WO2015132181A1 - Device for measuring objects - Google Patents

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WO2015132181A1
WO2015132181A1 PCT/EP2015/054257 EP2015054257W WO2015132181A1 WO 2015132181 A1 WO2015132181 A1 WO 2015132181A1 EP 2015054257 W EP2015054257 W EP 2015054257W WO 2015132181 A1 WO2015132181 A1 WO 2015132181A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring head
measuring
doing
acceleration
designed
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/054257
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German (de)
French (fr)
Inventor
Milan Stamenkovic
Original Assignee
Stotz Feinmesstechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stotz Feinmesstechnik Gmbh filed Critical Stotz Feinmesstechnik Gmbh
Publication of WO2015132181A1 publication Critical patent/WO2015132181A1/en

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring 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
    • G01B21/04—Measuring 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/58—Wireless transmission of information between a sensor or probe and a control or evaluation unit

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring objects with a measuring head, which is movable manually or by means of an actuator relative to an object to be measured and which is designed for touching or non-contact probing of measuring points of the object, means for determining a of the measuring head Moving covered path and an evaluation device, which is adapted to determine from a determined path, the head has traveled from a reference position at the time of the presence of a Antastkriteriums, spatial coordinates of a probed measuring point.
  • Such devices are used for example as coordinate measuring machines to determine geometric characteristics or complete shape curves of workpieces.
  • probing measuring devices for determining the length, diameter or angle are suitable based on relative differences between the coordinates of different wall sections of a measuring object.
  • different, switching or measuring sensor arrangements can be provided on the measuring head.
  • tactile, optical, pneumatic or electrical sensors used.
  • a coordinate measuring machine in which the measuring head is connected via a hinged measuring arm with a stationary base.
  • the angular positions of the joints of the measuring arm can be detected by means of suitable angle sensors.
  • An evaluation device can use the changes in the angular positions of the joints to trace the distance traveled by the measuring head and derive the coordinates of the measuring point from it in the case of a known rest position.
  • the handling of the measuring head is so far complicated in devices of this kind, as the bulky articulated arm is always mitzubewegen and thus the range of movement of the measuring head is limited. In particular, when moving around the measuring head around a corner of the test object, the articulated arm may prove disturbing.
  • the stationary, pedestal-mounted base prevents mobile use of the measuring device, as desired in many industrial areas.
  • An object of the invention is thus to provide an improved device for scanning measurement of objects, which is particularly easier to handle and more flexible usable.
  • At least one acceleration sensor is arranged on the measuring head or on an element rigidly connected to the measuring head, wherein the evaluation device is designed to track the path traveled by the measuring head on the basis of the accelerations detected by the at least one acceleration sensor during movement of the measuring head from the reference position to the scanning position to determine the measuring head.
  • a path determination by means of an acceleration sensor provided directly on the measuring head can take place independently of a mechanical connection to a stationary base. Thus, if necessary, can be dispensed with the annoying from the user's perspective articulated arm or similar connection arrangements.
  • the distance traveled by the measuring head between the reference position and the scanning position can be determined by means of a Acceleration measurement namely without continuous reference to a stationary component done.
  • the measuring head can be moved in surveying in principle in any way, whereby the associated measuring device is particularly easy to handle and flexible use. External fields or satellite-based positioning systems are not required so that manufacturing and operating costs can be kept low.
  • the evaluation device may be designed to integrate, for determining the distance covered by the measuring head, an acceleration value output by the at least one acceleration sensor twice, preferably numerically, and optionally to determine respective integration constants.
  • a first integration with respect to time results in a speed value, while a second integration with respect to time yields a value for the distance traveled.
  • the integration constants can be determined on the basis of boundary conditions.
  • the sensory acquired acceleration values can be converted into position changes of the measuring head.
  • the evaluation device can be designed to correct an acceleration value output by the at least one acceleration sensor in such a way that the effect of the gravitational acceleration is compensated.
  • a static acceleration sensor generally does not output an acceleration value of zero because the gravitational acceleration acts on the sensor components.
  • the compensation ensures that only movements of the sensor are included in the path determination and thus the measurement result is not influenced in an undesired manner.
  • an offset error resulting from manufacturing errors of the respective acceleration sensor can be compensated.
  • the evaluation device can be designed to take into account a spatial orientation of the measuring head in the probing position with respect to the measuring object when determining the distance covered by the measuring head. A consideration of the orientation may be advantageous, in particular in the case of pronounced direction-sensitive probing principles.
  • Changes in its orientation occurring during the movement of the measuring head can be followed, for example, by means of a plurality of acceleration sensors mounted at different points of the measuring head, in order thus to determine the instantaneous orientation in the scanning position.
  • sensors such as B. inclination sensors for determining the orientation of the measuring head can be provided in space.
  • the measuring head can be portable and, in particular, freely movable so that a user can guide it along the measuring object in any desired manner, even over comparatively long distances. This facilitates the measurement of larger objects such. B. bodies for motor vehicles. Furthermore, existing corners and undercuts on the measurement object can be handled well.
  • the measuring head could be attached to a, preferably three-dimensional, positioning device. This allows positioning with high spatial resolution and is particularly suitable for relatively small workpieces.
  • the evaluation device is accommodated in a separate from the measuring head base unit of the device, wherein see between the measuring head and the base unit no mechanical support connection.
  • the provision of a whatsoever measuring arm is deliberately dispensed with in order to grant the user the greatest possible freedom of movement when manually moving the measuring head.
  • the absence of a mechanical support connection between the measuring head and however, the base unit is also advantageous in the case of a measuring head moved by means of an actuator.
  • the measuring head and the base unit can communicate with each other via a wireless transmission system, preferably in a bidirectional manner.
  • a wireless transmission system can, for. B. based on a radio or infrared light transmission path.
  • the measuring head and the base unit can exchange data via the transmission system.
  • the measuring head can be supplied with electrical energy if required. It is preferred that the measuring head and the base unit are in signal communication exclusively via the wireless transmission system. In this case, the measuring head can be moved freely and practically as far as you like.
  • the measuring head and the base unit can be in a, preferably bidirectional, signal connection via a flexible cable connection in order to ensure a data exchange and / or a power supply of the measuring head.
  • a cable connection can be provided in a particularly cost-effective manner and permits reliable power supply and data transmission, but impedes movability of the measuring head much less than an articulated arm or the like.
  • the base unit may be portable and preferably battery powered.
  • the entire measuring device can be brought as a mobile unit to a desired location. It is therefore not necessary to bring the measurement object to the measuring device, whereby the application possibilities of the measuring device considerably expand. For example, can be measured in a simple and fast way an apartment to z. B. to facilitate the production of customized furniture.
  • a measuring device with a portable base unit and freely movable measuring head allows the measurement of virtually any object.
  • the base unit can comprise a docking section for the measuring head, via which an energy store of the measuring head can be charged and / or data can be exchanged between the measuring head and the base unit.
  • the base unit can therefore be used as a docking station for the portable measuring head.
  • a specific embodiment of the invention provides that at least two, preferably at least three, acceleration sensors are arranged at a distance from one another on the measuring head, wherein the evaluation device is designed to determine the path traveled by the measuring head based on respective acceleration values output by the acceleration sensors.
  • the measuring accuracy can be increased thereby.
  • the provision of spaced-apart acceleration sensors also enables a determination of orientation changes of the measuring head.
  • At least two acceleration sensors are arranged side by side on the measuring head for a redundant acceleration detection, wherein the evaluation device is designed to determine the distance covered by the measuring head based on an average of respective output from the adjacent acceleration sensors acceleration values.
  • the measuring accuracy can be further increased thereby.
  • the signal-to-noise ratio can be improved.
  • the or each acceleration sensor can be designed as a three-dimensional sensor in order to further increase the reliability of the measurement.
  • a device can comprise an optical and / or acoustic display, which is provided for, the presence of the probing criterion indicate, preferably, the display is arranged on the measuring head.
  • a user can move the measuring head in the direction of the desired measuring point on the measuring object until it recognizes on the basis of the display that the probing criterion is present, so z.
  • a probe tip of the measuring head touches the test object at the measuring point or a predetermined distance between a distance sensor provided on the measuring head and the test object is reached. The user then knows that the correct probing position has been reached and can, for. B. initiate a measured value transfer.
  • the evaluation device can also be designed to automatically determine that the probing criterion is present if the acceleration of the measuring head detected by the at least one acceleration sensor drops below a threshold value.
  • the threshold value can be zero, as long as the gravitational acceleration has already been compensated, as indicated above.
  • the user does not have to pay particular attention to the detection criterion, so that the user friendliness of the measuring device is increased.
  • the already existing acceleration sensor for automatically determining the Antastkriteriums, so that the acceleration sensor thus fulfills a dual function.
  • the measuring head preferably comprises a measuring probe designed for contact or non-contact probing of measuring points of the object and a holder for the measuring probe.
  • the measuring probe can z. B. be formed like a spike, to allow the insertion of the probe into holes to be measured.
  • the probe can be rigidly connected to the holder or movably mounted on this.
  • the probe may include an elongated shaft attached to the holder and a probe ball attached to a free end of the shaft, wherein Preferably, the holder, the shaft and the Tastkugel are rigidly interconnected.
  • At least one distance sensor may be provided on the measuring probe, preferably a laser sensor.
  • the measurement object does not have to be touched in this embodiment.
  • the holder is designed as an elongate rod, in particular wherein respective acceleration sensors are arranged in the region of both rod ends.
  • An elongated rod is particularly easy to handle for a user. It can be held in a similar way as a flashlight. By providing acceleration sensors in the area of both bar ends, a particularly reliable path determination can be carried out.
  • the holder may comprise a handle, e.g. in the form of a pistol grip, or even be designed as a handle.
  • the ease of use of the measuring device is thereby further improved.
  • a further embodiment of the invention provides that at least one acceleration sensor is arranged both on the measuring probe and on the holder. Such a configuration is particularly suitable for relatively long tactile probes to account for any bending of the probe in the evaluation.
  • At least one actuating element in particular a capacitive button, can be provided on the measuring head for triggering a measured value acceptance, for deleting a measurement and / or for repeating a measurement.
  • This increases the ease of use, especially in applications where the user has to move away from the base unit for the measurement.
