CZ2023117A3 - Method and equipment for measuring and/or calibrating the position of a body in space - Google Patents
Method and equipment for measuring and/or calibrating the position of a body in space Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2023117A3 CZ2023117A3 CZ2023-117A CZ2023117A CZ2023117A3 CZ 2023117 A3 CZ2023117 A3 CZ 2023117A3 CZ 2023117 A CZ2023117 A CZ 2023117A CZ 2023117 A3 CZ2023117 A3 CZ 2023117A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- measured
- platform
- space
- measuring
- calibrating
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 54
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 13
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
- G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Manipulator (AREA)
- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
Abstract
Řešení se týká způsobu a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru využívající alespoň tři výsuvná ramena uložená jedním koncem pohyblivě k rámu na alespoň dvou posuvných vedeních a druhým koncem kloubově spojené k nosné platformě pevně spojené s měřeným nebo kalibrovaným tělesem, přičemž při pohybu výsuvných ramen na posuvných vedeních je snímána vzájemná poloha jednotlivých členů alespoň tří výsuvných ramen a na základě změřených údajů je vyhodnocena poloha měřeného tělesa, nebo provedena jeho kalibrace a jeho podstata spočívá v tom, že alespoň jedno rameno je při pevné poloze nosné platformy pohyblivé do více poloh alespoň v jednom stupni volnosti, a je umisťováno do alespoň dvou poloh, v těchto polohách jsou snímány veličiny odpovídající vzájemné poloze jednotlivých členů zařízení a na jejich podkladě je stanovena poloha tělesa v prostoru nebo jeho kalibrace.The solution relates to a method and a device for measuring and/or calibrating the position of a body in space using at least three extendable arms mounted at one end movably to the frame on at least two sliding guides and at the other end articulated to a support platform firmly connected to the measured or calibrated body, while movement of the extendable arms on sliding guides, the mutual position of the individual members of at least three extendable arms is sensed and, based on the measured data, the position of the measured body is evaluated, or its calibration is carried out, and its essence consists in the fact that at least one arm is movable in a fixed position of the support platform to multiple positions in at least one degree of freedom, and is placed in at least two positions, in these positions the quantities corresponding to the mutual position of the individual members of the device are measured, and on their basis the position of the body in space or its calibration is determined.
Description
Způsob a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoruMethod and device for measuring and/or calibrating the position of a body in space
Oblast technikyField of technology
Vynález se týká způsobu a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru využívající alespoň tři výsuvná ramena uložená jedním koncem pohyblivě k rámu na alespoň dvou posuvných vedeních a druhým koncem kloubově spojené k nosné platformě pevně spojené s měřeným nebo kalibrovaným tělesem, přičemž při pohybu výsuvných ramen na posuvných vedeních je snímána vzájemná poloha jednotlivých členů alespoň tří výsuvných ramen a na základě změřených údajů je vyhodnocena poloha měřeného tělesa, nebo provedena jeho kalibrace.The invention relates to a method and device for measuring and/or calibrating the position of a body in space using at least three extendable arms mounted with one end movably to the frame on at least two sliding guides and the other end articulated to a support platform firmly connected to the measured or calibrated body, while of the movement of the extendable arms on the sliding guides, the relative position of the individual members of at least three extendable arms is sensed and, based on the measured data, the position of the measured body is evaluated, or its calibration performed.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
Určení polohy nebo kalibraci bodu, tělesa nebo útvaru v prostoru je důležitým parametrem v mnoha oblastech techniky, např. v oblasti robotů, obráběcích strojů, ve stavebnictví apod.Determining the position or calibration of a point, body or structure in space is an important parameter in many areas of technology, e.g. in the field of robots, machine tools, in the construction industry, etc.
