WO2014057352A1 - Measuring sensor and method for measuring a surface - Google Patents

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WO2014057352A1
WO2014057352A1 PCT/IB2013/002621 IB2013002621W WO2014057352A1 WO 2014057352 A1 WO2014057352 A1 WO 2014057352A1 IB 2013002621 W IB2013002621 W IB 2013002621W WO 2014057352 A1 WO2014057352 A1 WO 2014057352A1
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WO
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probe
measuring
finger
probe body
measured
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PCT/IB2013/002621
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German (de)
French (fr)
Inventor
Bruno Knobel
Charles Findeisen
Original Assignee
Naviswiss Ag
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Publication date
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    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/047Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes
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    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6825Hand
    • A61B5/6826Finger

Definitions

  • the invention relates to a probe for measuring a surface with a probe body and a fastening device for fastening the probe body to a finger and a method for measuring a surface.
  • Mobile 3D measuring technology plays a major role in industrial metrology. For example, the shape of any objects such as bent tubes or car molds is measured with buttons. During the measurement, the measuring person guides the probe of the probe, for example, along a trajectory on the surface of the material to be measured. The surface of the material to be measured can also be touched point by point.
  • Such measuring systems are also used to position and spatial orientation of objects, such as pairs of flanges to detect absolute or relative to each other. Also in surgery, surfaces are scanned with rigid styli whose position and orientation are measured with surgical navigation systems.
  • the invention is based on the object to facilitate the palpation of the relevant points of an object surface.
  • Haptic perception is understood to mean the active feeling of size, contours, surface texture, weight, etc. of an object through integration of the senses of the skin and sensitivity to depth.
  • the terminal tactile ball of a fingertip i. the fingertip
  • the totality of haptic perceptions allows the brain to localize and evaluate, for example, mechanical stimuli. Changing stimuli, such as those produced by scanning a surface, are perceived to be particularly haptic.
  • the probe body is a ball or a tip.
  • the tip may also protrude from a spherical body or it may be formed as a cone or pyramid. Depending on the application, different probe body shapes are advantageous.
  • the probe body has a curved guide.
  • a curved guide may be a short curved piece of wire or a curved surface.
  • the bend may describe a concave arc or the curved guide may also be roof-shaped or formed as an angled surface.
  • the probe body is particularly small.
  • the probe body must also be rigidly connectable to the fastening device, and the probe body should make it possible to be pressed into the fingertip preferably in such a way that the area of the fingertip surrounding the probe body can touch the surface which also contacts the probe body. It has been found that it is advantageous if the probe is between 1 and 10 mm and preferably between 2 and 5 mm long. This length is the diameter of a spherical probe and the maximum extension between two surface points of the body in another Tast analysesform.
  • a simple embodiment provides that the fastening device has a finger ring.
  • a finger ring can be easily slipped over the finger and thus allows attachment of the probe body and the entire probe on the finger.
  • the ring can be pushed over the fingertip between the first and second limb of a finger or surround the finger syringe in the area of the fingertip.
  • the fastening device becomes individually adaptable if it has a plastically deformable sleeve.
  • a plastically deformable sleeve can also be shaped like a ring.
  • the plastic deformability makes it possible to adapt the sleeve to a special finger shape and to attach it.
  • the material of the sleeve is to be chosen so firmly that it is on the one hand for adaptation plastically deformable and on the other hand during use of the fastening device, the sleeve is so rigid that the probe body is firmly connected to the finger.
  • the sleeve may also be in cross-section U-shaped or O-shaped with an open slot, so that the sleeve - preferably elastic - is easily bendable to pull it over the finger.
  • the fastening device comprises a wire which holds the probe body.
  • a thin, stiff wire or several thin stiff pieces of wire make it possible on the one hand to keep the probe safely and on the other hand, not to hinder the scanning of the surface with the finger.
  • the wire should have a cross section such as a tube cross-section or a T-shape to allow high stability. It can also be used highly stable plastics.
  • a simple embodiment provides that the probe body is rigidly connected to a measuring arm. About the measuring arm, the position of the probe can be determined without a camera system is necessary.
  • the probe has a camera system that is aligned with the marker area. This increases the mobility of the probe.
  • the object underlying the invention is achieved by a method for measuring a surface, in which a feeler body is moved with a finger on a surface in such a way that the finger touches the surface while the feeler body touches the surface.
  • the position of the probe is determined and stored. Individual points on the surface of an object can be measured. In particular for the measurement of roughnesses or shapes, it is proposed that the position of the feeler be continuously measured. [22] For measuring it is provided that the position of the probe is measured in the room. That is, there is a space coordinate system in relation to which the position of the probe is set in the measurement.
  • the position be measured relative to the position of the surface. While several measurement points define the position of the surface, individual points serve to determine the deviation from a surface shape. It is advantageous if the sol surface of an object to be measured is known and the method is used to determine a deviation from the surface of the sol. In this example, bumps in a piece of pipe can be determined or surveys on a bone, which differ from the usual bone shape. During the measurement, a surface shape can first be determined by interpolating between the locations of the points by means of a multiplicity of points in order to determine a basic shape. A more accurate measurement can subsequently determine a deviation from this basic shape, such as, for example, surface irregularities or roughnesses or even macroscopic elevations on a previously determined desired shape.
  • a measuring system be activated after the finger has touched the surface. This is preferably realized by a switch or voice control. Depending on the haptic perception, the measuring system can thus be switched on or off.
  • a measuring arm is fixed with one end firmly in the space and thereby can by the determination of the movement of the measuring arm on the position of the other end of the arm getting closed.
  • the probe can also have a probe body and optical recognition features for the position and orientation determination.
  • FIG. 1 schematically shows the device with optical camera system, the probe with an area for haptic perception and the material to be measured
  • FIG. 2 schematically shows a possible embodiment of the probe with an area for the haptic perception
  • Figure 3 schematically another possible embodiment of the probe with a
  • FIG. 4 schematically shows two possible embodiments of the scanning range of the device
  • Figure 5 schematically shows two possible designs for guides in the sensing range of
  • FIG. 6 shows schematically the cross-section of the sensing area of the device with a ball as a rigid probe body
  • FIG. 7 schematically shows the longitudinal section of the scanning region of the device with a ball as a rigid probe body
  • FIG. 8 schematically shows the cross-section of the sensing area of the device with a
  • FIG. 9 schematically shows the device with optical camera system, the probe with a further form of the rigid probe body, the marker region and the probe body,
  • FIG. 10 shows schematically the device with optical camera system, the probe with rigid probe body, marker region and probe body and another marker with pattern rigidly connected to the object,
  • FIG. 11 shows schematically the device with optical camera system, the probe with a rigid probe body, marker region and probe body and another, rigidly connected to the table marker with pattern,
  • Figure 12 schematically shows the device with the object rigidly connected optical
  • FIG. 13 shows schematically the device with a rigidly connected to the probe optical camera system, the probe with a rigid stylus body, marker region and probe and a rigidly connected to the object marker with pattern and
  • Figure 14 schematically a suitable device for the measurement of hard to reach places of a workpiece.
  • Figure 1 shows schematically the arrangement of all components of a device based on optical methods.
  • the measured material 200 such as an engine block or a bent pipe.
  • the measuring person 300 holds a probe 501 with a rigid shield 500, on which optically visible markings are mounted.
  • the spatial positions and spatial orientations of these markings are measured by at least one camera 400 with image sensor and the viewing area 410 using methods known in the art.
  • the cameras can be fixed to a wall, ceiling, rack or tripod with a 440 magnet, screw, bayonet or click-lock.
  • the orientation of the cameras to each other is calibrated by means of a reference body 600 with optical markings. Appropriate calibration methods are known in the art.
  • the rigid shield 500 is connected by means of the rigid connection 532 with the ring 531, to which the rigid ball 530 is attached.
  • the probe 501 is by means of the ring 531 from the finger 311 of the hand 310 of Held measuring person.
  • the measuring person guides the ball 531 of the probe 501 along the surface of the object 200 such that the touch ball 312 of the fingertip 311 contacts both the surface of the object 200 and the ball 530.
  • the marks 510 on the shield can be passive. They can also be actively lit, such as with LED or OLED.
  • spatial position and spatial orientation of the markings 510 measured by the cameras are determined on the shield 500 in the camera coordinate system. Since the shield 500 is connected to the rigid ball 530 via the rigid connection 532 and the ring 531, the orientation and orientation of the ball 530 for each measurement is also known.
  • the sphere can be made of a quartz glass, of steel or of any other suitable material, which can clearly detect the surface of the material to be measured.
  • the ball has a diameter of 2 to 5 millimeters. This makes it possible for the measuring person to simultaneously perceive both the ball 530 and the surface of the object 200 haptically.
  • the geometry of the material to be measured 200 can thus be detected by the person measuring leads her finger with the probe gently over the material to be measured in a pleasant speed, for example 50 to 150 mm / s.
  • the contact line or the contact point is detected by the camera system at any time via the ball contact with the material to be measured.
  • other fingers such as the thumb 313 are used to scan the material 200 to be measured and guide the ball 530.
  • the sphere geometry is taken into account when determining the surface geometry of the material to be measured.
  • the scanning of the material to be measured makes it possible that a visual contact between the measuring person 300 and the sample 200 is not required during the measurement. Sampling is more intuitive thanks to tactile perception. For example, during the scan, the subject may view a monitor with the analyzed measurement data. For example, the measuring person can judge the quality of the measurement data himself and decide whether certain object locations need to be measured again.
  • the scanning preferably produces not only single spot measurements but rather areas of pads. It is the task of the analysis algorithm to calculate the surface of the article 200 from the measured points of contact. If the ball 530 always remains in contact with the object 200, a continuous measurement can also be made which detects lines in the space lying on the surface of the object.
  • FIG. 3 schematically shows a further device with the probe 1, which consists of the probe body 2, the marker region 3 and the probe body 13.
  • the probe body 2 is attached by means of the fastening device 5 to a finger 7 on the hand 6 of the measuring person.
  • the attachment between the wire 2 of the fastening device 5 and the finger 7 need not be rigid and should allow only a movement of the probe body 13.
  • the touch area 4 is located in the probe body 13.
  • the probe body 13 may be, for example, a ball or a tip.
  • the rigid marker region 3 and the rigid probe body 13 are rigidly connected to the rigid probe body 2.
  • the probe 1 is a substantially rigid object.
  • the probe 1 is attached to a hand 6, that firstly the probe body 2 is guided along a finger 7, secondly the Tastballen 10 of the fingertip of this finger is at the touch area 4 and third, the marker area 3 at the back of the hand, wrist or forearm of the measuring person.
  • the finger 7 may be, for example, the index finger, the middle finger or otherwise a finger.
