. Durch zusätzliches Auslesen der durch mit dem Kompaß gemessenen Nordrichtung bei Beginn und gegebenenfalls / oder bei Ende der Messung können die erfaßten dreidimensionalen Kon turen kartographisch weiterverwendet werden.

Der Kompaß und Neigungssensor können in der Elekronikein heit des Gerätes integriert sein.

Vorzugsweise sind auch bei diesem weitergebildeten Gerät die Drehgeber der Meßräder, der Neigungssensor und gegebenen falls der Kompaß mit einer Elektronikeinheit verbunden, die einen Mikroprozessor aufweist. Damit können die Meßwerte unmit telbar ausgewertet werden. Diese Elektronikeinheit kann unmit telbar an dem Gerät angeordnet sein, die Drehgeber und der Nei gungssensor können aber auch über Leitungen mit einer Elektro nikeinheit verbunden sein, die unabhängig von dem Gerät aufge stellt ist.

Der Mikroprozessor dient dazu, die Meßwerte auszuwerten. Die Meßwerte können in einem nichtflüchtigen, gepufferten Spei cher der Elektronikeinheit gespeichert werden. Dabei kann es sich um Speicherchips oder um Disketten handeln.

Die Beschleunigung des Gerätes und der vom Neigungssensor dabei registrierte Winkel wird durch den Mikroprozessor durch zweimaliges Differenzieren des von den Meßrädern gemessenen We ges nach der Zeit ausgeglichen. D.h., insbesondere dann, wenn das Gerät schnell beschleunigt wird, würde der Neigungssensor eine Winkeländerung feststellen, diese wird jedoch von dem Mi kroprozessor ausgeglichen.

Wird dieses Gerät mit seinen zwei unabhängig drehbaren Meßrädern und seinem Stützrad entlang einer dreidimensionalen Kontur bewegt, d. h., rollen die beiden Meßräder parallel zu der Kontur ab, so drehen sich die beiden Meßräder, wenn die Kontur nicht eine Gerade ist, in bekannter Weise unterschiedlich.

Die Umdrehung der Meßräder wird gemäß Hauptpatent unmit telbar digitalisiert und die digitalen Meßdaten können nicht nur leicht weiterverarbeitbar aufgezeichnet, sondern auch gleich ausgewertet werden.

Neigt sich dabei die durch die drei Räder gebildete Ebene, so mißt der Neigungssensor digital eine Winkeländerung.

Durch die Auswertung des gegebenenfalls unterschiedlichen Drehens der beiden Meßräder und der Änderung des Neigungswin kels ergibt sich die dreidimensionale Abbildung der Kontur.

Die Geometrie und Ausbildung des Gerätes, wie Durchmesser der Meßräder und des Stützrades, die relative Lage der Meßräder und des Stützrades zueinander, sowie die Anzahl der Drehimpulse pro Umdrehung zusammen mit der Anzahl und der Differenz der ge messenen Drehimpulse und der von dem Neigungssensor gemessene Winkel werden durch den Mikroprozessor ausgewertet, der durch eine entsprechende Software gesteuert wird. Diese Software kann auf Diskette vorliegen, sie kann aber auch in ROM-Chips (Read Only Memory) gespeichert sein.

Dadurch, daß die Drehwinkel der Meßräder und der Neigungs winkel der durch die drei Räder aufgespannten Ebene synchron unabhängig voneinander erfaßbar sind, können die drei erhalte nen Meßwerte getrennt gespeichert werden.

Die mit dem Kompaß gemessenen und digital auslesbaren Werte können auch laufend dazu benutzt werden, mittels der Meß räder und des Neigungssensors erfaßten Werte, die Auskunft über die zu vermessende Kontur ergeben, zu überprüfen, in dem die Winkeländerungen der Kontur anhand der Kompaßwerte überprüft werden.

Weitere Einzelheiten des Gerätes ergeben sich aus dem Hauptpatent und der Beschreibung eines im Folgenden anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung, das ähnlich der Ausführungsform des Hauptpatentes gestaltet ist.

Es zeigt

Fig. 1 ein Gerät zum Erfassen von Konturen in einer Seiten ansicht, und

Fig. 2 das Gerät gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorne. Das Gerät zum Erfassen von Konturen besteht, wie das Gerät gemäß Hauptpatent, im wesentlichen aus einem Führungsgriff 1, der an dem einem Ende eines Führungsrohres 2 angeordnet ist, an dessen anderem Ende quer zu seiner Erstreckungsrichtung eine Achse 3 angeordnet ist. Der Führungsgriff 1 ist gegenüber dem Führungsrohr 2 angewinkelt und liegt in Gebrauchsstellung des Gerätes etwa horizontal. Das Führungsrohr 2 ist dabei etwas länger, als die doppelte Länge der Achse 3.