  • the user can control the transmission of measured values from the measuring head and thus only has to carry the light and handy measuring head when measuring an object.
  • a plurality of measuring heads may be provided for the simultaneous probing of different measuring points of a measuring object. This can considerably speed up the complete measurement of an object.
  • FIG. 1 is a simplified illustration of an object measuring apparatus according to a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a simplified illustration of an object measuring apparatus according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a simplified illustration of an object measuring apparatus according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a measuring head for an object measuring device according to a fourth embodiment of the invention. shows a measuring head for a rotvernheungsvorraum according to a fifth embodiment of the invention. shows a measuring head for a rotver Wegsvortechnik according to a sixth embodiment of the invention. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention in a length measurement. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention in a diameter and roundness measurement. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention in an angle measurement. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention when measuring a motor vehicle body. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention when measuring a dwelling.
  • FIG. 12 shows a measured with respect to the coaxiality of two holes to be measured.
  • FIG. 12 shows a measuring head of an object measuring device according to the invention when measuring the measurement object shown in Fig. 12.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention.
  • a device for measuring objects to be measured comprises a base unit 1 1 and a measuring head 15, which is manually movable relative to an object to be measured and serves for touching the object.
  • a measuring probe 16 of the measuring head 15 comprises an elongated shaft 2, to one end of which a probe ball 1 is rigidly connected. At its other end, the shaft 2 is rigidly connected to a holder 3 of the measuring head 15.
  • the probe ball 1 forms a probe tip for contact with the object to be measured, as is basically known in the art.
  • the holder 3 is designed as an elongate rod and designed in terms of its dimensions and its shape such that it forms a handle by means of which the measuring probe 16 can be manually brought to the object to be measured.
  • the measuring head 15 is equipped with a battery 12 for power supply. It is understood that in addition to a battery 12, a rechargeable battery or a similar energy storage could be provided.
  • a wireless transmission system 17 are the measuring head 15 and the base unit 1 1 in bidirectional signal connection.
  • respective transmitting / receiving modules 13, which z. B. work with radio or infrared light, integrated into the base unit 1 1 and in the holder 3 of the measuring head 15.
  • Both the base unit 1 1 and the measuring head 15 can be used as a portable unit. be designed. Due to the wireless communication option, however, it is not mandatory that the base unit 1 1 is portable.
  • a total of four three-dimensional acceleration sensors 4, 5, 8, 9 are integrated. These can either be mounted inside the holder 3 or attached to the surface thereof. Instead of three-dimensional acceleration sensors, units of three one-dimensional acceleration sensors could also be provided.
  • the acceleration sensors 4, 5, 8, 9 respectively detect the local acceleration of the holder 3 and output corresponding acceleration values.
  • the wireless transmission system 17 the acceleration values are transmitted to an electronic evaluation device, not specifically shown in FIG. 1, which is preferably integrated into the base unit 11.
  • the evaluation device is designed to correct the received acceleration values in such a way that the effect of the gravitational acceleration is compensated.
  • the evaluation device determines the distance covered by the measuring head 15 on the basis of the corrected acceleration values.
  • the acceleration values are integrated twice numerically or analogously with respect to time. On the basis of boundary conditions, the integration constants are also determined in each case.
  • the holder 3 For measuring an object, the holder 3 is grasped and moved towards the object starting from a reference position until the probe ball 1 comes into contact with the surface of the object at the desired measuring point, that is to say the probing criterion is met.
  • the reference position can be any starting position whose coordinates need not be known. Rather, it depends only on the relative movement of the measuring head 15 between a starting position and the probing position or between two different probing positions.
  • Measuring head 15 the path traveled by the measuring head 15, from which can be the spatial coordinates of the probed measuring point in an analogous manner as in a known Gelenkarmsystem calculate.
  • the acceleration sensors 4, 5, 8, 9 are arranged such that in the region of each longitudinal end of the holder 3, an arrangement of two juxtaposed acceleration sensors 5, 8 and 4, 9 is present.
  • the acceleration sensors 5, 8 and 4, 9 arranged next to one another are evaluated jointly, that is, an average value is formed from the acceleration values of both acceleration sensors 5, 8 and 4, 9. This allows a redundant acceleration detection and thus a favorable signal-to-noise ratio.
  • the spaced apart arrangements of adjacent acceleration sensors 5, 8 and 4, 9 can also be used to account for a spatial orientation of the measuring head 15 in the probing position with respect to the object to be measured.
  • a flexible connection cable 10 is provided here by means of which the base unit 11 'and the measuring head 15' are in signal connection.
  • the connection cable 10 also serves to supply power to the measuring head 15 ', which is why it is designed here without a battery.
  • the base unit 1 1 ' is as a portable device formed and equipped with a battery 12.
  • the base unit 1 1 'and the measuring head 15' can be brought as a mobile unit to the place where the object to be measured is located.
  • FIG. 2 shows a measuring head 15 which, like the measuring head 15 shown in FIG. 1, is in signal connection with the base unit 1 1 via a wireless transmission system 17.
  • a charging station 100 provided on the base unit 11 and a charging station 101 provided on the measuring head 15 serve to charge the battery 12 when the measuring head 15 is docked to the base unit 11.
  • the transmission of electrical energy between the charging stations 100, 101 can be done by means of a direct contact or inductively.
  • a remote control 24 is provided to control the measuring head 15 and in particular trigger a measured value acquisition.
  • the capacitive actuating button 23 is accordingly arranged on the remote control 24.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a measuring head 15, in which an arrangement of two spaced-apart acceleration sensors 4, 5 and 6, 7 is arranged both on the holder 3 and on the shaft 2 of the measuring probe 16.
  • the shaft mounted on the shaft 2 of the probe 16 acceleration sensors 6, 7th serve to detect any bending movements of the shaft 2 and taken into account in the evaluation.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a measuring head 15.
  • the holder 3 ' is not designed here as an elongated rod, but as a pistol grip. This facilitates operation in certain applications.
  • the holder 3 ' is designed as a pistol grip.
  • the measuring probe 16 ' is based not on a tactile measurement, but on an optical measurement.
  • a laser sensor 30 emits a measurement beam 31 in the direction of the measurement object 40 and determines, based on a reflection of the measurement beam 31, the distance of the measurement probe 16 'from the measurement object 40. The distance determination can be carried out in particular according to the principle of laser triangulation.
  • FIG. 7 shows the determination of a length L of a measuring object 40 by probing the measuring object 40 from two opposite sides.
  • FIG. 8 the determination of the roundness of a cylindrical bore 60 is shown.
  • the bore 60 is scanned in different radial directions from the inside.
  • Angular determinations can also easily be carried out with a measuring device according to the invention, as shown in FIG. 9.
  • Two sides of the measuring object 40 adjoining each other at an angle ⁇ are respectively scanned at two points spaced from one another in order to determine the coordinates of a straight line running in their plane for each side.
  • the angle ⁇ can easily be calculated from the coordinates of the two straight lines.
  • FIG. 10 shows the measurement of a motor vehicle body 70.
  • FIG. 11 shows the measurement of a dwelling or an interior with an exemplary piece of furniture 90.
  • the required spatial resolution is often comparatively low, that is to say z. B. on the order of one millimeter, so that accordingly inexpensive acceleration sensors can be used.
  • the measuring object 40 here has two holes 60, which are arranged axially one behind the other.
  • FIG. 13 by the measuring heads shown dashed in the upper part and by the probing positions shown in the lower part as points, both the
  • at least 4 different points are probed for each diameter determination.
  • FIGS. 14 and 15 show a plate-like measuring object 40 which has two bores 60 located next to one another.
  • the diameters D1, D2 of the bores 60 and the dimensions A, B, C characterizing the centers of the bores 60 can be easily determined be determined. Again, it is preferred that at least 4 different points be probed for each diameter determination.
  • the invention enables the fast and user-friendly measurement of arbitrarily shaped and arbitrarily large objects at a given location.

Abstract

The invention relates to a device for measuring objects, comprising a measuring head which can be moved relative to an object to be measured and which is designed to probe measurement points of the object, means for ascertaining a path traveled by the measuring head when moving, and an analyzing device which is designed to determine spatial coordinates of a probed measurement point from an ascertained path that has been traveled by the measuring head starting from a reference position until the point in time when a probing criterion was present. At least one acceleration sensor is arranged on the measuring head or on an element rigidly connected to the measuring head, and the analyzing device is designed to ascertain the path traveled by the measuring head using the measuring head accelerations detected by the at least one acceleration sensor during the movement of the measuring head from the reference position to the probed position.

Description

Vorrichtung zur Vermessung von Objekten  Device for measuring objects
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung von Objekten mit einem Messkopf, welcher manuell oder mittels eines Aktuators relativ zu einem zu vermessenden Objekt bewegbar ist und welcher zum berührenden oder berührungsfreien Antasten von Messpunkten des Objekts ausgebildet ist, Mitteln zum Ermitteln eines von dem Messkopf beim Bewegen zurückgelegten Wegs und einer Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, aus einem ermittelten Weg, den der Messkopf ausgehend von einer Referenzposition zum Zeitpunkt des Vorliegens eines Antastkriteriums zurückgelegt hat, räumliche Koordinaten eines angetasteten Messpunkts zu bestimmen. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise als Koordinatenmessgeräte dazu eingesetzt, geometrische Kenngrößen oder komplette Formverläufe von Werkstücken zu ermitteln. Insbesondere eignen sich antastende Messvorrichtungen zur Längen-, Durchmesser- oder Winkelbestimmung anhand von relativen Differenzen zwischen den Koordinaten verschiedener Wandabschnitte eines Messobjekts. Zum Antasten der Messpunkte können unterschiedliche, schaltende oder messende Sensoranordnungen am Messkopf vorgesehen sein. Je nach Anwendung werden z. B. taktile, optische, pneumatische oder elektrische Sensoren eingesetzt. The present invention relates to a device for measuring objects with a measuring head, which is movable manually or by means of an actuator relative to an object to be measured and which is designed for touching or non-contact probing of measuring points of the object, means for determining a of the measuring head Moving covered path and an evaluation device, which is adapted to determine from a determined path, the head has traveled from a reference position at the time of the presence of a Antastkriteriums, spatial coordinates of a probed measuring point. Such devices are used for example as coordinate measuring machines to determine geometric characteristics or complete shape curves of workpieces. In particular, probing measuring devices for determining the length, diameter or angle are suitable based on relative differences between the coordinates of different wall sections of a measuring object. For probing the measuring points, different, switching or measuring sensor arrangements can be provided on the measuring head. Depending on the application z. As tactile, optical, pneumatic or electrical sensors used.
