CZ2010178A3 - Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space - Google Patents
Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2010178A3 CZ2010178A3 CZ20100178A CZ2010178A CZ2010178A3 CZ 2010178 A3 CZ2010178 A3 CZ 2010178A3 CZ 20100178 A CZ20100178 A CZ 20100178A CZ 2010178 A CZ2010178 A CZ 2010178A CZ 2010178 A3 CZ2010178 A3 CZ 2010178A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- platform
- measuring
- measured
- frame
- arm
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Vynález se týká zpusobu a zarízení pro merení a/nebo kalibraci polohy telesa v pracovním prostoru zahrnující i navazující prostory, sestávající z alespon dvou pohyblivých ramen, která jsou jedním koncem kloubove spojena s rámem a druhým koncem s platformou pro pripojení na merené nebo kalibrované teleso, pricemž zarízení je opatreno cidly pro snímání vzájemné polohy jednotlivých clenu zarízení kdy se po spojení platformy merícího a/nebo kalibracního zarízení s mereným nebo kalibrovaným telesem, provádí jejich libovolný pohyb v pracovním prostoru telesa prostrednictvím pohonu telesa, pricemž jsou snímány veliciny odpovídající vzájemné poloze jednotlivých clenu zarízení a na jejich podklade je stanovena poloha telesa v prostoru nebo kalibrace pohyblivých ramen s platformou, následne se odpojí jedno rameno zarízení od rámu a presune se do nové merící polohy, ve které se provádí opakovane libovolný pohyb mereného nebo kalibrovaného telesa pri soucasném snímání velicin odpovídající vzájemné poloze jednotlivých clenu zarízení, pricemž pocet merených velicin pri pohybu platformy s mereným nebo kalibrovaným telesem po odpojení jednoho libovolného pohyblivého ramene je vetší nebo alespon roven poctu stupnu volnosti volné platformy pred pripevnením na merené nebo kalibrované teleso a pri všech zapojených pohyblivých ramenech je pocet merených velicin alespon o jeden vyšší než pocet stupnu volnosti volné platformy pred pripevnením na merené nebo kalibrované teleso. Pohyblivá ramena (1) jsou spojena s rámem (6) odnímatelne, pricemž pocet cidel (7 a/nebo 8) pro snímání vzájemné polohy mezi jednotlivými cástmi ramene (1) a/nebo mezi jednotlivými cástmBACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for measuring and / or calibrating a body position in a working space including adjacent spaces consisting of at least two movable arms that are articulated at one end with a frame and a second platform platform for connection to a measured or calibrated body. wherein the device is provided with sensors for sensing the relative positions of the individual members of the device, which, when connected to a measuring and / or calibrating device platform, moves them freely within the body of the body by means of a body drive, the quantities corresponding to the relative positions of the individual members being sensed the device and its basis determine the position of the body in space or the calibration of the movable arms with the platform, then disconnect one arm of the device from the frame and move it to a new measuring position in which any motion or k is moved repeatedly the calibrated body at simultaneous sensing of quantities corresponding to the relative positions of the individual members of the device, wherein the number of measured variables when the platform is moved with the measured or calibrated body after detaching any of the movable arms is greater than or at least equal to the degree of freedom of the free platform prior to attachment to the measured or calibrated body and of all moving arms involved, the number of measured variables is at least one higher than the number of degrees of freedom of the free platform prior to mounting on the measured or calibrated body. The movable arms (1) are connected to the frame (6) removably, wherein the number of sensors (7 and / or 8) for sensing the relative position between the individual parts of the arm (1) and / or between the parts
Description
Způsob a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoruMethod and apparatus for measuring and / or calibrating a position of a body in space
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká způsobu a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v pracovním prostoru zahrnující i navazující prostory, sestávající z alespoň dvou pohyblivých ramen, která jsou jedním koncem kloubově spojeno s rámem a druhým koncem s platformou pro připojení na měřené nebo kalibrované těleso, přičemž zařízení je opatřeno čidly pro snímání vzájemné polohy jednotlivých členů zařízení.The invention relates to a method and an apparatus for measuring and / or calibrating a position of a body in a working space, including adjoining spaces, comprising at least two movable arms which are articulated at one end to the frame and the other end to a platform for connection to the measured or calibrated body. wherein the device is provided with sensors for sensing the relative position of the individual members of the device.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Určení polohy nebo kalibraci bodu, tělesa nebo útvaru v prostoru je důležitým parametrem v mnoha oblastech techniky, např. v oblasti obráběcích strojů, robotů, ve stavebnictví a pod.Positioning or calibrating a point, body, or formation in space is an important parameter in many areas of technology, such as machine tools, robots, construction, and the like.
Metody měření, případně kalibrace polohy bodu, tělesa nebo útvaru (dále budou tyto tri pojmy nahrazeny jedním pojmem a to těleso), v prostoru je založeno na určení jedné nebo několika vzdáleností mezi jedním nebo více délkovými měřícími systémy a referenčním elementem uspořádaným na objektu, případně jsou měřeny úhly mezi spojnicemi měřící system-referenční element vzájemně mezi sebou nebo vzhledem k základně (rámu) a pod. Stanoveni polohy tělesa je pak prováděno řešením geometricých závislostí mezi změřenými veličinami např. triangulací nebo trigonometrií.Methods of measuring or calibrating the position of a point, body or formation (these three terms will be replaced by one term, namely a body) in space is based on determining one or more distances between one or more length measuring systems and a reference element arranged on the object the angles between the connecting lines measuring the system-reference element with each other or with respect to the base (frame) and the like are measured. Determination of the position of the body is then performed by solving geometric dependencies between the measured quantities, eg triangulation or trigonometry.
Poloha bodu je dána třemi kartézskými souřadnicemi, poloha tělesa je dána šesti souřadnicemi (tři polohové a tri úhlové) a poloha útvaru může být dána různým počtem souřadnic od jedné po mnoho. Útvarem jsou míněna např. vzájemně vázaná tělesa v prostoru.The position of the point is given by three Cartesian coordinates, the position of the body is given by six coordinates (three positional and three angular), and the position of the body can be given by a different number of coordinates from one to many. For example, interconnected bodies in space are meant by the form.
Při dosavadních metodách měření polohy objektu je měřeno tolik veličin, kolik stupňů volnosti má měřený objekt v prostoru, t j. kolik souřadnic určení polohy objektu, bodu, tělesa nebo útvaru, v prostoru představuje.In the current methods of measuring the position of an object, as many quantities are measured as the degrees of freedom of the object to be measured in space, i.e., how many coordinates of determining the position of an object, point, body, or object in space it represents.
• · · · t «• · · · t «
V důsledky měření více veličin, kdy každá prakticky vykazuje jistou chybu, je pak výsledná přesnost určeni polohy objektu v důsledku sčítání chyb měření podstatně menší než při měření jedné vzdálenosti nebo jednoho úhlu.As a result of measuring multiple variables, each with virtually a certain error, the resulting accuracy of determining the position of an object due to the sum of measurement errors is significantly less than when measuring a single distance or an angle.
Další nevýhodou těchto určeni poloh objektu v prostoru je nákladná příprava měření daná nutnosti velmi přesné výroby, kalibraci a justáži měřicích zařízení a následně ve zdlouhavé přípravě samotného měřeni související v ustavení výchozích poloh měření.Another disadvantage of these positioning of the object in space is the expensive preparation of measurements due to the necessity of very accurate production, calibration and adjustment of the measuring devices and consequently in the lengthy preparation of the measurement itself related to the establishment of the initial measurement positions.
