DE4036424C2 - Gerät zum Erfassen oder Übertragen von Konturen in der Ebene - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Erfassen oder Erfas­ sen von Konturen in der Ebene.

Ein Gerät zum Erfassen von Konturen in der Ebene mit zwei Meßrädern, deren Drehachsen parallel zueinander ausgerichtet sind und über die Ebene führbar und unabhängig voneinander rollbar sind, wobei die Meßräder mit einem Erfassungsgerät ver­ bunden sind, ist z. B. aus der DE-PS 5 02 098 bekannt. Bei diesem bekannten Gerät wird der von einem Wagen, wie Dreirad od.dgl. durchfahrene Weg von einem Schreibstift auf einem Zeichenblatt angezeigt oder aufgezeichnet. Das Erfassen beschränkt sich also im wesentlichen auf ein Aufzeichnen der Kontur.

Zwei unabhängig voneinander drehbare, in einer Achse ange­ ordnete Räder wirken dabei über ein Planetengetriebe und Zwi­ schengetriebe auf eine Einrichtung zum Anzeigen und Aufzeichnen ein. Der Schreibstift dieser Einrichtung erhält die Bewegung dabei von den zwei gleichartigen, unabhängigen Treibrädern, die mit der Halbsumme ihrer Umdrehungen die Länge des durchfahrenen Weges und mit der Halbdifferenz gleichzeitig die Richtungsände­ rung liefern, wenn das Gerät eine Kurve durchfährt.

Ein ähnliches Gerät ist aus der DE-PS 29 599 bekannt. Die­ ses Gerät dient im wesentlichen dazu, Geraden in ihrer Länge aufzuzeichnen und ihren Winkel zu anderen aufgezeichneten Ge­ raden aufzuzeichnen. Soll nämlich dieses Gerät auf einer Linie bewegt werden, die einen Winkel aufweist, so muß ein Stützrad des Gerätes angehoben und über der zu vermessenen Fläche seit­ lich versetzt werden. Dabei wird das Papier, auf dem die zu vermessende Kontur aufgezeichnet wird, um einen dem Drehen des gesamten Gerätes entsprechenden Winkel gedreht. Das Papier bleibt also dabei in einer vorbestimmten Himmelsrichtung ausge­ richtet, während sich das Gerät dreht. Während der Zeichenstift in dem Gerät immer in derselben Position verbleibt, wird bei Abfahren einer Geraden das Papier unter ihm weiterbewegt.

Diese bekannten Geräte zum Erfassen einer Kontur bedürfen alle einer mehr oder weniger aufwendigen Nachbearbeitung. Auch liegen die dabei ermittelten Konturen als gezeichnete Linien und nicht in einer bequem weiterverarbeitbaren Form vor, d. h., sie liegen nicht digitalisiert speicherbar bzw. gespeichert vor.

Für das Erfassen von Konturen in der Ebene werden deshalb inzwischen solche Geräte nicht mehr eingesetzt.

Allgemein bekannt und noch benutzt sind Geräte um Unfall­ spuren, die Länge verlegter Rohre oder Leitungen od. dgl. zu vermessen. Diese Geräte weisen jedoch lediglich ein Meßrad auf, welches einen definierten Umfang aufweist. Dieses Rad wird über der zu vermessenden Linie, deren Länge gemessen werden soll, abgerollt. Die Umdrehungen dieses Meßrades werden über ein Ge­ triebe auf ein mechanisches Zählwerk übertragen, auf dem je nach Größe des Gerätes, Getriebeübersetzung und in der Regel zu vermessenden Größen die abgefahrene Länge in Metern, Dezime­ tern, Zentimetern oder Millimetern abgelesen werden kann. Mit einem solchen Gerät können eindimensionale Längenmessungen von Linien durchgeführt werden. Die Erfassung von Konturen im zwei­ dimensionalen Raum, d. h., die zweidimensionale Erfassung von Kurven, ist mit solchem Gerät nicht möglich.

