DE19922544C2

DE19922544C2 - Verfahren und Meßeinrichtung zum Ausmessen unregelmäßig geformten Meßobjekten

Info

Publication number: DE19922544C2
Application number: DE1999122544
Authority: DE
Inventors: Heiko Tober; Tom Koehler; Frank Obenaus
Original assignee: T & T Medilogic Medizintechnik
Current assignee: T & T Medilogic Medizintechnik
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2001-11-29
Anticipated expiration: 2019-05-11
Also published as: DE19922544A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum Ausmessen unregelmäßig geformter Meßobjekte, insbesondere des menschlichen Fußes für die individuelle Anfertigung und Anpassung von Schuhen, sowie ein entsprechendes Verfahren unter Anwendung der Meßeinrichtung.

Bei der Herstellung von orthopädischen oder anderen indi viduell ausgebildeten Schuhen, zum Beispiel Sportschuhen, ist es erforderlich, den Fuß des betreffenden Benutzers möglichst genau auszumessen und zusätzlich einen Abdruck von der Fußsohle anzufertigen, um einen den jeweiligen pathologischen Verhältnissen oder sonstigen Anforderungen weitestgehend entsprechenden Schuh zur Verfügung stellen zu können. Gemäß der allgemeinen Praxis werden die Länge und Breite des Fußes sowie an der breitesten Stelle des Fußes die Höhe des Spannes bzw. der Umfang manuell be stimmt, um danach einen diesen Abmessungen am nächsten kommenden Leisten für die Herstellung und Auswahl des Schuhs auswählen zu können. Zur individuellen Anfertigung der Fußbettung wird üblicherweise in einem plastisch ver formbaren Material das Fußsohlenprofil des Benutzers ab geformt. Aus diesem Abdruck kann der Schuhhersteller aber auch weitere wichtige Hinweise über die Gestaltung des Fußes und die erforderliche Ausbildung des Schuhes ent nehmen. Ähnlich sind die Verhältnisse im übrigen auch bei der Anfertigung von Beinprothesen, bei der es in besonde rem Maße auf eine hohe Genauigkeit der Meßergebnisse an kommt, um einen exakten Sitz der Prothese zu gewährlei sten.

Die üblichen, mit einem Bandmaß durchgeführten Meßverfah ren sind zum einen ungenau und beschränken sich auf weni ge Meßstellen und sind zudem zeitaufwendig. Besonders aufwendig sind die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen des Profils der Fußsohle oder anderer Kör perteile und die Übertragung des so hergestellten Abdruc kes auf die Fußbettung bzw. die Prothesenherstellung.

Sowohl aus der US 5 128 880 als auch aus der FR 2 730 403 A1 ist es bereits bekannt, die Unterseite eines menschli chen Fußes mit einem Flachbettscanner abzutasten und auf diese Weise den Umfang und die Profilierung der Fußsohle darzustellen. Mit dieser Meßeinrichtung und dem entspre chenden Meßverfahren ist es jedoch nicht möglich, die vollständige Form des Fußes darzustellen und alle für die individuelle Anfertigung eines zugehörigen Schuhes erfor derlichen Maße anzugeben.

Auch mit der in der DE 197 09 050 A1 beschriebenen Anordnung zur Erfassung von räumlichen Gegenständen mit einem Flachbettscanner, bei dem ein neben diesem angeordnetes Objekt mit Hilfe eines Umlenkspiegels von der Seite er faßt werden soll, ist schon wegen der fehlenden Darstel lung der Fußsohle eine den individuellen Anforderungen an eine korrekte Paßform des jeweiliges Schuhs genügende vollständige Abbildung des Fußes bzw. Errechnung der re levanten Maße nicht möglich.

