DE102008026905A1

DE102008026905A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung eines Messsignals

Info

Publication number: DE102008026905A1
Application number: DE200810026905
Authority: DE
Inventors: Kai-Uwe Kohn
Original assignee: CA ENGINEERING und SERVICE GMB; CA ENGINEERING und SERVICE GmbH
Current assignee: CA ENGINEERING und SERVICE GMB; CA ENGINEERING und SERVICE GmbH
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2009-12-17

Abstract

Ein Verfahren zur Erfassung und Auswertung eines Messsignals mit mindestens einer Messsonde (3) weist die folgenden Schritte auf: a. Anordnen einer Messanordnung, aufweisend mindestens ein ein Signal emittierendes Objekt (2) und eine auf das Objekt (2) gerichtete Messsonde (3) vor mindestens einer auf die Messanordnung gerichteten optischen Kamera (1), b. Aufnahme eines Bildes der Messanordnung mit der optischen Kamera (1), c. Anzeige des Bildes auf einem Bildschirm (4), d. Markieren des Messsondenbildes (3') auf dem Bildschirm (4), e. Messung eines Signals durch die markierte Messsonde (3), f. Abspeichern der Messdaten in einem Datenspeicher, g. Auswerten der Messdaten durch eine Auswerteeinheit (5), wobei die Positionsbestimmung der Messsonde (3) relativ zu dem Objekt (2) über die Position des Messsondenbildes (3') auf dem Bildschirm (4) in Schritt d. erfolgt. Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung und Auswertung eines Messsignals.
Bei den herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen zur Messung von Signalen und deren Darstellung in einer Überlagerung mit einer optischen Aufnahme des gemessenen Objektes müssen zur Positionsbestimmung der Messsonden relativ zu dem zu messenden Objekt regelmäßige Messgitter vor der Messanordnung aufgespannt werden, damit eine anschließende Überlagerung eines von der Messanordnung aufgenommenen Digitalbildes mit den Ergebnissen der Messung zur Zuordnung auf dem Digitalbild möglich ist. Bei der Messung muss bei diesen Systemen sichergestellt werden, dass sich die Messsonde an der richtigen Position befindet. Vor der Auswertung muss dann ein Digitalbild importiert, skaliert und positioniert werden, damit die Ergebnisse einem Ort auf dem Bild zugeordnet werden können.
Ein solcher Aufbau eines Gitternetzes, beispielsweise aus Gummibändern, vor dem zu messenden Objekt und der Import, die Skalierung und Positionierung des von der Messanordnung aufgenommenen Digitalbildes ist sehr zeit- und damit auch kostenaufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung und Auswertung eines Messsignals bereit zu stellen, das schnell und einfach durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine schnelle und einfache Messung dadurch ermöglicht, dass die Positionsbestimmung der Messsonde relativ zu dem zu vermessenden Objekt indirekt durch die Markierung eines Bildes der Messsonde auf einen Bildschirm erfolgt.
Die Markierung kann gemäß bevorzugter Weiterbildungen durch ein mit einem Zeigegerät bewegbarer Mauszeiger, durch Berührung der Position des Messsondenbildes (3') auf einem berührungssensitiven Bildschirm erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet sich insbesondere für die Messung akustischer Signale wie Schallintensität, Schalldruck und/oder Schallschnelle an, kann aber auch zur Messung, Auswertung und Darstellung der Messergebnisse anderer Messgrößen verwendet werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Positionsbestimmung der Messsonde von Mitteln zur Bildverarbeitung durchgeführt, so dass eine manuelle Markierung der jeweiligen Messsonde durch die automatische Messsondenerkennung ersetzt wird, so dass dem Benutzer auch das Markieren der Sondenposition auf dem Bildschirm erspart wird, was eine weitere Beschleunigung und noch exaktere Ausführung der Messung zur Folge hat.
