DE102004056380A1

DE102004056380A1 - Vehicle crash test contactless moving object position of motion measurement unit uses plane scatterer with profile structures transverse to the motion and three sensors

Info

Publication number: DE102004056380A1
Application number: DE200410056380
Authority: DE
Inventors: Michael Peek; Manfred Otto; Axel Manz; Walter Liebers; Gerd Dr. Heuser
Original assignee: Tuev Kraftfahrt - Tuev Rheinland Group GmbH; Tuev Kraftfahrt Tuev Rhei GmbH
Current assignee: Tuev Kraftfahrt - Tuev Rheinland Group GmbH; Tuev Kraftfahrt Tuev Rhei GmbH
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: DE102004056380B4

Abstract

A vehicle (303) crash test contactless moving object position or motion measurement unit uses a plane scatterer (308) on the object with profile structures (309, 310) extending transverse to the motion and three laser sensors in a triangle. Independent claims are included for procedures and computer program products used with the equipment.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers.The The present invention relates to an apparatus and an associated method for contactless Measuring in particular a spatial Position and / or a movement of moving on a trajectory Specimen.

Räumlich bewegte Prüfkörper werden beispielsweise in einer Crashsimulation im Automobilbereich verwendet. Dabei wird insbesondere eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des Prüfkörpers für eine Bewertung herangezogen.Spatially moving Be test specimen used for example in a crash simulation in the automotive sector. In particular, a spatial Location and / or movement of the specimen used for a rating.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere eine Bestimmung einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers zu erleichtern, sowie insbesondere einen Einfluss eines Messsystems auf den Prüfkörper zu minimieren.task It is the object of the present invention, in particular a determination a spatial Position and / or a movement of moving on a trajectory Test specimen too facilitate, and in particular an influence of a measuring system to the test piece minimize.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Streuelement nach Anspruch 12, einen Prüfstand nach Anspruch 13, ein Messverfahren nach Anspruch 14, ein Prüfverfahren nach Anspruch 25, ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 26 sowie ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 27 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention this Task by a device according to claim 1, a scattering element according to claim 12, a test stand according to claim 13, a measuring method according to claim 14, a test method according to Claim 25, a data processing system according to claim 26 and a computer program product according to claim 27 solved. Advantageous developments are in the respective dependent claims specified.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere Prüfvorrichtung, zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers umfasst zumindest ein am Prüfkörper angebrachtes Streuelement mit einem insbesondere planen Oberflächenprofil, wenigstens eine erste und eine zweite Profilstruktur im Oberflächenprofil, welche jeweils längserstreckt zueinander beabstandet und quer zur Bewegungsbahn des Prüfkörpers angeordnet sind, wenigstens einen ersten und einen zweiten berührungslos messenden Abstandssensor, deren zugehörige Messstrahlen derart, vorzugsweise parallel, zueinander ausgerichtet sind, dass ein durch Durchstoßpunkte der Messstrahlen in einem Bewegungsbahnband des Streuelements aufgespanntes Messfeld sowohl eine Ausdehnung senkrecht als auch parallel zur Bewegungsbahn aufweist, wobei das Messfeld innerhalb des Bewegungsbahnbandes liegt und wobei die erste und zweite Profilstruktur jeweils zumindest zu jeweils einem Messzeitpunkt zumindest teilweise innerhalb des Messfeldes liegen.The device according to the invention, in particular test device, for contactless Measuring in particular a spatial Position and / or a movement of moving on a trajectory Test specimen comprises at least one attached to the specimen Scattering element with a particular flat surface profile, at least a first and a second profile structure in the surface profile, which each extended spaced apart and arranged transversely to the movement path of the test piece are at least a first and a second contactless measuring distance sensor whose associated measuring beams in such a way, preferably parallel, aligned with each other, that one through puncture points the measuring beams spanned in a trajectory of the scattering element Measuring field both an extension perpendicular and parallel to Movement path, wherein the measuring field within the movement path band lies and wherein the first and second profile structure in each case at least at least one measurement point in each case within the Measuring field lie.

Bei dem Prüfkörper handelt es sich beispielsweise um einen Impaktor zur Durchführung eines Anpralltests an einem Kraftfahrzeug. Insbesondere ist dabei der Impaktor durch seinen Aufbau einer Anatomie des menschlichen Körpers nachempfunden. Beispielsweise ist der Impaktor als Kopf-, Hüft- oder Beinimpaktor ausgestaltet. Zur Durchführung einer Bewegung auf einer Bewegungsbahn wird der Prüfkörper beispielsweise mittels einer Beschleunigungsvorrichtung entlang dieser Bahn beschleunigt. Vorzugsweise legt der Prüfkörper zumindest einen Teil der Bewegungsbahn ohne Einwirkung der Beschleunigungseinrichtung freifliegend zurück. Insbesondere vollführt der Prüfkörper eine geradlinig gleichförmige Bewegung, welche von einer Beschleunigung durch die nicht vernachlässigbare Erdbeschleunigung überlagert ist. Beispielsweise wird der Prüfkörper mittels eines Beschleunigungskatapultes auf eine Geschwindigkeit von etwa 11,1 m/s beschleunigt und auf ein Zielobjekt geschossen. Der Abstandssensor ist bevorzugt als wellenbasierter Sensor ausgebildet. Insbesondere wird ein auf elektromagnetischen Wellen basierender Sensor verwendet. Vorzugsweise sendet der Sensor Licht im sichtbaren oder im infraroten Spektralbereich aus. Weiter bevorzugt sendet der Abstandssensor einen Laserstrahl aus, der an einem Objekt gestreut oder reflektiert wird, wobei beispielsweise mittels Triangulation unter Verwendung einer positionsempfindlichen Photodiode ein Abstandswert ermittelt wird. In einer anderen Ausführungsform wird ein konfokales Messsystem verwendet, welches chromatisches Licht durch eine mehrlinsige Optik auf eine Objektoberfläche fokussiert. Die Linsen sind dabei derart angeordnet, dass durch kontrollierte chromatische Abweichung das Licht in abstandsabhängige monochromatische Wellenlängen aufgeteilt wird. Dabei wird insbesondere jeder Wellenlänge des vom Objekt gestreuten oder reflektierten Lichtes ein Abstandswert zugeordnet.at the test piece is For example, it is an impactor for performing a Impact tests on a motor vehicle. In particular, it is the Impactor modeled by its construction of an anatomy of the human body. For example, the impactor is designed as a head, hip or Beinimpaktor. To carry out a movement on a trajectory of the test specimen, for example by means an accelerating device accelerates along this path. Preferably, the test specimen lays at least a part of the trajectory without the action of the accelerator free-flying back. In particular, performs the test specimen a rectilinearly uniform Motion, which is accelerated by the non-negligible Gravitational acceleration superimposed is. For example, the specimen is by means of an acceleration catapult to a speed of about Accelerated 11.1 m / s and shot at a target object. The distance sensor is preferably designed as a wave-based sensor. Especially a sensor based on electromagnetic waves is used. Preferably, the sensor transmits light in the visible or in the infrared Spectral range off. More preferably, the distance sensor transmits a laser beam that scatters or reflects on an object is using, for example by means of triangulation using a position-sensitive photodiode determines a distance value becomes. In another embodiment a confocal measuring system is used, which is chromatic Focused light through a multi-lens optic on an object surface. The lenses are arranged such that controlled by chromatic aberration split the light into distance-dependent monochromatic wavelengths becomes. In particular, each wavelength of the object scattered is or reflected light associated with a distance value.

Vorzugsweise wird die Intensität der ausgesandten elektromagnetischen Wellen frequenzmoduliert. Insbesondere wird dabei in Verbindung mit dem Lock-in-Prinzip eine Verringerung eines Rauscheinflusses beziehungsweise Störeinflusses aufgrund von Fremdstrahlung gewährleistet. Bei einer Laserdiode wird die Intensität beispielsweise mit einer Frequenz von etwa 40 kHz moduliert. Die Laserwellenlänge liegt beispielsweise bei etwa 675 nm.Preferably, the intensity of the emitted electromagnetic waves is frequency modulated. In particular, a reduction of a noise influence or interference due to external radiation is ensured in connection with the lock-in principle. For example, in a laser diode, the intensity is modulated at a frequency of about 40 kHz. The laser wavelength is beispielswei at about 675 nm.

