DE102004056380B4

DE102004056380B4 - Messvorrichtung und Verfahren zur Messung eines freifliegenden Körpers

Info

Publication number: DE102004056380B4
Application number: DE200410056380
Authority: DE
Inventors: Michael Peek; Manfred Otto; Axel Manz; Walter Liebers; Gerd Dr. Heuser
Original assignee: Tuev Kraftfahrt - Tuev Rheinland Group GmbH; Tuev Kraftfahrt Tuev Rhei GmbH
Current assignee: Tuev Kraftfahrt - Tuev Rheinland Group GmbH; Tuev Kraftfahrt Tuev Rhei GmbH
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2024-11-24
Also published as: DE102004056380A1

Abstract

Vorrichtung zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers, umfassend zumindest
– ein am Prüfkörper angebrachtes Streuelement mit einem Oberflächenprofil,
– wenigstens eine erste (309) und eine zweite Profilstruktur (310) im Oberflächenprofil, welche jeweils längserstreckt zueinander beabstandet und quer zur Bewegungsbahn des Prüfkörpers angeordnet sind,
– wenigstens einen ersten (408) und einen zweiten berührungslos messenden Abstandssensor (409), deren zugehörige Messstrahlen derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein durch Durchstoßpunkte der Messstrahlen in einem Bewegungsbahnband des Streuelementes aufgespanntes Messfeld sowohl eine Ausdehnung senkrecht als auch parallel zur Bewegungsbahn aufweist,
wobei
– das Messfeld innerhalb des Bewegungsbahnbandes liegt und
– die erste (309) und die zweite Profilstruktur (310) jeweils zumindest zu jeweils einem Messzeitpunkt zumindest teilweise innerhalb des Messfeldes liegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein zugehöriges Verfahren zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers.
Räumlich bewegte Prüfkörper werden beispielsweise in einer Crashsimulation im Automobilbereich verwendet. Dabei wird insbesondere eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des Prüfkörpers für eine Bewertung herangezogen. Aus WO 01/73392 A1 ist es beispielsweise bekannt, mittels Lasersensoren jeweils Position und Geschwindigkeit von auf einem Kollisionsprüfstand mittels Seilzügen bewegten Kollisionsobjekten, bei denen es sich vorzugsweise um Kraftfahrzeuge handelt. Aus DE 198 14 844 A1 ist zur Bestimmung der Lage und der Geschwindigkeit eines bei einem simulierten Kraftfahrzeugunfall auf ein Kollisionshindernis bewegten Kraftfahrzeuges die Verwendung eines nach dem Prinzip der Echolaufzeit arbeitender Sensors, beispielsweise eines Laserscanners, bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere eine Bestimmung einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers zu erleichtern, sowie insbesondere einen Einfluss eines Messsystems auf den Prüfkörper zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Streuelement nach Anspruch 12, einen Prüfstand nach Anspruch 13, ein Messverfahren nach Anspruch 14, ein Prüfverfahren nach Anspruch 25 sowie ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 26 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere Prüfvorrichtung, zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers umfasst zumindest ein am Prüfkörper angebrachtes Streuelement mit einem Oberflächenprofil, welches vorteilhafterweise plan ausgebildet ist, wenigstens eine erste und eine zweite Profilstruktur im Oberflächenprofil, welche jeweils längserstreckt zueinander beabstandet und quer zur Bewegungsbahn des Prüfkörpers angeordnet sind, wenigstens einen ersten und einen zweiten berührungslos mes senden Abstandssensor, deren zugehörige Messstrahlen derart, vorzugsweise parallel, zueinander ausgerichtet sind, dass ein durch Durchstoßpunkte der Messstrahlen in einem Bewegungsbahnband des Streuelementes aufgespanntes Messfeld sowohl eine Ausdehnung senkrecht als auch parallel zur Bewegungsbahn aufweist, wobei das Messfeld innerhalb des Bewegungsbahnbandes liegt und wobei die erste und zweite Profilstruktur jeweils zumindest zu jeweils einem Messzeitpunkt zumindest teilweise innerhalb des Messfeldes liegen.
Bei dem Prüfkörper handelt es sich beispielsweise um einen Impaktor zur Durchführung eines Anpralltests an einem Kraftfahrzeug. Insbesondere ist dabei der Impaktor durch seinen Aufbau einer Anatomie des menschlichen Körpers nachempfunden. Beispielsweise ist der Impaktor als Kopf-, Hüft- oder Beinimpaktor ausgestaltet. Zur Durchführung einer Bewegung auf einer Bewegungsbahn wird der Prüfkörper beispielsweise mittels einer Beschleunigungsvorrichtung entlang dieser Bahn beschleunigt. Vorzugsweise legt der Prüfkörper zumindest einen Teil der Bewegungsbahn ohne Einwirkung der Beschleunigungseinrichtung freifliegend zurück. Insbesondere vollführt der Prüfkörper eine geradlinig gleichförmige Bewegung, welche von einer Beschleunigung durch die nicht vernachlässigbare Erdbeschleunigung überlagert ist. Beispielsweise wird der Prüfkörper mittels eines Beschleunigungskatapultes auf eine Geschwindigkeit von etwa 11,1 m/s beschleunigt und auf ein Zielobjekt geschossen. Der Abstandssensor ist bevorzugt als wellenbasierter Sensor ausgebildet. Insbesondere wird ein auf elektromagnetischen Wellen basierender Sensor verwendet. Vorzugsweise sendet der Sensor Licht im sichtbaren oder im infraroten Spektralbereich aus. Weiter bevorzugt sendet der Abstandssensor einen Laserstrahl aus, der an einem Objekt gestreut oder reflektiert wird, wobei beispielsweise mittels Triangulation unter Verwendung einer positionsempfindlichen Photodiode ein Abstandswert ermittelt wird. In einer anderen Ausführungsform wird ein konfokales Messsystem verwendet, welches chromatisches Licht durch eine mehrlinsige Optik auf eine Objektoberfläche fokussiert. Die Linsen sind dabei derart angeordnet, dass durch kontrollierte chromatische Abweichung das Licht in abstandsabhängige monochromatische Wellenlängen aufgeteilt wird. Dabei wird insbesondere jeder Wellenlänge des vom Objekt gestreuten oder reflektierten Lichtes ein Abstandswert zugeordnet.
