DE4341645A1

DE4341645A1 - Real-time object dynamic deformation measuring system

Info

Publication number: DE4341645A1
Application number: DE19934341645
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Bahr
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2013-12-08
Also published as: DE4341645C2

Abstract

The measuring system uses a number of signals transmitted in all directions from defined active electronic measuring points (I, II) on the measuring object and received by cooperating measuring points (II, I). The received signals are combined for evaluation to determine the momentary spacing between the measuring points during the dynamic deformation. Pref. the measuring points are operated individually as transmitters and receivers in a given sequence, with the number of measuring points being greater than the theoretical number required for the deformation measurement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bedarf an einem derartigen Verfahren besteht beispielsweise bei der Erfassung von Schwingungen in einem Bau teil oder bei der Untersuchung des Crashverhaltens von Kraft fahrzeugen. Die letztgenannten Untersuchungen werden bekanntlich so durchgeführt, daß das Fahrzeug mittels eines Schlittens mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gegen ein Hindernis gefahren und ermittelt wird, ob die dadurch hervorgerufenen Verformungen des Fahrzeugs günstig im Hinblick auf die Vermeidung gefähr licher Verletzungen der Fahrzeuginsassen ablaufen.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1. There is a need for such a method for example when detecting vibrations in a building part or in the investigation of the crash behavior of force vehicles. The latter investigations are known to be performed so that the vehicle by means of a carriage a predetermined speed against an obstacle and it is determined whether the deformations caused thereby of the vehicle cheap in terms of avoidance dangerous injuries to the vehicle occupants.

In gewissem Rahmen erhält man in dem letztgenannten Problemfall Aussagen über das Crashverhalten durch nach dem Verformungs vorgang erfolgende Vermessung des das Meßobjekt darstellenden Kraftfahrzeugs, jedoch ist nicht auszuschließen, daß während des Verformungsvorgangs, d. h. zwischenzeitlich, örtliche Verformun gen auftreten, die anschließend wieder rückgängig gemacht werden und die im Hinblick auf die Verletzungsgefahr, die sie für die Fahrzeuginsassen darstellen, gefährlich sind.To a certain extent you get in the latter case Statements about the crash behavior due to the deformation the process of measuring the object to be measured Motor vehicle, but it cannot be excluded that during the Deformation process, d. H. in the meantime, local deformation conditions that are subsequently reversed and in terms of the risk of injury they cause for the Represent vehicle occupants, are dangerous.

Bei Schwingungsuntersuchungen an Bauteilen, beispielsweise groß flächigen Blechteilen, ist eine derartige nachträgliche Vermes sung nicht möglich, da hier keine bleibenden Verformungen auf treten. Hier verwendet man relativ komplizierte, mit Lasern ausgerüstete Schwingungsanalysatoren, deren Einsatz jedoch bei komplizierten Prüflingen schwierig ist. Beim Einsatz von Video kameras können Beleuchtungsschwierigkeiten auftreten.For vibration tests on components, for example large flat sheet metal parts, is such a subsequent measurement not possible because there are no permanent deformations to step. Here you use relatively complicated, with lasers equipped vibration analyzers, but their use at complicated test objects is difficult. When using video cameras may experience lighting problems.

Bereits aus diesen einleitenden Betrachtungen erhellt, daß ein brauchbares gattungsgemäßes Meßverfahren im allgemeinsten Fall einer Vielzahl von Bedingungen genügen muß:Already from these preliminary considerations it is clear that a usable generic measurement method in the most general case a variety of conditions must meet:

Der Meßort und seine Umgebung können sich unvorhersagbar im Raum bewegen. Die Komponenten der Meßeinrichtung können starken Beschleunigungen und Erschütterungen ausgesetzt sein. In dem Meßobjekt vorgesehene Einbauten, bei Crashuntersuchungen bei spielsweise Dummies oder eine Crash-Instrumentierung, dürfen durch die Einrichtungen zur Durchführung des Meßverfahrens nicht behindert werden. Gegebenenfalls müssen mehrere Meßorte während ein und desselben Versuchs vermessen werden, damit beispielswei se prüflingsinterne Kollisionen festgestellt werden können. Sehr häufig besteht innerhalb des Meßobjekts auch keine freie Sicht verbindung zwischen allen Meßorten, und zwar entweder dauernd oder, beispielsweise bei Crashversuchen, kurzzeitig durch herum fliegende Teile.The measurement site and its surroundings can be unpredictably in space move. The components of the measuring device can be strong Exposure to accelerations and shocks. By doing Built-in objects to be measured, in crash tests for example dummies or a crash instrumentation not by the facilities for carrying out the measurement process be hindered. If necessary, several measuring locations must be used during one and the same experiment are measured, for example internal collisions can be determined. Very often there is no unobstructed view within the measurement object connection between all measuring locations, either permanently or, for example in crash tests, for a short time around flying parts.

