DE69727632T2

DE69727632T2 - Dreidimensionale Formmessvorrichtung

Info

Publication number: DE69727632T2
Application number: DE69727632T
Authority: DE
Inventors: Chiyoharu Hamamatsu-shi Horiguchi; Shigeo Hamamatsu-shi Takahashi; Tetsuo Hamamatsu-shi Amano; Hiroyuki Hamamatsu-shi Matsuura; Koji Hamamatsu-shi Watase; Hideo Hamamatsu-shi Hiruma
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: EP0829231A3; TW349168B; KR19980019222A; CN1089891C; EP0829231A2; JPH10122850A; DE69727632D1; CN1176378A; EP0829231B1; KR100474165B1; JP3940826B2; US5850290A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dreidimensionale Formmeßvorrichtung zum Messen der dreidimensionalen Form einer Oberfläche eines Körpers in der Art des menschlichen Körpers.
Stand der Technik
Eine herkömmliche, bekannte dreidimensionale Formmeßvorrichtung ist in der japanischen Patentveröffentlichung Hei 5-71882 beschrieben. Diese dreidimensionale Formmeßvorrichtung ist, wie in den 13A und 13B dargestellt ist, so aufgebaut, daß sie einen Abstandsmeßring 120, in dem mehrere Erfassungsköpfe 121 zum Ermitteln von Abständen zur Oberfläche des Meßobjekts 2 umfänglich angeordnet sind, wobei die Gesamtanordnung vertikal beweglich eingerichtet ist, ein Führungselement 102 zum Führen der vertikalen Bewegung des Meßrings 120 und einen Antriebsmechanismus 103 zum Bewegen dieses Meßrings 120 aufweist. Bei dieser dreidimensionalen Formmeßvorrichtung wird das Meßobjekt 2 in der Art des menschlichen Körpers im Meßring 120 angeordnet, der Meßring 120 beim Betrieb der Erfassungsköpfe 121 nach oben und nach unten bewegt, werden Abstandsdaten jedes Erfassungskopfs 121 an jeder vertikalen Position des Meßrings 120 gesammelt und die Daten verarbeitet, wodurch die dreidimensionale Form der Oberfläche des Meßobjekts 2 gemessen wird. Weil das Gewicht des Meßrings 120 so groß ist, benötigt diese dreidimensionale Formmeßvorrichtung wegen ihrer Trägheit einige Zeit, bevor die Bewegungsgeschwindigkeit gleichmäßig wird. Um während dieses Zeitraums auch genaue Formmessungen auszuführen, werden die Positionen des Meßrings 120 erfaßt, und die Betriebszeit des Meßrings 120 wird mit derjenigen der Erfassungsköpfe 121 abgestimmt, wodurch die Form des Meßobjekts 2 genau gemessen werden soll.
Diese herkömmliche dreidimensionale Formmeßvorrichtung weist jedoch verschiedene nachstehend angeführte Probleme auf.
Erstens ist eine große Anzahl von Erfassungsköpfen 121 zum genauen Messen der Oberflächenform des Meßobjekts erforderlich, wodurch die Kosten erhöht werden. Weiterhin müssen sie genau in Richtung auf einen vorgegebenen Punkt (zur Mitte hin) angeordnet werden, wodurch das Einstellen schwierig wird. Hierfür war nach der Installation eine lange dauernde Einstellung durch einen Techniker erforderlich, wodurch die Einrichtungskosten zunahmen.
Zweitens werden, wenn die Oberfläche des Meßobjekts 2 Vorsprünge und Einsenkungen aufweist, beispielsweise wenn das Meßobjekt der menschliche Körper ist, Abschnitte unter der Achselhöhle und dem Schritt zwischen den Beinen, die vertiefte Abschnitte sind, durch die anderen Teile des Meßobjekts selbst, beispielsweise durch den Arm oder den Oberschenkel, unterbrochen, weil jeder Erfassungskopf 121 (Abstandssensor), der in dem Meßring 120 eingerichtet ist, auf die Mitte des Meßrings 120 ausgerichtet ist, wodurch keine genaue Messung der Form der vorstehenden oder eingesenkten Abschnitte möglich ist.
Drittens könnte, wenn das Meßobjekt ein hohes Gewicht aufweist, wie es beispielsweise beim menschlichen Körper der Fall ist, und wenn sich das Meßobjekt in der Meßvorrichtung befindet, ein Fall auftreten, in dem die Vorrichtung durch das Gewicht des Meßobjekts geringfügig verzerrt wird. In diesem Fall tritt eine Abweichung zwischen den relativen Positionen des Meßrings und des Meßobjekts auf, wodurch keine genaue Messung ermöglicht wird. Zum Lösen eines solchen Problems ist es vorstellbar, die Vorrichtung mit einer Struktur erhöhter Steifigkeit aufzubauen, indem der Rahmen der Vorrichtung verstärkt wird. Diese Struktur erhöht jedoch das Gewicht der Gesamtvorrichtung erheblich, wodurch die Arbeiten zur Montage und Installation der Vorrichtung erschwert werden und die Handhabbarkeit beeinträchtigt wird. Zusätzlich kann die Vorrichtung nur an Orten installiert werden, bei denen der Boden das Gewicht trägt, und die Installationsorte sind demgemäß begrenzt. Weiterhin werden hierdurch die Teilekosten der Vorrichtung erhöht.
Viertens ist die Messung auf Objekte beschränkt, die kleiner als der Bewegungsbereich des Meßrings sind. Wenn das Meßobjekt insbesondere ein großes Objekt ist, das höher als der Bewegungsbereich des Meßrings ist, kann die Form des Meßobjekts natürlich nur im Bewegungsbereich des Meßrings gemessen werden. Insbesondere gibt es Fälle, in denen die Formen der oberen und unteren Teile des Meßobjekts nicht gemessen werden können.
Fünftens wird die Messung ungültig gemacht, und das Meßobjekt kann den Meßring berühren, wodurch dieser beschädigt oder zerbrochen werden könnte, falls sich das zur Messung in die Vorrichtung eingesetzte Meßobjekt während der Messung bewegt.
Weil der Meßring sechstens schwer ist, muß ein großer Motor als eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Meßrings montiert werden, wodurch das Gewicht der Gesamtvorrichtung weiter erhöht wird und auch die zum Betrieb des Motors notwendige Leistung erhöht wird.
Andere Beispiele einer bekannten Meßvorrichtung sind in der britischen Patentanmeldung GB-A-2 069 690 und in der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 305 107 dargestellt.
Die vorliegende Erfindung soll die vorstehenden Probleme lösen. Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine dreidimensionale Form mit einer geringen Anzahl von Sensoren sicher zu messen. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine dreidimensionale Formmeßvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, auch die Form der Abschnitte unter der Achselhöhle und dem Schritt zwischen den Beinen sicher zu messen, wenn das Meßobjekt der menschliche Körper ist. Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine leichtgewichtige Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein schweres Objekt zu messen. Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Meßobjekt großen Umfangs sicher zu messen. Eine fünfte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die den Schutz des Sensors und die Sicherheit des Meßobjekts gewährleistet. Schließlich besteht eine sechste Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Betriebsleistung der Vorrichtung zu verringern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine dreidimensionale Formmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine dreidimensionale Abtastvorrichtung zum berührungslosen Ermitteln der dreidimensionalen Form eines in einem Meßraum plazierten Objekts, umfassend: einen beweglichen Rahmen, der so um den Meßraum herum angeordnet ist, daß er eine durch den Mittelpunkt des Meßraums verlaufende vorgegebene Achse umfängt, wobei der bewegliche Rahmen in Richtung der vorgegebenen Achse bewegbar angebracht ist, mehrere entlang einer Umfangsrichtung an dem beweglichen Rahmen angeordnete Sensoren zum Messen von Abständen zu Oberflächen verschiedener Bereiche des Objekts, wobei jeder der Sensoren die Entfernungen zu den Oberflächen der verschiedenen Bereiche des Objekts mißt, indem er von dem Objekt gestreutes oder reflektiertes Licht erfaßt, einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des beweglichen Rahmens in Richtung der vorgegebenen Achse, und einen Positionsgeber zum Erfassen und Ausgeben der Position des beweglichen Rahmens in Richtung der Achse, und eine Auswertungsvorrichtung zum Berechnen von Daten der Entfernung jedes der Sensoren von einer Oberfläche des Objekts an jeder Bewegungsposition des beweglichen Rahmens aufgrund der Ausgaben jedes der Sensoren und des Positionsgebers und zum Auswerten der dreidimensionalen Form der Oberfläche des Objekts aufgrund der Entfernungsdaten, dadurch gekennzeichnet, daß sich die optischen Achsen der Sensoren in einem vom Mittelpunkt des Meßraums in Richtung der vorgegebenen Achse verschiedenen Punkt innerhalb des Meßraums schneiden.
