DE19604262A1 - Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Meßeinheit zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Meßeinheit zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der
Oberflächenform von Körpern sowie eine Meßeinheit zur
Durchführung des Verfahrens.
Ein solches Verfahren sowie eine solche Meßeinheit ist
bekannt (DE-42 16 458). Hierbei wird ein Matrixstempel
verwendet, mit dem man einen Teil der Körperoberflächen
des Körpers bestimmen kann. Dann muß der Stempel abgehoben
und für ein neues Einzelbild an den gerade abgetasteten
Bereich angrenzenden Teil aufgesetzt werden, wobei dann
wiederum ein Einzelbild der Körperoberfläche gebildet
wird. Die Einzelbilder müssen rechnerisch zu einem
Gesamtbild der Oberflächenform berechnet werden. Die
Referenzfläche des Matrixstempels wird hierbei von der
stationären Einheit akustisch, magnetisch oder optisch
bestimmt. Im ersten Falle werden die Laufzeiten von
Schallimpulsen von Schallsendern/-empfängern unbekannter
Raumposition zumindestens drei Schallempfänger/-sender
bekannter Raumposition bestimmt. Durch die Kenntnis der
Schallgeschwindigkeit in ruft können die Raumpositionen der Meßpunkte der Referenzfläche unbekannter Raumpositionen bestimmt werden. Bei dem magnetischen Prinzip werden von der stationären Meßeinheit ein Wechselfeld abgegeben. Am Punkt unbekannter Raumposition sind mehrere unterschiedlich ausgerichtete Spulen angeordnet. Durch die unterschiedlich induzierten Spannungen kann die relative Raumposition der beweglichen Meßvorrichtung bezüglich der stationären errechnet werden. Bei dem optischen Prinzip werden die Meßpunkte der Referenzfläche der beweglichen Meßvorrichtung von selbstleuchtenden Markern, z. B. Lämpchen oder reflektierenden Markern über elektrische Kameras aufgenommen. Zur dreidimensionalen Aufnahme sind zwei Kameras erforderlich. Über ein Rechenverfahren wird aus den Bildinformationen die dreidimensionale Position der Meßpunkte (Marker) bestimmt.
Schallgeschwindigkeit in ruft können die Raumpositionen der Meßpunkte der Referenzfläche unbekannter Raumpositionen bestimmt werden. Bei dem magnetischen Prinzip werden von der stationären Meßeinheit ein Wechselfeld abgegeben. Am Punkt unbekannter Raumposition sind mehrere unterschiedlich ausgerichtete Spulen angeordnet. Durch die unterschiedlich induzierten Spannungen kann die relative Raumposition der beweglichen Meßvorrichtung bezüglich der stationären errechnet werden. Bei dem optischen Prinzip werden die Meßpunkte der Referenzfläche der beweglichen Meßvorrichtung von selbstleuchtenden Markern, z. B. Lämpchen oder reflektierenden Markern über elektrische Kameras aufgenommen. Zur dreidimensionalen Aufnahme sind zwei Kameras erforderlich. Über ein Rechenverfahren wird aus den Bildinformationen die dreidimensionale Position der Meßpunkte (Marker) bestimmt.
Von Nachteil bei diesem bekannten Verfahren und der
Meßeinheit zur Durchführung des Verfahrens ist die
aufwendige Rechenarbeit zur Erstellung des Gesamtbildes
aus den Einzelbildern. Hinzu kommt, daß die richtige
Handhabung, nämlich das Setzen des Stempels zweckmäßig
erfolgen muß, damit sich ein richtig zusammengesetztes
Bild ergibt. Die Güte des bekannten Verfahrens und der
Vorrichtung zur Durchführung desselben ist also in ganz
beträchtlichem Maße von dem Geschick des Bedieners
abhängig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
sowie eine Meßeinheit zur Durchführung des Verfahrens
vorzuschlagen, welche zur Bestimmung der Oberflächenform
von Körpern, insbesondere der Oberflächenform des
menschlichen Körpers, z. B. der Wirbelsäule, einfacher
auszugestalten.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Verfahrens
sowie des Vorrichtungshauptanspruchs gelöst.