Metody měření, případně kalibrace polohy bodu, tělesa nebo útvaru (dále budou tyto tři pojmy nahrazeny jedním pojmem a to těleso), v prostoru je založeno na určení jedné nebo několika vzdáleností mezi jedním nebo více délkovými měřicími systémy a referenčním elementem uspořádaným na objektu, případně jsou měřeny úhly mezi spojnicemi měřicí systém-referenční element vzájemně mezi sebou nebo vzhledem k základně (rámu) a pod. Stanovení polohy tělesa je pak prováděno řešením geometrických závislostí mezi změřenými veličinami např. triangulací nebo trigonometrií.Measurement methods, or calibration of the position of a point, body or structure (hereinafter these three terms will be replaced by one term and that body), in space is based on the determination of one or more distances between one or more length measurement systems and a reference element arranged on the object, or the angles between the measuring system-reference element connectors are measured, with each other or with respect to the base (frame), etc. Determining the position of the body is then carried out by solving geometric dependencies between the measured quantities, e.g. triangulation or trigonometry.
Poloha bodu je dána třemi kartézskými souřadnicemi, poloha tělesa je dána šesti souřadnicemi (tři polohové a tři 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 a point is given by three Cartesian coordinates, the position of a body is given by six coordinates (three positional and three angular) and the position of a shape can be given by a different number of coordinates from one to many. A body is meant, for example, mutually bound bodies in space.
Při dosavadních metodách měření polohy objektu je měřeno tolik veličin, kolik stupňů volnosti má měřený objekt v prostoru, tj. kolik souřadnic určení polohy objektu, bodu, tělesa nebo útvaru, v prostoru představuje.In existing methods of measuring the position of an object, as many quantities are measured as the number of degrees of freedom the measured object has in space, i.e. how many coordinates it represents for determining the position of an object, point, body or structure in space.
V důsledky měření více veličin, kdy každá prakticky vykazuje jistou chybu, je pak výsledná přesnost určení polohy objektu v důsledku sčítání chyb měření podstatně menší než při měření jedné vzdálenosti nebo jednoho úhlu.As a result of the measurement of several quantities, each of which practically shows a certain error, the resulting accuracy of determining the position of the object due to the addition of measurement errors is significantly less than when measuring one distance or one angle.
Další nevýhodou těchto určení poloh objektu v prostoru je nákladná příprava měření daná nutností velmi přesné výroby, kalibrace a justáže měřicích zařízení a následně ve zdlouhavé přípravě samotného měření související v ustavení výchozích poloh měření.Another disadvantage of these determinations of the positions of the object in space is the costly preparation of the measurement due to the necessity of very precise production, calibration and adjustment of the measuring devices and subsequently in the lengthy preparation of the measurement itself related to the setting 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 v jedné rovině a následném řešení přeurčených rovnic nejen pro stanovení polohy objektu v prostoru, ale i pro výchozí vzdálenosti a polohy laserových interferometrů, navíc lze určit jen polohu bodu v prostoru, nikoliv orientaci tělesa. I zde však výsledná přesnost určení polohy objektu není dostatečná a je nižší než přesnost měření výchozích vzdáleností od jednotlivých laserových interferometrů.When measuring the position of an object in space, this disadvantage is partially removed by a solution consisting in the simultaneous measurement of the distance of the measured object from four laser interferometers located in the same plane and the subsequent solution of overdetermined equations not only for determining the position of the object in space, but also for the initial distance and position of the laser interferometers, in addition only the position of a point in space can be determined, not the orientation of the body. Even here, however, the resulting accuracy of determining the position of the object is not sufficient and is lower 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. Těmito měřeními lze stanovit vzdálenost bodů nebo délkové či úhlové odchylky, nelze však současně stanovit polohu bodu v prostoru.Current methods for determining the position of an object are mainly based on measuring distances, most often with a laser interferometer, where the coordinates of individual points on the surface of the object being measured are determined. These measurements can be used to determine the distance between points or the longitudinal or angular deviations, but the position of the point in space cannot be determined at the same time.