Tuto nevýhodu částečně odstraňuje při měření polohy objektu v prostoru řešení spočívající v současném měření vzdálenosti měřeného objektu od čtyř laserových interferometrů umístěných na základně a následném řešení přeurčených rovnic nejen pro stanovení polohy objektu v prostoru, ale i pro výchozí vzdálenosti a polohy laserových interferometrů. 1 zde však lze určit jen polohu bodu v prostoru, nikoliv orientaci tělesa, a výsledná přesnost určení polohy objektu není dostatečná a je nižší než přesnost měření výchozích vzdáleností od jednotlivých laserových interferometrů, navíc lze takto určit jen polohu bodu v prostoru, nikoliv orientaci tělesa.This disadvantage is partially eliminated when measuring the position of the object in space by simultaneously measuring the distance of the measured object from the four laser interferometers located on the base and the subsequent solution of the predetermined equations not only for determining the position of the object in space. 1, however, only the position of a point in space can be determined, not the orientation of the body, and the resulting accuracy of positioning the object is insufficient and less than the accuracy of measuring the initial distances from individual laser interferometers.
Současné metody určení polohy objektu jsou převážně založeny na měření vzdáleností, nejčastěji laserovým interferometrem, kdy jsou stanovovány souřadnice jednotlivých bodů plochy měřeného tělesa. Kromě poměrně nákladné metody takovéhoto měření dané především cenou laserových interferometrů, je nutno použit poměrně velkého počtu částí měřicího zařízení včetně jednotlivých pohonů pro každý interferometr.Current methods of determining the position of an object are mainly based on distance measurement, most often by a laser interferometer, where the coordinates of the individual points of the surface of the measured body are determined. In addition to the relatively costly method of such measurement, given mainly by the price of laser interferometers, a relatively large number of parts of the measuring device, including individual drives for each interferometer, must be used.
Byl proto vyvinut laserový sledovač (laser tracker), který vedle měření vzdáleností laserovým interferometrem od reflektoru také určuje úhlovou polohu jeho paprsku a ze sférických souřadnic určuje polohu bodu reflektoru v prostoru. Problémem tohoto zařízení je, že dosahuje menší přesnosti určení polohy bodu reflektoru v prostoru oproti přesnostem dílčích měření z důvodu sčítání chyb měření. Další nevýhodou je, že lze současně určit jen tři stupně volnosti polohy bodu v prostoru, nikoli šest stupňů volnosti polohy tělesa v prostoru.For this reason, a laser tracker has been developed which, in addition to measuring distances by a laser interferometer from the reflector, also determines the angular position of its beam and determines the position of the reflector point in space from spherical coordinates. The problem with this device is that it achieves less accurate positioning of the spotlight spot in space than the accuracy of partial measurements due to the summation of measurement errors. Another disadvantage is that only three degrees of freedom of position of a point in space can be determined at a time, not six degrees of freedom of position of a body in space.
Jiným způsobem měření jsou měření založená na optických zobrazeních snímaných kamerou nebo světločivným prvkem. Jejich problémem je menší přesnost než u měření laserovým interferometrem a opět nemožnost současně určit šest stupňů volnosti polohy tělesa v prostoru.Another method of measurement is measurements based on optical images captured by a camera or luminous element. Their problem is less accuracy than with laser interferometer measurements and again the impossibility to simultaneously determine six degrees of freedom of body position in space.
Dalším známým zařízením pro měření nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru je užití souřadnicového měřicího stroje. Jeho problémem je opět nemožnost současně určit šest stupňů volnosti polohy tělesa v prostoru. Dalšími nevýhodami jsou špatně přístupný pracovní prostor souřadnicového měřicího stroje, nutnost opatřit ho řízenými pohony a jeho velká váha a rozměry.Another known device for measuring or calibrating the position of a body in space is the use of a coordinate measuring machine. Again, his problem is the impossibility of simultaneously determining six degrees of freedom of position of the body in space. Other disadvantages are the poorly accessible working space of the coordinate measuring machine, the need to provide it with controlled drives and its large weight and dimensions.
• · · · « 44
Π JΠ J
Byly proto vyvinuty postupy pro kalibraci polohy tělesa v prostoru založené na měření polohy předem vyrobených artefaktů v prostoru, např. ve tvaru přesných koulí na nosníku nebo čtyřstěnu. Problémem je opět nemožnost současně určit šest stupňů volnosti polohy tělesa v prostoru a pokrytí celého pracovního prostoru.Therefore, procedures have been developed to calibrate the position of a body in space based on the measurement of the position of pre-fabricated artifacts in space, eg in the form of precision spheres on a beam or tetrahedron. The problem is again the impossibility to simultaneously determine six degrees of freedom of position of the body in space and coverage of the entire working space.
Dalším známým zařízením pro měření nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru je využití měřících ramen složených z alespoň dvou spolu suvně spojených částí Rameno je pak jedním koncem připojeno kloubově k platformě a druhým koncem otočně k rámu, přičemž při připojení platformy k měřenému či kalibrovanému tělesu je těleso vedeno s ramenem po předem stanovené dráze, přičemž během tohoto pohybu jsou měřeny vzdálenosti tělesa od středu otáčení a na základě těchto délkových měření je stanovena poloha tělesa v prostoru nebo provedena jeho kalibrace. Obdobná známá zařízení s využitím takovýchto měřících ramen využívají stejného principu, s tím rozdílem, že tělesem není pohybováno po kružnici.Another known device for measuring or calibrating a position of a body in space is to use measuring arms composed of at least two slidingly connected parts. The arm is then connected at one end to the platform and the other end rotatably to the frame. The distance between the body and the center of rotation is measured and the position of the body in space is determined or calibrated on the basis of these length measurements. Similar known devices using such measuring arms use the same principle, except that the body is not moved along a circle.
Nedávno bylo vyvinuto zařízení pro měření nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru, které předchozí problémy odstraňuje. Spočívá z platformy, která je pevně spojena s měřeným nebo kalibrovaným tělesem (např. vřeteno obráběcího stroje), to provádí pomocí svých pohonů libovolné pohyby v pracovním prostoru tělesa, platforma je současně spojena prostřednictvím tří ramen s rámem tělesa, platforma a ramena jsou vybavena čidly vzájemné polohy.Recently, a device has been developed for measuring or calibrating the position of a body in space, which removes the previous problems. It consists of a platform that is rigidly connected to the measured or calibrated body (eg machine tool spindle), it performs any movements in the working space of the body by means of its drives, the platform is simultaneously connected via three arms to the body frame, the platform and arms are equipped with sensors. mutual positions.
Nevýhodou posledně popsaného zařízení, které předchozí problémy odstraňuje, je omezený pracovní prostor, kde lze měřit polohu tělesa v prostoru ve všech šesti stupních volnosti současně.A disadvantage of the latter device, which removes the previous problems, is the limited working space where the position of the body in the space can be measured simultaneously in all six degrees of freedom.
