DE4090228C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung und Messung einer abzutastenden Körperkontur - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und zum Messen einer abzutastenden Körper­ kontur mit einer die Winkelverdrehung um je eine Achse messenden Winkelmeßeinrichtung und mit elek­ trischen Meßaufnehmern zur Erfassung einer von einem frei wählbaren Nullpunkt als Bezugspunkt ausgehenden Meßposition zur Bestimmung der Raumlage der Körper­ kontur und Erstellung von entsprechenden Datensätzen und eine Vorrichtung hierzu.

Die Wirbelsäule des Menschen mit ihren 25 Gelenken ent­ spricht einer doppel-S-förmigen Kurve. Am Kopf beginnt sie mit der Halswirbelsäule, dann folgt die Brustwirbelsäule, dann die Lendenwirbelsäule, die mit dem Steißbein endet. Besonders die Halswirbelsäule ist zur Ermöglichung eines großen Blickfeldes, auf Kosten der Stabilität, sehr beweg­ lich.

Zahlreiche Krankheiten und Veränderungen der Wirbelsäule sind der medizinischen Wissenschaft bekannt und in der Fachliteratur beschrieben: Kyphosen (z. B. Scheuermann), Skoliosen, Haltungsprobleme, besonders auch im Bereich zunehmender Bildschirmarbeitsplätze, Trauma (Frakturen) , neurologische Ursachen, degenerative Veränderungen. Bisher bekannte Untersuchungsmethoden:

• a) Da die Beweglichkeit der einzelnen Gelenke sich klinisch nur vermuten läßt, können bisher Funktionsröntgenaufnahmen in den Extremstellungen genaueren Aufschluß geben.
• b) Die Neutral-Nullmethode (Bewegung jedes einzelnen Gelenkes wird von einer einheitlich definierten Neu­ tral- oder Nullstellung aus gemessen - anatomische Normalstellung)
• c) Der Finger-Boden-Abstand beim Rumpfbeugen nach vorn mit gestreckten Knien gibt ein Maß für die Gesamtbeweg­ lichkeit der Wirbelsäule und Hüften. (Messung der Flexion und Extension, Winkelmessung).
• d) Bei der Neigung zur Seite (Lateralflexion) werden Asymmetrien, leichte Skoliosen oft deutlich (Winkel­ messung).
• e) Prüfung der Drehbewegungen, besonders der Halswirbelsäule.

Die Inspektion wird am Menschen im Stehen vorgenommen. Er muß dabei ganz gerade stehen. Der Arzt kann Beckenschief­ stand, Beinlängendifferenz, Beckenneigung, Wirbelsäulen­ wölbung, etc. erkennen. Wichtig ist die Messung am selben Patienten im Verlaufe der Zeit, um z. B. Therapieerfolge festzustellen.

• 1) Als Meßgrößen eignen sich Höhe und Distanz der Krümmungs­ scheitel von einem an der Wirbelsäule angelegten Lot (Schnur mit Gewicht).
• 2) Visuelle Haltungsbeurteilung.
• 3) Differenzbetrachtung zwischen schlaffer und straffer Haltung.
• 4) Test nach Schober.
• 5) Winkelmessungen nach Cobb und Ferguson.
• 6) Chest-Contour-Recorder nach Haller.

Die habituelle Haltung des Patienten erlaubt oft nur eine subjektive und variable Beurteilung, da genaue Kriterien fehlen. Es ergeben sich bei den einzelnen Möglichkeiten im wesentlichen folgende Nachteile:

Zu a) Strahlenbelastung des Patienten durch die ionisierende Strahlung; nur Momentaufnahme, die über Funktion und Form der Gesamtwirbelsäule nur wenig aussagt;
zu c) zwar Maß für Vergleichs- und Verlaufskontrollen, aber nur sehr grob; partielle Unterschiede, auch im Früh­ stadium durch Krankheiten bedingt, oft nur sehr schwer feststellbar
zu d) ungenau, subjektiv, schlecht reproduzierbar
zu 1) ungenau, Reproduzierbarkeit abhängig von der Geduld und leichten Fehlhaltungen,
zu 2) weitgehend subjektiv und variabel, besonders hin­ sichtlich nur geringer Konturveränderungen,
zu 3) wie 2),
zu 4) Werte geben nur ungefähre Anhaltspunkte,
zu 5) Röntgenauswertung erforderlich,
zu 6) aufwendig und teuer.

Objektive Messungen sind jedoch zeitraubend und schwierig. Einfache Winkelmeßgeräte (Goniometer, Kyphometer) und Fadenlote dienen der Orientierung, sind aber nicht sonder­ lich genau und erlauben keine gute Reproduzierbarkeit. Das zu entwickelnde Gerät nun kann keine Schmerzherde er­ kennen oder gar Aussagen über die Ursachen einer spezifi­ schen Erkrankung liefern. Es soll sich aber um ein Gerät mit einem möglichst objektiven Meßverfahren, z. B. zur Be­ stimmung der Krümmung und Krümmungsänderung der Wirbelsäule, mit oder ohne Belastung, in extremalen Positionen, zur Be­ stimmung von Winkel- und Konturänderungen vor und nach einer Therapie, bei guter Reproduzierbarkeit handeln.

Um die Veränderungen der Beweglichkeit der Wirbelsäule eines Patienten objektiv beurteilen zu können, muß möglichst unabhängig von äußeren Einflüssen und bei den be­ kannten Norm- oder Grundhaltungen gemessen werden.