In der DE 44 47 753 C2 ist ein Koordinatenmessgerät offenbart, bei welchem der Messkopf über einen gelenkigen Messarm mit einer ortsfesten Basis verbunden ist. Die Winkelstellungen der Gelenke des Messarms sind mittels geeigneter Winkelsensoren erfassbar. Wenn ein Benutzer den Messkopf ausgehend von einer Ruhestellung bis zu der Antaststellung eines gewünschten Messpunkts bewegt, kann eine Auswerteeinhchtung anhand der Änderungen der Winkelstellungen der Gelenke den zurückgelegten Weg des Messkopfes nachvollziehen und daraus bei bekannter Ruhestellung die Koordinaten des Messpunkts ableiten. Die Handhabung des Messkopfes ist bei Geräten dieser Art insofern erschwert, als der sperrige Gelenkarm stets mitzubewegen ist und der Bewegungsbereich des Messkopfes somit einschränkt ist. Insbesondere beim Herumführen des Messkopfes um eine Ecke des Messobjekts kann sich der Gelenkarm als störend erweisen. Außerdem verhindert die ortsfeste, auf einem Sockel montierte Basis einen mobilen Einsatz der Messvorrichtung, wie er in vielen industriellen Bereichen gewünscht ist. In DE 44 47 753 C2, a coordinate measuring machine is disclosed in which the measuring head is connected via a hinged measuring arm with a stationary base. The angular positions of the joints of the measuring arm can be detected by means of suitable angle sensors. When a user moves the probe from a resting position to the detection of a desired measurement point, An evaluation device can use the changes in the angular positions of the joints to trace the distance traveled by the measuring head and derive the coordinates of the measuring point from it in the case of a known rest position. The handling of the measuring head is so far complicated in devices of this kind, as the bulky articulated arm is always mitzubewegen and thus the range of movement of the measuring head is limited. In particular, when moving around the measuring head around a corner of the test object, the articulated arm may prove disturbing. In addition, the stationary, pedestal-mounted base prevents mobile use of the measuring device, as desired in many industrial areas.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine verbesserte Vorrichtung zur antastenden Vermessung von Objekten bereitzustellen, welche insbesondere leichter handhabbar und flexibler verwendbar ist. An object of the invention is thus to provide an improved device for scanning measurement of objects, which is particularly easier to handle and more flexible usable.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Beschleunigungssensor an dem Messkopf oder einem starr mit dem Messkopf verbundenen Element angeordnet, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, den von dem Messkopf zurückgelegten Weg anhand der von dem wenigstens einen Beschleunigungssensor während der Bewegung des Messkopfes von der Referenzposition zur Antastposition erfassten Beschleunigungen des Messkopfes zu ermitteln. Eine Wegbestimmung mittels eines direkt am Messkopf vorgesehenen Beschleunigungssensors kann unabhängig von einer mechanischen Verbindung zu einer ortsfesten Basis erfolgen. Somit kann bei Bedarf auf den aus Benutzersicht lästigen Gelenkarm oder ähnliche Verbindungsanordnungen verzichtet werden. Der von dem Messkopf zwischen der Referenzposition und der Antastposition zurückgelegte Weg kann mittels einer Beschleunigungsmessung nämlich ohne kontinuierliche Bezugnahme auf ein ortsfestes Bauteil erfolgen. Somit kann der Messkopf beim Vermessen im Prinzip in beliebiger Weise bewegt werden, wodurch die zugehörige Messvorrichtung besonders leicht handhabbar und flexibel einsetzbar ist. Äußere Felder oder satel- litengestützte Positionsbestimmungssysteme sind nicht erforderlich, sodass die Herstellungs- und Betriebskosten gering gehalten werden können. The object is achieved by a device having the features of claim 1. According to the invention, at least one acceleration sensor is arranged on the measuring head or on an element rigidly connected to the measuring head, wherein the evaluation device is designed to track the path traveled by the measuring head on the basis of the accelerations detected by the at least one acceleration sensor during movement of the measuring head from the reference position to the scanning position to determine the measuring head. A path determination by means of an acceleration sensor provided directly on the measuring head can take place independently of a mechanical connection to a stationary base. Thus, if necessary, can be dispensed with the annoying from the user's perspective articulated arm or similar connection arrangements. The distance traveled by the measuring head between the reference position and the scanning position can be determined by means of a Acceleration measurement namely without continuous reference to a stationary component done. Thus, the measuring head can be moved in surveying in principle in any way, whereby the associated measuring device is particularly easy to handle and flexible use. External fields or satellite-based positioning systems are not required so that manufacturing and operating costs can be kept low.
Die Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, zum Ermitteln des von dem Messkopf zurückgelegten Wegs einen von dem wenigstens einen Beschleuni- gungssensor ausgegebenen Beschleunigungswert zweimal, vorzugsweise numerisch, zu integrieren und gegebenenfalls jeweilige Integrationskonstanten zu bestimmen. Eine erste Integration bezogen auf die Zeit ergibt hierbei einen Geschwindigkeitswert, während eine zweite Integration bezogen auf die Zeit einen Wert für den zurückgelegten Weg ergibt. Die Integrationskonstanten können an- hand von Randbedingungen bestimmt werden. Somit können die sensorisch er- fassten Beschleunigungswerte in Positionsänderungen des Messkopfes umgerechnet werden. The evaluation device may be designed to integrate, for determining the distance covered by the measuring head, an acceleration value output by the at least one acceleration sensor twice, preferably numerically, and optionally to determine respective integration constants. A first integration with respect to time results in a speed value, while a second integration with respect to time yields a value for the distance traveled. The integration constants can be determined on the basis of boundary conditions. Thus, the sensory acquired acceleration values can be converted into position changes of the measuring head.
Weiterhin kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, einen von dem wenigstens einen Beschleunigungssensor ausgegebenen Beschleunigungswert derart zu korrigieren, dass die Wirkung der Erdbeschleunigung kompensiert ist. Ein ruhender Beschleunigungssensor gibt im Allgemeinen nicht einen Beschleunigungswert von Null aus, da die Erdbeschleunigung auf die Sensorkomponenten einwirkt. Durch die Kompensation ist sichergestellt, dass lediglich Bewegungen des Sensors Eingang in die Wegbestimmung finden und das Messergebnis somit nicht in unerwünschter Weise beeinflusst wird. Auf ähnliche Weise kann ein Offset-Fehler, welcher aus Fertigungsfehlern des betreffenden Beschleunigungssensors resultiert, kompensiert werden. Davon abgesehen kann die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet sein, beim Ermitteln des von dem Messkopf zurückgelegten Wegs eine räumliche Orientierung des Messkopfes in der Antastposition in Bezug auf das Messobjekt zu berücksichtigen. Eine Berücksichtigung der Orientierung kann insbesondere bei ausgeprägt richtungsempfindlichen Antastprinzipien vorteilhaft sein. Während der Bewegung des Messkopfes auftretende Änderungen seiner Orientierung können beispielsweise mittels mehrerer, an unterschiedlichen Stellen des Messkopfes angebrachter Beschleunigungssensoren mitverfolgt werden, um so in der Antastposition die momentane Orientierung zu bestimmen. Es können jedoch auch se- parate Sensoren wie z. B. Neigungssensoren zur Bestimmung der Orientierung des Messkopfes im Raum vorgesehen sein. Furthermore, the evaluation device can be designed to correct an acceleration value output by the at least one acceleration sensor in such a way that the effect of the gravitational acceleration is compensated. A static acceleration sensor generally does not output an acceleration value of zero because the gravitational acceleration acts on the sensor components. The compensation ensures that only movements of the sensor are included in the path determination and thus the measurement result is not influenced in an undesired manner. Similarly, an offset error resulting from manufacturing errors of the respective acceleration sensor can be compensated. Apart from this, the evaluation device can be designed to take into account a spatial orientation of the measuring head in the probing position with respect to the measuring object when determining the distance covered by the measuring head. A consideration of the orientation may be advantageous, in particular in the case of pronounced direction-sensitive probing principles. Changes in its orientation occurring during the movement of the measuring head can be followed, for example, by means of a plurality of acceleration sensors mounted at different points of the measuring head, in order thus to determine the instantaneous orientation in the scanning position. However, it is also possible separate sensors such. B. inclination sensors for determining the orientation of the measuring head can be provided in space.
Der Messkopf kann tragbar und insbesondere frei bewegbar sein, sodass ein Benutzer ihn in beliebiger Weise am Messobjekt entlang führen kann - auch über vergleichsweise lange Strecken. Dies erleichtert die Vermessung größerer Objekte wie z. B. Karosserien für Kraftfahrzeuge. Ferner können am Messobjekt vorhandene Ecken und Hinterschneidungen gut bewältigt werden. The measuring head can be portable and, in particular, freely movable so that a user can guide it along the measuring object in any desired manner, even over comparatively long distances. This facilitates the measurement of larger objects such. B. bodies for motor vehicles. Furthermore, existing corners and undercuts on the measurement object can be handled well.