  • the measuring person can wear gloves during the measurement. This must be taken into account in the design of the touch area. For example, the surgeon must wear gloves in the operating room. Or the measuring person in the production line must protect himself with gloves against sharp edges of the object to be measured or against oily surfaces.
  • the fastening device 5 may comprise an elastic tube.
  • the attachment may also have an easily deformable, plastically deformable sleeve, the for attaching the probe 1 on the finger can be easily compressed and then connects the sleeve firmly with the finger.
  • Other options for attachment can be easily handled clamps or straps.
  • the attachment should be easy to remove after use.
  • the attachment of the probe to the finger is temporary.
  • the attachment should be comfortable for the measuring person. The attachment ensures that the probe 1 does not slip off the finger 7.
  • the optically contrasting pattern 11 is applied to the surface of the marker region 3.
  • This is realized by means of laser engraving.
  • the surface of the marker region to which the pattern is applied is preferably flat.
  • the pattern has no gloss on the surface of the marker region, i. the surface is dull.
  • the marker region 3 can consist of one or more such flat surfaces on which the high-contrast patterns 11 are applied.
  • Each pattern 11 on a flat area of the marker area contains areas at least for the pattern identification and for the determination of the position and orientation of the pattern in the coordinate system of the camera system.
  • Other pattern areas may include redundancy to account for effects of, for example, a soiled pattern in determining identification, location, and orientation.
  • Each pattern is assigned its own coordinate system.
  • Two or more patterns 11 may be arranged on the marker area 3 such that at least one pattern is measurable by the camera system 12.
  • the camera system measures the optically contrasting patterns 1 1 and uses them to determine the position and orientation of the pattern coordinate system with respect to the coordinate system of the camera system.
  • the position and orientation of the probe in the coordinate system with respect to the pattern on the marker region is known either through the manufacturing process or through calibration. This calibration is state of the art. Thus, the position and orientation of the probe in the coordinate system of the camera system is known from the measured position and orientation of the pattern. [48] In the arrangement in Figure 3, the camera system and the object must not be moved during the measurement.
  • the objects 8 are in surgery, for example, the surfaces of acetabular cups, in particular the edge of the acetabulum, other joints such as knee, ankle, shoulder joint or generally bone or hard structures.
  • the objects 8 may be any molded parts or bearings in gears.
  • the touch area 4 is designed such that, when the surface 9 of the touchpad 10 of the fingertip is measured in the touch area 4 of the probe 1, it simultaneously comes into contact with the object surface 9 and with the feeler body 13. For example, by means of the haptic perception, the measuring person ensures that the probe body 13 is located on the object surface 9 at the desired position and / or that the probe body 13 touches the object surface 9.
  • the measuring person can move the probe body 13 to the desired surface position. It may also be helpful to use the other fingers that are not connected to the probe for haptic perception.
  • the measuring person can activate the camera system, parts of the measuring system or the entire measuring system by means of activation modules such as switches or voice control for the measurement.
  • the shape and size of the probe body 13 depend, for example, on the haptic perception of the person measuring with gloves or on the object surface 9. For example, too small balls can reduce their haptic perception with respect to the object surface. Too large balls cover too much of the touch area and can also reduce haptic perception.
  • FIGS. 5a and 5b schematically show guide aids for the probe.
  • the touch area around the rigid feeler body 13 can be configured with a rigid guide aid 20 (FIG. 5a). This substantially facilitates the guidance of the feeler body 13, for example, along the edge of the object surface 9.
  • the guide aid 20 may be attached to the stylus body 2.
  • the tactile area around the rigid probe body 13 can be configured with a guide aid 21 made of flexible and / or plastically deformable material (FIG. 5b). This substantially facilitates the guidance of the feeler body 13 along the object surface 9.
  • the shape of this guide aid substantially supports the displacement of the feeler body along the object surface.
  • the guidance aid for example in the form of a saddle, can be helpful.
  • Tastballen 10 is shown with the fingernail 50 in Figures 5a and 5b.
  • FIG. 6 shows schematically the cross-section of the sensing area 4 of the device with a ball 13 as a probe body.
  • the touchpad 10 of the fingertip touches the ball 13 and at the points 24, the object surface 9 of the object 8.
  • FIG. 6 shows schematically the cross-section of the sensing area 4 of the device with a ball 13 as a probe body.
  • the touchpad 10 of the fingertip touches the ball 13 and at the points 24, the object surface 9 of the object 8.
  • FIG. 7 shows schematically the longitudinal section of the scanning region 4 of the device with a ball 13 on the rigid stylus body 2.
  • the stylet 10 of the fingertip touches the ball 13 and, at the points 25, the object surface 9 of the object 8.
  • FIG. 8 shows schematically the cross-section of the sensing area of the device with a hemisphere 26 and a cone 27 as a probe body.
  • the tactile ball 10 of the fingertip feels the hemisphere 26 and the object surface 9, while the tip of the cone 27 slides over the object surface 9.
  • the attachment and probe must be sterile.
  • the probe consists of materials suitable for multiple sterilization in an autoclave without compromising the probe geometry or the optical properties of the sample.
  • the probe can be completely passive. It can be designed as a lightweight measuring instrument. For example, its weight is less than 50g.
  • Measuring probes can be manufactured with different patterns, marker areas, stylus body lengths, stylus configurations or different materials.
  • the probe can be made of a piece of metal or plastic.
  • the patterns are applied to the marker region, for example by means of laser engraving.
  • the surface to be scanned must not be visible to the measuring person. Thanks to the haptic perception in the touch area, the positioning of the probe on the object is made much easier. This ensures, for example, that the probe touches the object surface safely. By moving the scanning area along the object surface, the measuring person can safely aim for the desired positioning of the probe body.
  • the camera system can be part of a tracking system or a navigation system. It can be used stationary or mobile, be light and portable, have its own power supply and / or communicate wirelessly.
  • the camera system can carry out the measurements continuously. As soon as samples are measured in the measuring range of the camera system, their position and orientation are transmitted to the user software. This calculates the positions and orientations of the probe in the camera coordinate system. Thus, the contact points of the probe body are calculated on the object surface with methods known in the art.
  • the camera system measures the optically contrasting patterns of the probe and thus the position and orientation of the probe. Thanks to the haptic perception, the measuring person assesses the position of the probe with respect to the object surface. In general, only measurement data relating to the object surface should be acquired with the camera system. Due to the haptic perception, the measuring person can activate the camera system as needed for measurement. The activation can be carried out, for example, by a foot switch or by a switch or push button integrated in the camera system. The activation of the camera system triggers a single measurement, which indicates the position and orientation of the pattern and the tactile results. Activation of the camera system may, if necessary, trigger a series of individual measurements. In this case, the measuring person can guide the measuring probe along the object surface in a targeted manner by means of haptic perception and thus acquire measurement data.
  • FIG. 9 schematically shows another form of the rigid stylus body 2.
  • the stylus body 2 is arranged laterally by the finger 7.
  • Other implementations of the stylus body are possible as along both finger sides, above the finger over the fingernail or at the finger bottom along the Tastballens.
  • the stylus bodies can be made of components of simple geometry or anatomically shaped to provide a high wearing comfort.
  • FIG. 10 schematically shows the device with optical camera system 12, the probe 1 with a rigid probe body 2, marker region 3 with pattern 11 and probe body 13 and a further marker 3a rigidly connected to the object 8 and having the pattern I 1a.
  • the identifications of the patterns 11 and 11a are different.
  • the measured coordinates of the probe body 13 can be calculated in the coordinate system of the second pattern I Ia.
  • the camera system can be moved freely with respect to the two markers.
  • the camera system 12 can be held by the measuring person with the other hand in order to carry out measurements if necessary. Both camera system 12 and object 8 are allowed to move relative to each other.
  • FIG. 11 schematically shows the device with optical camera system, the probe 1 with a rigid probe body 2, marker region 3 with pattern 11 and probe body 13 and a further marker 3a rigidly connected to the table 30.
  • the object 8 must not be moved in the measurement with respect to the table marker 3a.
  • the camera system 12 can be moved freely with respect to the two markers 3 and 3a.
  • FIG. 12 schematically shows a device in which the rigid object 8 is rigidly connected to an optical camera system 40.
  • the probe 1 has a rigid probe body 2, a marker region 3 with pattern 11 and a probe body 13.
  • the camera system is preferably lightweight and portable. It has its own power supply and communicates wirelessly.
  • FIG. 13 schematically shows the device with an optical camera system 50 rigidly connected to the probe 1, the probe 1 with a rigid stylus body 2 and a stylus 13 and a marker 3 a rigidly connected to the rigid object 8 with a pattern I 1 a.
  • the camera system and the probe are, if necessary, rigidly connected to each other by means of the adapter 51.
  • the lightweight, portable camera system has its own power supply and communicates wirelessly. For the surface measurement of the probe is preferably performed with one hand along the surface and with the other hand, the camera system is held if necessary and / or activated for measurement by means of switches or buttons.
  • FIG. 14 schematically illustrates a possible device for measurements at hard-to-reach locations of a workpiece 1200.
  • the probe ball 530 is connected to the shield 500 by means of the connecting piece 1201.
  • the pattern 510 on the sign can be aligned with the camera system as needed.
  • the center of the ball 530 lies on the axis of rotation 1010. The correct position of the test ball on the workpiece surface is scanned with the finger 311.
  • this haptic measuring device is possible in various areas: in quality control, in assembly, in mold and plant construction, in sheet metal working, in welding technology and in many more. Especially in processes where highest ergonomics and high throughput of measurements are required, the measurement process can be integrated into the respective work step.
  • a particularly preferred application uses two probes simultaneously, which are measured individually by the measuring system. Both hands are equipped with a measuring probe. This allows objects to be measured very efficiently in an intuitive way. The optimal circle of action is about one meter. The surgeon can make the object ergonomic Grasp and move properly with both hands to deposit it at a specific location or to control the item after processing. At the same time, the object is determined and measured.
  • the object can be examined for roughness by means of suitable tactile balls by gently rubbing the operator over the material to be measured. Based on the change in position of the ball and the depth variation perpendicular to the measurement plane, the roughness is determined.
  • Haptic scanning according to the invention can be combined with Augmented Reality.
  • a target shape is known.
  • Meissein material is removed from an object.
  • the measuring system immediately records the current shape by scanning. This can be communicated to the surgeon via an optical system without, for example, constantly having to use another measuring instrument such as a surface scanner.
  • a measuring arm known to the experts can also be used.
  • the probe is attached directly to the measuring arm by means of a suitable adapter.
  • the shield 500 shown schematically in FIG. 2 with the optical markings 510 or the marker 3 with the pattern 11 in FIG. 3 can thus be dispensed with.
  • the measurements of the probe take place in the coordinate system of the measuring arm.

Abstract

The invention relates to a measuring sensor for measuring a surface, comprising a sensor body and a fixing device for fixing the sensor body to a finger, and to a method for measuring a surface, wherein the sensor body is fixed to the finger such that the finger can touch the surface together with the sensor body.