Cílem tohoto vynálezu je způsob a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru, kterým by se dosáhlo vyšší přesnosti stanovení polohy měřeného objektu oproti známým zařízením, zařízení by bylo jednodušší a s nižšími pořizovacími náklady a samotné měření příslušných veličin by se zjednodušilo a tento způsob a zařízení umožňovaly měřit ve velkém pracovním prostoru tvořeném navazujícími prostory.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring and / or calibrating a position of a body in a space that provides greater accuracy in determining the position of a measured object compared to known apparatus, the apparatus would be simpler and less costly. the method and the device made it possible to measure in a large working space formed by the adjacent spaces.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Podstata způsobu měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že se po spojení platformy měřícího a/nebo kalibračního zařízení s měřeným nebo kalibrovaným tělesem, provádí jejich libovolný pohyb v pracovním prostoru tělesa prostřednictvím pohonů tělesa, přičemž jsou snímány veličiny odpovídající vzájemné poloze jednotlivých členů zařízení a na jejich podkladě je stanovena poloha tělesa v prostoru nebo jeho kalibrace, přičemž počet měřených veličin při pohybu platformy s měřeným nebo kalibrovaným tělesem po odpojení jednoho libovolného pohyblivého ramene je alespoň roven počtu stupňů volnosti volné platformy před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso a při všech zapojených pohyblivých ramenech je počet měřených veličin alespoň o jeden vyšší než počet stupňů volnosti volné platformy před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso.The principle of the method of measuring and / or calibrating a position of a body in a space according to the invention is that after connecting the platform of the measuring and / or calibration device to the measured or calibrated body, they move freely in the working space of the body by means of body drives. the quantity corresponding to the relative position of the individual members of the device and on their basis is determined the position of the body in space or its calibration, the number of measured quantities when moving the platform with the measured or calibrated body after disconnecting any movable arm is at least equal to the degrees of freedom of the free platform the measured or calibrated body and, with all moving arms involved, the number of measured quantities is at least one greater than the number of degrees of freedom of the free platform before mounting on the measured or calibrated body Sat
Před měřením a/nebo kalibrací tělesa v prostoru je provedena kalibrace zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa různorodým pohybem tělesa se spojenou platformou zařízení, při kterém jsou snímány veličiny odpovídající vzájemné poloze jednotlivých členů zařízení, na podkladě snímaných veličin je stanovena poloha měřícího nebo kalibračního zařízení vzhledem k měřenému nebo kalibrovanému tělesu a současně vzájemná poloha míst uložení pohyblivých ramen zařízení k rámu zařízení, přičemž počet měřených veličin při pohybu platformy s měřeným nebo kalibrovaným tělesem je alespoň o jeden vyšší než počet stupňů volnosti zařízení.Before measuring and / or calibrating the body in space, the device for measuring and / or calibrating the body position is calibrated by varying the movement of the body with the connected device platform, in which quantities corresponding to the relative position of the individual members of the device are scanned; a calibration device relative to the measured or calibrated body and at the same time the relative position of the locations of the movable arms of the device to the frame of the device, whereby the number of measured quantities when moving the platform with the measured or calibrated body is at least one more
S výhodou alespoň jedno měření během pohybu platformy s měřeným nebo kalibrovaným tělesem udává vzájemnou úhlovou polohu mezi dvěma členy zařízení.Preferably, the at least one measurement during movement of the platform with the measured or calibrated body indicates the relative angular position between the two members of the device.
Kinematická struktura alespoň jednoho pohyblivého ramene umožňuje současně určit více než jeden stupeň volnosti objektu v prostoru, nejčastěji je to uskutečněno tak, že se alespoň u jednoho ramene provádí dvě měření délky a/nebo úhluThe kinematic structure of at least one movable arm makes it possible to determine more than one degree of freedom of an object in space at the same time, most often by carrying out two measurements of length and / or angle on at least one arm
Podstata zařízení pro zařízení pro měřeni a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že, pohyblivá ramena jsou spojena s rámem odnímatelně, přičemž počet čidel pro snímání vzájemné polohy mezi jednotlivými částmi ramene a/nebo mezi jednotlivými částmi ramene a rámem a/nebo platformou a/nebo mezi platformou a rámem je větší než počet stupňů volnosti volné platformy před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso. Jednotlivá pohyblivá ramena zařízení jsou odpojitelná od rámu a přemístitelná do nové polohy na rámu, přičemž počet čidel pro snímání vzájemné polohy jednotlivých členů zařízení je při odpojení alespoň jednoho libovolného pohyblivého ramene větší nebo alespoň roven počtu stupňů volnosti volné platformy před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso.The principle of a device for measuring and / or calibrating a position of a body in a space according to the invention is that the movable arms are removably connected to the frame, the number of sensors for detecting relative position between the arm parts and / or between the arm parts and the frame and / or platform and / or between the platform and the frame is greater than the number of degrees of freedom of the free platform prior to attachment to the measured or calibrated body. The individual movable arms of the device are detachable from the frame and repositionable to a new position on the frame, wherein the number of sensors for detecting the relative position of each device member is greater than or equal to the number of degrees of freedom of the platform before mounting on the measured or calibrated body .
Výhodou způsobu a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru podle tohoto vynálezu je jeho zjednodušení při možnosti využití pohonů měřeného a/nebo kalibrovaného tělesa a snížení jeho pořizovacích nákladů, přičemž počtem měření, který je vyšší než počet stupňů volnosti zařízení se dosáhne vyšší přesnosti měření a/nebo kalibrace polohy tělesa v prostoru.An advantage of the method and apparatus for measuring and / or calibrating a position of a body in a space according to the present invention is that it is simplified with the possibility of using the drives of the measured and / or calibrated body and reducing its acquisition cost. higher accuracy of measurement and / or calibration of body position in space.
Oproti nedávno vyvinutým zařízením pro měření nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru, které předchozí problémy odstraňuje, užívá způsob a zařízeni podle tohoto vynálezu vždy alespoň o jedno rameno více a ramena jsou odpojitelná a přemístitelná.In contrast to the recently developed device for measuring or calibrating the position of the body in space, which eliminates the previous problems, the method and apparatus according to the invention always use at least one arm more and the arms are detachable and displaceable.
Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněno zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru, kde obr. 1 znázorňuje jednu z možných variant zařízení obr.2 až 13 znázorňují další možné varianty zařízeníThe attached figures show schematically a device for measuring and / or calibrating a position of a body in a space, where Fig. 1 shows one possible variant of the device Figs. 2 to 13 show other possible variants of the device
Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Zařízení podle vynálezu se obecně skládá z platformy 2, která je pevně připevnitelná k měřenému nebo kalibrovanému tělesu 3, z ramen 1, která se většinou skládají z částí ramen 9 spojených klouby 4, a z připevňovacich členů 11 ramen 1 k rámu 6. Klouby 4 jsou obvykle buď rotační nebo sférické 12 nebo posuvné 5. Vzájemná poloha částí ramen 9 mezi sebou nebo vůči rámu 6 nebo vůči platformě 2 je snímána čidly 7 v kinematických dvojicích kloubů 4 nebo posuvných vedeních 5 nebo je snímána vzájemná poloha bodů 8 pomocí laserových interferometrů, laserových sledovačů nebo jiným optickým způsobem.The device according to the invention generally consists of a platform 2 which is rigidly attachable to the measured or calibrated body 3, arms 1, which mostly consist of parts of arms 9 connected by hinges 4, and fastening members 11 of arms 1 to frame 6. Hinges 4 are usually either rotary or spherical 12 or sliding 5. The relative position of the arm portions 9 with respect to each other or to the frame 6 or to the platform 2 is sensed by sensors 7 in kinematic pairs of joints 4 or sliding guides 5 or trackers or other optical means.
