DE60028404T2

DE60028404T2 - Messeinrichtung mit einem bewegbaren messtaster

Info

Publication number: DE60028404T2
Application number: DE60028404T
Authority: DE
Inventors: Johannes Antonius JANSSEN; Theodorus Wilhelmus Antonius Corneli Bloks
Original assignee: KLAVER 3 BEHEER BV; PRODIFORCE HOLDING BV
Current assignee: HOLDING PRODIM SYSTEMS B.V., HELMOND, NL
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2006-11-16
Also published as: DE60028404T8; DE60028404D1; JP2003513259A; HK1053165A1; EP1226401A1; CN1178042C; AU779807B2; ATE328264T1; WO2001033161A1; ES2261262T3; EP1226401B1; CA2390159C; HK1053165B; NL1013479C1; CA2390159A1; CN1402828A; AU1739901A; US6785973B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung, die aufweist: eine bewegbare Messsonde und mit der Messsonde verbundene Sensoren zum Bereitstellen von Positionsdaten der Messsonde, wobei die Messsonde über eine Schnur oder einen Draht an einen ersten Sensor zur Messung der Länge oder Längenänderung der Schnur oder des Drahts verbunden ist, und an einen zweiten Sensor zur Messung des Winkels oder einer Winkelverschiebung der Schnur oder des Drahts, wobei der zweite Sensor mit einem länglichen drehbar gelagerten Arm verbunden ist, in dessen Längsrichtung die Schnur oder der Draht in den Arm eingreift.
Eine Messeinrichtung dieser Art ist aus dem deutschen Patent DE 38 33 303 bekannt, worin der Arm um eine einzige (vertikale) Achse drehbar ist. Zur Messung der Neigung der Schnur oder des Drahts am Ende des Arms ist ein dritter Sensor vorgesehen.
Die internationale Patentanmeldung WO 95/19540 beschreibt ein Positionsanzeigesystem zum Erhalt einer Position repräsentierender Signale, die eine Information über die Position eines Sensors enthalten, wie z.B. eines Ultraschallsensors, auf einer zu scannenden Oberfläche. Andere Sensorarten können zum Erhalt physikalischer und/oder chemischer Information der zu scannenden Oberfläche verwendet werden. Der Sensor ist mit einer Skalenschnur verbunden, und die Bewegungen der Schnur (Länge und Richtung) werden gemessen und in eine Position repräsentierender Signale zur Anzeige der Position des Sensors in zwei Dimensionen, d.h., in einer Ebene, umgewandelt.
Eine aus US-Patent 4 703 443 bekannte Messeinrichtung kann zur Messung der Form oder der Kontur eines zweidimensionalen oder dreidimensionalen Objekts, wie z.B. Maschinenkomponenten oder dergleichen, die auf einem Messtisch liegen, verwendet werden.
Diese Messeinrichtung des Standes der Technik weist einen Arm auf, der an dem Messtisch drehbar montiert ist, und die Länge des Arms kann variiert werden. Der Arm besteht aus einer Anzahl getrennter drehbar mit einander verbundenen Elementen. Am freien Ende des Arms ist eine Messsonde vorgesehen, die damit ebenfalls schwenkbar verbunden ist.
Winkelverschiebungssensoren, wie z.B. Potentiometer, zur Messung des Winkels zwischen benachbart zu einander vorliegenden Elementen sind an allen Drehpunkten des Arms zum Zweck der Bestimmung der effektiven Länge des Arms vorhanden, d.h., vom Drehpunkt bis zu dem Punkt, wo die Messsonde in Kontakt mit dem zu messenden Objekt ist. Auf der Basis der Längen der einzelnen Elemente, die per se bekannt sind, und dem gemessenen Winkel zwischen diesen Elementen ist es dann möglich, die effektive Länge des Arms mittels einer einfachen mathematischen Berechnung zu bestimmen. Danach kann die zweidimensionale oder dreidimensionale Kontur eines zu messenden Objekts aus der Länge und der Winkelverschiebung des Arms mittels allgemein bekannten mathematischen Formeln auf der Basis eines kartesischen sphärischen oder zylindrischen Koordinatensystems bestimmt werden.
Die Gegenwart einer relativ großen Zahl von Sensoren an den Drehpunkten des Arms zur Bestimmung seiner Länge macht den Arm relativ verletzbar und störungsanfällig, insbesondere wenn Potentiometer verwendet werden. Außerdem ist es ersichtlich, dass die maximale Länge des Arms aus Konstruktionsgründen unvermeidbar begrenzt ist, weshalb diese Einrichtung des Standes der Technik nur geeignet ist zum Messen relativ kleiner Objekte, die auf einen Messtisch gestellt werden können.
Eine Aufgabenstellung der Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Messeinrichtung bereitzustellen, die ausgestaltet ist sowohl zur Messung kleiner auf einen Messtisch zu stellender Objekte, sowie auch relativ großer in einem Raum befindlicher Objekte.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabenstellung dadurch erzielt, dass der Arm räumlich drehbar gelagert ist, und der zweite Sensor zur Messung der Drehung des Arms in zwei Freiheitsgraden angeordnet ist. Anstelle der Verwendung eines drehbaren Arms verwendet die erfindungsgemäße Einrichtung eine Schnur oder einen Draht, wodurch ein einziger Sensor zur Bestimmung der Länge oder Veränderung in der Länge der Schnur oder des Drahtes ausreicht, und es kann eine Messeinrichtung bereitgestellt werden, die viel weniger störungsanfällig ist. Unter Verwendung einer Schnur oder eines Drahts konnte auch die inhärente Begrenzung im Hinblick auf die Länge des drehbaren Arms des Standes der Technik überwunden werden. Weil der Arm räumlich drehbar gelagert ist und der zweite Sensor zur Messung der Rotation des Armes in zwei Freiheitsgraden angeordnet ist, ist es möglich, relativ große Objekte zu messen, die in einem Raum vorhanden sind. Veranschaulichend wird in einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung die Messung mit einer Schnur oder einem Draht mit einer Länge von 6 m oder mehr durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist der Arm mit dem zweiten Sensor an mindestens einem ersten Ende verbunden, und ist am zweiten freien Ende mit einer Öffnung versehen, die genau der Dicke der Schnur oder Drahts angepasst ist, durch die die Schnur oder der Draht bewegt werden kann. Um den Arm mit der Schnur oder dem Draht so genau wie möglich ausgerichtet zu halten, muss der Abstand zwischen dem Draht und der Öffnung minimai sein.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung ist der Arm mittels eines am ersten Ende des Arms montierten Kugelgelenks zur schwenkbaren Lagerung des Arms räumlich drehbar gelagert. Ein Arm, der auf diese Weise räumlich drehbar oder schwenkbar ist, ist zur Messung von Konturen dreidimensionaler Objekte, z.B. auf der Basis des allgemein bekannten sphärischen Koordinatensystems (Kugel-Koordinatensystems) geeignet.