Zur berührungslosen Messung ist der Prüfkörper mit einem Streuelement ausgestattet. Die Oberfläche eines Streuelementes ist insbesondere so ausgestaltet, dass sie von einem Abstandssensor ausgestrahlte elektromagnetische Wellen streut. Beispielsweise weist diese Oberfläche zumindest eine Mikrorauhigkeit auf, um einen von einem Ab standssensor im sichtbaren Spektralbereich ausgesendeten Laserstrahl zu streuen. Vorzugsweise wird als Material für das Streuelement Metall oder Kunststoff verwendet. Für eine verbesserte Streuung kann beispielsweise eine Mikro- oder Nanorauigkeit der Oberfläche für eine verwendete Wellenlänge optimiert werden. Vorzugsweise kann dabei auch der Einfluss von Fremdstrahlung reduziert werden.to contactless Measurement is the specimen with equipped with a diffuser. The surface of a scattering element is in particular configured to be of a distance sensor radiated electromagnetic waves scatters. For example, points this surface at least one microroughness, to one of a standssensor from a To scatter in the visible spectral range emitted laser beam. Preferably is used as material for the scattering element metal or plastic used. For improved dispersion For example, a micro- or nanosurface of the surface may be used for one Wavelength optimized become. Preferably, the influence of extraneous radiation can also be used be reduced.

Das Streuelement ist insbesondere so am Prüfkörper befestigt, dass es bei einem Durchlaufen der Bewegungsbahn die Messstrahlen schneidet. Bei der Bewegung auf der Bewegungsbahn formt das Streuelement ein Bewegungsbahnband, welches als Spur des Streuelementes aufzufassen ist. Bei einem quadratischen, planem Streuelement resultiert so beispielsweise ein planes, rechteckiges Bewegungsbahnband. Das Streuelement ist vorzugsweise ein flächenhaftes Element mit einem runden, dreieckigen, viereckigen, insbesondere rechteckigen, polygonalen oder allgemein unregelmäßigen Grundriss. Entsprechend ist das Bewegungsbahnband in diesem Fall die resultierende Spur dieser Streuelemente.The In particular, scattering element is attached to the specimen such that it is at passing through the trajectory the measuring beams intersects. When moving on the trajectory forms the scattering element Trajectory, which is to be understood as a trace of the scattering element is. In the case of a square, flat scattering element, this results for example, a plane, rectangular trajectory band. The scattering element is preferably a planar Element with a round, triangular, quadrangular, in particular rectangular, polygonal or generally irregular floor plan. Accordingly, the trajectory band in this case is the resulting one Trace of these scattering elements.

Bei der Profilstruktur handelt es sich insbesondere um eine oder mehrere Erhebungen oder um eine oder mehrere Aussparungen aus der Oberfläche des Streuelementes. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Profilstruktur jeweils über eine zumindest teilweise Breite des Bewegungsbahnbandes beziehungsweise über eine zumindest teilweise Breite des Streuelementes längserstreckt. Weiter bevorzugt sind die erste und die zweite Profilstruktur in der Nähe der Längsenden des Streuelementes in Bezug auf die Bewegungsrichtung angebracht. Eine Profilstruktur kann insbesondere auch von einem mindestens einem Rand/Flanke des Streuelementes gebildet werden. Beispielsweise sind die erste und die zweite Profilstruktur parallel oder in einem Winkel vorzugsweise nahe 0° zueinander angebracht. Die Anordnung der Profilstruktur ist dabei insbesondere so gewählt, dass sie senkrecht oder in einem Winkel nahe 90° in Bezug auf die Bewegungsrichtung angeordnet sind. Eine nichtparallele Ausrichtung der ersten und der zweiten Profilstruktur zueinander ermöglicht insbesondere die Ermittlung eines Versatzes des Prüfkörpers quer zu einer Achse der Bewegungsrichtung in Bezug auf einen mit dem Messsystem definierten Fixpunkt. Durch die Ausdehnung des Messfeldes sowohl senkrecht als auch parallel zur Bewegungsbahn weisen die Durchstoßpunkte der Messstrahlen in dem Bewegungsbahnband sowohl einen Abstand längs der Bewegungsrichtung als auch einen Abstand quer zur Bewegungsrichtung voneinander auf.at the profile structure is in particular one or more Elevations or around one or more recesses from the surface of the Scattering element. Preferably, the first and the second profile structure each over an at least partial width of the trajectory band or over a At least partially width of the scattering element extends longitudinally. Further preferred The first and second profile structures are near the longitudinal ends of the scattering element with respect to the direction of movement attached. In particular, a profile structure may also be of at least one an edge / flank of the scattering element are formed. For example the first and the second profile structure are parallel or in one Angle preferably close to 0 ° to each other appropriate. The arrangement of the profile structure is in particular chosen so that they are arranged perpendicular or at an angle near 90 ° with respect to the direction of movement are. A non-parallel alignment of the first and the second Profile structure allows each other in particular the determination of an offset of the test specimen transversely to an axis of the direction of movement with respect to one Measuring system defined fixed point. By the extension of the measuring field both perpendicular and parallel to the path of movement, the Piercing points the measuring beams in the trajectory both a distance along the Movement direction as well as a distance transverse to the direction of movement from each other.

Messfeld und Profilstrukturen sind insbesondere so zueinander ausgerichtet und dimensioniert, dass die erste und die zweite Profilstruktur jeweils zumindest zu jeweils einem Messzeitpunkt zumindest teilweise innerhalb des Messfeldes liegen. Beispielsweise entspricht ein Abstand der Durchstoßpunkte längs zur Bewegungsrichtung einem Abstand der ersten und zweiten Profilstruktur längs in Bewegungsrichtung. Bevorzugt können mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung hysteresefrei insbesondere eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des auf der Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers gemessen werden. Des Weiteren ist die Vorrichtung vorzugsweise frei von mechanischen Einwirkungen auf insbesondere empfindliche Teile eines Messsystems.measuring field and profile structures are particularly aligned with each other and dimensioned that the first and the second profile structure in each case at least partially in each case at least one measuring time of the measuring field lie. For example, a distance corresponds to the Piercing points along the Movement direction a distance of the first and second profile structure along in Movement. Preferred may with the help of the device described hysteresis-free in particular a spatial Position and / or movement of moving on the trajectory specimen measured become. Furthermore, the device is preferably free of mechanical Effects on particularly sensitive parts of a measuring system.

Für eine Verbesserung der Messqualität ist insbesondere vorgesehen, dass ein dritter berührungsloser Abstandssensor vorgesehen ist, vorzugsweise mit einem Messstrahl, vorzugsweise parallel, zu den Messstrahlen des ersten und des zweiten Abstandssensors angeordnet ist, wobei Durchstoßpunkte der Messstrahlen von erstem, zweitem und drittem Sensor in dem Bewegungsbahnband Eckpunkte eines Dreieckes bilden.For an improvement the quality of measurement is particularly provided that a third non-contact Distance sensor is provided, preferably with a measuring beam, preferably parallel to the measuring beams of the first and second Distance sensor is arranged, wherein puncture points of the measuring beams of first, second and third sensors in the trajectory band vertices form a triangle.

Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Durchstoßpunkte jeweils zumindest senkrecht zur Bewegungsrichtung voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise sind die Durchstoßpunkte so angeordnet, dass sie sich möglichst weit außen auf einer Oberfläche des Streuelementes befinden.Of Furthermore, it is preferably provided that the puncture points each spaced at least perpendicular to the direction of movement from each other are. Preferably, the puncture points are arranged so that if possible far outside on a surface the scattering element are located.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Dreieck ein gleichschenkeliges, insbesondere ein gleichseitiges, Dreieck ist, dessen Symmetrieachse längs der Bewegungsrichtung verläuft. Eine Spitze des Dreieckes zeigt dabei beispielsweise in die Richtung der Bewegungsrichtung. In einer anderen Ausgestaltung ist die Spitze beispielsweise entgegengesetzt angeordnet.Especially it is preferably provided that the triangle is an isosceles, in particular, an equilateral triangle, its axis of symmetry along the Movement direction runs. A tip of the triangle points, for example, in the direction the direction of movement. In another embodiment, the top is for example, arranged opposite.

Zur Ausgestaltung der Profilstrukturen können verschiedene Varianten vorgesehen werden. In einer ersten Variante ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Profilstruktur einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und auf dem Oberflächenprofil jeweils einen Steg und/oder eine stegförmige Aussparung bilden und/oder durch einen Rand/Flanke des Streuelementes gebildet sind. Zur Bildung der Aussparung ist das Streuelement beispielsweise durchbohrt (Langbohrung), die Aussparung kann aber auch nutförmig ausgeführt sein. Eine Profilstruktur ist insbesondere am Streuelement angeformt oder kann mit dem Streuelement verbunden werden.For the design of the profile structures, various variants can be provided. In a first variant, it is provided that the first and / or the second profile structure have a rectangular cross-section and each form a web and / or a web-shaped recess on the surface profile are formed and / or by an edge / flank of the scattering element. To form the recess, the scattering element is pierced, for example (long bore), but the recess can also be groove-shaped. A profile structure is formed in particular on the scattering element or can be connected to the scattering element.