Betrachtet man unter diesen Bedingungen bekannte Verfahren zur Wegmessung, so sind sie aus unterschiedlichen Gründen nicht geeignet:Considering known methods for Path measurement, they are not for different reasons suitable:

Von vornherein scheiden mechanische Tastsysteme und induktive Wegtaster aus.Mechanical touch probes and inductive separates from the outset Way switch off.

Die bekannten berührungslos arbeitenden Meßverfahren können aufgrund bestimmter Gemeinsamkeiten in drei Gruppen unterteilt werden:The known contactless measuring methods can divided into three groups due to certain similarities become:

Bei einer ersten Gruppe sind Sender und Empfänger starr zueinan der ausgerichtet, das Meßsignal wird am Meßobjekt reflektiert. In a first group, the transmitter and receiver are rigidly connected to one another which is aligned, the measurement signal is reflected on the measurement object.

Diese Verfahren verwenden in der Regel berührungslos arbeitende Wegmeßgeräte mit einem signalabstrahlenden Sender und einem im gleichen Gehäuse untergebrachten Empfänger für das am Meßort re flektierte Signal. Benutzt werden Ultraschall-, Licht- und Funk wellen (Radar). Ausgewertet wird entweder nach Triangulations verfahren der Winkel des reflektierten Strahls oder die Laufzeit des Signals zwischen Aussendung und Empfang nach Reflexion.These methods usually use non-contact ones Position measuring devices with a signal emitting transmitter and an im same housing housed receiver for the right at the measurement site inflected signal. Ultrasound, light and radio are used waves (radar). Evaluation is carried out either according to triangulations move the angle of the reflected beam or the transit time the signal between transmission and reception after reflection.

Diese Verfahren erfordern jedoch eine genaue Ausrichtung der Meßeinrichtungen in Bezug auf den gewünschten Meßort, wozu bei Verwendung von Ultraschall und Funkwellen spezielle Sicht- bzw. Hörgeräte erforderlich sind. Sind diese nicht einsetzbar, kommen nur Geräte mit Strahlung im sichtbaren Bereich in Frage, die aber vergleichsweise leistungsschwach sind. Auch besteht die Möglichkeit elastischer Verformungen des Meßobjekts am Montage ort des Meßgeräts, die über den Lichtzeigereffekt zu Wegmeß fehlern führen.However, these procedures require precise alignment of the Measuring equipment in relation to the desired measuring location, for which purpose Use of ultrasound and radio waves special visual or Hearing aids are required. If these cannot be used, come only devices with radiation in the visible range in question that but are comparatively underperforming. It also exists Possibility of elastic deformation of the measurement object on assembly location of the measuring device, which uses the light pointer effect to measure lead to mistakes.

Hinzu kommen schließlich Fehlermöglichkeiten bzw. Begrenzungen der Einsatzmöglichkeiten durch unzulässige Abschattungseffekte, zu niedrige Meßrate sowie Störeinflüsse durch Schall, wie er beispielsweise bei Crashversuchen durch berstende Teile und sich entfaltende Airbags entsteht.Finally, there are potential errors or limitations the possible uses due to inadmissible shading effects, too low measuring rate and interference caused by sound, such as it for example in crash tests due to bursting parts and themselves deploying airbags.

Eine zweite Gruppe bekannter Wegmeßverfahren arbeitet mit einem oder zwei zentralen Empfängern, die Kameras enthalten. Darunter fallen alle Empfänger mit einem ausgedehnten Bildfeld. Bekannte Verfahren sind die Stereoskopie, das Lichtschnittverfahren und Gitter- bzw. Moir´verfahren.A second group of known measuring methods works with one or two central receivers that contain cameras. Underneath all receivers fall with an extended image field. Known The procedures are stereoscopy, the light section procedure and Grid or Moir method.

Dem Einsatz dieser Verfahren unter den eingangs genannten er schwerenden Bedingungen stehen lange Rechenzeiten, die Notwen digkeit einer sehr genauen Ausrichtung aller optischen Elemente relativ zueinander und dabei insbesondere die Vermeidung von Kippfehlern der Kamera entgegen.The use of this method under the above he difficult conditions are long computing times, the necessities a very precise alignment of all optical elements relative to each other and in particular the avoidance of Tilting errors towards the camera.