Bei dieser Vorrichtung wird das Meßobjekt im Meßraum plaziert, und die Abstände zwischen der Oberfläche des Meßobjekts und den Sensoren werden durch die mehreren Sensoren gemessen, die an dem beweglichen Rahmen angeordnet sind, während der bewegliche Rahmen in Richtung der vorgegebenen Achse bewegt wird. Diese Sensoren sind in den vorgegebenen Bereichen auf entgegengesetzten Seiten zum Meßraum konzentriert angeordnet. Dementsprechend sind die auf einer Seite angeordneten Sensoren entgegengesetzt zu den auf der anderen Seite angeordneten Sensoren eingerichtet. In dem Fall, in dem die Oberfläche des Meßobjekts Vorsprünge und Einsenkungen aufweist, wird die Messung so ausgeführt, daß die Vorsprünge und Einsenkungen aufweisende Oberfläche einem Sensor entgegengesetzt angeordnet ist, wodurch eine sichere Abstandsmessung der Vorsprünge und Einsenkungen aufweisenden Oberfläche erreicht wird. Während der Abstandsmessung durch die Sensoren werden auch die Positionen des beweglichen Rahmens bei der Abstandsmessung durch die Positionserfassungseinrichtung gemessen. Positionsdaten, welche dreidimensionale Koordinaten der Positionen der jeweiligen Sensoren bei der Abstandsmessung angeben, werden anhand der Positionen des beweglichen Rahmens erhalten. Anhand dieser Positionsdaten und der Abstandsdaten zwischen den Sensoren und der Oberfläche des Meßobjekts, die bei der Bewegung des beweglichen Rahmens ermittelt werden, werden dann die Positionsdaten erhalten, welche die dreidimensionalen Koordinaten von Positionen der Oberfläche des Meßobjekts im Meßraum angeben. Der Satz dieser Positionsdaten besteht aus dreidimensionalen Daten, welche die Form der Oberfläche des Meßobjekts angeben. Die dreidimensionale Form der Oberfläche des Vorsprünge und Einsenkungen aufweisenden Objekts kann auf diese Weise genau gemessen werden.
Weil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung so eingerichtet ist, daß die Orientierungen der Sensoren so verschieden sind, daß verhindert wird, daß alle Sensoren auf einen spezifischen Punkt im Meßraum gerichtet werden (oder auf eine spezifische gerade Linie parallel zur vorstehenden Achsenrichtung, auf der die Sensoren an verschiedenen Positionen in Achsenrichtung positioniert sind), kann, selbst dann, wenn die Oberfläche des Meßobjekts Vorsprünge und Einsenkungen aufweist, die Abstandsmessung für die Vorsprünge oder Einsenkungen aufweisende Oberfläche durch Plazieren des Meßobjekts, so daß die Vorsprünge oder Einsenkungen aufweisende Oberfläche auf einen Sensor gerichtet ist, wie gemäß der vorstehend beschriebenen Vorrichtung sicher ausgeführt werden. Die dreidimensionale Form der Oberfläche des Objekts kann in diesem Fall auch genau gemessen werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung so angeordnet werden, daß die Sensoren Abstände zum Meßobjekt durch Triangulierung erfassen, wobei jeder Sensor einen Lichtprojektionsabschnitt zum Projizieren von Licht auf das Meßobjekt und einen Lichtempfangsabschnitt, der in einem vorgegebenen Abstand vom Lichtprojektionsabschnitt angeordnet ist, zum Empfangen des von dem Meßobjekt gestreuten oder reflektierten Lichts aufweist, wobei der Lichtprojektionsabschnitt das Ablenken von Licht innerhalb eines vorgegebenen Winkels senkrecht zur Achsenrichtung bewirkt.
Diese Anordnung bewirkt, daß das vom Lichtprojektionsabschnitt projizierte Licht an der Oberfläche des Meßobjekts unregelmäßig reflektiert (gestreut) wird und ein Teil des reflektierten Lichts auf den Lichtempfangsabschnitt fällt, der im vorgegebenen Abstand vom Lichtprojektionsabschnitt angeordnet ist. Eine Dreiecksform wird durch Wege des vom Lichtprojektionsabschnitt über die Oberfläche des Meßobjekts zum Lichtempfangsabschnitt laufenden Lichts gebildet, und die Dreiecksform unterscheidet sich abhängig von der Position des Meßobjekts. Daher unterscheidet sich der Einfallswinkel oder die Einfallsposition des in den Lichtempfangsabschnitt eintretenden Lichts, wodurch der Abstand zur Oberfläche des Meßobjekts durch Triangulierung erhalten werden kann. Weiterhin ermöglicht das Ablenken von Licht senkrecht zur Achsenrichtung, daß ein Sensor Abstandsdaten entsprechend mehreren verschiedenen Oberflächenpositionen des Meßobjekts mißt. Es wird dadurch insbesondere eine genaue Messung durch eine kleine Anzahl von Sensoren ermöglicht, wodurch das Einstellen vereinfacht wird und die Herstellungskosten und die Einstellungskosten oder dergleichen bei der Installation verringert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung auch so angeordnet werden, daß die Abtastzentren der jeweiligen Lichtprojektionsabschnitte in den nebeneinander auf derselben Seite des beweglichen Rahmens angeordneten Sensoren einander ferner von den Sensoren als im Zentrum des Meßraums schneiden.
Weil bei dieser Anordnung jeder Sensor entgegengesetzt zum gegenüberliegenden Sensor angeordnet wird, wird die Messung in dem Fall, in dem die Oberfläche des Meßobjekts Vorsprünge und Einsenkungen aufweist, ausgeführt, wobei die Vorsprünge oder Einsenkungen aufweisende Oberfläche auf einen der Sensoren gerichtet ist, wodurch das Einfallen von Licht vom Lichtprojektionsabschnitt auf die Einsenkungen aufweisende Oberfläche weiter erleichtert wird und es leichter wird, daß der Lichtempfangsabschnitt das gestreute Licht empfängt. Daher kann die Messung, beispielsweise für die Formen der Abschnitte unter der Achselhöhle und dem Schritt des menschlichen Körpers, zuverlässig ausgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung so angeordnet werden, daß der Lichtempfangsabschnitt jedes Sensors in einem vorgegebenen Abstand in Achsenrichtung von den Lichtprojektionsabschnitten der anderen entgegengesetzten Sensoren angeordnet wird. Diese Anordnung verhindert selbst in dem Fall, in dem das Meßobjekt den Raum zwischen dem Lichtempfangsabschnitt jedes Sensors und den Lichtprojektionsabschnitten der dazu entgegengesetzten Sensoren nicht unterbricht, daß das Bestrahlungslicht von den Lichtprojektionsabschnitten direkt in die Lichtempfangsabschnitte der jeweiligen Sensoren eintritt. Auf diese Weise kann eine sehr genaue Messung bei einem geringeren Rauschen erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der bewegliche Rahmen U-förmig oder hufeisenförmig sein. In diesem Fall ist eine Seite des beweglichen Rahmens offen, und der Öffnungsabschnitt kann zum Einbringen des Meßobjekts oder dergleichen verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung weiter einen Aufnahmetisch aufweisen, auf dem das Meßobjekt im Meßraum plaziert wird. Diese Einrichtung ermöglicht die Messung bis hinab zum untersten Teil des Meßobjekts. Die abnehmbare Einrichtung dieses Aufnahmetisches ermöglicht eine sichere Messung der ganzen dreidimensionalen Form selbst eines großen Meßobjekts.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung weiter eine Innenwandabdeckung zum Trennen des Meßraums von einem Bewegungsraum des beweglichen Rahmens aufweisen. Diese Einrichtung trennt sicher den Meßraum vom Bewegungsraum des beweglichen Rahmens, wodurch eine sichere Messung gewährleistet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung weiter eine Innenwandabdeckung zum Trennen des Meßraums vom Bewegungsraum des beweglichen Rahmens aufweisen, wobei die Innenwandabdeckung Fenster zum Durchlassen von Licht in Abschnitte zwischen den Sensoren und dem Meßobjekt aufweist. Diese Einrichtung trennt sicher den Meßraum vom Bewegungsraum des beweglichen Rahmens und verhindert, daß in den Sensor eintretendes bzw. aus diesem austretendes Licht unterbrochen wird. Demgemäß gewährleistet die Einrichtung eine sichere und gewisse Messung.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung so eingerichtet werden, daß die Achsenrichtung im wesentlichen die Richtung der Schwerkraft ist, und die dreidimensionale Formmeßvorrichtung weiter ein oberhalb des Meßraums angeordnetes drehbares Element sowie ein flexibles, längliches Bauteil aufweist, das an einem Ende mit dem beweglichen Rahmen und am anderen Ende mit einem Gegengewicht mit im wesentlichen demselben Gewicht wie der bewegliche Rahmen verbunden ist, wobei das flexible, längliche Bauteil um das drehbare Element gehakt ist, wobei der Antriebsmechanismus das drehbare Element dreht, um das flexible, längliche Bauteil und damit den beweglichen Rahmen zu bewegen.
Diese Einrichtung gleicht den beweglichen Rahmen im wesentlichen mit dem Gegengewicht aus, das mit dem flexiblen, länglichen Bauteil verbunden ist, wodurch die zum Drehen des drehbaren Elements für das Bewegen des beweglichen Rahmens erforderliche Kraft verringert ist. Hierdurch ist die Bewegungswirksamkeit des beweglichen Rahmens erhöht und der Leistungsverbrauch der Vorrichtung verringert.
Die vorliegende Erfindung läßt sich vollständiger anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung und der anliegenden Zeichnung verstehen, wobei diese nur der Erläuterung dienen und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend anzusehen sind.