In einer anderen Variante ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Profilstruktur in der Bewegungsrichtung einen Profilverlauf im Oberflächenprofil aufweist, der wenigstens einer Periode einer Rechteckfunktion entspricht. Ein derartiger Verlauf wird beispielsweise dadurch realisiert, dass ein Steg mit einem rechteckigen Querschnitt auf der Oberfläche des Streuelementes angebracht ist. Insbesondere ist ein Profilverlauf vorgesehen, der wenigstens einer Periode einer bipolaren Rechteckfunktion entspricht. Ein derartiger Profilverlauf wird beispielsweise dadurch erzielt, das unmittelbar benachbart ein Steg mit einem rechteckigen Querschnitt und eine wie oben definierte Aussparung mit einem rechteckigen Querschnitt angeordnet sind.In another variant provides that the first and / or the second profile structure in the direction of movement a profile profile in the surface profile which corresponds to at least one period of a rectangular function. Such a course is realized, for example, by the fact that a bridge with a rectangular cross section on the surface of the Spreader element is attached. In particular, a profile profile provided, the at least one period of a bipolar rectangular function equivalent. Such a profile profile is characterized, for example achieved, the immediately adjacent a web with a rectangular cross-section and a recess having a rectangular cross section as defined above are arranged.

In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Profilstruktur in der Bewegungsrichtung einen Profilverlauf im Oberflächenprofil aufweist, der einer einfachen und/oder glatten mathematischen Funktion entspricht. Beispielsweise wird als Funktionsverlauf ein Ausschnitt aus einer Sinuskurve verwendet. Insbesondere wird eine Gaussfunktion oder eine parabelförmige Funktion verwendet. Vorzugsweise kann ein aus diesen Profilstrukturen resultierender zeitlicher Abstandsverlauf eines Abstandssignales mit geringem Aufwand mit Hilfe einfacher mathematischer Funktionen angepasst werden.In Another variant provides that the first and / or the second profile structure in the direction of movement a profile profile in the surface profile which has a simple and / or smooth mathematical function equivalent. For example, the function history is a section used from a sinusoid. In particular, a Gaussian function or a parabolic Function used. Preferably, one of these profile structures resulting temporal distance course of a distance signal with adapted with little effort using simple mathematical functions become.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Streuelement plattenförmig ausgebildet ist. Der Grundriss des Streuelementes ist dabei beispielsweise rund, rechteckig, quadratisch, dreieckig, polygonal oder allgemein unregelmäßig ausgebildet. Für das Streuelement kann als Material beispielsweise Metall oder Kunststoff eingesetzt werden.In A preferred embodiment provides that the scattering element plate-shaped is trained. The floor plan of the scattering element is, for example round, rectangular, square, triangular, polygonal or general irregularly formed. For the Spreader can be used as a material such as metal or plastic be used.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Streuelement ein nichtplanes, insbesondere einfach geometrisch beschreibbares Oberflächenprofil auf. Beispielsweise ist das Oberflächenprofil sinusförmig oder zylindermantelförmig. Insbesondere ist das Oberflächenprofil so ausgestaltet, dass ein resultierender zeitlicher Abstandsverlauf eines Abstandssignals eines Abstandssensors mit Hilfe einer einfachen mathematischen Funktion angepasst werden kann.In In a further embodiment, the scattering element has a non-planar, in particular simply geometrically describable surface profile on. For example, the surface profile is sinusoidal or a cylindrical shell. In particular, the surface profile designed such that a resulting temporal distance course a distance signal of a distance sensor using a simple mathematical function can be adjusted.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Oberflächenprofil ein mit einer Zylinderachse quer zur Bewegungsrichtung ausgerichtetes Zylindermantelsegment ist. Je nach Verkippung in Bezug auf die Messstrahlen weist das Abstandsprofil daher unterschiedliche Funktionsverläufe auf. Vorzugsweise ist das Oberflächenprofil so ausgestaltet, dass aus einem resultierenden Abstandsverlauf auf eine Verkippung des Prüfkörpers geschlossen werden kann.Prefers is provided that the surface profile one aligned with a cylinder axis transverse to the direction of movement Cylinder shell segment is. Depending on the tilting points in relation to the measuring beams the distance profile therefore different function curves. Preferably, the surface profile is so designed that from a resulting distance course up a tilting of the specimen closed can be.

Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Streuelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines freifliegenden Körpers. Vorzugsweise ist das Streuelement an unterschiedlichen Prüfkörpern anbringbar.Farther is the subject of the present invention, a scattering element after one of the claims 1 to 11 for contactless Measuring in particular a spatial Position and / or movement of a free-floating body. Preferably the scattering element can be attached to different test specimens.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Prüfstand, umfassend wenigstens eine Beschleunigungsvorrichtung eines Prüfkörpers sowie eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung des auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers, wobei der Prüfkörper in einer Längsrichtung des Prüfstandes auf ein Zielobjekt beschleunigbar ist, wobei die Bewegungsbahn zumindest in Längsrichtung unmittelbar vor dem Zielobjekt eine Freiflugphase umfasst. Die Beschleunigungsvorrichtung ist beispielsweise ein Katapult. Insbesondere wird der Prüfkörper nach Abschluss eines Beschleunigungsvorganges von der Beschleunigungsvorrichtung getrennt, so dass er abgesehen von einer überlagerten Beschleunigung aufgrund der Erdbeschleunigung geradlinig gleichförmig längs einer Bewegungsbahn bewegt wird. Insbesondere unmittelbar vor einem Anprall auf das Zielobjekt wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des Prüfkörpers ermittelt.Of Furthermore, the present invention relates to a test bench, comprising at least one acceleration device of a test specimen and A device according to any one of claims 1 to 11 for non-contact Measuring in particular a spatial Position and / or movement of moving on a trajectory Test specimen, wherein the test specimen in a longitudinal direction the test bench can be accelerated to a target object, wherein the movement path at least longitudinal immediately before the target object comprises a free flight phase. The accelerator device is for example a catapult. In particular, the specimen is after Completion of an acceleration process of the accelerator separated, leaving him apart from a superimposed acceleration due to the gravitational acceleration rectilinearly uniform along a Movement path is moved. Especially immediately before an impact the target object is by means of the device according to the invention a spatial Location and / or movement of the specimen determined.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines bewegten Prüfkörpers, wobei mittels wenigstens eines ersten und eines zweiten Abstandssensors jeweils senkrecht zueinander und vorzugsweise parallel zur Bewegungsrichtung versetzt ein zeitlicher Verlauf eines senkrechten Abstandes zwischen einer Basisebene eines Messsystems und eines bewegten Streuelementes mit einem insbesondere planen Oberflächenprofil berührungslos aufgenommen wird, wobei ein zeitlicher Verlauf eines Messsignals der Abstandssensoren jeweils durch zumindest eine erste und eine zweite Profilstruktur des Oberflächenprofils moduliert wird, wobei anhand erhaltener Messsignale der Abstandssensoren eine Geschwindigkeit in einer Bewegungsrichtung und/oder ein zumindest mittlerer Abstand des Streuelementes zur Basisebene und/oder zumindest eine räumliche Verdrehung und/oder Verkippung des Streuelementes relativ zur Basisebene ermittelt wird. Beispielsweise werden erhaltene Abstandssignale der Abstandssensoren anhand einer mathematischen Funktion des verwendeten Oberflächenprofils des Streuelementes angepasst. Des Weiteren wird dabei die Modulation durch die erste und zweite Profilstruktur des Oberflächenprofils berücksichtigt. Eine Anpassung erfolgt beispielsweise mit einem mathematischen Optimierungsverfahren, wobei als Parameter insbesondere eine Geschwindigkeit in der Bewegungsrichtung und/oder der zumindest mittlere Abstand des Streuelementes zur Basisebene und/oder zumindest eine räumliche Verdrehung und/oder Verkippung des Streuelementes relativ zur Basisebene verwendet werden.The present invention further relates to a method for non-contact measurement, in particular a spatial position and / or movement of a moving specimen, wherein offset by means of at least a first and a second distance sensor each perpendicular to each other and preferably parallel to the direction of movement a temporal course of a vertical distance between a base plane a measurement system and a moving scattering element with a particular planar surface profile is recorded without contact, wherein a time course of a measurement signal of the distance sensors is respectively modulated by at least a first and a second profile structure of the surface profile, using obtained measurement signals of the distance sensors, a speed in a direction of movement and / or an at least average distance of the scattering element to the base plane and / or at least a spatial rotation and / or tilting of the scattering element is determined relative to the base plane. For example, obtained distance signals of the distance sensors are adjusted on the basis of a mathematical function of the surface profile of the scattering element used. Furthermore, the modulation by the first and second profile structure of the surface profile is taken into account. An adaptation takes place, for example, using a mathematical optimization method, wherein a speed in the direction of movement and / or the at least average distance of the scattering element to the base plane and / or at least one spatial rotation and / or tilting of the scattering element relative to the base plane are used as parameters.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zusätzlich mittels eines dritten Abstandssensors jeweils zum ersten und zweiten Abstandssensor senkrecht und vorzugsweise parallel zur Bewegungsrichtung versetzt der zeitliche Verlauf aufgenommen wird, wobei anhand erhaltener Messsignale der Abstandssensoren eine Geschwindigkeit in einer Bewegungsrichtung und/oder ein zumindest mittlerer Abstand des Streuelementes zur Basisebene und/oder zumindest eine räumliche Verdrehung und/oder Verkippung der Streuoberfläche relativ zur Basisebene ermittelt wird. Die Auswertung erfolgt insbesondere auf die vorbeschriebene Weise. Vorzugsweise wird mit Hilfe des dritten Abstandssensors eine Genauigkeit ermittelter Größen verbessert.In A further embodiment of the method provides that additionally by means of a third distance sensor in each case to the first and second Distance sensor perpendicular and preferably parallel to the direction of movement offset the time course is recorded, using obtained Measurement signals of the distance sensors a speed in one direction of movement and / or an at least average distance of the scattering element to Base plane and / or at least one spatial rotation and / or Tilting the litter surface is determined relative to the base level. The evaluation is carried out in particular in the manner described above. Preferably, with the help of the third Distance sensor improves accuracy of determined sizes.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Drehwinkel um eine Achse senkrecht zur Basisebene und/oder eine Verkippung in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und in etwa parallel, vorzugsweise genau parallel, zur Bewegungsrichtung und/oder eine Verkippung in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und senkrecht zur Bewegungsrichtung gemessen wird bzw. werden. In einer Abwandlung kann auch eine Drehung um eine Längsachse des Prüfkörpers gemessen werden, wobei diese sich in etwa senkrecht zur Basisebene erstreckt. Insbesondere bei einem zylinderförmigen längserstreckten Beinimpaktor wird eine Drehung um eine Längsachse des Beinimpaktors ermittelt. Eine Basisfläche ist dabei beispielsweise eine Aufstandsfläche der Prüfvorrichtung. Insbesondere ist die Basisebene als eine Parallelebene zur Erdoberfläche definiert.Prefers is provided that a rotation angle about an axis perpendicular to Base plane and / or a tilt in a plane perpendicular to Base plane and approximately parallel, preferably exactly parallel, to Movement direction and / or tilting in a plane perpendicular is measured to the base plane and perpendicular to the direction of movement or be. In a modification may also be a rotation about a longitudinal axis of the specimen measured be, which extends approximately perpendicular to the base plane. Especially in a cylindrical elongated Leg impactor will rotate around a longitudinal axis of the leg impactor determined. A base area is for example a footprint of the tester. Especially the base plane is defined as a parallel plane to the earth's surface.