Ob es Haltungsschäden beim Menschen gibt, scheint in Frage zu stehen - "In der Praxis gehen die Meinungen stark aus­ einander, da meßbare Größen, welche das Problem zu objek­ tivieren gestatten würden, fast vollständig fehlen. Wir sind weitgehend auf subjektive Eindrücke und Klinik ange­ wiesen." (Orthopädie, A.M. Debrunner, Verlag Hans Huber, Bern, Stuttgart, Toronto).

Die bekannten Verfahren nach Cobb und Ferguson (Winkel­ messungen) stellen die Verkrummung auf dem Röntgenbild fest. Es wäre sinnvoll, auf Röntgenaufnahmen verzichten zu können, um die Verkrümmung der Wirbelsäule zu messen. Progredienz und Behandlungserfolg können nur aus Vergleichs­ kontrollmessungen erkannt werden. Mit dem neuen Meßverfahren kann man schnell und einfach zu einem Ergebnis kommen. Die bisherigen großen Strahlenbelastungen bei Skoliose­ patienten durch regelmäßiges Röntgen während des Wachstums könnten z. B. eingeschränkt werden.

Es gibt zwar eine Reihe von nach dem derzeitigen Stand der Technik veralteter oder zumindest sehr ungenauer oder primitiver, oft nur mechanischer Meßgeräte und Verfahren, die aber keine reproduzierbare oder vergleichende Messung erlauben. Auch gibt es keine Möglichkeit, die Lage der Wirbelsäule im freien Raum, ohne Bezug auf ortsfeste Punkte, darzustellen.

Bei dem aus der US-PS 47 23 557 bekannten Verfahren zum Erfassen und Messen einer abzutastenden Körper­ kontur wird eine Vorrichtung verwendet, bei der eine die Winkelverdrehung um je eine Achse messende Winkel­ meßeinrichtung und elektrische Meßaufnehmer zur Er­ fassung von einem frei wählbaren Nullpunkt als Bezugs­ punkt ausgehenden Meßposition verwendet werden. Die Vorrichtung ist dabei an einem ortsfesten Punkt ange­ lenkt, um den ein teleskopierbarer Meßarm schwenkbar ist. Die Wegmessung erfolgt dabei mittels eines auf ein Potentiometer einwirkendes Meßband. Bei dem zur Anwendung dieser Vorrichtung notwendigen Verfahren werden Polarkoordinaten mittels Potentiometer erfaßt, die in Weg- und Winkelwerte umgerechnet werden.

Es ist also nur eine punktuelle Erfassung möglich, so daß sich Details infolgedessen nicht darstellen lassen. Außerdem werden infolge der großen Länge des Meßarmes große Meßfehler auftreten, wobei die Elastizität des Meßarms und der Einfluß von Massenkräften noch hinzu tritt.

Die DE 35 25 756 C1 zeigt ein Gerät zum Messen der Beweglichkeit des Kopfes oder der Halswirbelsäule um drei zueinander senkrechte Achsen, das ein auf den Kopf aufsetzbares Rahmengestell umfaßt, das die Ver­ drehung des Kopfes um je eine Achse anzeigende Winkel­ messer mit einstellbarer Null-Stellung aufweist, wo­ bei die Winkelmesser zur Bestimmung der Verdrehung um die horizontalen Achsen als Lotpendel ausgebildet sind und der Winkelmesser zur Bestimmung der Beweglichkeit um die vertikale Achse ein Kompaß ist. Dabei ist vor­ gesehen, daß zur Bestimmung der Beweglichkeit des Kopfes um die zwei horizontalen Achsen nur ein Lot­ pendel verwendet wird, das um eine zur vertikalen Achse parallele Achse um 90° schwenkbar am Rahmenge­ stell befestigt ist. Dabei ist die Lotpendeleinrich­ tung als einzeln wirkendes Instrument zur Maximal­ winkelerfassung in zwei Ebenen gedacht.

Mit der DE-OS 19 25 281 wurde eine Vorrichtung zur Bestimmung und Aufzeichnung des äußeren Verlaufs von menschlichen Körperteilen, insbesondere des Rücken­ profils, vorgeschlagen, bei der ein sich durch pla­ stische Verformung an den äußeren Verlauf des Körper­ teils anlegendes Lineal in Kombination mit mindestens einem am Lineal befestigten Gerätes zur Festlegung des von der Lotrechten abweichenden Winkels des mit dieser Gerätestelle am Körper anzulegenden Linear­ teiles vorgesehen ist. Hierbei wird eine am Lineal befestigte Winkelmeßeinrichtung verwendet.

Aus der FR 25 29 776 A1 ist ein Gerät zur Messung und Aufnahme von Konturen bekannt, das insbesondere als Kephalograph verwendbar ist und das einen Gerätekörper umfaßt, der mit Griffen versehen ist und mit einem Be­ wegungssensor ausgestattet ist, der in einer Richtung linear beweglich ist, die zu der bestimmenden Kontur im wesentlichen senkrecht gehalten werden muß, wobei der Bewegungssensor einen Fühlfinger aufweist, der mit der zu bestimmenden Kontur in Berührung kommt und wo­ bei eine drehbare Einrichtung vorgesehen ist, die in der Lage ist, entlang der zu bestimmenden Kontur zu rollen. Bei der Messung werden elektrische Impulse in bestimmten Intervallen abgegeben, die in ent­ sprechenden kleinen Wegstücken gleicher Länge auf der zu bestimmenden Kontur entsprechen, wobei die vom Bewegungssensor abgegebenen Daten mit den von der drehbaren Einrichtung als Wegmeßeinrichtung ab­ gegebenen Impulsen verknüpft werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die zur Erfassung und Messung einer zu erfassenden Körperkon­ tur, insbesondere zur Messung der Position und Lage­ veränderung vom Gelenksystem der gesamten Wirbelsäule im freien Raum und zur Messung des Verlaufs, der Kurvenform oder Kontur im freien Raum geeignet sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 5 gekenn­ zeichneten Merkmalen gelöst.