Schließlich ist es prinzipiell möglich, Bewegungen und Verfor mungen mit Hilfe von Beschleunigungssensoren durch zweifache In tegration ihrer Ausgangssignale zu bestimmen. Selbst bei Verwen dung einer großen Anzahl von Beschleunigungssensoren erlaubt dieses Verfahren jedoch keine absolute Koordinatenmessung, son dern nur die Ermittlung von Relativbewegungen. Problematisch ist hierbei, daß Verkippungen der Sensoren mit gemessen und demgemäß bei der Ermittlung der Bahn des betreffenden Objektpunktes be rücksichtigt werden müssen.After all, in principle it is possible to move and deform measurements with the help of acceleration sensors through double In tegration of their output signals. Even with us allows a large number of acceleration sensors this method, however, is not an absolute coordinate measurement, son only the determination of relative movements. Is problematic here that tilting of the sensors is measured and accordingly be in determining the path of the object point in question must be taken into account.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein gattungs gemäßes Verfahren zu schaffen, das auch unter den eingangs auf gezählten erschwerenden Bedingungen, wie sie beispielsweise bei Schwingungsmessungen an Bauteilen und bei Crashversuchen vor liegen, mit geringem meßtechnischen Aufwand und mit hoher Ge nauigkeit dynamische dreidimensionale Verformungen quantitativ und in Echtzeit-Messung zu erfassen gestattet.The invention is therefore based on the object, a genus to create the appropriate procedure, which also applies to the above counted aggravating conditions, such as in Vibration measurements on components and in crash tests lie, with little metrological effort and with high Ge accuracy dynamic three-dimensional deformations quantitative and recorded in real-time measurement.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreiben die Unteran sprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training Applications of the method according to the invention describe the Unteran claims.

Wie sich gezeigt hat, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren Meßraten von mindestens 1000 Messungen pro Sekunde und Meßort während einer gesamten Meßdauer in der Größenordnung von Sekunden erzielen. Eine Behinderung des Meßobjekts selbst sowie in diesem angeordneter weiterer Meßeinrichtungen (z. B. Dummies in einem Kraftfahrzeug) sind vermieden; das Gewicht der am Meßobjekt anzubringenden Sender-Empfänger-Anordnungen ist so klein, das dadurch das Verhalten der Meßobjekte nicht beeinflußt wird. In Zusammenhang damit steht der Vorteil, daß eine Vielzahl von Meßorten gleichzeitig vermessen werden kann.As has been shown, the Ver drive measuring rates of at least 1000 measurements per second and Measurement location during the entire measurement period in the order of magnitude Achieve seconds. A hindrance to the test object itself as well further measuring devices (e.g. dummies in a motor vehicle) are avoided; the weight of the am Transmitter-receiver arrangements to be attached is so small, which does not affect the behavior of the test objects becomes. In connection with this is the advantage that a variety can be measured simultaneously from measuring locations.

Durch die hohe Flexibilität bei der Auswahl der Meßorte und damit der Anbringungsstellen für die Meßortmarken können Ab schattungsprobleme, d. h. meßobjektbedingte Unterbrechungen des Sichtkontaktes zwischen verschiedenen Meßortmarken, vermieden werden. Im übrigen sind einzelne derartige Abschattungen un schädlich, da eine Vielzahl von Meßortmarken verwendet und dadurch ein Redundanzeffekt erzielt werden kann.Due to the high flexibility in the choice of measuring locations and so that the attachment points for the measuring point marks can from shading problems, d. H. interruptions of the measurement object Visual contact between different measuring point marks, avoided become. For the rest, individual such shadows are un harmful since a large number of measuring point marks are used and a redundancy effect can be achieved.

Als weiterer Vorteil ist schließlich die Vermeidung von Einmeß vorgängen anzuführen.Another advantage is the avoidance of calibration to lead operations.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also an allen in teressierenden Meßorten gleichartige, omnidirektional (also möglichst ungerichtet sendende und empfangende) wirkende aktive elektronische Meßortmarken befestigt; einen zentralen Empfänger (wie bei der Kameratechnik) gibt es nicht. Unter einer derar tigen Meßortmarke wird im allgemeinsten Sinne ein möglichst kleines (zur Zeit realisierbar: wenige cm³) Licht-, Schall- oder Funksignale (ungerichtet) in den Raum aussendendes und ebenso empfangendes Gerät verstanden. Wegen des kleinen Bauvolumens empfiehlt sich die Verwendung von Infrarot-Sendedioden und PIN- Fotodioden als Empfänger. Im folgenden wird daher vorwiegend auf derartige optoelektronisch arbeitende Meßortmarken Bezug genom men.In the method according to the invention, all in interesting measuring sites of the same kind, omnidirectional (i.e. active and as far as possible sending and receiving) electronic measuring point tags attached; a central recipient (as with camera technology) does not exist. Under one derar term measurement mark is in the most general sense a possible small (currently realizable: a few cm³) light, sound or Radio signals (omnidirectional) emitting into the room as well receiving device understood. Because of the small construction volume it is recommended to use infrared transmit diodes and PIN Photodiodes as receivers. The following is therefore mainly based on such optoelectronically working measuring point markings genome men.

