DE3439617C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Projektionsfläche dreidimensionaler Objekte gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a device for contactless Determination of the projection area of three-dimensional objects according to the preamble of claim 1.
Für die Berechnung des Luftwiderstandsbeiwertes (cw) von um strömten Körpern, wie z. B. Fahrzeugen, Flugzeugen u. dgl., wird die genaue Querschnittsfläche des Körpers senkrecht zur Anströmungsrichtung benötigt.For the calculation of the drag coefficient (cw) of um flowed bodies, such as B. vehicles, aircraft and. the like, the exact cross-sectional area of the body is perpendicular to the Flow direction required.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 18 08 485 ist eine mit Schattenprojektion arbeitende Meßeinrichtung zur Bestimmung menschlich-körperlicher Eigenarten bekannt, bei der sich die zu vermessende Person im divergierenden Strahlengang einer Lichtquelle vor einer Matt- oder Milchglasscheibe befindet, auf der Meßskalen angebracht sind, und auf der die Person einen Schattenwurf erzeugt, der von der Rückseite der Matt- oder Milchglasscheibe her fotografisch aufgenommen wird und später anhand der Meßskalen vermessen werden kann.One of the German utility model 18 08 485 is included Shadow projection measuring device for determination known human-physical characteristics, in which the Person to be measured in the divergent beam path of a Light source is in front of a frosted or frosted glass pane, on which measuring scales are attached, and on which the person creates a shadow cast from the back of the matte or frosted glass pane is photographed and can later be measured using the measuring scales.
Mit einer derartigen Meßeinrichtung können räumlich ausge dehnte Körper - wie z. B. ein Auto - nicht hinreichend genau vermessen werden.With such a measuring device can spatially out stretched body - such as B. a car - not sufficiently accurate be measured.
Weist ein Körper zudem zurückliegende Vorsprünge auf, können diese mit der bekannten Meßeinrichtung überhaupt nicht er faßt werden, was jedoch für die Berechnung des Luftwider standsbeiwertes unerläßlich ist.If a body also has protrusions on the back, can he with the known measuring device not at all can be summarized, however, for the calculation of the air resistance is indispensable.
Diese Nachteile vermeidet eine aus der DE-AS 21 34 450 hervor gehende Vorrichtung zum Messen des Flächeninhalts der Pro jektion eines durch eine unregelmäßige Umrißlinie begrenz ten undurchsichtigen Körpers auf einer Ebene, die auf einer synchronen Verschiebung eines Lasers für die Erzeugung eines Schattenbildes des auszumessenden Körpers einerseits und eines auf das Laserlicht ansprechenden Fotoelements anderer seits längs horizontaler Zeilen, die ihrerseits in vertikaler Richtung verschoben werden können, beruht, wobei sich der Übergang der Abtastung vom Meßobjekt zum Hintergrund und um gekehrt jeweils in einem für das Fotoelement wirksam werden den Helligkeitsunterschied äußert.These disadvantages are avoided by one from DE-AS 21 34 450 walking device for measuring the area of the Pro eject one bounded by an irregular outline th opaque body on one level synchronous displacement of a laser for the generation of a Silhouette of the body to be measured on the one hand and one photo element of another responsive to laser light along horizontal lines, which in turn in vertical Direction can be shifted based, with the Transition of the scanning from the measurement object to the background and around swept in one for the photo element expresses the difference in brightness.
Der technische Aufwand zur synchronen Verschiebung sowohl des Fotoelements als auch der Laserlichtquelle auf verschie denen Seiten des auszumessenden Körpers längs horizontaler Zeilen, die ihrerseits wiederum synchron in vertikaler Rich tung verschoben werden müssen, ist beträchtlich.The technical effort involved in synchronous displacement both the photo element and the laser light source on different along the sides of the body to be measured Lines, which in turn are synchronized in the vertical direction need to be postponed is considerable.
Bei der synchronen Verschiebung des Fotoelements und der Laserlichtquelle besteht die Gefahr, daß durch die Antriebs einheiten mechanische Schwingungen auf die Verschiebevorrich tungen übertragen werden, was zu erheblichen Meßfehlern führt.With the synchronous displacement of the photo element and the Laser light source there is a risk that by the drive units of mechanical vibrations on the shifting device lines are transmitted, which leads to significant measurement errors leads.