Aus der DE-PS 36 02 165 ist ein Entfernungsmesser zur di­ rekten Messung und Bestimmung von Längen und Entfernungen, ins­ besondere auf verkleinerten Zeichnungen, Plänen und Landkarten bekannt, der an der Spitze eines Führungsstiftes eine frei drehbare und auf der zu messenden Kurve abrollende Kugel auf­ weist. Auf dieser Kugel laufen, ähnlich wie in einer Computer­ "Maus", zwei Rotationsglieder ab, deren Achsen aufeinander senkrecht stehen. Wird die Kugel auf einer Kurve in einer Ebene bewegt, so dreht sich zumindest eines der beiden Rotationsglie­ der. Die Drehung dieser Rotationsglieder wird erfaßt und mit­ tels einer Auswertelogik entgegen der Aufgabe einer Computer­ "Maus" in ein Längenmaß transferiert. Es werden mit diesem Ge­ rät also nur Längenmessungen vorgenommen.

Um zweidimensionale Konturen bzw. Kurven zu erfassen, ins­ besondere z. B. um Brems-, Schleuder- oder andere Unfallspuren für Beweiszwecke festzuhalten oder um Fahrbahn-Begrenzungen und -Markierungen zu vermessen, werden deshalb verschiedene andere Verfahren angewandt.

Dafür werden z. B. Fotografien dieser zweidimensionalen Konturen erstellt, wobei teilweise der dazu verwendete Fotoap­ parat auf einem mehrere Meter hohen Gestell angeordnet wird oder neuerdings der Fotoapparat an einem Ballon über die zu fo­ tografierende Stelle emporgehoben wird.

Weiterhin können bisher solche zweidimensionalen Konturen nach dem "Dreieck-Meßverfahren" oder dem "Rechtwinkel- Koordinaten-Verfahren vermessen bzw. eingemessen werden.

aus den Patents Abstracts of Japan (P-74, August 7, 1981, Vol. 5/No. 122) ist eine Einrichtung für ein Automobil bekannt, mit der die kurvenförmige Bahn des Fahrweges dieses Automobils ermittelt werden kann. Dazu ist an den beiden angetriebenen Rä­ dern des Automobils je ein die Rotationsfrequenz messender Sen­ sor angeordnet, wobei die Differenz der beiden von Sensoren ge­ messenen Frequenzen als eine Winkeländerung der Fahrtrichtung des Automobils gewertet wird. Zu erfassende Konturen in der Ebene lassen sich mit diesem Automobil aufgrund der Gesamtaus­ bildung des Automobils nicht erfassen, da das Automobil nicht entlang einer Kontur, wie Bremsspur od. dgl. über die Ebene führbar und die Meßräder nicht unabhängig voneinander rollbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge­ mäßes Gerät zum Erfassen oder Übertragen von Konturen in der Ebene zu schaffen, mit dem die zweidimensionale Ausbildung die­ ser Konturen schnell und genau digitalisiert, und damit weiter­ verarbeitbar, erfaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Gerät gemäß Anspruch 1 ge­ löst. Bei dem erfindungsgemäßen Gerät sind die Drehwinkel der Meßräder durch inkrementale Drehgeber unabhängig voneinander digital meßbar. Die Drehgeber sind mit einer Elektronikeinheit verbunden, die einen Mikroprozessor und einen Speicher auf­ weist, um die Meßwerte unmittelbar auswerten zu können. Bei dem neuen Gerät entfällt fast die gesamte Mechanik der bekannten gattungsgemäßen Geräte.

Wird dieses Gerät mit seinen zwei unabhängig drehbaren Meßrädern entlang einer zweidimensionalen Kontur bewegt, d. h., rollen die beiden Meßräder parallel zu der Kontur ab, so drehen sich die beiden Meßräder, wenn die Kontur nicht eine Gerade ist, in bekannter Weise unterschiedlich.

Die Umdrehung der Meßräder wird nun unmittelbar digitali­ siert und die digitalen Meßdaten können nicht nur leicht wei­ terverarbeitbar aufgezeichnet, sondern auch gleich ausgewertet werden. Durch die Auswertung des gegebenenfalls unterschiedli­ chen Drehens der beiden Meßräder ergibt sich die zweidimensio­ nale Abbildung der Kontur.