Vorzugsweise wird die Intensität der ausgesandten elektromagnetischen Wellen frequenzmoduliert. Insbesondere wird dabei in Verbindung mit dem Lock-in-Prinzip eine Verringerung eines Rauscheinflusses beziehungsweise Störeinflusses aufgrund von Fremdstrahlung gewährleistet. Bei einer Laserdiode wird die Intensität beispielsweise mit einer Frequenz von etwa 40 kHz moduliert. Die Laserwellenlänge liegt beispielsweise bei etwa 675 nm.
Zur berührungslosen Messung ist der Prüfkörper mit einem Streuelement ausgestattet. Die Oberfläche eines Streuelementes ist insbesondere so ausgestaltet, dass sie von einem Abstandssensor ausgestrahlte elektromagnetische Wellen streut. Beispielsweise weist diese Oberfläche zumindest eine Mikrorauhigkeit auf, um einen von einem Abstandssensor im sichtbaren Spektralbereich ausgesendeten Laserstrahl zu streuen. Vorzugsweise wird als Material für das Streuelement Metall oder Kunststoff verwendet. Für eine verbesserte Streuung kann beispielsweise eine Mikro- oder Nanorauigkeit der Oberfläche für eine verwendete Wellenlänge optimiert werden. Vorzugsweise kann dabei auch der Einfluss von Fremdstrahlung reduziert werden.
Das Streuelement ist insbesondere so am Prüfkörper befestigt, dass es bei einem Durchlaufen der Bewegungsbahn die Messstrahlen schneidet. Bei der Bewegung auf der Bewegungsbahn formt das Streuelement ein Bewegungsbahnband, welches als Spur des Streuelementes aufzufassen ist. Bei einem quadratischen, planem Streuelement resultiert so beispielsweise ein planes, rechteckiges Bewegungsbahnband. Das Streuelement ist vorzugsweise ein flächenhaftes Element mit einem runden, dreieckigen, viereckigen, insbesondere rechteckigen, polygonalen oder allgemein unregelmäßigen Grundriss. Entsprechend ist das Bewegungsbahnband in diesem Fall die resultierende Spur dieser Streuelemente.
Bei der Profilstruktur handelt es sich insbesondere um eine oder mehrere Erhebungen oder um eine oder mehrere Aussparungen aus der Oberfläche des Streuelementes. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Profilstruktur jeweils über eine zumindest teilweise Breite des Bewegungsbahnbandes beziehungsweise über eine zumindest teilweise Breite des Streuelementes längserstreckt. Weiter bevorzugt sind die erste und die zweite Profilstruktur in der Nähe der Längsenden des Streuelementes in Bezug auf die Bewegungsrichtung angebracht. Eine Profilstruktur kann insbesondere auch von einem mindestens einem Rand/Flanke des Streuelementes gebildet werden. Beispielsweise sind die erste und die zweite Profilstruktur parallel oder in einem Winkel vorzugsweise nahe 0° zueinander angebracht. Die Anordnung der Profilstruktur ist dabei insbesondere so gewählt, dass sie senkrecht oder in einem Winkel nahe 90° in Bezug auf die Bewegungsrichtung angeordnet sind. Eine nichtparallele Ausrichtung der ersten und der zweiten Profilstruktur zueinander ermöglicht insbesondere die Ermittlung eines Versatzes des Prüfkörpers quer zu einer Achse der Bewegungsrichtung in Bezug auf einen mit dem Mess system definierten Fixpunkt. Durch die Ausdehnung des Messfeldes sowohl senkrecht als auch parallel zur Bewegungsbahn weisen die Durchstoßpunkte der Messstrahlen in dem Bewegungsbahnband sowohl einen Abstand längs der Bewegungsrichtung als auch einen Abstand quer zur Bewegungsrichtung voneinander auf.
Messfeld und Profilstrukturen sind insbesondere so zueinander ausgerichtet und dimensioniert, dass die erste und die zweite Profilstruktur jeweils zumindest zu jeweils einem Messzeitpunkt zumindest teilweise innerhalb des Messfeldes liegen. Beispielsweise entspricht ein Abstand der Durchstoßpunkte längs zur Bewegungsrichtung einem Abstand der ersten und zweiten Profilstruktur längs in Bewegungsrichtung. Bevorzugt können mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung hysteresefrei insbesondere eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des auf der Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers gemessen werden. Des Weiteren ist die Vorrichtung vorzugsweise frei von mechanischen Einwirkungen auf insbesondere empfindliche Teile eines Messsystems.
Für eine Verbesserung der Messqualität ist insbesondere vorgesehen, dass ein dritter berührungsloser Abstandssensor vorgesehen ist, vorzugsweise mit einem Messstrahl, vorzugsweise parallel, zu den Messstrahlen des ersten und des zweiten Abstandssensors angeordnet ist, wobei Durchstoßpunkte der Messstrahlen von erstem, zweitem und drittem Sensor in dem Bewegungsbahnband Eckpunkte eines Dreieckes bilden.
Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Durchstoßpunkte jeweils zumindest senkrecht zur Bewegungsrichtung voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise sind die Durchstoßpunkte so angeordnet, dass sie sich möglichst weit außen auf einer Oberfläche des Streuelementes befinden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Dreieck ein gleichschenkeliges, insbesondere ein gleichseitiges, Dreieck ist, dessen Symmetrieachse längs der Bewegungsrichtung verläuft. Eine Spitze des Dreieckes zeigt dabei beispielsweise in die Richtung der Bewegungsrichtung. In einer anderen Ausgestaltung ist die Spitze beispielsweise entgegengesetzt angeordnet.