Dabei ist es zweckmäßig, zur Erleichterung des Ausschaltens (Filterung) von Umgebungslichteinflüssen die ausgesendete Strahlung beispielsweise sinusförmig mit einer entsprechenden Frequenz, beispielsweise 25 MHz, zu modulieren.It is useful to facilitate switching off (Filtering) of ambient light influences the emitted Radiation, for example, sinusoidal with a corresponding one Frequency, for example 25 MHz, to be modulated.

Alle derartigen Meßortmarken werden nach ihrem Einbau über je ein Verbindungskabel mit einem Auswertegerät verbunden, das den Meßablauf so steuert, daß zyklisch fortschreitend beispielsweise für jeweils 100 µs jeweils nur eine Meßortmarke sendet und alle Meßortmarken auf Empfang geschaltet sind. Das Empfangssignal in einer von einer sendenden Meßortmarke verschiedenen Meßortmarke ist nicht nur um die entfernungsproportionale Signallaufzeit zwischen den beiden Meßortmarken verzögert, sondern gegenüber einem festen Bezugszeitpunkt im Meßobjekt auch durch unvermeid liche Laufzeiten in der Elektronik der sendenden Meßortmarke und in der Elektronik der empfangenden Meßortmarke. Im allgemeinsten Falle empfängt auch die sendende Meßortmarke ihre eigenen Signa le, so daß bei insgesamt n Meßortmarken dem Auswertegerät in jedem Meßzyklus n Entfernungssignale zur Verfügung stehen. Diese enthalten jedoch die angesprochenen störenden Laufzeiten, die sich noch dazu mit der Temperatur stark ändern können.All such measuring marks are after their installation over a connecting cable connected to an evaluation device that the Controls the measuring sequence so that it progresses cyclically, for example for each 100 µs sends only one measuring point marker and all Measuring point marks are switched to reception. The received signal in a measuring point marker different from a sending measuring point marker is not just about the distance-proportional signal propagation time delayed between the two measuring points, but opposite a fixed reference point in the measurement object also through unavoidable times in the electronics of the sending measuring point mark and in the electronics of the receiving location marker. In general Trap also receives the sending measurement tag its own signa le, so that with a total of n measuring points the evaluation device in n distance signals are available for each measuring cycle. These contain the disruptive runtimes mentioned, however can also change significantly with the temperature.

Zur Ausschaltung derartiger nachteiliger Einflüsse kann gemäß Anspruch 5 eine Längenmessung einer Referenzstrecke bekannter Länge erfolgen. Dies erfordert jedoch zusätzliche Einrichtungen. Bei Verwendung optoelektronischer Meßortmarken muß mittels Kipp spiegeln oder rotierender Lochscheiben eine Umlenkung des Licht- Weges vorgenommen werden. Derartige Zusatzeinrichtungen können in bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise für Crashunter suchungen an Fahrzeugen, Unterbringungsschwierigkeiten bereiten; sie sind ferner für hohe Beschleunigungen ungeeignet.To eliminate such adverse influences, according to Claim 5 a length measurement of a reference route known Length. However, this requires additional facilities. When using optoelectronic measuring point markers, use a tilt reflect or rotating perforated disks a deflection of the light Way. Such additional devices can in certain applications, for example for crash runners searches on vehicles, accommodation difficulties; they are also unsuitable for high accelerations.