Die apparative Ausgestaltung erlaubt eine freie Mes­ sung in kurzer Zeit, ausführbar z. B. durch ein MTA, Orthopäden oder Chiropraktiker. Das Gerät soll aus einer Art Schlitten oder Wagen (je nach Roll- oder Gleittestergebnissen längs der Wirbelkörper, die z. B. auch als Führung dienen können) bestehen, der von Hand längs der Wirbelsäule, z. B. vom Steißbein bis zum obersten Wirbel geführt wird. Dabei ist vorge­ sehen, daß mindestens ein Bezugspunkt, vorzugsweise ein medizinisch relevanter Punkt, wie z. B. der des Wölbungsmaximums, vor dem Dornfortsatz im freien Raum reproduzierbar einkalibrierbar ist.

Der erfinderische Kerngedanke ist dabei eine Verkopp­ lung von einem zweiachsigen Lotpendel mit einer in­ krementalen Wegmessung.

Lotpendel bestehen aus flüssigkeitsgedämpften Pendeln, die über eine feingerasterte Winkelcodierscheibe und elektronische Signalgeber ein Signal an eine Auswerte­ elektronik geben (DE-PS 35 25 756). Die Wegmessung kann über eine Radführung ebenfalls mit Encordiersignal er­ folgen. In der Nullstellung, Meßbeginn z. B. am Ausgangs­ punkt, dem obersten Halswirbel, wird der Patient in einen der bekannten Normzustände versetzt und dann die Elektronik kalibriert. Nach z. B. zweimaligem Abfahren der Wirbelsäule (kontinuierliche Messung) etwa in der vollen Länge - einmal Lotpendel zur Messung der seit­ lichen Abweichung, einmal Lotpendel um 90° gedreht zur Messung der Krümmung von vorne nach hinten, beides als Winkelmessungen - unter gleichzeitiger Positionsmessung (Weglängenmessung), besitzt die mit dem Gerät über einen Kabel verbundene Elektronik alle Informationen, die er­ forderlich sind, um

• 1. die Wirbelsäule räumlich darstellen zu können (etwa mit Hilfe geeigneter Software und PC-AT) und
• 2. nach Wiederholungsmessungen in den vom Arzt gewünschten Extremstellungen, um die Abweichungen zu früheren Mes­ sungen (Verlaufskontrollen) zu dokumentieren. Wegen der zu erwartenden Genauigkeit von +/- 1° bei guter Repro­ duzierbarkeit lassen sich leichte Beweglichkeitsver­ änderungen oder z. B. krankheitsbedingte Beweglichkeits­ einschränkungen und besonders auch die damit verbundenen Therapieerfolge feststellen.

Es ist klar, daß bei der Informationsverarbeitung zu einer anwendungsnahen Darstellung der Ergebnisse - bei 1. etwa auf dem PC-AT-Monitor z. B. für die Forschung, Kliniken, Krankenhäuser, etc. und bei 2. etwa in Chiropraxen, bei orthopädischen Fachärzten - je nach Markterfordernis eine kundenspezifische Software erstellbar ist. Besonders interessant ist ein ausbaufähiges System mit preisgünstiger Lösung etwa für 2. und komfortabler Lösung mit genormter Schnittstelle und Software für 1. und 2.

Auch die einfache Anzeige einer Winkelabweichung und deren Veränderung auf LCD während der Messung (z. B. von einer Extremhaltung zur anderen oder zur Normhaltung) kann als preisgünstige Lösung ausreichen, wobei die Daten patienten­ bezogen über einen Drucker ausgegeben werden können.

Kyphosen (dorsal konvexe Krümmungen, Rundrücken,Buckel), Lordosen (dorsal konkave Krümmungen, Hohlrücken) und Skoliosen (seitliche Verkrümmungen) können nach 1. in ihrem Ausmaß dokumentiert werden und statistischer Auswertung zugänglich gemacht werden. Nach 2. können die mit diesen Begriffen verbundenen Veränderungen der Beweglichkeit der Wirbelsäule quantitativ erfaßt werden. Ein großer Vorteil besteht gegenüber herkömmlichen Meßverfahren darin, daß einerseits auch leichte Therapieerfolge und posi­ tive oder negative Veränderungen mit der Zeit nachgewiesen werden können, und andererseits durch die Messungen nach­ gewiesene Veränderungen auf eine ursächliche Krankheit schließen lassen (die ja ganz woanders als in der Wirbel­ säule lokalisiert sein kann, Wachtumsstörungen u. a.).

Praktisch alles, was Einfluß auf die Form, Verformung und Lageänderung der Wirbelsäule hat, wie z. B. auch neurologische Ursachen, Muskelverspannungen u. dgl., kann Grund für vergleichende Messungen mit der Lot­ pendelanordnung sein.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der fein­ mechanischen Konstruktion des über den Rücken fahrenden Wagens oder gleitenden Schlittens.