Zur Ausgestaltung der Profilstrukturen können verschiedene Varianten vorgesehen werden. In einer ersten Variante ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Profilstruktur einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und auf dem Oberflächenprofil jeweils einen Steg und/oder eine stegförmige Aussparung bilden und/oder durch einen Rand/Flanke des Streuelementes gebildet sind. Zur Bildung der Aussparung ist das, Streuelement beispielsweise durchbohrt (Langbohrung), die Aussparung kann aber auch nutförmig ausgeführt sein. Eine Profilstruktur ist insbesondere am Streuelement angeformt oder kann mit dem Streuelement verbunden werden.
In einer anderen Variante ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Profilstruktur in der Bewegungsrichtung einen Profilverlauf im Oberflächenprofil aufweist, der wenigstens einer Periode einer Rechteckfunktion entspricht. Ein derartiger Verlauf wird beispielsweise dadurch realisiert, dass ein Steg mit einem rechteckigen Querschnitt auf der Oberfläche des Streuelementes angebracht ist. Insbesondere ist ein Profilverlauf vorgesehen, der wenigstens einer Periode einer bipolaren Rechteckfunktion entspricht. Ein derartiger Profilverlauf wird beispielsweise dadurch erzielt, das unmittelbar benachbart ein Steg mit einem rechteckigen Querschnitt und eine wie oben definierte Aussparung mit einem rechteckigen Querschnitt angeordnet sind.
In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass die erste und/oder die zweite Profilstruktur in der Bewegungsrichtung einen Profilverlauf im Oberflächenprofil aufweist, der einer glatten mathematischen Funktion und/oder einer Funktion aus der Gruppe umfassend Sinusfunktion, Gaussfunktion und Parabelfunktion entspricht. Beispielsweise wird als Funktionsverlauf ein Ausschnitt aus einer Sinuskurve verwendet. Insbesondere wird eine Gaussfunktion oder eine parabelförmige Funktion verwendet. Vorzugsweise kann ein aus diesen Profilstrukturen resultierender zeitlicher Abstandsverlauf eines Abstandssignales mit geringem Aufwand mit Hilfe einfacher mathematischer Funktionen angepasst werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Streuelement plattenförmig ausgebildet ist. Der Grundriss des Streuelementes ist dabei beispielsweise rund, rechteckig, quadratisch, dreieckig, polygonal oder allgemein unregelmäßig ausgebildet. Für das Streuelement kann als Material beispielsweise Metall oder Kunststoff eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Streuelement ein nicht-planes, insbesondere einfach geometrisch beschreibbares Oberflächenprofil auf. Beispielsweise ist das Oberflächenprofil sinusförmig oder zylindermantelförmig. Insbesondere ist das Oberflächenprofil so ausgestaltet, dass ein resultierender zeitlicher Abstandsverlauf eines Abstandssignals eines Abstandssensors mit Hilfe einer einfachen mathematischen Funktion angepasst werden kann.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Oberflächenprofil ein mit einer Zylinderachse quer zur Bewegungsrichtung ausgerichtetes Zylindermantelsegment ist. Je nach Verkippung in Bezug auf die Messstrahlen weist das Abstandsprofil daher unterschiedliche Funktionsverläufe auf. Vorzugsweise ist das Oberflächenprofil so ausgestaltet, dass aus einem resultierenden Abstandsverlauf auf eine Verkippung des Prüfkörpers geschlossen werden kann.
Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Streuelement zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines freifliegenden auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers mittels wenigstens eines ersten und eines zweiten berührungslos messenden Abstandssensors, deren zugehörige Messstrahlen derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein durch Durchstoßpunkte der Messstrahlen in einem Bewegungsbahnband des Streuelementes aufgespanntes Messfeld, welches innerhalb des Bewegungsbahnbandes liegt, sowohl eine Ausdehnung senkrecht als auch parallel zur Bewegungsbahn aufweist, wobei das Streuelement am Prüfkörper anbringbar ist und ein Oberflächenprofil mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Profilstruktur im Oberflächenprofil aufweist, welche jeweils längserstreckt zueinander beabstandet und quer zur Bewegungsbahn des Prüfkörpers angeordnet sind, und wobei die erste und die zweite Profilstruktur jeweils zumindest zu jeweils einem Messzeitpunkt zumindest teilweise innerhalb des Messfeldes liegen. Vorzugsweise ist das Streuelement an unterschiedlichen Prüfkörpern anbringbar.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Prüfstand, umfassend wenigstens eine Beschleunigungsvorrichtung eines Prüfkörpers sowie eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung des auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers, wobei der Prüfkörper in einer Längsrichtung des Prüfstandes auf ein Zielobjekt beschleunigbar ist, wobei die Bewegungsbahn zumindest in Längsrichtung unmittelbar vor dem Zielobjekt eine Freiflugphase umfasst. Die Beschleunigungsvorrichtung ist beispielsweise ein Katapult. Insbesondere wird der Prüfkörper nach Abschluss eines Beschleunigungsvorganges von der Beschleunigungsvorrichtung getrennt, so dass er abgesehen von einer überlagerten Beschleunigung aufgrund der Erdbeschleunigung geradlinig gleichförmig längs einer Bewegungsbahn bewegt wird. Insbesondere unmittelbar vor einem Anprall auf das Zielobjekt wird mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des Prüfkörpers ermittelt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines bewegten Prüfkörpers, wobei mittels wenigstens eines ersten und eines zweiten Abstandssensors jeweils senkrecht in Bezug auf die Bewegungsrichtung ein zeitlicher Verlauf eines senkrechten Abstandes zwischen einer Basisebene eines Messsystems und eines bewegten Streuelementes mit einem insbesondere planen Oberflächenprofil berührungslos aufgenommen wird, wobei ein zeitlicher Verlauf eines Messsignals der Abstandssensoren jeweils durch zumindest eine erste und eine zweite Profilstruktur des Oberflächenprofils moduliert wird, wobei anhand erhaltener Messsignale