DE102018123462A1

DE102018123462A1 - Method and measuring system for tactile detection of a surface

Info

Publication number: DE102018123462A1
Application number: DE102018123462.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kessler; Peter Groche
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Bei einem Verfahren zum taktilen Erfassen einer Oberfläche (2) eines Objekts weist eine hierfür verwendete Messeinrichtung ein Kontaktelement (3) mit drei eine Kontaktebene (10) aufspannenden Anlageelementen (4) auf, sodass das Kontaktelement (3) mit den Anlageelementen (4) verkippungsfrei an der Oberfläche (2) anliegen kann. Das Kontaktelement (3) wird entlang eines Messpfads (13) über die Oberfläche (2) des Objekts verlagert. Währenddessen werden kontinuierlich mit einer Winkelveränderungsmesseinrichtung (12) eine alle drei Raumrichtungen erfassende räumliche Winkelveränderung der Kontaktebene (10) des an der Oberfläche (2) anliegenden Kontaktelements (3) sowie mindestens eine zweite Messinformation erfasst, mit Hilfe derer eine jeweilige Position des Kontaktelements (3) auf der Oberfläche (2) des Objekts ermittelt werden kann. Aus der erfassten räumlichen Winkelveränderung und der jeweiligen Position des Kontaktelements (3) wird der räumliche Verlauf der Oberfläche (2) entlang des Messpfads (13) bestimmt.

In a method for the tactile detection of a surface (2) of an object, a measuring device used for this purpose has a contact element (3) with three contact elements (4) spanning a contact plane (10), so that the contact element (3) with the contact elements (4) does not tilt can rest on the surface (2). The contact element (3) is displaced along a measurement path (13) over the surface (2) of the object. In the meantime, an angular change measuring device (12) continuously detects a spatial angular change of the contact plane (10) of the contact element (3) resting on the surface (2), which detects all three spatial directions, and at least a second measurement information, with the aid of which a respective position of the contact element (3 ) can be determined on the surface (2) of the object. The spatial course of the surface (2) along the measurement path (13) is determined from the detected spatial change in angle and the respective position of the contact element (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum taktilen Erfassen einer Oberfläche eines Objekts. Die Erfindung betrifft auch ein Messsystem, mit welchem das erfindungsgemäße Messverfahren durchgeführt werden kann.The invention relates to a method for tactile detection of a surface of an object. The invention also relates to a measurement system with which the measurement method according to the invention can be carried out.

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen eine Oberflächenkontur eines Objekts erfasst werden kann, um beispielsweise Objektdaten zu erzeugen, die für eine Weiterverarbeitung oder Reproduktion des Objekts verwendet werden können, oder aber um eine Qualitätskontrolle des betreffenden Objekts durchführen zu können. Bei den aus der Praxis bekannten Verfahren kann zwischen berührungslosen Messverfahren einerseits, beispielsweise optischen Messverfahren mit Laserscannern oder Kameras, und taktilen Messverfahren andererseits unterschieden werden, bei denen die zu erfassende Oberfläche mit einer geeigneten Messvorrichtung abgetastet wird.Various methods are known with which a surface contour of an object can be recorded, for example to generate object data that can be used for further processing or reproduction of the object, or to be able to carry out a quality control of the object in question. In the methods known from practice, a distinction can be made between non-contact measurement methods on the one hand, for example optical measurement methods with laser scanners or cameras, and tactile measurement methods on the other hand, in which the surface to be detected is scanned with a suitable measuring device.

Die derzeit für berührungslose Messverfahren verwendeten Laserscanner oder kamerabasierten Erfassungssysteme sind vergleichsweise kostenintensiv. Zudem muss das betreffende Objekt regelmäßig in einen speziell dafür vorgesehenen Messstand gebracht werden, in welchem das Messverfahren durchgeführt wird. Einschränkend sind oft auch die Beleuchtungsverhältnisse, da die Erfassung durch störenden Lichteinfall fehlerhaft werden kann. Schließlich ist auch die Messauflösung bei optischen Systemen von der Objektgröße abhängig. Dies kann insbesondere bei größeren zu erfassenden Oberflächen einschränkend sein.The laser scanners or camera-based detection systems currently used for non-contact measurement methods are comparatively expensive. In addition, the object in question must be brought regularly to a specially designed measuring stand in which the measuring method is carried out. The lighting conditions are often also restrictive, since the detection can be faulty due to disruptive incidence of light. Finally, the measurement resolution in optical systems also depends on the object size. This can be particularly restrictive for larger surfaces to be recorded.