In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird

a) gleichzeitig jeweils eine Zeitabhängigkeit eines Abstandssignals des ersten, zweiten und gegebenenfalls des dritten Sensors aufgenommen;
b) gegebenenfalls eine Datenfilterung vorgenommen;
c) jeweils eine lineare Anpassung zumindest eines Teilbereiches der Zeitabhängigkeit des Abstandssignals durchgeführt.

In a preferred variant of the method

a) simultaneously recorded a time dependence of a distance signal of the first, second and possibly the third sensor;
b) if necessary, a data filtering made;
c) carried out in each case a linear adjustment of at least a portion of the time dependence of the distance signal.

Bei einer Datenfilterung werden beispielsweise fehlerhafte Messwerte infolge insbesondere eines fehlenden Streusignals eliminiert. Des Weiteren wird beispielsweise eine Datenglättung vorgenommen. Eine lineare Anpassung wird beispielsweise bei einer planen Oberfläche des Streuelementes vorgenommen.at For example, data filtering becomes erroneous readings in particular eliminated due to a missing stray signal. Of Further, for example, data smoothing is performed. A linear one For example, fitting is done on a flat surface of the Spill element made.

Zusätzlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass ein zumindest mittlerer Abstand des Streuelementes von der Basisebene ermittelt wird. Bei einem Beinimpaktor ist ein mittlerer Abstand des Streuelementes dabei insbesondere als dessen Anflughöhe zu verstehen. Beispielsweise wird diese Anflughöhe unmittelbar vor einem Anprall auf ein Zielobjekt aus dem Schwerpunkt des Dreieckes der Durchstoßpunkte ermittelt. Bei einem gleichseitigen Dreieck ist die Anflughöhe dadurch einfach als Mittelwert der Höhen der drei Durchstoßpunkte angebbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt eine Ermittlung eines mittleren Abstandes anhand einer Mittelwertbildung über mehrere Einzelmesswerte.In addition is advantageously provided that an at least average distance of the scattering element is determined by the base plane. At a Beinimpaktor is a mean distance of the scattering element here especially as its approach altitude to understand. For example, this approach altitude is just before an impact on a target object from the center of gravity of the triangle of puncture points determined. With an equilateral triangle, the approach altitude is thereby simply as the mean of the heights the three puncture points be specified. In a preferred embodiment, a determination is made a mean distance based on averaging over several Individual readings.

Des Weiteren wird insbesondere ein Nickwinkel ermittelt in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und parallel zur Bewegungsrichtung. Beispielsweise wird der Nickwinkel dabei aus einer Steigung einer linearen Anpassung der Zeitabhängigkeit des Abstandssignals ermittelt.Of Furthermore, in particular a pitch angle is determined in a plane perpendicular to the base plane and parallel to the direction of movement. For example the pitch angle will be a slope of a linear fit the time dependence the distance signal determined.

Des Weiteren wird insbesondere ein Wankwinkel in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und senkrecht zur Bewegungsrichtung ermittelt. Beispielsweise wird ein Wankwinkel aus einem Höhenversatz zweier senkrecht zur Bewegungsrichtung beabstandeter Abstandsprofile ermittelt, wobei der senkrechte Abstand der beiden Profile dazu herangezogen wird.Of Furthermore, in particular, a roll angle in a plane becomes vertical determined to the base level and perpendicular to the direction of movement. For example becomes a roll angle from a height offset two spaced perpendicular to the direction of distance profiles determined, with the vertical distance of the two profiles is used.

Zusätzlich kann ein Drehwinkel um eine Achse senkrecht zur Basisebene ermittelt werden. In einer alternativen Ausführungsform hierzu kann es sich auch um eine Längsachse eines längserstreckten Prüfkörpers handeln, die zumindest in etwa senkrecht zur Basisebene erstreckt ist. Insbesondere wird bei einem zumindest in etwa längserstreckten zylindrischen Beinimpaktor eine Längsachse des Beinimpaktors für die Bestimmung herangezogen.In addition, a rotation angle about an axis perpendicular to the base plane can be determined. In an alternative embodiment, this may also be a longitudinal axis of a longitudinally extended test body which is at least approximately perpendicular to the base plane. In particular, at a zu At least approximately elongated cylindrical Beinimpaktor a longitudinal axis of the leg impactor used for the determination.

Vorzugsweise wird der Drehwinkel zumindest aus einem zeitlichen Versatz zwischen Abstandssignalen jeweils wenigstens zweier Abstandssensoren ermittelt. Dabei wird insbe sondere der vorermittelte Nickwinkel und Wankwinkel zur Korrektur des Ergebnisses berücksichtigt.Preferably the angle of rotation is at least from a time offset between Distance signals each determined at least two distance sensors. In particular, the afore-mentioned pitch angle and roll angle to correct the result.

Zusätzlich zu den vorgenannten Größen kann insbesondere eine Geschwindigkeit des Streuelementes und damit des Prüfkörpers, insbesondere Beinimpaktors, ermittelt werden. Vorzugsweise unter Berücksichtigung von Nickwinkel, Drehwinkel und Abständen wird eine Geschwindigkeit in Richtung der Bewegungsrichtung ermittelt.In addition to the above sizes can in particular a speed of the scattering element and thus of the Specimens, in particular Leg impactor to be determined. Preferably, taking into account from pitch angle, rotation angle and distances becomes a speed determined in the direction of movement.

In einer Variante des vorgenannten Verfahrens wird in Schritt c) eine nichtlineare Anpassung gemäß einer geometrischen Form des Oberflächenprofils durchgeführt. Bei einem parabelförmigen Oberflächenprofil erfolgt beispielsweise eine Anpassung einer Parabelfunktion. Bei dieser Anpassung werden insbesondere Verkippungswinkel berücksichtigt. Vorzugsweise erfolgt die nichtlineare Anpassung mittels eines mathematischen Optimierungsverfahrens, beispielsweise mit Hilfe eines Simplex- oder Levenberg-Marquardt-Verfahrens oder dergleichen.In a variant of the aforementioned method is in step c) a nonlinear fitting according to a geometric shape of the surface profile carried out. At a parabolic Surface profile takes place For example, an adaptation of a parabolic function. At this Adaptation, in particular tilt angles are taken into account. Preferably, the non-linear adaptation is carried out by means of a mathematical optimization method, for example by means of a simplex or Levenberg-Marquardt method or the like.