Description

Messtaster und Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche  Probe and method for measuring a surface
[ 1] Die Erfindung betrifft einen Messtaster zum Vermessen einer Oberfläche mit einem Tastkörper und einer Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Tastkörpers an einem Finger und ein Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche. The invention relates to a probe for measuring a surface with a probe body and a fastening device for fastening the probe body to a finger and a method for measuring a surface.
[2] Die mobile 3D-Messtechnik spielt in der industriellen Messtechnik eine grosse Rolle. Beispielsweise wird die Form von beliebigen Gegenständen wie zum Beispiel gebogenen Rohren oder Autoformteilen mit Tastern gemessen. Die Messperson führt bei der Messung den Tastkörper des Messtasters beispielsweise entlang einer Trajektorie auf der Messgutoberfläche. Die Oberfläche des Messguts kann auch punktweise angetastet werden. [2] Mobile 3D measuring technology plays a major role in industrial metrology. For example, the shape of any objects such as bent tubes or car molds is measured with buttons. During the measurement, the measuring person guides the probe of the probe, for example, along a trajectory on the surface of the material to be measured. The surface of the material to be measured can also be touched point by point.
[3] Solche Messsysteme werden auch verwendet um Lage- und Raumorientierung von Gegenständen, wie beispielsweise Flanschpaaren absolut oder relativ zueinander zu erfassen. Auch in der Chirurgie werden Oberflächen mit starren Tastern abgetastet, deren Position und Orientierung mit chirurgischen Navigationssystemen gemessen werden. Such measuring systems are also used to position and spatial orientation of objects, such as pairs of flanges to detect absolute or relative to each other. Also in surgery, surfaces are scanned with rigid styli whose position and orientation are measured with surgical navigation systems.
[4] All diesen Messsystemen ist gemeinsam, dass die Messperson den Taster so bedienen muss, dass die Tasterspitze für die Messungen schlüssigen Kontakt mit der Messgutoberfläche hat. Es besteht dabei immer die Möglichkeit, dass die Tasterspitze vom Messgut seitlich wegrutscht oder vom angestrebten Messpunkt verrutscht. Dies kann zu Messfehlern führen. Dieses Problem kann teilweise gemildert werden, indem die Messperson beispielsweise den Taster mit der einen Hand bedient und mit der anderen Hand die Tasterspitze auf die Oberfläche des Messguts drückt. [4] All these measuring systems have in common that the measuring person must operate the button in such a way that the probe tip has conclusive contact with the surface of the measuring material for the measurements. There is always the possibility that the probe tip slips sideways away from the material being measured or slips from the desired measuring point. This can lead to measurement errors. This problem can be alleviated in part by the measuring person operating, for example, the push-button with one hand and with the other hand pressing the push-button tip onto the surface of the measured object.
[5] Problematisch sind Messungen an Stellen wie sich erweiterenden Hohlräumen, die weder visuell noch mit dem Taster direkt zugänglich sind. Für solche Messungen muss der Taster entsprechend vorgeformt sein. Auch in diesem Fall kann die Tasterspitze vom angestrebten Messpunkt abgleiten. [6] Im US-Patent 7,742,802 B2, der US-Patentanmeldung 2005/0199250 AI und der Patentanmeldung DE 10 2005 010 335 AI werden Systeme, Geräte und Methoden für die Bestimmung der Position eines Punktes auf einem Gegenstand beschrieben. Dabei ist eine Tastspitze, mit der die gewünschte Position am Gegenstand ertastet wird, mit einer Struktur an einem Finger der Messperson angebracht. Ein chirurgisches Navigationssystem verfolgt einen an der Hand angebrachten Sensor, der in definierter Weise mit einem an der Hand angeordneten Positionsgerät verbunden ist. Die Aufgabe des Positionsgeräts ist die Positionsbestimmung der Tastspitze relativ zum Sensor. Die Struktur am Finger ist bezüglich des Sensors beweglich. Die Tastspitze kann eine Messung gezielt auszulösen und sie ist in der Lage, mit dem Positionsgerät zu kommunizieren. Die gesamte Anordnung gestattet die Bestimmung der globalen Position der Tastspitze im Koordinatensystem des Navigationssystem. [5] Measurements are problematic at locations such as expanding cavities, which are neither directly accessible visually nor with the probe. For such measurements, the button must be preformed accordingly. Also in this case, the stylus tip can slide off the target measurement point. US Pat. No. 7,742,802 B2, US patent application 2005/0199250 A1 and patent application DE 10 2005 010 335 A1 describe systems, devices and methods for determining the position of a point on an object. In this case, a stylus tip, with which the desired position is felt on the object, mounted with a structure on a finger of the measuring person. A surgical navigation system tracks a hand-mounted sensor that is connected in a defined manner to a hand-held positioner. The task of the positioning device is to determine the position of the probe tip relative to the sensor. The structure on the finger is movable with respect to the sensor. The probe tip can trigger a targeted measurement and it is able to communicate with the positioning device. The entire arrangement allows the determination of the global position of the probe tip in the coordinate system of the navigation system.
[7] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Ertasten der relevanten Stellen einer Objektoberfläche zu erleichtern. [7] The invention is based on the object to facilitate the palpation of the relevant points of an object surface.
[8] Dies wird mit einem System und einem Verfahren gelöst, bei denen ein Messtaster mit Bereichen zusammenwirkt, die die gleichzeitige haptische Wahrnehmung sowohl des Messguts als auch eines Teils der Tastspitze ermöglicht. This is achieved with a system and a method in which a probe interacts with areas that allows the simultaneous haptic perception of both the product and a part of the probe tip.
[9] Vorrichtungsmäßig wird dies mit einem gattungsgemäßen Messtaster gelöst, bei dem der Tastkörper derart am Finger befestigt ist, dass der Finger neben dem Tastkörper die Oberfläche berühren kann. In terms of device, this is achieved with a generic probe in which the probe body is attached to the finger so that the finger can touch the surface next to the probe body.
[ 10] Als haptische Wahrnehmung wird dabei das aktive Erfühlen von Größe, Konturen, Oberflächentextur, Gewicht usw. eines Objekts durch Integration der Hautsinne und der Tiefensensibilität verstanden. Insbesondere ist der terminale Tastballen einer Fingerkuppe, d.h. die Fingerspitze, an der Innenseite von jedem Finger mit vielen Rezeptoren ausgestattet, die das Abtasten einer Fläche ermöglichen. Die Gesamtheit der haptischen Wahrnehmungen erlaubt es dem Gehirn, beispielsweise mechanische Reize zu lokalisieren und zu bewerten. Wechselnde Reize, wie sie beispielsweise durch Abtasten einer Oberfläche entstehen, werden besonders gut haptisch wahrgenommen. [10] Haptic perception is understood to mean the active feeling of size, contours, surface texture, weight, etc. of an object through integration of the senses of the skin and sensitivity to depth. In particular, the terminal tactile ball of a fingertip, i. the fingertip, on the inside of each finger equipped with many receptors that allow the scanning of a surface. The totality of haptic perceptions allows the brain to localize and evaluate, for example, mechanical stimuli. Changing stimuli, such as those produced by scanning a surface, are perceived to be particularly haptic.
[ 1 1] Während die Fingerspitze mit den vielen Nervenenden eine Oberfläche ertasten kann, vermisst ein Tastkörper nur die Position eines Punktes oder nacheinander vieler Punkte. Die erfindungs gemäße Vorrichtung erlaubt es, beide Prinzipien miteinander zu verbinden, indem während der Vermessung eines Punktes der Fingerspitze ermöglicht wird, um den Punkt herum oder in dessen Nähe die Oberfläche zu ertasten. [1 1] While the fingertip can feel a surface with the many nerve endings, a stylus only measures the position of a point or successively many points. The device according to the invention makes it possible to combine the two principles by making it possible, during the measurement of a point of the fingertip, to feel the surface around or around the point.
[ 12] Vorteilhaft ist es, wenn der Tastkörper eine Kugel oder eine Spitze ist. Dabei kann die Spitze auch von einem kugelförmigen Körper abstehen oder sie kann als Kegel oder Pyramide ausgebildet sein. Je nach Anwendungsfall sind unterschiedliche Tastkörperformen vorteilhaft. [12] It is advantageous if the probe body is a ball or a tip. The tip may also protrude from a spherical body or it may be formed as a cone or pyramid. Depending on the application, different probe body shapes are advantageous.
[ 13] Insbesondere um Kanten oder Strukturen auf Oberflächen leichter zu verfolgen wird vorgeschlagen, dass der Tastkörper eine gebogene Führung aufweist. Eine derartige gebogene Führung kann ein kurzes gebogenes Drahtstück sein oder auch eine gebogene Fläche. Die Biegung kann einen konkaven Bogen beschreiben oder die gebogene Führung kann auch dachförmig oder als abgewinkelte Fläche ausgebildet sein. In particular, to track edges or structures on surfaces easier, it is proposed that the probe body has a curved guide. Such a curved guide may be a short curved piece of wire or a curved surface. The bend may describe a concave arc or the curved guide may also be roof-shaped or formed as an angled surface.
[ 14] Um eine hohe Messpräzision zu erzielen, ist es vorteilhaft, dass der Tastkörper besonders klein ist. Andererseits muss der Tastkörper auch starr mit der Befestigungseinrichtung verbindbar sein, und der Tastkörper sollte es ermöglichen, vorzugsweise derart in die Fingerkuppe gedrückt zu werden, dass der den Tastkörper umgebende Bereich der Fingerkuppe die Oberfläche berühren kann, die auch der Tastkörper berührt. Dabei hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn der Tastkörper zwischen 1 und 10 mm und vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm lang ist. Diese Länge ist bei einem kugelförmigen Tastkörper der Durchmesser und bei einer anderen Tastkörperform die maximale Erstreckung zwischen zwei Oberflächenpunkten des Körpers. [14] In order to achieve a high measuring precision, it is advantageous that the probe body is particularly small. On the other hand, the probe body must also be rigidly connectable to the fastening device, and the probe body should make it possible to be pressed into the fingertip preferably in such a way that the area of the fingertip surrounding the probe body can touch the surface which also contacts the probe body. It has been found that it is advantageous if the probe is between 1 and 10 mm and preferably between 2 and 5 mm long. This length is the diameter of a spherical probe and the maximum extension between two surface points of the body in another Tastkörperform.
[ 15] Eine einfache Ausführungsform sieht vor, dass die Befestigungseinrichtung einen Fingerring aufweist. Ein derartiger Ring kann einfach über den Finger gestülpt werden und ermöglicht somit eine Befestigung des Tastkörpers und des gesamten Messtasters am Finger. Der Ring kann dabei über die Fingerkuppe zwischen erstes und zweites Glied eines Fingers geschoben werden oder im Bereich der Fingerkuppe die Fingerspritze umgrenzen. [15] A simple embodiment provides that the fastening device has a finger ring. Such a ring can be easily slipped over the finger and thus allows attachment of the probe body and the entire probe on the finger. The ring can be pushed over the fingertip between the first and second limb of a finger or surround the finger syringe in the area of the fingertip.