Alternativ könnte der Messkopf an einer, vorzugsweise dreidimensionalen, Positi- oniervorrichtung angebracht sein. Dies ermöglicht eine Positionierung mit hoher rämlicher Auflösung und eignet sich insbesondere für relativ kleine Werkstücke. Alternatively, the measuring head could be attached to a, preferably three-dimensional, positioning device. This allows positioning with high spatial resolution and is particularly suitable for relatively small workpieces.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung ist die Auswerteeinrichtung in einer von dem Messkopf separaten Basiseinheit der Vorrichtung untergebracht, wobei zwi- sehen dem Messkopf und der Basiseinheit keine mechanische Stützverbindung besteht. Mit anderen Worten wird gezielt auf die Bereitstellung eines wie auch immer gearteten Messarms verzichtet, um einem Benutzer beim manuellen Bewegen des Messkopfes eine möglichst große Bewegungsfreiheit zu gewähren. Das Fehlen einer mechanischen Stützverbindung zwischen dem Messkopf und der Basiseinheit ist jedoch auch bei einem mittels eines Aktuators bewegten Messkopf vorteilhaft. According to a special embodiment, the evaluation device is accommodated in a separate from the measuring head base unit of the device, wherein see between the measuring head and the base unit no mechanical support connection. In other words, the provision of a whatsoever measuring arm is deliberately dispensed with in order to grant the user the greatest possible freedom of movement when manually moving the measuring head. The absence of a mechanical support connection between the measuring head and however, the base unit is also advantageous in the case of a measuring head moved by means of an actuator.
Der Messkopf und die Basiseinheit können über ein drahtloses Übertragungssys- tem miteinander in, vorzugsweise bidirektionaler, Signalverbindung stehen. Ein solches drahtloses Übertragungssystem kann z. B. auf einer Funk- oder Infrarot- licht-Übertragungsstrecke beruhen. Der Messkopf und die Basiseinheit können über das Übertragungssystem Daten austauschen. Zudem kann der Messkopf bei Bedarf mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ist bevorzugt, dass der Mess- köpf und die Basiseinheit ausschließlich über das drahtlose Übertragungssystem in Signalverbindung stehen. Der Messkopf kann in diesem Fall völlig frei und praktisch beliebig weit bewegt werden. The measuring head and the base unit can communicate with each other via a wireless transmission system, preferably in a bidirectional manner. Such a wireless transmission system can, for. B. based on a radio or infrared light transmission path. The measuring head and the base unit can exchange data via the transmission system. In addition, the measuring head can be supplied with electrical energy if required. It is preferred that the measuring head and the base unit are in signal communication exclusively via the wireless transmission system. In this case, the measuring head can be moved freely and practically as far as you like.
Alternativ oder zusätzlich können der Messkopf und die Basiseinheit über eine flexible Kabelverbindung in, vorzugsweise bidirektionaler, Signalverbindung stehen, um einen Datenaustausch und/oder eine Stromversorgung des Messkopfes zu gewährleisten. Eine Kabelverbindung kann besonders kostengünstig bereitgestellt werden und ermöglicht eine zuverlässige Stromversorgung und Datenübertragung, behindert eine Bewegbarkeit des Messkopfes jedoch wesentlich weniger als ein Gelenkarm oder dergleichen. Alternatively or additionally, the measuring head and the base unit can be in a, preferably bidirectional, signal connection via a flexible cable connection in order to ensure a data exchange and / or a power supply of the measuring head. A cable connection can be provided in a particularly cost-effective manner and permits reliable power supply and data transmission, but impedes movability of the measuring head much less than an articulated arm or the like.
Die Basiseinheit kann tragbar und vorzugsweise batteriebetrieben sein. Somit kann die gesamte Messvorrichtung als mobile Einheit an einen gewünschten Ort gebracht werden. Es ist also nicht nötig, das Messobjekt zur Messvorrichtung zu bringen, wodurch sich die Einsatzmöglichkeiten der Messvorrichtung beträchtlich erweitern. Beispielsweise kann auf einfache und schnelle Weise eine Wohnung ausgemessen werden, um z. B. die Herstellung von angepassten Möbeln zu erleichtern. Eine Messvorrichtung mit tragbarer Basiseinheit und frei bewegbarem Messkopf ermöglicht die Vermessung praktisch beliebiger Objekte. Die Basiseinheit kann einen Andock-Abschnitt für den Messkopf umfassen, über welchen ein Energiespeicher des Messkopfes aufladbar ist und/oder Daten zwischen dem Messkopf und der Basiseinheit austauschbar sind. Die Basiseinheit kann also als Dockingstation für den tragbaren Messkopf genutzt werden. The base unit may be portable and preferably battery powered. Thus, the entire measuring device can be brought as a mobile unit to a desired location. It is therefore not necessary to bring the measurement object to the measuring device, whereby the application possibilities of the measuring device considerably expand. For example, can be measured in a simple and fast way an apartment to z. B. to facilitate the production of customized furniture. A measuring device with a portable base unit and freely movable measuring head allows the measurement of virtually any object. The base unit can comprise a docking section for the measuring head, via which an energy store of the measuring head can be charged and / or data can be exchanged between the measuring head and the base unit. The base unit can therefore be used as a docking station for the portable measuring head.
Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei, Beschleunigungssensoren voneinander beabstandet an dem Messkopf angeordnet sind, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, den von dem Messkopf zurückgelegten Weg beruhend auf jeweiligen von den Beschleunigungssensoren ausgegebenen Beschleunigungswerten zu ermitteln. Die Messgenauigkeit kann hierdurch erhöht werden. Grundsätzlich ist es von Vorteil, lediglich so viele Sensoren vorzusehen, wie es aufgrund der Anwendungsvorgaben zwingend erforderlich ist. Das Vorsehen voneinander beabstandeter Beschleunigungssensoren ermöglicht auch eine Bestimmung von Orientierungs- änderungen des Messkopfes. A specific embodiment of the invention provides that at least two, preferably at least three, acceleration sensors are arranged at a distance from one another on the measuring head, wherein the evaluation device is designed to determine the path traveled by the measuring head based on respective acceleration values output by the acceleration sensors. The measuring accuracy can be increased thereby. Basically, it is advantageous to provide only as many sensors as is absolutely necessary due to the application specifications. The provision of spaced-apart acceleration sensors also enables a determination of orientation changes of the measuring head.
Es kann auch vorgesehen sein, dass für eine redundante Beschleunigungserfassung wenigstens zwei Beschleunigungssensoren nebeneinander an dem Messkopf angeordnet sind, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, den von dem Messkopf zurückgelegten Weg beruhend auf einem Mittelwert aus jeweiligen von den nebeneinander angeordneten Beschleunigungssensoren ausgegebenen Beschleunigungswerten zu ermitteln. Die Messgenauigkeit kann hierdurch weiter erhöht werden. Insbesondere kann das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden. It can also be provided that at least two acceleration sensors are arranged side by side on the measuring head for a redundant acceleration detection, wherein the evaluation device is designed to determine the distance covered by the measuring head based on an average of respective output from the adjacent acceleration sensors acceleration values. The measuring accuracy can be further increased thereby. In particular, the signal-to-noise ratio can be improved.
Der oder jeder Beschleunigungssensor kann als dreidimensionaler Sensor ausgebildet sein, um die Zuverlässigkeit der Messung weiter zu erhöhen. The or each acceleration sensor can be designed as a three-dimensional sensor in order to further increase the reliability of the measurement.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine optische und/oder akustische An- zeige umfassen, die dazu vorgesehen ist, das Vorliegen des Antastkriteriums kenntlich zu machen, wobei, vorzugsweise, die Anzeige an dem Messkopf angeordnet ist. Ein Benutzer kann den Messkopf so lange in Richtung des gewünschten Messpunkts auf das Messobjekt zu bewegen, bis er aufgrund der Anzeige erkennt, dass das Antastkriterium vorliegt, also z. B. eine Tastspitze des Messkop- fes das Messobjekt am Messpunkt berührt oder ein vorgegebener Abstand zwischen einem am Messkopf vorgesehenen Abstandssensor und dem Messobjekt erreicht ist. Der Benutzer weiß dann, dass die korrekte Antastposition erreicht ist und kann z. B. eine Messwertübernahme veranlassen. Die Auswerteeinrichtung kann jedoch auch dazu ausgebildet sein, automatisch zu bestimmen, dass das Antastkriterium vorliegt, wenn die von dem wenigstens einen Beschleunigungssensor erfasste Beschleunigung des Messkopfes unter einen Schwellenwert absinkt. Der Schwellenwert kann insbesondere Null betragen, sofern die Erdbeschleunigung wie vorstehend angegeben bereits kompensiert ist. Bei dieser Ausgestaltung muss der Benutzer das Antastkriterium nicht eigens beachten, sodass die Bedienerfreundlichkeit der Messvorrichtung erhöht ist. Von besonderem Vorteil ist die Nutzung des ohnehin vorhandenen Beschleunigungssensors zur automatischen Bestimmung des Antastkriteriums, sodass der Beschleunigungssensor also eine Doppelfunktion erfüllt. A device according to the invention can comprise an optical and / or acoustic display, which is provided for, the presence of the probing criterion indicate, preferably, the display is arranged on the measuring head. A user can move the measuring head in the direction of the desired measuring point on the measuring object until it recognizes on the basis of the display that the probing criterion is present, so z. For example, a probe tip of the measuring head touches the test object at the measuring point or a predetermined distance between a distance sensor provided on the measuring head and the test object is reached. The user then knows that the correct probing position has been reached and can, for. B. initiate a measured value transfer. However, the evaluation device can also be designed to automatically determine that the probing criterion is present if the acceleration of the measuring head detected by the at least one acceleration sensor drops below a threshold value. In particular, the threshold value can be zero, as long as the gravitational acceleration has already been compensated, as indicated above. In this embodiment, the user does not have to pay particular attention to the detection criterion, so that the user friendliness of the measuring device is increased. Of particular advantage is the use of the already existing acceleration sensor for automatically determining the Antastkriteriums, so that the acceleration sensor thus fulfills a dual function.
Bevorzugt umfasst der Messkopf eine zum berührenden oder berührungsfreien Antasten von Messpunkten des Objekts ausgebildete Messsonde und einen Halter für die Messsonde. Die Messonde kann z. B. dornartig ausgebildet sein, um das Einführen der Messsonde in zu vermessende Bohrungen zu ermöglichen. Je nach Anwendung kann die Messsonde starr mit dem Halter verbunden oder beweglich an diesem gelagert sein. The measuring head preferably comprises a measuring probe designed for contact or non-contact probing of measuring points of the object and a holder for the measuring probe. The measuring probe can z. B. be formed like a spike, to allow the insertion of the probe into holes to be measured. Depending on the application, the probe can be rigidly connected to the holder or movably mounted on this.