Im folgenden wird eine Berechnung von Abstand, Drehwinkel, Wankwinkel, Nickwinkel, Geschwindigkeit für einen Fall eines gleichseitigen Dreieckes mit einer planen Streuplatte mit parallel angeordneten Profilstrukturen mit rechteckigem Querschnitt beispielhaft angegeben. Die Eckpunkte des Dreieckes und entsprechend die Durchstoßpunkte werden mit a, b und c bezeichnet, wobei der Eckpunkt c in Richtung der Bewegungsrichtung zeigt.

Δh_a: bezeichnet einen Abstand in Messrichtung zwischen der Streuplatte und der Bezugshöhe am Durchstoßpunkt a.
Δh_b: bezeichnet einen Abstand in Messrichtung zwischen der Streuplatte und der Bezugshöhe am Durchstoßpunkt b.
Δh_c: bezeichnet einen Abstand in Messrichtung zwischen der Streuplatte und der Bezugshöhe am Durchstoßpunkt c.
α: bezeichnet den Drehwinkel um eine Prüfkörperlängsachse.
γ: bezeichnet den Wankwinkel.
β: bezeichnet den Nickwinkel.
v: bezeichnet die Geschwindigkeit.
L: bezeichnet die Dreieck-Seitenlänge.
s: bezeichnet einen Abstand der Vorderkante der 1. Profilstruktur von der Vorderkante der 2. Profilstruktur in Bezug auf die Bewegungsrichtung.
t₁: bezeichnet die Zeitdifferenz zwischen den ansteigenden Flanken der durch eine Profilstruktur modulierten Abstandssignale zweier senkrecht zur Bewegungsrichtung beabstandet angeordneter Abstandsensoren.
t₂: bezeichnet die Zeitdifferenz zwischen jeweils den ansteigenden Flanken des durch die erste und die zweite Profilstruktur modulierten Abstandssignales eines Abstandssensors.

In the following, a calculation of distance, rotation angle, roll angle, pitch angle, velocity for a case of an equilateral triangle with a planar diffusion plate with parallel profile structures with rectangular cross section is exemplified. The corner points of the triangle and correspondingly the puncture points are denoted by a, b and c, wherein the corner point c points in the direction of movement.

Δh _a: denotes a distance in the measuring direction between the scattering plate and the reference height at the piercing point a.
Δh _b: denotes a distance in the measuring direction between the scattering plate and the reference height at the puncture point b.
Δh _c: denotes a distance in the measuring direction between the scattering plate and the reference height at the piercing point c.
α: denotes the angle of rotation about a longitudinal axis of the test piece.
γ: denotes the roll angle.
β: denotes the pitch angle.
v: denotes the speed.
L: denotes the triangle side length.
s: denotes a distance of the front edge of the first profile structure from the front edge of the second profile structure with respect to the direction of movement.
t ₁: denotes the time difference between the rising edges of the spaced apart by a profile structure distance signals of two spaced apart perpendicular to the direction of distance sensors.
t ₂: denotes the time difference between each of the rising edges of the distance signal of a distance sensor modulated by the first and the second profile structure.

Dann kann der Drehwinkel wie folgt an e eben werden:

Then the angle of rotation can be equal to e as follows:

Nicken und Wanken sind ohne Einfluss auf die Gleichung, da sich diese beiden Größen herauskürzen.nod and wavering are without influence on the equation, since these two Shorten sizes.

Die mittlere Höhe ist:

The mean height is:

Für die Geschwindigkeit gilt:

For the speed applies:

Für den Nickwinkel gilt:

For the pitch angle applies:

Für den Wankwinkel gilt:

For the roll angle applies:

In einer bevorzugten Ausgestaltung kann eine Mittelwertbildung dieser Größen anhand mehrere Einzelmesswerte erfolgen.In In a preferred embodiment, an averaging of these Sizes based on several individual measured values take place.

Im folgenden ist darüber hinaus ein entsprechendes Computerprogramm zur Berechnung dieser Größen beispielhaft angegeben.in the The following is about it In addition, a corresponding computer program for calculating this Sizes are exemplary specified.

Zunächst ist in den folgenden Programmzeilen eine Bibliothek verwendbarer Funktionen definiert:

First of all, a library of usable functions is defined in the following program lines:

Funktionen der vorstehenden Bibliothek können aus der folgenden Programmdatei aufgerufen werden:

Functions of the preceding library can be called from the following program file:

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Prüfverfahren, wobei ein Prüfkörper auf ein Zielobjekt beschleunigt wird und mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 24 wenigstens eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des bewegten Prüfkörpers berührungslos in einer Freiflugphase vor einem Aufprall auf das Zielobjekt bestimmt wird. Vorzugsweise wird die räumliche Lage und/oder die Bewegung des bewegten Prüfkörpers unmittelbar vor dem Aufprall auf das Zielobjekt bestimmt. Insbesondere ist die auf den Prüfkörper wirkende Erdbeschleunigung in der Messphase vernachlässigbar, so dass die Bewegung des Prüfkörpers in der Freiflugphase in der Messphase geradlinig gleichförmig verläuft.The The present invention further relates to a test method, wherein a test specimen a target object is accelerated and by the method according to one of the claims 14 to 24 at least one spatial location and / or a movement of the moving test body without contact in a free-flying phase before an impact on the target object is determined. Preferably becomes the spatial Position and / or the movement of the moving test piece immediately before the impact determined on the target object. In particular, the force acting on the test specimen Gravitational acceleration in the measurement phase negligible, so that the movement of the test specimen in the free flight phase in the measuring phase is rectilinearly uniform.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Datenverarbeitungssystem zur Ermittlung einer Geschwindigkeit in einer Bewegungsrichtung und/oder eines zumindest mittleren Abstandes und/oder einer räumlichen Drehung eines freifliegenden Körpers relativ zu einem Messsystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 25. Vorzugsweise umfasst das Datenverarbeitungssystem eine Datenakquisition zur Aufnahme zeitlicher Verläufe der Abstandssensoren. Des Weiteren umfasst das Datenverarbeitungssystem vorzugsweise Auswertungsroutinen zur numerischen Auswertung der erhaltenen zeitlichen Abstandsverläufe. Vorzugsweise umfasst das Datenverarbeitungssystem darüber hinaus eine Steuerung eines Prüfstandes, insbesondere eines Prüfstandes nach Anspruch 13.Of Furthermore, the invention relates to a data processing system for Determining a speed in a direction of movement and / or an at least average distance and / or a spatial rotation a free-floating body relative to a measuring system for performing the method according to a the claims 14 to 25. Preferably, the data processing system comprises a Data acquisition for recording the time courses of the distance sensors. Of Furthermore, the data processing system preferably comprises evaluation routines for the numerical evaluation of the obtained temporal distance profiles. Preferably In addition, the data processing system includes control of a test stand, in particular a test bench according to claim 13.

Schließlich ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbarem Speichermedium gespeichert sind, um ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 25 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Ein computerlesbares Speichermedium ist beispielsweise ein magnetisch, optisch oder magneto-optisch lesbarer Datenträger. Des Weiteren ist ein computerlesbares Speichermedium beispielsweise ein Speicherchip. Insbesondere kann auch ein Fernspeichermedium verwendet werden, beispielsweise unter Verwendung eines Computernetzwerkes.Finally is The subject matter of the present invention is a computer program product, with program code means stored on a computer readable storage medium are stored to a method according to at least one of claims 14 to 25, if the program is running on a computer. A computer readable Storage medium is for example a magnetic, optical or magneto-optical readable data carrier. Furthermore, a computer-readable storage medium is, for example a memory chip. In particular, a remote storage medium can also be used be used, for example, using a computer network.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung in mehreren Beispielen im Einzelnen erläutert. Die Merkmale sind dort jeweils jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind die jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung und der Zeichnung angegebenen Merkmale jeweils zu Weiterbildungen miteinander kombinierbar.in the The invention will become apparent from the drawing in several examples explained in detail. The Features are there but not on the individual configurations limited. Rather, the respective ones in the description including the Description of the figures and the drawings specified features, respectively to further developments combined with each other.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Prüfstandanordnung, 1 a test rig arrangement,

2 ein Koordinatensystem, 2 a coordinate system,

3 eine erste Messanordnung, 3 a first measuring arrangement,

4 eine zweite Messanordnung, 4 a second measuring arrangement,

5 bis 11 verschieden ausgebildete Streuelemente; 5 to 11 differently shaped scattering elements;

12 einen zeitlichen Verlauf verschiedener Abstandsignale und zugehöriger Indikatorfunktionen. 12 a time course of different distance signals and associated indicator functions.