Der Vollständigkeit halber wird des weiteren auf die aus der DE 195 14 692 A1 und der DD 239 858 A1 bekannten Meß anordnungen zur dreidimensionalen Vermessung von Werk stücken unter Verwendung von CCD-Kameras verwiesen. Diese Vorrichtungen sind jedoch nicht zur Darstellung und ein fachen Vermessung des menschlichen Fußes geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ins besondere für die individuelle Anfertigung von Schuhen oder Prothesen geeignete Meßeinrichtung anzugeben, die mit geringem Aufwand ein exaktes und vollständiges Aus messen des Meßobjektes sowie eine Darstellung der Profi lierung im Auflagebereich gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Meßeinrich tung gelöst. Das Verfahren zum Ausmessen von unregelmäßig geformten Meßobjekten mit der erfindungsgemäßen Meßein richtung ist weiterhin im wesentlichen durch die Merkmale der Patentansprüche 10 und 11 gekennzeichnet.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei in der An wendung eines in einem Gehäuse untergebrachten Flachbett scanners, der - in Abtastrichtung gesehen - an einer Sei te einen in einem bestimmten Winkel zur Abtastebene des Flachbettscanners geneigten Spiegel und auf der gegen überliegenden Seite eine gleichmäßig helle - von einem Leuchtschirm gebildete - Fläche aufweist, so daß das Sei tenprofil des auf die Abtastfläche des Scanners zwischen Spiegel und Leuchtschirm aufgesetzten dunklen oder dunkel überzogenen Meßobjektes kontraststark auf dem Spiegel ab gebildet wird und mit dem Scannerlichtstrahl gleichzeitig die profilierte Unteransicht und die Seitenansicht abge tastet werden. Die vom Scanner ermittelten Daten werden an den angeschlossenen Rechner übertragen, der nach einem speziellen Rechenprogramm sämtliche Längen, Breiten und Höhen und näherungsweise auch den Umfang des Meßobjektes an einer oder mehreren Stellen sowie dessen Profilierung an der Unterseite berechnet und darstellt. Auf diese Wei se ist es mit einfachen Mitteln beispielsweise möglich, einen durch eine Einbringöffnung im Gehäuse auf den Flachbettscanner aufgesetzten Fuß exakt auszumessen und anhand dieser Maße und der ermittelten Profilierung der Fußsohle einen genau den Fußmaßen entsprechenden Schuh mit individueller Fußbettung herzustellen bzw. auszuwäh len.

Aus den Verfahrensansprüchen sowie den jeweiligen Un teransprüchen ergeben sich weitere wichtige Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

So ist der Winkel, den die Spiegelebene mit der Ab tastebene des Flachbettscanners einschließt, entsprechend dem Weitwinkel des Flachbettscanners so eigestellt, daß dessen Strahlengang parallel zur Abtastebene verläuft. Die dem Spiegel gegenüberliegende helle Fläche wird durch eine oder mehrere vor einem Reflektor angeordnete Lam pe(n), die durch ein als Milchglasscheibe ausgebildetes weißes Diffusionsselement abgedeckt sind, gebildet.

Nach einem wichtigen Verfahrensmerkmal ist das Meßobjekt mit einem farbigen und strukturierten Überzug abgedeckt, um auf der Basis des so erzeugten definierten Hellig keitsunterschieds weiter von der Auflagefläche des an der Unterseite profilierten Meßobjektes entfernte Flächen we niger scharf abzubilden, wobei die ermittelte unter schiedliche Unschärfe ein Maß für die Ausbildung der Pro filierung ist.

Ein Ausführungsbeispiel, aus dem sich weitere Merkmale, zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben, wird anhand der beigefügten Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Meßeinrichtung;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt längs der Linie AA in Fig. 1; und

Fig. 3a und 3b eine mit einem Ausführungsbeispiel der Meßeinrichtung gleichzeitig erzeug te, noch nicht im Rechner verarbeitete Darstel lung der Sohle und des Seitenprofils eines als Meßobjekt dienenden Fußes.

Die Meßeinrichtung besteht aus einem bis auf eine Ein bringöffnung 1 in einer Gehäuseabdeckung 2 zum Einsetzen des auszumessenden Meßobjektes 10 allseitig geschlossenen Gehäuse 3. Am Boden des Gehäuses 3 befindet sich ein han delsüblicher Flachbettscanner 4, der mit einem Computer sowie einem Monitor und einem Drucker (jeweils nicht dar gestellt) verbunden ist. Senkrecht zur Abtastfläche des Flachbettscanners 4 ist auf dessen einer Seite ein Leuchtschirm 5 angeordnet, der über die gesamte Ab tastlänge eine gleichmäßig helle Leuchtfläche bildet. Der Leuchtschirm 5 wird durch eine oder mehrere vor einem Re flektor 6 angebrachte Lampe(n) 7 und eine vor diesen an geordnete, als Diffusor wirkende Milchglasscheibe (Diffusionselement) gebildet. Die Lampen 7 sind als Gleichspannungs-, Hochfrequenz oder als auf die Ab tastfrequenz des Flachbettscanners 4 eingestellte Lampen ausgeführt, so daß zwischen der Abtastfrequenz und der Lampenfrequenz keine Interferenzen bestehen und eine streifenfreie, gleichmäßig helle Leuchtfläche erzeugt wird.

