SE456454B

SE456454B - Exact determn. appts. for surface topography

Info

Publication number: SE456454B
Application number: SE8700638A
Authority: SE
Inventors: Lars David Huge Lindqvist
Original assignee: Lars David Huge Lindqvist
Priority date: 1987-02-17
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1988-10-03
Also published as: SE8700638L; SE8700638D0

Abstract

A probe with a body shaped in one part with a defined monitoring surface has at least two light points fixed to the body at a distance from each other and from the monitoring surface. The product of the number of measurement dimensionsand the number of light points amounts to at least six. The monitoring surface has the shape of an end surface on a point, and the light points and the centre of the end surface are in a straight line, the light points being separately illuminable. In this case, there are two light points. Where three light points are used, they do not lie in a straight line. Where three light points are involved, the distance between a first and second of them is different from that between the second and third points. The body of the probe has a curved shape between the end surface and the light point nearest to it.

Description

456 454 2 Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en anordning av det inledningsvis nämnda slaget, vilken är enkel i till- verkning och billig i användning, men som ändå ger mätresultat av Q god precision. The object of the present invention is therefore to provide a device of the kind mentioned in the introduction, which is simple in manufacture and inexpensive to use, but which nevertheless gives measurement results of Q good precision.

Enligt uppfinningen utgår man från känd teknik i form av mätorgan med förmåga att mäta i åtminstone en dimension, d.v.s. kameror, t.ex. av den typ som tillämpas inom ett system, som marknadsföres under beteckningen Saab Position. I detta system använder man kameror med fotodiodarrayer i kombination med cylindriska linser, vilket medger, att en ljuspunkt med stor precision och säkerhet kan mätas in i en dimension med hjälp av en kamera, om ljuspunkten faller inom kamerans synfält, som t.ex. vara 600 x 120. En ljuspunkt i rymden blir sålunda entydigt bestämd vad gäller xyz-koordinater med hjälp av tre kameror, om den ligger inom deras gemensamma synfält. Kamerorna är kopplade till en enhet, innefattande funktioner för signalbehandling, beräkning och presentation.According to the invention, one starts from known technology in the form of measuring means capable of measuring in at least one dimension, i.e. cameras, e.g. of the type applied within a system, which is marketed under the name Saab Position. In this system, cameras with photodiode arrays are used in combination with cylindrical lenses, which allows a light point with great precision and safety to be measured into a dimension with the help of a camera, if the light point falls within the camera's field of view, such as. be 600 x 120. A point of light in space is thus unambiguously determined in terms of xyz coordinates by means of three cameras, if it is within their common field of view. The cameras are connected to a unit, including functions for signal processing, calculation and presentation.

Enligt uppfinningen utmärkes en anordning av det inledningsvis nämnda slaget av ett proborgan med en kropp i en del utformad med en defi- nierad avkänningsyta, varvid åtminstone två ljuspunkter är fast anord- nade på kroppen, på avstånd från varandra och från avkänningsytan, var- vid produkten av antalet mätorgan och antalet ljuspunkter uppgår åt- minstone till sex.According to the invention, a device of the initially mentioned kind is characterized by a probe member with a body in a part formed with a defined sensing surface, wherein at least two light points are fixedly arranged on the body, at a distance from each other and from the sensing surface, wherein the product of the number of measuring devices and the number of light points amounts to at least six.

Med en sådan anordning kan man söka av en yta genom att låta probor- ganet lätt beröra de önskade mätpunkterna med den nämnda avkännings- ytan, och För varje vald mätpunkt medelst mätorganen, d.v.s. kamerorna och tillhörande enhet för signalbehandling, beräkning och presentation, fastställa avkänningsytans, d.v.s. mätpunktens läge i xyz-koordi- nater.With such a device it is possible to search for a surface by allowing the probe to easily touch the desired measuring points with the said sensing surface, and For each selected measuring point by means of the measuring means, i.e. the cameras and associated unit for signal processing, calculation and presentation, determining the sensing surface, i.e. the position of the measuring point in xyz coordinates.

Lämpligen har avkänningsytan formen av en ändyta på en spets. Härmed menas givetvis, att ändytan utgöres av en geometriskt väl definierad 5 minimal yta i form t.ex. av ett övre tvärsnitt av en stympad kon.Preferably, the sensing surface has the shape of an end surface on a tip. By this is meant, of course, that the end surface consists of a geometrically well-defined minimal surface in the form of e.g. of an upper cross-section of a truncated cone.