- 1 CZ 2023 - 117 A3- 1 CZ 2023 - 117 A3
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.Therefore, a laser tracker was developed, which, in addition to measuring distances with 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 accuracy in determining the position of the reflector point in space compared to the accuracy of partial measurements due to the addition of measurement errors. Another disadvantage is that only three degrees of freedom of the position of a point in space can be determined at the same time, not six degrees of freedom of the position of the 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 a light-sensitive element. Their problem is less accuracy than with laser interferometer measurements and, again, the impossibility of simultaneously determining the six degrees of freedom of the body's 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 well-known device for measuring or calibrating the position of a body in space is the use of a coordinate measuring machine. His problem is again the impossibility of simultaneously determining the six degrees of freedom of the position of the body in space. Other disadvantages are the poorly accessible workspace of the coordinate measuring machine, the need to equip it with controlled drives and its large weight and dimensions.
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.Procedures have therefore been developed to calibrate the position of a body in space based on measuring the position of pre-made artefacts in space, e.g. in the shape of precise spheres on a beam or a tetrahedron. The problem is again the impossibility of simultaneously determining the six degrees of freedom of the position of the body in space and the coverage of the entire working space.
Dalším známým zařízením (tzv. ballbar) pro měření nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru je využití měřicích ramen složených z více kloubově spojených členů, přičemž alespoň jeden z těchto členů je suvným členem. Rameno je pak jedním koncem připojeno k platformě a druhým koncem otočně k rámu, přičemž při připojení ramene k měřenému či kalibrovanému tělesu je těleso vedeno s ramenem po kruhové 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 měřicích ramen využívají stejného principu, s tím rozdílem, že tělesem není pohybováno po kružnici.Another well-known device (so-called ballbar) for measuring or calibrating the position of a body in space is the use of measuring arms composed of multiple articulated members, with at least one of these members being a sliding member. The arm is then connected at one end to the platform and at the other end rotatably to the frame, while when the arm is connected to the measured or calibrated body, the body is guided with the arm along a circular path, while during this movement the distances of the body from the center of rotation are measured and based on these length measurements the position of the body in space is determined or its calibration is carried out. Similar known devices using such measuring arms use the same principle, with the difference that the body is not moved in a circle.
Pro zlepšení přesnosti měření a pro odstranění potřeby úvodní náročné kalibrace měřicího zařízení byla vyvinuta zařízení, která mají větší počet čidel než stupňů volnosti. Jde o patentové dokumenty: CZ 303752 B6 o názvu „Způsob a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru“; EP 1968773 B1 o názvu „Způsob a zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru“, CZ PV 2010-178 A3 o názvu „Způsob a zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru“; a CZ PV 2013-179 A3 o názvu „Způsob a zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru“. Řešení podle CZ 303752 B6 má vynikající vlastnosti v přesnosti měření, ale má omezený pracovní prostor. Rozšíření pracovního prostoru dosáhlo řešení podle CZ PV 2010-178 A3, který kráčí v pracovním prostoru, ale s každým krokem se připočte chyba měření. Rozšíření pracovního prostoru při zachování výhodných vlastností měření dosáhlo řešení podle CZ PV 2013-179 A3, který ale vyžaduje užití nákladného laserového sledovače.To improve the accuracy of the measurement and to eliminate the need for the initial difficult calibration of the measuring device, devices have been developed that have more sensors than degrees of freedom. These are patent documents: CZ 303752 B6 entitled "Method and device for measuring and/or calibrating the position of a body in space"; EP 1968773 B1 entitled "Method and device for measuring and/or calibrating the position of a body in space", CZ PV 2010-178 A3 entitled "Method and device for redundant optical measurement and/or calibrating the position of a body in space"; and CZ PV 2013-179 A3 entitled "Method and device for redundant optical measurement and/or calibration of body position in space". The solution according to CZ 303752 B6 has excellent properties in measurement accuracy, but has a limited working space. The extension of the working space achieved a solution according to CZ PV 2010-178 A3, which walks in the working space, but with each step the measurement error is added. The expansion of the working space while maintaining the advantageous properties of the measurement achieved a solution according to CZ PV 2013-179 A3, which, however, requires the use of an expensive laser tracker.