Auf der dem Leuchtschirm 5 gegenüberliegenden Seite ist ein in einem bestimmten Winkel α zur Abtastfläche geneig ter, sich ebenfalls über dessen Länge erstreckender Spie gel 8 angeordnet. Die Neigung des Spiegels 8 ist zum Aus gleich des Weitwinkels des betreffenden Flachbettscanners 4 so gewählt, daß der Strahlengang des Scanners in Höhe der Rißkante des auszumessenden Fußes (Meßobjekt 10) parallel zu dessen Aufstandsfläche auf dem Flachbettscanner 4 (Abtastebene) verläuft.

Zur Durchführung des Meßvorgangs wird über den auszumes senden Fuß 10 ein schwarzer bzw. ein farbiger Strumpf 11 gezogen. Außerdem wird im Bereich der Einbringöffnung 1 eine farbige, elastische, das heißt knitterfreie Schließ manschette 1 um das Bein oberhalb des Fußes gelegt. Diese Schließmanschette 11 begrenzt die Erfassungstiefe des Scanners, so daß Objekte, die weiter von der Scannerober fläche entfernt sind, nicht erfaßt werden.

Mit der Inbetriebnahme des Flachbettscanners 4 wird nun die Fußsohle und gleichzeitig die auf dem Spiegel 8 abge bildete Seitenansicht des Fußes 9 abgetastet. Durch den vor dem hellen Hintergrund der Gehäuseabdeckung und der Schließmanschette bzw. des Leuchtschirms schwarz erschei nenden Fuß wird das Scannerlicht nicht reflektiert und es kann kein Überstrahlen in diesen Bereichen erfolgen, so daß sowohl die Fußsohle (Fig. 3a) als auch die Seitenan sicht des Fußes (Fig. 3b) randscharf auf dem an den Flachbettscanner 4 angeschlossenen Monitor (nicht darge stellt) abgebildet werden.

Eine besondere Kontrastschärfe wird ferner dadurch er reicht, daß der Farbbereich, auf den der Sensor des Scan ners vor Beginn eines Meßvorgangs üblicherweise kali briert wird, verschoben ist. Zu diesem Zweck hat der nor malerweise weiß ausgebildete schmale Kalibrierungsbereich des Scanners jeweils einen dunklen Farbton.

Durch das Überziehen eines strukturierten (zum Beispiel eines schwarz/weiß gestreiften) Strumpfes 10 über den auszumessenden Fuß 9 wird ein gleichmäßig verteilter de finierter Helligkeitsunterschied geschaffen, so daß von der Aufstandsfläche weiter entfernte Bereiche der Fußsohle unscharf dargestellt werden, wobei der Grad der Un schärfe mit steigendem Abstand von der Aufstandsfläche größer wird. Auf diese Weise kann nicht nur die Außenkon tur der Fußsohle dargestellt werden, sondern auch das Profil der Sohle durch den jeweiligen Schärfegrad wieder gegeben werden.

Mit Hilfe des angeschlossenen Computers und eines spezi ellen Rechenprogramms kann nun an jeder Stelle des Fußes dessen Länge und Breite exakt berechnet und der jeweilige Umfang (Fußweite) approximativ bestimmt werden. Insbeson dere werden die üblicherweise im Bereich des Ballens lie gende Fußweite an der breitesten Stelle und die größte Länge ermittelt, die für den Schuhhersteller wichtige An haltspunkte zur Auswahl des richtigen Leistens darstel len. Darüber hinaus wird auf der Grundlage des oben er wähnten unterschiedlichen Schärfegrades des Scannerbildes der Fußsohle (Fig. 3a) deren Profilierung exakt berechnet und gegebenenfalls als dreidimensionale Darstellung oder in entsprechend der jeweiligen Fußwölbung unterschiedli cher Farbtönung wiedergegeben. Daraus kann der Schuhher steller wichtige Rückschlüsse für die Form des herzustel lenden Schuhs ziehen und insbesondere das Fußbett genau entsprechend dem Profil der Fußsohle des Benutzers aus formen.

Die Erfindung ist nicht auf das zuvor geschilderte Aus führungsbeispiel beschränkt.