Erfindungsgemäß kann also die Anordnung der zwei oder mehr
nebeneinander nach Art eines Kammes angeordneten, mittels
einer Linearbewegung gegen die Rückstellkraft bewegten
Stempel entlang der Wirbelsäule entlangbewegt werden.
Hierbei wirken die Stempel mit den auf die Linearbewegung
ansprechenden, elektrischen Sensoren zusammen. Werden die
Stempel mit einer über der Rückstellkraft liegenden
Anpreßkraft angedrückt an z. B. der Wirbelsäule
entlangbewegt, so kann aus dem Abtastungsweg sowie der
Linearbewegung der Stempel von der Recheneinheit in einem
Zug ein zusammenhängendes Bild der Oberflächenform der zu
messenden Körperoberfläche berechnet werden.
Bevorzugt wird also im Gegensatz zum Stand der Technik
nicht ein vollständiges Flächenstück zur Erzeugung eines
Teilbildes flächig abgetastet, sondern die
erfindungsgemäße Meßeinheit, die nur etwa einen linearen
Bereich der Körperflächenform erfaßt, quer zu deren
Nebeneinanderanordnung auf einem Abtastungsweg in einem
Zuge abgetastet und hierbei das Gesamtbild der
Oberflächenform in einem Zuge erstellt bzw. berechnet. Ist
somit von der stationären Meßvorrichtung die Position der
beweglichen Meßvorrichtung berechnet worden und somit die
Position deren Referenzfläche bekannt, so können die
Positionen der Meßstellen der Stempel, nämlich deren eines
Ende auch über Abstandssensoren zur Referenzfläche
bestimmt werden. Es können hierbei resistive
Wegpotentiometer oder induktive Wegsensoren eingesetzt
werden. Auch ist das Prinzip, wie die Lage und Ausrichtung
der Referenzfläche mit Bezug auf die stationäre
Meßvorrichtung festgelegt werden kann, variabel. Es ist
auch hier akustisches, magnetisches oder optisches Prinzip
einsetzbar. Bevorzugt wird jedoch ein Ultraschallverfahren
eingesetzt. Wenn die Position der Referenzfläche bekannt
ist, so können die Positionen der Meßstellen der Stempel
auf mehrfache Weise bezüglich der Referenzfläche bestimmt
werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden an den
Stempeln, z. B. an deren den Meßstellen gegenüberliegenden
Enden, Sensoren zur Positionsbestimmung derselben Art
verwendet wie auf der Referenzfläche. Dadurch ist der
Abstand der Meßstellen zur Referenzfläche bestimmbar. Der
Aufbau und Betrieb der Meßvorrichtung wird damit
vereinfacht. Beispielsweise können alle Sensoren als
Ultraschallsender ausgeführt sein.
In einer weiteren Ausführungsform werden hierfür
beispielsweise resistive Wegpotentiometer oder induktive
Wegsensoren verwendet.
Durch Veränderung der Rückstellkraft kann durch eine
Änderung der Kraft der Feder beispielsweise durch
entsprechende Vorspannung erzeugt werden.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigt:
Fig. 1 eine Meßeinheit zur Durchführung des
Verfahrens nach Art eines Kamms, in
schematischer, perspektivischer
Darstellung;
Fig. 2 die bewegliche Meßvorrichtung gemäß Fig. 1,
in Seitenansicht; und
Fig. 3 die Anwendung der beweglichen Meßvor
vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 am
menschlichen Körper mit der Auswertung der
Signale durch eine Recheneinheit.
Die erfindungsgemäße Meßeinheit ist in Fig. 1 näher
dargestellt. Sie besteht aus einer stationären
Meßvorrichtung 48, welche die Anwendung auf den
menschlichen Körper zeigt. Die stationäre Meßeinrichtung
ist mit einer schematisch mit 38 bezeichneten
Recheneinheit verbunden. Mit dieser ist ebenfalls über
eine Leitung 36 die insgesamt mit 46 bezeichnete
bewegliche Meßvorrichtung gezeigt, die in den Fig. 2 und 3
näher dargestellt ist.