Der weitere Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung verständlich werden. Es ist jedoch zu verstehen, daß die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, wenngleich sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur der Erläuterung dienen, weil verschiedene Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen, Fachleuten anhand dieser detaillierten Beschreibung verständlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Gesamtansicht einer dreidimensionalen Formmeßvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie II- II aus 1,
3 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, in der die Anordnung des Sensors in der Vorrichtung aus 1 dargestellt ist,
4 ist eine erklärende Darstellung des Meßprinzips des Sensors aus 3,
5 ist eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Lichtempfangselements des 2 zugeordneten Sensors,
6 ist eine schematische, seitliche Schnittansicht der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung aus 1,
7 ist eine erklärende Darstellung eines Verarbeitungssystems der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung aus 1,
8 ist ein Blockdiagramm einer Steuertafel und ihrer Peripherievorrichtungen in der Vorrichtung aus 1,
die 9 bis 11 sind Darstellungen mehrerer Beispiele bevorzugter Orte von Sensoren in der dreidimensionalen Vorrichtung aus 1, wobei die jeweiligen Figuren Beispiele zeigen, bei denen die Anzahl der Sensoren 6, 4, 5 oder 8 ist,
12 ist eine Darstellung eines nicht bevorzugten Anordnungsbeispiels, wobei zum Vergleich mit den Beispielen aus den 9 bis 11 vier Sensoren in der dreidimensionalen Vorrichtung aus 1 angeordnet sind, und
die 13A und 13B sind strukturelle Darstellungen der herkömmlichen dreidimensionalen Formmeßvorrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden anhand der anliegenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung sind die gleichen Elemente mit den gleichen Symbolen bezeichnet, und es wird auf eine redundante Beschreibung verzichtet. Es sei auch bemerkt, daß die Abmessungen und Verhältnisse der Zeichnung nicht immer mit jenen in der Beschreibung übereinstimmen.
1 ist eine schematische Gesamtansicht der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine horizontale Schnittansicht der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung 1. Wie in 1 dargestellt ist, ist die dreidimensionale Formmeßvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Vorrichtung zum Messen der Form des menschlichen Körpers (der Kontur des Körpers, einer Teilkonfiguration des Körpers usw.), wenn der menschliche Körper 2 ein Meßobjekt ist. Innerhalb der Vorrichtung befindet sich ein Meßraum 11, und ein beweglicher Rahmen 3 ist entlang dem Meßraum 11 vertikal beweglich angeordnet. Der bewegliche Rahmen 3 dient dem schrittweisen Messen der Form des menschlichen Körpers 2 entlang der vertikalen Richtung, und mehrere Sensoren 4 sind daran entlang der Umfangsrichtung des beweglichen Rahmens 3 eingerichtet. Die Form dieses beweglichen Rahmens 3 kann den Meßraum 11 umgeben, der beispielsweise hufeisenförmig ist, wie in 2 dargestellt ist. Wenn der bewegliche Rahmen 3 insbesondere hufeisenförmig ausgebildet ist, um einen Ausschnitt 31 in einem Teil des beweglichen Rahmens 3 zu bilden, kann ein Mensch, trotz der den Meßraum 11 umgebenden Form, immer in den Meßraum 11 eintreten oder aus diesem austreten, wo sich der bewegliche Rahmen 3 auch befindet.
Die Sensoren 4 dienen dem Erfassen von Abständen zum menschlichen Körper 2, der sich im Meßraum 11 befindet, und sie sind so positioniert, daß sie Abstände zu verschiedenen Positionen an der Oberfläche entlang verschiedenen Richtungen zum menschlichen Körper 2 erfassen können. In 2 ist der bewegliche Rahmen 3 mit sechs Sensoren 4₁ bis 4₆ versehen, die Anzahl der festgelegten Sensoren 4 kann jedoch auch sieben oder mehr oder fünf oder weniger betragen, falls die Form über die gesamte Kontur des menschlichen Körpers 2 gemessen werden kann. Es ist jedoch klar, daß wenigstens drei Sensoren 4 für das genaue Messen der Form der Gesamtkontur des menschlichen Körpers 2 erforderlich sind und daß vorzugsweise vier oder mehr Sensoren 4 angeordnet werden, um die Form der Gesamtkontur sicher messen zu können.
Die Sensoren 4 sind in zwei Sätze (4₁ bis 4₃ und 4₄ bis 4₆ ) eingeteilt, die jeweils drei Sensoren auf entgegengesetzten Seitenflächen des hufeisenförmigen beweglichen Rahmens 3 aufweisen. Die Einzelheiten der Orte der Sensoren 4 werden nachstehend beschrieben, und der Aufbau der einzelnen Sensoren wird zuerst beschrieben. Die Sensoren 4 können beispielsweise reflektierende photoelektrische Sensoren zum Erfassen des Abstands durch optische Triangulation sein.
Beispielsweise hat ein Sensor 4 einen Lichtprojektionsabschnitt 45 und zwei Lichtempfangsabschnitte 46, die sich oben und unten symmetrisch auf beiden Seiten des Lichtprojektionsabschnitts 45 befinden, wie in 3 dargestellt ist. Beim Lichtprojektionsabschnitt 45 befindet sich die Lichtprojektionslinse 43 zum Ändern des Bestrahlungslichts in paralleles Licht vor dem Lichtemissionsabschnitt 41, und dieser Lichtemissionsabschnitt 41 weist mehrere lichtemittierende Elemente 41b auf, die aus LED-Chips bestehen, welche in horizontaler Richtung in einer Linie angeordnet sind. Diese lichtemittierenden Elemente 41b werden so gesteuert, daß sie Licht geordnet ausstrahlen, wobei die Strahlen 41a, die davon ausgestrahlt werden und zum menschlichen Körper 2 laufen, ein fächerförmiges Ablenken durch die Lichtprojektionslinse 43 erfahren. Durch dieses horizontale Ablenken der Strahlen 41a wird die Bestrahlungsfläche der Strahlen 41a in einem Sensor 4, d. h. der Abstandserfassungsbereich des Sensors 4, erweitert, wodurch ermöglicht wird, daß die Anzahl der eingesetzten Sensoren 4 verringert wird.
Andererseits weist jeder der Lichtempfangsabschnitte 46 ein Lichtempfangselement 42 und eine davor angeordnete Lichtempfangslinse 44 auf, um reflektiertes Licht zu empfangen und das Licht an der Oberfläche des Lichtempfangselements 42 zu sammeln. Dieses Lichtempfangselement 42 ist beispielsweise eine PSD (positionsempfindliche Vorrichtung). Insbesondere weist das Lichtempfangselement 42 eine Lichtempfangsfläche 42a auf, die aus einer Widerstandsschicht besteht und so aufgebaut ist, daß sie auf beiden Seiten am oberen und am unteren Rand Elektroden 42b, 42c aufweist. Dieses Lichtempfangselement 42 ist so angeordnet, daß wenn Licht auf die Lichtempfangsfläche 42a fällt, an einer Lichtempfangsposition ein Photostrom auftritt und dieser Photostrom in zwei Ströme aufgeteilt wird, welche zu den jeweiligen Elektroden 42b, 42c fließen. Bei dieser Gelegenheit wird der Photostrom in zwei Ströme aufgeteilt, die entsprechend den Widerständen zwischen der Lichtempfangsposition und jeder Elektrode 42b, 42c zu den jeweiligen Elektroden 42b, 42c fließen. Dementsprechend ändern sich die Verhältnisse der zu den jeweiligen Elektroden 42b, 42c fließenden elektrischen Ströme entsprechend den Lichtempfangspositionen des einfallenden Lichts zum Lichtempfangselement, wodurch das Ermitteln der Lichtempfangsposition ermöglicht wird.
Der Lichtprojektionsabschnitt 45 und der Lichtempfangsabschnitt 46 sind so angeordnet, daß die Zentren ihrer optischen Achsen in Übereinstimmung miteinander gelangen können. Insbesondere sind der Lichtemissionsabschnitt 41 und die Lichtempfangselemente 42 und die Lichtprojektionslinse 43 und die Lichtempfangslinsen 44 jeweils parallel zueinander angeordnet.
Nun wird das Meßprinzip dieses Sensors 4 kurz beschrieben. 4 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung des Meßprinzips dieses Sensors. Das vom LED-Chip 41a ausgesandte Licht läuft durch die Lichtprojektionslinse 43 und wird von der Oberfläche des menschlichen Körpers 2, der das Meßobjekt darstellt, unregelmäßig reflektiert, und ein Teil davon wird von der Lichtempfangslinse 44 gesammelt, so daß er auf eine Lichtempfangsposition SP auf der Lichtempfangsfläche 42a des Lichtempfangselements 42 einfällt. Hier sei L der Abstand von der Lichtprojektionslinse 43 zum menschlichen Körper 2, B eine Basislänge, die ein Abstand zwischen den Zentren der optischen Achsen der Lichtprojektionslinse 43 und der Lichtempfangslinse 44 ist, F die Brennweite der Lichtempfangslinse 44, d. h. der Abstand zwischen der Lichtempfangslinse 44 und dem Lichtempfangselement 42, C der Abstand zwischen den Elektroden 42b und 42c und x₁ der Abstand der Lichtempfangsposition SP vom Zentrum der optischen Achse der Lichtempfangslinse 44. Dann gilt die folgende Gleichung: x ₁ = Bf/L (1)
Weiterhin sei I₀ die Summe der von den jeweiligen Elektroden 42b, 42c des Lichtempfangselements 42 ausgegebenen Ströme I_A, I_B. Weil die ausgegebenen Ströme I_A, I_B umgekehrt proportional zum Abstand zwischen der Lichtempfangsposition SP und jeder Elektrode sind, können die ausgegebenen Ströme I_A, I_B durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden, wobei X der Abstand zwischen der Lichtempfangsposition SP und der Elektrode 42c ist.