Cílem tohoto vynálezu je zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru, kterým by se dosáhlo stanovení vyšší přesnosti stanovení polohy měřeného objektu ve zvětšeném pracovním prostoru, přičemž samotné měření příslušných veličin by se zjednodušilo.The aim of this invention is a device for measuring and/or calibrating the position of a body in space, which would achieve higher accuracy in determining the position of the measured object in an enlarged working space, while the measurement of the relevant quantities would be simplified.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Podstata způsobu a/nebo kalibrace polohy tělesa v prostoru využívající alespoň tři výsuvná ramena uložená jedním koncem pohyblivě k rámu na alespoň dvou posuvných vedeních a druhým koncem kloubově spojené k nosné platformě pevně spojené s měřeným neboThe essence of the method and/or calibration of the position of the body in space using at least three extendable arms mounted at one end movably to the frame on at least two sliding guides and at the other end articulated to the support platform firmly connected to the measured or
- 2 CZ 2023 - 117 A3 kalibrovaným tělesem, přičemž při pohybu výsuvných ramen na posuvných vedeních je snímána vzájemná poloha jednotlivých členů alespoň tří výsuvných ramen a na základě změřených údajů je vyhodnocena poloha měřeného tělesa, nebo provedena jeho kalibrace podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že alespoň jedno rameno je při pevné poloze nosné platformy pohyblivé do více poloh alespoň v jednom stupni volnosti, a je umisťováno do alespoň dvou poloh, v těchto polohách jsou snímány veličiny odpovídající vzájemné poloze jednotlivých členů zařízení a na jejich podkladě je stanovena poloha tělesa v prostoru nebo jeho kalibrace.- 2 CZ 2023 - 117 A3 by a calibrated body, while the relative position of the individual members of at least three retractable arms is sensed during the movement of the extendable arms on the sliding guides, and based on the measured data, the position of the measured body is evaluated, or its calibration is carried out according to this invention. that at least one arm is movable in a fixed position of the support platform to multiple positions in at least one degree of freedom, and is placed in at least two positions, in these positions the values corresponding to the relative position of the individual members of the device are sensed and on their basis the position of the body in space is determined or its calibration.
Pohyb platformy se provede ve dvou fázích, v první fázi a následně ve druhé fázi, přičemž počet měřených veličin při pohybu platformy s měřeným nebo kalibrovaným tělesem jak v první, tak ve druhé fázi je alespoň o jeden vyšší než počet stupňů volnosti platformy.The movement of the platform is carried out in two phases, in the first phase and subsequently in the second phase, while the number of measured quantities during the movement of the platform with the measured or calibrated body in both the first and the second phase is at least one higher than the number of degrees of freedom of the platform.
Alespoň jedno měření během pohybu platformy s měřeným nebo kalibrovaným tělesem udává pojezd vozíku a výsuv výsuvné nohy.At least one measurement during the movement of the platform with the measured or calibrated body indicates the travel of the carriage and the extension of the extension leg.
Kinematická struktura alespoň jednoho pohyblivého ramene umožňuje současně určit více než jeden stupeň volnosti objektu v prostoru.The kinematic structure of at least one movable arm makes it possible to simultaneously determine more than one degree of freedom of the object in space.