Podle obr. 1 zařízení sestává z rámu 6, se kterým jsou otočně spojena pohyblivá ramena 1 přes připevňovací členy 11 ramen k rámu 6. Ramena 1 jsou v uložení s rámem 6 otočná jednak kolem vertikální osy a jednak kolem vodorovné osy, obecně kolem dvou rotačních os, prostřednictvím kloubu 4 a dále jsou opatřena posuvným vedením 5. Rameno 1 je na opačném konci kloubově připojeno k platformě 2 prostřednictvím kloubu 4, který je v daném případě sférickým kloubemAccording to FIG. 1, the device consists of a frame 6 with which the movable arms 1 are pivotally connected via the arm fastening members 11 to the frame 6. The arms 1 are rotatable about the vertical axis and the horizontal axis, generally about two rotational axes. the arm 1 is articulated at the opposite end to the platform 2 by means of a hinge 4, which in this case is a spherical joint
12. Veškeré klouby na tomto i dalších obrázcích jsou označeny stejnou vztahovou značkou čtyři, pokud jsou sférické, jsou označeny vztahovou značkou dvanáct, pokud jsou posuvné jsou označeny vztahovou značkou pět. S platformou 2 jsou spojena čtyři ramena 1, takže pohyb platformy 2 obsahuje šest stupňů volnosti. K platformě 2 je pevně uchyceno během měření nebo kalibrace měřené těleso 3. Zařízení dále obsahují čidla 7 pro měřeni úhlového natočení ramen 1 jak ve vodorovném, tak ve vertikálním směru a rovněž posuv ramene v posuvném vedení 5. Na tomto a na dalších obrázcích značí šipky ty pohyby v kinematických dvojicích, které jsou měřeny čidly 7. Jde jak o rotace v kloubech, tak o posuvy v posuvných vedeních. Ramena 1 mohou být pomocí připevňovacích členů 11 ramen 1 k rámu 6 od rámu 6 oddělena a přemístěna.12. All joints in this and other figures are designated with the same reference numeral four, if spherical, are indicated with the reference numeral twelve, if sliding, are indicated with the reference numeral five. Four arms 1 are connected to the platform 2 so that the movement of the platform 2 comprises six degrees of freedom. The measuring body 3 is firmly attached to the platform 2 during measurement or calibration. The devices further comprise sensors 7 for measuring the angular rotation of the arms 1 in both horizontal and vertical direction as well as the displacement of the arm in the sliding guide 5. In this and other figures These movements in kinematic pairs, which are measured by sensors 7. These are both rotations in joints and displacements in sliding guides. The arms 1 can be separated and moved from the frame 6 by means of the attachment members 11 of the arms 1 to the frame 6.
Podle obr.2 jsou čtyři ramena 1 obdobně spojena s platformou 2, jak je patrné na obr. 1, přičemž klouby 4 jsou otočné jednak kolem vertikální osy a jednak kolem vodorovné osy, ve spojeni s platformou jsou sférické 12, a navíc suvně vedeny v posuvných vedeních 5 přes připevňovací členy 11 ramen 1 k rámu 6 . Vytvořením těchto dalších posuvných vedení 5 je u tohoto příkladu provedení upuštěno od posuvných vedení 5 v jednotlivých ramenech 1. Posuvná vedeni 5 obecně nemusí ležet v jedné rovině, ale mohou ležet v různých rovinách rámu 6.According to Fig. 2, the four arms 1 are similarly connected to the platform 2 as shown in Fig. 1, wherein the joints 4 are pivotable both on the vertical axis and on the horizontal axis, in connection with the platform they are spherical 12, sliding guides 5 through the attachment members 11 of the arms 1 to the frame 6. By providing these additional sliding guides 5, in this example embodiment the sliding guides 5 in the individual arms 1 are dispensed with. The sliding guides 5 generally need not lie in one plane but can lie in different planes of the frame 6.
Podle obr.3 jsou jednotlivá ramena 1 uložena přes připevňovací členy 11 ramen 1 k rámu 6 obdobně jako na obr.l stím, že posuvné vedení v ramenech 1 je nahrazeno kloubovým spojem 10. Vzájemné natočení členů 9 ramen 1 jsou rovněž snímána čidly 7. Všechna ramena 1 mohou být pomocí připevňovacích členů 11 ramen 1 k rámu od rámu 6 oddělena a přemístěna. Všechna výše uvedená provedeni umožňují, že po odpojení jednoho libovolného ramene 1 zbývající tři ramena plně určují polohu platformy 2 v prostoru v šesti stupních volnosti.According to FIG. 3, the individual arms 1 are mounted over the attachment members 11 of the arms 1 to the frame 6 in a manner similar to FIG. 1, in that the sliding guide in the arms 1 is replaced by an articulated joint 10. The rotations of the arms 9 are also sensed. All the arms 1 can be separated from the frame 6 by means of the fixing members 11 of the arms 1 to the frame 6 and displaced. All of the above embodiments allow the remaining three arms to fully determine the position of the platform 2 in the space in six degrees of freedom after disconnecting any one arm 1.
Podle obr. 4 zařízení sestává jen ze dvou ramen 1, která jsou spojena s platformou 2 rotačním kloubem 4 opatřeným rotačním čidlem 7 a která mají celkem šest rotačních kloubů 4 opatřených rotačními čidly 7 , přičemž rotační klouby 4 spojují spolu členy 9 ramen 1 a ramena 1 s rámem 6 a s platformou 2 . Ramena 1 jsou připevněna k rámu 6 přes připevňovací členy 11 k rámu 6 a pomocí nich mohou být od rámu 6 odpojena a přemístěna. Každé ze dvou ramen 1 má Šest kloubů 4 s rotačními čidly 7 a plně určuje polohu platformy 2 vůči rámu 6 Proto každé z nich může být od rámu odpojeno a přemístěno a druhé během tohoto přemístění určuje polohu platformy 2. Dohromady přeurčují polohu platformy 2 šestkrát a umožňují samokalibraci. Toto je nejmenší počet ramen pro realizaci zařízení.According to FIG. 4, the device consists only of two arms 1 which are connected to the platform 2 by a rotary joint 4 provided with a rotary sensor 7 and having a total of six rotary joints 4 provided with rotary sensors 7, the rotary joints 4 connecting together the members 9 of the arms 1 and the arms 1 with frame 6 and platform 2. The arms 1 are attached to the frame 6 via fastening members 11 to the frame 6 and by means of which they can be detached and moved from the frame 6. Each of the two arms 1 has six joints 4 with rotary sensors 7 and fully determines the position of the platform 2 relative to the frame 6 Therefore, each of them can be detached and repositioned from the frame and the other during this displacement determines the position of the platform 2. allow self-calibration. This is the smallest number of arms for implementing the device.
Podle obr.5 zařízení sestává ze tří ramen 1, která jsou spojena s platformou 2 opět rotačním kloubem 4 opatřeným rotačním čidlem 7 a která mají celkem šest rotačních kloubů 4 opatřených rotačními čidly 7 spojujících členy 9 ramen 1 a ramena 1 s rámem 6 a s platformou 2. Ramena 1 jsou připevněna k rámu 6 přes připevňovací členy 11 a pomocí nich mohou být odpojena a přemístěna. Každé ze tří ramen má šest kloubů 4 s rotačními čidly 7 a plně určuje polohu platformy 2 vůči rámu 6. Proto každé z nich může být od rámu 6 odpojeno a přemístěno a zbývající během tohoto přemístění určuji polohu platformy 2. Dohromady přeurčují polohu platformy 2 dvanáctkrát a umožňují samokalibraci. V tomto provedení lze současně přemísťovat až dvě ramena 1.According to FIG. 5, the device consists of three arms 1 which are connected to the platform 2 again by a rotary joint 4 provided with a rotary sensor 7 and having a total of six rotary joints 4 provided with rotary sensors 7 connecting the members 9 of the arms 1 and the arm 1 to the frame 6 and to the platform 2. The arms 1 are attached to the frame 6 via fastening members 11 and by means of which they can be detached and displaced. Each of the three arms has six joints 4 with rotary sensors 7 and fully determines the position of the platform 2 relative to the frame 6. Therefore, each of them can be detached and repositioned from the frame 6 and the remaining during this displacement determine the position of the platform 2. and allow self-calibration. In this embodiment, up to two arms 1 can be moved simultaneously.