Spetsen bör givetvis vara tillverkad av ett nötningståligt material. Ä 456 454 Man kan nu tänka sig olika utformningar av proborganet. Om man begrän- sar sig till två ljuspunkter, behövs tydligen minst tre mätorgan, d.v.s. kameror om var och en av dem mäter i en dimension. I ett sådant fall måste ljuspunkterna och ändytan centrum befinna sig på en rät linje, och dessutom måste ljuspunkterna vara separat illuminerbara, för ått man skall kuna fastställa på vilken sida om ljuspunkterna ändytan befinner sig. Ljuspunkterna kan utgöras av lysdioder, d.v.s. vara aktiva, men kan även utgöras av passiva, d.v.s. reflekterande ytor.The tip should of course be made of an abrasion resistant material. Ä 456 454 Different designs of the probe member are now conceivable. If one limits oneself to two points of light, at least three measuring means are obviously needed, i.e. cameras if each of them measures in one dimension. In such a case, the light points and the end face center must be in a straight line, and in addition the light points must be separately illuminable, in order to be able to determine on which side of the light points the end face is located. The light points can be constituted by LEDs, i.e. be active, but can also consist of passive, i.e. reflective surfaces.

Om man använder tre ljuspunkter och dessa ej placeras på en rät linje, kan ändytans läge i xyz-koordinater fastställas med enbart två mätor- gan, d.v.s. kameror. Dm ljuspunkterna dessutom placeras så på pro- borganet, att avståndet från den första ljuspunkten till den andra skiljer sig från avståndet mellan den andra ljuspunkten och den tredje, kan man använda fast ljus vid lägesbestämningen, även om det är enk- lare att även i detta fall anordna ljuspunkterna separat illuminerbara.If three light points are used and these are not placed on a straight line, the position of the end surface in xyz coordinates can be determined with only two measuring elements, i.e. cameras. In addition, if the light points are placed on the probate so that the distance from the first light point to the second differs from the distance between the second light point and the third, fixed light can be used in determining the position, although it is easier to cases arrange the light points separately illuminable.

Det föreligger ofta, som nämndes ovan, ett behov att fastställa läget på mätpunkter, vilka inte är lätt direkt åtkomliga. I sådana fall kan man använda ett proborgan, vilkets kropp mellan en ljuspunkt närmast ändytan och denna är utformad krökt. Härigenom kan man fastställa t.ex. yttopografien även på baksidan av ett föremål, eller i hålighe- ter, om blott ljuspunkterna är synliga för mätorganen, d.v.s. kamerorna.There is often, as mentioned above, a need to determine the position of measuring points, which are not easily directly accessible. In such cases, a probe member can be used, the body of which is curved between a point of light closest to the end surface and this. In this way, one can determine e.g. the surface topography also on the back of an object, or in cavities, if only the light points are visible to the measuring means, i.e. the cameras.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare, med hänvisning till de bifo- gade ritningarna, på vilka figur 1 schematiskt visar en anordning en- ligt uppfinningen, och figur 2 schematiskt visar ett proborgan enligt uppfinningen.The invention will now be described in more detail, with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows a device according to the invention, and Figure 2 schematically shows a probe member according to the invention.

I figur 1 betecknar 1 och 2 mätorgan, i detta fall kameror med cylindriska linser och fotodioarrayer, båda med förmåga att fastställa en ljus- punkts läge i en dimension, i detta fall i horisontell led, d.v.s. azimutmätning. 3 betecknar en motsvarande kamera mätande i vertikal led, d.v.s. elevation. Kamerornas horisontella synfält betecknas med Q, det vertikala med 5. Det gemensamma synfältet, vilket även 456 454 Å f* schematiskt visar mätobjektet, har beteckningen 6. Ett proborgan innefattar en kropp 7 i form av en linjär stav, i ena änden utformad med en väl definierad ändyta 8 och två lysdioder 9, 10 på avstånd från varandra och från ändytan. I systemet ingår även vissa icke visade enheter, såsom en enhet för växelvis illuminering av lysdioderna 9 och 10, samt enheter för signalbehanling av de från kamerorna 1-3 inkommande mätsignalerna med information om den för ögonblicket illuminerade lysdiodens läge, samt enheter för beräkning och presen- tation. Enheten för beräkning utgöres av en dator, vilken programmerats med uppgifter om de exakta avstånden mellan lysdioderna 9, 10 och ändytan 8.In Figure 1, 1 and 2 denote measuring means, in this case cameras with cylindrical lenses and photodiora arrays, both capable of determining the position of a light point in a dimension, in this case in a horizontal direction, i.e. azimuth measurement. 3 denotes a corresponding camera measuring vertically, i.e. elevation. The horizontal field of view of the cameras is denoted by Q, the vertical by 5. The common field of view, which also 456 454 Å f * schematically shows the measuring object, is denoted by 6. A probe means comprises a body 7 in the form of a linear rod, at one end formed with a well-defined end surface 8 and two LEDs 9, 10 at a distance from each other and from the end surface. The system also includes certain units not shown, such as a unit for alternating illumination of LEDs 9 and 10, as well as units for signal processing of the measuring signals coming from cameras 1-3 with information about the position of the currently illuminated LED, as well as units for calculation and presen. - tation. The unit for calculation consists of a computer, which is programmed with information about the exact distances between the LEDs 9, 10 and the end surface 8.