Wegen der Gefahr einer Dejustierung erlaubt diese bekannte Meßvorrichtung keine wirklich kleinen Durchmesser bei Licht strahl sowie Fotoelement, und von daher entweder nur ein einzeiliges, ungenaues Messen repräsentativer Querschnitte, oder erfordert bei genauer engzeiliger Messung einen großen Zeitaufwand.Because of the danger of misalignment, this allows known ones Measuring device no really small diameter in light beam and photo element, and therefore only one one-line, imprecise measurement of representative cross-sections, or requires a large one if the measurement is narrow Time expenditure.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, mit verhältnismäßig geringem apparativem Aufwand die Querschnitts fläche räumlich ausgedehnter Körper schnell und mit hoher Meßgenauigkeit zu ermitteln, wobei auch Verschneidungen räumlich hintereinanderliegender Kanten erfaßt werden sollen.The invention is based on the object with the cross-section is relatively low in terms of equipment surface of spatially extended bodies quickly and with high Determine measurement accuracy, including intersections spatially consecutive edges are to be detected.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der ein gangs erwähnten Art, durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is based on a device of a kind mentioned by which in the characteristic part of the Features specified claim 1 solved.
Im Unterschied zu direkter Kantenerfassung mittels Licht schranke oder Fotoelement wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kontur des Objekts indirekt durch Anpeilen von dessen Schattengrenze in der Projektionsebene erfaßt, was folgende Vorteile mit sich bringt: In contrast to direct edge detection using light barrier or photo element is used in the invention Device the contour of the object indirectly by targeting captured by its shadow boundary in the projection plane, which has the following advantages:
- 1. Die gesamte Optik braucht für den gesamten Meßvorgang nur einmal auf die Projektionsfläche zu Beginn des Meß verfahrens scharfgestellt zu werden.1. The entire optics for the entire measurement process only once on the projection surface at the start of the measurement procedure to be focused.
- 2. Eine einseitige Anmessung des Objekts ohne Störung durch Schwingungen oder Synchronisationsfehler ist möglich.2. One-sided measurement of the object without interference due to vibrations or synchronization errors possible.
- 3. Ein Zwischenspeicher als Fehlerquelle kann entfallen.3. A buffer as a source of errors can be omitted.
- 4. Übliche Koordinatenermittlungsverfahren mit Rechneraus wertung können genutzt werden.4. Usual coordinate determination procedures with a computer scoring can be used.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements and developments of the Erfin are marked in the subclaims.
Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Zeich nungen näher beschrieben. Von den Zeichnungen zeigtBelow are two Embodiments of the invention in connection with the drawing described in more detail. From the drawings shows
Fig. 1 eine Meßanordnung nach vorliegender Erfindung zur Ermittlung der Stirnfläche eines Autos, und Fig. 1 shows a measuring arrangement according to the present invention for determining the end face of a car, and
Fig. 2 eine modifizierte, kolinear arbeitende Meßanordnung. Fig. 2 shows a modified, colinear measuring arrangement.
In Fig. 1 ist mit 1 ein Meßkopf bezeichnet, der eine Laser lichtquelle 2 mit vorgesetzter Aufweitungsoptik 3 aufweist, deren paralleler Laserlichtstrahl 5 unmittelbar auf die Kan ten des zu vermessenden Objekts 6 gerichtet ist. Seitlich versetzt neben der Laserlichtquelle 2 ist in dem Meßkopf 1 eine Videokamera 8 mit einer Peilmarke in ihrem Strahlengang untergebracht.In Fig. 1, 1 denotes a measuring head, which has a laser light source 2 with a front expansion optics 3 , the parallel laser light beam 5 is directed directly to the edges of the object 6 to be measured. Laterally offset next to the laser light source 2 is a video camera 8 is housed with a datum mark in its beam path in the measuring head. 1
Der Meßkopf 1 ist um eine Achse 15 schwenkbar, die vorzugs weise mit dem Zentralstrahl des Laserlichts 5 zusammenfällt.The measuring head 1 can be pivoted about an axis 15 , which preferably coincides with the central beam of the laser light 5 .