Podle obr.6 zařízení užívá dva různé typy ramen L Jedno rameno 1 má šest rotačních kloubů 4 opatřených rotačními čidly 7 a spojující členy 9 ramene 1 a ramena 1 s rámem 6 a s platformou 2 a je spojeno s platformou 2 rotačními klouby 4 opatřenými rotačními čidly 7. Tři další ramena 1 jsou uložena přes připevňovací členy 11 k rámu 6 obdobně jako na obr 3 třemi rotačními klouby 4 opatřenými čidly 7 a současně jsou na opačném konci kloubově připojena k platformě 2 prostřednictvím sférického kloubu 12. Je-li od rámu 6 odpojeno ramenol se šesti rotačními klouby 4, pak polohu platformy 2 určují tři zbývající ramena f Je-li od rámu 6 odpojeno jedno nebo více ramen 1 se třemi rotačními klouby 4 opatřenými čidly 7, pak polohu platformy 2 určuje rameno 1 se šesti rotačními klouby 4 opatřenými Čidly 7. Rameno 1 se šesti rotačními klouby 4 opatřenými čidly 7 lze od rámu 6 odpojit jen samotné. Ramena 1 se třemi rotačními klouby 4 opatřenými čidly 7 lze od rámu 6 odpojit i všechna současně.According to Fig. 6, the apparatus uses two different types of arms L One arm 1 has six rotary joints 4 provided with rotary sensors 7 and connecting the members 9 of the arm 1 and the arms 1 to the frame 6 and the platform 2 and connected to the platform 2 rotary joints 4 provided with the rotary sensors 7. Three other arms 1 are supported via fasteners 11 to the frame 6, similarly as in FIG. 3 by three rotary joints 4 provided with sensors 7, and at the same time are articulated at the opposite end to the platform 2 by means of a spherical joint 12. the arm with six rotary joints 4, then the position of the platform 2 is determined by the three remaining arms f If one or more arms 1 with three rotary joints 4 provided with sensors 7 are detached from the frame 6, then the position of the platform 2 is determined by the arm 1 with six rotary joints 4 provided with Sensors 7. The arm 1 with six rotary joints 4 provided with sensors 7 can be detached from the frame 6 alone. The arms 1 with three rotary joints 4 provided with sensors 7 can also be detached from the frame 6 at the same time.
Podle obr. 7 zařízení užívá více, v daném případě Šesti ramen 1 shodných jako na obr.3.According to FIG. 7, the device uses a plurality, in the present case, six arms 1 identical to FIG.
Na obr.8 je zařízení z obr.3 znázorněno ve fázi, kdy jedno rameno 16 z ramen 1 je odpojené a přemísťované s odpojeným připevňovacím členem 11 ramene 16 k rámu 6.In Fig. 8, the device of Fig. 3 is shown in a phase where one arm 16 of the arms 1 is detached and moved with the detached attachment member 11 of the arm 16 to the frame 6 disengaged.
Na obr.9 je zařízení obdobné zařízení na obr.3, ale všechna ramena 1 jsou zde realizována rameny se šesti rotačními klouby 4 opatřenými rotačními čidly 7 a jedním sférickým kloubem 12 neopatřeným čidly 7. Tato ramena 1 jsou k platformě 2 připojena sférickými klouby 12. Toto zařízení je příkladem zařízení s rameny 1, která při nepohyblivé platformě 2 mohou vykonávat další pohyby, jež jsou však měřeny rotačními čidly 7 v rotačních kloubech 4.In Fig. 9 the device is similar to that of Fig. 3, but all arms 1 are realized here by arms with six rotary joints 4 provided with rotary sensors 7 and one spherical joint 12 not provided with sensors 7. These arms 1 are connected to platform 2 by spherical joints 12 This device is an example of a device with arms 1 which, in the stationary platform 2, can carry out further movements, but these are measured by the rotary sensors 7 in the rotary joints 4.
Všechna výše uvedená provedení umožňují pohyb platformy 2 v šesti stupních volnosti současně.All of the above embodiments allow platform 2 to move in six degrees of freedom simultaneously.
Na obrázcích 10 až 12 jsou znázorněna další alternativní provedení zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru. Na obr. 10 je znázorněno několik způsobů provedeni ramen 1. Jedno rameno 1 je spojené jak s rámem 6, tak s platformou 2 kloubově, přičemž jsou rovněž spolu kloubově spojeny jednotlivé části 9 ramen 1. Druhé rameno 1 je spojeno jak s rámem 6, tak s platformou 2 prostřednictvím posuvných vedení 5 a rovněž je uspořádáno posuvné vedení 5 mezi dvěmi částmi ramene 1, konkrétně zde mezi první a druhou částí směrem od rámu 6. Dvě části tohoto ramene 1 jsou spolu spojeny kloubem 4. Další rameno je děleno do více paralelních částí 9 navzájem spolu spojených klouby 4, v nichž se v části z nich měří čidly 7.10 to 12, another alternative embodiment of a device for measuring and / or calibrating a position of a body in space is shown. FIG. 10 illustrates several embodiments of the arms 1. One arm 1 is articulated to both the frame 6 and the platform 2, and the individual parts 9 of the arms 1 are also articulated to each other. with the platform 2 by means of sliding guides 5, and a sliding guide 5 is also provided between two parts of the arm 1, in particular here between the first and second parts away from the frame 6. The two parts of this arm 1 are connected together by a hinge 4. parallel parts 9 connected to each other by joints 4, in which a part of them is measured by sensors 7.
Na obr 11 je pak znázorněno jedno rameno 1 mezi rámem 6 a platformou 2 sestávající z více částí 9 navzájem spolu spojených klouby 4, v nichž se v části z nich měří čidly 7, přičemž je zde použito také čidel 8 pro snímání vzájemné polohy bodů mezi jednotlivými částmi zařízení, zde konkrétně jedno čidlo 8 pro snímání vzájemné polohy bodů mezi rámem 6 a první částí ramene 1, druhé čidlo 8 pro snímáni vzájemné polohy bodů mezi druhou a čtvrtou částí ramene 1, třetí čidlo 8 pro snímání vzájemné polohy bodů mezi čtvrtou částí ramene 1 a platformou 2 a další dvě čidla 8 pro snímání vzájemné polohy bodů mezi připevňovacím Členem 11 na rámu 6 a platformou 2. Jakýkoliv kloub 4 ramene 1 může být nahrazen posuvným vedením 5 a naopak každé posuvné vedení 5 může být nahrazeno kloubem 4. Další rameno je děleno do více paralelních částí 9 jako na obr. 10.FIG. 11 shows one arm 1 between the frame 6 and the platform 2 consisting of a plurality of parts 9 connected to each other by means of joints 4, in which a part 7 of them is measured by sensors 7; individual parts of the device, here in particular one sensor 8 for detecting relative position of points between the frame 6 and the first part of arm 1, second sensor 8 for detecting mutual position of points between the second and fourth part of arm 1, third sensor 8 the arm 1 and the platform 2 and the other two sensors 8 for sensing the relative position of points between the fixing member 11 on the frame 6 and the platform 2. Any joint 4 of the arm 1 can be replaced by a sliding guide 5 and vice versa each sliding guide 5 can be replaced by a joint 4. the arm is divided into a plurality of parallel portions 9 as in Fig. 10.