1 zeigt eine Prüfstandanordnung. Auf einer ersten Basisebene 101 befindet sich ein Beschleunigungsroboter 102 mit einem Haltearm mit einem Katapult 103 für einen ersten Prüfkörper 104, der in diesem Fall ein Beinimpaktor ist. Unterhalb des ersten Prüfkörpers 104 ist ein erstes Streuelement 105 angebracht, welches zu zumindest einem Zeitpunkt in einem hier nicht dargestellten Messfeld der ersten Sensoreinheit 106 liegt. Der erste Prüfkörper 104 wird mit Hilfe des Roboters 102 und des Katapultes 103 auf das Kraftfahrzeug 107 beschleunigt, welches auf einer gegenüber der ersten Basisebene 101 erhöhten ersten Standfläche 108 aufgestellt ist. Für eine Messung einer Anflughöhe des ersten Prüfkörpers 104 bildet die Oberkante der ersten Standfläche 108 eine erste Bezugshöhe 109. Zwischen dem Haltearm mit dem Katapult 103 und dem Kraftfahrzeug 107 legt der erste Prüfkörper 104 eine Freiflugstrecke zurück. Unmittelbar vor einem Anprall des ersten Prüfkörpers 104 wird mittels der ersten Sensoreinheit 106 eine räumliche Lage und eine Geschwindigkeit des ersten Prüfkörpers 104 gemessen. Bei der ersten Sensoreinheit 106 handelt es sich um eine Anordnung dreier hier nicht im Detail gezeigter Laserabstandssensoren. 1 shows a test rig arrangement. At a first base level 101 there is an acceleration robot 102 with a support arm with a catapult 103 for a first test specimen 104 which in this case is a leg impactor. Below the first test specimen 104 is a first scattering element 105 attached, which at least one time in a measuring field of the first sensor unit, not shown here 106 lies. The first test piece 104 is done with the help of the robot 102 and the catapult 103 on the motor vehicle 107 accelerated, which on one opposite the first base plane 101 elevated first floor space 108 is set up. For a measurement of an approach height of the first specimen 104 forms the upper edge of the first floor space 108 a first reference height 109 , Between the arm and the catapult 103 and the motor vehicle 107 places the first specimen 104 a free flight back. Immediately before an impact of the first specimen 104 is by means of the first sensor unit 106 a spatial position and a speed of the first specimen 104 measured. At the first sensor unit 106 it is an arrangement of three not shown here in detail laser distance sensors.

2 zeigt ein Koordinatensystem. Ein zweiter Prüfkörper 201 mit einer Prüfkörperlängsachse 202 ist in etwa senkrecht zu einer ersten Ebene 203 angeordnet. Die erste Ebene 203 ist dabei parallel zu einer hier nicht dargestellten Basisebene, die beispielsweise eine Parallelebene zu einem Erdboden ist. Des Weiteren ist der zweite Prüfkörper 201 in etwa in einer senkrecht zur ersten Ebene 203 und parallel zu einer ersten Bewegungsrichtung 204 angeordneten zweiten Ebene 205 angeordnet. Des Weiteren ist eine dritte Ebene 206 vorgesehen, die sowohl senkrecht zur ersten Ebene 203 als auch senkrecht zur zweiten Ebene 205 angeordnet ist. In diesem Koordinatensystem ist ein Nickwinkel 207 in der zweiten Ebene 205 definiert. Des Weiteren ist ein Wankwinkel 208 in der dritten Ebene 206 definiert. Zusätzlich ist ein Drehwinkel 209 um die Prüfkörperlängsachse 202 definiert. Schließlich wird eine zweite Bezugshöhe 210 definiert, die der ersten Bezugshöhe 109 in der 1 entspricht. In diesem Koordinatensystem kann ein Wanken, ein Nicken, eine Drehung, eine Geschwindigkeit längs der Bewegungsrichtung und eine Höhe gegenüber einer Bezugshöhe beschrieben werden. 2 shows a coordinate system. A second test piece 201 with a longitudinal axis of the test piece 202 is approximately perpendicular to a first plane 203 arranged. The first level 203 is parallel to a base plane, not shown here, which is for example a parallel plane to a ground. Furthermore, the second specimen 201 roughly in a direction perpendicular to the first plane 203 and parallel to a first direction of movement 204 arranged second level 205 arranged. Furthermore, there is a third level 206 provided, which are both perpendicular to the first level 203 as well as perpendicular to the second level 205 is arranged. In this coordinate system is a pitch angle 207 in the second level 205 Are defined. Furthermore, a roll angle 208 in the third level 206 Are defined. In addition, a rotation angle 209 around the longitudinal axis of the test piece 202 Are defined. Finally, a second reference level 210 defined, the first reference height 109 in the 1 equivalent. In this coordinate system, a roll, a pitch, a rotation, a speed along the direction of movement and a height relative to a reference height can be described.

3 zeigt eine erste Messanordnung. Diese erste Messanordnung entspricht im Wesentlichen einem Detailausschnitt aus der 1. Auf einer zweiten Basisebene 301 ist ein hier nur ansatzweise zu sehender Sockel 302 angeordnet, auf dem ein hier ebenfalls nur ansatzweise zu sehendes zweites Kraftfahrzeug 303 aufgestellt ist. Eine Sockeloberkante 304 bildet eine dritte Bezugshöhe 305. In etwa auf dieser dritten Bezugshöhe 305 bewegt sich ein dritter Prüfkörper 306 entlang einer zweiten Bewegungsrichtung 307. Der dritte Prüfkörper 306 ist ebenfalls wie in der vorstehenden 1 ein hier jedoch nur ansatzweise dargestellter Beinimpaktor. Unterhalb des dritten Prüfkörpers 306 ist ein zweites Streuelement 308 mit einer in etwa quadratischen Grundfläche angebracht. Dieses zweite Streuelement 308 ist mit einer ersten Profilstruktur 309 und einer zweiten Profilstruktur 310 ausgestattet, welche als Stege mit einem rechteckigen Grundriss und einer Erstreckung über die gesamte Breite des Streuelementes ausgebildet sind. In der 3 sind diese beiden Profilstrukturen parallel zueinander angeordnet, andere Anordnungen sind möglich. Eine Spur des zweiten Streuelementes 308 bildet dabei ein Bewegungsbahnband 311. Auf der zweiten Basisebene 301 sind ein erster Laser 312, ein zweiter Laser 313 und ein dritter Laser 314 angeordnet, die einen ersten Laserstrahl 315, einen zweiten Laserstrahl 316 und einen dritten Laserstrahl 317 aussenden. Die Strahlen sind dabei jeweils parallel zueinander ausgerichtet. Des weiteren sind die Strahlen senkrecht zur zweiten Basisebene 301 ausgerichtet. Auf dem zweiten Streuelement 308 erzeugen diese Laserstrahlen einen ersten Durchstoßpunkt 318, einen zweiten Durchstoßpunkt 319 und einen dritten Durchstoßpunkt 320. Nicht gezeigt sind in dieser Figur gestreute Lichtstrahlen und zugehörige Detektoren. Anstelle der Laser könnten in diesem Falle auch in einer ähnlichen Anordnung konfokale Messsysteme verwendet werden, wobei zugehörige Detektoren in diesem Falle ebenfalls in den Elementen untergebracht sind, die anstelle des ersten Lasers 312, des zweiten Lasers 313 und des dritten Lasers 314 verwendet werden. Entgegen der in der 3 gezeigten Ausbildungsform kann auch ein Streuelement verwendet werden, welches eine Profilstruktur aufweist, die durch eine Aussparung in der Oberfläche oder eine Randkante des Streuelementes gebildet ist. 3 shows a first measuring arrangement. This first measuring arrangement substantially corresponds to a detail of the 1 , At a second base level 301 is a pedestal to see here only slightly 302 arranged on a here also only slightly approachable second motor vehicle 303 is set up. A base top edge 304 forms a third reference level 305 , At about this third reference level 305 a third specimen moves 306 along a second direction of movement 307 , The third specimen 306 is also as in the above 1 a leg impactor, which is only partially shown here. Below the third specimen 306 is a second scattering element 308 attached with a roughly square base. This second scattering element 308 is with a first profile structure 309 and a second profile structure 310 equipped, which are formed as webs with a rectangular outline and an extension over the entire width of the scattering element. In the 3 these two profile structures are arranged parallel to each other, other arrangements are possible. A trace of the second scattering element 308 forms a trajectory band 311 , At the second base level 301 are a first laser 312 , a second laser 313 and a third laser 314 arranged, which is a first laser beam 315 , one second laser beam 316 and a third laser beam 317 send out. The beams are each aligned parallel to each other. Furthermore, the rays are perpendicular to the second base plane 301 aligned. On the second scattering element 308 These laser beams generate a first puncture point 318 , a second puncture point 319 and a third puncture point 320 , Not shown in this figure are scattered light rays and associated detectors. In this case, instead of the lasers, confocal measuring systems could also be used in a similar arrangement, in which case corresponding detectors are likewise accommodated in the elements which are used instead of the first laser 312 , the second laser 313 and the third laser 314 be used. Contrary to in the 3 In the embodiment shown, it is also possible to use a scattering element which has a profile structure which is formed by a recess in the surface or a peripheral edge of the scattering element.