[ 16] Individuell anpassbar wird die Befestigungseinrichtung, wenn sie eine plastisch verformbare Hülse aufweist. Eine derartige Hülse kann auch ringartig geformt sein. Die plastische Verformbarkeit ermöglicht es, die Hülse an eine spezielle Fingerform anzupassen und daran zu befestigen. Dabei ist das Material der Hülse derart fest zu wählen, dass es einerseits zur Anpassung plastisch verformbar ist und andererseits während der Nutzung der Befestigungseinrichtung die Hülse derart starr ist, dass der Tastkörper fest mit dem Finger verbunden ist. Dafür kann die Hülse auch im Querschnitt U-förmig oder O-förmig mit einem offenen Schlitz sein, so dass die Hülse - vorzugsweise elastisch - leicht biegbar ist, um sie über den Finger zu ziehen. [16] The fastening device becomes individually adaptable if it has a plastically deformable sleeve. Such a sleeve can also be shaped like a ring. The plastic deformability makes it possible to adapt the sleeve to a special finger shape and to attach it. In this case, the material of the sleeve is to be chosen so firmly that it is on the one hand for adaptation plastically deformable and on the other hand during use of the fastening device, the sleeve is so rigid that the probe body is firmly connected to the finger. For this, the sleeve may also be in cross-section U-shaped or O-shaped with an open slot, so that the sleeve - preferably elastic - is easily bendable to pull it over the finger.
[ 17] Damit der Tastballen simultan mit dem Tastkörper und mit der zu vermessenen Oberfläche in Kontakt treten kann, wird vorgeschlagen, dass die Befestigungseinrichtung einen Draht aufweist, der den Tastkörper hält. Ein dünner, steifer Draht oder mehrere dünne steife Drahtstücke ermöglichen es, einerseits den Tastkörper sicher zu halten und andererseits das Abtasten der Oberfläche mit dem Finger nicht zu behindern. Der Draht sollte einen Querschnitt wie beispielsweise einen Rohrquerschnitt oder eine T-Form aufweisen, um eine hohe Stabilität zu ermöglichen. Es können auch hochstabile Kunststoffe verwendet werden. [17] So that the Tastballen can come into simultaneous contact with the probe body and with the surface to be measured, it is proposed that the fastening device comprises a wire which holds the probe body. A thin, stiff wire or several thin stiff pieces of wire make it possible on the one hand to keep the probe safely and on the other hand, not to hinder the scanning of the surface with the finger. The wire should have a cross section such as a tube cross-section or a T-shape to allow high stability. It can also be used highly stable plastics.
[ 18] Eine einfache Ausführungsvariante sieht vor, dass der Tastkörper starr mit einem Messarm verbunden ist. Über den Messarm kann die Position des Tastkörpers ermittelt werden ohne dass ein Kamerasystem notwendig ist. A simple embodiment provides that the probe body is rigidly connected to a measuring arm. About the measuring arm, the position of the probe can be determined without a camera system is necessary.
[ 19] Alternativ oder kumulativ wird vorgesehen, dass der Messtaster ein Kamerasystem aufweist, das auf den Markerbereich ausgerichtet ist. Dies erhöht die Beweglichkeit des Messtasters. [19] Alternatively or cumulatively, it is provided that the probe has a camera system that is aligned with the marker area. This increases the mobility of the probe.
[20] Verfahrensmäßig wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit einem Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche gelöst, bei dem ein Tastkörper derart mit einem Finger auf einer Oberfläche bewegt wird, dass der Finger die Oberfläche berührt, während der Tastkörper die Oberfläche berührt. [0001] In terms of the method, the object underlying the invention is achieved by a method for measuring a surface, in which a feeler body is moved with a finger on a surface in such a way that the finger touches the surface while the feeler body touches the surface.
[21] Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Position des Tastkörpers ermittelt und gespeichert wird. Es können einzelne Punkte auf der Oberfläche eines Gegenstandes vermessen werden. Insbesondere zur Vermessung von Rauigkeiten oder Formen wird vorgeschlagen, dass die Position des Tastkörpers kontinuierlich gemessen wird. [22] Zum Messen wird vorgesehen, dass die Position des Tastkörpers im Raum gemessen wird. Das heißt, es liegt ein Raumkoordinatensystem vor, in dessen Bezug die Position des Tastkörpers bei der Messung gesetzt wird. It is advantageous if the position of the probe is determined and stored. Individual points on the surface of an object can be measured. In particular for the measurement of roughnesses or shapes, it is proposed that the position of the feeler be continuously measured. [22] For measuring it is provided that the position of the probe is measured in the room. That is, there is a space coordinate system in relation to which the position of the probe is set in the measurement.
[23] Alternativ oder kumulativ wird vorgeschlagen, dass die Position relativ zur Position der Oberfläche gemessen wird. Während mehrere Messpunkte die Position der Oberfläche definieren, dienen einzelne Punkte dazu, die Abweichung von einer Flächenform zu ermitteln. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Solloberfläche eines zu vermessenden Gegenstandes bekannt ist und mit dem Verfahren eine Abweichung zur Solloberfläche ermittelt wird. Dabei können beispielsweise Unebenheiten in einem Rohrstück ermittelt werden oder Erhebungen auf einem Knochen, die von der üblichen Knochenform abweichen. Bei der Vermessung kann durch eine Vielzahl an Punkten zunächst eine Flächenform durch Interpolation zwischen den Orten der Punkte ermittelt werden, um eine Grundform zu ermitteln. Eine genauere Vermessung kann anschließend eine Abweichung von dieser Grundform ermitteln wie beispielsweise Oberflächenunebenheiten oder Rauigkeiten oder auch makroskopische Erhebungen auf einer zuvor ermittelten Sollform. [23] Alternatively or cumulatively, it is proposed that the position be measured relative to the position of the surface. While several measurement points define the position of the surface, individual points serve to determine the deviation from a surface shape. It is advantageous if the sol surface of an object to be measured is known and the method is used to determine a deviation from the surface of the sol. In this example, bumps in a piece of pipe can be determined or surveys on a bone, which differ from the usual bone shape. During the measurement, a surface shape can first be determined by interpolating between the locations of the points by means of a multiplicity of points in order to determine a basic shape. A more accurate measurement can subsequently determine a deviation from this basic shape, such as, for example, surface irregularities or roughnesses or even macroscopic elevations on a previously determined desired shape.
[24] Damit der Nutzer, d.h. die Messperson auf Grund einer speziellen haptischen Wahrnehmung ein Kamerasystem oder Teile des Messsystems oder das gesamte Messsystem aktivieren kann, wird vorgeschlagen, dass nachdem der Finger die Oberfläche berührt hat, ein Messsystem aktiviert wird. Dies wir vorzugsweise durch eine Schalter oder Sprachsteuerung realisiert. Je nach haptischer Wahrnehmung kann somit das Messsystem an- oder ausgeschaltet werden. [24] In order for the user, i. If the measuring person is able to activate a camera system or parts of the measuring system or the entire measuring system on the basis of a special haptic perception, it is proposed that a measuring system be activated after the finger has touched the surface. This is preferably realized by a switch or voice control. Depending on the haptic perception, the measuring system can thus be switched on or off.
[25] Wenn von einem Finger oder einer Fingerkuppe gesprochen wird, so ist hiermit entweder der Hautbereich des Fingers gemeint oder, wenn beispielsweise ein Handschuh getragen wird, der entsprechende Bereich auf dem Handschuh. [25] When talking about a finger or a fingertip, this refers either to the area of the skin of the finger or, for example, when a glove is worn, to the corresponding area on the glove.
[26] Wenn es um die Positionsbestimmung des Tastkörpers geht, wird dies entweder über einen Messarm oder über ein Kamerasystem erreicht. [26] When it comes to determining the position of the probe, this is achieved either via a measuring arm or via a camera system.
[27] Ein Messarm ist mit einem Ende fest im Raum positioniert und dadurch kann durch die Ermittlung der Bewegung des Messarmes auf die Position des anderen Endes des Armes geschlossen werden. Alternativ kann der Messtaster auch einen Tastkörper und optische Erkennungsmerkmale für die Positions- und Orientierungsbestimmung aufweisen. [27] A measuring arm is fixed with one end firmly in the space and thereby can by the determination of the movement of the measuring arm on the position of the other end of the arm getting closed. Alternatively, the probe can also have a probe body and optical recognition features for the position and orientation determination.
[28] Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen: [28] The invention will now be described by way of example without limiting the general inventive concept by means of exemplary embodiments with reference to the drawings, which are expressly referred to in the rest with respect to the disclosure of all details of the invention not explained in detail. Show it:
Figur 1 schematisch die Vorrichtung mit optischem Kamerasystem, dem Messtaster mit einem Bereich für die haptische Wahrnehmung und dem Messgut, FIG. 1 schematically shows the device with optical camera system, the probe with an area for haptic perception and the material to be measured,
Figur 2 schematisch eine mögliche Ausführung des Messtasters mit einem Bereich für die haptische Wahrnehmung, FIG. 2 schematically shows a possible embodiment of the probe with an area for the haptic perception,
Figur 3 schematisch eine weitere mögliche Ausführung des Messtasters mit einem Figure 3 schematically another possible embodiment of the probe with a
Bereich für die haptische Wahrnehmung,  Area for haptic perception,
Figur 4 schematisch zwei mögliche Ausführungen des Tastbereichs der Vorrichtung, FIG. 4 schematically shows two possible embodiments of the scanning range of the device,
Figur 5 schematisch zwei mögliche Ausführungen für Führungen im Tastbereichs der Figure 5 schematically shows two possible designs for guides in the sensing range of
Vorrichtung,  Contraption,
Figur 6 schematisch den Querschnitt des Tastbereichs der Vorrichtung mit einer Kugel als starrem Tastkörper, FIG. 6 shows schematically the cross-section of the sensing area of the device with a ball as a rigid probe body,
Figur 7 schematisch den Längsschnitt des Tastbereichs der Vorrichtung mit einer Kugel als starrem Tastkörper, FIG. 7 schematically shows the longitudinal section of the scanning region of the device with a ball as a rigid probe body,
Figur 8 schematisch den Querschnitt des Tastbereichs der Vorrichtung mit einer FIG. 8 schematically shows the cross-section of the sensing area of the device with a
Kombination von Halbkugel und einem Kegel als starrem Tastkörper,  Combination of a hemisphere and a cone as a rigid probe body,
Figur 9 schematisch die Vorrichtung mit optischem Kamerasystem, dem Messtaster mit einer weiteren Form des starren Tasterkörpers, des Markerbereichs und des Tastkörpers, FIG. 9 schematically shows the device with optical camera system, the probe with a further form of the rigid probe body, the marker region and the probe body,
Figur 10 schematisch die Vorrichtung mit optischem Kamerasystem, dem Messtaster mit starrem Tasterkörper, Markerbereich und Tastkörper und einem weiteren, mit dem Objekt starr verbundenen Marker mit Muster, 10 shows schematically the device with optical camera system, the probe with rigid probe body, marker region and probe body and another marker with pattern rigidly connected to the object,
Figur 11 schematisch die Vorrichtung mit optischem Kamerasystem, dem Messtaster mit starrem Tasterkörper, Markerbereich und Tastkörper und einem weiteren, mit dem Tisch starr verbundenen Marker mit Muster, 11 shows schematically the device with optical camera system, the probe with a rigid probe body, marker region and probe body and another, rigidly connected to the table marker with pattern,
Figur 12 schematisch die Vorrichtung mit dem Objekt starr verbundenen optischem Figure 12 schematically shows the device with the object rigidly connected optical
Kamerasystem, dem Messtaster mit starrem Tasterkörper, Markerbereich und Tastkörper,  Camera system, the probe with a rigid probe body, marker area and probe body,
Figur 13 schematisch die Vorrichtung mit einem mit dem Messtaster starr verbundenen optischen Kamerasystem, dem Messtaster mit starrem Tasterkörper, Markerbereich und Tastkörper und einem mit dem Objekt starr verbundenen Marker mit Muster und 13 shows schematically the device with a rigidly connected to the probe optical camera system, the probe with a rigid stylus body, marker region and probe and a rigidly connected to the object marker with pattern and
Figur 14 schematisch eine geeignete Vorrichtung für die Vermessung von schwer zugänglichen Stellen eines Werkstücks. Figure 14 schematically a suitable device for the measurement of hard to reach places of a workpiece.