Speziell kann die Messsonde einen am Halter angebrachten länglichen Schaft und eine an einem freien Ende des Schafts angebrachte Tastkugel umfassen, wobei, bevorzugt, der Halter, der Schaft und die Tastkugel starr miteinander verbunden sind. Specifically, the probe may include an elongated shaft attached to the holder and a probe ball attached to a free end of the shaft, wherein Preferably, the holder, the shaft and the Tastkugel are rigidly interconnected.
Alternativ kann an der Messsonde wenigstens ein Abstandssensor vorgesehen sein, vorzugsweise ein Lasersensor. Das Messobjekt muss bei dieser Ausgestaltung nicht berührt werden. Alternatively, at least one distance sensor may be provided on the measuring probe, preferably a laser sensor. The measurement object does not have to be touched in this embodiment.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist der Halter als länglicher Stab ausgebildet, insbesondere wobei im Bereich beider Stabenden jeweilige Beschleunigungssensoren angeordnet sind. Ein länglicher Stab ist für einen Benutzer besonders leicht handhabbar. Er kann in ähnlicher Weise wie eine Taschenlampe gehalten werden. Durch das Vorsehen von Beschleunigungssensoren im Bereich beider Stabenden kann eine besonders zuverlässige Wegbestimmung erfolgen. According to a special embodiment of the invention, the holder is designed as an elongate rod, in particular wherein respective acceleration sensors are arranged in the region of both rod ends. An elongated rod is particularly easy to handle for a user. It can be held in a similar way as a flashlight. By providing acceleration sensors in the area of both bar ends, a particularly reliable path determination can be carried out.
Der Halter kann einen Handgriff umfassen, z.B. in Form eines Pistolengriffs, oder selbst als Handgriff ausgebildet sein. Die Bedienfreundlichkeit der Messvorrichtung wird hierdurch weiter verbessert. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sowohl an der Messsonde als auch an dem Halter jeweils wenigstens ein Beschleunigungssensor angeordnet ist. Eine solche Ausgestaltung kommt insbesondere bei relativ langen taktilen Messsonden in Betracht, um eine eventuelle Biegung der Messsonde bei der Auswertung zu berücksichtigen. The holder may comprise a handle, e.g. in the form of a pistol grip, or even be designed as a handle. The ease of use of the measuring device is thereby further improved. A further embodiment of the invention provides that at least one acceleration sensor is arranged both on the measuring probe and on the holder. Such a configuration is particularly suitable for relatively long tactile probes to account for any bending of the probe in the evaluation.
An dem Messkopf kann wenigstens ein Betätigungselement, insbesondere ein kapazitiver Knopf, zum Auslösen einer Messwertübernahme, zum Löschen einer Messung und/oder zum Wiederholen einer Messung vorgesehen sein. Dies erhöht die Bedienfreundlichkeit, insbesondere bei Anwendungen, bei welchen sich der Benutzer für die Messung von der Basiseinheit entfernen muss. Der Benutzer kann die Messwertübertragung vom Messkopf aus steuern und muss somit beim Vermessen eines Objekts lediglich den leichten und handlichen Messkopf mit sich führen. Weiterhin können mehrere Messköpfe zum gleichzeitigen Antasten verschiedener Messpunkte eines Messobjekts vorgesehen sein. Dadurch kann das vollständige Vermessen eins Objekts beträchtlich beschleunigt werden. At least one actuating element, in particular a capacitive button, can be provided on the measuring head for triggering a measured value acceptance, for deleting a measurement and / or for repeating a measurement. This increases the ease of use, especially in applications where the user has to move away from the base unit for the measurement. The user can control the transmission of measured values from the measuring head and thus only has to carry the light and handy measuring head when measuring an object. Furthermore, a plurality of measuring heads may be provided for the simultaneous probing of different measuring points of a measuring object. This can considerably speed up the complete measurement of an object.
Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen angegeben. Further developments of the invention are also specified in the dependent claims, the description and the drawings.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 ist eine vereinfachte Darstellung einer Objektvermessungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In the following, the invention will be described by way of example with reference to the drawings. Fig. 1 is a simplified illustration of an object measuring apparatus according to a first embodiment of the invention.
Fig. 2 ist eine vereinfachte Darstellung einer Objektvermessungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 is a simplified illustration of an object measuring apparatus according to a second embodiment of the invention.
Fig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung einer Objektvermessungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. 3 is a simplified illustration of an object measuring apparatus according to a third embodiment of the invention.
Fig. 4 zeigt einen Messkopf für eine Objektvermessungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. zeigt einen Messkopf für eine Objektvernnessungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. zeigt einen Messkopf für eine Objektvermessungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. zeigt einen Messkopf einer erfindungsgemäßen Objektvermessungsvorrichtung bei einer Längenmessung. zeigt einen Messkopf einer erfindungsgemäßen Objektvermessungsvorrichtung bei einer Durchmesser- und Rundheitsmessung. zeigt einen Messkopf einer erfindungsgemäßen Objektvermessungsvorrichtung bei einer Winkelmessung. zeigt einen Messkopf einer erfindungsgemäßen Objektvermessungsvorrichtung beim Vermessen einer Kraftfahrzeug- Karosserie. zeigt einen Messkopf einer erfindungsgemäßen Objektvermessungsvorrichtung beim Vermessen einer Wohnung. zeigt ein hinsichtlich der Koaxialität zweier Bohrungen zu vermessendes Messobjekt. zeigt einen Messkopf einer erfindungsgemäßen Objektvermessungsvorrichtung beim Vermessen des in Fig. 12 gezeigten Messobjekts. zeigt ein hinsichtlich der Durchmesser und der Positionen zweier nebeneinander befindlicher Bohrungen zu vermessendes Messobjekt. zeigt einen Messkopf einer erfindungsgemäßen Objektvermessungsvorrichtung beim Vermessen des in Fig. 14 gezeigten Messobjekts. 4 shows a measuring head for an object measuring device according to a fourth embodiment of the invention. shows a measuring head for a Objektvernheungsvorrichtung according to a fifth embodiment of the invention. shows a measuring head for a Objektvermessungsvorrichtung according to a sixth embodiment of the invention. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention in a length measurement. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention in a diameter and roundness measurement. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention in an angle measurement. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention when measuring a motor vehicle body. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention when measuring a dwelling. shows a measured with respect to the coaxiality of two holes to be measured. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention when measuring the measurement object shown in Fig. 12. shows a measured with respect to the diameter and the positions of two adjacent holes to be measured object. shows a measuring head of an object measuring device according to the invention when measuring the measurement object shown in Fig. 14.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Eine Vorrichtung zum Ver- messen von Messobjekten umfasst eine Basiseinheit 1 1 und einen Messkopf 15, der hier manuell relativ zu einem zu vermessenden Objekt bewegbar ist und zum berührenden Antasten des Objekts dient. Eine Messsonde 16 des Messkopfes 15 umfasst einen länglichen Schaft 2, mit dessen einem Ende eine Tastkugel 1 starr verbunden ist. An seinem anderen Ende ist der Schaft 2 starr mit einem Halter 3 des Messkopfes 15 verbunden. Die Tastkugel 1 bildet eine Messspitze für einen Kontakt mit dem zu vermessenden Objekt, wie dies auf dem Fachgebiet grundsätzlich bekannt ist. Fig. 1 shows a first embodiment of the invention. A device for measuring objects to be measured comprises a base unit 1 1 and a measuring head 15, which is manually movable relative to an object to be measured and serves for touching the object. A measuring probe 16 of the measuring head 15 comprises an elongated shaft 2, to one end of which a probe ball 1 is rigidly connected. At its other end, the shaft 2 is rigidly connected to a holder 3 of the measuring head 15. The probe ball 1 forms a probe tip for contact with the object to be measured, as is basically known in the art.
Der Halter 3 ist als länglicher Stab ausgebildet und hinsichtlich seiner Abmessun- gen und seiner Formgebung derart ausgelegt, das er einen Handgriff bildet, mittels welchem die Messsonde 16 manuell an das zu vermessende Objekt herangeführt werden kann. Weiterhin ist der Messkopf 15 mit einer Batterie 12 zur Stromversorgung ausgestattet. Es versteht sich, dass außer einer Batterie 12 auch ein wiederaufladbarer Akkumulator oder ein ähnlicher Energiespeicher vorgesehen sein könnte. Über ein drahtloses Übertragungssystem 17 stehen der Messkopf 15 und die Basiseinheit 1 1 in bidirektionaler Signalverbindung. Zu diesem Zweck sind jeweilige Sende-/Empfangsmodule 13, welche z. B. mit Funk oder Infarotlicht arbeiten, in die Basiseinheit 1 1 und in den Halter 3 des Messkopfes 15 integriert. Sowohl die Basiseinheit 1 1 als auch der Messkopf 15 können als tragbare Einhei- ten ausgelegt sein. Aufgrund der drahtlosen Kommunikationsmöglichkeit ist es jedoch nicht zwingend, dass die Basiseinheit 1 1 tragbar ist. The holder 3 is designed as an elongate rod and designed in terms of its dimensions and its shape such that it forms a handle by means of which the measuring probe 16 can be manually brought to the object to be measured. Furthermore, the measuring head 15 is equipped with a battery 12 for power supply. It is understood that in addition to a battery 12, a rechargeable battery or a similar energy storage could be provided. Via a wireless transmission system 17 are the measuring head 15 and the base unit 1 1 in bidirectional signal connection. For this purpose, respective transmitting / receiving modules 13, which z. B. work with radio or infrared light, integrated into the base unit 1 1 and in the holder 3 of the measuring head 15. Both the base unit 1 1 and the measuring head 15 can be used as a portable unit. be designed. Due to the wireless communication option, however, it is not mandatory that the base unit 1 1 is portable.