Wird z. B. das eine Meßrad unmittelbar auf der zu vermes­ senden Kontur abgerollt, so kann durch den mit diesem Meßrad erhaltenen Meßwert allein die Länge der Kontur gemessen werden. Der Meßwert des anderen Meßrades wird zusammen mit dem Meßwert des ersten Meßrades von der Auswertelogik dazu benutzt, unter Ausnutzung der Trigonometrie die jeweilige Position des Gerätes in einem X-Y-Koordinatensystem ausgehend von einem Nullpunkt, die derzeitige Fahrt- oder Schieberichtung des Gerätes und die Spur, die das Gerät seit der letzten Position zurückgelegt hat, zu berechnen.

Dabei wird die Geometrie und Ausbildung des Gerätes, wie Spurweite und Durchmesser der Meßräder und Anzahl der Drehim­ pulse pro Umdrehung zusammen mit den Anzahl und der Differenz der gemessenen Drehimpulse durch den Mikroprozessor ausgewer­ tet, der durch eine entsprechende Software gesteuert wird. Die­ se Software kann auf Diskette vorliegen, sie kann aber auch in ROM-Chips (Read Only Memory) gespeichert sein.

Dadurch, daß die Drehwinkel der Meßräder synchron unabhän­ gig voneinander erfaßbar sind, können beide durch die beiden Meßräder erhaltenen Meßwerte getrennt gespeichert werden.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Drehachsen der beiden Meßräder nicht nur parallel zueinan­ der ausgerichtet, sondern in einer Achse angeordnet. Dadurch ergibt sich für eine Auswertelogik eine relativ einfache und genaue geometrische Systematik. Die Auflagepunkte der beiden Meßräder auf der zu vermmessenden Fläche haben einen festgeleg­ ten Abstand voneinander, wobei dieser Abstand insbesondere im­ mer senkrecht zu der zu vermessenden Kontur ausgerichtet sein sollte. D. h., die Achsen der Meßräder sind zwar gegenüber der Kontur windschief angeordnet, ihre senkrechte Projektion auf die zu vermessende Fläche bildet jedoch auf der zu vermessenden Kontur eine Normale. Eine Senkrechte zu dieser Normalen bildet dabei die jeweilige Tangente zur zu vermessenden Kontur.

Die Elektronikeinheit kann unmittelbar an dem Gerät ange­ ordnet sein, die Drehgeber können aber auch über Leitungen mit einer Elektronikeinheit verbunden sein, die unabhängig von dem Gerät aufgestellt ist.

Der Mikroprozessor der Elektronikeinheit dient dazu, die Meßwerte auszuwerten. Die Meßwerte können in dem Speicher der Elektronikeinheit, bei dem es sich um einem nichtflüchtigen, gepufferten Speicher handeln kann, gespeichert werden. Dabei kann es sich um Speicherchips oder um Disketten handeln.

Vorteilhafterweise weist die Elektronikeinheit eine Daten- Schnittstelle auf. Über diese können die Daten, seien es die unmittelbar gemessenen Meßwerte oder seien es die ausgewerteten Meßwerte, einer weiterverarbeitenden Einrichtung, wie Computer od. dgl. zugeführt werden.

Über diese Daten-Schnittstelle können auch von einem Com­ puter Daten auf die Elektronikeinheit des Gerätes übertragen werden. So können z. B. von einem Computer die Daten einer mit diesem erstellten Kontur in die Elektronikeinheit des Gerätes übertragen werden. Das Gerät kann dann z. B. über eine Fläche geführt werden, wobei mit dem Gerät die vorher erstellte Kontur abgefahren werden soll. Dabei werden die von den Meßrädern ge­ messenen Meßwerte mit den vorher überspielten Werten vergli­ chen. D. h., das Gerät wird dann so geführt, daß z. B. die Lauf­ spur des einen Meßrades der vorher erstellten Kontur ent­ spricht.

Insbesondere dazu ist es zweckmäßig, daß das Gerät ein Display aufweist. Auf diesem Display werden dann z. B. die Ab­ weichungen zwischen vorgegebener Kontur, d. h., einer Soll- Kurve, und abgefahrener Kontur, d. h., einer Ist-Kurve, ange­ zeigt und die das Gerät bewegende Person kann das Gerät, d. h., z. B. das vorbestimmte Meßrad, entsprechend den angezeigten Ab­ weichungen nachführen.