Die Geschwindigkeit, mit der die Messung durchgeführt werden kann, hängt u.a. von der Geschwindigkeit ab, mit der der Arm fähig ist, den Veränderungen in der Position der Schnur oder des Drahts zu folgen.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Arm in einem Präzisionslager gelagert, das das kleinstmögliche Startmoment aufweist, d.h., das Moment, das erforderlich ist, um das Lager vom Stillstand zur Drehung zu veranlassen.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Arm aus einem Material, das ein geringes spezifisches Gewicht aufweist, ausgebildet, wie z.B. Aluminium oder Kunststoff, wobei der Arm außerdem so ausgestaltet ist, um so wenig Material wie möglich zu umfassen, während er jedoch eine ausreichende mechanische Festigkeit behält.
Für eine genaue Messung der durch die Änderung in der Position der Messsonde verursachten Länge oder Änderung in der Länge der Schnur oder des Drahts muss die Schnur oder der Draht ausreichend gespannt sein, wenn die Position der Sonde bestimmt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist, wieder um die Geschwindigkeit der Messung zu erhöhen, der erste Sensor an einen Spann- und Aufrollmechanismus gebunden, um die Schnur oder den Draht unter dem Einfluss einer Federspannung unter Spannung zu halten, und zum automatischen Aufrollen der Schnur oder des Drahts. Dadurch wird es erreicht, dass die Schnur oder der Draht zur Ausführung der Messung jederzeit ausreichend gespannt ist, um die Länge oder die Änderung in der Länge der Schnur oder des Drahts genau bestimmen zu können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung umfasst der Spann- und Aufrollmechanismus eine drehbar gelagerte Spute, deren Außenumfang mit einer Spiralnut versehen ist, die eine Tiefe aufweist, die dem Durchmesser der Schnur oder des Drahts angepasst ist, und beweglich gelagerte Führungsrollen zur Führung der Schnur oder des Drahts auf eine solche Weise, dass sie/er der Spiralnut der Spule folgt.
Diese Ausführungsform des Spann- und Aufrollmechanismus verhindert, dass die Schnur oder der Draht sich anhäuft, wenn sie/er um die Spule gewunden wird, was einen Fehler in die Messung einbringen würde. Die Länge der Schnur oder des Drahts wird vom Durchmesser der Spule bestimmt, wobei das Anhäufen von Schichten der Schnur oder des Drahts tatsächlich unbekannten Veränderungen im Durchmesser der Spule entspricht. Die Schnur oder der Draht wird außerdem daran gehindert, beim Aufwinden als Ergebnis davon, dass mehrere Schichten der Schnur oder des Drahts aufeinander aufgewunden werden, flach gedrückt zu werden. Dieses Flachdrücken der Schnur oder des Drahts ergibt wieder eine unbekannte Variation in der Bestimmung der Änderungen in der Länge und stellt deshalb einen unbekannten Messfehler dar.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Messsonde eine längliche Form auf, einen Griff zum Halten der Messsonde und ein nadelförmiges Ende, das in Bezug auf den Griff drehbar gelagert ist, und die Schnur oder der Draht daran angebracht ist.
Durch Anbringen der Schnur oder des Drahts an das drehbar gelagerte nadelförmige Ende wird erreicht, dass die Schnur oder der Draht zu allen Zeiten während der Positionierung der Messsonde in radialer Richtung der Messsonde verlaufen. Deshalb werden in die lineare Messung keine Fehler eingebracht, weil der Draht nicht fluchtend mit dem Zentrum der Messsonde und/oder mit dem nadelförmigen Ende davon ist.
Insbesondere zur Messung relativ großer Objekte, worin die Schnur oder Draht eine Länge von 6 m oder mehr aufweisen kann, sollte ein Material mit einer möglichst niedrigen Dehnung gewählt werden, weil die Dehnung der Schnur eine Längenmessung unzuverlässig macht. Es wurde festgestellt, dass eine Paralein-Schnur oder ein Paralein-Draht zum Zweck der Erfindung ausreichend dehnungsbeständig ist. Selbstverständlich muss auch die Federspannung des Spann- und Aufrollmechanismus auf eine solche Weise ausgewählt werden, dass sie keine unerwünschte Dehnung der Schnur oder des Drahts verursacht. Sensoren, die für den Zweck der Erfindung geeignet sind, sind in der Praxis per se bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die Sensoren in Form von Pulsgeneratoren vor, worin die Zahl der während der Verwendung abgegebenen Impulse proportional ist zu einer Längenänderung oder Winkelverschiebung der Schnur bzw. des Drahts oder des daran gekuppelten Arms.
Die Sensoren und der drehbare Arm der erfindungsgemäßen Messeinrichtung können in einem kompakten tragbaren Gehäuse untergebracht sein, von dem die Messsonde und die Schnur oder der Draht getrennt werden können. Zur Messung eines Objekts kann das Gehäuse auf einen Messtisch oder irgendeinen anderen Punkt in einem Raum gestellt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist, um die Verwendung der Messeinrichtung mit einem vorhandenen Computer, wie z.B. einem Tischcomputer oder einem tragbaren Computer (Laptop), zu erleichtern, die Messeinrichtung durch eine Verarbeitungseinrichtung charakterisiert, um die durch die Sensoren bereitgestellten Messsignale in Positionsdaten der Messsonde zu verarbeiten, und um die Daten an einer Schnittstelle bereitstellen. Die Schnittstelle ist vorzugsweise eine standardisierte Schnittstelle zur Verwendung mit Computergeräten, wie z.B. dem RS 232, das an sich bekannt ist, oder dergleichen.
In der vollständigsten Ausführungsform umfasst die Messeinrichtung eine weitere mit der Schnittstelle verbundene Verarbeitungsvorrichtung, wie z.B. einen Tischcomputer oder einen tragbaren Computer, der mit geeigneter Software zum Verarbeiten der Positionsdaten zum Antrieb einer Verarbeitungsvorrichtung zur graphischen Repräsentation der erhaltenen Positionsdaten geeignet ist, und/oder Software zur direkten und automatischen Produktion eines Objekts, das den Positionsdaten entspricht. Graphische Vorrichtungen oder Plotter und Maschinenvorrichtungen, die für diesen Zweck geeignet sind, sind in der Industrie per se bekannt.
Die Erfindung stellt somit eine Vorrichtung zur graphischen Repräsentation von gemessenen Positionsdaten bereit, gekennzeichnet durch eine wie vorstehend beschriebene Messvorrichtung, die mit der Verarbeitungsvorrichtung verbunden ist.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Verarbeitungsvorrichtung zur automatischen Ausbildung von Objekten auf der Basis vorbestimmter Messdaten, gekennzeichnet durch eine wie vorstehend beschriebene Messeinrichtung, die mit der Verarbeitungsvorrichtung verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung kann zur Messung eines Objekts durch Positionieren der Messsonde an einem oder mehreren Punkten am Umfang des in Frage stehenden Objekts verwendet werden, wobei die Verarbeitungsvorrichtung automatisch eine mögliche Kontur des diesen Punkten entsprechenden Objekts herstellt, oder durch kontinuierliches Bewegen der Messsonde entlang des Umfangs des zu messenden Objekts.