4 zeigt eine zweite Messanordnung. An einem vierten Prüfkörper 401 ist ein drittes, rechteckig ausgebildetes Streuelement 402 angeordnet. Das dritte Streuelement 402 weist wiederum eine dritte Profilstruktur 403, eine vierte Profilstruktur 404 und eine erste Aussparung 405, die als weitere Profilstruktur anzusprechen ist, als Bohrung auf. Diese Bohrung ist hier als Langbohrung ausgestaltet. Entgegen der in 4 gezeigten Ausbildungsform kann entweder die erste Aussparung 405 oder die dritte oder die vierte Profil struktur auch fortgelassen werden. Zwei Profilstrukturen müssen jedoch für die Messung gewählt sein. Bei dem vierten Prüfkörper 401 handelt es sich wiederum um einen hier nicht vollständig dargestellten Beinimpaktor. Dieser wird längs einer dritten Bewegungsrichtung 406 bewegt. Das dritte Streuelement 402 ist gegenüber einer dritten Basisebene 407 angeordnet, auf der ein erster Abstandssensor 408 und ein zweiter Abstandssensor 409 angeordnet sind. Der erste Abstandssensor 408 umfasst einen vierten Laser 410 sowie einen Detektor 411. Der vierte Laser 410 sendet einen vierten Laserstrahl 412 aus, der am dritten Streuelement 402 gestreut wird, so dass ein Streustrahl 413 auf den Detektor 411 fällt. Der Detektor 411 ist hierbei als positionsempfindlicher Detektor ausgestaltet. In diesem Beispiel handelt es sich um eine positionsempfindliche Photodiode. Der zweite Abstandssensor 409 ist in gleicher Weise wie der erste Abstandssensor 408 aufgebaut. Ein dritter Abstandssensor kann hinter dem ersten Abstandssensor 408 angeordnet werden. Alle Detektoren arbeiten beispielsweise nach einem Triangulationsprinzip. 4 shows a second measuring arrangement. On a fourth test specimen 401 is a third, rectangular shaped scattering element 402 arranged. The third scattering element 402 again has a third profile structure 403 , a fourth profile structure 404 and a first recess 405 , which is to be referred to as another profile structure, as a bore on. This hole is designed here as a long hole. Contrary to in 4 shown embodiment, either the first recess 405 or the third or the fourth profile structure also be omitted. However, two profile structures must be selected for the measurement. In the fourth specimen 401 again it is a leg impactor not fully shown here. This becomes along a third direction of movement 406 emotional. The third scattering element 402 is opposite to a third base level 407 arranged on which a first distance sensor 408 and a second distance sensor 409 are arranged. The first distance sensor 408 includes a fourth laser 410 and a detector 411 , The fourth laser 410 sends a fourth laser beam 412 off, the third scattering element 402 is scattered, leaving a scattered beam 413 on the detector 411 falls. The detector 411 is configured here as a position-sensitive detector. This example is a position sensitive photodiode. The second distance sensor 409 is the same as the first distance sensor 408 built up. A third distance sensor may be behind the first distance sensor 408 to be ordered. For example, all detectors work according to a triangulation principle.

5 zeigt ein viertes Streuelement 501 mit einer fünften Profilstruktur 502 und einer sechsten Profilstruktur 503. Die beiden Profilstrukturen bilden hierbei einen rechteckigen Querschnitt. Ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des fünften Streuelementes 501 ausgerichteten Messstrahl resultierendes Abstandsprofil ist daher für jede der Profilstrukturen jeweils eine einfache Rechteckfunktion, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt. 5 shows a fourth scattering element 501 with a fifth profile structure 502 and a sixth profile structure 503 , The two profile structures in this case form a rectangular cross-section. One in a measurement with a perpendicular to the surface of the fifth scattering element 501 aligned measuring beam resulting distance profile is therefore for each of the profile structures each have a simple rectangular function when a movement along the scattering element, for example, from left to right takes place.

6 zeigt ein fünftes Streuelement 601 mit einer siebten Profilstruktur 602 und einer achten Profilstruktur 603 in einer Aufsicht. Das fünfte Streuelement 601 ist als runde Platte ausgestaltet, auf der zwei Profilstrukturen in Form jeweils eines Steges befestigt sind. Diese weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. 6 shows a fifth scattering element 601 with a seventh profile structure 602 and an eighth profile structure 603 in a supervision. The fifth scattering element 601 is designed as a round plate on which two profile structures are attached in the form of a respective web. These have a rectangular cross section.

7 zeigt ein sechstes Streuelement 701 mit einer neunten Profilstruktur 702 und einer zehnten Profilstruktur 703. Die Profilstrukturen weisen jeweils ein Profil einer bipolaren Rechteckfunktion auf. Entsprechend ist ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des sechsten Streuelementes 701 ausgerichteten Messstrahl resultierendes Abstandsprofil im Bereich der Profilstrukturen eine bipolare Rechteckfunktion, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt. 7 shows a sixth scattering element 701 with a ninth profile structure 702 and a tenth profile structure 703 , The profile structures each have a profile of a bipolar rectangular function. Accordingly, in a measurement with a perpendicular to the surface of the sixth scattering element 701 aligned measuring beam resulting distance profile in the region of the profile structures a bipolar rectangular function when a movement along the scattering element, for example, from left to right takes place.

8 zeigt ein siebtes Streuelement 801 mit einer elften Profilstruktur 802 und einer zwölften Profilstruktur 803. Die Profilstrukturen weisen hierbei jeweils ein sinusförmiges Profil aus. Entsprechend resultiert bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des siebten Streuelementes 801 ausgerichteten Messstrahl als Abstandsprofil in einer Längsrichtung im Bereich der Profilstrukturen ein Sinusprofil, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt. 8th shows a seventh scattering element 801 with an eleventh profile structure 802 and a twelfth profile structure 803 , The profile structures each have a sinusoidal profile. Correspondingly results in a measurement with a perpendicular to the surface of the seventh scattering element 801 aligned measuring beam as a distance profile in a longitudinal direction in the region of the profile structures a sine profile when a movement along the scattering element, for example, from left to right takes place.

9 zeigt ein achtes Streuelement 901 mit einer dreizehnten Profilstruktur 902 und einer vierzehnten Profilstruktur 903. Diese Profilstrukturen sind hierbei jeweils als Parabelprofil ausgestaltet. Entsprechend resultiert ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des achten Streuelementes 901 ausgerichteten Messstrahl in einer Längsrichtung ein Abstandsprofil, welches in der Längsrichtung im Bereich der Profilstrukturen ein Parabelprofil aufweist, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt. 9 shows an eighth scattering element 901 with a thirteenth profile structure 902 and a fourteenth profile structure 903 , These profile structures are each configured as a parabolic profile. Accordingly results in a measurement with a perpendicular to the surface of the eighth scattering element 901 aligned measuring beam in a longitudinal direction a distance profile, which has a parabolic profile in the longitudinal direction in the region of the profile structures when a movement along the scattering element, for example from left to right.

10 zeigt ein neuntes Streuelement 1001 mit einer fünfzehnten Profilstruktur 1002 und einer sechzehnten Profilstruktur 1003. Das neunte Streuelement 1001 weist eine Oberfläche auf, die einem Zylindermantelsegment entspricht. Entsprechend resultiert ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Grundfläche des neunten Streuelementes 1001 ausgerichteten Messstrahl ein Abstandsprofil in einer Längsrichtung, welches bogenförmig ist und gleichzeitig im Bereich der beiden Profilstrukturen von einem Rechteckprofil überlagert ist, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt. 10 shows a ninth scattering element 1001 with a fifteenth profile structure 1002 and a sixteenth profile structure 1003 , The ninth scattering element 1001 has a surface that corresponds to a cylinder jacket segment. Accordingly results in a measurement with a perpendicular to the base of the ninth scattering element 1001 aligned measuring beam a distance profile in a longitudinal direction, which is arcuate and is simultaneously superimposed in the region of the two profile structures of a rectangular profile when a movement along the scattering element, for example, from left to right.