Na obr. 12 je znázorněno zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru, které realizuje vedle dvou ramen jako na obr. 10 další ramena 1 jen optickým měřením 8 vzájemné polohy bodů mezi připevňovacím členem 11 ramene k rámu 6 a platformou 2. Další ramena jsou nahrazena optickým měřením 8 vzájemné polohy bodů mezi připevňovacím členem 11 ramene 1 k rámu 6 a platformou 2. Možnými způsoby měřeni jsou měření vzájemné polohy bodů 13 pomocí měření dopadu laserového paprsku na fotocitlivý element (např. CCD nebo PSD prvek), měření vzájemné polohy bodů 14 pomocí měření laserového sledovače (např. laser tracker nebo laser tracer), měření vzájemné polohy bodů 15 pomocí měření deformace obrazu referenčního elementu optickou kamerou.Fig. 12 shows a device for measuring and / or calibrating a position of a body in a space which, in addition to two arms as in Fig. 10, realizes other arms 1 only by optical measurement 8 of the relative position of points between arm attachment member 11 to frame 6 and platform 2. Other arms are replaced by optical measurement 8 of the relative position of the points between the arm attachment member 11 to the frame 6 and the platform 2. Possible measurement methods are measuring the relative position of the points 13 by measuring the impact of the laser beam on the photosensitive element (eg CCD or PSD). the relative positions of the points 14 by measuring a laser tracker (eg a laser tracker or laser tracer), measuring the relative positions of the points 15 by measuring the distortion of the image of the reference element by an optical camera.
Na obrázku 13 je ilustrativní ukázka konstrukční realizace zařízení znázorněného na obr.3.Figure 13 is an illustrative example of the construction of the device shown in Figure 3.
Všechna popisovaná zařízení jsou určena pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru. Různá uspořádání ramen 1 jsou důležitá z hlediska různé pohyblivosti zařízení, tedy velikosti pracovního prostoru zařízení. Dalším druhým hlediskem je výsledná přesnost měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru. Ta je vedle uspořádání ramen 1 a jejich rozměrů ovlivněna především počtem a umístěním čidel 7 a 8 v zařízení.All the devices described are intended for measuring and / or calibrating the position of the body in space. The different arrangements of the arms 1 are important in terms of the different mobility of the device, i.e. the size of the working space of the device. Another second aspect is the resulting measurement accuracy and / or calibration of the position of the body in space. In addition to the arrangement of the arms 1 and their dimensions, this is mainly influenced by the number and location of the sensors 7 and 8 in the device.
Ramena 1 spojená s platformou 2, která se nepohybuje, a připevněná přes připevňovaci člen 11 ramene 1 nepohyblivě (pevně) k rámu 6, mohou být nepohyblivá nebo pohyblivá. To je dáno počtem stupňů volnosti těchto ramen připojených mezi nepohybující se platformu 2 a rám 6. Tento počet stupňů volnosti je určen počtem kinematických dvojic v ramen H. Je-li počet stupňů volnosti těchto kinematických dvojic v rameni 1 roven počtu stupňů volnosti volné platformy 2 před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso 3, pak je následně rameno 1 upevněné mezi nepohybujícící se platformu 2 a rám 6 nepohyblivé. Je-li počet stupňů volnosti těchto kinematických dvojic v rameni 1 větší než počtu stupňů volnosti volné platformy 2 před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso 3, pak je následně rameno 1 pohyblivé. Tento počet stupňů volnosti nesmí být menší, pak by platforma 2 měla omezenou pohyblivost a zařízení by nebylo funkční. Pohyblivost ramene 1 je obvykle dána dalším kloubem 4 v rameni oproti minimálnímu počtu nutnému pro rovnost počet stupňů volnosti ramene 1 a počtu stupňů volnosti volné platformy 2. Poloha ramene 1 musí být jednoznačně určena měřeními v čidlech 7 a/nebo 8. Je-li například počet kloubů 4 v rameni větší než tento minimální počet, pak tyto další klouby 4 musejí obsahovat další čidla 7 a/nebo 8.The arms 1 connected to the platform 2, which does not move, and fixed over the attachment member 11 of the arm 1 immovably (rigidly) to the frame 6, may be immovable or movable. This is given by the number of degrees of freedom of these arms connected between the stationary platform 2 and the frame 6. This number of degrees of freedom is determined by the number of kinematic pairs in arms H. If the number of degrees of freedom of these kinematic pairs in arm 1 is equal to before attaching it to the measured or calibrated body 3, then the arm 1 is subsequently fixed between the stationary platform 2 and the frame 6 stationary. If the number of degrees of freedom of these kinematic pairs in the arm 1 is greater than the number of degrees of freedom of the free platform 2 prior to attachment to the measured or calibrated body 3, then the arm 1 is subsequently movable. This number of degrees of freedom must not be less, then platform 2 would have limited mobility and the device would not function. The mobility of the arm 1 is usually given by the additional joint 4 in the arm compared to the minimum number required for equality the number of degrees of freedom of the arm 1 and the number of degrees of freedom of the free platform 2. The position of arm 1 must be clearly determined by measurements in sensors 7 and / or 8. the number of joints 4 in the arm greater than this minimum number, then these additional joints 4 must comprise additional sensors 7 and / or 8.
Jak je patrné u všech příkladů provedení vynálezu, čidla 7 snímají jednotlivé délkové nebo úhlové výchylky mezi jednotlivými částmi 9 ramen 1 a to sousedních části nebo obecně jakýchkoliv dvou částí 9 ramene 1 nebo mezi částmi 9 ramen f a rámem 6 nebo mezi částmi 9 ramen 1 a platformou 2 případně mezi platformou 2 a rámem 6, zatímco čidla 8 vzájemné polohy bodů snímají vzdálenosti mezi jakýmikoliv body zařízení, případně úhlové natočeni spojnice těchto bodů. Čidla 8 mohou být realizována pomocí měřícího systému vzdálenosti a natočení referenčního elementu užívajícího měřeni poloh průsečíků laserových paprsků s fotocitlivými elementy 13, pomocí měřícího systému vzdálenosti a natočení referenčního elementu užívajícího měřeni deformace obrazu referenčního elementu optickými kamerami 15, laserových interferometrů jako laserových sledovačů (laser trackerů nebo laser tracerů) 14 aj.As can be seen in all embodiments of the invention, the sensors 7 sense individual length or angular displacements between the individual parts 9 of the arms 1 and adjacent parts or generally any two parts 9 of the arms 1 or between the parts 9 of the arms f and the frame 6 or between the parts 9 of the arms 1 and the platform 2 or between the platform 2 and the frame 6, while the point-to-point sensors 8 sense the distances between any points of the device or the angular rotation of the line of these points. The sensors 8 may be realized by means of a distance and rotation measuring system using a reference element using the measurement of intersections of laser beams with photosensitive elements 13, by a distance and rotation measuring system using a distortion of the reference element image by optical cameras 15, laser interferometers as laser trackers or tracer laser) 14 etc.
Podstatným znakem zařízení podle vynálezu je podmínka, že počet snímačů pro snímání vzájemné polohy jednotlivých členů zařízení při všech pohyblivých ramenech zapojených k rámu je větší než počet stupňů volnosti volné platformy před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso. Dále podstatné je, že počet měřených veličin po odpojení jednoho libovolného pohyblivého ramene je alespoň roven počtu stupňů volnosti volné platformy před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso.An essential feature of the device according to the invention is the condition that the number of sensors for sensing the relative position of the individual members of the device at all movable arms connected to the frame is greater than the number of degrees of freedom of the free platform before mounting on the measured or calibrated body. Furthermore, it is essential that the number of measured quantities after disconnection of any one movable arm is at least equal to the number of degrees of freedom of the free platform prior to attachment to the measured or calibrated body.
