<Desc/Clms Page number 1>
WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR DE VERIFICATIE EN IDENTIFICATIE
VAN EEN MEETINRICHTING
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de verificatie en d identificatie van een meetinrichting voor het meten van de ruimtelijke positie van een o meerdere punten die zich in het meetvolume van de meetinrichting bevinden, waarbij ee kalibreringvan de meetinrichting wordt uitgevoerd volgens dewelke een mathematisc model wordt berekend dat toelaat om de ruimtelijke positie van een door d meetinrichting waargenomen punt te bepalen.
De huidige meetinrichtingen dienen telkens wanneer d meetnauwkeurigheid van de inrichting onvoldoende is, bijvoorbeeld ingevolg thermische of mechanische schokken die zich voordoen bij het transport van d meetinrichting, opnieuw gekalibreerd te worden. Een dergelijke kalibrering is het omslachtig en kan meerdere dagen in beslag nemen.
Voor optische meetsystemen, die de positie van een punt bepalen m ( behulp van een of meerdere camera's, worden bij de kalibrering van de meetinrichtin een grote hoeveelheid punten opgemeten die op een raster met gekende afmetinge gelegen zijn. Aan de hand van de aldus opgemeten punten wordt een mathematisc model gegenereerd dat toelaat om de driedimensionale coördinaten van een door d camera's waargenomen punt te berekenen.
Wanneer de onderlinge posities van de camera's van de meetinrichtin enigszins wijzigen, bijvoorbeeld ingevolge thermische of mechanische belastingen bij h ( transport ervan, kan een meetfout van de grootteorde van 0, 5 mm optreden. Volgens d huidige stand van de techniek dient de meetinrichting dan volledig opnieuw gekalibreer te worden.
<Desc/Clms Page number 2>
Bij klassieke coördinatenmeetmachines ("CMM") worden de punten van een voorwerp, waarvan de afmetingen of de positie dient bepaald te worden, aangeraakt met behulp van een meettaster die op een robotarm, meer bepaald op een zogenaamde manipulator, gemonteerd is. Wanneer zich een botsing voordoet tussen het te meten voorwerp en de manipulator of de meettaster, dient een nieuwe kalibrering uitgevoerd te worden. Bij een dergelijke kalibrering worden een of meerdere referentiestaven met een gecertificeerde lengte beurtelings volgens de drie orthogonale assen van het assenstelsel, dat gehanteerd wordt door de coördinatenmeetmachine, opgemeten en worden vervolgens de parameters van de coordinatenmeetmachine aangepast op basis van de metingen die uitgevoerd werden op de referentiestaaf. Dit is eveneens een heel omslachtige procedure.
De uitvinding wil aan deze nadelen verhelpen door een werkwijze voor te stellen welke toelaat om op een heel eenvoudige wijze de meetnauwkeurigheid van een meetinrichting te verbeteren wanneer deze onderhevig is geweest aan thermische of mechanische schokken, of aan andere decalibratiefenomenen, zonder dat deze opnieuw dient gekalibreerd te worden.
Tot dit doel wordt een referentieobject met vooraf bepaalde afmetingen in het meetvolume gebracht en wordt vervolgens de positie van meerdere punten van dit referentieobject bepaald met behulp van de meetinrichting, waarbij de onderlinge ligging van de aldus bepaalde positie van de punten van het referentieobject wordt berekend en wordt vergeleken met de werkelijke afmetingen van het referentieobject en, op basis van de aldus vastgestelde afwijkingen tussen de gemeten onderlinge positie van de punten van het referentieobject en de werkelijke afmetingen van het referentieobject, genoemd model wordt aangepast.
Doelmatig wordt voor verschillende oriëntaties van het referentieobject de positie van genoemde punten van het referentieobject bepaald.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm voorziet men op genoemd referentieobject referentiepunten en meet men de positie van deze referentiepunten met behulp van genoemde meetinrichting zodanig dat de oriëntatie en/of de positie van het meetobject gedetermineerd zijn wanneer de positie van genoemde punten ervan bepaald wordt.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een referentieobject voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding.