Auf dem Display können aber auch die ermittelte Kontur und zugehörige, aus den gemessenen Werten ermittelte numerische Werte, wie Gesamtlänge seit Start, Winkel der Tangente usw., beim Vermessen von auf der Fläche vorgegebenen Spuren od. dgl. angezeigt werden.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Gerätes ist die die Meßräder haltende Achse an einem Führungsrohr mit einem Führungsgriff angeordnet. Dann kann die Elektronikeinheit und das Display od. dgl. an dem den Meßrädern abgewandten Ende des Führungsrohres angeordnet sein.

Das Gerät kann ein zusätzliches Stützrad aufweisen. Wenn dieses Stützrad als mindestens drittes Rad auf der zu vermes­ senden Fläche ebenso aufliegt, wie die beiden Meßräder, wird verhindert, daß lediglich durch Verschwenken des Führungsrohres mittels des Führungsgriffes ein Impuls von den den Rädern zuge­ ordneten Drehgebern gemessen wird.

Mit einem solchen Gerät wird die Genauigkeit der Messung erhöht, die Meßdaten liegen weiterverarbeitbar in digitalisier­ ter Form vor und können durch einen Computer ausgewertet wer­ den. Der Aufwand des Vermessens wird gegenüber den bekannten Verfahren sehr stark vermindert. Das Vermessen geht schneller vor sich, was sich insbesondere bei Unfallspuren auf den flie­ ßenden Verkehr positiv auswirkt. Aufgrund der vorgenannten Vor­ teile ist ein Vermessen mit dem erfindungsgemäßen Gerät trotz der eventuell höheren Anschaffungskosten preiswerter.

Es ist nicht notwendig, zum Vermessen auf dritte Punkte außerhalb des zu vermessenden Bereiches z. B. als Bezugspunkt auszuweichen. Die Bedienbarkeit des Gerätes ist gegenüber ande­ ren Geräten und Meßverfahren für zweidimensionale Konturen ein­ facher und Bedienfehler werden vermieden. Die gemessenen Werte können am Meßort sofort überprüft werden, was insbesondere bei Unfallspuren sehr wichtig ist, die nach Stunden oder Tagen oft nicht mehr sichtbar sind.

Das Gerät kann mit einem der beiden Meßräder auf der zu vermessenden Kontur entlang geführt werden. Das Gerät kann aber auch, vorzugsweise mittig zwischen den beiden Meßrädern einen Zeiger aufweisen, der auf der zu vermessenden Kontur geführt wird.

Aus der Anzahl der von den beiden Impulsgebern gelieferten Drehimpulse der beiden Meßräder ermittelt die Elektronik die Koordinaten der auf der Kontur liegenden Zwischenpunkte. Diese werden gespeichert und es wird nach dem Spline-Verfahren die geglättete, der gemessenen Kontur entsprechende Kurve berech­ net. Diese Kurve und damit die abgefahrene Kontur kann auf dem Display gleichzeitig angezeigt werden. Wird zur Kontrolle die­ selbe Kontur mehrmals abgefahren, so kann das Display z. B. le­ diglich die Abweichungen anzeigen.

Deshalb kann das Gerät auch benutzt werden, um eine vorge­ gebene, abgespeicherte Kontur, die z. B. eine Fahrbahn-, Sport­ platz- oder Parkplatz-Markierung darstellt, auf eine abzufah­ rende Fläche zu übertragen, d. h., diese Fläche zu markieren, wobei dann z. B. anstelle des Zeigers ein Markierungsgerät ange­ bracht wird.

Die Kommunikation über die angesprochene Daten-Schnitt­ stelle ist deshalb in beiden Richtungen möglich. Diese Daten- Schnittstelle kann als genormte V-24-Schnittstelle ausgebildet sein.

Im Folgenden wird anhand der Zeichnung eine Ausführungs­ form der Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Gerät zum Erfassen von Konturen in der Ebene in einer Seitenansicht, und

Fig. 2 das Gerät gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von vorne.