[29] Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung aller Komponenten einer Vorrichtung, die auf optischen Methoden beruht. Auf dem Messtisch 100 liegt das Messgut 200 wie beispielsweise ein Motorblock oder ein gebogenes Rohr. Die Messperson 300 hält einen Messtaster 501 mit einem starren Schild 500, auf dem optisch sichtbare Markierungen angebracht sind. Die Raumpositionen und Raumorientierungen von diesen Markierungen werden mit in der Fachwelt bekannten Verfahren von mindestens einer Kamera 400 mit Bildsensor und dem Sichtbereich 410 vermessen. Die Kameras können beispielsweise mit Magneten 440, mit Schraub-, Bajonettoder Klickverschluss an einer Wand, an der Decke, an einem Gestell oder einem Stativ festgemacht werden. Die Orientierung der Kameras zueinander wird mittels eines Referenzkörpers 600 mit optischen Markierungen kalibriert. Entsprechende Kalibriermethoden sind in der Fachwelt bekannt. [29] Figure 1 shows schematically the arrangement of all components of a device based on optical methods. On the measuring table 100 is the measured material 200 such as an engine block or a bent pipe. The measuring person 300 holds a probe 501 with a rigid shield 500, on which optically visible markings are mounted. The spatial positions and spatial orientations of these markings are measured by at least one camera 400 with image sensor and the viewing area 410 using methods known in the art. For example, the cameras can be fixed to a wall, ceiling, rack or tripod with a 440 magnet, screw, bayonet or click-lock. The orientation of the cameras to each other is calibrated by means of a reference body 600 with optical markings. Appropriate calibration methods are known in the art.
[30] In Figur 2 sind Details zum Messtaster schematisch dargestellt. Das starre Schild 500 ist mittels der starren Verbindung 532 mit dem Ring 531 verbunden, an dem die starre Kugel 530 befestigt ist. Der Messtaster 501 wird mittels des Ringes 531 vom Finger 311 der Hand 310 der Messperson gehalten. Die Messperson führt die Kugel 531 des Messtasters 501 dergestalt entlang der Oberfläche des Objekts 200, dass der Tastballen 312 der Fingerkuppe 311 sowohl die Oberfläche des Objekts 200 als die Kugel 530 berührt. [30] Details of the probe are shown schematically in FIG. The rigid shield 500 is connected by means of the rigid connection 532 with the ring 531, to which the rigid ball 530 is attached. The probe 501 is by means of the ring 531 from the finger 311 of the hand 310 of Held measuring person. The measuring person guides the ball 531 of the probe 501 along the surface of the object 200 such that the touch ball 312 of the fingertip 311 contacts both the surface of the object 200 and the ball 530.
[31 ] Die Markierungen 510 auf dem Schild können passiv sein. Sie können auch aktiv leuchtend sein wie beispielsweise mit LED oder OLED. [31] The marks 510 on the shield can be passive. They can also be actively lit, such as with LED or OLED.
[32] Mit in der Fachwelt bekannten Methoden werden Raumlage und Raumorientierung der von den Kameras gemessenen Markierungen 510 auf dem Schild 500 im Kamerakoordinatensystem bestimmt. Da das Schild 500 über die starre Verbindung 532 und den Ring 531 mit der starren Kugel 530 verbunden ist, ist auch die Raumlage und Orientierung der Kugel 530 für jede Messung bekannt. With methods known in the art, spatial position and spatial orientation of the markings 510 measured by the cameras are determined on the shield 500 in the camera coordinate system. Since the shield 500 is connected to the rigid ball 530 via the rigid connection 532 and the ring 531, the orientation and orientation of the ball 530 for each measurement is also known.
[33] Die Kugel kann aus einem Quarzglas, aus Stahl oder aus einem sonst geeigneten Material hergestellt sein, das die Oberfläche des Messgutes eindeutig erfassen kann. Die Kugel hat beispielsweise einen Durchmesser von 2 bis 5 Millimeter. Damit ist es der Messperson möglich, sowohl die Kugel 530 als auch die Oberfläche des Objekts 200 gleichzeitig haptisch wahrzunehmen. Die Geometrie des Messgut 200 kann damit erfasst werden, indem die Messperson ihren Finger mit dem Messtaster behutsam über das Messgut in einer ihr angenehmen Geschwindigkeit, zum Beispiel 50 bis 150 mm/s führt. Gleichzeitig wird über die Kugelberührung mit dem Messgut die Kontaktlinie oder der Kontaktpunkt zu jedem Zeitpunkt vom Kamerasystem erfasst. Je nach Bedarf dienen weitere Finger wie der Daumen 313 dem Abtasten des Messgutes 200 und der Führung der Kugel 530. The sphere can be made of a quartz glass, of steel or of any other suitable material, which can clearly detect the surface of the material to be measured. For example, the ball has a diameter of 2 to 5 millimeters. This makes it possible for the measuring person to simultaneously perceive both the ball 530 and the surface of the object 200 haptically. The geometry of the material to be measured 200 can thus be detected by the person measuring leads her finger with the probe gently over the material to be measured in a pleasant speed, for example 50 to 150 mm / s. At the same time, the contact line or the contact point is detected by the camera system at any time via the ball contact with the material to be measured. Depending on requirements, other fingers such as the thumb 313 are used to scan the material 200 to be measured and guide the ball 530.
[34] Mit in der Fachwelt bekannten Methoden wird die Kugelgeometrie bei der Bestimmung der Oberflächengeometrie des Messguts berücksichtigt. [34] Using methods known in the art, the sphere geometry is taken into account when determining the surface geometry of the material to be measured.
[35] Das Abtasten des Messgutes ermöglicht, dass ein Sichtkontakt zwischen der Messperson 300 und dem Messgut 200 bei der Messung nicht benötigt wird. Das Abtasten erfolgt dank der haptischen Wahrnehmung eher intuitiv. Während dem Abtasten kann die Messperson beispielsweise einen Monitor mit den analysierten Messdaten betrachten. Die Messperson kann so beispielsweise die Qualität der Messdaten selber beurteilen und entscheiden, ob gewisse Objektstellen nochmals gemessen werden müssen. [36] Das Abtasten erzeugt vorzugsweise nicht nur einzelne Punktmessungen sondern eher Bereiche von Kontaktstellen. Es ist Aufgabe des Analysealgorithmus aus den gemessenen Berührungspunkten die Oberfläche des Gegenstandes 200 errechnen. Sofern die Kugel 530 immer in Kontakt mit dem Gegenstand 200 bleibt, kann auch eine kontinuierliche Messung durchgeführt werden, die Linien im Raum erfasst, die auf der Oberfläche des Gegenstandes liegen. [35] The scanning of the material to be measured makes it possible that a visual contact between the measuring person 300 and the sample 200 is not required during the measurement. Sampling is more intuitive thanks to tactile perception. For example, during the scan, the subject may view a monitor with the analyzed measurement data. For example, the measuring person can judge the quality of the measurement data himself and decide whether certain object locations need to be measured again. [36] The scanning preferably produces not only single spot measurements but rather areas of pads. It is the task of the analysis algorithm to calculate the surface of the article 200 from the measured points of contact. If the ball 530 always remains in contact with the object 200, a continuous measurement can also be made which detects lines in the space lying on the surface of the object.
[37] Die Figur 3 zeigt schematisch eine weitere Vorrichtung mit dem Messtaster 1 , der aus dem Tasterkörper 2, dem Markerbereich 3 und dem Tastkörper 13 besteht. Der Tasterkörper 2 ist mittels der Befestigungseinrichtung 5 an einem Finger 7 an der Hand 6 der Messperson angebracht. Die Befestigung zwischen dem Draht 2 der Befestigungseinrichtung 5 und dem Finger 7 muss nicht starr sein und soll nur eine Bewegung des Tastkörpers 13 ermöglichen. Mit dem Messtaster 1 wird die Oberfläche 9 eines Objektteils 8 gemessen. Der Tastbereich 4 befindet sich bei dem Tastkörper 13. Der Tastkörper 13 kann beispielsweise eine Kugel oder eine Spitze sein. FIG. 3 schematically shows a further device with the probe 1, which consists of the probe body 2, the marker region 3 and the probe body 13. The probe body 2 is attached by means of the fastening device 5 to a finger 7 on the hand 6 of the measuring person. The attachment between the wire 2 of the fastening device 5 and the finger 7 need not be rigid and should allow only a movement of the probe body 13. With the probe 1, the surface 9 of an object part 8 is measured. The touch area 4 is located in the probe body 13. The probe body 13 may be, for example, a ball or a tip.
[38] Der starre Markerbereich 3 und der starre Tastkörper 13 sind mit dem starren Tasterkörper 2 starr verbunden. Damit ist der Messtaster 1 ein im Wesentlichen starres Objekt. [38] The rigid marker region 3 and the rigid probe body 13 are rigidly connected to the rigid probe body 2. Thus, the probe 1 is a substantially rigid object.