<Desc/Clms Page number 3>
Dit referentieobject is gekenmerkt doordat dit minstens twee referentieorganen bevat waarvan de onderlinge positie bepaald is, waarbij deze referentieorganen met elkaar verbonden zijn via een verbindingsstuk dat een verwaarloosbare thermische uitzettingscoëfficiënt vertoont.
Volgens een voordelige uitvoeringsvorm van het referentieobject, volgens de uitvinding, vertoont dit referentiepunten die toelaten om de verplaatsing ervan te bepalen. Deze referentiepunten worden bijvoorbeeld gevormd door lichtemitterende diodes (LED's).
Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiema volgende beschrijving van enkele specifieke uitvoeringsvormen van de werkwijze en het referentieobject volgens de uitvinding ; deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de draagwijdte niet van de gevorderde bescherming ; de hiema gebruikte verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toegevoegde figuren.
Figuur 1 is een schematisch zijaanzicht van een referentieobject volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding.
Figuur 2 is een schematische voorstelling van een meetinrichting met een referentieobject, volgens de uitvinding.
Figuur 3 is een schematisch zijaanzicht van een referentieobject volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding.
Figuur 4 is een schematisch zijaanzicht van een referentieobject, volgens een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding.
In de verschillende figuren hebben dezelfde verwijzingscijfers betrekking op dezelfde of analoge elementen.
In figuur 1 is een eerste uitvoeringsvorm van het referentieobject volgens de uitvinding voorgesteld. Dit referentieobject 1 bevat twee sfeervormige referentieorganen 2 en 3 die onderling verbonden zijn door middel van een verbindingsstuk dat gevormd wordt door een langwerpige ronde staaf 4. Deze staaf 4 is bijvoorkeur vervaardigd uit koolstofvezels en vezels uit poly-paraphenylene terephthalamide die zich volgens de lengterichting van de staaf 4 uitstrekken of volgens een cilindrische schroeflijn in deze staaf 4 gewikkeld zijn. Genoemde vezels uit polyparaphenylene terephthalamide zijn bekend onder de merknaam Kevlar9. Eventueel kan de staaf 4 bestaan uit composietmaterialen op basis van deze vezels.
<Desc/Clms Page number 4>
De afmetingen van de sfeervormige referentieorganen 2 en 3 en hun onderlinge afstand en positie wordten nauwkeurig bepaald en eventueel gecertificeerd door een bevoegde instelling.
Teneinde ervoor te zorgen dat de lengte van de staaf 4 temperatuursonafhankelijk is, is deze in het bijzonder samengesteld uit vezels met een negatieve thermische uitzettingscoëfficiënt, zoals bijvoorbeeld vezels uit polyparaphenylene terephthalamide, en vezels met een positieve thermische uitzettingscoëfficiënt, zoals bijvoorbeeld koolstofvezels. De hoeveelheid van vezels met een positieve uitzettingscoëfficiënt en van deze met een negatieve uitzettingscoëfficiënt wordt zodanig gekozen dat de totale uitzettingscoëfficiënt van de staaf nagenoeg gelijk is aan nul, of minstens verwaarloosbaar is.
Aldus wordt het percentage van de respectievelijke vezels zodanig gekozen dat dit omgekeerd evenredig is met de respectievelijke uitzettingscoëfficiënt ervan.
Om een eventuele beinvloeding van de eigenschappen van de staaf 4 door de luchtvochtigheid te vermijden, wordt deze laatste bijvoorkeur bekleed met een waterdichte deklaag.
Elk van de sfeervormige referentieorganen 2 en 3 bestaat bijvoorbeeld uit een keramische, stalen ofkunstrobijnen bolvormige kogel.
In de werkwijze volgens de uitvinding, wordt een dergelijk referentieobject aangewend voor de verificatie en de identificatie van een meetinrichting. Bij deze verificatie wordt nagegaan of de meetinrichting een correcte meting en een positiebepaling met de vereiste nauwkeurigheid toelaat. Deze nauwkeurigheid is
EMI4.1
3 bijvoorbeeld van de grootteorde van 0, mm voor een meetvolume van 10m3.