Eine Messung an bestimmten Punkten kann z.B. durchgeführt werden, wenn das zu messende Objekt eine Form aufweist, die per se bekannt ist, z.B. eine polygonale Form. Durch Positionieren der Messsonde an den Eckpunkten kann ein solches Objekt rasch gemessen werden. Im Fall von komplexen Formen oder einer Präzisionsmessung ist es bevorzugt, die Messsonde entlang des Umfangs des zu messenden Objekts zu bewegen.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung wird eine Messsonde bereitgestellt, die eine drehbare kugel- oder sphärenförmige Spitze aufweist, in deren Zentrum die Schnur oder der Draht angebracht ist. Die Messsonde ist insbesondere zum Antippen von Punkten an einem zu mes senden Objekt geeignet, z.B. im Fall eines zu messenden Rahmens oder dergleichen, unabhängig von der Position der Sonde.
Für Eichzwecke wird die Messsonde vor der Messung eines Objekts an einem Bezugspunkt positioniert, wobei die Messung in Bezug auf diesen Bezugspunkt kalibriert wird.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Messung eines Objekts mittels einer wie vorstehend beschriebenen Messeinrichtung, worin die durch Bewegen einer Messsonde erhaltenen Messdaten, die repräsentativ für Längenänderungen und Winkelverschiebungen der Schnur oder des Drahts sind, Korrekturverfahren unterworfen werden, wie einer Radiuskorrektur der Spule, um die die Schnur oder der Draht gewunden ist, einer Vibrationskompensation im mit der Schnur oder dem Draht verbundenen Messarm, einer Messpunkt- und Linienfilterung und einer Offset(Messwertverschiebung)-Korrektur in Bezug auf die Dimensionen der Messnadel oder der Messspitze einer Messsonde.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung ermöglicht es, Objekte sehr genau, in der Größenordnung von Zehntel Millimeter, und rasch zu messen, und die Messdaten können direkt in eine Graphikvorrichtung oder eine Zeichenvorrichtung eingespeist werden, um eine graphische Darstellung des gemessenen Objekts herzustellen, oder in eine Vorrichtung zur direkten und automatischen Ausbildung des Objekts, z.B. gemäß dem DIN ISO-Code.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung wird nachstehend näher mittels beispielhafter Ausführungsformen erläutert.
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Messeinrichtung zur Messung zweidimensionaler Objekte.
2 ist eine schematische Draufsicht der Einrichtung der 1.
3 zeigt schematisch in einem vergrößerten Maßstab die Art, in der der Arm und die Schnur oder der Draht in einer bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung der 1 in einander greifen.
4, 6, 7, 8 und 9 sind schematische Darstellungen, teilweise im Querschnitt, im Aufriss und in perspektivischer Darstellung, bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messsonde.
5 zeigt schematisch die Art, in der die Schnur oder der Draht in die Messsonde gemäß 4 während ihrer Verwendung eingreift.
10 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, die zur Messung dreidimensionaler Objekte geeignet ist.
11 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Spann- und Aufrollmechanismus zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Messeinrichtung.
12 ist ein vereinfachtes elektrisches Schaltdiagramm der erfindungsgemäßen Messeinrichtung.
13 zeigt schematisch die verschiedenen Verarbeitungs- und Korrektionsstufen in einer Ausführung der erfindungsgemäßen Messeinrichtung.
1 zeigt schematisch in Seitenansicht eine Ausführungsform der Messeinrichtung 1, die umfasst: ein trapezförmiges Gehäuse 2 und eine Messsonde 3. Ein Arm 5, der in einem Präzisionskugellager 6 drehbar gelagert ist, ist an der Oberseite des Gehäuses 2 vorgesehen. Der Arm 5 rotiert über einen Winkel von 360 ± 20° im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn in einer imaginären Ebene parallel zur oberen O berfläche 4 des Gehäuses 2. Der Arm ist im Zentrum des Gehäuses 2 in der illustrierten Ausführungsform gelagert.
Der Auflagepunkt 7, in dem der Arm 5 drehbar gelagert ist, ist mit einem Sensor 8 zur Messung des Winkels oder der Winkelverschiebung des Arms 5 in der imaginären Ebene verbunden. Eine Schnur oder ein Draht 11, die/der mit der Messsonde verbunden ist, verläuft vom freien Ende 9 des Arms 5.
Die Schnur oder der Draht 11 verläuft via Arm 5 und dem Auflagepunkt 7 zu einem Spann- und Aufrollmechanismus 12, der eine vorgespannte Spule 13 umfasst, um die die Schnur oder der Draht 11 gewunden ist. Die Federspannung an der Spule 13 wirkt so, um eine konstante Kraft auf die Schnur oder den Draht 11 in Richtung des Gehäuses 2 auszuüben.
Mit dem Spann- und Aufrollmechanismus 12 ist ein Sensor 14 zur Messung der Winkelverschiebung der Spule 13 verbunden, die eine Anzeige der Länge der Schnur oder des Drahts 11 zur Messsonde 3 ist, oder eine Veränderung in der Länge der Schnur oder des Drahts 11, die aus der Bewegung der Messsonde 3 gegen das oder vom Gehäuse weg resultiert.
Die strichlierten Linien 15 zeigen schematisch ein innerhalb des Gehäuses 2 angeordnetes Versorgungs- und Verarbeitungssystem.
Die 2 ist eine Ansicht der oberen Oberfläche 4 des trapezförmigen Gehäuses 2 der Messeinrichtung nach 1.
Der Arm 5 ist nahe seines Auflagepunkts 7 mit einem erweiterten Teil ausgestaltet, und das andere Ende 10 des Arms 5 erstreckt sich in einer Richtung weg vom Auflagepunkt 7 über eine bestimmte Entfernung, um ein genaues Gleichgewicht des Arms 5 in einer imaginären flachen Ebene zu erreichen. Der Teil des Arms am Ende 10 ist im Hinblick auf sein Gewicht so dimensioniert, dass der Arm 5 als ganzes in einem präzisen Gleichgewicht in einer imaginären Ebene parallel zur oberen Oberfläche 4 des Gehäuses gehalten wird. Wenn erwünscht, kann das Ende 10 des Arms 5 mit Justiermitteln (nicht dargestellt) für eine präzise Abgleichung des Arms 5 versehen sein.
3 ist eine Seitenansicht des Arms 5 in größerem Maßstab. Der Arm 5 ist an seinem freien Ende 9 mit einer Öffnung 16 versehen, durch die die Schnur oder der Draht 11 verläuft. Vorzugsweise ist die Öffnung 16 so ausgestaltet, dass, bevor die Schnur oder der Draht um die Spule 13 gewunden wird, Schmutz von der Schnur oder dem Draht 11 abgekratzt wird. Arm 5 ist mit einer Führungsrolle 17 nahe dem Auflagepunkt 7 versehen, wobei die Führungsrolle auf eine solche Weise angeordnet ist, dass die Schnur oder der Draht 11 präzise durch das Zentrum des Auflagepunktes 7 des Arms 5 verläuft.