Bestämningen av ytans 6 topografi går nu så till, att proborganet 7-1D flyttas successivt över ytan med ett önskat antal mätpunkter, be- roende på hur exakt man önskar definiera ytan. För varje mätpunkt illu- míneras, separat, de två lysdioderna 9, 1D och motsvarande lägen fast- ställes för lysdioderna. Med hjälp av det nämnda datorprogrammet kan så ändytans olika lägen beräknas och presenteras, varigenom ytans 6 topografi blir beskriven, Proborganet kan förflyttas och läggas an mot den avsökta ytan på olika sätt, antingen manuellt eller maskinellt.The determination of the topography of the surface 6 now proceeds so that the probe member 7-1D is moved successively over the surface with a desired number of measuring points, depending on how precisely one wishes to define the surface. For each measuring point, the two LEDs 9, 1D are illuminated separately and the corresponding positions are determined for the LEDs. With the aid of the said computer program, the different positions of the end surface can be calculated and presented, whereby the topography of the surface 6 is described, the Proborganet can be moved and applied to the scanned surface in different ways, either manually or mechanically.

I figur 2 visas ett proborgan med en kropp innefattande två raka de- lar 11, 12, som bildar en viss inbördes vinkel, och en bågformad del 13. I dennas ena ände är en spetsdel 14 anbragt, avslutad med en stym- pad kon med yttre begränsníngsyta 15, vilken fungerar som avkännings- yta. Tre lysdioder 16, 17 och 18 är osymmetriskt fördelade utefter kroppen 11, 12, Detta proborgan användes på samma sätt som nämndes ovan. Dock möjliggör det avkänning även av svåråtkomliga ytor, t.ex. inuti håligheter eller på baksidan av föremål. Det viktiga är endast, att de tre lysdioderna måste vara belägna inom de använda mätorganens, d.v.s. kamerornas gemensamma synfält. Även mätorgan med förmåga att mäta i två dimensioner, d.v.s. kameror med sfäriska linser och tvådimensionellt fotodiodarrayarrangemang kan ingå i anordningen enligt uppfinningen. 'uFigure 2 shows a probe member with a body comprising two straight parts 11, 12, which form a certain mutual angle, and an arcuate part 13. At one end thereof a tip part 14 is arranged, terminated with a truncated cone with outer boundary surface 15, which acts as a sensing surface. Three LEDs 16, 17 and 18 are asymmetrically distributed along the body 11, 12. This probe means is used in the same manner as mentioned above. However, it also enables the detection of hard-to-reach surfaces, e.g. inside cavities or on the back of objects. The important thing is only that the three LEDs must be located within the measuring means used, i.e. the cameras' common field of view. Also measuring means capable of measuring in two dimensions, i.e. cameras with spherical lenses and two-dimensional photodioder array arrangements can be included in the device according to the invention. 'u

Claims

A device for accurately determining the topography of a surface, comprising at least two measuring means, each capable of measuring in at least one measuring dimension. For determining the position of light points in space, characterized by a probe means, having a body ( 7) in a part formed with a defined sensing surface (8), wherein at least two light points (9, 10) are fixedly arranged on the body, at a distance from each other and from the sensing surface, the product of the number of measuring dimensions (1,2,3 ) and the number of light points (9.1U) is at least six. Device according to claim 1, characterized in that the sensing surface has the shape of an end surface (8, 15) on a tip. Device according to claim 2, wherein the number of light points is two, characterized in that the light points (9,1Û) and the center of the end surface (8,15) are on a straight line, the light points being separately illuminable. Device according to claim 2, wherein the number of light points is three, characterized in that the light points (16, 17, 18) are not in a straight line. Device according to claim 4, characterized in that the distance from a first light point (16) to a second light point (17) differs from the distance between a second light point and a third light point (18). Device according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the body (13) is curved between a point of light (16) closest to the end surface (15) and this (15). 4.