Außer der beschriebenen Anwendung für die Wirbelsäule lassen sich andere zusätzliche Erweiterungen ent­ wickeln: Beweglichkeitsmessungen auch der anderen Ge­ lenke und Glieder unter Verwendung von zusätzlichen Lagesensoren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Fahrwerk aus zwei Zahnriemen­ laufwerken besteht, die über zwei Achsen verbunden sind und von denen jedes Zahnriemenlaufwerk von einem um zwei zueinander beabstandete Laufrollen umlaufenden Zahnriemen gebildet wird. Dabei ist dann vorgesehen, daß zwei Laufrollen jeweils drehfest auf einer gemein­ samen Achse angeordnet sind, die zur Übertragung der Achsendrehung über ein Getriebe mit der Weg-Meßauf­ nehmereinrichtung verbunden sind. Die Bewegung des Fahrwerkes auf dem zu untersuchenden Körper wird damit über die Laufrollen und das Getriebe auf die Weg-Meß­ aufnehmereinrichtung übertragen und dort in ent­ sprechende elektrische Signale umgewandelt.

Es kann auch vorgesehen sein, daß eine Laufrolle oder zwei Laufrollen unabhängig voneinander oder ein ge­ sondertes Rad od. dgl. die translatorische Bewegung des Fahrwerks und damit des Wagens oder Schlittens auf­ nimmt und direkt oder über ein Getriebe auf die Weg- Meßaufnehmereinrichtung überträgt. Diese Ausbildung ist insbesondere dann gegeben, wenn das Fahrwerk mit Gleitkufen, Walzen, Rollen, freilaufenden Rädern oder mit über Laufräder umlaufenden Gleisketten versehen ist. Es muß in jedem Fall sichergestellt werden, daß die Bewegung des Wagens oder Schlittens aufgenommen und in ein entsprechendes Wegsignal umgewandelt wird.

Bevorzugterweise besteht der Wagen oder Schlitten aus einem Grundrahmen oder einem plattenförmigen Grundkörper, an dessen vorderer Querseite im Bereich der Längsmittellinie eine Führungseinrichtung vorge­ sehen ist. Diese dient dazu, daß die Vorrichtung immer genau entlang der durch die Körperkontur bzw. die Wirbelsäulenlage vorgegebenen Strecke geführt wird. Es ist dabei möglich, über eine beispielsweise als Kimme und Korn ausgebildete optische Zieleinrichtung die Vorrichtung zu führen. Es kann jedoch auch vor­ gesehen werden, daß die vorgesehene Prüf- und Meß­ strecke auf dem Prüfkörper mit entsprechenden Farb­ markierungen oder mit metallische Bestandteile ent­ haltenden Markierungsmedien ausgezeichnet wird, so daß ein manuelles oder ein automatisches Verfolgen der vorgegebenen Linie durch die Führungseinrichtung möglich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann dann auch eine Echoloteinrichtung vorgesehen werden, die sicher­ stellt, daß immer entlang bestimmter Linien, beispiels­ weise entlang der Linie der Dornfortsätze der Wirbel­ säule, gemessen wird.

Bevorzugterweise ist die Vorrichtung auch mit einer entsprechenden Auswerte- und Steuereinheit versehen, die auf dem Rahmengestell oder gesondert angeordnet sein kann. Um der Steuerung ein Ausgangssignal zu ver­ mitteln, mit dem sozusagen der Startpunkt der Meßlinie markiert wird, ist vorgesehen, daß an dem Rahmengestell bevorzugterweise an der hinteren Querseite als Start­ punktindikator eine optische Durchblick- und Zielein­ richtung oder eine mechanische Sensoreinrichtung ange­ ordnet ist. Damit ist es möglich, eine präzise Null­ stellung festzulegen und der Steuerungseinrichtung ein entsprechendes Ausgangssignal zuzuführen. Es kann auch vorgesehen sein, daß die elastisch aufgehängte mecha­ nische Sensoreinrichtung so ausgebildet ist, daß bei Aufdrücken der Sensoreinrichtung auf den am Körper markierten oder festliegenden Startpunkt ein Start­ signal abgegeben wird.

Das Fahrwerk ist vorzugsweise mit einem regelbaren Antrieb versehen, der beispielsweise auf die Zahnriemenlaufwerke oder auf entsprechende Walzen, Rollen, Räder oder auf die über Laufräder umlaufenden Gleisketten wirkt und die Vorrichtung fortbewegt. Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Antrieb auf Gleichlauf geregelt ist, d. h., daß eine konstante Geschwindigkeit beim Laufen über die zu überprüfende Körperpartie eingehalten wird,um eine genaue und gleichmäßige Messung sicherzustellen. Auch können mehrere, voneinander unabhängige Antriebe vorgesehen werden, die gleichzeitig zur Steuerung der Vorrichtung dienen, um ein automatisches Abfahren vorgegebener Meß­ linien oder Meßfelder zu ermöglichen. Über die Steuerein­ richtung ist dann eine vollautomatische Durchführung der Messung möglich.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in rein schematischer Darstellung

Fig. 1 in einer Ansicht von vorne eine Vorrichtung zur Erfassung und Messung mit einem Zahnriemenfahrwerk,