Hinter dem Objekt 6 befindet sich ein ebener Schirm 13, der genau senkrecht zu der Schwenkachse 15 des Meßkopfs 1 ausge richtet sein muß.Behind the object 6 is a flat screen 13 , which must be aligned perpendicular to the pivot axis 15 of the measuring head 1 .
Die Videokamera 8 ist auf den Schirm 13 fokussiert und auf die Projektionsschattengrenze auf dem Schirm ausgerichtet.The video camera 8 is focused on the screen 13 and aligned with the projection shadow boundary on the screen.
Die durch ein nicht dargestelltes Fenster aus dem Meßkopf 1 austretenden Laserstrahlen 5 treffen auf Kanten 12 des Meß objekts 6.The laser beams 5 emerging from the measuring head 1 through a window (not shown ) hit edges 12 of the measuring object 6 .
Dabei wird ein Teil der Strahlen 5 aus dem Strahlengang aus geblendet, so daß nur der nicht ausgeblendete Teil auf den Schirm 13 trifft.A part of the rays 5 is blinded out of the beam path, so that only the non-blanked part strikes the screen 13 .
Mittels der auf den Schirm 13 fokussierten Videokamera 8 kann die Schattengrenze auf dem Schirm mit Hilfe der Peilmarke an gepeilt und verfolgt werden.By means of the video camera 8 focused on the screen 13 , the shadow boundary on the screen can be aimed and tracked with the aid of the bearing mark.
Zu diesem Zweck ist der Meßkopf 1 auf einer nicht dargestell ten Koordinatenmeßmaschine montiert, mit deren Hilfe der Laserstrahl 5 entlang den Kanten des Objekts 6 geführt und die dabei auf dem Schirm 13 entworfene Schattenprojektion entlang der Hell/Dunkel-Grenze durch die Videokamera 8 ver folgt werden kann.For this purpose, the measuring head 1 is mounted on a coordinate measuring machine, not shown, by means of which the laser beam 5 is guided along the edges of the object 6 and the shadow projection designed on the screen 13 follows the light / dark boundary through the video camera 8 can be.
Mit Hilfe der Koordinatenmeßmaschine wird die augenblickliche Position des Meßkopfes 1 nach zwei Achsen registriert. Durch einen mit der Koordinatenmeßmaschine verbundenen Rechner läßt sich das Meßergebnis auswerten.With the help of the coordinate measuring machine, the current position of the measuring head 1 is registered along two axes. The measurement result can be evaluated by a computer connected to the coordinate measuring machine.
Die Schattengrenzenbeobachtung kann durch Verschwenken des Meßkopfes 1 um die Schwenkachse 15 verbessert werden.The shadow boundary observation can be improved by pivoting the measuring head 1 about the pivot axis 15 .
Bei einer modifizierten, in Fig. 2 dargestellten Ausführungs form werden für gleiche Teile wie in Fig. 1 gleiche Bezugs zeichen verwendet.In a modified embodiment shown in FIG. 2, the same reference signs are used for the same parts as in FIG. 1.
In dem Meßkopf 1 befindet sich wiederum eine Laserlicht quelle 2 mit vorgesetzter Aufweitungsoptik 3, ein Justier spiegel 4, der den aus der Optik 3 austretenden aufgeweite ten Laserstrahl 5 um ungefähr 90° umlenkt und auf das zu vermessende Objekt 6 richtet.In the measuring head 1 there is in turn a laser light source 2 with an advanced optics 3 , an adjusting mirror 4 , which deflects the emerging from the optics 3 widening th laser beam 5 by about 90 ° and directed to the object 6 to be measured.
In dem parallelen Strahlengang 5 ist in dem Meßkopf hinter dem Justierspiegel 4 ein teildurchlässiger Spiegel 7 ange ordnet, mit dem eine in dem Meßkopf 1 untergebrachte Beobach tungsoptik in Form einer Videokamera 8 eingeblendet und aus gerichtet wird. Die durch den teildurchlässigen Spiegel 7 ausgeblendeten Strahlen 9 werden in einer Lichtfalle 10 ab sorbiert.In the parallel beam path 5 , a semitransparent mirror 7 is arranged in the measuring head behind the adjusting mirror 4 , with which an observation optics accommodated in the measuring head 1 is shown in the form of a video camera 8 and directed out. The rays 9 hidden by the partially transparent mirror 7 are sorbed in a light trap 10 .