Obvykle je počet stupňů volnosti zařízení shodný s počtem stupňů volnosti platformy, ale mohou nastat případy, kdy počet stupňů volnosti zařízení je větší než počet stupňů volnosti platformy, příkladem může být zařízení znázorněné na obrázku 9, kdy ramena 1 jsou opatřena čidly 7 v kloubech 4, která plně určují polohu ramen 1 a polohu sférických kloubů 12 připojení ramen k platformě 2, ale ramena 1 se mohou pohybovat i při nepohyblivé platformě 2, a na obr. 11, kdy ramena 1 mají více částí 9 a tedy přidávají zařízení další stupně volnosti.Usually, the number of degrees of freedom of the device is equal to the number of degrees of freedom of the platform, but there may be cases where the number of degrees of freedom of the device is greater than the number of degrees of freedom of the platform. which fully determine the position of the arms 1 and the position of the spherical joints 12 of the arm connection to the platform 2, but the arms 1 can move even with the stationary platform 2, and in Fig. 11 where the arms 1 have multiple portions 9 .
Dalším podstatným znakem souvisejícím se způsobem měřeni nebo kalibrace tělesa v prostoru je měřeni vzájemných délkových a úhlových vztahů jednotlivých částí zařízení při jeho pohybu přesAnother essential feature related to the method of measuring or calibrating a body in space is the measurement of relative length and angle relationships of individual parts of the device as it moves through
III a « · · podstatnou část pracovního, resp. manipulačního prostoru měřeného nebo kalibrovaného tělesa, přičemž jsou současně snímány měřené veličiny veškerých čidel, které zařízeni obsahuje pro splnění podmínky redundantnosti. Výhodné je pak, pokud je alespoň jedno z čidel čidlem pro snímání vzájemné úhlové polohy některých ze dvou členů zařízení.III and «· · a substantial part of the working, resp. manipulated space of the measured or calibrated body, while simultaneously measuring the measured quantities of all sensors that the device contains to meet the redundancy condition. Preferably, at least one of the sensors is a sensor for sensing the relative angular position of some of the two device members.
Při použití výše popsaného zařízení pro měření nebo kalibraci tělesa v prostoru, dále pro přehlednost nazývaného jako zkoumané (manipulované) těleso, je možné použít i tohoto zařízení, které samo o sobě není kalibrováno. Vlastní kalibrace zařízení je provedena buďto již před jeho použitím pro měření a/nebo kalibraci zkoumaného tělesa a nebo je provedena jeho samokalibrace ve spojení s měřením a/nebo kalibrováním zkoumaného tělesa.When using the above-described device for measuring or calibrating a body in space, hereinafter referred to as the examined (manipulated) body, it is also possible to use this device, which is not itself calibrated. The device itself is calibrated either prior to its use for measuring and / or calibrating the sample, or it is self-calibrated in conjunction with the measurement and / or calibration of the sample.
Může být současně odpojeno a přemisťováno více ramen, pokud zbývající ramena připevněná k rámu zajistí počet měřených veličin, který je alespoň roven počtu stupňů volnosti volné platformy před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso.Multiple arms may be detached and relocated simultaneously if the remaining arms attached to the frame provide a number of measured quantities that is at least equal to the number of degrees of freedom of the free platform prior to attachment to the measured or calibrated body.
Ramena mohou být opatřena dalším kloubem, který umožňuje pohyb ramene, aniž se mění poloha platformy. Pak je nutné, aby poloha ramene byla jednoznačně určena měřenými veličinami.The arms may be provided with an additional hinge that allows the arm to move without changing the position of the platform. Then it is necessary that the position of the arm is clearly determined by the measured quantities.
Kinematická struktura alespoň jednoho pohyblivého ramene zařízení umožňuje současně určit více než jeden stupeň volnosti objektu v prostoru. To je nutné, aby vznikala situace, že počet měřených veličin je alespoň o jeden vyšší než počet stupňů volnosti volné platformy před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso. To je obvykle zajištěno tak, že u ramen zařízení se provádí dvě měřeni délky a/nebo úhlu.The kinematic structure of the at least one movable arm of the device makes it possible to determine more than one degree of object freedom in space at the same time. This is necessary to create a situation where the number of measured quantities is at least one higher than the number of degrees of freedom of the free platform before mounting on the measured or calibrated body. This is usually ensured by making two length and / or angle measurements on the arms of the device.
Při způsobu měřeni a/nebo kalibrace zkoumaného tělesa, včetně výše zmíněné samokalibrace zařízení, se postupuje v následujících krocích:The method of measuring and / or calibrating the test specimen, including the aforementioned self-calibration of the device, proceeds in the following steps:
1. Ramena 1 zařízení se připevní krámu 6, kterým je např. pracovní stůl výrobního stroje a platforma 2 zařízení se pevně spojí se zkoumaným tělesem 3, kterým je např. vřeteno nebo chapadlo výrobního stroje,1. The arms 1 of the device are attached to a frame 6, such as a workbench of a production machine, and the platform 2 of the device is firmly connected to the body to be examined 3, such as a spindle or gripper of the production machine,
2. Poté provede výrobní stroj pomocí svých pohonů různorodý pohyb se zkoumaným tělesem 3, např. s vřetenem nebo chapadlem přes většinu pracovního prostoru. Různorodým pohybem je přitom míněn takový pohyb, při kterém se platforma s připevněným tělesem 3 pohybuje v podstatné části pracovního prostoru, což umožní získáni široce podložené soustavy rovnic pro stanovení polohy a/nebo kalibrace zkoumaného tělesa 3 a současně jsou aktivována měření všech snímačů čidel 7, 8 zařízení. Při tomto pohybu jsou sejmuty měřené veličiny v počtu alespoň o jeden větším, než je počet stupňů volnosti volné platformy 2 před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso 3.2. The production machine then uses its drives to perform a variable movement with the body 3 to be examined, eg a spindle or a gripper, over most of the working space. By varied movement is meant such a movement in which the platform with the attached body 3 moves in a substantial part of the working space, which allows obtaining a broadly based system of equations for positioning and / or calibration of the examined body 3 while simultaneously measuring all sensor sensors 7, 8 devices. In this movement, the measured quantities are scored at a number of at least one greater than the number of degrees of freedom of the free platform 2 prior to attachment to the measured or calibrated body 3.
3. Na základě všech změřených veličin z přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky měřicího zařízení, je stanovena poloha měřicího zařízení vůči výrobnímu stroji a současně vzájemná poloha připevňovacích členů 11 pohyblivých ramen 1 měřicího zařízení k rámu 6, docílí se samokalibrace měřicího zařízení, tj. určení jeho polohy a konstrukčních parametrů, jako délky ramen, vzdálenosti os rotačních kloubů, úhly rotačních kloubů a pod.3. On the basis of all measured quantities from a predetermined set of equations describing the coupling conditions of the measuring device, the position of the measuring device relative to the production machine and the relative position of the fixing members 11 of the moving arms 1 of the measuring device to the frame 6 are determined. its position and design parameters such as arm lengths, distance between axes of rotary joints, angles of rotary joints and the like.
4. Po této samokalibraci zařízení provádí zkoumané těleso 3, např. výrobní stroj, propojený s platformou 2 zařízení, pomocí svých pohonů opětně různorodý pohyb s vřetenem nebo chapadlem přes většinu pracovního prostoru. Při tomto pohybu jsou opět sejmuty měřené veličiny v počtu alespoň o jeden větším, než je počet stupňů volnosti volné platformy 2 před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso 3.4. After this self-calibration of the device, the investigated body 3, for example a production machine connected to the device platform 2, performs again a variable movement with the spindle or gripper through most of the work space by means of its drives. During this movement, the measured quantities are again taken in a number of at least one greater than the number of degrees of freedom of the free platform 2 before being fixed to the measured or calibrated body 3.
5. Na základě takto změřených redundantních veličin je z přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky měřicího zařízení stanovena poloha zkoumaného tělesa 3 nebo jeho kalibrace.5. Based on the measured redundant quantities, the position of the sample 3 or its calibration is determined from a predetermined set of equations describing the coupling conditions of the measuring device.