IA = I0X/C IB = I0(C – X)/C (2)und X = x0 + x1 (3)wobei x₀ der Abstand zwischen dem Zentrum der optischen Achse der Lichtempfangslinse 44 und der Elektrode 42c ist. Zum Beseitigen von X und x₁ aus den Gleichungen (1) bis (3) gilt die folgende Gleichung:
Daher kann der Abstand L zum menschlichen Körper 2 als dem Meßobjekt anhand der Ströme I_A und I_B erhalten werden.
Bei einer alternativen Anordnung kann das Lichtempfangselement 42 eine zwei Segmente aufweisende positionsempfindliche Vorrichtung sein, wie in 5 dargestellt ist. Bei dieser zwei Segmente aufweisenden positionsempfindlichen Vorrichtung trennt eine Trennschicht 42d mit einer vorgegebenen Kurvenform die Lichtempfangsfläche 42a isolierend in zwei Lichtempfangsflächen 42e, 42f, und jede so getrennte Lichtempfangsfläche ist demgemäß mit einer Elektrode 42b, 42c versehen. Wenn in diesem Fall zu den Elektroden 42b, 42c paralleles Spaltlicht auf die Lichtempfangsfläche 42a fällt, werden elektrische Ströme entsprechend Flächen auf den jeweiligen Seiten der Lichtempfangsflächen von den jeweiligen Elektroden ausgegeben. Dementsprechend kann das Lichtempfangselement 42, das, wie vorstehend beschrieben wurde, eine zum Abstand L proportionale Ausgabe erhält, durch Einstellen der Form dieser Kurve hergestellt werden.
Es sind die folgenden Bedingungen von der Form des Trennabschnitts 42d des Lichtempfangselements 42 zu erfüllen, das in der Lage ist, die zum Abstand L proportionale lineare Ausgabe zu erhalten: H(x) + W(x) + I = W W(x) = ax/(x + b) (4)
Hierbei ist H(x) die Breite der lichtquellenseitigen Lichtempfangsfläche an der Position x von der Lichtquelle, W(x) die Breite der auf der entgegengesetzten Seite angeordneten Lichtempfangsfläche, I die Breite der Trennschicht und W die Breite der gesamten Lichtempfangsfläche, und die Konstanten a und b erfüllen die folgenden Bedingungen: a = Lf(W – l)/(Lf – Ln) b = fB/Lf (5)wobei L_f und L_n Meßgrenzen auf der Seite großen Abstands bzw. der Seite geringen Abstands darstellen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, weist der Lichtemissionsabschnitt 41 die horizontal in einer Linie angeordneten lichtemittierenden Elemente 41b auf und erreicht die aufeinanderfolgende Lichtemission dieser lichtemittierenden Elemente ein horizontales Ablenken der Strahlen 41a, die den menschlichen Körper 2 von der Lichtprojektionslinse 43 bestrahlen. Durch Erfassen des von jedem Strahl gestreuten Lichts durch das Lichtempfangselement 42 kann der Abstand zum menschlichen Körper 2 als dem Meßobjekt auf der Grundlage des vorstehend erwähnten Prinzips gemessen werden. Die horizontale Einfallsposition des reflektierten Abtastlichts zur Lichtempfangsfläche 42a des Lichtempfangselements 42 gleicht der horizontalen Position des lichtemittierenden Elements 41b, das das Abtastlicht emittiert hat. Daher muß die horizontale Breite des Lichtempfangselements 42 größer sein als die horizontale Feldlänge der lichtemittierenden Elemente 41b.
Weil der Sensor 4 so eingerichtet ist, daß sich die Lichtempfangselemente 42 oben und unten symmetrisch auf beiden Seiten des Lichtemissionsabschnitts 41 befinden, wie in 3 dargestellt ist, können selbst dann, wenn die Oberfläche des menschlichen Körpers 2 Vorsprünge und Einsenkungen hat, die sich senkrecht dazu ändern, das obere und das untere Lichtempfangselement 42 das Streulicht des Strahls 41a empfangen, das die Oberfläche des menschlichen Körpers 2 bestrahlt, wodurch die Oberflächenpositionen solcher Vorsprünge und Einsenkungen genau gemessen werden können.
Als nächstes wird die Anordnung der Gruppe der Sensoren 4 beschrieben. Die detaillierte Anordnung der Sensoren 4 ist in 6 dargestellt. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform sind die Sensoren 4 vor und hinter dem menschlichen Körper 2 in bezug auf das Zentrum des Meßraums symmetrisch angeordnet und auf beiden Seiten drei Sensoren gleichmäßig im Winkelbereich von etwa 70° um das Zentrum des Meßraums angeordnet. Die optischen Achsen (die Mittelachsen des horizontalen Abtastens) der Sensoren 41 bis 43 (oder 44 bis 46) schneiden einander 200 mm vom Zentrum des Meßraums entfernt. Insbesondere sind die Sensoren konzentriert angeordnet, wobei jeder Sensor der Vorderseite oder der Rückseite des menschlichen Körpers 2 gegenübersteht. Jeder dieser Sensoren 4 hat einen horizontalen Abtastwinkel von etwa 30°. Daher überlappen die Abtastbereiche der jeweiligen Sensoren 4 einander, so daß die Abschnitte unter dem Achselteil und unter dem Schritteil, die wahrscheinlich durch das Meßobjekt selbst bei der Messung unterbrochen werden, so daß sie außer Sicht gelangen, genau gemessen werden können, weil sie auf Sichtlinien eines der Sensoren 4 liegen.
Weiterhin ist jeder Lichtempfangsabschnitt 46 in der auf einer Seite des beweglichen Rahmens 3 angebrachten Sensorgruppe 41 bis 43 vorzugsweise in einer anderen Höhe als die Lichtprojektionsabschnitte 45 der auf der anderen Seite angebrachten Sensorgruppe 49 bis 46, vorzugsweise in einer Höhe, die um den Durchmesser der Lichtprojektionslinse 43 (oder der Lichtempfangslinse 44) oder mehr getrennt ist, installiert. Dies verhindert, daß das vom Lichtprojektionsabschnitt 45 jedes Sensors 4 auf einer Seite emittierte Licht und das Streulicht in den Lichtempfangsabschnitt 46 der auf der entgegengesetzten Seite angebrachten Sensoren 4 eintreten, wodurch die Erzeugung von Rauschen infolge des Einfallens unerwünschten Lichts verhindert werden kann.
Die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wird, zu 1 zurückkehrend, fortgesetzt. Der bewegliche Rahmen 3 ist so angeordnet, daß er durch einen Antriebsmechanismus 5 in vertikaler Richtung beweglich ist. Dieser Antriebsmechanismus 5 ist so eingerichtet, daß ein Draht 52, der ein flexibler, länglicher Körper ist, um eine Rolle 51 gehakt ist, die ein drehbares Element ist, so daß dieser Draht 52 an einem Ende mit dem beweglichen Rahmen 3 gekoppelt ist und am anderen Ende mit einem Gegengewicht 53 aus einem Metallkörper oder dergleichen gekoppelt ist, dessen Gewicht demjenigen des beweglichen Rahmens 3 nahezu gleicht. Die Rolle 51 ist im oberen Teil der auf der Grundplatte 13 stehenden Säule 14 horizontal gelagert. Diese Rolle 51 ist in einem solchen Aufbau angeordnet, daß die Drehkraft des Motors 55 über einen Riemen 54 darauf übertragen wird, so daß sie sich entsprechend dem Antrieb des Motors 55 dreht. Weil das Gegengewicht 53 und der bewegliche Rahmen 3 durch den Draht 52 aufgehängt sind und fast im Gleichgewicht sind, ist die Kraft für das Bewegen des beweglichen Rahmens 3 gering, und die Bewegung des beweglichen Rahmens 3 erfolgt glatt. Daher kann ein Motor mit einem kleinen Drehmoment als der Motor 55 eingesetzt werden, der zum Antreiben des beweglichen Rahmens 3 verwendet wird, so daß die erforderliche Leistung beim Betrieb der Vorrichtung 1 verringert werden kann.
Die Grundplatte 13 ist ein im wesentlichen U-förmiges Plattenelement, das auf einer Bodenfläche in einem Außenwandabschnitt 12 der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Die Grundplatte 13 ist so angeordnet, daß ein Öffnungsabschnitt 13a davon, ähnlich dem vorstehend beschriebenen Ausschnitt 31 des beweglichen Rahmens 3, zum Ausgang bzw. Eingang des Meßraums 11 für den menschlichen Körper 2 gerichtet ist. Die Säule 14 steht im Mittelteil der Grundplatte 13 und ist so aufgebaut, daß ein Schlitz 15 entlang der vertikalen Richtung, d. h. entlang der Bewegungsrichtung des beweglichen Rahmens 3 in einer dem Meßraum 11 gegenüberliegenden Fläche, ausgebildet ist. Der Schlitz 15 ist ein Führungsloch zum Führen des beweglichen Rahmens 3, und ein Eingriffsstück 32 des beweglichen Rahmens 3 greift in diesen Schlitz 15 ein, wodurch der bewegliche Rahmen 3 nur in Öffnungsrichtung (entlang der Längsrichtung) dieses Schlitzes 15 gleiten kann. Wenngleich 1 nur die Säule 14 zeigt, die von der Grundplatte 13 vorsteht, ist bei einer gewünschten Anordnung eine Hilfssäule zusätzlich zur Säule 14 bereitgestellt, die vertikal auf der Grundplatte 13 steht, wobei ein horizontales Element die oberen Teile der Säule 14 und der Hilfssäule miteinander verbindet, um die Steifigkeit der Vorrichtung 1 zu erhöhen. Der bewegliche Rahmen 3 kann in Eingriff mit einem Gleitabschnitt gebracht werden, der aus einer Führungsschiene und einem Gleitkörper ohne Verwendung des Schlitzes 15 besteht.