Bei einem vergleichsweise einfach durchzuführenden taktilen Messverfahren kann der Verlauf einer Oberfläche längs eines üblicherweise gradlinig verlaufenden Messpfads durch das Anlegen einer Formlehre überprüft werden, die längs einer Messkante den gewünschten Verlauf der Oberfläche des Objekts aufweist und einen raschen Vergleich mit dem tatsächlichen Verlauf der Oberfläche ermöglicht. Bei solchen Formlehren ist allerdings oftmals nur eine qualitative Überprüfung der Formgebung des Objekts möglich.In a comparatively simple to carry out tactile measuring method, the course of a surface along a usually straight measuring path can be checked by applying a shape gauge, which has the desired course of the surface of the object along a measuring edge and enables a quick comparison with the actual course of the surface. With such gauges, however, often only a qualitative check of the shape of the object is possible.

Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Verfahren zum taktilen Erfassen einer Oberfläche so auszugestalten, dass mit möglichst einfachen konstruktiven Mitteln möglichst rasch und zuverlässig ein räumlicher Verlauf einer Oberfläche eines Objekts erfasst werden kann. Dabei sollen die Nachteile bekannter Messvorrichtungen insbesondere hinsichtlich Lichtverhältnissen und Messgenauigkeit bei größeren Objekten vermieden werden.It is therefore considered an object of the present invention to design a method for the tactile detection of a surface in such a way that a spatial course of a surface of an object can be detected as quickly and reliably as possible with the simplest possible constructional means. The disadvantages of known measuring devices, in particular with regard to lighting conditions and measuring accuracy for larger objects, are to be avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Durchführung des Verfahrens eine Messeinrichtung mit einem Kontaktelement mit drei eine Kontaktebene aufspannenden Anlageelementen verwendet wird, wobei das Kontaktelement verkippungsfrei an einer Oberfläche anliegen kann und entlang eines Messpfads über die Oberfläche des Objekts verlagert wird, und dabei kontinuierlich mit einer Winkelveränderungsmesseinrichtung eine in alle drei Raumrichtung erfassende räumliche Winkelveränderung der Kontaktebene des an der Oberfläche anliegenden Kontaktelements sowie mindestens eine zweite Messinformation erfasst wird, mit deren Hilfe eine jeweilige Position des Kontaktelements auf der Oberfläche des Objekts ermittelt werden kann, und wobei aus der erfassten räumlichen Winkelveränderung und der jeweiligen Position des Kontaktelements der räumliche Verlauf der Oberfläche entlang des Messpfads bestimmt wird.This object is achieved according to the invention in that a measuring device with a contact element with three contact elements spanning a contact plane is used to carry out the method, the contact element being able to rest against a surface without tilting and being displaced along a measuring path over the surface of the object, and continuously With an angle change measuring device, a spatial angular change of the contact plane of the contact element lying on the surface, which is detected in all three spatial directions, and at least a second measurement information is detected, with the aid of which a respective position of the contact element on the surface of the object can be determined, and from the detected spatial Angle change and the respective position of the contact element, the spatial course of the surface along the measurement path is determined.

Ein für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Kontaktelement ist kostengünstig herstellbar. Die benötigten Messeinrichtungen können handelsübliche Sensoren aufweisen, die eine ausreichende Präzision aufweisen und ebenfalls kostengünstig in der Anschaffung und während des Betriebs sind. Um einen Verlauf der Oberfläche zu erfassen muss lediglich das Kontaktelement über den betreffenden Bereich der Oberfläche verlagert werden.A contact element suitable for carrying out the method according to the invention can be produced inexpensively. The required measuring devices can have commercially available sensors that have sufficient precision and are also inexpensive to purchase and during operation. In order to detect a course of the surface, the contact element only has to be displaced over the relevant area of the surface.

Dabei kann diese Verlagerung entlang eines vorab vorgegebenen Messpfads erfolgen. Der Messpfad kann beispielsweise abschnittsweise gradlinig verlaufen und den interessierenden Bereich der Oberfläche durch mehrere parallel verlaufende gradlinige Abschnitte des Messpfads oder aber durch einen gitterförmigen Verlauf des Messpfads abdecken und erfassen. Es ist ebenfalls möglich, einen spiralförmigen Verlauf des Messpfads oder einen aus mehreren konzentrischen Kreisen zusammengesetzten Messpfad vorzugeben, um eine engmaschige und vollständige Abdeckung des interessierenden Bereichs der Oberfläche zu erreichen. Ein derart regelmäßiger Verlauf des Messpfads erleichtert eine automatisierte Verlagerung des Kontaktelements entlang der Oberfläche. Das Kontaktelement kann beispielsweise an einem Ende eines Roboterarms montiert und mit dem Roboterarm verlagert werden. Das Kontaktelement kann auch innerhalb einer Ebene in zwei Raumrichtungen verfahrbar gelagert sein und in eine senkrecht dazu gerichteten dritten Raumrichtung federbelastet oder allein aufgrund des Eigengewichts an die zu erfassende Oberfläche angedrückt werden.This shift can take place along a predetermined measurement path. The measurement path can, for example, run in a straight line in sections and cover and detect the region of interest of the surface by a plurality of parallel straight line sections of the measurement path or by a grid-shaped course of the measurement path. It is also possible to specify a spiral course of the measuring path or a measuring path composed of several concentric circles in order to achieve a close-meshed and complete coverage of the region of interest of the surface. Such a regular course of the measurement path facilitates automated displacement of the contact element along the surface. The contact element can, for example, be mounted on one end of a robot arm and displaced with the robot arm. The contact element can also be mounted such that it can be moved in two spatial directions within a plane and can be spring-loaded in a third spatial direction oriented perpendicularly thereto or pressed onto the surface to be detected solely on account of its own weight.