Die bewegliche Meßvorrichtung weist vier nebeneinander
nach Art eines Kammes angeordnete, mit einer
Linearbewegung gegen die Rückstellkraft einer Feder
bewegte Stempel 50 auf. Die Stempel wirken mit auf die
Linearbewegung ansprechenden Sensoren 52 zusammen, die
beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel die Sensoren 52
Ultraschallgeber bzw. Empfänger sind. Demgemäß müssen in
der stationären Meßvorrichtung 48 auch Ultraschallsensoren
als Empfänger bzw. Geber angeordnet sein. An ihrem in der
Zeichnung - unteren - Ende sind die Stempel 50 als
Meßstelle 54 ausgebildet. Mit diesen Meßstellen wird die
bewegliche Meßeinrichtung längs der zu vermessenden
Körperoberfläche entlang eines vorzugsweise quer zu der
Nebeneinanderanordnung der Stempel verlaufenden
Abtastweges abgetastet. Ferner werden von auf der
beweglichen Meßvorrichtung angeordneten drei Meßpunkten 56
eine Referenzfläche 58 festgelegt, deren Lage von der
stationären Meßvorrichtung 48 festgestellt werden kann.
Die Lage der Sensoren 52 an den Stempeln 50 werden beim
Bewegen der Meßstellen 54 über die zu messende
Körperoberfläche bezüglich der Referenzfläche 58 mittels
einer Linearbewegung wegbewegt. Diese Abstandsänderungen
mit Bezug auf die Referenzfläche 58 kann ebenfalls von der
stationären Meßvorrichtung 48 festgestellt werden. Wird
nunmehr die bewegliche Meßvorrichtung 46 quer zur
Anordnung der Stempel 50 in Abtastrichtung 60 bewegt, so
können aus dem Abtastweg 60 und der Linearbewegung der
Meßstellen 54 der Stempel 50 von der Recheneinheit 38 und
damit zusammenhängendes Bild der Oberflächenform bei einem
einzigen Meßvorgang berechnet werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform von
Körpern, insbesondere der Oberflächenform des Rückens des
menschlichen Körpers, z. B. im Bereich der Wirbelsäule, mit
einer Meßeinheit, bestehend aus einer stationären sowie
einer beweglichen Meßvorrichtung, welche letztere eine auf
Abstands- bzw. Wegänderungen bezüglich einer
Referenzfläche reagierende Anordnung von elektrischen
Sensoren aufweist, wobei diese mit einer Meßstelle gegen
die zu messende Oberfläche des Körpers angedrückt werden,
wobei die bewegliche Meßvorrichtung eine Einrichtung
aufweist, mit denen die Raumposition der beweglichen
Meßvorrichtung und damit die Raumposition der
Referenzfläche mittels der stationären Meßvorrichtung
bestimmt wird, wobei gegebenenfalls an dem zu vermessenden
Körper zusätzliche Referenzpunkte befestigt werden, zu
denen die Raumposition der Referenzfläche in bezug gesetzt
wird und wobei die gemessene Körperoberfläche und die
Raumposition der Referenzfläche einer die Oberflächenform
aus diesen Werten bestimmenden Recheneinheit zugeführt
werden,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die bewegliche Meßvorrichtung (46) zwei oder mehr nebeneinander nach Art eines Kamms angeordnete, eine Linearbewegung gegen eine Rückstellkraft aus führende Stempel (50) aufweist,
- - daß die Stempel (50) mit den auf die Linearbewegung ansprechenden, elektrisch ausgebildeten Sensoren (52) zusammenwirken,
- - daß die Stempel (50) an ihrem einen Ende die Meßstellen (54) bilden und gegen die Rückstellkraft auf die Körperoberfläche und quer zu ihrer Nebeneinanderordnung entlang des Abtastweges (60) der zu vermessenden Körperoberfläche unter deren Abtastung geführt werden
- - und daß aus dem Abtastungsweg und der Linearbewegung der Stempel (50) von der Recheneinheit (38) ein zusammenhängendes Bild der Oberflächenform der Körperoberfläche gebildet wird.