Bij de identificatie wordt het model van de meetinrichting dat bepaald werd bij de kalibrering ervan enigszins aangepast op basis van het resultaat van genoemde verificatie teneinde de vereiste meetnauwkeurigheid te bereiken. Dit gebeurt bijvoorbeeld door de waarde van parameters van genoemd model en de invloed ervan op de vastgestelde meetfout te berekenen en deze parameters vervolgens in het model aan te passen. Bij een optisch meetsysteem kunnen dergelijke parameters bijvoorbeeld de onderlinge positie van, en de hoeken tussen, de verschillende camera's ervan zijn, of de lenskarakteristieken van de camera's, enz.
<Desc/Clms Page number 5>
In figuur 2 is, bij wijze van voorbeeld, schematisch een meetinrichting voorgesteld. Deze meetinrichting bestaat uit een optisch meetsysteem met drie camera's 5,6 en 7 die samenwerken met een rekeneenheid of een computer 8. De ruimte die zich binnen het gezichtsveld van de camera's 5,6 en 7 bevindt en waarin de positie van punten kan worden gemeten met de meetinrichting, vormt een zogenaamd meetvolume 9.
Bij het meten van de ruimtelijke positie van punten die zich in het meetvolume 9 bevinden, wordt gebruik gemaakt van een houder 11 waarop meerdere referentiepunten 12,13 en 14, die elk gevormd worden door een lichtemitterende diode, voorzien zijn. De houder 11 bevat een meettaster 20 waarmee deze tegen een te meten punt van een voorwerp wordt geplaatst. De positie van de referentiepunten 12,13 en 14 van de houder 11 wordt vervolgens gemeten teneinde de positie en oriëntatie van deze laatste te bepalen en bijgevolg de positie van het gemeten punt te kennen. Een dergelijke houder 11 is op zich bekend en wordt bijvoorbeeld beschreven in het octrooidocument WO 98/48241.
Zoals in de inleiding van de beschrijving werd uiteengezet, wordt een dergelijke meetinrichting gekalibreerd door de positie van een grote hoeveelheid punten op te meten die op een orthogonaal raster met gekende afmetingen gelegen zijn. Aan de hand van de aldus opgemeten punten wordt een mathematisch model gegenereerd dat toelaat om de driedimensionale coördinaten van een willekeurig punt dat zieh in genoemd meetvolume 9 bevindt te bepalen.
Nadat de meetinrichting getransporteerd werd, of onderhevig is geweest aan thermische schokken, dient een verificatie en een identificatie van het meetsysteem uitgevoerd te worden. Hierbij wordt een referentieobject 1 in het meetvolume 9 gebracht en worden de gekende afmetingen ervan opgemeten met het meetsysteem. Het referentieobject l, dat voorgesteld wordt in figuur 2, werd hierboven reeds beschreven.
Dit referentieobject 1 wordt op een staander 10 gemonteerd zodanig dat het een vaste positie kan innemen in genoemd meetvolume 9. Vervolgens worden de posities van een aantal punten op het oppervlak van de sfeervormige referentieorganen 2 en 3 gemeten met behulp van genoemde houder 11.
Bij voorkeur wordt de positie van minstens vier punten van elk referentieorgaan 2 en 3 gemeten zodanig dat, met behulp van genoemde computer, het
<Desc/Clms Page number 6>
exacte oppervlak en eventueel het middelpunt ervan kan berekend worden, evenals de afstand tussen deze referentieorganen 2 en 3 en de respectievelijke diameter ervan.
Deze aldus door de meetinrichting bepaalde afmetingen van het referentieobject 1 worden vervolgens vergeleken met de exacte afmetingen ervan. Meer bepaald, wordt de door de meetinrichting gemeten afstand tussen de referentieorganen 2 en 3 vergeleken met de vooraf bepaalde werkelijke afstand ertussen.
Deze meting van het referentieobject 1 en de vergelijking met de werkelijke afmetingen ervan wordt, bij voorkeur, voor verschillende oriëntaties of posities van het referentieobject 1 in genoemd meetvolume 9 uitgevoerd. Aldus dient het referentieobject 1 zich hierbij niet volgens de door de meetinrichting gehanteerde orthogonale assen uit te strekken en kan het referentieobject 1 bijvoorbeeld volgens enkele willekeurige oriëntaties opgemeten worden.