Es ist jedoch ebenfalls möglich und im Hinblick auf eine möglichst rasche und einfache Durchführung des Messverfahrens vorteilhaft, dass das Kontaktelement manuell auf die Oberfläche aufgesetzt und entlang eines nahezu beliebig verlaufenden und nicht vorab vorgegebenen Messpfads über die Oberfläche hinweg verlagert wird. Eine derartige Messung kann ohne nennenswerte Vorbereitung der zu vermessenden Oberfläche sehr rasch und ohne großen Aufwand durchgeführt werden, um den Verlauf der Oberfläche entlang des bereits abgefahrenen Messpfads zu erfassen. Dabei können von einem Benutzer die stärker interessierenden Bereiche häufiger, beziehungsweise engmaschiger mit dem Kontaktelement überfahren werden als weniger interessante Bereiche, in denen nur ein geringer Anteil des Messpfads verläuft.However, it is also possible and advantageous with regard to carrying out the measuring method as quickly and easily as possible that the contact element is manually placed on the surface and along almost any direction running and not predetermined measuring path is shifted across the surface. Such a measurement can be carried out very quickly and without great effort without significant preparation of the surface to be measured, in order to record the course of the surface along the measurement path already traveled. In this case, a user can run over the areas of interest more frequently or more closely with the contact element than areas of less interest in which only a small proportion of the measurement path runs.

Während des Verlagerns des Kontaktelements über die zu erfassende Oberfläche wird kontinuierlich mit einer Winkelveränderungsmesseinrichtung eine räumliche Winkelveränderung der Kontaktebene erfasst, welche durch die drei an der Oberfläche anliegenden Anlageelemente vorgegeben ist. Zudem wird in geeigneter Weise die jeweilige Position des Kontaktelements relativ zu der Oberfläche des Objekts erfasst. Für jeden Punkt entlang des Messpfads kann dann die Ausrichtung der Kontaktebene des Kontaktelements an der Oberfläche ermittelt werden.During the displacement of the contact element over the surface to be detected, a spatial change in angle of the contact plane is continuously detected with an angle change measuring device, which is predetermined by the three contact elements lying on the surface. In addition, the respective position of the contact element relative to the surface of the object is detected in a suitable manner. The alignment of the contact plane of the contact element on the surface can then be determined for each point along the measurement path.

Die Kontaktebene ist dabei parallel zu einer tangential an der Oberfläche des Objekts anliegenden Tangentenebene, die dem betreffenden Punkt der Oberfläche auf dem Messpfad zugeordnet werden kann. Wenn mit dem Kontaktelement eine ausreichend große Anzahl von Messpunkten, beziehungsweise Tangentenebenen auf der zu erfassenden Oberfläche des Objekts bestimmt wurden, kann der räumliche Verlauf der gesamten Oberfläche durch Interpolation ermittelt, beziehungsweise rekonstruiert werden.The contact plane is parallel to a tangent plane lying tangentially on the surface of the object, which can be assigned to the relevant point on the surface on the measurement path. If a sufficiently large number of measuring points or tangent planes on the surface of the object to be detected have been determined with the contact element, the spatial course of the entire surface can be determined or reconstructed by interpolation.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die zweite Messinformation eine Pfadlänge des mit dem Kontaktelement über der Oberfläche zurückgelegten Messpfads enthält. Ausgehend von einem vorgegebenen Startpunkt auf der Oberfläche kann mit Hilfe der erfassten Pfadlänge des bereits zurückgelegten Messpfads und den Informationen über die dabei erfolgte Winkelveränderung der Kontaktebene des Kontaktelements der räumliche Verlauf des Messpfads und damit der jeweilige Ort des Kontaktelements ermittelt werden. Eine bereits zurückgelegte Pfadlänge kann mit verschiedenen Messmethoden in besonders einfacher Weise erfasst und ausgewertet werden.According to one embodiment of the inventive concept, it is provided that the second measurement information contains a path length of the measurement path covered with the contact element above the surface. Starting from a predetermined starting point on the surface, the spatial path of the measuring path and thus the respective location of the contact element can be determined with the aid of the path length of the measuring path already covered and the information about the change in angle of the contact plane of the contact element that has occurred. A path length that has already been covered can be recorded and evaluated in a particularly simple manner using various measurement methods.