Für eine genaue Messung des Winkels oder der Winkelverschiebung der Schnur oder des Drahts 11, der sich aus der Bewegung der Messsonde 3 ergibt, ist es wesentlich, dass der Arm 5 so gut wie möglich fluchtend mit der Schnur oder dem Draht ausgerichtet ist. Um dies zu erreichen, muss der Durchmesser der Öffnung 16 genau dem Durchmesser der Schnur und des Drahtes angepasst sein. In einer praktischen Ausführungsform wird ein Abstand in der Größenordnung von 0,1 mm zwischen der Schnur und dem Draht 11 und der Öffnung 16 verwendet. Unter Verwendung eines an das freie Ende 9 des Arms 5, in dem die Öffnung 16 vorhanden ist, anzukuppelnden Kunststoffteils 18 können Abweichungen in der Ausrichtung zwischen dem Arm 5 und der Schnur oder dem Draht 11, die durch Abrieb oder eine Erweiterung der Öffnung 16 verursacht sind, leicht durch Anpassen eines neuen Teils 18 überwunden werden.
Die Konstruktion des Arms 5 muss so leichtgewichtig wie möglich sein, was erfindungsgemäß durch Herstellen des Arms 5 aus einem Material mit leichtem Gewicht, wie z.B. Aluminium oder Kunststoff, erzielt wird, und durch Ausgestalten des Arms so, dass eine minimale Menge an Material benötigt wird. Eine ausreichende mechanische Festigkeit in Längsrichtung des Arms muss jedoch erhalten bleiben, um den Arm und die Schnur oder den Draht 11 fluchtend anzuordnen, und um den Arm 5 so genau wie möglich in einer imaginären Ebene parallel zur oberen Oberfläche 4 der Messeinrichtung zu drehen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden, um das Startmoment des Arms 5 außerdem so gering wie möglich zu halten, Präzisionslager verwendet, wie z.B. ein an sich bekanntes Kugellager, worin die Kugeln und die Lagerschalen für eine hohe Präzision und Genauigkeit ausgewählt sind. Außerdem wird ein Schmiermittel mit geringer Adhäsion verwendet. Diese Maßnahmen ergeben ein Startmoment, d.h., die Kraft, die erforderlich ist, um den Arm 5 vom Stillstand in Rotation zu versetzen, von weniger als 0,03 Ncm. Ein kleines Startmoment ist erforderlich zur Messung kleiner Winkelverschiebungen der Schnur oder des Drahts 11, insbesondere im Fall einer größeren Länge davon. In einer praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung weist der Arm 5 eine Länge von 20 bis 30 cm auf.
4 zeigt eine Ausführungsform der Messsonde 3 der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, teilweise im Aufriss und teilweise im Schnitt. Die Messsonde 3 weist eine längliche Form auf und umfasst einen Griff 20 zum Halten der Messsonde 3 und eine Messnadel 21, die im Griff 20 drehbar gelagert ist.
Wie aus der Figur ersichtlich, ist die Messnadel 21 an einer Halterung 22 befestigt, die in eine Bohrung 25 im Griff 20 über einen Schaft 23 und ein Kugellager 24 eingreift. Vorzugsweise werden, wie dargestellt, Doppellager 24 verwendet. Die Schnur oder der Draht 11 ist in der Nähe der Halterung 22 und der Messnadel 21 angebracht.
Um eine leichte Positionierung der Messsonde 3 am Umfang 31 eines Objekts 30 zu ermöglichen, ist die Messnadel 21 mit einer bestimmten Länge ausgestaltet, und die Stützfläche 26, die senkrecht zur Messnadel 21 verläuft, ist so ausgebildet, um die Nadel so senkrecht wie möglich zur Oberfläche 32 eines zu messenden Objekts 30 zu positionieren.
Wie in 5 schematisch dargestellt, wird aufgrund der drehbaren Lagerung in den Lagern der Messnadel 21 im Hinblick auf den Griff 20 der Messsonde 3 sichergestellt, dass die Schnur oder der Draht 11 mit dem Radius der Messsonde 3 zu allen Zeiten eine gerade Linie zur Messnadel 21 bildet, um Messfehler, die sich daraus ergeben, dass die Messsonde 3 in Längsrichtung gedreht ist, zu vermeiden. Dies kann in einer Situation auftreten, in der die Schnur oder der Draht 11 mit dem Griff 20 der Messsonde 3, wie durch die strichlierte Linie 29 in 5 dargestellt, fix verbunden ist. Die Linie 29 zeigt den Verlauf der Schnur oder des Drahts, wenn die Schnur oder der Draht an die Messsonde 3 fix angebracht ist, d.h., nicht über einen drehbaren Teil, und die Messsonde 3 wird gegen ein Objekt gehalten, während sie um ihre Achse in Längsrichtung gedreht wird.
Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es ersichtlich, dass die Schnur oder der Draht 11 aus einem Material bestehen muss, das eine so gering wie mögliche Dehnbarkeit aufweist, um kleine Änderungen in der Länge festzustellen, insbesondere wenn die Schnur oder der Draht 11 sehr lang ist. Es wurde festgestellt, dass ein Stahldraht mit geringer Dehnung und z.B. eine sogenannte Paralein-Schnur Charakteristi ka aufweist, die für den Zweck der Erfindung geeignet sind. Paralein-Schnur oder -Draht mit einem Durchmesser von 1 mm weist eine Zugbeanspruchung von 1 daN, 0,4% bei 3 daN und 0,9% bei 10 daN auf. Es können natürlich auch andere Arten einer Schnur oder eines Drahts verwendet werden, und die Federspannung des Spann- und Aufrollmechanismus 12 muss geeignet ausgewählt sein.
6 ist eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Messsonde 33 der erfindungsgemäßen Messeinrichtung. Wie die Messsonde 3 weist die Messsonde 33 eine längliche Form auf, umfasst einen Griff 34 zum Halten der Messsonde 33, eine Messnadel 35, die im Griff 34 drehbar untergebracht ist, und eine etwa halbkreisförmige Plattform 36. Der Durchmesser der halbkreisförmigen Plattform 36 ist größer als der Durchmesser des Griffs 34. Ein Ring 37 ist mit dem Griff 34 am Ende der Messsonde 33 verbunden, der in der Nähe der Messnadel 35 und der Plattform 36 angebracht ist. Ring 37 weist einen Vorsprung 38 auf, in dem die Schnur oder der Draht 11 befestigt ist, z.B. indem sie/er darin eingeklemmt ist.
Die Messnadel 35 und die Plattform 36 können im Griff 34 auf gleiche Weise wie vorstehend im Hinblick auf die Messsonde 3 beschrieben gelagert sein. Irgendeine Lagerungsart, die ausreichend genau ist und zum Zweck der Erfindung geeignet ist, wie z.B. ein zylindrisches Gleitlager oder dergleichen, kann verwendet werden.
Wie in Bezug auf 5 erläutert, wird aufgrund der drehbaren Lagerung der Messnadel 35, der Plattform 36 und des Rings 37 im Hinblick auf den Griff 34 der Messsonde 33 sichergestellt, dass die Schnur oder der Draht 11 sich zu allen Zeiten in einer geraden Linie mit dem Radius des Griffs 34 der Messsonde 33 befindet.
Die Messsonde 33 mit ihrer halbkreisförmigen Plattform 36 ist insbesondere geeignet zur Messung von Konturen eines Objekts 30, indem man die Messnadel 35 entlang des Umfangs der Kontur bewegt, wobei die Plattform 36 auf der Oberfläche des Objekts ruht.