Neben ihrer für die Herstellung orthopädischer Schuhe bestimmten An wendung kann die Erfindung auch zur Fertigung von anderen individuell gefertigten Schuhen oder von Beinprothesen und schließlich auch in anderen Bereichen der Technik zur Bestimmung der Abmessungen und der Profilierung von Ge genständen eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Einbringöffnung

2

Gehäuseabdeckung

3

Gehäuse

4

Flachbettscanner

5

Leuchtschirm

6

Reflektor

7

Lampen

8

Spiegel

9

Meßobjekt (Fuß)

10

dunkle/gestreifte Abdeckung des Meßobjektes (Strumpf)

11

Schließmanschette

Claims

1. Meßeinrichtung zum Ausmessen von unregelmäßig geform ten Meßobjekten, insbesondere des menschlichen Fußes für die individuelle Anfertigung und Auswahl von Schuhen, mit einem in einem Gehäuse (3) mit in diesem vorgesehener Einbringöffnung (1) angeordneten Flach bettscanner (4), an dessen einer Längsseite ein gleichmäßig heller Leuchtschirm (5) und auf der ge genüberliegenden Seite ein zur Abtastebene des Flach bettscanners (4) in einem vorbestimmten Winkel (α) geneigter Spiegel (8) zum gleichzeitigen Erfassen der Unteransicht und des auf dem Spiegel (8) kontrast scharf abgebildeten Seitenprofils des auf der Ab tastfläche aufliegenden Meßobjektes (9) angeordnet sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Neigung des Spiegels (8) entsprechend dem jeweiligen Weitwinkel des Flachbettscanners (4) so eingestellt ist, daß dessen Strahlengang in Höhe der Rißkante des Seitenprofils des Meßobjektes (9) parallel zur Abtastebene des Flachbettscanners (4) verläuft.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die gleichmäßig helle Fläche des Leuchtschirms (5) durch eine oder mehrere vor einem Reflektor (6) angeordnete Lampe(n) (7), die durch ein im wesentlichen weißes, durchscheinendes Diffusions element abgedeckt ist (sind), gebildet ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß das Diffusionselement eine Milchglasscheibe ist.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Ausbildung einer gleichmäßig hellen Leuchtfläche des Leuchtschirms zur Vermeidung von In terferenzerscheinungen Gleichstrom- oder Hochfre quenzlampen oder auf die Abtastfrequenz des Flach bettscanners (4) abgestimmte Lampen vorgesehen sind.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der Farbbereich, auf den der Sensor des Flachbettscanners (4) zu Beginn jedes Abtastvorgangs kalibriert wird, zur Kontrastverstär kung verschoben ist, indem dieser schmale Kalibrie rungsbereich auf der Innenseite der Abdeckung des Ge häuses (3) dunkel ausgebildet ist.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Einbringöffnung (1) im Gehäuse (3) zum Aufsetzen des Meßobjektes (9) auf die Abtastebene des Flachbettscanners (4) mit einem spe ziell gefärbten Abdeckelement verschlossen ist.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das farbige Abdeckelement bei einem Fuß als Meßobjekt eine im Bereich der Einbringöffnung (1) knitterfrei um das Bein gelegte elastische Schließ manschette (11) ist.

9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachbettscanner (4) an einen Computer und einen Monitor und/oder einen Drucker zur Berechnung aller Längen, Breiten und Höhen, der Profilierung der der Abtastebene zugewandten Unterseite und näherungsweise des Umfangs sowie zur Darstellung des Meßobjektes auf des Basis eines spe ziellen Rechenprogramms angeschlossen ist.

10. Verfahren zum Ausmessen von unregelmäßig geformten Meßobjekten, insbesondere des menschlichen Fußes für die individuelle Anfertigung und Auswahl von Schuhen, mit einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Meßobjekt (9) bei der Messung de finiert be- oder entlastet ist, bei einem Fuß als Meßobjekt insbesondere durch das Körpergewicht.

11. Verfahren zum Ausmessen von unregelmäßig geformten Meßobjekten, insbesondere des menschlichen Fußes für die individuelle Anfertigung oder Auswahl von Schuhen mit einer Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Meßobjekt (9) zur Erzeugung eines starken Kontrastes mit einem farbigen Überzugsmateri al überzogen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsmaterial bei einem Fuß als Meßobjekt ein Strumpf ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn zeichnet, daß das Überzugsmaterial zur Erzeugung ei nes definierten Helligkeitsunterschieds strukturiert ist, um die vom Scanner erfaßten Bereiche des Meßob jektes entsprechend ihrem Abstand von der Aufstand sebene weniger scharf abzubilden und aus dem Grad der Unschärfe die Profilierung der Unterseite zu bestim men.