Die durch den Spiegel 7 laufenden Strahlen 11 treten wieder um durch ein nicht dargestelltes Fenster aus dem Meßkopf 1 aus und treffen auf die Kante 12 des Meßobjekts 6. The rays 11 passing through the mirror 7 emerge again from the measuring head 1 through a window (not shown ) and strike the edge 12 of the measuring object 6 .
Ein Teil der Strahlen 11 wird durch die Kante 12 aus dem Strahlengang ausgeblendet, so daß nur der nicht ausgeblen dete Teil auf die hinter dem Objekt 6 angeordnete Projek tionsfläche in Form eines zu dem Strahlengang 11 ungefähr senkrecht ausgerichteten Schirms 13 trifft.A part of the rays 11 is hidden by the edge 12 from the beam path, so that only the part not unfolded hits the projection surface arranged behind the object 6 in the form of an approximately perpendicular to the beam path 11 screen 13 .
Mittels der auf den Schirm 13 fokussierten Videokamera 8, die als Peilmarke ein Fadenkreuz aufweisen kann, läßt sich die Schattengrenze anpeilen und verfolgen.The shadow boundary can be aimed and tracked by means of the video camera 8 focused on the screen 13 , which can have a crosshair as a bearing mark.
Der Meßkopf 1 ist zu diesem Zweck wieder auf einer nicht dargestellten Koordinatenmeßmaschine montiert, mit der der Laserstrahl 11 entlang den Kanten des feststehenden Objekts 6 geführt und gleichzeitig die dabei auf dem Schirm 13 ent worfene Schattenprojektion entlang der Hell/Dunkel-Grenze durch die Videokamera 8 verfolgt werden kann.For this purpose, the measuring head 1 is again mounted on a coordinate measuring machine, not shown, with which the laser beam 11 is guided along the edges of the fixed object 6 and at the same time the shadow projection designed on the screen 13 along the light / dark boundary by the video camera 8 can be tracked.
Der Vorgang läßt sich auf einem der Videokamera zugeordneten Monitor 14 optisch verfolgen und durch einen mit der Koordi natenmeßmaschine verbundenen Rechner zu dem gewünschten Er gebnis auswerten.The process can be optically monitored on a monitor 14 assigned to the video camera and evaluated by a computer connected to the coordinate measuring machine to the desired result.
Soll die Stirnfläche z. B. eines Autos ermittelt werden, muß dessen Längsachse senkrecht zur Verschiebeebene der Koordi natenmeßmaschine ausgerichtet sein.If the end face z. B. a car must be determined its longitudinal axis perpendicular to the plane of movement of the Koordi natenmeßmaschine be aligned.
Der aufgeweitete parallele Laserstrahl 5 braucht nicht not wendigerweise durch einen Justierspiegel 4 umgelenkt und auf das Objekt 6 gerichtet zu werden, sondern kann auch direkt auf das Objekt 6 gerichtet werden, wobei dann zur Justierung des Laserlichtstrahls die Laserlichtquelle 2 zusammen mit der Optik 3 schwenkbar ausgebildet ist. The widened parallel laser beam 5 need not necessarily be redirected by an adjusting mirror 4 and directed to the object 6 , but can also be directed directly to the object 6 , the laser light source 2 then being designed to be pivotable together with the optics 3 for adjusting the laser light beam is.
Wird als Peilmarke eine Fotozeile oder eine Flächenmatrix eingesetzt, kann ein zeilenweises optisches Abtasten der auf dem Schirm 13 abgebildeten Hell/Dunkel-Grenze von der Beleuchtungsseite her erfolgen.If a photo line or a surface matrix is used as the bearing mark, the light / dark boundary shown on the screen 13 can be optically scanned line by line from the illumination side.
Der Optik-Durchmesser wird vorzugsweise so gewählt, daß ein teilweises "Vorbeisehen" an dem Objekt 6 möglich wird.The optics diameter is preferably chosen so that a partial "looking past" the object 6 is possible.
Claims (8)
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