In den Halter 3 des Messkopfes 15 sind insgesamt vier dreidimensionale Be- schleunigungssensoren 4, 5, 8, 9 integriert. Diese können entweder im Inneren des Halters 3 montiert oder an dessen Oberfläche angebracht sein. Anstelle von dreidimensionalen Beschleunigungssensoren könnten auch Einheiten aus jeweils drei eindimensionalen Beschleunigungssensoren vorgesehen sein. Die Beschleunigungssensoren 4, 5, 8, 9 erfassen jeweils die lokale Beschleunigung des Halters 3 und geben entsprechende Beschleunigungswerte aus. Mittels des drahtlosen Übertragungssystems 17 werden die Beschleunigungswerte an eine in Fig. 1 nicht eigens dargestellte elektronische Auswerteeinrichtung übermittelt, welche vorzugsweise in die Basiseinheit 1 1 integriert ist. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, die empfangenen Beschleunigungswerte derart zu korrigieren, dass die Wirkung der Erdbeschleunigung kompensiert ist. Wenn der Messkopf 15 bewegt wird, ermittelt die Auswerteeinrichtung den von dem Messkopf 15 zurückgelegten Weg anhand der korrigierten Beschleunigungswerte. Hierfür werden die Beschleunigungswerte zweimal nume- risch oder analog bezogen auf die Zeit integriert. Anhand von Randbedingungen werden außerdem jeweils die Integrationskonstanten bestimmt. In the holder 3 of the measuring head 15, a total of four three-dimensional acceleration sensors 4, 5, 8, 9 are integrated. These can either be mounted inside the holder 3 or attached to the surface thereof. Instead of three-dimensional acceleration sensors, units of three one-dimensional acceleration sensors could also be provided. The acceleration sensors 4, 5, 8, 9 respectively detect the local acceleration of the holder 3 and output corresponding acceleration values. By means of the wireless transmission system 17, the acceleration values are transmitted to an electronic evaluation device, not specifically shown in FIG. 1, which is preferably integrated into the base unit 11. The evaluation device is designed to correct the received acceleration values in such a way that the effect of the gravitational acceleration is compensated. When the measuring head 15 is moved, the evaluation device determines the distance covered by the measuring head 15 on the basis of the corrected acceleration values. For this purpose, the acceleration values are integrated twice numerically or analogously with respect to time. On the basis of boundary conditions, the integration constants are also determined in each case.
Zum Vermessen eines Objekts wird der Halter 3 ergriffen und ausgehend von einer Referenzposition auf das Objekt zu bewegt, bis die Tastkugel 1 am ge- wünschten Messpunkt in einen Kontakt mit der Oberfläche des Objekts gelangt, das heißt das Antastkriterium erfüllt ist. Bei der Referenzposition kann es sich um eine beliebige Ausgangsposition handeln, deren Koordinaten nicht zwingend bekannt sein müssen. Es kommt vielmehr lediglich auf die relative Bewegung des Messkopfes 15 zwischen einer Ausgangsposition und der Antastposition bzw. zwischen zwei verschiedenen Antastpositionen an. Sobald die Tastkugel 1 das Objekt berührt und die Bewegung des Messkopfes 15 demzufolge endet, wird ein Signal an die Auswerteeinheit übermittelt, welches angibt, dass eine Messwertübernahme erfolgen soll. Die Auswerteeinheit bestimmt dann anhand der von den Beschleunigungssensoren 4, 5, 8, 9 während der Bewegung des Messkopfes 15 von der Referenzposition zur Antastposition erfassten Beschleunigungen desFor measuring an object, the holder 3 is grasped and moved towards the object starting from a reference position until the probe ball 1 comes into contact with the surface of the object at the desired measuring point, that is to say the probing criterion is met. The reference position can be any starting position whose coordinates need not be known. Rather, it depends only on the relative movement of the measuring head 15 between a starting position and the probing position or between two different probing positions. Once the probe ball 1 the Object touched and the movement of the measuring head 15 consequently ends, a signal is transmitted to the evaluation unit, which indicates that a measured value transfer is to take place. The evaluation unit then determines from the acceleration sensors 4, 5, 8, 9 during the movement of the measuring head 15 from the reference position to the detection position detected accelerations of the
Messkopfes 15 den von dem Messkopf 15 zurückgelegten Weg, aus welchem sich die räumlichen Koordinaten des angetasteten Messpunkts in analoger Weise wie bei einem bekannten Gelenkarmsystem errechnen lassen. Measuring head 15 the path traveled by the measuring head 15, from which can be the spatial coordinates of the probed measuring point in an analogous manner as in a known Gelenkarmsystem calculate.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, sind die Beschleunigungssensoren 4, 5, 8, 9 derart angeordnet, dass im Bereich eines jeden Längsendes des Halters 3 eine Anordnung aus zwei nebeneinander angeordneten Beschleunigungssensoren 5, 8 bzw. 4, 9 vorhanden ist. Die nebeneinander angeordneten Beschleunigungssensoren 5, 8 bzw. 4, 9 werden jeweils gemeinsam ausgewertet, das heißt es wird ein Mittelwert aus den Beschleunigungswerten beider Beschleunigungssensoren 5, 8 bzw. 4, 9 gebildet. Dies ermöglicht eine redundante Beschleunigungserfassung und somit ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis. Die voneinander beabstandeten Anordnungen von nebeneinander angeordneten Beschleunigungssensoren 5, 8 bzw. 4, 9 können ferner zur Berücksichtigung einer räumlichen Orientierung des Messkopfes 15 in der Antastposition in Bezug auf das zu vermessende Objekt genutzt werden. As can be seen in Fig. 1, the acceleration sensors 4, 5, 8, 9 are arranged such that in the region of each longitudinal end of the holder 3, an arrangement of two juxtaposed acceleration sensors 5, 8 and 4, 9 is present. The acceleration sensors 5, 8 and 4, 9 arranged next to one another are evaluated jointly, that is, an average value is formed from the acceleration values of both acceleration sensors 5, 8 and 4, 9. This allows a redundant acceleration detection and thus a favorable signal-to-noise ratio. The spaced apart arrangements of adjacent acceleration sensors 5, 8 and 4, 9 can also be used to account for a spatial orientation of the measuring head 15 in the probing position with respect to the object to be measured.
Die in Fig. 2 gezeigte alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist ähnlich gestaltet wie die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Vorrichtung, wobei äquivalente Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Anstelle eines drahtlosen Übertragungssystems ist hier jedoch ein flexibles Verbindungskabel 10 vorgesehen, mittels welchem die Basiseinheit 1 1 ' und der Messkopf 15' in Signalverbindung stehen. Das Verbindungskabel 10 dient auch der Stromversorgung des Messkopfes 15', weshalb dieser hier ohne Batterie ausgeführt ist. Die Basiseinheit 1 1 ' ist als tragbares Gerät ausgebildet und mit einer Batterie 12 ausgestattet. Somit können die Basiseinheit 1 1 ' und der Messkopf 15' als mobile Einheit zu demjenigen Ort gebracht werden, an dem sich das zu vermessende Objekt befindet. Der in Fig. 2 dargestellte Messkopf 15' ist lediglich mit zwei einzelnen Beschleunigungssensoren 4, 5 versehen, die im Bereich jeweiliger Längsenden des Halters 3 angeordnet sind. Weiterhin ist bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung vorgesehen, dass der Benutzer eine Messwertübernahme aktiv auslöst. Zu diesem Zweck ist ein kapazitiver Betätigungsknopf 23 am Halter 3 angeordnet. Eine Signalleuchte 21 und ein akustischer Geber 22 geben jeweilige Signale aus, wenn die Tastkugel 1 in einen Kontakt mit der Oberfläche des Messobjekts gelangt ist. Der Benutzer weiß dann, dass das Antastkriterium erfüllt ist und kann dementsprechend den kapazitiven Betätigungsknopf 23 betätigen. In Fig. 3 ist ein Messkopf 15 dargestellt, welcher wie der in Fig. 1 gezeigte Messkopf 15 über ein drahtloses Übertragungssystem 17 mit der Basiseinheit 1 1 in Signalverbindung steht. Eine an der Basiseinheit 1 1 vorgesehene Ladestation 100 sowie eine an dem Messkopf 15 vorgesehene Ladestation 101 dienen dazu, die Batterie 12 aufzuladen, wenn der Messkopf 15 an der Basiseinheit 1 1 angedockt ist. Die Übertragung von elektrischer Energie zwischen den Ladestationen 100, 101 kann mittels einer direkten Kontaktierung oder induktiv erfolgen. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist eine Fernbedienung 24 vorgesehen, um den Messkopf 15 zu steuern und insbesondere eine Messwertübernahme auszulösen. Der kapazitive Betätigungsknopf 23 ist dementsprechend an der Fernbe- dienung 24 angeordnet. The alternative embodiment shown in Fig. 2 of a measuring device according to the invention is designed similar to the device described above with reference to Fig. 1, wherein equivalent components are denoted by the same reference numerals. Instead of a wireless transmission system, however, a flexible connection cable 10 is provided here by means of which the base unit 11 'and the measuring head 15' are in signal connection. The connection cable 10 also serves to supply power to the measuring head 15 ', which is why it is designed here without a battery. The base unit 1 1 'is as a portable device formed and equipped with a battery 12. Thus, the base unit 1 1 'and the measuring head 15' can be brought as a mobile unit to the place where the object to be measured is located. The measuring head 15 'shown in FIG. 2 is provided only with two individual acceleration sensors 4, 5, which are arranged in the region of respective longitudinal ends of the holder 3. Furthermore, it is provided in the device shown in FIG. 2 that the user actively triggers a measured value transfer. For this purpose, a capacitive operating knob 23 is arranged on the holder 3. A signal lamp 21 and an acoustic encoder 22 output respective signals when the probe ball 1 has come into contact with the surface of the measurement object. The user then knows that the probing criterion is satisfied and can accordingly actuate the capacitive actuation button 23. FIG. 3 shows a measuring head 15 which, like the measuring head 15 shown in FIG. 1, is in signal connection with the base unit 1 1 via a wireless transmission system 17. A charging station 100 provided on the base unit 11 and a charging station 101 provided on the measuring head 15 serve to charge the battery 12 when the measuring head 15 is docked to the base unit 11. The transmission of electrical energy between the charging stations 100, 101 can be done by means of a direct contact or inductively. In the embodiment shown in Fig. 3, a remote control 24 is provided to control the measuring head 15 and in particular trigger a measured value acquisition. The capacitive actuating button 23 is accordingly arranged on the remote control 24.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Messkopfes 15, bei welcher sowohl am Halter 3 als auch am Schaft 2 der Messsonde 16 eine Anordnung aus zwei voneinander beabstandeten Beschleunigungssensoren 4, 5 bzw. 6, 7 angeordnet ist. Die am Schaft 2 der Messsonde 16 angebrachten Beschleunigungssensoren 6, 7 dienen dazu, eventuelle Biegebewegungen des Schaftes 2 zu erfassen und bei der Auswertung zu berücksichtigen. 4 shows an embodiment of a measuring head 15, in which an arrangement of two spaced-apart acceleration sensors 4, 5 and 6, 7 is arranged both on the holder 3 and on the shaft 2 of the measuring probe 16. The shaft mounted on the shaft 2 of the probe 16 acceleration sensors 6, 7th serve to detect any bending movements of the shaft 2 and taken into account in the evaluation.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Messkopfes 15 gezeigt. Der Hal- ter 3' ist hier nicht als länglicher Stab, sondern als Pistolengriff ausgebildet. Dies erleichtert bei bestimmten Anwendungen die Bedienung. FIG. 5 shows a further embodiment of a measuring head 15. The holder 3 'is not designed here as an elongated rod, but as a pistol grip. This facilitates operation in certain applications.