Podstata zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru, sestávající z alespoň dvou pohyblivých ramen, které jsou jedním koncem spojeny s rámem a druhým koncem s nosnou platformou určenou pro připojení na měřené nebo kalibrované těleso, přičemž zařízení je opatřeno čidly pro snímání vzájemné polohy jednotlivých členů zařízení, přičemž počet čidel je větší než počet stupňů volnosti zařízení podle tohoto vynálezu spočívá v tom, že pohyblivá ramena jsou představována výsuvnými nohami, které jsou jedním koncem kloubově spojena s vozíkem a druhým koncem s nosnou platformou, přičemž vozíky jsou přímo nebo přes pohyblivou platformu vedeny v posuvných vedeních.The essence of a device for measuring and/or calibrating the position of a body in space, consisting of at least two movable arms that are connected at one end to the frame and at the other end to a supporting platform intended for connection to the measured or calibrated body, while the device is equipped with sensors for sensing mutual the position of the individual members of the device, while the number of sensors is greater than the number of degrees of freedom of the device according to the present invention consists in the fact that the movable arms are represented by extendable legs, which are articulated at one end with the cart and at the other end with the supporting platform, while the carts are directly or over a moving platform guided in sliding guides.
Pohyblivá platforma může být opatřena bočními vedeními pro uložení vozíků.The moving platform can be equipped with side guides for storing trolleys.
Výhodou způsobu a zařízení podle vynálezu je přeurčené měření, které vede jednak ke zvýšené přesnosti měření a jednak k možnosti samokalibrace. Pro jednu polohu tělesa a platformy je možné mít velké množství poloh ramen daných polohami vozíků a výsuvných nohou s měřeními. Další výhodou popisovaného zařízení je velký pracovní prostor daný možnou velkou délkou posuvných vedení.The advantage of the method and device according to the invention is predetermined measurement, which leads both to increased measurement accuracy and to the possibility of self-calibration. For one position of the body and platform, it is possible to have a large number of arm positions given by the positions of the carriages and extendable legs with measurements. Another advantage of the device described is the large working space due to the possible long length of the sliding lines.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněno zařízení pro měření polohy tělesa v prostoru, kde:The attached pictures schematically show a device for measuring the position of a body in space, where:
obr. 1 znázorňuje zařízení podle vynálezu;Fig. 1 shows a device according to the invention;
obr. 2 a obr. 3 znázorňují další možné varianty zařízení podle vynálezu;Fig. 2 and Fig. 3 show other possible variants of the device according to the invention;
obr. 4 znázorňuje zařízení z obr. 1 s vyznačením posunu jedné z výsuvných noh; a obr. 5 znázorňuje alternativní konstrukční uspořádání zařízení z obr. 1.Fig. 4 shows the device of Fig. 1 showing the displacement of one of the extendable legs; and Fig. 5 shows an alternative structural arrangement of the device of Fig. 1.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention
Podle obr. 1 měřicí zařízení sestává ze dvou rovnoběžných posuvných vedení 8 na rámu, na nichž pojíždějí čtyři vozíky 7 s vlastními pohony, po dvou na každém posuvném vedení 8. Na každém vozíku 7 je na rotačním kloubu 6 pro azimut a rotačním kloubu pro 5 pro elevaci upevněnaAccording to Fig. 1, the measuring device consists of two parallel sliding guides 8 on the frame, on which four self-propelled carriages 7 travel, two on each sliding guide 8. On each carriage 7 there is a rotary joint 6 for azimuth and a rotary joint for 5 fixed for elevation
- 3 CZ 2023 - 117 A3 výsuvná noha 4. Výsuvná noha 4 je na svém konci přes kulový kloub 3 pohyblivě připojena k platformě 2. Platforma 2 je pevně spojena - uchopena úchopnou hlavicí robota nebo sklíčidlem obráběcího stroje, které obecně tvoří měřené těleso 1. Výsuvná noha 4 spolu s vozíkem 7 na posuvném vedení 8 tvoří jedno rameno měřicího zařízení.- 3 CZ 2023 - 117 A3 extendable leg 4. Extendable leg 4 is movably connected at its end to platform 2 via a ball joint 3. Platform 2 is firmly connected - grasped by the gripping head of the robot or the chuck of the machine tool, which generally forms the measured body 1. The retractable leg 4 together with the carriage 7 on the sliding guide 8 form one arm of the measuring device.