der Abstandssensoren eine Geschwindigkeit in einer Bewegungsrichtung und/oder ein zumindest mittlerer Abstand des Streuelementes zur Basisebene und/oder zumindest eine räumliche Verdrehung und/oder Verkippung des Streuelementes relativ zur Basisebene ermittelt wird. Beispielsweise werden erhaltene Abstandssignale der Abstandssensoren anhand einer mathematischen Funktion des verwendeten Oberflächenprofils des Streuelementes angepasst. Des Weiteren wird dabei die Modulation durch die erste und zweite Profilstruktur des Oberflächenprofils berücksichtigt. Eine Anpassung erfolgt beispielsweise mit einem mathematischen Optimierungsverfahren, wobei als Parameter insbesondere eine Geschwindigkeit in der Bewegungsrichtung und/oder der zumindest mittlere Abstand des Streuelementes zur Basisebene und/oder zumindest eine räumliche Verdrehung und/oder Verkippung des Streuelementes relativ zur Basisebene verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass zusätzlich mittels eines dritten Abstandssensors jeweils zum ersten und zweiten Abstandssensor senkrecht und vorzugsweise parallel zur Bewegungsrichtung versetzt der zeitliche Verlauf aufgenommen wird, wobei anhand erhaltener Messsignale der Abstandssensoren eine Geschwindigkeit in einer Bewegungsrichtung und/oder ein zumindest mittlerer Abstand des Streuelementes zur Basisebene und/oder zumindest eine räumliche Verdrehung und/oder Verkippung der Streuoberfläche relativ zur Basisebene ermittelt wird. Die Auswertung erfolgt insbesondere auf die vorbeschriebene Weise. Vorzugsweise wird mit Hilfe des dritten Abstandssensors eine Genauigkeit ermittelter Größen verbessert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Drehwinkel um eine Achse senkrecht zur Basisebene und/oder eine Verkippung in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und in etwa parallel, vorzugsweise genau parallel, zur Bewegungsrichtung und/oder eine Verkippung in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und senkrecht zur Bewegungsrichtung gemessen wird bzw. werden. In einer Abwandlung kann auch eine Drehung um eine Längsachse des Prüfkörpers gemessen werden, wobei diese sich in etwa senkrecht zur Basisebene er streckt. Insbesondere bei einem zylinderförmigen längserstreckten Beinimpaktor wird eine Drehung um eine Längsachse des Beinimpaktors ermittelt. Eine Basisfläche ist dabei beispielsweise eine Aufstandsfläche der Prüfvorrichtung. Insbesondere ist die Basisebene als eine Parallelebene zur Erdoberfläche definiert.
In einer bevorzugten Variante des Verfahrens wird

a) gleichzeitig jeweils eine Zeitabhängigkeit eines Abstandssignals des ersten, zweiten und gegebenenfalls des dritten Sensors aufgenommen;
b) gegebenenfalls eine Datenfilterung vorgenommen;
c) jeweils eine lineare Anpassung zumindest eines Teilbereiches der Zeitabhängigkeit des Abstandssignals durchgeführt.

Bei einer Datenfilterung werden beispielsweise fehlerhafte Messwerte infolge insbesondere eines fehlenden Streusignals eliminiert. Des Weiteren wird beispielsweise eine Datenglättung vorgenommen. Eine lineare Anpassung wird beispielsweise bei einer planen Oberfläche des Streuelementes vorgenommen.
Zusätzlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass ein zumindest mittlerer Abstand des Streuelementes von der Basisebene ermittelt wird. Bei einem Beinimpaktor ist ein mittlerer Abstand des Streuelementes dabei insbesondere als dessen Anflughöhe zu verstehen. Beispielsweise wird diese Anflughöhe unmittelbar vor einem Anprall auf ein Zielobjekt aus dem Schwerpunkt des Dreieckes der Durchstoßpunkte ermittelt. Bei einem gleichseitigen Dreieck ist die Anflughöhe dadurch einfach als Mittelwert der Höhen der drei Durchstoßpunkte angebbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt eine Ermittlung eines mittleren Abstandes anhand einer Mittelwertbildung über mehrere Einzelmesswerte.
Des Weiteren wird insbesondere ein Nickwinkel ermittelt in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und parallel zur Bewegungsrichtung. Beispielsweise wird der Nickwinkel dabei aus einer Steigung einer linearen Anpassung der Zeitabhängigkeit des Abstandssignals ermittelt.
Des Weiteren wird insbesondere ein Wankwinkel in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und senkrecht zur Bewegungsrichtung ermittelt. Beispielsweise wird ein Wankwinkel aus einem Höhenversatz zweier senkrecht zur Bewegungsrichtung beabstandeter Abstandsprofile ermittelt, wobei der senkrechte Abstand der beiden Profile dazu herangezogen wird.
Zusätzlich kann ein Drehwinkel um eine Achse senkrecht zur Basisebene ermittelt werden. In einer alternativen Ausführungsform hierzu kann es sich auch um eine Längsachse eines längserstreckten Prüfkörpers handeln, die zumindest in etwa senkrecht zur Basisebene erstreckt ist. Insbesondere wird bei einem zumindest in etwa längserstreckten zylindrischen Beinimpaktor eine Längsachse des Beinimpaktors für die Bestimmung herangezogen.
Vorzugsweise wird der Drehwinkel zumindest aus einem zeitlichen Versatz zwischen Abstandssignalen jeweils wenigstens zweier Abstandssensoren ermittelt. Dabei wird insbesondere der vorermittelte Nickwinkel und Wankwinkel zur Korrektur des Ergebnisses berücksichtigt.
Zusätzlich zu den vorgenannten Größen kann insbesondere eine Geschwindigkeit des Streuelementes und damit des Prüfkörpers, insbesondere Beinimpaktors, ermittelt werden. Vorzugsweise unter Berücksichtigung von Nickwinkel, Drehwinkel und Abständen wird eine Geschwindigkeit in Richtung der Bewegungsrichtung ermittelt.
In einer Variante des vorgenannten Verfahrens wird in Schritt c) eine nichtlineare Anpassung gemäß einer geometrischen Form des Oberflächenprofils durchgeführt. Bei einem parabelförmigen Oberflächenprofil erfolgt beispielsweise eine Anpassung einer Parabelfunktion. Bei dieser Anpassung werden insbesondere Verkippungswinkel berücksichtigt. Vorzugsweise erfolgt die nichtlineare Anpassung mittels eines mathematischen Optimierungsverfahrens, beispielsweise mit Hilfe eines Simplex- oder Levenberg-Marquardt-Verfahrens oder dergleichen.