Ein Steuerpult 16 ist am Außenwandabschnitt 2 angebracht und mit einem Hauptleistungsschalter 16a zum Schalten der Zufuhr bzw. der Unterbrechung von Leistung zur Vorrichtung 1, einem Start/Stopp-Schalter 16b zum Einleiten oder Unterbrechen der Messung, einer Fehleranzeige-LED 16c zum Angeben eines abnormen Betriebs und einem Stellschalter 16d zum Versetzen der Vorrichtung 1 in einen Meßzustand versehen. Der Antriebsmechanismus 5 ist mit einem Drehcodierer 17 zum Ausgeben eines Impulssignals entsprechend dem Bewegungsbetrag bei der Bewegung des beweglichen Rahmens 3 versehen. Der Drehcodierer 17 ist beispielsweise ein Drehcodierer, der ein drehbares Element aufweist, das dafür eingerichtet ist, sich synchron mit der Drehachse der Rolle 51 zu drehen. Dieser Drehcodierer 17 kann den Drehzustand der Rolle 51 erfassen, um ein Impulssignal synchron mit dem Bewegungsbetrag des beweglichen Rahmens 3 auszugeben.
Weiterhin sind drei Grenzschalter 61 bis 63 an der Säule 14 angebracht, wie in 7 dargestellt ist. Diese Grenzschalter 61 bis 63 dienen dem Erfassen der Positionen der Bewegung des beweglichen Rahmens 3, und sie sind beispielsweise photoelektrische Schalter. Jeder Grenzschalter 61 bis 63 ist so aufgebaut, daß er ein elektrisches Signal ausgibt, wenn der sich entlang der Säule 14 bewegende bewegliche Rahmen 3 vor den Grenzschalter 61 bis 63 läuft. Der Grenzschalter 61 ist an einer Position angebracht, an der der sich von dem obersten Teil nach unten bewegende bewegliche Rahmen 3 beginnt, sich im oberen Teil der Säule 14 mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit zu bewegen. Der Grenzschalter 62 ist im unteren Teil der Säule 14 an einer Position angebracht, die niedriger als die unterste Meßposition ist. Der Grenzschalter 63 ist am untersten Teil der Säule 14 angebracht.
Wiederum mit Bezug auf 1 sei bemerkt, daß eine Steuertafel 7 an der Grundplatte 13 eingerichtet ist. Die Steuertafel 7 dient dem Steuern des Antriebs der Vorrichtung 1 und dem Analysieren der dreidimensionalen Form des Meßobjekts 2, und sie ist so aufgebaut, daß sie eine Signalverarbeitungsschaltung 71 und eine Antriebssteuerschaltung 72 als Meßeinrichtungen aufweist, wie in 8 dargestellt ist. Die Signalverarbeitungsschaltung 71 ist eine mit jedem Sensor 4 verbundene Schaltung zum Berechnen des Abstands zur Oberfläche des menschlichen Körpers 2 auf der Grundlage des Ausgangssignals von jedem Sensor 4 und zum dadurch erfolgenden Messen der dreidimensionalen Form des menschlichen Körpers 2. Der Drehcodierer 17 ist mit der Signalverarbeitungsschaltung 71 gekoppelt, so daß die Signalverarbeitungsschaltung 71 das Impulssignal entsprechend der Bewegung des beweglichen Rahmens 3 empfängt. Weil diese Signalverarbeitungsschaltung 71 eine räumliche Position jedes Sensors 4 entsprechend einem vom Drehcodierer 17 ausgegebenen Impuls erhalten kann, kann jede Oberflächenposition des menschlichen Körpers 2 auf der Grundlage der Abstandsdaten jedes Sensors 4 erhalten werden, und die dreidimensionale Form des menschlichen Körpers 2 kann auf der Grundlage davon berechnet werden. Andererseits ist die Antriebssteuerschaltung 72 eine Schaltung, die mit dem Hauptleistungsschalter 16a, dem Startschalter 16b, der Fehleranzeige-LED 16c, dem Stellschalter 16d und den Grenzschaltern 61 bis 63 gekoppelt ist und dazu dient, den Antrieb des Motors 55 entsprechend einem Befehlssignal oder einem Ausgangssignal jedes Schalters zu steuern. Der Hauptleistungsschalter 16a, der Startschalter 16b, die Fehleranzeige-LED 16c und der Stellschalter 16d sind in dem an der Außenfläche der Außenwand 12 angeordneten Steuerpult 16 angeordnet, wie in 1 dargestellt ist. Es sei bemerkt, daß in 1 die Darstellung von Drahtkabeln usw. zwischen der Steuertafel 7 und den entsprechenden Abschnitten fortgelassen ist.
Weiterhin befindet sich ein Aufnahmetisch 8 unter dem Meßraum 11. Dieser Aufnahmetisch 8 ist ein Tisch zum Erhöhen der Meßposition des menschlichen Körpers 2 als das Meßobjekt, wobei eine Grundfläche 81 in der zentralen oberen Fläche ausgebildet ist und stufenförmig angehoben wird. Diese Grundfläche 81 ist an einer Position ausgebildet, die zumindest höher ist als die Erfassungsposition jedes Sensors 4, wenn sich der bewegliche Rahmen 3 an der untersten Position befindet. Wenn der menschliche Körper 2 auf diese Grundfläche 81 gestellt wird, kann er innerhalb des Bewegungsbereichs des beweglichen Rahmens 3 angeordnet werden, in dem die Messung sicher bis hinab zum unteren Teil des menschlichen Körpers 2, beispielsweise bis zu seinem Knöchelteil, ausgeführt werden kann. Durch die Anordnung, bei der die Grundfläche 81 stufenförmig über die beiden Seitenabschnitte angehoben wird, kann das Positionieren des menschlichen Körpers 2 in der von vorne nach hinten verlaufenden Richtung sicher ausgeführt werden. Griffe 18 sind an einer Deckenfläche aufgehängt bereitgestellt. Wenn der menschliche Körper 2 die Griffe 18 erfaßt, kann das Positionieren in der von links nach rechts verlaufenden Richtung des menschlichen Körpers 2 zuverlässig ausgeführt werden. Weiterhin ist ein Stuhlabschnitt 82 an einer Position unter der Grundfläche 81 in der vorderen Fläche des Aufnahmetisches 8 bereitgestellt, so daß der menschliche Körper 2 unter Verwendung dieses Stuhlabschnitts 82 leicht in den Meßraum 11 eintreten kann.
Weiterhin ist dieser Aufnahmetisch 8 ein von der Grundplatte 13 getrenntes Element, wie in 2 dargestellt ist, und er ist zwischen Seitenstücken 13b, 13b der Grundplatte 13, jedoch nicht auf der Grundplatte 13 angeordnet. Daher wird selbst dann verhindert, daß ein Verziehen des Aufnahmetisches 8 infolge des Gewichts des menschlichen Körpers 2 auf den Antriebsmechanismus 5 und den beweglichen Rahmen 3 übertragen wird, wenn eine Person hohen Gewichts auf den Aufnahmetisch 8 steigt. Demgemäß kann eine genaue Messung ausgeführt werden, ohne daß diese Verzerrung die Messung beeinflußt.
Weiterhin ist der Aufnahmetisch 8 vom Meßraum 11 abnehmbar. Durch Anbringen bzw. Abnehmen des Aufnahmetisches 8 wird die Messung auch für einen großen menschlichen Körper 2 über den Bewegungsbereich des beweglichen Rahmens 3 möglich. Insbesondere wird in dem Zustand, in dem der Aufnahmetisch 8 in den Meßraum gestellt ist (1), die untere Hälfte des menschlichen Körpers 2 gemessen, wobei der menschliche Körper 2 auf der Grundfläche 81 steht, und es wird anschließend der Aufnahmetisch 8 aus dem Meßraum 11 entfernt und die obere Hälfte des menschlichen Körpers 2 gemessen, wobei die Person ohne den Aufnahmetisch 8 in dem Meßraum 11 steht. Dann werden zwei Dateneinheiten (die Dateneinheit der oberen Hälfte und die Dateneinheit der unteren Hälfte) kombiniert, um die Gesamtform des menschlichen Körpers 2 zu messen.
Wie in den 1 und 2 dargestellt ist, ist eine Innenwandabdeckung 9 in den beweglichen Rahmen 3 (auf der Seite des Meßraums 11) eingesetzt. Die Innenwandabdeckung 9 ist ein Plattenelement zum Trennen des Bewegungsraums des beweglichen Rahmens 3 vom Meßraum 11, der entlang der Innenfläche des beweglichen Rahmens 3 angeordnet ist. Die Innenwandabdeckung 9 ist jedoch nicht in dem Abschnitt ausgebildet, der dem Ausschnitt 31 des beweglichen Rahmens 3 entspricht, so daß der menschliche Körper 2 durch diesen Abschnitt in den Meßraum 11 eintreten kann. Das Bereitstellen dieser Innenwandabdeckung 9 verhindert selbst dann, daß der menschliche Körper 2 den beweglichen Rahmen 3 bei der Bewegung berührt, wenn sich der menschliche Körper während der Messung in den Meßraum 11 bewegt.