Fig. 2 in einer Ansicht von oben die Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in einer Seitenansicht die Vorrichtung gem. Fig. 1,

Fig. 4 in einer Ansicht von vorne eine weitere Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung mit einem Gleitrollenfahrwerk und einem Riemenantrieb als Wegaufnehmer,

Fig. 5 in einer Ansicht von der Seite die Vorrichtung gem. Fig. 4,

Fig. 6 in einer Ansicht von vorne eine weitere Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung mit einem Laufrad als Wegauf­ nehmer,

Fig. 7 in einer Ansicht von der Seite die Vorrichtung gem. Fig. 6,

Fig. 8 in einer Ansicht von vorne eine weitere Aus­ führungsform der Vorrichtung mit einer Seilrolle als Wegaufnehmer,

Fig. 8a in einer Seitenansicht die Seilrolle gem. Fig. 8 und

Fig. 9 und 10 in einer Seitenansicht eine Personenstand­ platte mit einer Vorrichtung gem. Fig. 8.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Vorrichtung zur Erfassung und Messung der Position und Lageveränderung des Ge­ lenksystems der Wirbelsäule mit 100 bezeichnet, bei der ein als Rahmengestell ausgebildeter Wagen 10 auf einem Fahrwerk 11 angeordnet ist, wobei der Wagen 10 eine Lotpendeleinrichtung 12 und einen Weg-Meßaufnehmer 69 trägt.

Die Lotpendeleinrichtung 12 ist an zwei Gelenkpunkten 12a und 12b schwenkbar aufgehängt und um eine hori­ zontale, zu einer Längsmittelachse 29 des Rahmenge­ stells 10 parallelen Schwenkachse um 90° in eine senk­ rechte Stellung schwenkbar und einrastbar, wobei die Lotpendeleinrichtung 12 mit einer entsprechenden Um­ schaltung im Hinblick auf die abgegebenen Signale ver­ sehen ist. Die Lotpendeleinrichtung 12 ist dabei in an sich bekannter Weise ausgebildet und mit einer Öl­ dämpfung versehen. Der in der Lotpendeleinrichtung 12 vorgesehene Winkelkodierer 42 ist an das Lotpendel gekoppelt und wirkt als Winkelgeber.

Das Fahrwerk 11 besteht aus zwei Zahnriemenlaufwerken 14, die jeweils über zwei Achsen 19, 20 verbunden sind und von denen jedes Zahnriemenlaufwerk 14 von einem Zahnriemen 21; 22 gebildet wird, der um zwei zueinander beabstandete Laufrollen 15, 16; 17, 18 umläuft, wobei die Laufrollen 15 und 17 auf der Achse 19 und die Lauf­ rollen 16 und 18 auf der Achse 20 drehfest angeordnet sind.

Auf der Achse 19 ist als Weg-Aufnahmeeinrichtung 13 ein Wegaufnehmerritzel 19a drehfest angeordnet, was auf ein Getriebe 23 wirkt, das die Drehbewegung der Achse 19 auf den Weg-Meßaufnehmer 69 überträgt. Sowohl die Lotpendeleinrichtung 12 als auch der Weg-Meßauf­ nehmer 69 ist mit einer entsprechenden Kodierscheiben 40 versehen, über die eine Koppelung der Lotpendelein­ richtung 12 und der Weg-Meßaufnehmer 69 erfolgt.

Das Fahrwerk 11 weist einen im wesentlichen plattenförmigen Grundkörper 24 auf, der in Fahrtrichtung bzw. Längsmittel­ richtung gesehen eine vordere Querseite 25, eine hintere Querseite 26 und zwei seitliche Längskanten 27, 28 auf­ weist. Im Bereich der Längsmittellinie 29 ist im Bereich der vorderen Querseite 25 eine Führungseinrichtung 30 angeordnet, die zur Führung des Fahrwerkes 11 auf einer vorgegebenen Linie dient. Diese kann als optische Durch­ blick- und Zieleinrichtung 31 ausgebildet sein und ist in der Zeichnung nur schematisch als aus der Visiertechnik bekannte Kimme 32 und Korn 33 dargestellt. Es ist auch möglich, alternativ oder ergänzend eine lichtoptische Erfassungseinrichtung 131, einen Näherungsinitiator 231 oder eine Echoloteinrichtung 331 als Führungseinrichtung 30 vorzusehen. Diese ermöglichen die Führung der Vorrichtung 100 entlang einer in der Zeichnung nicht dargestellten vorgegebenen Meßlinie, die auf einen zu überprüfenden Körper in Form einer Farbmarkierung, einer metallischen Führungs­ linie od. dgl. aufgebracht sein kann.

Im rückwärtigen Bereich des Fahrwerkes 11, d. h. im Bereich der Querseite 26, ist ein Startpunktindikator 34 vorgesehen. Dieser dient dazu, der Vorrichtung 100 und insbesondere der Steuereinrichtung 41 eine defi­ nierte Nullstellung vorzugeben. Hierzu kann der Start­ punktindikator 34 als optische Durchblick- und Ziel­ einrichtung 35 in Form von Kimme 36 und Korn 37 vorge­ sehen sein. Es kann jedoch auch alternativ oder er­ gänzend an einem elastischen Balken 38 eine Sensorein­ richtung 39 angeordnet sein, die bei Berührung und/oder Auslösung ein Startsignal abgibt.