Im folgenden wird eine Berechnung von Abstand, Drehwinkel, Wankwinkel, Nickwinkel, Geschwindigkeit für einen Fall eines gleichseitigen Dreieckes mit einer planen Streuplatte mit parallel angeordneten Profilstrukturen mit rechteckigem Querschnitt beispielhaft angegeben. Die Eckpunkte des Dreieckes und entsprechend die Durchstoßpunkte werden mit a, b und c bezeichnet, wobei der Eckpunkt c in Richtung der Bewegungsrichtung zeigt.
Δh_a bezeichnet einen Abstand in Messrichtung zwischen der Streuplatte und der Bezugshöhe am Durchstoßpunkt a.
Δh_b bezeichnet einen Abstand in Messrichtung zwischen der Streuplatte und der Bezugshöhe am Durchstoßpunkt b.
Δh_c bezeichnet einen Abstand in Messrichtung zwischen der Streuplatte und der Bezugshöhe am Durchstoßpunkt c.
α bezeichnet den Drehwinkel um eine Prüfkörperlängsachse.
γ bezeichnet den Wankwinkel.
β bezeichnet den Nickwinkel.
v bezeichnet die Geschwindigkeit.
L bezeichnet die Dreieck-Seitenlänge.
s bezeichnet einen Abstand der Vorderkante der 1. Profilstruktur von der Vorderkante der 2. Profilstruktur in Bezug auf die Bewegungsrichtung.
t₁ bezeichnet die Zeitdifferenz zwischen den ansteigenden Flanken der durch eine Profilstruktur modulierten Abstandssignale zweier senkrecht zur Bewegungsrichtung beabstandet angeordneter Abstandsensoren.
t₂ bezeichnet die Zeitdifferenz zwischen jeweils den ansteigenden Flanken des durch die erste und die zweite Profilstruktur modulierten Abstandssignales eines Abstandssensors.
Dann kann der Drehwinkel wie folgt angegeben werden:
Nicken und Wanken sind ohne Einfluss auf die Gleichung, da sich diese beiden Größen herauskürzen.
Die mittlere Höhe ist:
Für die Geschwindigkeit gilt:
Für den Nickwinkel gilt:
Für den Wankwinkel gilt:
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann eine Mittelwertbildung dieser Größen anhand mehrere Einzelmesswerte erfolgen.
Im folgenden ist darüber hinaus ein entsprechendes Computerprogramm zur Berechnung dieser Größen beispielhaft angegeben.
Zunächst ist in den folgenden Programmzeilen eine Bibliothek verwendbarer Funktionen definiert:
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Prüfverfahren, wobei ein Prüfkörper auf ein Zielobjekt beschleunigt wird und mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 24 wenigstens eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des bewegten Prüfkörpers berührungslos in einer Freiflugphase vor einem Aufprall auf das Zielobjekt bestimmt wird. Vorzugsweise wird die räumliche Lage und/oder die Bewegung des bewegten Prüfkörpers unmittelbar vor dem Aufprall auf das Zielobjekt bestimmt. Insbesondere ist die auf den Prüfkörper wirkende Erdbeschleunigung in der Messphase vernachlässigbar, so dass die Bewegung des Prüfkörpers in der Freiflugphase in der Messphase geradlinig gleichförmig verläuft.
Schließlich ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbarem Speichermedium gespeichert sind, um ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 25 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Ein computerlesbares Speichermedium ist beispielsweise ein magnetisch, optisch oder magneto-optisch lesbarer Datenträger. Des Weiteren ist ein computerlesbares Speichermedium beispielsweise ein Speicherchip. Insbesondere kann auch ein Fernspeichermedium verwendet werden, beispielsweise unter Verwendung eines Computernetzwerkes.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung in mehreren Beispielen im Einzelnen erläutert. Die Merkmale sind dort jeweils jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr sind die jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung und der Zeichnung angegebenen Merkmale jeweils zu Weiterbildungen miteinander kombinierbar. Es zeigen:
1 eine Prüfstandanordnung,
2 ein Koordinatensystem,
3 eine erste Messanordnung,
4 eine zweite Messanordnung,
5 bis 11 verschieden ausgebildete Streuelemente;
12 einen zeitlichen Verlauf verschiedener Abstandsignale und zugehöriger Indikatorfunktionen.
1 zeigt eine Prüfstandanordnung. Auf einer ersten Basisebene 101 befindet sich ein Beschleunigungsroboter 102 mit einem Haltearm mit einem Katapult 103 für einen ersten Prüfkörper 104, der in diesem Fall ein Beinimpaktor ist. Unterhalb des ersten Prüfkörpers 104 ist ein erstes Streuelement 105 angebracht, welches zu zumindest einem Zeitpunkt in einem hier nicht dargestellten Messfeld der ersten Sensoreinheit 106 liegt. Der erste Prüfkörper 104 wird mit Hilfe des Roboters 102 und des Katapultes 103 auf das Kraftfahrzeug 107 beschleunigt, welches auf einer gegenüber der ersten Basisebene 101 erhöhten ersten Standfläche 108 aufgestellt ist. Für eine Messung einer Anflughöhe des ersten Prüfkörpers 104 bildet die Oberkante der ersten Standfläche 108 eine erste Bezugshöhe 109. Zwischen dem Haltearm mit dem Katapult 103 und dem Kraftfahrzeug 107 legt der erste Prüfkörper 104 eine Freiflugstrecke zurück. Unmittelbar vor einem Anprall des ersten Prüfkörpers 104 wird mittels der ersten Sensoreinheit 106 eine räumliche Lage und eine Geschwindigkeit des ersten Prüfkörpers 104 gemessen. Bei der ersten Sensoreinheit 106 handelt es sich um eine Anordnung dreier hier nicht im Detail gezeigter Laserabstandssensoren.