In diesem Fall ist die im Anspruch 7 angegebene Verfahrens variante günstiger, die auch ihre eigenen Sendesignale erfas sende Meßortmarken verwendet.In this case, the method specified in claim 7 variant cheaper, which also recorded its own transmission signals send location marks used.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Verwendung omnidirektional, also ungerichtet, aussendender und empfangender Meßortmarken schließt Störungen durch Verkippungen der Marken aus und gibt große Freiheit in ihrer Anordnung. Im Idealfall er folgt die Signalabstrahlung kugelförmig, auf jeden Fall so, daß sich eine Eigenschaft der Signale in Abhängigkeit von dem radi alen Abstand zu dem jeweiligen Sensor derart deutlich verändert, daß es meßtechnisch als Entfernungssignal ausgewertet werden kann. Da Ultraschallsignale sich relativ langsam ausbreiten, müssen zur Erzielung einer hohen Meßrate elektromagnetische Wellen als Signalträger verwendet werden. Hier sind sowohl die Intensität der Strahlung als auch ihre Laufzeit entfernungsab hängig, so daß beide Effekte ausgenutzt werden können. Da es jedoch schwierig ist, eine gleichmäßige Leistungsabstrahlung in den Raum zu erreichen, und da ferner im allgemeinsten Falle Störeinflüsse durch sich während der Meßperiode ändernde Re flexionsverhältnisse im Meßobjekt gegeben sein können, stellt die Messung der jeweiligen Laufzeit einer elektromagnetischen Welle im sichtbaren Bereich (Licht) zwischen den Meßortmarken die günstigste Lösung dar. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des jeweiligen Signals ist in allen Richtungen gleich groß. Eine ungleichmäßige Leistungsabstrahlung in verschiedenen Richtungen kann toleriert werden, sofern nur jede empfangende Meßortmarke ein auswertbares Signal erhält.The intended use in the method according to the invention omnidirectional, i.e. non-directional, sending and receiving Measuring point marks exclude disturbances due to tilting of the marks and gives great freedom in their arrangement. Ideally, he the signal radiation follows spherically, in any case in such a way that a property of the signals depending on the radi the distance to the respective sensor has changed significantly, that it can be evaluated as a distance signal can. Since ultrasound signals propagate relatively slowly, must be electromagnetic to achieve a high measurement rate Waves can be used as signal carriers. Here are both Intensity of the radiation as well as its duration from distance pending so that both effects can be exploited. Because it however, it is difficult to get even power radiation in to reach the room, and furthermore in the most general case Interference from changing Re during the measurement period can be given in the object under test the measurement of the respective runtime of an electromagnetic Wave in the visible range (light) between the measurement points the cheapest solution. The speed of propagation of the each signal is the same size in all directions. A uneven power radiation in different directions can be tolerated if only each receiving measurement point receives an evaluable signal.

Wegen der äußerst kurzen Laufzeiten stellt dieses Meßprinzip hohe Ansprüche an die verwendeten Komponenten und Schaltungen. Daher ist optimal, die Laufzeit von Impulsen nicht direkt zu messen, sondern in Form der Phasenverschiebungen zwischen den ausgesendeten und empfangenen Wellen. Diese Lösung bietet auch die vorteilhafte Möglichkeit, auf bekannte, bewährte Schaltungen zur Phasenwinkelmessung zurückgreifen zu können. So sind Entfer nungsmessungen nach der Phasenwinkelmethode beispielsweise für Andockmanöver im Weltraum, autonome Roboter und Fahrzeuge sowie die geodätische Landvermessung bekannt. Allerdings stellen in diesen bekannten Einsatz fällen die Signallaufzeiten in den ver schiedenen elektronischen Einrichtungen kein Problem dar, da sie gegenüber den meßtechnisch zu erfassenden Laufzeiten verschwin dend klein bzw. durch Vermessung einer Referenzstrecke elimi nierbar sind. Bei einem Verfahren zur Echtzeit-Messung von dyn amischen dreidimensionalen Verformungen eines Meßobjekts, wie es die Erfindung darstellt, kann es demgegenüber, wie bereits oben ausgeführt, erforderlich sein, diese "driftenden" störenden Laufzeiten auch unter hohen Beschleunigungen zu eliminieren.Because of the extremely short transit times, this measuring principle high demands on the components and circuits used. It is therefore optimal that the duration of impulses does not increase directly measure, but in the form of phase shifts between the emitted and received waves. This solution also offers the advantageous way to known, proven circuits to be able to use the phase angle measurement. So are distance voltage measurements using the phase angle method, for example for Docking maneuvers in space, autonomous robots and vehicles as well known the geodetic land survey. However, in this known use fall the signal runtimes in the ver various electronic devices are not a problem since they compared to the runtimes to be measured dend small or by measuring a reference distance elimi nable. In a method for real-time measurement of dyn Amic three-dimensional deformations of an object as it represents the invention, in contrast, as already above executed, these "drifting" disruptive Eliminate run times even under high accelerations.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 die wesentlichen Bestandteile der Einrichtung, jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen reduziert auf die Darstellung der Verhältnisse im Bereich von zwei Meßort marken, darstellt, während Fig. 2 ein in einem Crashversuch zu untersuchendes Kraftfahrzeug mit mehreren Meßortmarken in Drauf sicht und Fig. 3 die räumliche Anordnung der Meßortmarken wiedergibt.The method according to the invention is explained below with reference to the drawing, FIG. 1 of which represents the essential components of the device, but for reasons of clarity reduced to the representation of the conditions in the region of two measuring points, while FIG. 2 shows a motor vehicle to be tested in a crash test with several measurement marks in a top view and FIG. 3 shows the spatial arrangement of the measurement marks.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so sind bei I und II zwei im Signalaustausch stehende Meßortmarken dargestellt. Gemeinsam ist beiden Meßortmarken I und II (sowie den weiteren, nicht darge stellten Meßortmarken an dem Meßobjekt) der Signalgenerator 1, der eine mit beispielsweise 25 MHz modulierte Sinuswelle er zeugt; diese wird in dem betrachteten Zeitpunkt über den Schal ter 2 der Meßortmarke I zugeführt, die sie als Signal kugel förmig abstrahlt. Während des Sendebetriebs von Meßortmarken I ist der Schalter 3 geöffnet, d. h. die Meßortmarke II arbeitet dann nur als Empfänger.Looking first at FIG. 1, two measuring point marks in signal exchange are shown at I and II. Common to both measuring point marks I and II (as well as the further measuring point marks not shown on the measurement object) is the signal generator 1 , which generates a sine wave modulated with, for example, 25 MHz; this is fed in at the time under consideration via the switch ter 2 of the measuring point I, which emits it as a signal in the form of a sphere. During the transmission operation of measuring point marks I, switch 3 is open, ie measuring point mark II then only works as a receiver.