In einer anderen bevorzugten Weiterentwicklung wird die Aufnahme der Messanordnung mit mehreren, insbesondere mit zwei Kameras durchgeführt. Dadurch ist eine dreidimensionale Positionserkennung ermöglicht, so dass bei der Darstellung der Messergebnisse verschiedene Darstellungsebenen wählbar sind.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Messung eines akustischen Signals mit einer Messsonde,
2 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Messung eines akustischen Signals mit mehreren Messsonden.
3 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Anordnung zur Messung eines akustischen Signals mit mehreren Messsonden und zwei Kameras.
In der nachfolgenden Figurenbezeichnung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen in den Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position der Messanordnung bzw. der Signalerfassungsvorrichtung und anderer Gegenstände. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt in verschiedenen Arbeitsstellungen oder durch spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
In 1 ist ein beispielhafter Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens gezeigt. Eine optische Kamera 1 wird über oder neben einem zu untersuchenden Objekt 2 so positioniert, dass das Objekt 2 und eine in Objektnähe befindliche Messsonde 3 im durch einen Winkel α definierten Bildbereich der Kamera 1 positioniert sind. Die Messsonde 3 wird dabei bevorzugt nur wenige, das heißt etwa ein bis fünf Zentimeter von dem Objekt 2 entfernt positioniert.
Das zu untersuchenden Objekt 2 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Schall emittierendes Objekt, jedoch ist das weiter unten beschriebenen Verfahren nicht auf die Erfassung von Schallmeßgrößen beschränkt. Eine Erfassung anderer Messgrößen ist daher ebenfalls denkbar.
Die Kamera 1 ist bevorzugt eine Digitalkamera. Diese ist direkt oder indirekt über eine Auswerteeinheit 5 an einen Bildschirm 4 angeschlossen, der ein Bild der Messanordnung 2', 3' anzeigt. Die Auswerteeinheit 5 und der Bildschirm 4 können auch als ein Gerät, bevorzugt als einfach zu transportierendes Laptop, ausgebildet sein.
Die Messsonde 3 ist über geeignete Kabel oder auch kabellos und ggfs. elektronische Signalaufbereitungsgeräte an die Auswerteeinheit 5 angeschlossen, welche mit Mitteln zur Auswertung der Messdaten und der Kamerabilder ausgestattet ist. Diese Mittel beinhalten eine geeignete Mess- und Auswertesoftware, die auf der Auswerteeinheit 5 installiert ist. Über eine Benutzerschnittstelle ist ein aktuelles Kamerabild von der Messanordnung sowie ein Positionsanzeigezeichen 6, beispielsweise ein Cursor oder ein Fadenkreuz, auf dem Bildschirm darstellbar, wobei mit dem Positionsanzeigezeichen 6 Positionen der abgebildeten Gegenstände, beispielsweise die Position einer Messsonde 3', auf dem Bildschirmbild markierbar sind.
Zur Ergebnisdarstellung der örtlichen Schallintensität oder des örtlichen Schalldrucks wird das optische Bild einer Messanordnung mit einer optischen Darstellung der gemessenen akustischen Signale, beispielsweise in Gestalt einer Farbdarstellung, überlagert und angezeigt. Positionierfehler aufgrund der Positionierung der Messsonde 3 einige Zentimeter beabstandet von dem zu messenden Objekt 2 durch Parallaxen (Messebene und Objektebene sind unterschiedlich) sind mithilfe der Software rechnerisch korrigierbar.
Zur Durchführung einer Messung bzw. einer Messreihe werden gemäß dem Verfahren zur Erfassung und Auswertung eines Messsignals mit mindestens einer Messsonde 3 bevorzugt die folgenden Schritte ausgeführt:
Zunächst wird eine Messanordnung mit mindestens einem Objekt 2 und einer auf das Objekt 2 gerichteten Messsonde 3 vor einer auf die Messanordnung gerichteten optischen Kamera 1 aufgestellt, welche sodann die Messanordnung aufnimmt und das von dieser aufgenommene Bild der Messanordnung auf einem Bildschirm 4 angezeigt. Anschließend wird das Bild 3' der Messsonde 3 auf dem Bildschirm 4 markiert. Mit der markierten Messsonde 3 wird sodann eine Messung eines Signals, beispielsweise die Schallintensität und/oder der Schalldruck und/oder die Schallschnelle, durchgeführt.
Die Messdaten werden in einem Datenspeicher abgespeichert und von einer auf der Auswerteeinheit 5 ausgewertet. Dazu wird unter anderem eine Software verwendet, die ermöglicht, dass die Positionsbestimmung der Messsonde 3 relativ zu dem Schall emittierenden Objekt 2 über die Position des Messsondenbildes (3') auf dem Bildschirm (4) erfolgt.
Während der Aufnahme einer Messreihe wird die Kamera 1 nicht bewegt, nur die Messsonde 3 wird nach erfolgter Einzelaufnahme zur nächsten Position bewegt, so dass zur Vorbereitung einer weiteren Aufnahme eines akustischen Signals des Schall emittierendes Objekts 2 bei von der ersten Anordnung relativ zueinander verschobenen Positionen von Messsonde 3 und Schall emittierendem Objekt 2 lediglich die Messsonde 3 neu positioniert und anschließend das Bild 3' der Messsonde 3 auf dem Bildschirm 4 zu markieren ist.
Zur Markierung der Messsonde 3 wird bevorzugt ein mit einem Zeigegerät bewegbares Positionsanzeigezeichen, beispielsweise ein Mauszeiger, ein Cursor oder ein Fadenkreuz verwendet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Bildschirm berührungssensitiv ausgebildet, so dass zur Markierung der Messsonde 3 die Position des Messsondenbildes 3' auf dem Bildschirm berührt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden zur Markierung der Messsonde 3 Mittel zur automatischen Erkennung der Messsonde 3 verwendet.
Die Aufnahme der Messanordnung mit der optischen Kamera 1 erfolgt bevorzugt kontinuierlich, so dass auf dem Bildschirm 4 stets ein aktuelles Bild der Messanordnung zu sehen ist.
In einer besonderen in 2 gezeigten Ausführungsform werden bei der Anordnung der Messanordnung mehrere voneinander beabstandete Messsonden 3a, 3b, 3c oder Arrays von Messsonden auf das Schall emittierende Objekt 2 ausgerichtet. Für die einzelnen Messungen ist dann gemäß einer der oben aufgeführten Ausführungen lediglich eine Platzierung des Positionsanzeigezeichen 6 nacheinander auf die verschiedenen Messsonden 3a', 3b', 3c' notwendig.
Bei der automatische Erkennung der Messsonde 3, 3a, 3b, 3c erfolgt die Erkennung bevorzugt durch die Messsondengestalt, wobei die Mittel zur automatischen Erkennung der Messsonde 3 eine Bildauswertesoftware nutzen.
Besonders bevorzugt ist an der Messsonde 3, 3a, 3b, 3c mindestens eine Lichtquelle 7, beispielsweise eine LED oder ein Laser, angebracht, deren emittiertes Licht von den Mitteln zur automatischen Erkennung der Messsonde 3 erkannt wird. Die vorzugsweise Verwendung von beispielsweise 3 Lichtquellen 7 pro Messsonde gestattet die Berechnung der Messposition aus den bekannten Abständen der Lichtquellen 7 auf der Messsonde.
In einer weiteren in 3 dargestellten besonderen Ausführungsform wird die Messanordnung bei dem Verfahren von mehreren Kameras, insbesondere von zwei Kameras 1a, 1b mit durch Winkel α und β definierten Bildbereichen aufgenommen. Dadurch ist mithilfe von darauf angepassten Mitteln eine dreidimensionale Positionsbestimmung der Messsonde(n) und damit eine räumliche Darstellung der Messanordnung und der Messergebnisse auf dem Bildschirm 4 ermöglicht. Durch die Verwendung von mehr als zwei Kameras können auch Positionen auf dem Objekt erfasst werden, die aus nur einer Position heraus nicht zu erkennen wären.