7 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Messsonde 39 zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung. Die Messsonde 39 ist im Hinblick auf ihre Form im wesentlichen identisch mit der Messsonde 33, mit dem Unterschied, dass ein auswechselbarer hutförmiger Messstift 40 über der Messnadel 35 sitzt.
8 ist eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt und teilweise im Aufriss, der Messsonde 33, worin der hutförmige Messstift 40 klar dargestellt wird. Der Messstift 40 besteht aus einer kreisförmigen Scheibe 41 mit einer abgerundeten Kante und einem zentralen länglichen zylindrischen Vorsprung 42 mit einer runden Spitze und soll insbesondere zur Messung entlang Objekten mit einer rauen Oberfläche dienen, um zu verhindern, dass die Messnadel 35 beschädigt wird.
Die Messsonde 39 ist wieder insbesondere zur Messung von Konturen eines Objekts geeignet und weist eine fixe Messwertverschiebung auf, die sich durch die Größe des Vorsprungs 42 bestimmt.
9 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Messsonde 43 der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, die einen konischen Messstift 44 umfasst, der eine kugelförmige Spitze 45 aufweist, die im Griff 34 drehbar gelagert ist. Die kugelförmige Spitze 45 weist in einer Ausführung davon einen Durchmesser von ca. 3 mm auf, worin die Schnur oder der Draht 11 genau im Zentrum der kugelförmigen Spitze 45 endet. Die Messsonde 43 ist insbesondere geeignet zur Ver wendung als sogenannter "Zeiger (pointer)" zur Messung von Ecken in einem zu messenden Objekt, wie z.B. einem Türrahmen oder einem Fensterrahmen. Aufgrund der Tatsache, dass die Spitze 45 drehbar gelagert ist, beeinträchtigt die Position des Griffs 34 die Messung nicht.
Abhängig von der spezifischen Form des zu messenden Objekts können weitere Messsonden zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung entwickelt werden, die alle von der vorliegenden Patentanmeldung umfasst werden.
10 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 50, die ein trapezförmiges Gehäuse 54 umfasst, an dessen oberer Oberfläche 55 ein drehbarer gelagerter Arm 56 vorgesehen ist.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Arm 56 an einem Ende mit einem Kugelgelenk 57 versehen.
An das Kugelgelenk 57 ist ein Sensor 58 angekuppelt, der zur Messung der Rotation des Arms 56 in zwei Freiheitsgraden fähig ist, z.B. in einer imaginären Ebene parallel zur oberen Oberfläche 55 des Gehäuses 54, wie dies mittels des bogenförmigen Pfeils 51 angezeigt ist, und in einer imaginären Ebene senkrecht zur oberen Oberfläche 55, wie dies durch den bogenförmigen Pfeil 52 angezeigt ist.
Die Messeinrichtung 50 umfasst ferner eine Messsonde, die mit einer Schnur oder dem Draht 11 verbunden ist, wie z.B. die Messsonde 33, und einen damit verbundenen Spann- und Aufrollmechanismus 12, 13, der einen Sensor 14 umfasst, zur Messung der Distanz oder von Veränderungen in der Distanz, wie dies mittels des Pfeils 53 angezeigt und vorstehend beschrieben ist.
Dreidimensionale Konturen des Objekts können mit der Messeinrichtung 50 genau gemessen werden. In diesem Fall muss das Startmoment des Kugelgelenks 57 auch so klein wie möglich sein, was durch eine sorgfältige Auswahl der Lagerteile und des Schmiermittels, die verwendet werden, wie vorstehend erläutert, erreicht werden kann.
Wie die Messeinrichtung 1 weist die Messeinrichtung 50 den Vorteil auf, dass sie als tragbare transportierbare Vorrichtung zur Messung von z.B. kleinen Objekten, die sich auf einem Messtisch befinden, oder von größeren Objekten, die sich im Raum befinden, ausgestaltet sein kann.
Die 11 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Spann- und Aufrollmechanismus 60 zum Aufwickeln und Abwickeln der Schnur oder des Drahts 11, wie vorstehend in Bezug auf den Spann- und Aufrollmechanismus 12 der 1 erläutert.
Der Spann- und Aufrollmechanismus 60 umfasst einen etwa quadratischen schachtelförmigen Rahmen 61, der einen Boden 62 aufweist, wobei in der Nähe der Eckpunkte davon drehbar gelagerte Führungsräder oder Führungsrollen 63, 64, 65 und 66 vorgesehen sind. Die Führungsrollen 63, 64, 65 und 66 sind in der Richtung ihrer entsprechenden Lagerwellen 70, 71, 72 und 73 bewegbar.
Eine Spule 67 ist in Lagern zwischen den Führungsrollen drehbar befestigt. Der Rahmen 61 ist in der Nähe einer Seite mit einer Öffnung 68 versehen, die zu einem Stutzen 69 führt, der von 61 nach außen verläuft. Die Schnur oder der Draht 11 verläuft über den Stutzen 69 und die Öffnung 68 über die Führungsrollen 63, 64, 65 bzw. 66 zur Spule 67.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist an der äußeren Oberfläche der Spule 67 eine Nut 74 vorhanden, deren Tiefe dem Durchmesser der Schnur oder des Drahts 11 angepasst ist, um eine Deformation des Durchmessers der Schnur oder des Drahts zu verhindern. Die Spule 67 ist außerdem mit einer Feder (nicht dargestellt) zum Aufwickeln und Abwickeln der Schnur oder des Drahts 11 unter Federspannung versehen. Der Betrieb des Spann- und Aufrollmechanismus 12 ist der folgende.
Die Schnur oder der Draht 11, die/der in oder aus dem Rahmen 61 über die Öffnung 68 bewegt werden kann, wird über drehbar gelagerte Führungsrollen 63, 64, 65 und 66, die in der Längsrichtung ihrer entsprechenden Wellen 70, 71, 72, 73 verschiebbar sind, auf eine solche Weise geführt, dass Schnur oder Draht 11 der Spiralnut 70 der Spule 67 folgt. Dies verhindert, dass die Schnur oder der Draht 11 sich beim Aufwinden auf die Spule 67 anhäuft, was einen Messfehler einbringen würde. Die Länge der Schnur oder des Drahts 11 wird auf der Basis des Umdrehungsgrads der Spule 67 bestimmt. Dies bedeutet, dass der genaue Durchmesser der Spule 67 bekannt sein muss. Das Anhäufen und Schichten der Schnur oder des Drahts 11 auf der Spule 67 entspricht tatsächlich unbekannten Durchmesseränderungen der Spule 67, als dessen Konsequenz die Länge der ausgezogenen Schnur oder des Drahts nicht länger aus dem Umdrehungsgrad der Spule 67 genau bestimmt werden kann.
Ein anderer Vorteil der Verwendung des Spann- und Aufrollmechanismus 60 ist es, dass er verhindert, dass die Schnur oder der Draht 11 sich beim Aufwinden als Ergebnis mehrerer übereinander aufgewundener Schichten der Schnur oder des Drahts 11 abflacht. Das Abflachen der Schnur oder des Drahts 11 würde wieder zu einer unbekannten Abweichung in der Bestimmung der Länge davon führen, und damit zu einem unbekannten Messfehler.