2 zeigt ein Koordinatensystem. Ein zweiter Prüfkörper 201 mit einer Prüfkörperlängsachse 202 ist in etwa senkrecht zu einer ersten Ebene 203 angeordnet. Die erste Ebene 203 ist dabei parallel zu einer hier nicht dargestellten Basisebene, die beispielsweise eine Parallelebene zu einem Erdboden ist. Des Weiteren ist der zweite Prüfkörper 201 in etwa in einer senkrecht zur ersten Ebene 203 und parallel zu einer ersten Bewegungsrichtung 204 angeordneten zweiten Ebene 205 angeordnet. Des Weiteren ist eine dritte Ebene 206 vorgesehen, die sowohl senkrecht zur ersten Ebene 203 als auch senkrecht zur zweiten Ebene 205 angeordnet ist. In diesem Koordinatensystem ist ein Nickwinkel 207 in der zweiten Ebene 205 definiert. Des Weiteren ist ein Wankwinkel 208 in der dritten Ebene 206 definiert. Zusätzlich ist ein Drehwinkel 209 um die Prüfkörperlängsachse 202 definiert. Schließlich wird eine zweite Bezugshöhe 210 definiert, die der ersten Bezugshöhe 109 in der 1 entspricht. In diesem Koordinatensystem kann ein Wanken, ein Nicken, eine Drehung, eine Geschwindigkeit längs der Bewegungsrichtung und eine Höhe gegenüber einer Bezugshöhe beschrieben werden.
3 zeigt eine erste Messanordnung. Diese erste Messanordnung entspricht im Wesentlichen einem Detailausschnitt aus der 1. Auf einer zweiten Basisebene 301 ist ein hier nur ansatzweise zu sehender Sockel 302 angeordnet, auf dem ein hier ebenfalls nur ansatzweise zu sehendes zweites Kraftfahrzeug 303 aufgestellt ist. Eine Sockeloberkante 304 bildet eine dritte Bezugshöhe 305. In etwa auf dieser dritten Bezugshöhe 305 bewegt sich ein dritter Prüfkörper 306 entlang einer zweiten Bewegungsrichtung 307. Der dritte Prüfkörper 306 ist ebenfalls wie in der vorstehenden 1 ein hier jedoch nur ansatzweise dargestellter Beinimpaktor. Unterhalb des dritten Prüfkörpers 306 ist ein zweites Streuelement 308 mit einer in etwa quadratischen Grundfläche angebracht. Dieses zweite Streuelement 308 ist mit einer ersten Profilstruktur 309 und einer zweiten Profilstruktur 310 ausgestattet, welche als Stege mit einem rechteckigen Grundriss und einer Erstreckung über die gesamte Breite des Streuelementes ausgebildet sind. In der 3 sind diese beiden Profilstrukturen parallel zueinander angeordnet, andere Anordnungen sind möglich. Eine Spur des zweiten Streuelementes 308 bildet dabei ein Bewegungsbahnband 311. Auf der zweiten Basisebene 301 sind ein erster Laser 312, ein zweiter Laser 313 und ein dritter Laser 314 angeordnet, die einen ersten Laserstrahl 315, einen zweiten Laserstrahl 316 und einen dritten Laserstrahl 317 aussenden. Die Strahlen sind dabei jeweils parallel zueinander ausgerichtet. Des weiteren sind die Strahlen senkrecht zur zweiten Basisebene 301 ausgerichtet. Auf dem zweiten Streuelement 308 erzeugen diese Laserstrahlen einen ersten Durchstoßpunkt 318, einen zweiten Durchstoßpunkt 319 und einen dritten Durchstoßpunkt 320. Nicht gezeigt sind in dieser Figur gestreute Lichtstrahlen und zugehörige Detektoren. Anstelle der Laser könnten in diesem Falle auch in einer ähnlichen Anordnung konfokale Messsysteme verwendet werden, wobei zugehörige Detektoren in diesem Falle ebenfalls in den Elementen untergebracht sind, die anstelle des ersten Lasers 312, des zweiten Lasers 313 und des dritten Lasers 314 verwendet werden. Entgegen der in der 3 gezeigten Ausbildungsform kann auch ein Streuelement verwendet werden, welches eine Profilstruktur aufweist, die durch eine Aussparung in der Oberfläche oder eine Randkante des Streuelementes gebildet ist.
4 zeigt eine zweite Messanordnung. An einem vierten Prüfkörper 401 ist ein drittes, rechteckig ausgebildetes Streuelement 402. angeordnet. Das dritte Streuelement 402 weist wiederum eine dritte Profilstruktur 403, eine vierte Profilstruktur 404 und eine erste Aussparung 405, die als weitere Profilstruktur anzusprechen ist, als Bohrung auf. Diese Bohrung ist hier als Langbohrung ausgestaltet. Entgegen der in 4 gezeigten Ausbildungsform kann entweder die erste Aussparung 405 oder die dritte oder die vierte Profilstruktur auch fortgelassen werden. Zwei Profilstrukturen müssen jedoch für die Messung gewählt sein. Bei dem vierten Prüfkörper 401 handelt es sich wiederum um einen hier nicht vollständig dargestellten Beinimpaktor. Dieser wird längs einer dritten Bewegungsrichtung 406 bewegt. Das dritte Streuelement 402 ist gegenüber einer dritten Basisebene 407 angeordnet, auf der ein erster Abstandssensor 408 und ein zweiter Abstandssensor 409 angeordnet sind. Der erste Abstandssensor 408 umfasst einen vierten Laser 410 sowie einen Detektor 411. Der vierte Laser 410 sendet einen vierten Laserstrahl 412 aus, der am dritten Streuelement 402 gestreut wird, so dass ein Streustrahl 413 auf den Detektor 411 fällt. Der Detektor 411 ist hierbei als positionsempfindlicher Detektor ausgestaltet. In diesem Beispiel handelt es sich um eine positionsempfindliche Photodiode. Der zweite Abstandssensor 409 ist in gleicher Weise wie der erste Abstandssensor 408 aufgebaut. Ein dritter Abstandssensor kann hinter dem ersten Abstandssensor 408 angeordnet werden. Alle Detektoren arbeiten beispielsweise nach einem Triangulationsprinzip.