Die Innenwandabdeckung 9 ist mit durchsichtigen Fenstern 91 versehen, wie in 2 dargestellt ist. Die durchsichtigen Fenster 91 bestehen aus einem Element, das für das vom Lichtemissionsabschnitt 41 des Sensors 4 emittierte Licht durchlässig ist, beispielsweise einer Rauch-Acrylplatte, und sie sind vor den entsprechenden Sensoren 4 und entlang der Bewegungsrichtung des beweglichen Rahmens 3, d. h. entlang der vertikalen Richtung, bereitgestellt. Daher verhindert die Innenwandabdeckung 9, daß der menschliche Körper 2 in den Bewegungsraum des beweglichen Rahmens 3 eintritt, und sie ermöglicht auch die Projektion von Licht von den Sensoren 4 zum menschlichen Körper 2 und den Empfang vom menschlichen Körper 2 reflektierten Lichts durch die Sensoren 4.
Wie in 2 dargestellt ist, sind die Formwinkel der Innenflächen der Innenwandabdeckung 9 so festgelegt, daß das von einem beliebigen Sensor 4 emittierte und von der entgegengesetzten Innenfläche reflektierte Licht nicht direkt auf den zugehörigen Sensor 4 fällt. Diese Winkelanordnung verhindert, daß der Abstand zur entgegengesetzten Fläche falsch ermittelt wird.
Als nächstes wird das Verfahren zur Verwendung und zum Betrieb der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung 1 beschrieben.
Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung wird der Hauptleistungsschalter 16a eingeschaltet, um die Leistung jedem Abschnitt der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung 1 zuzuführen. Unmittelbar nach dem Einschalten des Hauptleistungsschalters 16a wird ein Aufwärmzeitraum der Vorrichtung 1 festgelegt, so daß keine Aktivierung der anderen Schalter oder dergleichen akzeptiert wird. Während des Aufwärmzeitraums blinkt der Stellschalter 16d (eine lichtemittierende Vorrichtung in dem Schalter 16d blinkt), und nach Verstreichen des Aufwärmzeitraums geht der Stellschalter 16d vom blinkenden Zustand in einen leuchtenden Zustand über, wodurch der Abschluß des Aufwärmens der Vorrichtung 1 bestätigt wird.
Wenn der Stellschalter 16d nach dem Verstreichen des Aufwärmzeitraums eingeschaltet wird, wird der Motor 55 angetrieben, und der bewegliche Rahmen 3 bewegt sich dadurch nach oben. Genauer gesagt, wird, wenn der Stellschalter 16d eingeschaltet wird, ein Antriebssignal von der Antriebssteuerschaltung 72 an den Motor 55 ausgegeben, wie in 8 dargestellt ist, wodurch der Motor 55 angetrieben wird. Diese Antriebskraft des Motors 55 wird durch den Riemen 54 auf die Rolle 51 übertragen, um die Rolle 51 zu drehen und dadurch den beweglichen Rahmen 3 über den Draht 52 anzuheben. Hierbei ist zum Anheben des beweglichen Rahmens 3 keine große Leistung erforderlich, weil das Gegengewicht 53 nahezu gleichen Gewichts auf der anderen Seite des Drahts 52 aufgehängt ist. Daher ist die vom Motor 55 verbrauchte Leistung gering. Weil der bewegliche Rahmen 3 in natürlicher Weise spannungsfrei angehoben wird, ist die Bewegung des beweglichen Rahmens 3 glatt. Wenn der bewegliche Rahmen 3 nach Verstreichen des Aufwärmzeitraums bereits angehoben ist, wird selbst dann verhindert, daß sich der bewegliche Rahmen 3 bewegt, wenn der Stellschalter 16d eingeschaltet wird.
In bezug auf 1 sei bemerkt, daß die Person 2 als das Meßobjekt veranlaßt wird, in den Meßraum 11 einzutreten, nachdem der bewegliche Rahmen 3 nach oben bewegt wurde. Die Person 2 wird veranlaßt, sich im Meßraum 11 auf die Grundfläche 81 des Aufnahmetisches 8 zu stellen und die Griffe 18 zu fassen, wodurch der menschliche Körper 2 in einem für die Messung geeigneten Zustand gehalten wird. Es ist auch zulässig, den menschlichen Körper 2, bevor der bewegliche Rahmen 3 aufwärts gestellt wird oder während des Aufwärtsstellens, dort anzuordnen.
Als nächstes wird der Startschalter 16b eingeschaltet. Anschließend wird der Motor 55, der ein Befehlssignal von der Antriebssteuerschaltung 72 empfängt, angetrieben, und die Antriebskraft des Motors 55 wird über den Riemen 54, die Rolle 51 und den Draht 52 auf den beweglichen Rahmen 3 übertragen, wodurch sich der bewegliche Rahmen 3 vom oberen Teil der Vorrichtung 1 nach unten bewegt, wie in 7 dargestellt ist. Wenn der bewegliche Rahmen 3 vor den Grenzschalter 61 läuft, wird ein Meßauslösesignal von dem Grenzschalter 61 an die Antriebssteuerschaltung 72 in 8 ausgegeben, und das Meßauslösesignal wird über die Antriebssteuerschaltung 72 der Signalverarbeitungsschaltung 71 zugeführt. Zeitgleich mit der Eingabe des Meßauslösesignals in die Signalverarbeitungsschaltung 71 leitet die Signalverarbeitungsschaltung 71 das Zählen der vom Drehcodierer 17 ausgegebenen Impulse ein, und die Signalverarbeitungsschaltung 71 zählt aufeinanderfolgend die intermittierenden Impulse bei der Abwärtsbewegung des beweglichen Rahmens 3.
Beispielsweise wird der Drehcodierer 17 so eingerichtet, daß er bei jeder Bewegung des beweglichen Rahmens 3 um 5 mm einen Impuls ausgibt, wodurch vertikale Positionen (Positionsinformationen) des beweglichen Rahmens 3 durch Zählen der Impulse bestimmt werden können. Jeder Sensor 4 wird synchron mit dem Impulssignal betrieben. Insbesondere gibt die Signalverarbeitungsschaltung 71 ein Betriebsbefehlssignal bei jeder Impulseingabe vom Drehcodierer 17 an jeden Sensor 4 aus. Daher emittieren die lichtemittierenden Elemente 41b des Lichtemissionsabschnitts 41 jedes Sensors 4, wie in 2 dargestellt ist, aufeinanderfolgend Licht, um das Licht (die Strahlen 41a) auf den menschlichen Körper 2 als das Meßobjekt zu projizieren. Insbesondere wird das horizontale Ablenken des Lichts von den Sensoren 4 bewirkt. Anschließend empfangen die Lichtempfangselemente 42 jedes Sensors 4 Streulicht (reflektiertes Licht) von der Oberfläche des menschlichen Körpers 2, wenn dieser bestrahlt wird, wodurch Abständen von den Sensoren 4 zur Oberfläche des menschlichen Körpers 2 entsprechende elektrische Signale (Abstandsermittlungssignale) auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Gleichung (3) ausgegeben und der Signalverarbeitungsschaltung 71 zugeführt werden. Dieser Arbeitsgang der Sensoren 4 wird bei jedem vom Drehcodierer 17 eingegebenen Impuls wiederholt.
Wenn beispielsweise angenommen wird, daß der Meßbereich in vertikaler Richtung (der effektive Bewegungsbereich des beweglichen Rahmens 3) 170 cm ist, gibt der Drehcodierer 17 bei einer Messung intermittierend 341 Impulse aus, so daß insgesamt 341 Abstandsdateneinheiten für die Oberfläche des menschlichen Körpers 2 an Positionen vertikaler Intervalle von 5 mm für jeden Lichtemissionsabschnitt 41b erhalten werden.
Das Ablenken der Strahlen 41a durch die Lichtemissionsabschnitte 41 der Sensoren 4 ist nicht auf dasjenige durch die mehreren lichtemittierenden Elemente 41b begrenzt, sondern es können auch andere Techniken eingesetzt werden, beispielsweise ein Ablenkverfahren mit einem Drehprisma oder einem Drehspiegel, der auf der optischen Achse angeordnet ist, um einen von einer einzigen Lichtemissionsvorrichtung emittierten Strahl 41a abzulenken. Weiterhin können die Sensoren 4 beliebige andere von den vorstehend erwähnten reflektierenden photoelektrischen Sensoren verschiedene Erfassungseinrichtungen sein, solange sie Abstände zum menschlichen Körper 2 messen können.
Weil die Sensoren 4 wie in 6 dargestellt angeordnet sind, erreicht Bestrahlungslicht von einem Sensor 4 die vom menschlichen Körper 2 selbst unterbrochenen Abschnitte, wie die Abschnitte unter der Achselhöhle und unter dem Schritt, so daß eine genaue Messung für diese Abschnitte vorgenommen werden kann. Dementsprechend kann eine genaue Messung der dreidimensionalen Form des menschlichen Körpers 2 vorgenommen werden.