[39] Der Messtaster 1 wird so an einer Hand 6 befestigt, dass erstens der Tasterkörper 2 entlang einem Finger 7 geführt wird, zweitens der Tastballen 10 der Fingerspitze von diesem Finger sich beim Tastbereich 4 befindet und drittens der Markerbereich 3 sich beim Handrücken, Handgelenk oder Unterarm der Messperson befindet. Der Finger 7 kann beispielsweise der Zeigerfinger, der Mittelfinger oder sonst ein Finger sein. The probe 1 is attached to a hand 6, that firstly the probe body 2 is guided along a finger 7, secondly the Tastballen 10 of the fingertip of this finger is at the touch area 4 and third, the marker area 3 at the back of the hand, wrist or forearm of the measuring person. The finger 7 may be, for example, the index finger, the middle finger or otherwise a finger.
[40] Die Messperson kann bei der Messung Handschuhe tragen. Dies muss bei der Ausgestaltung des Tastbereichs berücksichtigt werden. Beispielsweise muss der Chirurg im Operationssaal Handschuhe tragen. Oder die Messperson in der Produktionslinie muss sich mit Handschuhen vor scharfen Kanten des zu messenden Objekts oder vor öligen Oberflächen schützen. [40] The measuring person can wear gloves during the measurement. This must be taken into account in the design of the touch area. For example, the surgeon must wear gloves in the operating room. Or the measuring person in the production line must protect himself with gloves against sharp edges of the object to be measured or against oily surfaces.
[41 ] Die Befestigungseinrichtung 5 kann einen elastischen Schlauch aufweisen. Die Befestigung kann auch eine leicht deformierbare, plastisch verformbare Hülse aufweisen, die zur Befestigung des Messtasters 1 am Finger leicht zusammengedrückt werden kann und dann die Hülse fest mit dem Finger verbindet. Weitere Möglichkeiten für die Befestigung können leicht zu handhabende Klemmvorrichtungen oder Befestigungsbänder sein. Die Befestigung soll nach Gebrauch leicht zu entfernen sein. Die Befestigung des Messtasters am Finger ist temporär. Die Befestigung soll für die Messperson komfortabel sein. Die Befestigung stellt sicher, dass der Messtaster 1 nicht vom Finger 7 abrutscht. [41] The fastening device 5 may comprise an elastic tube. The attachment may also have an easily deformable, plastically deformable sleeve, the for attaching the probe 1 on the finger can be easily compressed and then connects the sleeve firmly with the finger. Other options for attachment can be easily handled clamps or straps. The attachment should be easy to remove after use. The attachment of the probe to the finger is temporary. The attachment should be comfortable for the measuring person. The attachment ensures that the probe 1 does not slip off the finger 7.
[42] Das optisch kontrastreiche Muster 11 ist auf der Oberfläche des Markerbereichs 3 aufgebracht. Beispielsweise wird dies mittels Lasergravur realisert. Die Oberfläche des Markerbereichs, auf die das Muster aufgebracht ist, ist vorzugsweise eben. Vorzugsweise weist das Muster auf der Oberfläche des Markerbereichs keinen Glanz auf, d.h. die Oberfläche ist matt. Der Markerbereich 3 kann aus einer oder mehreren solcher ebenen Flächen bestehen, auf die die kontrastreichen Muster 11 aufgebracht sind. [42] The optically contrasting pattern 11 is applied to the surface of the marker region 3. For example, this is realized by means of laser engraving. The surface of the marker region to which the pattern is applied is preferably flat. Preferably, the pattern has no gloss on the surface of the marker region, i. the surface is dull. The marker region 3 can consist of one or more such flat surfaces on which the high-contrast patterns 11 are applied.
[43] Jedes Muster 11 auf einer ebenen Fläche des Markerbereichs enthält Bereiche zumindest für die Musteridentifikation und für die Bestimmung der Position und Orientierung des Musters im Koordinatensystem des Kamerasystems. Weitere Musterbereiche können Redundanz beinhalten, um Effekte von beispielsweise einem verschmutzten Muster bei der Ermittlung der Identifikation, Position und Orientierung zu berücksichtigen. [43] Each pattern 11 on a flat area of the marker area contains areas at least for the pattern identification and for the determination of the position and orientation of the pattern in the coordinate system of the camera system. Other pattern areas may include redundancy to account for effects of, for example, a soiled pattern in determining identification, location, and orientation.
[44] Jedem Muster ist sein eigenes Koordinatensystem zugeordnet. [44] Each pattern is assigned its own coordinate system.
[45] Zwei und mehr Muster 11 können so auf dem Markerbereich 3 angeordnet sein, dass mindestens ein Muster vom Kamerasystem 12 messbar ist. [45] Two or more patterns 11 may be arranged on the marker area 3 such that at least one pattern is measurable by the camera system 12.
[46] Das Kamerasystem misst die optisch kontrastreichen Muster 1 1 und ermittelt daraus die Lage und Orientierung des Musterkoordinatensystems bezüglich des Koordinatensystems des Kamerasystems. [46] The camera system measures the optically contrasting patterns 1 1 and uses them to determine the position and orientation of the pattern coordinate system with respect to the coordinate system of the camera system.
[47] Die Position und Orientierung des Tastkörpers im Koordinatensystem in Bezug auf das Muster auf dem Markerbereich ist entweder durch den Herstellprozess oder durch Kalibrierung bekannt. Diese Kalibrierung ist Stand der Technik. Damit ist aus der gemessenen Lage und Orientierung des Musters die Lage und Orientierung des Tastkörpers im Koordinatensystem des Kamerasystems bekannt. [48] Bei der Anordnung in Figur 3 dürfen das Kamerasystem und das Objekt bei der Messung nicht bewegt werden. [47] The position and orientation of the probe in the coordinate system with respect to the pattern on the marker region is known either through the manufacturing process or through calibration. This calibration is state of the art. Thus, the position and orientation of the probe in the coordinate system of the camera system is known from the measured position and orientation of the pattern. [48] In the arrangement in Figure 3, the camera system and the object must not be moved during the measurement.
[49] Die Objekte 8 sind in der Chirurgie beispielsweise die Oberflächen von Hüftpfannen, insbesondere der Rand der Hüftpfanne, andere Gelenke wie Kniegelenk, Fußgelenk, Schultergelenk oder allgemein Knochen oder harte Strukturen. In den industriellen Produktionen können die Objekte 8 beispielsweise irgendwelche Formteile oder Lager in Getrieben sein. The objects 8 are in surgery, for example, the surfaces of acetabular cups, in particular the edge of the acetabulum, other joints such as knee, ankle, shoulder joint or generally bone or hard structures. In industrial productions, for example, the objects 8 may be any molded parts or bearings in gears.
[50] Der Tastbereich 4 ist so ausgestaltet, dass bei einer Messung der Oberfläche 9 der Tastballen 10 der Fingerkuppe im Tastbereich 4 des Messtasters 1 gleichzeitig in Kontakt mit der Objektoberfläche 9 und mit dem Tastkörper 13 gerät. So stellt die Messperson mittels der haptischen Wahrnehmung beispielsweise sicher, dass sich der Tastkörper 13 auf der Objektoberfläche 9 an der gewünschten Position befindet und/oder dass der Tastkörper 13 die Objekt Oberfläche 9 berührt. [50] The touch area 4 is designed such that, when the surface 9 of the touchpad 10 of the fingertip is measured in the touch area 4 of the probe 1, it simultaneously comes into contact with the object surface 9 and with the feeler body 13. For example, by means of the haptic perception, the measuring person ensures that the probe body 13 is located on the object surface 9 at the desired position and / or that the probe body 13 touches the object surface 9.
[51] Auf Grund der haptischen Wahrnehmung mittels des Fingers 7 kann die Messperson den Tastkörper 13 an die gewünschte Oberflächenposition verschieben. Dabei kann es hilfreich sein auch die anderen, nicht mit dem Messtaster verbundenen Finger für die haptische Wahrnehmung zu verwenden. [51] Due to the haptic perception by means of the finger 7, the measuring person can move the probe body 13 to the desired surface position. It may also be helpful to use the other fingers that are not connected to the probe for haptic perception.
[52] Auf Grund der haptischen Wahrnehmung kann die Messperson das Kamerasystem, Teile des Messsystems oder das gesamte Messsystem durch Aktivierungsmodule wie Schalter oder Sprachsteuerung zur Messung aktivieren. Due to the haptic perception, the measuring person can activate the camera system, parts of the measuring system or the entire measuring system by means of activation modules such as switches or voice control for the measurement.
[53] Die Form und die Grösse des Tastkörpers 13 hängen beispielsweise von der haptischen Wahrnehmung der Messperson mit Handschuhen oder von der Objektoberfläche 9 ab. Beispielsweise können zu kleine Kugeln deren haptische Wahrnehmung bezüglich der Objektoberfläche reduzieren. Zu grosse Kugeln überdecken einen zu grossen Anteil des Tastbereichs und können ebenfalls die haptische Wahrnehmung reduzieren. [53] The shape and size of the probe body 13 depend, for example, on the haptic perception of the person measuring with gloves or on the object surface 9. For example, too small balls can reduce their haptic perception with respect to the object surface. Too large balls cover too much of the touch area and can also reduce haptic perception.
[54] In den Figuren 4a und 4b ist der Tastbereich schematisch dargestellt. Die vom Tastballen der Fingerkuppe simultan direkt ertasteten Objekte sind beispielsweise der Tastkörper 13, Teile des Tasterkörpers 14, 15 und Objektoberflächenteile 16 der Objektoberfläche 9. [55] In den Figuren 5a und 5b sind schematisch Führungshilfen für den Messtaster dargestellt. Der Tastbereich um den starren Tastkörper 13 herum kann mit einer starren Führungshilfe 20 ausgestaltet sein (Figur 5a). Dies erleichtert wesentlich das Führen des Tastkörpers 13 beispielsweise entlang der Kante der Objektoberfläche 9. Die Führungshilfe 20 kann am Tasterkörper 2 angebracht sein. [54] In Figures 4a and 4b, the scanning range is shown schematically. The objects directly touched by the touch ball of the fingertip are, for example, the probe body 13, parts of the probe body 14, 15 and object surface parts 16 of the object surface 9. [55] FIGS. 5a and 5b schematically show guide aids for the probe. The touch area around the rigid feeler body 13 can be configured with a rigid guide aid 20 (FIG. 5a). This substantially facilitates the guidance of the feeler body 13, for example, along the edge of the object surface 9. The guide aid 20 may be attached to the stylus body 2.