1: Kamera
1a: Kamera
1b: Kamera
2: Schall emittierendes Objekt
2': Abbildung des Objekts 2 auf dem Bildschirm
3: Messsonde
3a: Messsonde
3b: Messsonde
3c: Messsonde
3': Abbildung der Messsonde 3 auf dem Bildschirm
3a': Abbildung der Messsonde 3a auf dem Bildschirm
3b': Abbildung der Messsonde 3b auf dem Bildschirm
3c': Abbildung der Messsonde 3c auf dem Bildschirm
4: Bildschirm
5: Auswerteeinheit
6: Positionsanzeigezeichen
7: Lichtquelle

Claims

Verfahren zur Erfassung und Auswertung eines Messsignals mit mindestens einer Messsonde (3), aufweisend die folgenden Schritte: a. Anordnen einer Messanordnung, aufweisend mindestens ein ein Signal emittierendes Objekt (2) und eine auf das Objekt (2) gerichtete Messsonde (3) vor mindestens einer auf die Messanordnung gerichteten optischen Kamera (1), b. Aufnahme eines Bildes der Messanordnung mit der optischen Kamera (1), c. Anzeige des Bildes auf einem Bildschirm (4), d. Markieren des Messsondenbildes (3') auf dem Bildschirm (4), e. Messung eines Signals durch die markierte Messsonde (3), f. Abspeichern der Messdaten in einem Datenspeicher, g. Auswerten der Messdaten durch eine Auswerteeinheit (5), wobei die Positionsbestimmung der Messsonde (3) relativ zu dem Objekt (2) über die Position des Messsondenbildes (3') auf dem Bildschirm (4) in Schritt d) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messsignal ein akustisches Signal ist und das Objekt ein Schall emittierendes Objekt (2) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Markierung der Messsonde (3) ein mit einem Zeigegerät bewegbares Positionsanzeigezeichen (6) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bildschirm berührungssensitiv ausgebildet ist und zur Markierung der Messsonde (3) die Position des Messsondenbildes (3') auf dem Bildschirm berührt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Markierung der Messsonde (3) Mittel zur automatischen Erkennung der Messsonde (3, 3a, 3b, 3c) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Aufnahme der Messanordnung mit der optischen Kamera (1) kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mit der Messsonde (3) die Schallintensität und/oder der Schalldruck und/oder die Schallschnelle gemessen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Vorbereitung einer weiteren Aufnahme eines Signals des Objekts (2) bei von der ersten Anordnung relativ zueinander verschobenen Positionen von Messsonde (3) und Objekt (2) lediglich die Messsonde (3) neu positioniert und anschließend das Bild (3') der Messsonde (3) auf dem Bildschirm (4) zu markieren ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei beim Anordnen der Messanordnung mehrere voneinander beabstandete Messsonden (3a, 3b, 3c) auf das Objekt (2) ausgerichtet werden und zur jeweiligen Aufnahme eines Signals durch die Messsonden (3a, 3b, 3c) die Messsondenbilder (3a', 3b', 3c') auf dem Bildschirm (4) markiert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Messsonden (3, 3a, 3b, 3c) als regelmäßiges Array angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Messsonde (3, 3a, 3b, 3c) durch ihre Form mit Mitteln zur Bildauswertung erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zur Positionserkennung der Messsonde (3, 3a, 3b, 3c) an dieser mindestens eine Lichtquelle, beispielsweise eine LED, angebracht ist, deren emittiertes Licht von Mitteln zur Bildauswertung erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Lichtquelle als LED oder Laser ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt b) die Messanordnung zur dreidimensionalen Positionsbestimmung von zwei optischen Kameras (1a, 1b) aufgenommen wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend mindestens eine Messsonde (3, 3a, 3b, 3c), mindestens eine optische Kamera (1, 1a, 1b), einen Bildschirm (4) und eine Auswerteeinheit (5) mit Mitteln zur Auswertung der Bildinformationen, um das optische Bild einer Messanordnung mit einer optischen Darstellung der gemessenen Signale zu überlagern und anzuzeigen.