Die Pfadlänge kann beispielsweise mit einer drehbar gelagerten Rollkugel gemessen werden, die an der Oberfläche anliegt und durch die Verlagerung des Kontaktelements über die Oberfläche abrollt, und deren Rotationsbewegung über zwei Drehgeber erfasst wird. Es ist auch eine optische Erfassung der Drehbewegung der über der Oberfläche abrollenden Kugel möglich. Vergleichbare Messeinrichtungen werden beispielsweise bei Computer-Mäusen oder Trackballs verwendet.The path length can be measured, for example, with a rotatably mounted roller ball, which rests on the surface and rolls over the surface due to the displacement of the contact element, and whose rotational movement is recorded by two rotary encoders. An optical detection of the rotational movement of the ball rolling over the surface is also possible. Comparable measuring devices are used for example in computer mice or trackballs.

Es ist ebenfalls möglich, den mit dem Kontaktelement zurückgelegten Messpfad ausgehend von einer an einem Startpunkt erfassten Verlagerungsgeschwindigkeit und einer kontinuierlichen Erfassung einer Verlagerungsbeschleunigung des Kontaktelements zu bestimmen. Hierzu können beispielsweise Gyroskope oder Drehratensensoren verwendet werden, wie sie auch in mobilen Kommunikationsgeräten eingesetzt werden.It is also possible to determine the measuring path covered with the contact element on the basis of a displacement speed detected at a starting point and a continuous detection of a displacement acceleration of the contact element. For example, gyroscopes or rotation rate sensors can be used for this purpose, as are also used in mobile communication devices.

Es ist ebenfalls denkbar, dass die für eine Positionsbestimmung des Kontaktelements auf der Oberfläche erforderliche zweite Messinformation eine räumliche Ortsinformation enthält, die beispielsweise mit Hilfe einer externen optischen Messeinrichtung ermittelt wird. So kann die Position des Kontaktelements auf der Oberfläche mit Hilfe eines Kamerasystems erfasst werden, mit welchem das Kontaktelement mindestens aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen aufgenommen wird. Durch einen Vergleich der Aufnahmen miteinander oder durch einen Vergleich der Aufnahmen mit extern angeordneten Referenzpunkten kann dann die Position des Kontaktelements im Raum bestimmt werden.It is also conceivable that the second measurement information required for determining the position of the contact element on the surface contains spatial location information which is determined, for example, with the aid of an external optical measuring device. The position of the contact element on the surface can thus be recorded with the aid of a camera system with which the contact element is recorded from at least two different viewing directions. The position of the contact element in space can then be determined by comparing the recordings with one another or by comparing the recordings with externally arranged reference points.

Die Erfindung betrifft auch ein Messsystem zur Ermittlung des räumlichen Verlaufs einer Oberfläche. Das Messsystem weist erfindungsgemäß ein Kontaktelement mit drei eine Kontaktebene aufspannenden Anlageelementen auf, sodass das Kontaktelement mit den drei Anlageelementen verkippungsfrei an der Oberfläche anliegen kann, wobei das Kontaktelement zudem eine Winkelveränderungsmesseinrichtung aufweist, mit welcher eine alle drei Raumrichtungen erfassende räumliche Winkelveränderung der Kontaktebene des an der Oberfläche anliegenden Kontaktelements erfasst werden kann, und wobei das Messsystem mindestens eine weitere Messeinrichtung aufweist, mit welcher eine zweite Messinformation erfasst werden kann, mit Hilfe derer eine jeweilige Position des Kontaktelements entlang eines Messpfads auf der Oberfläche des Objekts ermittelt werden kann.The invention also relates to a measuring system for determining the spatial course of a surface. According to the invention, the measuring system has a contact element with three contact elements spanning a contact plane, so that the contact element with the three contact elements can rest on the surface without tilting, the contact element also having an angle change measuring device with which a spatial change in angle of the contact plane of the contact plane at the other measuring all three spatial directions Surface contact contact element can be detected, and wherein the measuring system has at least one further measuring device with which a second measurement information can be detected, with the aid of which a respective position of the contact element along a measurement path on the surface of the object can be determined.