Es ist vorgesehen, daß die Vorrichtung eine in der Zeich­ nung nicht dargestellte Antriebseinrichtung aufweist, die die Vorrichtung 100 mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit über das Fahrwerk 11 fortbewegt.

Die Steuereinrichtung 41 ist sowohl mit der Lotpendelein­ richtung 12 als auch mit der Weg-Meßaufnehmereinrichtung 13, mit den Kondierscheiben 40 und den entsprechenden Aufnehmern und der Antriebseinrichtung über in der Zeich­ nung nicht dargestellte Verbindungs- und Steuerleitungen verbunden, so daß eine Gesamterfassung aller anfal­ lenden Daten und Meßdaten sowie eine Steuerung der Vor­ richtung auch automatisch durchführbar ist.

An der Lotpendeleinrichtung 12 ist ein Winkelkodierer 42 vorgesehen und an dem Weg-Meßaufnehmer 69 ist ein Winkelkodierer 43 vorgesehen, um die Zuordnung der Si­ gnale und die Verarbeitung zu ermöglichen.

Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 200 ist in Fig. 4 und 5 dargestellt, wobei der Grundaufbau der gleiche ist, wie voranstehend beschrieben, jedoch ist als Fahrwerk 11 an dem Wagen 10 ein Fahrgestellrahmen 50 angeordnet, der über einen Horizontalträger 50a den Grundkörper 24 trägt. An dem Fahrgestellrahmen 50 sind seitliche Tragarme 52-59 angeordnet, von denen die Trag­ arme 57, 58, 59 in der Zeichnung nicht dargestellt sind, die in Bewegungsrichtung X der Vorrichtung 200 gesehen seitlich um eine in Längs- bzw. Bewegungsrichtung X an­ geordnete Horizontalachse 60, 61 gegen die Federn 52a- 55a ausschwenkbar angeordnet sind. Dabei sind jeweils zwei Tragarme 52, 56; 53, 57; 54, 58; 55, 59 über ein Getriebe 64 so miteinander verbunden, daß nur eine gemeinsame Verschwenkung um die jeweilige Horizontal­ achse 60, 61 möglich ist. Das bedeutet, daß bei einem Verschwenken in Richtung X1 des Tragarmes 52 der Trag­ arm 56 in entsprechender Weise über das Getriebe 60 mitverschwenkt wird. Weiterhin sind je zwei auf einer gemeinsamen Schwenkachse 60; 61 angeordnete Tragarme 52, 53; 54, 55; 56, 57; 58, 59 miteinander verbunden und gemeinsam um eine in Querrichtung bzw. senkrecht zur Bewegungsrichtung X angeordnete Horizontalachse 62, 63 verschwenkbar. Die jeweils gemeinsam verschwenk­ baren Paare sind dabei über ein Getriebe 65 so mitein­ ander verbunden, daß bei einer Verschwenkung der Trag­ arme 52, 53 gleichzeitig die Tragarme 54, 55 verschwenkt werden, und zwar im gegenteiligen Drehsinn um die Hori­ zontalachsen 62, 63. Die Getriebe 65, 65 können dabei in einer einfachen Verzahnung oder in einer anderen Gelenk­ verbindung bestehen. Zwischen je zwei auf einer Seite an­ geordneten und um die gleiche Horizontalachse 60; 61, 62; 63 verschwenkbare Tragarme 52, 53; 54, 55; 55, 56; 57, 58 ist eine Gleitrolle 51 drehbar angeordnet, und zwar erfolgt dabei die Anordnung so, daß bei einem Ausschwenken des jeweils eine Gleitrolle tragenden Paares von Tragarmen (z. B. Trag­ arme 52, 53) die Gleitrolle 51 auf der nicht dargestellten Körperkontur abrollbar ist.

Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß sich je zwei in bezug auf die Bewegungsrichtung X der Vorrich­ tung 200 gegenüberliegend angeordnete Gleitrollen in gleicher Weise bewegen, so daß die Körperkontur voll er­ faßbar ist.

Als Wegaufnehmereinrichtung 113 ist ein Zahnriementrieb 66 vorgesehen, dessen Zahnriemen 66a um zwei Umlaufrollen 67, 68 umläuft, von denen eine mit dem Weg-Meßaufnehmer 69 verbunden ist. Der Zahnriementrieb 66 ist dabei mit den Umlaufrollen 67, 68 an einem Rahmen 70 angeordnet, der über Federn 71 am Fahrgestellrahmen 50 abgefedert ist. So ist eine individuelle Wegaufnehmung auch bei starken Konturänderungen, bezogen auf den Meßweg X, möglich.

In Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 200 dargestellt, die im Prinzip den gleichen Aufbau aufweist, wie die in Fig. 4 und 5 dargestellte und voranstehend beschriebene Vorrichtung, jedoch ist als Wegaufnehmereinrichtung 213 anstelle des Zahnriementrie­ bes ein Wegaufnahmerad 72 vorgesehen, das über einen Riementrieb 73 mit dem Wegmeßaufnehmer 79 verbunden ist. Das Wegaufnahmerad 72 ist dabei in geeigneter Weise um einen Drehpunkt 72a am Fahrgestellrahmen 50 verschwenk­ bar und unter Vorspannung einer in der Zeichnung nicht dargestellten Feder gehalten, so daß das Wegaufnahmerad 72 immer die abzutastende Körperkontur angedrückt wird.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 300 ist in Fig. 8 dargestellt. Der prinzipielle Aufbau der Vorrich­ tung entspricht der Vorrichtung 200 (Fig. 4 bis 7), je­ doch ist als Wegaufnehmereinrichtung 313 vorgesehen, daß eine von dem Rahmengestell 10 der Vorrichtung 300 völlig unabhängig frei im Raum anordbare Seil- oder Bandrolle 74 an einem Bezugspunkt angeordnet wird, von der ein vorge­ spanntes Band 77, dessen eines Ende mit dem Fahrzeugrah­ mengestell 50 oder mit dem Rahmengestell 10 verbunden ist, von einer über eine Feder 76 vorgespannten Trommel 75 abrollbar ist, wobei die Seil- oder Bandrolle 74 zur Übertragung der Drehbewegung der Trommel 75 mit einem Wegmeßwertaufnehmer 69 verbunden ist. Es kann dabei vor­ gesehen sein, daß wie in Fig. 8a angedeutet, die Trommel 75 die Drehbewegung direkt auf den Wegmeßwertaufnehmer 69 überträgt, jedoch kann zur Erhöhung der Genauigkeit auch ein Getriebe zwischengeschaltet werden, auch ist die op­ tische Abtastung der Drehbewegung der Seiltrommel 75 mög­ lich.

Die bevorzugte Anwendung der Vorrichtung 300 ist dabei in den Fig. 9 und 10 angedeutet, wo eine Untersuchungsperson auf einer Personenstandplatte 78, insbesondere auf einer Balancewaage 78a stehend und an Körperanlageflächen 79a entsprechender Stützarme 79 angelehnt mit einer Vorrich­ tung 300 vermessen wird. Die Stützarme 79 sind dabei ver­ tikal angeordnet und entsprechend abgewinkelt ausgebildet, wobei sie vertikal in Y-Richtung teleskopierbar und hori­ zontal in X2-Richtung verschiebbar angeordnet sind. Die zu vermessende Person nimmt dabei verschiedene, in der Zeichnung angedeutete, Positionen ein und die Vorrichtung 300 fährt die zu erfassenden Körperkonturen ab. Dabei wird das Seil 77 von der Seilrolle 74 abgerollt und gibt dem in Fig. 9 und 10 nicht dargestellten Wegmeßwertauf­ nehmer ein entsprechendes Signal über die Position der Vorrichtung 300. Diese erfaßt dann die entsprechende Kör­ perkontur, so daß eine raumpunktbezogene Konturerfassung möglich ist. Die Anwendbarkeit der Vorrichtung 300 ist dabei unabhängig von der dargestellten Ausbildung der Personenstandplatte 78 und den Stützarmen 79, da die Funktionsfähigkeit immer dann gegeben ist, wenn die Seil­ rolle 74 im Raum fixiert wird und von einem Bezugsmeß­ punkt bei der zu vermessenden Person ausgehend die Messung begonnen wird.

Bezugszeichenliste

100; 200; 300 Vorrichtung
10 Wagen, Schlitten
11 Fahrwerk
12 Lotpendeleinrichtung
12a, 12b Gelenkpunkte
13; 113; 213 Weg-Aufnehmereinrichtung
14 Zahnriemenlaufwerk
15, 16, 17, 18 Laufrollen
19, 20 Achse
19a Wegaufnehmerritzel
21, 22 Zahnriemen
23 Getriebe
24 Grundkörper
25 vordere Querseite
26 hintere Querseite
27, 28 Längskanten
29 Längsmittellinie
30 Führungseinrichtung
31 Durchblick- und Ziel­ einrichtung
32 Kimme
33 Korn
34 Startpunktindikator
35 Durchblick- und Ziel­ einrichtung
36 Kimme
37 Korn
38 Balken
39 Sensoreinrichtung
40 Kodierscheiben
41 Steuereinrichtung
42, 43 Winkelkodierer
50 Fahrgestellrahmen
50a Horizontalträger
51 Gleitrolle
52a-55a Federn
52-59 seitliche Tragarme
60, 61 Horizontalachse, Schwenk­ achse
62, 63 Horizontalachse
64 Getriebe
65 Getriebe
66 Zahnriementrieb
66a Zahnriemen
67, 68 Umlaufrollen
69 Wegmeßaufnehmer
70 Rahmen
71 Federn
72 Wegaufnahmerad
72a Drehpunkt
73 Riementrieb
74 Seilrolle/Bandrolle
75 Seiltrommel/Trommel
76 Feder
77 Seil/Band
78 Personenstandplatte
78a Balancewaage
79 Stützarme
79a Körperanlageflächen
112 Vertikalträger
131 Erfassungseinrichtung
231 Näherungsinitiator
300 Vorrichtung
331 Echoloteinrichtung
X Bewegungsrichtung
X1 Richtung
X Meßweg

Claims (23)

1. Verfahren zur Erfassung und zum Messen einer abzu­ tastenden Körperkontur mit einer die Winkelver­ drehung um je eine Achse messenden Winkelmeßein­ richtung und mit elektrischen Meßaufnehmern zur Erfassung einer von einem frei wählbaren Null­ punkt als Bezugspunkt ausgehenden Meßposition zur Bestimmung der Raumlage der Körperkontur und Er­ stellung von entsprechenden Datensätzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Körperkontur durch inkrementale Strecken­ erfassung aufgenommen wird, bei der gleichzeitig zu jeder erfaßten Streckenposition die Winkelstel­ lung zur Lotrechten gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Winkel zum jeweiligen Lot mit Hilfe eines elektronisch abtastbaren Lotpendels in zwei orthogonale Richtungen X und Y erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Winkel entweder gleichzeitig unter Verwendung eines um zwei Achsen schwingenden Lotpendels oder von zwei zur Messung in X-Richtung und Y-Richtung angeordneten Lotpendeln erfolgt oder nacheinander unter Verwendung eines wahlweise in X-oder Y-Richtung einstellbaren Lotpendels erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreiecksfläche, gebildet aus gemessener Horizontal- und/oder inklinometrisch gemessener Totalneigung und dem Lot im Referenzpunkt zur eindeutigen Ausrichtung im Raum dient.