Die Signalabstrahlung erfolgt in den Meßortmarken I und II über Treiberstufen 4 und 5 sowie Sendedioden 6 und 7. Im Weg der empfangenen Signale finden sich in den beiden Meßortmarken I und II Empfangsdioden 7 und 8, Störunterdrückungsschaltungen 9 und 10 sowie Signalverstärker 11 und 12; die verstärkten Signale werden über Signalaufbereitungen 13 und 14 (Automatic Gain Control) Einrichtungen 15 und 16 zur Phasendifferenzmessung zwischen den Ausgangssignalen des Generators 1 und den jeweils empfangenen Signalen zugeführt. Die Ergebnisse der Einheiten 15 und 16 gelangen - ebenso wie über die Leitungen 17 und 18 zuge führte Gütesignale - in die Zentraleinheit 19 des Auswertegeräts 20, das außerhalb des Prüflings ortsfest oder - bei Crashver suchen - im Fahrzeug angeordnet ist. Die Zentraleinheit 19 enthält Untereinheiten zur Ablaufsteuerung, zur Driftelimination und zur Koordinatenberechnung; ihre Ausgänge 21 führen zu einem speichernden Anzeigegerät.The signal radiation takes place in the measurement location marks I and II via driver stages 4 and 5 and transmission diodes 6 and 7 . In the path of the received signals, the two measuring points I and II contain receiving diodes 7 and 8 , interference suppression circuits 9 and 10 and signal amplifiers 11 and 12 ; the amplified signals are fed via signal preparations 13 and 14 (automatic gain control) devices 15 and 16 for phase difference measurement between the output signals of the generator 1 and the respectively received signals. The results of the units 15 and 16 , as well as quality signals supplied via the lines 17 and 18 , arrive in the central unit 19 of the evaluation device 20 , which is arranged outside the test object or, in the case of Crashver, in the vehicle. The central unit 19 contains subunits for sequence control, for drift elimination and for coordinate calculation; their outputs 21 lead to a storage display device.

Die Zuordnung sogenannter Gütesignale, gegeben durch das Signal- Rauschverhältnis, zu den einzelnen Entfernungsmessungen ermög licht eine Aussage über die "Qualität" der jeweiligen Messung. Bei Redundanz können dann die meßtechnisch sichersten Meßer gebnisse für die Auswertung ausgewählt werden. The assignment of so-called quality signals, given by the signal Noise ratio to the individual distance measurements provides a statement about the "quality" of the respective measurement. In the case of redundancy, the safest knives can then be used results are selected for evaluation.

Betrachtet man nun die Verhältnisse zwischen den beiden Meßort marken I und II, so erfahren die von der Meßortmarke I zur Meß ortmarke II ausgesendeten Signale eine Phasenverschiebung ϕ₁₂; die - betragsmäßig gleich große - Phasenverschiebung der von der Meßortmarke II ausgesendeten Signale ist mit ϕ₂₁ bezeichnet. Während diese Phasenverschiebungen variabel sind, nämlich von dem jeweiligen Wert des Abstands zwischen den beiden Meßortmar ken I und II abhängen, sind die Phasenverschiebungen ϕ₁₁ und ϕ₂₂, die die von den Meßortmarken empfangenen eigenen Signale erfahren haben, konstant und gleich groß, da gleichartige Meß ortmarken verwendet sind.If we now consider the relationships between the two measuring locations marks I and II, so learn from the measurement point I to the measurement location mark II emitted signals a phase shift ϕ₁₂; the - in terms of amount - the phase shift of that of the Measuring point mark II emitted signals is denoted by ϕ₂₁. While these phase shifts are variable, namely from the respective value of the distance between the two measuring locations ken I and II depend, the phase shifts are ϕ₁₁ and ϕ₂₂, the own signals received from the measuring points have experienced, constant and the same size, because of the same measurement location marks are used.