Op basis van de aldus vastgestelde afwijkingen van de meetresultaten ten opzichte van de werkelijke afmetingen van het referentieobject 1 wordt tenslotte genoemd mathematisch model enigszins aangepast, bijvoorbeeld door voor bepaalde parameters ervan een correctiefactor toe te passen, teneinde de nauwkeurigheid van de meetinrichting te verbeteren zodat deze evenwaardig is aan de meetnauwkeurigheid die wordt bereikt na een kalibrering van de meetinrichting. Wanneer bijvoorbeeld een van de camera's van het meetsysteem zich ingevolge een mechanische schok over een bepaalde hoek verplaatst heeft ten opzichte van de overige camera's ervan, wordt de invloed hiervan gecorrigeerd door, met behulp van de vastgestelde afwijkingen, genoemd model te corrigeren zonder dat een volledig nieuwe kalibrering van de inrichting vereist is.
Eventueel kan bovenstaande werkwijze meerder malen herhaald worden zodanig dat een iteratief proces wordt verkregen voor het aanpassen van genoemd mathematisch model.
In bepaalde gevallen is het slechts vereist om een identificatie toe te passen op bepaalde parameters van de meetinrichting, met name op de parameters die bijvoorbeeld de grootste invloed hebben op de juistheid van de positiemetingen zoals de onderlinge hoeken van de camera's bij een optische meetinrichting. In een dergelijk geval worden alleen deze parameters aangepast in genoemd mathematisch model bij de identificatie.
<Desc/Clms Page number 7>
Door gebruik te maken van genoemde houder 11 voor het bepalen van de afmetingen en de onderlinge positie van de referentieorganen 2 en 3 van het referentieobject 1 worden meetfouten die optreden ingevolge het gebruik van deze houder 11 bij het meten van de positie van punten in genoemd meetvolume 9, en waarmee eventueel geen rekening gehouden werd bij het kaliberen van de meetinrichting, eveneens gecorrigeerd.
Genoemd referentieobject kan in zeer uiteenlopende vormen of afmetingen vervaardigd worden. In figuur 3 is een tweede uitvoeringsvorm van het referentieobject 1, volgens de uitvinding, weergegeven. Dit referentieobject 1 is verschillend van de vorige uitvoeringsvorm doordat elk van genoemde referentieorganen 2 en 3 gevormd wordt door een plaatje waarin een uitsparing 15, respectievelijk 16, bijvoorbeeld in de vorm van een cilindrische boring, voorzien is. De afmetingen van deze uitsparingen 15 en 16 zijn zodanig gekozen dat een meettaster, die voorzien is aan genoemde houder 11, nagenoeg passend in deze uitsparingen 15 en 16 aangebracht kan worden.
Aldus wordt, bij de werkwijze volgens de uitvinding, de afstand tussen deze twee uitsparingen 15 en 16 opgemeten met behulp van genoemde houder 11 door de meettaster opeenvolgend in elk van deze uitsparingen te plaatsen en aldus de positie ervan te bepalen.
Aan de hand van de afwijkingen die worden vastgesteld tussen de gemeten afstand tussen deze uitsparingen 15 en 16 en de werkelijke waarde van deze afstand, wordt vervolgens genoemd mathematisch model aangepast.
In figuur 4 is een derde uitvoeringsvorm van het referentieobject 1, volgens de uitvinding, weergegeven. Dit referentieobject 1 stemt overeen met het referentieobject dat in figuur 1 werd voorgesteld, doch is verder voorzien van referentiepunten 17,18 en 19 die waameembaar zijn door genoemde camera's. Bij voorkeur wordt elk van deze referentiepunten 17,18 en 19 gevormd door een lichtemitterende diode (LED).
Het gebruik van een dergelijk referentieobject 1 heeft als voordeel dat, bij het toepassen van de werkwijze, volgens de uitvinding, het niet vereist is om dit referentieobject op een vaste positie te houden in de meetruimte 9 wanneer met behulp van de meetinrichting de afstand tussen de referentieorganen 2 en 3 ervan wordt bepaald.