[56] Der Tastbereich um den starren Tastkörper 13 herum kann mit einer Führungshilfe 21 aus flexiblem und/oder plastisch verformbaren Material ausgestaltet sein (Figur 5b). Dies erleichtert wesentlich das Führen des Tastkörpers 13 entlang der Objektoberfläche 9. Die Form dieser Führungshilfe unterstützt wesentlich das Verschieben des Tastkörpers entlang der Objektoberfläche. Bei einer Objektkante kann die Führungshilfe beispielsweise in Form eines Sattels hilfreich sein. [56] The tactile area around the rigid probe body 13 can be configured with a guide aid 21 made of flexible and / or plastically deformable material (FIG. 5b). This substantially facilitates the guidance of the feeler body 13 along the object surface 9. The shape of this guide aid substantially supports the displacement of the feeler body along the object surface. In the case of an object edge, the guidance aid, for example in the form of a saddle, can be helpful.
[57] Zur besseren Illustration dieser Führungshilfen ist der Tastballen 10 mit dem Fingernagel 50 in den Figuren 5a and 5b eingezeichnet. [57] For a better illustration of these guide aids the Tastballen 10 is shown with the fingernail 50 in Figures 5a and 5b.
[58] Die Figur 6 zeigt schematisch den Querschnitt des Tastbereichs 4 der Vorrichtung mit einer Kugel 13 als Tastkörper. Der Tastballen 10 der Fingerspitze berührt die Kugel 13 und an den Stellen 24 die Objektoberfläche 9 des Objekts 8. Zur besseren Illustration des Querschnitts ist der Fingernagel 50 in die Figur 6 eingezeichnet. FIG. 6 shows schematically the cross-section of the sensing area 4 of the device with a ball 13 as a probe body. The touchpad 10 of the fingertip touches the ball 13 and at the points 24, the object surface 9 of the object 8. For a better illustration of the cross section of the fingernail 50 is shown in the figure 6.
[59] Die Figur 7 zeigt schematisch den Längsschnitt des Tastbereichs 4 der Vorrichtung mit einer Kugel 13 am starren Tasterkörper 2. Der Tastballen 10 der Fingerspitze berührt die Kugel 13 und an den Stellen 25 die Objektoberfläche 9 des Objekts 8. FIG. 7 shows schematically the longitudinal section of the scanning region 4 of the device with a ball 13 on the rigid stylus body 2. The stylet 10 of the fingertip touches the ball 13 and, at the points 25, the object surface 9 of the object 8.
[60] Die Figur 8 zeigt schematisch den Querschnitt des Tastbereichs der Vorrichtung mit einer Halbkugel 26 und einem Kegel 27 als Tastkörper. Der Tastballen 10 der Fingerspitze fühlt die Halbkugel 26 und die Objektoberfläche 9, während die Spitze des Kegels 27 über die Objektoberfläche 9 gleitet. [60] FIG. 8 shows schematically the cross-section of the sensing area of the device with a hemisphere 26 and a cone 27 as a probe body. The tactile ball 10 of the fingertip feels the hemisphere 26 and the object surface 9, while the tip of the cone 27 slides over the object surface 9.
[61] Für chirurgische Zwecke müssen Befestigungseinrichtung und Messtaster steril sein. Der Messtaster besteht beispielsweise aus Materialien, die für die mehrfache Sterilisierung im Autoklaven geeignet sind, ohne dass die Geometrie des Messtasters oder die optischen Eigenschaften des Musters beeinträchtigt werden. [62] Der Messtaster kann komplett passiv ausgestaltet sein. Er kann als leichtes Messinstrument ausgestaltet sein. Sein Gewicht ist beispielsweise leichter als 50 g. [61] For surgical purposes, the attachment and probe must be sterile. For example, the probe consists of materials suitable for multiple sterilization in an autoclave without compromising the probe geometry or the optical properties of the sample. [62] The probe can be completely passive. It can be designed as a lightweight measuring instrument. For example, its weight is less than 50g.
[63] Messtaster können mit verschiedenen Mustern, Markerbereichen, Tasterkörperlängen, Tastbereichsausgestaltungen oder aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Der Messtaster kann aus einem Stück Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Die Muster werden beispielsweise mittels Lasergravur auf den Markerbereich aufgebracht. [63] Measuring probes can be manufactured with different patterns, marker areas, stylus body lengths, stylus configurations or different materials. The probe can be made of a piece of metal or plastic. The patterns are applied to the marker region, for example by means of laser engraving.
[64] Die abzutastende Oberfläche muss von der Messperson nicht einsehbar sein. Dank der haptischen Wahrnehmung im Tastbereich wird die Positionierung des Tastkörpers auf dem Objekt wesentlich erleichtert. So wird beispielsweise sichergestellt, dass der Tastkörper die Objektoberfläche sicher berührt. Durch Verschieben des Tastbereichs entlang der Objektoberfläche kann die Messperson die angestrebte Positionierung des Tastkörpers sicher anstreben. [64] The surface to be scanned must not be visible to the measuring person. Thanks to the haptic perception in the touch area, the positioning of the probe on the object is made much easier. This ensures, for example, that the probe touches the object surface safely. By moving the scanning area along the object surface, the measuring person can safely aim for the desired positioning of the probe body.
[65] Das Kamerasystem kann Bestandteil eines Trackingsystems oder eines Navigationsystems sein. Es kann stationär oder mobil verwendet werden, leicht und portabel sein, eine eigene Energieversorgung haben und/oder drahtlos kommunizieren. [65] The camera system can be part of a tracking system or a navigation system. It can be used stationary or mobile, be light and portable, have its own power supply and / or communicate wirelessly.
[66] Das Kamerasystem kann die Messungen laufend durchführen. Sobald Muster im Messbereich des Kamerasystems gemessen werden, werden deren Position und Orientierung der Anwendersoftware übermittelt. Damit werden die Positionen und Orientierungen des Tastkörpers im Kamerakoordinatensystem berechnet. Damit werden mit dem Fachmann bekannten Verfahren die Berührungspunkte des Tastkörpers an der Objektoberfläche berechnet. [66] The camera system can carry out the measurements continuously. As soon as samples are measured in the measuring range of the camera system, their position and orientation are transmitted to the user software. This calculates the positions and orientations of the probe in the camera coordinate system. Thus, the contact points of the probe body are calculated on the object surface with methods known in the art.
[67] Das Kamerasystem misst die optisch kontrastreichen Muster des Messtasters und damit die Lage und Orientierung des Tastkörpers. Dank der haptischen Wahrnehmung beurteilt die Messperson die Position des Tastkörpers bezüglich der Objektoberfläche. Im Allgemeinen sollen nur Messdaten mit dem Kamerasystem erfasst werden, die sich auf die Objektoberfläche beziehen. Aufgrund der haptischen Wahrnehmung kann die Messperson das Kamerasystem bedarfsweise zur Messung aktivieren. Die Aktivierung kann beispielsweise durch einen Fussschalter erfolgen oder durch einen im Kamerasystem integrierten Schalter oder Taster. Die Aktivierung des Kamerasystems löst eine Einzelmessung aus, die die Lage und Orientierung des Musters und des Tastkörpers ergibt. Die Aktivierung des Kamerasystems kann bedarfsweise eine Serie von Einzelmessungen auslösen. Dabei kann die Messperson den Messtaster mittels der haptischen Wahrnehmung gezielt entlang der Objektoberfläche entlangführen und damit Messdaten erfassen. [67] The camera system measures the optically contrasting patterns of the probe and thus the position and orientation of the probe. Thanks to the haptic perception, the measuring person assesses the position of the probe with respect to the object surface. In general, only measurement data relating to the object surface should be acquired with the camera system. Due to the haptic perception, the measuring person can activate the camera system as needed for measurement. The activation can be carried out, for example, by a foot switch or by a switch or push button integrated in the camera system. The activation of the camera system triggers a single measurement, which indicates the position and orientation of the pattern and the tactile results. Activation of the camera system may, if necessary, trigger a series of individual measurements. In this case, the measuring person can guide the measuring probe along the object surface in a targeted manner by means of haptic perception and thus acquire measurement data.
[68] Kontinuierliches Messen ohne Aktivierung des Messystems ist besonders einfach, wenn vom zu messenden Gegenstand die Form wie zum Beispiel ein Rohr oder eine Autotüre bekannt ist. Dabei kann beispielsweise durch die Vermessung weniger Messpunkte auf der Oberfläche des Gegenstandes die Lage des Gegenstandes im Raum ermittelt werden und anschließend kann bei weiteren Messungen die Abweichung von einer Sollform ermittelt werden. [68] Continuous measurement without activation of the measuring system is particularly easy when the shape of the object to be measured, such as a pipe or a car door, is known. In this case, for example, by measuring fewer measuring points on the surface of the object, the position of the object in space can be determined, and then the deviation from a desired shape can be determined in further measurements.
[69] Die Figur 9 zeigt schematisch eine weitere Form des starren Tasterköpers 2. Dabei wird der Tasterköper 2 seitlich vom Finger 7 angeordnet. Andere Realisierungen des Tasterkörpers sind möglich wie entlang an beiden Fingerseiten, oberhalb des Fingers über dem Fingernagel oder an der Fingerunterseite entlang des Tastballens. Die Tasterkörper können aus Komponenten von einfacher Geometrie bestehen oder anatomisch geformt sein um einen hohen Tragekomfort zu bieten. FIG. 9 schematically shows another form of the rigid stylus body 2. The stylus body 2 is arranged laterally by the finger 7. Other implementations of the stylus body are possible as along both finger sides, above the finger over the fingernail or at the finger bottom along the Tastballens. The stylus bodies can be made of components of simple geometry or anatomically shaped to provide a high wearing comfort.
[70] Die Figur 10 zeigt schematisch die Vorrichtung mit optischem Kamerasystem 12, dem Messtaster 1 mit starrem Tasterkörper 2, Markerbereich 3 mit Muster 11 und Tastkörper 13 und einem weiteren mit dem Objekt 8 starr verbundenen Marker 3a mit dem Muster I Ia. Die Identifikationen der Muster 11 und I Ia sind verschieden. Die gemessenen Koordinaten des Tastkörpers 13 können im Koordinatensystem des zweiten Musters I Ia berechnet werden. Das Kamerasystem kann bezüglich den beiden Markern frei bewegt werden. Das Kamerasystem 12 kann von der Messperson mit der anderem Hand gehalten werden, um im Bedarfsfall Messungen durchzuführen. Sowohl das Kamerasystem 12 als auch das Objekt 8 dürfen sich relativ zueinander bewegen. FIG. 10 schematically shows the device with optical camera system 12, the probe 1 with a rigid probe body 2, marker region 3 with pattern 11 and probe body 13 and a further marker 3a rigidly connected to the object 8 and having the pattern I 1a. The identifications of the patterns 11 and 11a are different. The measured coordinates of the probe body 13 can be calculated in the coordinate system of the second pattern I Ia. The camera system can be moved freely with respect to the two markers. The camera system 12 can be held by the measuring person with the other hand in order to carry out measurements if necessary. Both camera system 12 and object 8 are allowed to move relative to each other.