Die drei eine Kontaktebene aufspannenden Anlageelemente des Kontaktelements können drei Stifte oder jeweils drehbar gelagerte Rollkugeln sein, die an einem Gehäuse des Kontaktelements so gelagert sind, dass die abstehenden Enden der Anlagestifte oder die Rollkugeln mindestens bereichsweise über eine Gehäuseseite vorspringend so angeordnet sind, dass das Kontaktelement ausschließlich mit den drei Anlageelemente an der zu vermessenden Oberfläche anliegt. Die drei Anlageelemente sind dabei zweckmäßigerweise an drei Ecken eines Dreiecks angeordnet. Das Kontaktelement liegt mit den drei in einem Dreieck angeordneten Anlageelementen verkippungsfrei an der Oberfläche an.The three contact elements of the contact element spanning a contact plane can be three pins or respectively rotatably mounted roller balls which are mounted on a housing of the contact element in such a way that the projecting ends of the contact pins or the roller balls are at least partially projecting over a housing side in such a way that the contact element only with the three contact elements on the surface to be measured. The three contact elements are expediently arranged at three corners of a triangle. The contact element lies with the three system elements arranged in a triangle on the surface without tilting.

An oder in dem Gehäuse des Kontaktelements ist eine Winkelveränderungsmesseinrichtung angeordnet. Die Winkelveränderungsmesseinrichtung kann beispielsweise ein Gyroskop oder ein Gyroskopsensor sein. Die Winkelveränderungsmesseinrichtung kann auch ein Drehratensensor sein, wie er beispielsweise in mobilen Kommunikationsgeräten, in Navigationsgeräten oder bei Digitalkameras eingesetzt wird. Es ist ebenfalls möglich, die räumliche Winkelveränderung der Kontaktebene mit Hilfe von Beschleunigungssensoren, Lagesensoren, oder Magnetometern zu erfassen. Zudem können die Messwerte mehrerer verschiedener geeigneter Sensoren kombiniert und gemeinsam ausgewertet werden, um die Präzision der Messung der Winkelveränderung zu erhöhen.An angle change measuring device is arranged on or in the housing of the contact element. The angle change measuring device can be, for example, a gyroscope or a gyroscope sensor. The angle change measuring device can also be a rotation rate sensor, as is used, for example, in mobile communication devices, in navigation devices or in digital cameras. It is also possible to detect the change in spatial angle of the contact plane with the aid of acceleration sensors, position sensors or magnetometers. In addition, the measured values of several different suitable sensors can be combined and evaluated together to increase the precision of the measurement of the angle change.

Gemäß einer konstruktiv einfachen und vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass mindestens ein Anlageelement des Kontaktelements eine drehbar gelagerte Rollkugel aufweist, deren Drehbewegung bei einem Verlagern des Kontaktelements entlang des Messpfads über die Oberfläche mit mindestens einem Drehbewegungssensor erfasst wird. Eine drehbar gelagerte Rollkugel ist dabei bereits ausreichend, um den Verlauf des Messpfads über die zu erfassende Oberfläche ermitteln zu können. Mehrere drehbar gelagerte Rollkugeln, deren Bewegung jeweils mit einem oder mit mehreren Drehbewegungssensoren erfasst wird, können die Präzision der Messergebnisse verbessern.According to a structurally simple and advantageous embodiment of the inventive concept, it is provided that at least one contact element of the contact element has a rotatably mounted roller ball, the rotational movement of which is detected when the contact element is displaced along the measurement path over the surface with at least one rotary motion sensor. A rotatably mounted trackball is already sufficient to determine the course of the measurement path over the surface to be recorded. Several rotatably mounted roller balls, the movement of which is recorded with one or more rotary motion sensors, can improve the precision of the measurement results.

Es ist ebenfalls denkbar, dass das Kontaktelement einen Beschleunigungssensor aufweist, mit welchem eine räumliche Beschleunigung erfasst werden kann. Der Beschleunigungssensor kann separat von der Winkelveränderungsmesseinrichtung an oder in dem Kontaktelement angeordnet sein und ausgewertet werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass beispielsweise mit einem geeignet ausgestalteten Drehratensensor sowohl die räumliche Winkelveränderung der Kontaktebene als auch die Verlagerung des Kontaktelements entlang des Messpfads erfasst und bestimmt wird.It is also conceivable that the contact element has an acceleration sensor with which a spatial acceleration can be detected. The acceleration sensor can be arranged separately from the angle change measuring device on or in the contact element and evaluated. It is also conceivable that, for example, with a suitably designed rotation rate sensor, both the spatial change in angle of the contact plane and the displacement of the contact element along the measurement path are detected and determined.

Das Messsystem kann zudem eine an oder in dem Kontaktelement oder aber extern angeordnete Positionsbestimmungseinrichtung zu Erfassung der Position des Kontaktelements relativ zu einem externen Referenzpunkt aufweisen. Die Positionsbestimmungseinrichtung kann beispielsweise ein externes Kamerasystem sein, mit welcher die Position des Kontaktelements auf der Oberfläche erfasst werden kann. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Position des Kontaktelements durch Triangulation mit Referenzpositionen bestimmt wird.The measuring system can also have a position determining device arranged on or in the contact element or else externally for detecting the position of the contact element relative to an external reference point. The position determination device can be, for example, an external camera system with which the position of the contact element on the surface can be detected. It is also conceivable that the position of the contact element is determined by triangulation with reference positions.