Die 9 bis 11 zeigen bevorzugte Anordnungsbeispiele, bei denen die Anzahl der Sensoren 4 4, 5 oder 8 ist. Im Fall der Anordnung mit vier Sensoren 4, die in 9 dargestellt ist, befinden sich zwei Sensoren 4₁ , 4₂ (4₃ , 4₄ ) an beiden Extremen eines schmalen Winkelbereichs von etwa 32° auf der Vorderseite bzw. der Rückseite des menschlichen Körpers 2, und die optischen Achsen der jeweiligen Sensoren 4₁ , 4₂ (4₃ , 4₄ ) schneiden einander in einer Ent fernung von etwa 467 mm vom Zentrum des Meßraums. Im Fall der in 10 dargestellten Anordnung von fünf Sensoren 4 sind die Orte der drei Sensoren 4₁ bis 4₃ auf der Vorderseite die gleichen wie bei den in 6 dargestellten Sensoren 4₁ bis 4₃ , und die Orte der zwei Sensoren 4₄ , 4₅ auf der Rückseite sind die gleichen wie diejenigen der in 9 dargestellten Sensoren 4₃ , 4₄ . Im Fall der in 11 dargestellten Anordnung von acht Sensoren sind vier Sensoren fast gleich innerhalb eines Winkelbereichs von etwa 70° auf der Vorderseite und der Rückseite angeordnet. Die optischen Achsen der Sensoren 4₁ , 4₄ (4₅ , 4₈ ) an den beiden Extremen schneiden einander in einer Entfernung von etwa 710 mm vom Zentrum des Meßraums, und die optischen Achsen der inneren Sensoren 4₂ , 4₃ (4₆ , 4₇ ) schneiden einander in einer Entfernung von etwa 900 mm vom Zentrum des Meßraums. Weil in beiden Fällen die Sensoren 4 so angeordnet sind, daß sie der Vorderseite und der Rückseite des menschlichen Körpers zugewandt sind, kann eine genaue Messung ebenso wie bei dem in 6 dargestellten Anordnungsbeispiel von sechs Sensoren auch für die Abschnitte unter der Achselhöhle und dem Schritt vorgenommen werden.
Zu Vergleichszwecken wird hier ein Beispiel beschrieben, bei dem vier Sensoren 4 in gleichen Abständen und in gleichen Intervallen vom Mittelpunkt des menschlichen Körpers 2 angeordnet sind, wie in 12 dargestellt ist. In diesem Fall wird das Bestrahlungslicht von den Sensoren 4 durch den Arm, das Bein, den Rumpf oder dergleichen unterbrochen, wodurch Oberflächen entgegengesetzter Abschnitte unter der Achselhöhle und unter dem Schritt nicht erreicht werden. Demgemäß konnten Oberflächenpositionen solcher Abschnitte nicht gemessen werden, und eine genaue Messung der Oberflächenform war nicht möglich. Ein mögliches Verfahren, um dies zu überwinden, besteht darin, den Abtastbereich mit einer erhöhten Anzahl von Sensoren 4 zu vergrößern, es ergeben sich dabei jedoch die Probleme einer Erhöhung übermäßiger Messungen wegen redundanter Meßpositionen, einer Erhöhung der Kosten und einer Erhöhung des Streulichts infolge der erhöhten Anzahl von Sensoren sowie einer Erhöhung der Komplexität der Einstellung. Im Gegensatz dazu ermöglicht die in 9 dargestellte Anordnung von Sensoren 4 auch die genaue Messung der Abschnitte unter der Achselhöhle und unter dem Schritt durch die kleinere Anzahl (vier) von Sensoren 4.
Bevorzugt. werden die Sensoren 4 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs konzentriert angeordnet, so daß sie dem menschlichen Körper 2 zugewandt sind, um die Abschnitte unter der Achselhöhle und unter dem Schritt des menschlichen Körpers 2, wie beschrieben, genau messen zu können. Zum Gewährleisten der Messung der Seitenfläche kann natürlich ein zusätzlicher Sensor außerhalb dieses Bereichs bereitgestellt werden.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird weiter mit Bezug auf 2 beschrieben. Während dieser Messung bewegt sich der bewegliche Rahmen 3 weiter entlang dem Meßraum 11 nach unten. Selbst dann, wenn sich der menschliche Körper 2 aus irgendeinem Grund bewegt, besteht keine Möglichkeit, daß er den beweglichen Rahmen 3 berührt, weil die Innenwandabdeckung 9 den Meßraum 11 vom Bewegungsraum des beweglichen Rahmens 3 trennt. Demgemäß wird in diesem Fall verhindert, daß der menschliche Körper 2 den beweglichen Rahmen 3 berührt und dadurch verletzt wird und daß der bewegliche Rahmen 3, der Antriebsmechanismus 5 usw. beschädigt werden, wodurch ein sehr sicherer Betrieb gewährleistet wird.
Anschließend werden die Abstandsermittlungssignale von den Sensoren 4 für den menschlichen Körper 2, die bei der Abwärtsbewegung des beweglichen Rahmens 3 erhalten wurden, zur Signalverarbeitungsschaltung 71 gesendet, um sie auf der Grundlage der vorstehend erwähnten Positionsinformationen des beweglichen Rahmens 3 zusammen mit den räumlichen Positionen des Sensors 4 zu verarbeiten und sie dadurch zu räumlichen Positionsinformationen für die Oberfläche des menschlichen Körpers 2 umzuwandeln. Durch Kombinieren dieser räumlichen Positionsinformationen kann schließlich die stereoskopische, dreidimensionale Form des menschlichen Körpers 2 erhalten werden.
Wenn der bewegliche Rahmen 3 den Grenzschalter 62 passiert, wie in 7 dargestellt ist, verringert die Antriebssteuerschaltung 72 die Absenkgeschwindigkeit des beweglichen Rahmens 3, so daß der bewegliche Rahmen 3 anhält, kurz nachdem er den Grenzschalter 63 passiert hat. Weil der Aufnahmetisch 8 zu dieser Zeit die Anordnungsposition des menschlichen Körpers 2 in einem erhöhten Zustand hält, ist die Halteposition des beweglichen Rahmens 3 zu dieser Zeit niedriger als die Anordnungsposition des menschlichen Körpers 2 (der Grundfläche 81). Daher kann die Messung mit der Bewegung des beweglichen Rahmens 3 vollständig bis hinab zum Fußteil des menschlichen Körpers 2 ausgeführt werden. Wenn der bewegliche Rahmen 3 aus irgendeinem Grunde in der Mitte anhält oder wenn es nicht gelingt, daß die Vorrichtung die Formdaten in dem gewünschten Bereich erhält, wird die Fehleranzeige-LED 16c eingeschaltet, wodurch eine Anomalie der Vorrichtung 1 leicht erkannt werden kann. In diesem Fall wird der Stellschalter 16d eingeschaltet, um die Messung wieder einzuleiten.
Wenn ein Bildschirm 19 mit der Signalverarbeitungsschaltung 71 verbunden ist, wie in 8 dargestellt ist, wird die dreidimensionale Form des menschlichen Körpers 2 durch Computergraphik oder dergleichen als ein stereoskopisches Bild angezeigt, wodurch das Erfassen der Form erleichtert wird. Dabei können auch die Abmessungen durch Zahlenwerte, die sich durch die numerische Verarbeitung der Oberflächenform ergeben, angezeigt werden.
Als nächstes werden das Verfahren zur Verwendung der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung 1 und ihr Betrieb beschrieben, wenn der zu messende menschliche Körper 2 groß ist.
In 1 wird zuerst, ebenso wie vorstehend beschrieben, der Hauptleistungsschalter 16a eingeschaltet, um die Leistung jedem Abschnitt der dreidimensionalen Formmeßvorrichtung 1 zuzuführen. Anschließend wird der Stellschalter 16d nach Verstreichen des Aufwärmzeitraums eingeschaltet, wodurch der bewegliche Rahmen 3 nach oben bewegt wird. Nachdem der bewegliche Rahmen 3 nach oben bewegt wurde, wird die Person 2 veranlaßt, in den Meßraum 11 einzutreten, wobei ihr Körper das Meßobjekt ist. Im Meßraum 11 wird die Person 2 veranlaßt, auf der Grundfläche 81 des Aufnahmetisches 8 zu stehen und die Griffe 18 zu fassen, wodurch der menschliche Körper 2 in dem für die Messung geeigneten Zustand gehalten wird. Das Anordnen des menschlichen Körpers 2 kann vor dem vorausgehenden Einstellen des beweglichen Rahmens 3 in der aufwärts gerichteten Position oder während des Einstellens vorgenommen werden.
Anschließend wird der Startschalter 16b eingeschaltet, um die Messung der dreidimensionalen Form des menschlichen Körpers 2 in der vorstehend beschriebenen Weise auszuführen. Bei dieser Gelegenheit werden keine Daten der dreidimensionalen Form des Oberteils des menschlichen Körpers 2, d. h. der dreidimensionalen Form des Kopfs und der oberen Hälfte des Körpers, erhalten, weil der menschliche Körper 2 groß ist.
Anschließend wird die anfängliche Messung ausgeführt, und es wird danach der Stellschalter 16d wieder eingeschaltet, um die Vorrichtung 1 in den meßbereiten Zustand zu bringen. Davor oder danach wird der in den Meßraum 11 eingebrachte Aufnahmetisch 8 fortgenommen. Anschließend wird die Person 2 veranlaßt, in den Meßraum 11 einzutreten. Zu dieser Zeit befindet sich der menschliche Körper 2 an einer Position, die um die Höhe des Aufnahmetisches 8 unterhalb derjenigen bei der anfänglichen Messung liegt. In diesem Zustand wird der Startschalter 16b eingeschaltet, um die Messung der dreidimensionalen Form des Kopfs und der oberen Hälfte des menschlichen Körpers 2 auszuführen.