6. Je-li třeba provést měření v další části pracovním prostoru výrobního stroje, který je mimo rozsah pracovního prostoru měřicího zařízení s ohledem na momentální polohu připevněných ramen 1 k rámu 6, provede se postupně přesun všech ramen 1 do nové polohy, kde má dojít k měření. To se provede tak, že se odpojí jedno rameno 1 od rámu 6, přesune se do nové polohy a připevní se k rámu 6. Při tomto přemístění je počet měřených veličin při pohybu platformy 2 s měřeným nebo kalibrovaným tělesem 3 po odpojení jednoho libovolného pohyblivého ramene 1 alespoň roven počtu stupňů volnosti volné platformy 2 před připevněním na měřené nebo kalibrované těleso 3. Po připevnění přesunutého ramene 1 k rámu 6 se provede jeho samokalibrace postupem podle bodu 2 a 3 shora. Pak se podle potřeby pokračuje přemístěním dalšího ramene 1 a jeho samokalibraci. Ramena 1 se takto mohou přemísťovat opakovaně.6. If it is necessary to perform measurements in another part of the working space of the production machine, which is outside the working space of the measuring device with respect to the current position of the attached arms 1 to the frame 6, all arms 1 are gradually moved to the new position where to measure. This is done by detaching one arm 1 from the frame 6, moving it to a new position and attaching it to the frame 6. In this displacement, the number of measured variables when moving the platform 2 with the measured or calibrated body 3 after disconnecting one of the movable arms 1 at least equal to the number of degrees of freedom of the free platform 2 prior to attachment to the measured or calibrated body 3. After attaching the displaced arm 1 to the frame 6, it is self-calibrated according to the steps 2 and 3 above. Then, if necessary, the next arm 1 is moved and self-calibrated. The arms 1 can thus be moved repeatedly.
7. Po postupném přemístění potřebného počtu (např. všech) ramen 1 do takové polohy, že je již možné provést měření v další části -pracovního prostoru výrobního stroje, který je nyní již zahrnut v rozsahu pracovního prostoru měřicího zařízení v dané nové poloze dané připevněnými přemístěnými rameny 1 k rámu 6, provede se požadované měření polohy výrobního stroje postupem podle bodu 4 a 5.7. After the necessary number of (eg all) arms 1 have been gradually moved to such a position that it is already possible to measure in another part of the working space of the manufacturing machine, which is now included in the working space of the measuring device in the new position given by moving the arms 1 to the frame 6, the required measurement of the position of the manufacturing machine is carried out according to the steps of 4 and 5.
V případě, že zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru je samo o sobě již před jeho použitím pro měření nebo kalibraci zkoumaného tělesa 3 kalibrováno, provádí se samotné měření a/nebo kalibrace zkoumaného tělesa 3 od výše popsaného bodu 4, tedy, že zkoumané těleso 3, např. výrobní stroj, nebo jeho vřeteno nebo chapadlo, propojené s platformou 2 zařízení, vykonává pomocí svých pohonů opětně různorodý pohyb s platformou 2 zařízení přes většinu jeho pracovního prostoru. Při tomto pohybu jsou opět sejmuty měřené veličiny v počtu alespoň o jeden větším, než je počet stupňů volnosti volné platformy 2 před připevněním na »If the device for measuring and / or calibrating the position of the body in space is itself calibrated before it is used for measuring or calibrating the test body 3, the measurement and / or calibration of the test body 3 is carried out from point 4 above, i.e. The device 3, such as a production machine, or its spindle or gripper, connected to the device platform 2 by means of its drives, again performs a diverse movement with the device platform 2 over most of its working space. During this movement, the measured quantities are again taken off by at least one more than the number of degrees of freedom of the free platform 2 before mounting on the »
» měřené nebo kalibrované těleso 3. Na základě takto změřených redundantních veličin je z přeurčene soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky měřicího zařízení stanovena poloha zkoumaného tělesa 3 nebo jeho kalibrace.»Measured or calibrated body 3. Based on the measured redundant quantities, the position of the examined body 3 or its calibration is determined from a predetermined set of equations describing the coupling conditions of the measuring device.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20100178A CZ2010178A3 (en) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20100178A CZ2010178A3 (en) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2010178A3 true CZ2010178A3 (en) | 2011-09-21 |
Family
ID=44645956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20100178A CZ2010178A3 (en) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2010178A3 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304495B6 (en) * | 2012-12-12 | 2014-05-28 | ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ | Device for optical measurement and/or optical calibration of a body position within a space |
| CZ304634B6 (en) * | 2012-11-16 | 2014-08-13 | ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ | Device for measuring position of end effector, especially that of manipulator or machine tool |
| GB2580224A (en) * | 2017-10-13 | 2020-07-15 | Renishaw Plc | Coordinate positioning machine |
| US10967502B2 (en) | 2017-10-13 | 2021-04-06 | Renishaw Plc | Coordinate positioning machine |
| US11624603B2 (en) | 2019-04-12 | 2023-04-11 | Renishaw Plc | Coordinate positioning machine |
-
2010
- 2010-03-12 CZ CZ20100178A patent/CZ2010178A3/en unknown
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304634B6 (en) * | 2012-11-16 | 2014-08-13 | ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ | Device for measuring position of end effector, especially that of manipulator or machine tool |
| CZ304495B6 (en) * | 2012-12-12 | 2014-05-28 | ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ | Device for optical measurement and/or optical calibration of a body position within a space |
| EP2743638A1 (en) | 2012-12-12 | 2014-06-18 | CVUT V Praze, Fakulta Strojní | An apparatus for optical measurement and/or optical calibration of a position of an object in space |
| GB2580224A (en) * | 2017-10-13 | 2020-07-15 | Renishaw Plc | Coordinate positioning machine |
| GB2580224B (en) * | 2017-10-13 | 2021-03-03 | Renishaw Plc | Coordinate positioning machine |
| US10967502B2 (en) | 2017-10-13 | 2021-04-06 | Renishaw Plc | Coordinate positioning machine |
| US11673256B2 (en) | 2017-10-13 | 2023-06-13 | Renishaw Plc | Coordinate positioning machine |
| US11624603B2 (en) | 2019-04-12 | 2023-04-11 | Renishaw Plc | Coordinate positioning machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ20069A3 (en) | Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space | |
| EP1893942B1 (en) | Apparatus and method for relocating an articulating-arm coordinate measuring machine | |
| CN101680743B (en) | Determining positions | |
| CN101298984A (en) | Coordinate measuring method and device | |
| CZ2010178A3 (en) | Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space | |
| CZ2012798A3 (en) | Device for measuring position of end effector, especially that of manipulator or machine tool | |
| US10913156B2 (en) | Robot system with end tool metrology position coordinates determination system | |
| Liu et al. | Binocular-vision-based error detection system and identification method for PIGEs of rotary axis in five-axis machine tool | |
| WO2018057260A1 (en) | Apparatus and method for relocating an articulating-arm coordinate measuring machine | |
| CZ2012897A3 (en) | Device for optical measurement and/or optical calibration of a body position within a space | |
| Maisano et al. | A novel multi-target modular probe for multiple large-volume metrology systems | |
| CZ31629U1 (en) | A device for measuring and/or calibrating the position of a body in a space | |
| CZ37244U1 (en) | A device for measuring and/or calibrating the position of a body in space | |
| CZ309938B6 (en) | Method and equipment for measuring and/or calibrating the position of a body in space | |
| EP3745223B1 (en) | Method for self-verification of mechatronic systems | |
| CZ25347U1 (en) | Device for optical measurement and/or optical calibration of a body position within a space | |
| JP2022065646A (en) | Robot system using supplementary measurement position determination system | |
| CZ301255B6 (en) | Method and apparatus for determining position of object within a space |