11 zeigt ein zehntes Streuelement 1011 mit einer siebzehnten Profilstruktur 1012 und einer achtzehnten Profilstruktur 1013. Die siebzehnte Profilstruktur 1012 ist hier durch eine Aussparung im plattenförmigen zehnten Streuelement 1011 gebildet. Die achtzehnte Profilstruktur 1013 wird durch die Flanke des im wesentlichen rechteckigen Streuelementes gebildet. Ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des zehnten Streuelementes 1011 ausgerichteten Messstrahl resultierendes Abstandsprofil weist eine Flanke an einem vorderen Rand, der achtzehnten Profilstruktur 1013, des zehnten Streuelementes 1011 und Flanken bei Ein- und Austritt der siebzehnten Profilstruktur 1012 auf, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt. 11 shows a tenth scattering element 1011 with a seventeenth profile structure 1012 and an eighteenth profile structure 1013 , The seventeenth profile structure 1012 is here by a recess in the plate-shaped tenth scattering element 1011 educated. The eighteenth profile structure 1013 is formed by the flank of the substantially rectangular scattering element. An in a measurement with a perpendicular to the surface of the tenth scattering element 1011 aligned measuring beam resulting distance profile has a flank at a front edge, the eighteenth profile structure 1013 , the tenth scattering element 1011 and flanks at the entrance and exit of the seventeenth profile structure 1012 on when a movement along the scattering element, for example, from left to right takes place.

12 schließlich zeigt einen zeitlichen Verlauf verschiedener Abstandssignale und zu gehöriger Indikatorfunktionen, welcher mit einem Streuelement aufgenommen wurde, das der Ausgestaltung des in 11 gezeigten Streuelementes entspricht. 12 zeigt einen ersten zeitlichen Verlauf 1101 des Abstandssignals des ersten Abstandssensors, ein zweites Abstandssignal 1102 des zweiten Abstandssensors und ein drittes Abstandssignal 1103 des dritten Abstandssensors. Darunter angeordnet sind jeweils eine erste Indikatorfunktion 1104, eine zweite Indikatorfunktion 1105 und eine dritte Indikatorfunktion 1106. Eine Indikatorfunktion gibt jeweils an, in welchem Zeitbereich ein Abstandssignal zu verwenden ist. Beispielsweise werden mit Hilfe der Indikatorfunktionen Störsignale herausgefiltert. Für eine Auswertung wird jeweils das erste Abstandssignal 1101 mit der ersten Indikatorfunktion 1104, sowie entsprechend das zweite Abstandssignal 1102 mit der zweiten Indikatorfunktion 1105 und das dritte Abstandssignal 1103 mit der dritten Indikatorfunktion 1106 multipliziert. Daraus erhaltene Verläufe werden für eine weitere Auswertung herangezogen. 12 Finally, shows a time course of various distance signals and associated indicator functions, which was recorded with a scattering element, the design of the in 11 corresponds to scattering element shown. 12 shows a first time course 1101 the distance signal of the first distance sensor, a second distance signal 1102 of the second distance sensor and a third distance signal 1103 of the third distance sensor. Below each are a first indicator function 1104 , a second indicator function 1105 and a third indicator function 1106 , An indicator function indicates in which time range a distance signal is to be used. For example, noise signals are filtered out using the indicator functions. For each evaluation, the first distance signal is used 1101 with the first indicator function 1104 , as well as the second distance signal 1102 with the second indicator function 1105 and the third distance signal 1103 with the third indicator function 1106 multiplied. Outcomes obtained are used for further evaluation.

Claims

Device for non-contact measurement, in particular of a spatial position and / or a movement of a test body moved on a movement path, comprising at least one scattering element attached to the test body with a particular planar surface profile, at least one first ( 309 ) and a second profile structure ( 310 ) in the surface profile, which are each longitudinally spaced from each other and arranged transversely to the movement path of the test specimen, at least one first ( 408 ) and a second non-contact distance sensor ( 409 ) whose associated measuring beams are aligned with one another in such a way that a measuring field spanned by puncture points of the measuring beams in a trajectory of the scattering element both has an extension perpendicular and parallel to the trajectory, wherein the measuring field lies within the trajectory band and wherein the first ( 309 ) and the second profile structure ( 310 ) are at least partially within the measuring field in each case at least one measuring time in each case.

Device according to claim 1, characterized in that that a third touchless Distance sensor is provided, wherein puncture points of the measuring beams of first, second and third sensor in the trajectory band vertices form a triangle.

Device according to claim 2, characterized in that that the puncture points each spaced at least perpendicular to the direction of movement from each other are.

Device according to Claim 2 or 3, characterized that the triangle is an isosceles, in particular an equilateral Triangle is whose symmetry axis runs along the direction of movement.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first ( 309 ) and the second profile structure ( 310 ) are aligned parallel to each other.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first ( 309 ) and / or the second profile structure ( 310 ) have a rectangular cross section and on the surface profile in each case form a web and / or a web-shaped recess and / or an edge / flank of the scattering element.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first ( 309 ) and / or the second profile structure ( 310 ) in the direction of movement has a profile profile in the surface profile which corresponds to at least one period of a rectangular function.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first ( 309 ) and / or the second profile structure ( 310 ) in the direction of movement has a profile profile in the surface profile, which corresponds to a simple and / or smooth mathematical function.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the scattering element is plate-shaped.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the scattering element is a non-planar, in particular having simply geometrically writable, surface profile.

Device according to claim 10, characterized in that that the surface profile one aligned with a cylinder axis transverse to the direction of movement Cylinder shell segment is.

Spreader element according to one of claims 1 to 11 for contactless Measuring in particular a spatial Position and / or movement of a free-floating body.

Test bench, comprising at least one acceleration device of a test specimen and A device according to any one of claims 1 to 11 for non-contact Measuring in particular a spatial position and / or a movement of the moving body on a movement path, wherein the test specimen in one longitudinal direction the test bench can be accelerated to a target object, wherein the movement path at least longitudinal immediately before the target object comprises a free flight phase.

Method for non-contact measurement, in particular of a spatial position and / or a movement of a moving test body, wherein by means of at least one first ( 408 ) and a second distance sensor ( 409 a temporal course of a vertical distance between a base plane of a measuring system and a moving scattering element with a particular planar surface profile is received without contact, wherein a time course of a measurement signal of the distance sensors each by at least a first ( 309 ) and a second profile structure ( 310 ) of the surface profile is modulated, and wherein based on the distance sensors obtained measurement signals, a velocity in a direction of movement and / or an at least average distance of the scattering element to the base plane and / or at least a spatial rotation and / or tilting of the scattering surface is determined relative to the base plane.

A method according to claim 14, characterized in that additionally by means of a third distance sensor in each case to the first ( 408 ) and second distance sensor ( 409 ) offset vertically and in particular parallel to the direction of movement of the time course is recorded.

Method according to claim 14 or 15, characterized in that a rotation angle ( 209 ) is measured about an axis perpendicular to the base plane and / or a tilt in a plane perpendicular to the base plane and parallel to the direction of movement and / or a tilt in a plane perpendicular to the base plane and perpendicular to the direction of movement.

Method according to one of claims 14 to 16, characterized that a. at the same time a time dependence of a distance signal received the first, second and possibly the third sensor becomes; b. optionally a data filtering is performed; c. in each case a particular linear adaptation of at least one subarea the time dependence performed the distance signal becomes.

A method according to claim 17, characterized in that a rotation angle ( 209 ) is determined about an axis perpendicular to the base plane.

Method according to claim 18, characterized in that the angle of rotation ( 209 ) is determined at least from a time offset between distance signals in each case at least two distance sensors.

Method according to one of claims 17 to 19, characterized that an at least average distance of the scattering element from the Base level is determined.

Method according to one of claims 17 to 20, characterized in that a pitch angle ( 207 ) is determined in a plane perpendicular to the base plane and parallel to the direction of movement.

Method according to one of claims 17 to 21, characterized in that a roll angle ( 208 ) is determined in a plane perpendicular to the base plane and perpendicular to the direction of movement.

Method according to one the claims 17 to 22, characterized in that a speed of Scattering element is determined.

Method according to claim 17, characterized in that in step c, a nonlinear fit according to a geometric shape of the surface profile carried out becomes.

test methods, with a test specimen on a target object is accelerated and by the method according to one of the claims 14 to 24 at least one spatial Position and / or movement of the moving specimen contactless in a free-flying phase before an impact on the target object is determined.

Data processing system for determining a speed in a direction of movement and / or an at least medium distance and / or a spatial Rotation of a free-floating body relative to a measuring system for performing the method according to a the claims 14 to 25.

Computer program product, with program code means, which are stored on a computer-readable storage medium, to perform a method according to at least one of claims 14 to 25, when the program is running on a computer.