5 zeigt ein viertes Streuelement 501 mit einer fünften Profilstruktur 502 und einer sechsten Profilstruktur 503. Die beiden Profilstrukturen bilden hierbei einen rechteckigen Querschnitt. Ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des fünften Streuelementes 501 ausgerichteten Messstrahl resultierendes Abstandsprofil ist daher für jede der Profilstrukturen jeweils eine einfache Rechteckfunktion, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt.
6 zeigt ein fünftes Streuelement 601 mit einer siebten Profilstruktur 602 und einer achten Profilstruktur 603 in einer Aufsicht. Das fünfte Streuelement 601 ist als runde Platte ausgestaltet, auf der zwei Profilstrukturen in Form jeweils eines Steges befestigt sind. Diese weisen einen rechteckigen Querschnitt auf.
7 zeigt ein sechstes Streuelement 701 mit einer neunten Profilstruktur 702 und einer zehnten Profilstruktur 703. Die Profilstrukturen weisen jeweils ein Profil einer bipolaren Rechteckfunktion auf. Entsprechend ist ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des sechsten Streuelementes 701 ausgerichteten Messstrahl resultierendes Abstandsprofil im Bereich der Profilstrukturen eine bipolare Rechteckfunktion, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt.
8 zeigt ein siebtes Streuelement 801 mit einer elften Profilstruktur 802 und einer zwölften Profilstruktur 803. Die Profilstrukturen weisen hierbei jeweils ein sinusförmiges Profil aus. Entsprechend resultiert bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des siebten Streuelementes 801 ausgerichteten Messstrahl als Abstandsprofil in einer Längsrichtung im Bereich der Profilstrukturen ein Sinusprofil, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt.
9 zeigt ein achtes Streuelement 901 mit einer dreizehnten Profilstruktur 902 und einer vierzehnten Profilstruktur 903. Diese Profilstrukturen sind hierbei jeweils als Parabelprofil ausgestaltet. Entsprechend resultiert ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des achten Streuelementes 901 ausgerichteten Messstrahl in einer Längsrichtung ein Abstandsprofil, welches in der Längsrichtung im Bereich der Profilstrukturen ein Parabelprofil aufweist, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt.
10 zeigt ein neuntes Streuelement 1001 mit einer fünfzehnten Profilstruktur 1002 und einer sechzehnten Profilstruktur 1003. Das neunte Streuelement 1001 weist eine Oberfläche auf, die einem Zylindermantelsegment entspricht. Entsprechend resultiert ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Grundfläche des neunten Streuelementes 1001 ausgerichteten Messstrahl ein Abstandsprofil in einer Längsrichtung, welches bogenförmig ist und gleichzeitig im Bereich der beiden Profilstrukturen von einem Rechteckprofil überlagert ist, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt.
11 zeigt ein zehntes Streuelement 1011 mit einer siebzehnten Profilstruktur 1012 und einer achtzehnten Profilstruktur 1013. Die siebzehnte Profilstruktur 1012 ist hier durch eine Aussparung im plattenförmigen zehnten Streuelement 1011 gebildet. Die achtzehnte Profilstruktur 1013 wird durch die Flanke des im wesentlichen rechteckigen Streuelementes gebildet. Ein bei einer Messung mit einem senkrecht zur Oberfläche des zehnten Streuelementes 1011 ausgerichteten Messstrahl resultierendes Abstandsprofil weist eine Flanke an einem vorderen Rand, der achtzehnten Profilstruktur 1013, des zehnten Streuelementes 1011 und Flanken bei Ein- und Austritt der siebzehnten Profilstruktur 1012 auf, wenn eine Bewegung längs des Streuelementes, beispielsweise von links nach rechts erfolgt.
12 schließlich zeigt einen zeitlichen Verlauf verschiedener Abstandssignale und zugehöriger Indikatorfunktionen, welcher mit einem Streuelement aufgenommen wurde, das der Ausgestaltung des in 11 gezeigten Streuelementes entspricht. 12 zeigt einen ersten zeitlichen Verlauf 1101 des Abstandssignals des ersten Abstandssensors, ein zweites Abstandssignal 1102 des zweiten Abstandssensors und ein drittes Abstandssignal 1103 des dritten Abstandssensors. Darunter angeordnet sind jeweils eine erste Indikatorfunktion 1104, eine zweite Indikatorfunktion 1105 und eine dritte Indikatorfunktion 1106. Eine Indikatorfunktion gibt jeweils an, in welchem Zeitbereich ein Abstandssignal zu verwenden ist. Beispielsweise werden mit Hilfe der Indikatorfunktionen Störsignale herausgefiltert. Für eine Auswertung wird jeweils das erste Abstandssignal 1101 mit der ersten Indikatorfunktion 1104, sowie entsprechend das zweite Abstandssignal 1102 mit der zweiten Indikatorfunktion 1105 und das dritte Abstandssignal 1103 mit der dritten Indikatorfunktion 1106 multipliziert. Daraus erhaltene Verläufe werden für eine weitere Auswertung herangezogen.