[71 ] Die Figur 1 1 zeigt schematisch die Vorrichtung mit optischem Kamerasystem, dem Messtaster 1 mit starrem Tasterkörper 2, Markerbereich 3 mit Muster 11 und Tastkörper 13 und einem weiteren, mit dem Tisch 30 starr verbundenen Marker 3a. Das Objekt 8 darf bei der Messung in Bezug auf den Tischmarker 3a nicht bewegt werden. Das Kamerasystem 12 kann bezüglich den beiden Markern 3 und 3a frei bewegt werden. [72] Die Figur 12 zeigt schematisch eine Vorrichtung, bei der das starre Objekt 8 mit einem optischen Kamerasystem 40 starr verbundenen ist Der Messtaster 1 weist einen starren Tasterkörper 2, einen Markerbereich 3 mit Muster 11 und einen Tastkörper 13 auf. Das Kamerasystem ist vorzugsweise leicht und portabel. Es hat eine eigene Energieversorgung und kommuniziert drahtlos. FIG. 11 schematically shows the device with optical camera system, the probe 1 with a rigid probe body 2, marker region 3 with pattern 11 and probe body 13 and a further marker 3a rigidly connected to the table 30. The object 8 must not be moved in the measurement with respect to the table marker 3a. The camera system 12 can be moved freely with respect to the two markers 3 and 3a. FIG. 12 schematically shows a device in which the rigid object 8 is rigidly connected to an optical camera system 40. The probe 1 has a rigid probe body 2, a marker region 3 with pattern 11 and a probe body 13. The camera system is preferably lightweight and portable. It has its own power supply and communicates wirelessly.
[73] Die Figur 13 zeigt schematisch die Vorrichtung mit einem mit dem Messtaster 1 starr verbundenen optischen Kamerasystem 50, dem Messtaster 1 mit starrem Tasterkörper 2 und Tastkörper 13 und einem mit dem starren Objekt 8 starr verbundenen Marker 3a mit Muster I Ia. Das Kamerasystem und der Messtaster werden bedarfsweise mittels des Adapters 51 miteinander starr verbunden. Das leichte, portable Kamerasystem hat eine eigene Energieversorgung und kommuniziert drahtlos. Für die Oberflächenmessung wird der Messtaster vorzugsweise mit der einen Hand entlang der Oberfläche geführt und mit der anderen Hand wird das Kamerasystem bedarfsweise gehalten und/oder zur Messung mittels Schalter oder Taster aktiviert. FIG. 13 schematically shows the device with an optical camera system 50 rigidly connected to the probe 1, the probe 1 with a rigid stylus body 2 and a stylus 13 and a marker 3 a rigidly connected to the rigid object 8 with a pattern I 1 a. The camera system and the probe are, if necessary, rigidly connected to each other by means of the adapter 51. The lightweight, portable camera system has its own power supply and communicates wirelessly. For the surface measurement of the probe is preferably performed with one hand along the surface and with the other hand, the camera system is held if necessary and / or activated for measurement by means of switches or buttons.
[74] Die Figur 14 zeicht schematisch eine mögliche Vorrichtung für Messungen an schwer zugänglichen Stellen eines Werkstücks 1200. Dabei ist die Tastkugel 530 mittels des Verbindungsstückes 1201 mit dem Schild 500 verbunden. Mit dem Drehgelenk 1012 kann das Muster 510 auf dem Schild bedarfsweise auf das Kamerasystem ausgerichtet werden. Das Zentrum der Kugel 530 liegt auf der Drehachse 1010. Die richtige Position der Testkugel auf der Werkstückoberfläche wird mit dem Finger 311 abgetastet. FIG. 14 schematically illustrates a possible device for measurements at hard-to-reach locations of a workpiece 1200. In this case, the probe ball 530 is connected to the shield 500 by means of the connecting piece 1201. With the hinge 1012, the pattern 510 on the sign can be aligned with the camera system as needed. The center of the ball 530 lies on the axis of rotation 1010. The correct position of the test ball on the workpiece surface is scanned with the finger 311.
[75] Die Anwendung dieser haptischen Mess-Vorrichtung ist in diversen Bereichen möglich: in der Qualitätskontrolle, in der Montage, im Formen- und Anlagenbau, in der Blechbearbeitung, in der Schweisstechnik und in vielen weiteren mehr. Speziell in Prozessen, wo höchste Ergonomie und hoher Durchsatz von Messungen gefragt sind, kann der Messvorgang in den jeweiligen Arbeitsschritt integriert werden. [75] The application of this haptic measuring device is possible in various areas: in quality control, in assembly, in mold and plant construction, in sheet metal working, in welding technology and in many more. Especially in processes where highest ergonomics and high throughput of measurements are required, the measurement process can be integrated into the respective work step.
[76] Eine besonders bevorzugte Anwendung verwendet gleichzeitig zwei Messtaster, die individuell vom Messsystem gemessen werden. Dabei sind beide Hände mit einem Messtaster ausgerüstet. Damit lassen sich Gegenstände auf intuitive Weise sehr effizient vermessen. Dabei ist der optimale Wirkkreis etwa ein Meter. Der Operateur kann den Gegenstand ergonomisch richtig mit beiden Händen anfassen und bewegen, um ihn an einer bestimmten Stelle zu deponieren oder um den Gegenstand nach einer Bearbeitung zu kontrollieren. Gleichzeitig wird der Gegenstand lagebestimmt und vermessen. [76] A particularly preferred application uses two probes simultaneously, which are measured individually by the measuring system. Both hands are equipped with a measuring probe. This allows objects to be measured very efficiently in an intuitive way. The optimal circle of action is about one meter. The surgeon can make the object ergonomic Grasp and move properly with both hands to deposit it at a specific location or to control the item after processing. At the same time, the object is determined and measured.
[77] Oft wird ein bearbeiteter Gegenstand vom Mechaniker aus dem Bearbeitungszentrum genommen und haptisch abgetastet, um Unebenheiten zu ertasten. Dieser Vorgang kann gleichzeitig zum Messen und Vermessen des Gegenstands durchgeführt werden. [77] Often, a machined object is taken out of the machining center by the mechanic and haptically scanned to sense unevenness. This process can be performed simultaneously for measuring and measuring the object.
[78] Mittels geeigneter Tastkugeln kann der Gegenstand auf Rauheit untersucht werden, indem der Operateur sachte mit dem Finger über das Messgut streicht. Anhand der Lageveränderung der Kugel und der Tiefenvariation senkrecht zur Messebene wird die Rauheit bestimmt. [78] The object can be examined for roughness by means of suitable tactile balls by gently rubbing the operator over the material to be measured. Based on the change in position of the ball and the depth variation perpendicular to the measurement plane, the roughness is determined.
[79] Haptisches Abtasten gemäss der Erfindung kann mit Augmented Reality verbunden werden. Zum Beispiel ist eine Sollform bekannt. Durch eine Oberflächenbearbeitung wie Fräsen, Meissein wird Material von einem Objekt abgetragen. Mit dem Mess-Systems wird sofort die aktuelle Form durch Abtasten erfasst. Diese kann über ein optisches System dem Operateur mitgeteilt werden, ohne dass ständig beispielsweise ein weiteres Messinstrument wie ein Oberflächenscanner verwendet werden muss. Haptic scanning according to the invention can be combined with Augmented Reality. For example, a target shape is known. Through a surface treatment such as milling, Meissein material is removed from an object. The measuring system immediately records the current shape by scanning. This can be communicated to the surgeon via an optical system without, for example, constantly having to use another measuring instrument such as a surface scanner.
[80] Anstelle des optischen Messystems kann auch ein der Fachwelt bekannter Messarm verwendet werden. Dabei wird der Messtaster direkt am Messarm mittels eines geeigneten Adapters befestigt. Das in der Figur 2 schematisch dargestellte Schild 500 mit den optischen Markierungen 510 oder der Marker 3 mit dem Muster 11 in Figur 3 können damit entfallen. Die Messungen des Tastkörpers erfolgen im Koordinatensystem des Messarms. [80] Instead of the optical measuring system, a measuring arm known to the experts can also be used. The probe is attached directly to the measuring arm by means of a suitable adapter. The shield 500 shown schematically in FIG. 2 with the optical markings 510 or the marker 3 with the pattern 11 in FIG. 3 can thus be dispensed with. The measurements of the probe take place in the coordinate system of the measuring arm.

Claims

Patentansprüche claims
1. Messtaster zum Vermessen einer Oberfläche mit einem Tastkörper und einer Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Tastkörpers an einem Finger, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper derart am Finger befestigt ist, dass der Finger neben dem Tastkörper die Oberfläche berühren kann. 1. probe for measuring a surface with a probe body and a fastening device for fastening the probe body to a finger, characterized in that the probe body is attached to the finger so that the finger can touch the surface next to the probe body.
2. Messtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper eine Kugel oder eine Spitze ist. 2. Probe according to claim 1, characterized in that the probe body is a ball or a tip.
3. Messtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper eine gebogene Führung aufweist. 3. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe body has a curved guide.
4. Messtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper zwischen 1 und 10 mm und vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm lang ist. 4. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe body is between 1 and 10 mm and preferably between 2 and 5 mm long.
5. Messtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung einen Fingerring aufweist. 5. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening device has a finger ring.
6. Messtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung eine plastisch verformbare Hülse aufweist. 6. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening device comprises a plastically deformable sleeve.
7. Messtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung einen Draht aufweist, der den Tastkörper hält. 7. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the fastening device comprises a wire which holds the probe body.
8. Messtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper starr mit einem Messarm verbunden ist. 8. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe body is rigidly connected to a measuring arm.
9. Messtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkörper starr mit einem Markerbereich verbunden ist. 9. probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe body is rigidly connected to a marker region.
10. Messtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Kamerasystem aufweist, das auf den Markerbereich ausgerichtet ist. 10. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a camera system which is aligned with the marker region.
1 1. Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche, bei dem ein Tastkörper derart mit einem Finger auf einer Oberfläche bewegt wird, dass der Finger die Oberfläche berührt, während der Tastkörper die Oberfläche berührt. 1 1. A method for measuring a surface in which a probe body so with a Finger on a surface is moved so that the finger touches the surface while the probe touches the surface.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Tastkörpers ermittelt und gespeichert wird. 12. The method according to claim 11, characterized in that the position of the probe is determined and stored.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Tastkörpers kontinuierlich gemessen wird. 13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the position of the probe body is measured continuously.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Position im Raum gemessen wird. 14. The method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the position is measured in space.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Position relativ zur Position der Oberfläche gemessen wird. 15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that the position is measured relative to the position of the surface.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem der Finger die Oberfläche berührt hat, ein Messsystem aktiviert wird. 16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that after the finger has touched the surface, a measuring system is activated.
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