Nach Abschluß der zwei Meßarbeiten (der Messung der unteren Hälfte und der Messung der oberen Hälfte) sucht die Signalverarbeitungsschaltung 71 den redundanten Datenteil bei den jeweiligen Meßdaten und kombiniert die Meßdaten mit dem Überlappungsteil der redundanten Daten.
Auf diese Weise ermöglichen die zwei Meßarbeiten und die Kombination der jeweiligen Daten das sichere Messen der gesamten dreidimensionalen Form selbst dann, wenn der menschliche Körper 2 eine Höhe aufweist, die über dem Meßbereich der Vorrichtung 1 liegt (dem Bewegungsbereich des beweglichen Rahmens 3).
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist eine genaue Messung auch für die Vertiefungsabschnitte in der Oberfläche des menschlichen Körpers, wie den Abschnitten unter der Achselhöhle und unter dem Schritt, möglich, weil die dreidimensionale Formmeßvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so eingerichtet ist, daß die Sensoren 4 für das horizontale Abtasten in zwei entgegengesetzten Gruppen angeordnet sind. Insbesondere wird durch die Anordnung, bei der jeder Sensor in einer Höhe eingerichtet ist, die von jenen der entgegengesetzten Sensoren verschieden ist, verhindert, daß das von den entgegengesetzten Sensoren ausgegebene Licht direkt in den zugeordneten Sensor eintritt, wodurch die Erzeugung von Rauschen verhindert wird. Weiterhin erleichtert die U-Form oder Hufeisenform des beweglichen Rahmens das Einbringen des menschlichen Körpers 2 in den Meßraum. Das Bereitstellen des Aufnahmetisches 8 ermöglicht bestimmte Messungen der dreidimensionalen Form des unteren Teils des menschlichen Körpers 2 als das Meßobjekt. Weiterhin ermöglicht die vom beweglichen Rahmen 3, vom Antriebsmechanismus 5 usw. getrennte Anordnung des Aufnahmetisches 8 eine genaue Messung. Die abnehmbare Einrichtung des Aufnahmetisches 8 ermöglicht eine sichere Messung der gesamten dreidimensionalen Form selbst für einen großen menschlichen Körper 2. Zusätzlich gewährleistet das Bereitstellen der Innenwandabdeckung 9 eine sichere Messung. Überdies erhöht das Bereitstellen des Gegengewichts 53 im Antriebsmechanismus 5 die Bewegungswirksamkeit des beweglichen Rahmens 3, wodurch der Leistungsverbrauch der Vorrichtung 1 verringert wird.
Die dreidimensionale Formmeßvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde als eine Vorrichtung zum Messen der dreidimensionalen Form des menschlichen Körpers 2 beschrieben, das Meßobjekt ist jedoch nicht auf den menschlichen Körper 2 beschränkt. Es ist auch möglich, andere Meßobjekte zu messen.
Die dreidimensionale Formmeßvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde eingerichtet, um die Messung der dreidimensionalen Form mit einer Bewegung in Höhenrichtung auszuführen, die Meßrichtung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist auch möglich, die Messung auszuführen, während sich die Sensoren auf dem beweglichen Rahmen befinden, der sich in Richtung einer beliebigen Achse, beispielsweise in horizontaler Richtung, bewegt.
Wenngleich die vorstehende Beschreibung die Ausführungsform betraf, bei der die Sensoren auf zwei entgegengesetzten Seiten des beweglichen Rahmens konzentriert angeordnet waren, ist die Anordnung der Sensoren nicht darauf beschränkt. Für eine sichere Messung der Form von Vorsprüngen und Einsenkungen in der Oberfläche des Meßobjekts ist es jedoch erforderlich, daß die optischen Achsen der jeweiligen Sensoren (bei der Anordnung mit dem Abtastwinkel die Mittellinien von ihnen) einander nicht an einem Punkt schneiden (bei der Anordnung, bei der die axialen Orte der jeweiligen Sensoren verschieden sind, schneiden sich die Linien auf einer vorstehenden Fläche in Achsenrichtung nicht an einem Punkt). Nachdem die Sensoren wie beschrieben angeordnet wurden, wird das Meßobjekt so angeordnet, daß jeder der Vorsprünge und Einsenkungen in. der Oberfläche auf einen Sensor gerichtet ist, und die Messung wird dann ausgeführt, wodurch die Form von Vorsprüngen und Einsenkungen in der Oberfläche genau gemessen werden kann.
Es wird verständlich sein, daß die Ausführungsformen der Erfindung nur als Beispiel beschrieben wurden und daß Modifi kationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Dreidimensionale Abtastvorrichtung (1) zum berührungslosen Ermitteln der dreidimensionalen Form eines in einem Meßraum (11) plazierten Objekts (2), umfassend: einen beweglichen Rahmen (3), der so um den Meßraum (11) herum angeordnet ist, daß er eine durch den Mittelpunkt des Meßraums (11) verlaufende vorgegebene Achse umfängt, wobei der bewegliche Rahmen (3) in Richtung der vorgegebenen Achse bewegbar angebracht ist; mehrere entlang einer Umfangsrichtung an dem beweglichen Rahmen (3) angeordnete Sensoren (4) zum Messen von Abständen zu Oberflächen verschiedener Bereiche des Objekts (2), wobei jeder der Sensoren (4) die Entfernungen zu den Oberflächen der verschiedenen Bereiche des Objekts (2) mißt, indem er von dem Objekt (2) gestreutes oder reflektiertes Licht erfaßt; einen Antriebsmechanismus zum Bewegen des beweglichen Rahmens (3) in Richtung der vorgegebenen Achse; und einen Positionsgeber (17) zum Erfassen und Ausgeben der Position des beweglichen Rahmens (3) in Richtung der Achse; und eine Auswertungsvorrichtung (71) zum Berechnen von Daten der Entfernung jedes der Sensoren (4) von einer Oberfläche des Objekts (2) an jeder Bewegungsposition des beweglichen Rahmens (3) aufgrund der Ausgaben jedes der Sensoren (4) und des Positionsgebers (17) und zum Auswerten der dreidimensionalen Form der Oberfläche des Objekts (2) aufgrund der Entfernungsdaten, dadurch gekennzeichnet, daß sich die optischen Achsen der Sensoren (4) in einem vom Mittelpunkt des Meßraums in Richtung der vorgegebenen Achse verschiedenen Punkt innerhalb des Meßraums schneiden.
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Menge der Sensoren (4) in zwei Gruppen unterteilt ist, wobei die erste Gruppe der zweiten Gruppe so gegenübersteht, daß sich die optischen Achsen der Sensoren in der ersten Gruppe in einem ersten Punkt und die optischen Achsen der Sensoren in der zweiten Gruppe in einem von dem ersten Punkt verschiedenen zweiten Punkt schneiden.
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensoren (4) die Entfernungen zum Objekt mittels Triangulierung ermitteln, indem jeder der Sensoren einen Lichtprojektionsteil zum Projizieren von Licht auf das Objekt (2) und einen in vorgegebenem Abstand von dem Lichtprojektionsteil angeordneten Lichtempfangsteil zum Emp fangen des gestreuten oder reflektierten Licht von dem Objekt aufweist, wobei der Lichtprojektionsteil das Abtasten des Lichts innerhalb eines vorgegebenen Winkels in einer zur Richtung der Achse senkrechten Richtung bewirkt.
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich die Abtastmitten der jeweiligen Lichtprojektionsteile zweier oder mehrerer einander benachbarter Sensoren (4) auf derselben Seite des beweglichen Rahmens (3) in einem Punkt schneiden, der von diesen zwei oder mehreren Sensoren (4) weiter entfernt ist als der Mittelpunkt des Meßraums.
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Lichtempfangsteil jedes der Sensoren (4) in einem vorgegebenen Abstand von den Lichtprojektionsteilen anderer, gegenüberliegender Sensoren in Richtung der Achse angeordnet ist.
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine innere Wandabdeckung (9) zum Abtrennen des Meßraums vom Bewegungsraum des beweglichen Rahmens (3).
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die innere Wandabdeckung (9) mehrere Fenster (91) zum Durchtritt von Licht in Bereiche zwischen den Sensoren und dem Objekt aufweist.
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen in dem Meßraum vorhandenen Aufnahmetisch (8), auf dem das Objekt (2) plaziert ist.
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der bewegliche Rahmen (3) U- oder hufeisenförmig ist.
Dreidimensionale Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Richtung der Achse im wesentlichen die Richtung der Schwerkraft ist und die dreidimensionale Abtastvorrichtung ferner ein oberhalb des Meßraums angeordnetes Drehelement sowie ein flexibles längliches Bauteilaufweist, das an einem Ende mit dem beweglichen Rahmen (3) und am anderen Ende mit einem Ausgleichselement (53) mit im wesentlichen demselben Gewicht wie der bewegliche Rahmen verbunden ist, wobei das flexible längliche Bauteilum das Drehelement gehakt ist; wobei der Antriebsmechanismus (5) das Drehelement dreht, um das flexible längliche Bauteil und damit den beweglichen Rahmen (3) zu bewegen.