Das Gerät zum Erfassen von Konturen in der Ebene besteht im wesentlichen aus einem Führungsgriff 1, der an dem einem Ende eines Führungsrohres 2 angeordnet ist, an dessen anderem Ende quer zu seiner Erstreckungsrichtung eine Achse 3 angeord­ net ist. Der Führungsgriff 1 ist gegenüber dem Führungsrohr 2 angewinkelt und liegt in Gebrauchsstellung des Gerätes etwa ho­ rizontal. Das Führungsrohr 2 ist dabei etwas länger, als die doppelte Länge der Achse 3.

An den beiden Enden der senkrecht zum Führungsrohr 2 ange­ ordneten Achse 3 ist jeweils ein Meßrad 4 gelagert. Jedes Meß­ rad 4 ist dabei so drehbar gelagert, daß es sich unabhängig von dem anderen Meßrad 4 drehen läßt. Die beiden Meßräder 4 laufen hier in zwei zueinander parallelen Ebenen um.

In der Achse 3 ist jeweils einem Meßrad 4 zugeordnet je ein Meßgerät 5 gelagert. Dieses Meßgerät 5 besteht hier aus ei­ nem bidirektionalen inkrementalen Drehimpulsgeber. Diese Dreh­ impulsgeber 5 sind mittels nicht dargestellter Leitungen mit einer Elektronikeinheit 6 verbunden, an die sie die digitalen Meßimpulse weiterleiten.

Die Elektronikeinheit 6 besitzt einen Mikroprozessor. Wei­ terhin ist - hier unmittelbar in die Elektronikeinheit inte­ griert - ein Display 7 vorgesehen und es sind hier neben dem Display Tasten angeordnet, die beispielsweise in Form einer Fo­ lientastatur ausgebildet sind und über die bestimmte Funktionen der Elektronikeinheit steuerbar sind.

In dem insbesondere für den Transport zerlegbaren Füh­ rungsrohr 2 sind noch Batterien 8 angeordnet, die der Stromver­ sorgung der Elektronikeinheit und des Displays dienen und die z. B. aufladbare NC-Akkus sein können. Das Display ist stromspa­ rend ausgebildet, so daß dieses bei einer Spannung von 5 V nur etwa 100 mA Strom braucht.

Die hier dargestellte Ausführungsform weist darüber hinaus noch ein Stützrad 9 auf. Wenn dieses Stützrad als mindestens drittes Rad auf der zu vermessenden Fläche ebenso aufliegt, wie die beiden Meßräder 4, so wird verhindert, daß lediglich durch Verschwenken des Führungsrohres 2 mittels des Führungsgriffes 1 ein Impuls von den den Rädern 4 zugeordneten Drehgeber 5 gemes­ sen wird.

Claims (9)

1. Gerät zum Erfassen oder Übertragen von Konturen in der Ebene mit zwei Meßrädern, deren Drehachsen parallel zueinander ausgerichtet sind und über die Ebene führbar und unabhängig voneinander rollbar sind, bei dem an jedem Meßrad (4) ein in­ krementaler Drehgeber (5) angeordnet ist, und die Drehgeber (5) mit einer Elektronikeinheit (6) verbunden sind, die einen Mi­ kroprozessor und einen Speicher aufweist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der beiden Meßräder (4) in einer Achse liegen.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Speicher ein nichtflüchtigen Speicher ist.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektronikeinheit (6) eine Daten-Schnitt­ stelle aufweist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gerät ein Display (7) aufweist.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die die Meßräder (4) haltende Achse an einem Führungsrohr (2) mit einem Führungsgriff (1) angeordnet ist.

7. Gerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektronikeinheit (6) und das Display (7) od. dgl. an dem den Meßrädern (4) abgewandten Ende des Führungs­ rohres (2) angeordnet ist.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gerät ein zusätzliches Stützrad (9) auf­ weist.

9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vorzugsweise mittig zwischen den beiden Meß­ rädern (4) ein Zeiger bzw. ein Markierungsgerät angeordnet ist.