Sensoren zur Messung von Winkeln oder einer Winkelverschiebung, die für den erfindungsgemäßen Zweck geeignet sind, sind in der Praxis an sich bekannt. Obwohl z.B. Potentiometer für diesen Zweck verwendet werden können, verwendet eine bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Sensoren in Form von Pulsgeneratoren. Dabei wird von einer drehbar angeordneten Scheibe Gebrauch gemacht, die mit Markierungen versehen ist, die bei der Drehung einen Lichtstrahl unterbrechen. Die Impulse, die dadurch erzeugt werden, zeigen den Grad der Drehung der Scheibe an, wobei eine Winkelverschiebung oder eine Änderung der Länge leicht auf der Basis des Abstands zwischen den Markierungen berechnet werden kann. Natürlich können auch andere geeignete Pulsgeneratoren verwendet werden, wie z.B. Pulsgeneratoren, die Gleitkontakte verwenden. Für den erfindungsgemäßen Zweck ist es jedoch wünschenswert, Sensoren mit einer minimalen Menge an mechanischer Reibung zu verwenden. Die elektrischen Komponenten 15, die in dem Gehäuse vorgesehen sind, liefern eine geeignete Umwandlung der Messsignale von den Sensoren in Positionsdaten der Messsonde für den Betrieb von z.B. einem Plotter oder einer anderen Vorrichtung zur graphischen Repräsentation von mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung erhaltenen Positionsdaten, oder um eine Verarbeitungsvorrichtung zur Erzeugung eines Objekts, das den Positionsdaten entspricht, anzutreiben.
12 ist ein vereinfachtes elektrisches Blockschaltbild der elektronischen Komponenten 15 der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, und außerdem ihrer Verbindung mit einem Tischcomputer oder einem tragbaren Computer (Laptop) 74, und mit einer Verarbeitungsvorrichtung und/oder einem Plotter 76.
Die elektronischen Komponenten 15 umfassen eine Verarbeitungsvorrichtung 80, z.B. in Form eines Mikroprozessors, mit der eine Anzeigevorrichtung 81 (siehe auch 2), ein Bedienungsfeld 82, das über einen Draht oder eine entfernte Steuerung kommuniziert, eine Stromquelle 83, z.B. in Form einer auswechselbaren Batterie (siehe auch 2) und ein AN/AB-Schalter 84, ein drahtlosen Transceiver 88, der mit einer Eingabeeinheit 87 durch drahtlose entfernte Steuerung kommuniziert, und die Sensoren 8, 14 und 58 verbunden sind.
Abhängig von der Art der verwendeten Schnur oder des Drahts 11 wird ihre (seine) Länge auch durch Umgebungsbedingungen beeinflusst, wie z.B. die Temperatur und das Feuchtigkeitsniveau. Um diese Einflüsse zu korrigieren, sind geeignete Sensoren 86 vorgesehen, wie z.B. ein Temperatursensor und ein Feuchtigkeitssensor, und die Verarbeitungsvorrichtung 80 umfasst geeignete Software zur Korrektur der berechneten Veränderungen in der Länge der Schnur oder des Drahts 11 in Abhängigkeit von der Messtemperatur und dem Feuchtigkeitsgehalt.
Die Verarbeitungsvorrichtung 80 wandelt die von den Sensoren 8, 14, 58 empfangenen Signale in Positionsdaten für die Messsonde um und stellt diese Daten in einer Schnittfläche 85, vorzugsweise einer standardisierten Computer-Schnittfläche, z.B. Typ RS 232 oder dergleichen, zur Verfügung. Software, die für diesen Zweck geeignet ist, ist in der Praxis an sich bekannt und erfordert keine weitere Erläuterung.
Die an der Schnittstelle 85 verfügbaren Positionsdaten können mittels eines Tischcomputers oder eines tragbaren Computers 75, der mit geeigneter Software zum Antrieb eines Plotters oder einer Verarbeitungsvorrichtung versehen ist, verarbeitet werden. Die Messdaten können, wenn erwünscht, auch direkt für logistische und Projektmanagement-Zwecke, Einkauf usw. verwendet werden. Software, die für diesen Zweck geeignet ist, ist im Handel erhältlich.
Obwohl die erfindungsgemäße Messeinrichtung in Form einer getrennten Einheit vorhanden sein kann, um mit einem Tischcomputer oder einem tragbaren Computer, einer graphischen oder Plottervorrichtung und/oder Verarbeitungsvorrichtung verbunden zu werden, stellt die Erfindung auch eine Messeinrichtung bereit, worin die Funktionen des Tischcomputers oder des tragbaren Computers und der Messeinrichtung zu einer Einheit kombiniert sind, worin die Einheit auch in eine graphische oder Plottervorrichtung, aber auch in eine Verarbeitungsvorrichtung zur direkten Produktion gemessener Objekte oder Produkte, zum Projektmanagement, den Einkauf usw. integriert sein kann.
Die vorstehend besprochene erfindungsgemäße Messeinrichtung ist zur Messung eines Objekts, z.B. durch Positionieren der Messsonde 3, 43 an bestimmten Punkten des Umfangs des Objekts, z.B. in den Eckpunkten eines Polygons, das an sich bekannt ist, oder zum kontinuierlichen Verfolgen der zu messenden Kontur oder des Umfangs mittels einer Messsonde 3, 33, 39 geeignet.
Im ersten Fall werden Mittel zur Speicherung der Messdaten vom Sensor bereitgestellt, wenn eine Messsonde 3, 43 an einem spezifischen Punkt des zu messenden Objekts positioniert wurde, z.B. eine Drucktaste 27 einer Messsonde 3, die mit der Verarbeitungsvorrichtung 80 durch elektrische, radiographische, akustische oder optische Mittel kommuniziert, oder mit der getrennten Eingabeeinheit 87, mit der Registrieranweisungen an die Verarbeitungsvorrichtung 80 übertragen werden können.
Für eine kontinuierliche Konturmessung ruft die Verarbeitungsvorrichtung 80 die Sensoren 8, 14, 58 mit einer Geschwindigkeit, die zur Messung sehr kleiner Abweichungen, in der Größenordnung von 0,1 mm, ausreicht, bei einer normalen Bewegung der Messsonde 3, 33, 39 mittels Hand periodisch ab. In einer praktischen Ausführungsform werden ca. 2000 Messungen/Sekunde durchgeführt.
Für eine genaue Messung ist es außerdem bevorzugt, die Messsonde an einem Bezugspunkt zur Kalibrierung der Messung vor der Messung eines Objekts zu positionieren.
Zur Kalibrierung und für Ausrichtungszwecke wird das Gehäuse 2 der Messvorrichtung 1, wie in 1 dargestellt, mit Justierfüßen 46 und 47 versehen. Mittels dieser Justierfüße kann das Gehäuse 1 z.B. genau in horizontaler oder vertikaler Richtung mit einem zu messenden Objekt ausgerichtet werden.