<Desc/Clms Page number 8>
Het referentieobject 1 wordt aldus, bijvoorbeeld op een niet-starre manier gemonteerd in genoemd meetvolume 9, of door een persoon dit meetvolume 9 vastgehouden, terwijl met behulp van de meetinrichting de positie van de referentieorganen 2 en 3 wordt bepaald. Hierbij worden eveneens de positie van de referentiepunten 17,18 en 19 van het referentieobject 1 door genoemde camera's van de meetinrichting waargenomen en wordt aldus de positie van deze referentiepunten 17,18 en 19 gemeten. Aldus is voor elke meting van de positie van een punt van een referentieorgaan 2 of 3 die uitgevoerd wordt, de overeenkomstige positie en oriëntatie van het referentiebject 1 bepaald.
Dit laat toe dat genoemde persoon, die het referentieobject 1 vasthoudt, dit laatste, bijvoorbeeld na het meten van de positie van het eerste referentieorgaan 2, in een andere positie houdt voor het bepalen van de positie van het tweede referentieorgaan 3.
De afstand tussen de twee referentieorganen 2 en 3 wordt dan door de meetinrichting berekend rekening houdend met de overeenkomstige gemeten relatieve posities en oriëntaties van het referentieobject 1.
Vervolgens wordt, zoals hierboven beschreven, de aldus berekende afstand tussen de referentieorganen 2 en 3 vergeleken met de werkelijke afstand ervan en wordt genoemd mathematisch model aangepast.
Niettegenstaande de uitvoeringsvorm van het referentieobject, die voorgesteld werd in figuur 4, drie referentiepunten vertoont, kunnen eventueel meer dan drie referentiepunten voorzien zijn. Ook is het mogelijk dat het referentieobject 1 slechts een of twee referentiepunten heeft wanneer de positie van de staaf 4 tijdens het opmeten over geringe afstanden, bijvoorbeeld van de grootteorde van 1 mm, verplaatst wordt.
Het is duidelijk dat de onderlinge positie van de referentiepunten 17,18 en 19 op het referentieobject niet relevant is aangezien enkel de relatieve positie van elk referentiepunt wordt gemeten. Deze dienen enkel op een voldoende afstand van elkaar gelegen te zijn teneinde een nauwkeurige positiebepaling van het referentieobject 1 mogelijk te maken.
Bij de metingen die uitgevoerd worden met de meetinrichting bij de werkwijze volgens de uitvinding, worden de referentiepunten 12,13, 14,17, 18 en 19 bijvoorkeur beurtelings opgemeten.
<Desc/Clms Page number 9>
Wanneer bij deze metingen deze referentiepunten gelijktijdig worden opgemeten, worden de verschillende referentiepunten bijvoorbeeld door tijdsmultiplexing onderscheiden. Deze techniek is reeds bekend.
Niettegenstaande bovenstaande beschrijving betrekking heeft op een optisch meetsysteem, kan de werkwijze en het referentieobject toegepast worden in allerhande meetinrichtingen voor het bepalen van de ruimtelijke positie van punten van een voorwerp. In het bijzonder is de werkwijze en het referentieobject, volgens de uitvinding, niet alleen geschikt om in optische meetsystemen toegepast te worden, maar bijvoorbeeld ook in coördinaten meetmachines.
De werkwijze en het referentieobject, volgens de uitvinding, zijn zeer interessant om aangewend te worden in optische meetinrichtingen waarbij gebruik gemaakt wordt van bijvoorbeeld twee of meer vlakke camera's of drie of meer lineaire camera's, of van een combinatie van deze.
De uitvinding is natuurlijk niet beperkt tot de hierboven beschreven en in bijgaande figuren voorgestelde uitvoeringsvormen van het referentieobject en van de werkwijze volgens de uitvinding. Zo kan het referentieobject bijvoorbeeld eenvoudigweg gevormd worden door een staaf met een gekende lengte en worden de referentieorganen gevormd door de uiteinden van deze staaf.
Genoemde referentiepunten kunnen niet alleen bestaan uit lichtemitterende diodes (LED's), zoals bijvoorbeeld infrarood LED's, maar kunnen eveneens gevormd worden door reflectoren of door gekleurde markeringen.
Verder kan het referentieobject voorzien zijn van meer dan twee referentieorganen en kunnen deze alle mogelijke vormen vertonen, zoals bijvoorbeeld de vorm van een kubus, een tetraëder, een kegel, een halve sfeer, etc.