An den beiden Enden der senkrecht zum Führungsrohr 2 ange ordneten Achse 3 ist jeweils ein Meßrad 4 gelagert. Jedes Meß rad 4 ist dabei so drehbar gelagert, daß es sich unabhängig von dem anderen Meßrad 4 drehen läßt. Die beiden Meßräder 4 laufen hier in zwei zueinander parallelen Ebenen um.

In der Achse 3 ist jeweils einem Meßrad 4 zugeordnet je ein Meßgerät 5 gelagert. Dieses Meßgerät 5 besteht hier aus ei nem bidirektionalen inkrementalen Drehimpulsgeber. Diese Dreh impulsgeber 5 sind mittels nicht dargestellter Leitungen mit einer Elektronikeinheit 6 verbunden, an die sie die digitalen Meßimpulse weiterleiten.

Das Gerät weist ein Stützrad 9 auf. Die zwei Meßräder 4 und das Stützrad 9 spannen eine Ebene auf, die hier durch die Auflagefläche der Räder 4 und 9 wiedergeben wird. Ist diese Ebene in Laufrichtung der Meßräder 4 geneigt, so mißt ein z. B. in der Elektronikeinheit 7 angeordneter Neigungssensor eine Winkeländerung.

Die Elektronikeinheit 6 besitzt einen Mikroprozessor. Wei terhin ist - hier unmittelbar in die Elektronikeinheit inte griert - ein Display 7 vorgesehen und es sind hier neben dem Display 7 Tasten angeordnet, die beispielsweise in Form einer Folientastatur ausgebildet sind und über die bestimmte Funktio nen der Elektronikeinheit steuerbar sind.

In dem insbesondere für den Transport zerlegbaren Füh rungsrohr 2 sind noch Batterien 8 angeordnet, die der Stromver sorgung der Elektronikeinheit 6 und des Displays 7 dienen und die z. B. aufladbare NC-Akkus sein können. Das Display 7 ist stromsparend ausgebildet, so daß dieses bei einer Spannung von 5 V nur etwa 100 mA Strom braucht.

Durch das Stützrad wird auch verhindert, daß lediglich durch Verschwenken des Führungsrohres 2 mittels des Führungs griffes 1 ein Impuls von den den Rädern 4 zugeordneten Drehge bern 5 gemessen wird.

Bezugszeichenliste

1 Führungsgriff
2 Führungsrohr
3 Achse
4 Meßrad
5 Meßgerät, bidirektionaler Drehimpulsgeber
6 Elektronikeinheit
7 Display
8 Batterien
9 Stützrad

Claims

1. Gerät nach Patent 40 36 424 (Patentanmeldung P 40 36 424.0-52) zum Erfassen von Konturen auf Flächen im dreidimensionalen Raum mit zwei Meßrädern (4), deren Drehachsen parallel zueinander ausgerichtet sind, und einem Stützrad (9), wobei alle drei Rä der (4, 9) über die Fläche führbar und unabhängig voneinander rollbar sind und die drei Räder (4, 9) eine Ebene definieren, die Drehwinkel der Meßrader (4) durch inkrementale Drehgeber (5) unabhängig voneinander digital meßbar sind und die Neigung der durch die drei Räder (4, 9) definierten Ebene gegenüber der Horizontalen durch mindestens einen Neigungssensor gemessen wird, wobei die Meßräder (4) und der Neigungssensor mit einem Erfassungsgerät verbunden sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der beiden Meßräder (4) in einer Achse (3) liegen und das Stützrad (9) auf der Mittelsenkrechten dieser Achse (3) liegt, wodurch die Auflagepunkte der drei Räder (4, 9) auf der Fläche ein gleichschenkeliges Dreieck bilden.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Neigungssensor den Winkel zwischen der Höhe auf die Basis dieses gleichschenkeligen Dreieckes und der Horizontalebene mißt.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß an dem Gerät ein digital auslesbarer Kompaß angeordnet ist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Drehgeber (5) der Meßräder (4), der Nei gungssensor und gegebenenfalls der Kompaß mit einer Elektro nikeinheit (6) verbunden sind, die einen Mikroprozessor auf weist.