In einer noch fortgeschritteneren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung umfasst die Messeinrichtung ein Ausrichtungssystem 48, z.B. ein Laser-gesteuertes Ausrichtungssystem. Die Messeinrichtung 50 muss andererseits, wie in 10 dargestellt, nicht notwendigerweise Ausrichtungsmittel 46, 47, 48 umfassen.
Wie dies vorstehend erläutert wurde, umfasst der Datenfluss, der durch die Verarbeitungsvorrichtung 80 verarbeitet werden soll, Daten, die die Länge der Schnur oder des Drahts 11 und die Winkelabweichung des Arms 5; 48 betreffen. Diese Daten werden durch Sensoren 8, 14, 58 in roher Form bereitgestellt. Das weitere Verarbeiten der Daten umfasst mehrere Verarbeitungs- und Korrektionsstufen.
13 zeigt schematisch die verschiedenen Verarbeitungs- und Korrekturstufen in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, unter der Steuerung der Verarbeitungsvorrichtung 80. Die Blöcke "A", "B" und "C" zeigen einander entsprechende Punkte an.
Block 101, angezeigte Zählimpulse-Spulenrotation, betrifft die Bestimmung der Länge der Schnur oder des Drahts 11 auf der Basis des Umdrehungsgrades der Spule 13, 67 mittels des Sensors 14, der in einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform in Form eines Pulsgenerators vorliegt. Die Zahl und der Bruchteil der Umdrehungen der Spule 13, 67 wird aus der momentanen Registrierung eines Addier-Subtrahier-Werts und einer Konstanten, die die Zahl der Impulse pro vollständiger Umdrehung repräsentiert, Block 102, Berechnung der Spulenumdrehungen, bestimmt. Die Länge der aufgewickelten Schnur oder des Drahts 11 ist proportional zur Zahl der Umdrehungen der Spule 13, 67. Die Entfernung vom Wendepunkt der Schnur oder des Drahts 11 zum Kontaktpunkt der Spule 13, 67 ist jedoch nicht konstant. Je mehr Draht auf der Spule 13, 67 aufgewickelt ist, desto größer wird dieser Abstand sein. Diese zusätzliche (interne) Länge des Drahts wird im Block 103, der Spulenradiuskorrektur, kompensiert.
Im Fall der Messvorrichtung 1 kann der Messpunkt außerdem außerhalb der Ebene, in der Arm 5 rotiert, liegen. Die Höhendifferenz, d.h., der Abstand zwischen der Ebene, in der Arm 5 rotiert, und einer Ebene parallel dazu durch den Messpunkt wird durch den Anwender eingegeben. Diese Differenz in der Höhe wird im Block 104, Höhenkorrektur, kompensiert.
Sensoren 8; 58 werden zur Bestimmung der Winkelverschiebung des Arms 5; 56 bereitgestellt, die ebenfalls in Form von Pulsgeneratoren vorliegen. Auch in diesem Fall wird die Zahl der Impulse mittels eines Addier-Subtrahier-Werts, Block 105, angezeigte Zählimpulse-Messarmrotation, gespeichert.
Die Bewegung der Messsonde bringt die Schnur oder den Draht 11 in Vibration. Diese Vibration resultiert in einer oszillierenden Bewegung des Arms 5; 56, und somit in einer potentiellen Messungenauigkeit. Diese Oszillation wird dynamisch gemessen und der Messwert wird verwendet, um eine Korrektur durchzuführen, Block 106, Armvibrations-Kompensation.
Die so erhaltenen Daten, die in einem polaren Koordinatensystem gemessen wurden, werden im Block 107 in ein orthogonales Koordinatensystem umgewandelt. Dies wird durchgeführt, weil die handelsüblich erhältlich Verarbeitungs-Software primär auf einem orthogonalen Koordinatensystem basiert. Die für diesen Zweck geeignete Umwandlungs-Software ist in der Praxis per se bekannt. Ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, dass diese Umwandlung natürlich ausgelassen werden kann, indem man die Ergebnisse in einem polaren System verarbeitet.
Die Blöcke 108 und 109 stellen eine Filterung der umgewandelten Daten bereit, worin Block 108, Punktfilter, zum Ausfiltern auf einander folgender Messpunkte, die nicht weit genug von einander entfernt sind, dient. Im Fall von hinter einander folgenden Punkte, die innerhalb einer gegebenen Toleranz auf einer geraden Linie liegen, werden auf ähnliche Weise die dazwischen liegenden Punkte im Block 109, dem Linienfilter, ausgefiltert. Anstelle der Verwendung einer Lösung auf der Basis gerader Linien ist es auch möglich, eine Lösung auf der Basis kurzer Bogenteile zu verwenden.
Als Ergebnis des begrenzten Durchmessers der Messnadel 21, 35, 42 oder der kugelförmigen Spitze 45 ist die Kontur oder Position, die gemessen wird, nicht eine exakte Kontur oder Position, sondern eine Kontur, die nach links oder nach rechts über eine Entfernung von der Hälfte des Durchmessers einer Messnadel oder der Spitze abweicht. Der Anwender muss eingeben, ob die zu messende Kontur oder Position auf der linken oder rechten Seite der Messeinrichtung positioniert ist. Die Messwerte werden danach im Block 110, Messwertverschiebung, korrigiert.
Der Anwender kann außerdem im Block 111, Rotations- und Translationsmessung, angeben, auf welche Weise die Messung im orthogonalen Koordinatensystem positioniert werden muss. Zum Beispiel, ob der Ursprung im ersten oder im letzten Messpunkt ist, in welche Richtung die X-Achse verläuft, d.h., vom ersten zum zweiten und nächsten Messpunkt usw.
Während der Messung werden die Daten im Hauptspeicher der Messeinrichtung gespeichert. Nach Vervollständigung der Messung und nach Durchführung aller Verfahrensschritte werden die so erhaltenen Daten in einem Zusatzspeicher, Block 112, Datenspeicher, gespeichert.
Nach Skalieren und Translation werden die Messdaten auf einem Schirm 81 auf solche Weise angezeigt, dass alle Messpunkte auf dem Schirm angezeigt werden können, Block 113, Anzeigen Daten auf Schirm. Um die aus der Messeinrichtung erhaltenen Daten zu verwenden, kann die Messeinrichtung über eine Schnittstelle 85 mit einem Computer, wie z.B. einem Personal-Computer, ein Laptop 75 oder einem anderen Computer, verbunden werden, auf dem ein sogenanntes Verarbeitungsprogramm läuft. Mittels dieses Programms können die Messdaten in eine Verarbeitungsvorrichtung 76 zur Weiterverarbeitung eingespeist werden; Block 114, "Eingabe(upload)"-Daten an PC mit Verarbeitungsprogramm.
Obwohl die Erfindung vorstehend mittels beispielhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung erläutert wurde, ist es einzusehen, dass das erfindungsgemäße Konzept auf verschiedene Weise innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche realisiert werden kann.