Auch bei dem in Fig. 6 gezeigten Messkopf 15 ist der Halter 3' als Pistolengriff ausgebildet. Zudem beruht die Messsonde 16' hier nicht auf einer taktilen Mes- sung, sondern auf einer optischen Messung. Ein Lasersensor 30 sendet einen Messstrahl 31 in Richtung des Messobjekts 40 aus und ermittelt anhand einer Reflexion des Messstrahls 31 den Abstand der Messsonde 16' vom Messobjekt 40. Die Abstandsermittlung kann insbesondere nach dem Prinzip der Laser- Triangulation durchgeführt werden. Also in the measuring head 15 shown in FIG. 6, the holder 3 'is designed as a pistol grip. In addition, the measuring probe 16 'is based not on a tactile measurement, but on an optical measurement. A laser sensor 30 emits a measurement beam 31 in the direction of the measurement object 40 and determines, based on a reflection of the measurement beam 31, the distance of the measurement probe 16 'from the measurement object 40. The distance determination can be carried out in particular according to the principle of laser triangulation.
In den Fig. 7 bis 15 sind verschiedene Anwendungsmöglichkeiten für eine erfindungsgemäße Messvorrichtung veranschaulicht. Speziell zeigt Fig. 7 die Bestimmung einer Länge L eines Messobjekts 40 durch Antasten des Messobjekts 40 von zwei entgegengesetzten Seiten. In Fig. 8 ist die Bestimmung der Rundheit einer zylindrischen Bohrung 60 dargestellt. Für eine solche Rundheitsbestimmung wird die Bohrung 60 in verschiedenen radialen Richtungen von innen angetastet. Auch Winkelbestimmungen können mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung leicht durchgeführt werden, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Es werden zwei in einem Winkel α aneinandergrenzende Seiten des Messobjekts 40 jeweils an zwei vonei- nander beabstandeten Stellen angetastet, um für jede Seite die Koordinaten einer in deren Ebene verlaufenden Geraden zu ermitteln. Aus den Koordinaten der beiden Geraden kann leicht der Winkel α berechnet werden. Es versteht sich, dass mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung auch die Ebenheit eines plattenartigen Messobjekts oder die Abweichung von der Ebenheit vorteilhaft be- stimmt werden kann. Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung kann auch vorteilhaft zur Bestimmung komplexer Formverläufe genutzt werden. Beispielhaft ist in Fig. 10 das Vermessen einer Kraftfahrzeug-Karosserie 70 gezeigt. Fig. 1 1 zeigt demgegenüber die Vermessung einer Wohnung oder eines Innenraums mit einem beispielhaften Möbelstück 90. Bei der Vermessung solcher relativ großer Objekte ist häufig die erforderliche räumliche Auflösung vergleichsweise gering, das heißt z. B. in der Größenordnung von einem Millimeter, sodass dementsprechend kostengünstige Beschleunigungssensoren verwendet werden können. Various application possibilities for a measuring device according to the invention are illustrated in FIGS. 7 to 15. Specifically, FIG. 7 shows the determination of a length L of a measuring object 40 by probing the measuring object 40 from two opposite sides. In Fig. 8, the determination of the roundness of a cylindrical bore 60 is shown. For such a roundness determination, the bore 60 is scanned in different radial directions from the inside. Angular determinations can also easily be carried out with a measuring device according to the invention, as shown in FIG. 9. Two sides of the measuring object 40 adjoining each other at an angle α are respectively scanned at two points spaced from one another in order to determine the coordinates of a straight line running in their plane for each side. The angle α can easily be calculated from the coordinates of the two straight lines. It is understood that with a measuring device according to the invention, the flatness of a plate-like measuring object or the deviation from the flatness can be advantageously determined. A measuring device according to the invention can also be used advantageously for the determination of complex shape profiles. By way of example, FIG. 10 shows the measurement of a motor vehicle body 70. In contrast, FIG. 11 shows the measurement of a dwelling or an interior with an exemplary piece of furniture 90. In the measurement of such relatively large objects, the required spatial resolution is often comparatively low, that is to say z. B. on the order of one millimeter, so that accordingly inexpensive acceleration sensors can be used.
Auch für Koaxialitätsmessungen kann eine erfindungsgemäße Messvorrichtung vorteilhaft genutzt werden, wie in Fig. 12 und 13 dargestellt ist. Das Messobjekt 40 weist hier zwei Bohrungen 60 auf, die axial hintereinander angeordnet sind. Bei derartigen Messobjekten 40 ist es häufig erwünscht, nicht nur die Durchmesser D1 , D2 der Bohrungen 60 sowie den Außendurchmesser D3 des Messobjekts 40 zu bestimmen, sondern auch zu überprüfen, ob die Bohrungen 60 koaxial zueinander und zum Außendurchmesser sind, also gleiche Zentren aufweisen. Wie aus Fig. 13 durch die im oberen Teil gestrichelt dargestellten Messköpfe sowie durch die im unteren Teil als Punkte dargestellten Antastpositionen hervorgeht, werden durch entsprechendes Antasten an mehreren Positionen sowohl dieAlso for Koaxialitätsmessungen a measuring device according to the invention can be used advantageously, as shown in FIGS. 12 and 13. The measuring object 40 here has two holes 60, which are arranged axially one behind the other. In such measuring objects 40, it is often desirable not only to determine the diameters D1, D2 of the bores 60 and the outside diameter D3 of the measuring object 40, but also to check whether the bores 60 are coaxial with each other and the outside diameter, ie have the same centers. As can be seen from FIG. 13 by the measuring heads shown dashed in the upper part and by the probing positions shown in the lower part as points, both the
Durchmesser D1 , D2 der Bohrungen 60 als auch der Außendurchmesser D3 des Messobjekts 40 sowie die Abweichung der Koaxialität der Bohrungen 60 und des Außendurchmessers D3 bestimmt. Vorzugsweise werden für jede Durchmesserbestimmung wenigstens 4 verschiedene Punkte angetastet. Diameter D1, D2 of the holes 60 and the outer diameter D3 of the measuring object 40 and the deviation of the coaxiality of the holes 60 and the outer diameter D3 determined. Preferably, at least 4 different points are probed for each diameter determination.
In Fig. 14 und 15 ist ein plattenartiges Messobjekt 40 gezeigt, das zwei nebeneinander befindliche Bohrungen 60 aufweist. Mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung können auf einfache Weise die Durchmesser D1 , D2 der Bohrungen 60 sowie die die Zentren der Bohrungen 60 charakterisierenden Maße A, B, C bestimmt werden. Wiederum ist es bevorzugt, dass für jede Durchmesserbestimmung wenigstens 4 verschiedene Punkte angetastet werden. FIGS. 14 and 15 show a plate-like measuring object 40 which has two bores 60 located next to one another. With a measuring device according to the invention, the diameters D1, D2 of the bores 60 and the dimensions A, B, C characterizing the centers of the bores 60 can be easily determined be determined. Again, it is preferred that at least 4 different points be probed for each diameter determination.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung das schnelle und bedienerfreundliche Ver- messen beliebig geformter und beliebig großer Objekte an einem vorgegebenen Ort. Overall, the invention enables the fast and user-friendly measurement of arbitrarily shaped and arbitrarily large objects at a given location.
Bezuqszeichenliste: LIST OF REFERENCES:
1 Tastkugel 1 probe ball
2 Schaft 2 shaft
3, 3' Halter 3, 3 'holder
4-9 Beschleunigungssensor 10 Verbindungskabel 4-9 Accelerometer 10 Connecting Cable
1 1 , 1 1 ' Basiseinheit  1 1, 1 1 'base unit
12 Batterie 12 battery
13 Sende-/Empfangsmodul13 transceiver module
15, 15' Messkopf 15, 15 'measuring head
16, 16' Messsonde  16, 16 'probe
17 drahtloses Übertragungssystem 21 Signalleuchte 17 wireless transmission system 21 signal light
22 akustischer Geber 22 acoustic sensors
23 kapazitiver Betätigungsknopf 24 Fernbedienung 23 Capacitive control knob 24 Remote control
30 Lasersensor 30 laser sensor
31 Mess-Strahl 31 measuring beam
40 Messobjekt  40 measuring object
60 Bohrung  60 hole
70 Kraftfahrzeug-Karosserie 70 motor vehicle body
90 Möbelstück 90 piece of furniture
100 Ladestation der Basiseinheit100 Base Station Charging Station
101 Ladestation des Messkopfes 101 Charging station of the measuring head
L Länge L length
D1 , D2, D3 Durchmesser  D1, D2, D3 diameter
α Winkel α angle

Claims

Patentansprüche claims
1 . Vorrichtung zur Vermessung von Objekten (40, 70, 90) mit einem Messkopf (15, 15'), welcher manuell oder mittels eines Aktuators relativ zu einem zu vermessenden Objekt (40, 70, 90) bewegbar ist und welcher zum berührenden oder berührungsfreien Antasten von Messpunkten des Objekts (40, 70, 90) ausgebildet ist, Mitteln zum Ermitteln eines von dem Messkopf (15, 15') beim Bewegen zurückgelegten Wegs und einer Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, aus einem ermittelten Weg, den der Messkopf (15, 15') ausgehend von einer Referenzposition zum Zeitpunkt des Vorliegens eines Antastkriteriums zurückgelegt hat, räumliche Koordinaten eines angetasteten Messpunkts zu bestimmen, 1 . Device for measuring objects (40, 70, 90) with a measuring head (15, 15 '), which can be moved manually or by means of an actuator relative to an object (40, 70, 90) to be measured and which for touching or non-contact probing is formed by measuring points of the object (40, 70, 90), means for determining a distance covered by the measuring head (15, 15 ') during movement and an evaluation device, which is adapted from a determined path, the measuring head (15 , 15 ') has traveled from a reference position at the time of the presence of a probing criterion to determine spatial coordinates of a probed measuring point,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
wenigstens ein Beschleunigungssensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) an dem Messkopf (15, 15') oder einem starr mit dem Messkopf (15, 15') verbundenen Element angeordnet ist, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, den von dem Messkopf (15, 15') zurückgelegten Weg anhand der von dem wenigstens einen Beschleunigungssensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) während der Bewegung des Messkopfes (15, 15') von der Referenzposition zur Antastposition erfassten Beschleunigungen des Messkopfes (15, 15') zu ermitteln.  at least one acceleration sensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) is arranged on the measuring head (15, 15 ') or on an element rigidly connected to the measuring head (15, 15'), wherein the evaluation device is designed to control the from the measuring head (15, 15 ') traveled distance from the at least one acceleration sensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) during the movement of the measuring head (15, 15') from the reference position to the detection position detected accelerations of the Detecting the measuring head (15, 15 ').