Nachfolgend werden Ausführungsbespiele des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktelements, das über eine Oberfläche eines neu hergestellten Kotflügels eines Fahrzeugs verlagert wird, um den räumlichen Verlauf der Oberfläche des Kotflügels zu erfassen,
2 eine schematische Darstellung eines an einer Oberfläche anliegenden Kontaktelements mit drei drehbar gelagerten Rollkugeln,
3 eine schematische Darstellung eines regelmäßig über einen interessierenden Bereich einer Oberfläche verlaufenden Messpfads,
4 eine schematische Darstellung eines unregelmäßig über einen interessierenden Bereich einer Oberfläche verlaufenden Messpfads, und
5 eine schematisch dargestellte Ausgestaltung eines Kontaktelements mit über eine Gehäuseaußenseite vorspringenden Anlagestiften.

Exemplary embodiments of the inventive concept are explained in more detail below, which are shown in the drawing. It shows:

1 1 shows a schematic illustration of a contact element according to the invention, which is displaced over a surface of a newly produced fender of a vehicle in order to record the spatial course of the surface of the fender,
2nd 1 shows a schematic representation of a contact element resting on a surface with three rotatably mounted roller balls,
3rd 1 shows a schematic illustration of a measurement path running regularly over an area of interest on a surface,
4th 2 shows a schematic representation of a measurement path running irregularly over a region of interest on a surface, and
5 a schematically illustrated embodiment of a contact element with projecting over an outer housing pins.

In 1 ist exemplarisch ein mögliches Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Messverfahren anhand eines Kotflügels 1 dargestellt, für den ein räumlicher Verlauf seiner Oberfläche 2 kontrolliert werden soll. Ein Kontaktelement 3 wird entweder manuell oder mit Hilfe einer automatisierbaren Verlagerungseinrichtung wie beispielsweise mit Hilfe eines Roboterarms so mit der Oberfläche 2 in Kontakt gebracht, dass das Kontaktelement 3 verkippungsfrei an der Oberfläche 2 anliegt. Zu diesem Zweck weist das in 2 näher dargestellte Kontaktelement 3 drei voneinander beabstandet und in den Ecken eines Dreiecks angeordnete Anlageelemente 4 auf, die von einer Außenseite 5 eines Gehäuses 6 des Kontaktelements 3 vorspringend angeordnet sind. Jedes Anlageelement 4 weist eine in einem Abstand zu dem Gehäuse 6 drehbar gelagerte Rollkugel 7 auf, die mit der Oberfläche 2 in Kontakt kommt und bei einer Verlagerung des Kontaktelements 3 über die Oberfläche 2 hinweg auf der Oberfläche 2 abrollt. Bei einer Rollkugel 8 der drei Rollkugeln 7,8 wird die Drehbewegung der Rollkugel 8 während einer Verlagerung des Kontaktelements 3 über die Oberfläche 2 hinweg mit Hilfe von mindestens 2 nicht näher dargestellten Drehgebern erfasst. Auf diese Weise kann über die Drehbewegung der Rollkugel 8 eine Weglänge des mit dem Kontaktelement 3 bereits zurückgelegten Messpfads über die Oberfläche 2 ermittelt werden.In 1 is an example of a possible application example for the measurement method according to the invention using a fender 1 shown for which a spatial course of its surface 2nd should be checked. A contact element 3rd is either manually or with the help of an automatable relocation device such as with the help of a robot arm with the surface 2nd contacted that contact element 3rd tilt-free on the surface 2nd is present. For this purpose, in 2nd contact element shown in more detail 3rd three spaced apart elements arranged in the corners of a triangle 4th on that from an outside 5 of a housing 6 of the contact element 3rd are arranged in a projecting manner. Every investment element 4th has one at a distance from the housing 6 rotatable roller ball 7 on that with the surface 2nd comes into contact and with a displacement of the contact element 3rd over the surface 2nd away on the surface 2nd rolls off. With a trackball 8th of the three roller balls 7 , 8th becomes the rotating motion of the trackball 8th during a displacement of the contact element 3rd over the surface 2nd away with the help of at least 2 rotary encoders, not shown. In this way, the rotational movement of the trackball 8th a path length of the with the contact element 3rd measurement path already covered over the surface 2nd be determined.