2. Meßeinheit zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche
Meßvorrichtung (46) zwei oder mehr nebeneinander nach Art
eines Kammes angeordnete, mit einer Linearbewegung gegen
eine Rückstellkraft bewegte Stempel (50) aufweist, daß die
Stempel (50) mit den auf die Linearbewegung ansprechenden
elektrischen Sensoren (52) zusammenwirken, wobei die an
ihrem einen Ende die Meßstelle (54) bildenden Stempel (50)
gegen die Rückstellkraft auf die Körperoberfläche und quer
zu ihrer Nebeneinanderanordnung entlang des Abtastweges
der zur vermessenden Körperoberfläche unter deren
Abtastung geführt werden, daß die stationäre
Meßvorrichtung (48) die Raumposition der beweglichen
Meßvorrichtung mittels einer Einrichtung und damit die
Raumposition der Referenzfläche (58) bestimmt, daß
gegebenenfalls an dem zu vermessenden Körper zusätzlich
Referenzmeßpunkte befestigt sind, zu denen sowohl die
Raumposition jedes Stempels (50) als auch der
Referenzfläche (58) in bezug gesetzt werden kann, und daß
eine Recheneinheit (38), mit der die bewegliche
Meßvorrichtung (46) und die stationäre Meßvorrichtung (48)
verbunden sind, zur Bestimmung der Oberflächenform mittels
der Linearbewegung und des Abtastweges bei einem Durchgang
vorgesehen ist.
3. Meßeinheit nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Festlegung der
Referenzfläche (58) an der beweglichen Meßvorrichtung (46)
elektrische, magnetische, optische oder akustische
Geber/Empfänger enthält, deren Raumposition und damit die
Raumposition der Referenzfläche (58) über die stationäre
Meßvorrichtung bestimmbar ist.
4. Meßeinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung vorzugsweise drei
Meßpunkte (56) aufweist.
5. Meßeinheit nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stempel (50) vorzugsweise an ihren
der Meßstelle fernen Enden als elektrische Sensoren zur
Positionsbestimmung elektrische, magnetische, optische
oder akustische Geber/Empfänger aufweist.
6. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Sensoren (52)
an den Stempeln (50) von der gleichen Art sind, wie die
elektrischen Sensoren (56) der Referenzfläche (58).
7. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel zur Bestimmung der
Lage ihrer Meßstelle bezüglich der Referenzfläche Sensoren
aufweisen, welche den Abstand zu der Referenzfläche (58)
bestimmen und die auf einem resistiven, magnetischen,
optischen, induktiven oder kapazitiven Meßprinzip beruhen.
8. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (50) quer,
vorzugsweise rechtwinklig zu der Referenzfläche (58)
bewegbar sind.
9. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden der Stempel
(50) befindlichen Meßstellen (54) mit Rollen oder in
Bewegungsrichtung ausrichtbaren Räder zur Verminderung des
Gleitwiderstandes versehen sind.
10. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft der
bewegten Stempel (50) einstellbar ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996104262 DE19604262A1 (de) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Meßeinheit zur Durchführung des Verfahrens |
DE29623375U DE29623375U1 (de) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Meßeinheit zur Bestimmung der Oberflächenform von Körpern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996104262 DE19604262A1 (de) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Meßeinheit zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19604262A1 true DE19604262A1 (de) | 1997-08-07 |
Family
ID=7784655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996104262 Withdrawn DE19604262A1 (de) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenform von Körpern sowie eine Meßeinheit zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19604262A1 (de) |
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1996
- 1996-02-06 DE DE1996104262 patent/DE19604262A1/de not_active Withdrawn
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