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2. Apparatus according to claim 1,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, zum Ermitteln des von dem the evaluation device is designed to determine the of the
Messkopf (15, 15') zurückgelegten Wegs einen von dem wenigstens einen Beschleunigungssensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) ausgegebenen Beschleunigungswert zweimal, vorzugsweise numerisch, zu integrieren und gegebenenfalls jeweilige Integrationskonstanten zu bestimmen. Measuring head (15, 15 ') path traveled one of the at least one Acceleration sensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) output acceleration value twice, preferably numerically, integrate and, if appropriate, to determine respective integration constants.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, Apparatus according to claim 1 or 2,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, einen von dem wenigstens einen Beschleunigungssensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) ausgegebenen Beschleunigungswert derart zu korrigieren, dass die Wirkung der Erdbeschleunigung kompensiert ist. the evaluation device is designed to correct an acceleration value output by the at least one acceleration sensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) in such a way that the effect of the gravitational acceleration is compensated.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, beim Ermitteln des von demthe evaluation device is designed to determine the from the
Messkopf (15, 15') zurückgelegten Wegs eine räumliche Orientierung desMeasuring head (15, 15 ') path covered a spatial orientation of the
Messkopfes (15, 15') in der Antastposition in Bezug auf das Messobjekt (40,Measuring head (15, 15 ') in the probing position with respect to the measuring object (40,
70, 90) zu berücksichtigen. 70, 90).
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
der Messkopf (15, 15') tragbar und insbesondere frei bewegbar ist. the measuring head (15, 15 ') is portable and in particular freely movable.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, Device according to one of claims 1 to 4,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
der Messkopf an einer, vorzugsweise dreidimensionalen, Positioniervorrichtung angebracht ist. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, the measuring head is mounted on a, preferably three-dimensional, positioning device. Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
die Auswerteeinrichtung in einer von dem Messkopf (15, 15') separatenthe evaluation device in one of the measuring head (15, 15 ') separate
Basiseinheit (11, 11') der Vorrichtung untergebracht ist, wobei zwischen dem Messkopf (15, 15') und der Basiseinheit (11, 11') keine mechanischeBase unit (11, 11 ') of the device is housed, wherein between the measuring head (15, 15') and the base unit (11, 11 ') no mechanical
Stützverbindung besteht. Support connection exists.
Vorrichtung nach Anspruch 7, Device according to claim 7,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
der Messkopf (15, 15') und die Basiseinheit (11, 11') über ein drahtlosesthe measuring head (15, 15 ') and the base unit (11, 11') via a wireless
Übertragungssystem (17) miteinander in, vorzugsweise bidirektionaler, Sig nalverbindung stehen. Transmission system (17) communicate with each other in, preferably bidirectional, Sig nalverbindung.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, Device according to claim 7 or 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
der Messkopf (15, 15') und die Basiseinheit (11, 11') über eine flexible Ka belverbindung (10) in, vorzugsweise bidirektionaler, Signalverbindung ste hen. the measuring head (15, 15 ') and the base unit (11, 11') via a flexible Ka belverbindung (10) in, preferably bidirectional, signal connection ste hen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, Device according to one of claims 7 to 9,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
die Basiseinheit (11') tragbar und vorzugsweise batteriebetrieben ist. the base unit (11 ') is portable and preferably battery powered.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, Device according to one of claims 7 to 10,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass By doing so, that is
die Basiseinheit einen Andock-Abschnitt für den Messkopf umfasst, über welchen ein Energiespeicher des Messkopfes aufladbar ist und/oder Daten zwischen dem Messkopf und der Basiseinheit austauschbar sind. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, the base unit comprises a docking section for the measuring head, via which an energy store of the measuring head can be charged and / or data can be exchanged between the measuring head and the base unit. Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei, Beschleunigungssensoren (4, 5, 6, 7, 8, 9) voneinander beabstandet an dem Messkopf (15, 15') angeordnet sind, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, den von dem Messkopf (15, 15') zurückgelegten Weg beruhend auf jeweiligen von den Beschleunigungssensoren (4, 5, 6, 7, 8, 9) ausgegebenen Beschleunigungswerten zu ermitteln. 13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,  at least two, preferably at least three, acceleration sensors (4, 5, 6, 7, 8, 9) spaced from each other on the measuring head (15, 15 ') are arranged, wherein the evaluation device is adapted to that of the measuring head (15, 15 ') based on respective acceleration values output by the acceleration sensors (4, 5, 6, 7, 8, 9). 13. Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
für eine redundante Beschleunigungserfassung wenigstens zwei Beschleunigungssensoren (4, 9 bzw.5, 8) nebeneinander an dem Messkopf (15) angeordnet sind, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, den von dem Messkopf (15) zurückgelegten Weg beruhend auf einem Mittelwert aus jeweiligen von den nebeneinander angeordneten Beschleunigungssensoren (4, 9 bzw.5, 8) ausgegebenen Beschleunigungswerten zu ermitteln.  for a redundant acceleration detection at least two acceleration sensors (4, 9 bzw.5, 8) are arranged side by side on the measuring head (15), wherein the evaluation device is adapted to the distance traveled by the measuring head (15) based on an average of each of to determine the acceleration values output next to each other arranged acceleration sensors (4, 9 bzw.5, 8).
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, 14. Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
der oder jeder Beschleunigungssensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) als dreidimensionaler Sensor ausgebildet ist.  the or each acceleration sensor (4, 5, 6, 7, 8, 9) is designed as a three-dimensional sensor.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, 15. Device according to one of the preceding claims,
g e k e n n z e i c h n e t durch  marked by
eine optische und/oder akustische Anzeige (21, 22), die dazu vorgesehen ist, das Vorliegen des Antastkriteriums kenntlich zu machen, wobei, vorzugsweise, die Anzeige (21 , 22) an dem Messkopf (15') angeordnet ist. an optical and / or acoustic display (21, 22) which is provided to indicate the presence of the Antastkriteriums, wherein, preferably, the display (21, 22) on the measuring head (15 ') is arranged.
16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, 16. Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, automatisch zu bestimmen, dass das Antastkriterium vorliegt, wenn die von dem wenigstens einen Be- schleunigungssensor (4, 5, 8, 9) erfasste Beschleunigung des Messkopfes the evaluation device is designed to automatically determine that the probing criterion is present when the acceleration of the measuring head detected by the at least one acceleration sensor (4, 5, 8, 9)
(15) unter einen Schwellenwert absinkt. (15) falls below a threshold.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, 17. Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
der Messkopf (15, 15') eine zum berührenden oder berührungsfreien Antasten von Messpunkten des Objekts (40, 70, 90) ausgebildete Messsonde (16, 16') und einen Halter (3, 3') für die Messsonde (16, 16') umfasst.  the measuring head (15, 15 ') has a measuring probe (16, 16') designed to touch or contact the measuring points of the object (40, 70, 90) and a holder (3, 3 ') for the measuring probe (16, 16') ).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, 18. Device according to claim 17,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
der Halter (3) als länglicher Stab ausgebildet ist, insbesondere wobei im Bereich beider Stabenden jeweilige Beschleunigungssensoren (4, 5, 8, 9) angeordnet sind. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18,  the holder (3) is designed as an elongated rod, in particular wherein respective acceleration sensors (4, 5, 8, 9) are arranged in the region of both rod ends. 19. Device according to claim 17 or 18,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
der Halter (3, 3') einen Handgriff umfasst oder als Handgriff ausgebildet ist.  the holder (3, 3 ') comprises a handle or is designed as a handle.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, 20. Device according to one of claims 17 to 19,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
sowohl an der Messsonde (16) als auch an dem Halter (3) jeweils wenigstens ein Beschleunigungssensor (4, 5, 6, 7) angeordnet ist. at least one acceleration sensor (4, 5, 6, 7) is arranged both on the measuring probe (16) and on the holder (3).
21. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, 21. Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
an dem Messkopf (15') wenigstens ein Betätigungselement (23), insbesondere ein kapazitiver Knopf, zum Auslösen einer Messwertübernahme, zum Löschen einer Messung und/oder zum Wiederholen einer Messung vorgesehen ist.  at least one actuating element (23), in particular a capacitive button, is provided on the measuring head (15 ') for triggering a measured value transfer, for deleting a measurement and / or for repeating a measurement.
22. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, 22. Device according to one of the preceding claims,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass  By doing so, that is
mehrere Messköpfe zum gleichzeitigen Antasten verschiedener Messpunkte eines Messobjekts vorgesehen sind.  several measuring heads are provided for the simultaneous probing of different measuring points of a test object.
PCT/EP2015/054257 2014-03-03 2015-03-02 Device for measuring objects WO2015132181A1 (en)

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