5. Vorrichtung (100; 200; 300) zum Erfassen und Messen einer abzutastenden Körperkontur mit einer eine Winkelverdrehung um je eine Achse messenden (69) Winkelmeßeinrichtung und einem elektrischen Weg-Meßaufnehmer (69), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (100; 200; 300) einen von Hand führbaren Wagen oder Schlitten (10) aufweist, der die Winkelmeßeinrichtung in Form einer Lot­ pendeleinrichtung (12) trägt, die mit dem elek­ trischen Weg-Meßaufnehmer (69) in Wirkverbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (10) ein Fahrwerk (11) aufweist, das aus zwei Zahnriemenlaufwerken (14) besteht, die über zwei Achsen (19, 20) verbunden sind und von denen jedes Zahnriemenlaufwerk (14) von einem um zwei zueinander beabstandete Laufrollen (15, 16; 17, 18) umlaufenden Zahnriemen (21;22) gebildet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (10) ein Fahrwerk (11) aufweist, das mit einer Luftlagerung nach dem Prinzip der Luftkissenfahrzeuge, mit Gleitkufen, Walzen, Rol­ len oder Rädern oder über Laufräder umlaufende Gleisketten versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Laufrollen (15, 16), Walzen, Rollen, Räder oder Laufräder jeweils drehfest auf einer gemeinsamen Achse (19) angeordnet sind, die zur Übertragung der Achsendrehung über ein Getriebe (23) mit dem Weg-Meßaufnehmer (69) ver­ bunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einer vom Wagen (10) unabhängiger und in einem frei wählbaren Punkt anordbaren Seil- oder Bandrolle (74) vorgespannt abrollbares Band (77) mit dem Wagen (10) verbunden ist, wobei die Seil- oder Bandrolle (74) zur Übertragung einer der Bewegung des Fahrwerkes (11) entsprechenden Drehbewegung direkt oder über ein Getriebe mit jeweils einem Weg-Meßaufnehmer (69) in Verbin­ dung steht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine unabhängige, an dem Wagen (10) angeordnete Laufrolle (15, 16; 17, 18) oder Walze, Rolle, Rad oder Laufrad zur Übertragung einer der Bewegung des Fahrwerkes (11) entspre­ chenden Drehbewegung direkt oder über ein Ge­ triebe mit jeweils einem Weg-Meßaufnehmer (69) in Verbindung stehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (10) aus einem Grundrahmen oder einem plattenförmigen Grundkörper (24) mit zwei jeweils endseitigen Querseiten (25, 26) und zwei entsprechenden Längsseiten (27, 28) besteht, an dessen einer ersten Querseite (25) eine im Be­ reich der Längsmittellinie (29) des Wagens (10) bzw. des Fahrwerks (11) angeordnete Führungsein­ richtung (30) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (30) als optische Durchblick- und Zieleinrichtung (31) als lichtop­ tische Erfassungseinrichtung (131), als Näherungs­ initiatoreinrichtung (231) oder als Echolotein­ richtung (331) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wagen (10) an einer zweiten Querseite (26) als Startpunktindikator eine optische Durch­ blick- und Zieleinrichtung (35) und/oder eine me­ chanische oder elektrische Sensoreinrichtung (39) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrwerk (11) einen regelbaren Antrieb aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotpendeleinrichtung (12) aus einer win­ kelkodierten Scheibe mit optoelektronischer Ab­ tastung besteht, die durch ein achsenfestes Pendel mit einem Gewicht in zwei zueinander senkrecht stehenden Raumrichtungen drehbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lotpendeleinrichtungen (12) vorge­ sehen sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotpendeleinrichtungen kardanisch aufge­ hängt sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lotpendeleinrichtung kardanisch aufge­ hängt ist und an zwei Winkelgeber gekoppelt wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotpendeleinrichtung, bestehend aus der winkelkodierten Scheibe und einer Gewichtsanord­ nung, über eine Flüssigkeit gedämpft ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Signale der Lotpendelein­ richtung (12) und dem Weg-Meßaufnehmer (69) über entsprechende Kodierscheiben (40) bei der Lot­ pendeleinrichtung (12) und dem Weg-Meßaufnehmer (69) gekoppelt sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (41) vorgesehen ist, mit der die eindeutige Lage des Wagens (10) im Raum kalibrierbar ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilrolle (74) der Vorrichtung (300) an einer Personenstandplatte (78) angeordnet ist, wobei an der Standplatte (78) teleskopierbare, vertikale Stützarme (79) mit Körperanlagefläche (79a) horizontal verschiebbar angeordnet sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (100; 200; 300) zur voll­ ständigen Raumpunkterfassung mit einer Kompaß­ einrichtung versehen ist.