Die drei von dem Gehäuse 6 des Kontaktelements 3 abstehenden Anlageelemente 4 definieren mit den jeweiligen Kontaktpunkten 9 auf der Oberfläche 2 eine strichpunktiert angedeutete Kontaktebene 10. Die Kontaktebene 10 ist zumindest näherungsweise parallel zu einer in einem Bereich zwischen den drei Anlageelementen 4 tangential an der Oberfläche 2 anliegenden und strichdoppelpunktiert angedeuteten Tangentialebene 11. Die mit einer Winkelveränderungsmesseinrichtung 12 erfasste Ausrichtung der Kontaktebene 10 des Kontaktelements 3 auf der Oberfläche 2 ermöglicht eine näherungsweise Bestimmung der Ausrichtung der Tangentialebene 11 der Oberfläche in einem Bereich der aktuellen Position des Kontaktelements 3 auf der Oberfläche 2.The three of the case 6 of the contact element 3rd projecting plant elements 4th define with the respective contact points 9 on the surface 2nd a contact level indicated by dash-dotted lines 10th . The contact level 10th is at least approximately parallel to one in an area between the three contact elements 4th tangential to the surface 2nd adjacent and dash-dotted tangent plane 11 . The one with an angle change measuring device 12th detected alignment of the contact level 10th of the contact element 3rd on the surface 2nd enables an approximate determination of the orientation of the tangential plane 11 the surface in a region of the current position of the contact element 3rd on the surface 2nd .

Um einen interessierenden Bereich der Oberfläche 2 zu erfassen wird das Kontaktelement 3 längs eines Messpfads 13 über die Oberfläche 2 hinweg verlagert. Dabei können in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen an die Präzision der Oberflächenerfassung an vielen mehr oder weniger beabstandet zueinander aufeinanderfolgenden Messpunkten 14 jeweils die Ausrichtung der Kontaktebene 10 und die Position des Kontaktelements 3 entlang des Messpfads 13 ermittelt werden. Aus diesen Messwerten und Informationen kann dann die Ausrichtung beziehungsweise der Verlauf der Oberfläche 2 an dem Messpunkt 14 bestimmt werden. Wenn der Messpfad 13 ausreichend engmaschig über die interessierende Oberfläche 2 hinweg verläuft kann anhand der einzelnen Messwerte an den jeweiligen Messpunkten 14 der räumliche Verlauf der Oberfläche 2 näherungsweise bestimmt und interpoliert werden.To an area of interest on the surface 2nd the contact element is to be recorded 3rd along a measurement path 13 over the surface 2nd shifted away. Depending on the respective requirements for the precision of the surface detection, many measuring points that are successively more or less spaced apart can be used 14 the alignment of the contact level 10th and the position of the contact element 3rd along the measurement path 13 be determined. The orientation or the course of the surface can then be obtained from these measured values and information 2nd at the measuring point 14 be determined. If the measurement path 13 sufficiently close-meshed over the surface of interest 2nd can run away on the basis of the individual measured values at the respective measuring points 14 the spatial course of the surface 2nd can be approximately determined and interpolated.

In den 3 und 4 sind lediglich exemplarisch verschiedene Verläufe des Messpfads 13 des Kontaktelements 3 über der Oberfläche 2 dargestellt. Bei dem in 3 dargestellten Messpfad 13 wird das Kontaktelement 3 in mehreren nebeneinander verlaufenden gradlinigen Messpfadabschnitten 15 über die Oberfläche 2 hinweg verlagert. Ein derart regelmäßig verlaufender Messpfad 13 eignet sich insbesondere für eine automatisierte Verlagerung des Kontaktelements 3 über die Oberfläche 2. Der in 4 dargestellte Messpfad 13 weist im Gegensatz dazu einen völlig unregelmäßigen Verlauf auf, wie er beispielsweise bei einem manuellen Verlagern des Kontaktelements 3 über die Oberfläche 2 entstehen kann.In the 3rd and 4th are just examples of different courses of the measurement path 13 of the contact element 3rd above the surface 2nd shown. At the in 3rd shown measurement path 13 becomes the contact element 3rd in several linear measuring path sections running side by side 15 over the surface 2nd shifted away. Such a regular measuring path 13 is particularly suitable for automated displacement of the contact element 3rd over the surface 2nd . The in 4th shown measurement path 13 in contrast, has a completely irregular course, such as when the contact element is moved manually 3rd over the surface 2nd can arise.