Das Entsprechende gilt auch für die im Sendestrang und im Empfangsstrang der Meßortmarken I und II hervorgerufenen, störenden Phasenverschiebungen. Die im Sendestrang der Meßort marke I auftretende Phasenverschiebung ist mit ϕ_S1, die in ihrem Empfangsstrang auftretende Phasenverschiebung mit ϕ_E1 bezeich net. Für die Meßortmarke II sind die entsprechenden internen Phasenverschiebungen mit ϕ_S2 und ϕ_E2 bezeichnet. Gegenüber der Phase des Ausgangssignals des Generators 1 ermitteln die Einhei ten 15 und 16 daher folgende resultierende Phasenabweichungen:The same also applies to the disturbing phase shifts caused in the transmission line and in the reception line of the measurement location marks I and II. The phase shift occurring in the transmission line of the measurement location mark I is denoted by ϕ _S1 , the phase shift occurring in its reception line is denoted by ϕ _E1 . The corresponding internal phase shifts for the measurement location mark II are designated ϕ _S2 and und _E2 . Compared to the phase of the output signal of generator 1, units 15 and 16 therefore determine the following resulting phase deviations:

Φ₁₂ = ϕ_S1 + ϕ₁₂ + ϕ_E2
Φ₁₁ = ϕ_S2 + ϕ₁₁ + ϕ_E1.Φ₁₂ = ϕ _S1 + ϕ₁₂ + ϕ _E2
Φ₁₁ = ϕ _S2 + ϕ₁₁ + ϕ _E1 .

Dies gilt für den Fall des Betriebs der Meßortmarke I als Sen der. Sobald der Generator 1 von Meßortmarke I abgeschaltet und (durch Schließen des Kontakts 3) auf Meßortmarke II aufgeschal tet wird, ergeben sich folgende resultierende Phasenverschiebun gen:This applies to the operation of the measurement site mark I as a sen. As soon as the generator 1 is switched off from the measuring point I and (by closing the contact 3 ) switched to the measuring point II, the following resulting phase shifts result:

Φ₂₁ = ϕ_S2 + ϕ₂₁ + ϕ_E1
Φ₂₂ = ϕ_S2 + ϕ₂₂ + ϕ_E2.Φ₂₁ = ϕ _S2 + ϕ₂₁ + ϕ _E1
Φ₂₂ = ϕ _S2 + ϕ₂₂ + ϕ _E2 .

Durch Differenzbildung innerhalb der beiden Gleichungssysteme und Addition der daraus erhaltenen Werte erhält man schließlich den doppelten Wert der gesuchten Phasenverschiebung ϕ₁₂ zuzüg lich einer Konstante, die eingeeicht werden kann. By forming differences within the two systems of equations and addition of the values obtained therefrom is finally obtained double the value of the phase shift gesuchten₁₂ sought Lich a constant that can be calibrated.

In Fig. 2 ist bei 30 der mit Sitzen 31 und 32 ausgestattete In nenraum eines Kraftfahrzeugs angedeutet, das mit mehreren Meß ortmarken I bis VI versehen ist. Dabei dienen die Meßortmarken I bis IV zur Festlegung eines räumlichen Koordinatensystems. So markiert beispielsweise die Meßortmarke I den Ursprung des Koor dinatensystems, die Marke II die x-Achse und die Marke III die x-y-Ebene. Von der Meßortmarke IV braucht nur noch bekannt zu sein, daß sie eine positive z-Koordinate (senkrecht zur Zeichen ebene) besitzt, damit die Position jeder weiteren Meßortmarke durch die entsprechend Fig. 1 gemessenen Streckenlängen eindeu tig bestimmt werden kann. Da jeder lineare Abstand zwischen den Meßortmarken gemessen wird, ist das so gebildete, in Fig. 3 durch unterbrochene Linien angedeutete "Stabwerk" bei einer Anzahl von Meßortmarken größer als vier überbestimmt, so daß infolge dieser Redundanz im System einzelne zeitweise ausfallen de Meßstrecken (z. B. infolge durch sie hindurchfliegender Gegenstände) toleriert werden können. Die Berechnung der Koordi naten erfolgt dann durch Anwendung einfacher geometrischer Zu sammenhänge.In Fig. 2 is indicated at 30 of the seats 31 and 32 In nenraum of a motor vehicle, which is provided with several measuring points I to VI. The measurement location marks I to IV serve to define a spatial coordinate system. For example, the measurement location mark I marks the origin of the coordinate system, the mark II the x-axis and the mark III the xy-plane. From the measuring point IV only needs to be known that it has a positive z coordinate (perpendicular to the plane of the drawing) so that the position of each further measuring point can be determined unambiguously by the track lengths measured according to FIG. 1. Since each linear distance between the measuring point marks is measured, the "rod structure" thus formed, indicated by broken lines in FIG. 3, is overdetermined for a number of measuring point marks greater than four, so that as a result of this redundancy in the system, individual temporarily missing measuring sections (e.g. B. due to objects flying through them) can be tolerated. The coordinates are then calculated using simple geometric relationships.