Claims

Vorrichtung zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers, umfassend zumindest – ein am Prüfkörper angebrachtes Streuelement mit einem Oberflächenprofil, – wenigstens eine erste (309) und eine zweite Profilstruktur (310) im Oberflächenprofil, welche jeweils längserstreckt zueinander beabstandet und quer zur Bewegungsbahn des Prüfkörpers angeordnet sind, – wenigstens einen ersten (408) und einen zweiten berührungslos messenden Abstandssensor (409), deren zugehörige Messstrahlen derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein durch Durchstoßpunkte der Messstrahlen in einem Bewegungsbahnband des Streuelementes aufgespanntes Messfeld sowohl eine Ausdehnung senkrecht als auch parallel zur Bewegungsbahn aufweist, wobei – das Messfeld innerhalb des Bewegungsbahnbandes liegt und – die erste (309) und die zweite Profilstruktur (310) jeweils zumindest zu jeweils einem Messzeitpunkt zumindest teilweise innerhalb des Messfeldes liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter berührungsloser Abstandssensor vorgesehen ist, wobei Durchstoßpunkte der Messstrahlen von erstem, zweitem und dritten Sensor in dem Bewegungsbahnband Eckpunkte eines Dreieckes bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchstoßpunkte jeweils zumindest senkrecht zur Bewegungsrichtung voneinander beabstandet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreieck ein gleichschenkliges, insbesondere ein gleichseitiges Dreieck ist, dessen Symmetrieachse längs der Bewegungsrichtung verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (309) und die zweite Profilstruktur (310) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (309) und/oder die zweite Profilstruktur (310) einen rechteckigen Quer schnitt aufweisen und auf dem Oberflächenprofil jeweils einen Steg und/oder eine stegförmige Aussparung und/oder einen Rand/Flanke des Streuelementes bilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (309) und/oder die zweite Profilstruktur (310) in der Bewegungsrichtung einen Profilverlauf im Oberflächenprofil aufweist, der wenigstens einer Periode einer Rechteckfunktion entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (309) und/oder die zweite Profilstruktur (310) in der Bewegungsrichtung einen Profilverlauf im Oberflächenprofil aufweist, der einer glatten mathematischen Funktion und/oder einer Funktion aus der Gruppe umfassend Sinusfunktion, Gaussfunktion und Parabelfunktion entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement plattenförmig ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Streuelement ein nicht-planes Oberflächenprofil aufweist, welches insbesondere sinusförmig oder zylindermantelförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenprofil ein mit einer Zylinderachse quer zur Bewegungsrichtung ausgerichtetes Zylindermantelsegment ist.
Streuelement zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines freifliegenden auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers mittels wenigstens eines ersten (408) und eines zweiten berührungslos messenden Abstandssensors (409), deren zugehörige Messstrahlen derart zueinander ausgerichtet sind, dass ein durch Durchstoßpunkte der Messstrahlen in einem Bewegungsbahnband des Streuelementes aufgespanntes Messfeld, welches innerhalb des Bewegungsbahnbandes liegt, sowohl eine Ausdehnung senkrecht als auch parallel zur Bewegungsbahn aufweist, wobei – das Streuelement am Prüfkörper anbringbar ist und ein Oberflächenprofil mit wenigstens einer ersten (309) und einer zweiten Profilstruktur (310) im Oberflächenprofil aufweist, welche jeweils längserstreckt zueinander beabstandet und quer zur Bewegungsbahn des Prüfkörpers angeordnet sind, und – die erste (309) und die zweite Profilstruktur (310) jeweils zumindest zu jeweils einem Messzeitpunkt zumindest teilweise innerhalb des Messfeldes liegen.
Prüfstand, umfassend – wenigstens eine Beschleunigungsvorrichtung eines Prüfkörpers sowie – eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung des auf einer Bewegungsbahn bewegten Prüfkörpers, wobei – der Prüfkörper in einer Längsrichtung des Prüfstandes auf ein Zielobjekt beschleunigbar ist, – die Bewegungsbahn zumindest in Längsrichtung unmittelbar vor dem Zielobjekt eine Freiflugphase umfasst.
Verfahren zur berührungslosen Messung insbesondere einer räumlichen Lage und/oder einer Bewegung eines bewegten Prüfkörpers, wobei – mittels wenigstens eines ersten (408) und eines zweiten Abstandssensors (409) jeweils senkrecht in Bezug auf die Bewegungsrichtung ein zeitlicher Verlauf eines senkrechten Abstandes zwischen einer Basisebene eines Messsystems und eines bewegten Streuelementes mit einem Oberflächenprofil berührungslos aufgenommen wird, – ein zeitlicher Verlauf eines Messsignales der Abstandssensoren jeweils durch zumindest eine erste (309) und eine zweite Profilstruktur (310) des Oberflächenprofils moduliert wird, und – anhand von den Abstandssensoren erhaltenen Messsignalen eine Geschwindigkeit in einer Bewegungsrichtung und/oder ein zumindest mittlerer Abstand des Streuelementes zur Basisebene und/oder zumindest eine räumliche Verdrehung und/oder Verkippung der Streuoberfläche relativ zur Basisebene ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mittels eines dritten Abstandsensors jeweils zum ersten (408) und zweiten Abstandssensor (409) senkrecht und insbesondere parallel zur Bewegungsrichtung versetzt der zeitliche Verlauf aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkel (209) um eine Achse senkrecht zur Basisebene und/oder eine Verkippung in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und parallel zur Bewegungsrichtung und/oder eine Verkippung in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und senkrecht zur Bewegungsrichtung gemessen wird bzw. werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass a) gleichzeitig jeweils eine Zeitabhängigkeit eines Abstandssignales des ersten, zweiten und gegebenenfalls des dritten Sensors aufgenommen wird; b) gegebenenfalls eine Datenfilterung vorgenommen wird; c) jeweils eine insbesondere lineare Anpassung zumindest eines Teilbereiches der Zeitabhängigkeit des Abstandssignales durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkel (209) um eine Achse senkrecht zur Basisebene ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (209) zumindest aus einem zeitlichen Versatz zwischen Abstandssignalen jeweils wenigstens zweier Abstandssensoren ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest mittlerer Abstand des Streuelementes von der Basisebene ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nickwinkel (207) ermittelt wird in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und parallel zur Bewegungsrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wankwinkel (208) in einer Ebene senkrecht zur Basisebene und senkrecht zur Bewegungsrichtung ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit des Streuelementes ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c eine nichtlineare Anpassung gemäß einer geometrischen Form des Oberflächenprofils durchgeführt wird.
Prüfverfahren, wobei ein Prüfkörper auf ein Zielobjekt beschleunigt wird und mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 24 wenigstens eine räumliche Lage und/oder eine Bewegung des bewegten Prüfkörpers berührungslos in einer Freiflugphase vor einem Aufprall auf das Zielobjekt bestimmt wird.
Computerprogrammprodukt, mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind, um ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 25 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.