Claims

Messeinrichtung (50), die aufweist: eine bewegbare Messsonde (3; 33; 39; 43) und mit der Messsonde (3; 33; 39; 43) verbundene Sensoren zum Bereitstellen von Positionsdaten der Messsonde (3; 33; 39; 43), wobei die Messsonde (3; 33; 39; 43) über eine Schnur oder einen Draht (11) an einen ersten Sensor (14) zur Messung der Länge oder Längenänderung der Schnur oder des Drahts (11) verbunden ist, und an einen zweiten Sensor (58) zur Messung des Winkels oder einer Winkelverschiebung der Schnur oder des Drahts (11), wobei der zweite Sensor mit einem länglichen, drehbar gelagerten Arm (56) verbunden ist, in dessen Längsrichtung die Schnur oder der Draht (11) in den Arm (56) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (56) räumlich drehbar gelagert ist, und der zweite Sensor (58) zur Messung der Drehung des Arms (56) in zwei Freiheitsgraden (51, 52) vorgesehen ist.
Messeinrichtung (50) nach Anspruch 1, worin der Arm (56) mit dem zweiten Sensor (58) an einem ersten Ende verbunden ist, und an einem zweiten freien Ende mit einer Öffnung (16) versehen ist, die genau der Dicke der Schnur oder des Drahts (11) angepasst ist, und die Schnur oder der Draht (11) durch diese Öffnung (16) bewegt werden kann.
Messeinrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Arm (56) an seinem ersten Ende mittels einer Kugel oder eines Balls (57) drehbar gelagert ist.
Messeinrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Arm (56) in einem Präzisionslager gelagert ist, das das kleinstmögliche Startmoment aufweist.
Messeinrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Arm (56) aus einem leichtgewichtigen Material ausgebildet ist.
Messeinrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der erste Sensor (14) an einen Spann- und Aufrollmechanismus (12; 60) gebunden ist, um die Schnur oder den Draht (11) unter dem Einfluss einer Federspannung unter Spannung zu halten und zum automatischen Aufrollen der Schnur oder des Drahts (11).
Messeinrichtung (50) nach Anspruch 6, worin der Spann- und Aufrollmechanismus (60) eine drehbar gelagerte Spule (67) aufweist, deren Außenumfang mit einer Spiralnut (74) versehen ist, die eine Tiefe aufweist, die dem Durchmesser der Schnur oder des Drahts (11) angepasst ist, und beweglich gelagerte Führungsräder (63, 64, 65, 66) zur Führung der Schnur oder des Drahts (11) auf eine solche Weise, dass sie/er der Spiralnut (74) der Spule (67) folgt.
Messeinrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Messsonde (3; 33; 39; 43) eine längliche Form aufweist, einen Griff (20; 34) zum Halten der Messsonde (3; 33; 39; 43) aufweist, und ein nadelförmiges Ende (21; 35; 40; 42), das in Bezug auf den Griff (20; 34) drehbar gelagert ist, und die Schnur oder der Draht (11) an diesem Ende (21; 35; 40; 42) angebracht ist.
Messeinrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Messsonde (43) eine längliche Form aufweist, einen Griff (34) zum Halten der Messsonde (43) aufweist, und eine ball- oder kugelförmige Spitze (45), die in Bezug auf den Griff (34) drehbar gelagert ist, und die Schnur oder der Draht (11) im Zentrum der ball- oder kugelförmigen Spitze (45) daran angebracht ist.
Messeinrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Schnur oder der Draht (11) aus einem Material mit möglichst niedriger Dehnung ausgebildet ist, wie zum Beispiel als Low-Stretch-Stahldraht (11), Paralein-Schnur oder Paralein-Draht (11).
Messeinrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die ersten und zweiten Sensoren (14; 58) als Impulsgeneratoren vorgesehen sind, und worin die Zahl der während der Verwendung abgegebenen Impulse proportional ist zu einer Längenänderung und Winkelverschiebung der Schnur bzw. des Drahts (11).
Messeinrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine mit den Sensoren verbundene Verarbeitungsvorrichtung (80) aufweist zur Verarbeitung von durch die Sensoren (14; 58) abgegebenen Messsignalen in Positionsdaten der Messsonde (3; 33; 39; 43) und zur-Verfügung-stellen der Daten an einer Schnittstelle (85).
Messeinrichtung (50) nach Anspruch 12, die eine weitere mit der Schnittstelle (85) verbundene Verarbeitungsvorrichtung (75) aufweist, wie zum Beispiel einen Tisch-Computer oder einen tragbaren Computer, die mit Software zum Verarbeiten der Positionsdaten zum Antrieb einer Vorrichtung (76) zur grafischen Wiedergabe der erhaltenen Positionsdaten versehen ist.
Messeinrichtung (50) nach Anspruch 12, die eine weitere mit der Schnittstelle (85) verbundene Verarbeitungsvorrichtung (75) aufweist, wie zum Beispiel einen Tisch-Computer oder einen tragbaren Computer, die mit Software zum Verarbeiten der Positionsdaten zum Antrieb einer Verarbeitungsvorrichtung (76) zur Ausbildung eines den Positionsdaten entsprechenden Gegenstandes versehen ist.
Vorrichtung zur grafischen Darstellung gemessener Positionsdaten, die eine Messvorrichtung (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verarbeitungsvorrichtung zur automatischen Ausbildung von Merkmalen auf der Basis bestimmter Messdaten, die eine Messvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
Verfahren zur Messung eines Gegenstands mittels einer Messeinrichtung (50), die eine bewegliche Messsonde (3; 33; 39; 43) aufweist, die über eine Schnur oder einen Draht (11) mit Sensoren (14; 58) verbunden ist, um Positionsdaten der Messsonde (3; 33; 39; 43) durch Messen der Länge oder der Längenänderung der Schnur oder des Drahts (11), und eines Winkels oder einer Winkelverschiebung der Schnur oder des Drahts (11) zu liefern, worin die Messsonde (3; 33; 39; 43) an der Peripherie des zu messenden Gegenstands positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel oder die Winkelverschiebung der Schnur oder des Drahts (11) in zwei Freiheitsgraden (51, 52) von einem räumlich drehbar angeordneten länglichen Arm (56) gemessen wird, in dessen Längsrichtung die Schnur oder der Draht (11) in den Arm (56) eingreift.
Verfahren nach Anspruch 17, worin die Messsonde (3; 33; 39; 43) entlang der Peripherie des zu messenden Gegenstands bewegt wird, und während der Bewegung der Messsonde periodisch Messdaten erhalten werden (101; 105).
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, worin die Messsonde (3; 33; 39; 43) vor der Messung eines Gegenstands zum Zweck der Kalibrierung der Messung an einem Bezugspunkt positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 17, 18 oder 19, worin die durch Bewegen einer Messsonde (3; 33; 39; 43) erhaltenen Messdaten Korrekturvorgängen unterworfen werden, wie einer Radiuskorrektur (103) der Spule (67), um die die Schnur oder der Draht (11) gewunden ist, einer Vibrationskompensation (106) im mit der Schnur oder dem Draht (11) verbundenen Messarm (56), einer Messpunkt-(108) und Leitungsfilterungs-(109) und einer Offset (Messwertverschiebungs)-Korrektur (110), in Bezug auf die Dimensionen der Messnadel oder der Messspitze (21; 35; 40; 42) einer Messsonde (3; 33; 39; 43).
Verfahren nach Anspruch 20, worin die Messdaten in ein orthogonales Koordinatensystem verarbeitet werden (107).