Bei Vorliegen einer derartigen Redundanz können bereits anhand der Beschreibung der Fig. 1 erwähnte Gütesignale für jede gemessene Entfernung dazu dienen, die mit der größten Meßsicher heit ermittelten Entfernungen zwischen Meßortmarken für die Auswertung in der zentralen Einheit 19 auszuwählen. Möglich ist jedoch auch die unmittelbare Anwendung von Methoden aus der Mechanik: Da das Gütesignal nicht nur eine Gut/Schlecht-Ent scheidung enthält, sondern einen Gütegrad darstellt, können die gemessenen Entfernungen als Stablängen eines überbestimmten Stabwerkes interpretiert werden; der Gütegrad jedes Stabes entspricht seiner Steifigkeit. Die Knotenpunkte des Stabwerkes sind die Stellen von Meßortmarken, die vor allem durch Stäbe hoher Steifigkeit bestimmt sind. Die "weicheren" Stäbe tragen jedoch auch zur Ermittlung der Stelle bei.In the presence of such redundancy, the quality signals already mentioned with reference to the description of FIG. 1 can be used for each measured distance to select the distances between measuring point marks determined with the greatest measurement certainty for the evaluation in the central unit 19 . However, it is also possible to use mechanical methods directly: since the quality signal not only contains a good / bad decision, but also represents a quality grade, the measured distances can be interpreted as bar lengths of an overdetermined rod structure; the quality grade of each bar corresponds to its rigidity. The nodes of the rod structure are the locations of measuring point marks, which are primarily determined by rods with high rigidity. However, the "softer" bars also help determine the location.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Verfahren geschaffen, das mit relativ geringem Meßaufwand und ohne Beein trächtigung der Vorgänge im Bereich des jeweiligen Meßobjektes die Echtzeit-Messung von dynamischen dreidimensionalen Verfor mungen des Meßobjekts auch unter scharfen Bedingungen ermög licht.Accordingly, the invention is a generic method created that with relatively little measurement effort and without legs impeding the processes in the area of the respective measurement object the real-time measurement of dynamic three-dimensional verfor Measurements of the test object even under harsh conditions light.

Claims

1. A method for real-time measurement of dynamic three-dimensional deformations of a measurement object, characterized in that at defined measurement locations of the measurement object, wireless signals emitting omnidirectionally as well as receiving such signals, active electronic measurement location marks (I, II) are fixed and deformed by linking their received signals Instantaneous values of the distances between the measurement points (I, II) are determined.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Measurement location marks (I, II) are given during each measurement process individually as a broadcaster and at least that each remaining measurement location mark operated as a receiver become.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that To increase the quality of the measurement, the number of measurement points (I, II) larger than that for measuring the deformation required number is selected.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that to determine the distances between each because two measuring point marks (I, II) the phase shifts ϕ₁₂, ϕ₂₁) between those sent and received by them Signals are detected.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized records that a to eliminate runtime influences Length measurement of a reference distance of known length takes place.

6. The method according to claim 5, characterized in that the Length measurement of the reference route in alternating sequence with the measuring processes for deformation measurement takes place.

7. The method according to claim 4, characterized in that for the elimination of runtime influences, the measuring points (I, II) also receive their own transmission signals (ϕ₁₁, ϕ₂₂), the associated self-receiving paths are known, and that the two measuring marks (I, II ) total phase shifts that occur between a signal generator assigned to a sending measuring point (I) and a phase shift measuring device ( 15 , 16 ) assigned to the other measuring point (II) are subtracted from each other.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized records that four measuring point marks (I-IV) to define a Coordinate system can be used.

9. The method according to any one of claims 1 to 8 characterized by optoelectronic measuring points (I, II) whose the radiation representing wireless signals with a that Filtering out ambient light influences enables Fre is modulated.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized records that it be for the detection of external forces deformations of a test object, especially one Motor vehicle is carried out.

11. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized records that it is used to detect vibrations in a measurement object is carried out.