Es besteht die Möglichkeit, dass bereits während der Durchführung der Messung ein anhand der Messergebnisse ermittelter Verlauf der Oberfläche 2 in einer Umgebung um den bereits zurückgelegten Messpfad 13 auf einer Anzeigeeinrichtung visualisiert wird. Ein Benutzer kann dann das Kontaktelement 3 manuell über die Oberfläche 2 verlagern, bis alle interessierenden Bereiche der Oberfläche 2 von dem Messpfad 13 erfasst sind und eine vollständige Rekonstruktion, beziehungsweise Modellierung des räumlichen Verlaufs der Oberfläche 2 erfolgen und visualisiert werden kann. Dabei können weniger interessierende Bereiche durch einige wenige Abschnitte des Messpfads 13 erfasst werden, während bei stärker interessierenden Bereichen der Oberfläche 2 zahlreiche eng benachbarte und gegebenenfalls sich kreuzende Abschnitte des Messpfads 13 dem betreffende Bereich der Oberfläche 2 abdecken und dadurch sehr präzise den räumlichen Verlauf der Oberfläche 2 in diesem Bereich erfassen.There is the possibility that a course of the surface determined on the basis of the measurement results can already be carried out during the measurement 2nd in an environment around the measurement path already covered 13 is visualized on a display device. A user can then use the contact element 3rd manually over the surface 2nd shift until all areas of interest on the surface 2nd from the measurement path 13 are recorded and a complete reconstruction or modeling of the spatial course of the surface 2nd can be done and visualized. Areas of less interest can pass through a few sections of the measurement path 13 are captured while in areas of the surface that are of greater interest 2nd numerous closely adjacent and possibly intersecting sections of the measurement path 13 the relevant area of the surface 2nd cover and thereby very precisely the spatial course of the surface 2nd capture in this area.

In 5 ist lediglich exemplarisch ein abweichend ausgestaltetes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Kontaktelement 3 dargestellt. An einer Unterseite 16 des Gehäuses 6 sind drei vorspringende Anlagestifte 17 ausgebildet, die in den Ecken eines Dreiecks relativ zueinander angeordnet sind. Ein von dem Gehäuse 6 abstehendes Ende 18 der Anlagestifte 17 ist mit einer reibungsverringernden Gleitbeschichtung überzogen. Mit einer Kamera 19 kann eine Verlagerung des Kontaktelements 3 relativ zu der Oberfläche 2 eines Objekts erfasst werden. Um das Kontaktelement 3 manuell über die Oberfläche 2 verlagern zu können weist das Kontaktelement 3 einen Handgriff 20 auf.In 5 is merely an example of a differently designed embodiment for a contact element according to the invention 3rd shown. On a bottom 16 of the housing 6 are three projecting investment pins 17th formed, which are arranged in the corners of a triangle relative to each other. One of the housing 6 protruding end 18th the investment pins 17th is coated with a friction-reducing sliding coating. With a camera 19th can be a displacement of the contact element 3rd relative to the surface 2nd of an object. To the contact element 3rd manually over the surface 2nd to be able to move the contact element 3rd a handle 20th on.

Claims

Method for the tactile detection of a surface (2) of an object, a measuring device having a contact element (3) with three contact elements (4) spanning a contact plane (10) so that the contact element (3) can rest on the surface (2) without tilting, wherein the contact element (3) is displaced along a measuring path (13) over the surface (2) of the object and, with an angle change measuring device (12), continuously changes a spatial angle change of the contact plane (10) of the contact surface (2) on the surface (2) adjacent contact element (3) and at least a second measurement information is detected, with the aid of which a respective position of the contact element (3) on the surface (2) of the object can be determined, and wherein from the detected spatial angle change and the respective position of the contact element ( 3) the spatial course of the surface (2) along the measurement path (13) is determined.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the second measurement information contains a path length of the measurement path (13) covered with the contact element (3) over the surface (2).

Procedure according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the second measurement information contains a displacement speed and a displacement acceleration of the contact element (3) displaced over the surface (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second measurement information contains spatial location information.

Method according to one of the preceding claims, that with the aid of the course of the surface (2) determined along the measuring path (13) in a predetermined area with a suitable interpolation, a measuring surface corresponding at least approximately to the surface is determined.

Measuring system for determining the spatial course of a surface (2), the measuring system having a contact element (3) with three contact elements (4) spanning a contact plane (10), so that the contact element (3) with the three contact elements (4) does not tilt on the The contact element (3) has an angle change measuring device (12) with which a spatial angle change of a contact plane (10) of the contact element (3) bearing against the surface (2) can be recorded, which changes all three spatial directions. and wherein the measuring system has at least one further measuring device with which second measurement information can be acquired, with the aid of which a respective position of the contact element (3) along a measurement path (13) on the surface (2) of the object can be determined.

Measuring system according to Claim 6 , characterized in that at least one contact element (4) of the contact element (3) has a rotatably mounted roller ball (7, 8), the rotational movement of which when the contact element (3) is displaced along the measuring path (13) over the surface (2) at least one rotary motion sensor is detected.

Measuring system according to Claim 6 or Claim 7 , characterized in that the contact element (3) has an acceleration sensor with which a spatial acceleration can be detected.

Measuring system according to one of the Claims 6 to 8th , characterized in that the measuring system has a position determining device for detecting the position of the contact element (3) relative to an external reference point.