Výsuvná noha 4 s vozíkem 7 má vůči posuvným vedením 8 na rámu čtyři stupně volnosti, což je o jeden více, než je třeba pro dosažení libovolné polohy kulového kloubu 3.The extendable leg 4 with the carriage 7 has four degrees of freedom relative to the sliding guides 8 on the frame, which is one more than is needed to achieve any position of the ball joint 3.
Pomocí posuvných pohonů jsou vozíky 7 umisťovány na posuvných vedeních 8 v řadě poloh a je měřen posuv 10 těchto vozíků 7. V každé poloze je pro daný vozík 7 měřena jeho vzdálenost od platformy 2 pomocí měření výsuvu 11 výsuvných nohou 4 opatřených délkovým čidlem. Dále může být měřena elevace 13 v rotačním kloubu 5 elevace a/nebo azimut 12 v rotačním kloubu 6 azimutu. Pro tato měření jsou příslušné rotační klouby 5 a 6 vybaveny čidly rotačního pohybu.Using sliding drives, the carriages 7 are placed on sliding guides 8 in a series of positions and the displacement 10 of these carriages 7 is measured. In each position, its distance from the platform 2 is measured for a given carriage 7 by measuring the extension 11 of the extension legs 4 equipped with a length sensor. Furthermore, the elevation 13 in the rotary joint 5 of the elevation and/or the azimuth 12 in the rotary joint 6 of the azimuth can be measured. For these measurements, the respective rotary joints 5 and 6 are equipped with rotary motion sensors.
V omezené variantě měření se měří jen posuv 10 a výsuv 11. V základní variantě měření se měří posuv 10, výsuv 11 a elevace 13. V pokročilé variantě měření se měří posuv 10, výsuv 11, elevace 13 a azimut 12.In the limited measurement variant, only displacement 10 and extension 11 are measured. In the basic measurement variant, displacement 10, extension 11 and elevation 13 are measured. In the advanced measurement variant, displacement 10, extension 11, elevation 13 and azimuth 12 are measured.
Z takto naměřených hodnot v mnoha polohách všech vozíků 7 je z vazbových podmínek vzájemné polohy vozíků 7 a platformy 2 a konstantních vzdáleností kulových kloubů 3 na platformě 2 určena poloha a natočení měřeného tělesa 1, které například tvoří koncový efektor robota nebo sklíčidlo obráběcího stroje. Z řady poloh koncového efektoru robota nebo sklíčidla obráběcího stroje je možné robot nebo obráběcí stroj kalibrovat.From the values measured in this way in many positions of all carriages 7, the position and rotation of the measured body 1, which for example forms the end effector of a robot or the chuck of a machine tool, is determined from the binding conditions of the mutual position of the carriages 7 and the platform 2 and the constant distances of the ball joints 3 on the platform 2. It is possible to calibrate the robot or machine tool from a range of positions of the end effector of the robot or the chuck of the machine tool.
Velkou výhodou je, že počet poloh vozíků 7 může být významně větší něž nutný počet pro výpočet polohy platformy 2 a tedy měřeného tělesa 1, ke kterému je platforma pevně připevněna. Redundance těchto měření podstatně zvyšuje přesnost měření. Tato výhoda je umožněna řešením výsuvné nohy 4 na posuvném vozíku 7 umožňující více (libovolný) počet měřených poloh výsuvné nohy 4. To je velký rozdíl oproti měřením u zařízení RedCaM, Quatro RedCaM a RedCaMsingle.A great advantage is that the number of positions of the carriages 7 can be significantly greater than the number required to calculate the position of the platform 2 and thus of the measured body 1, to which the platform is firmly attached. The redundancy of these measurements significantly increases the accuracy of the measurements. This advantage is made possible by the solution of the extendable leg 4 on the sliding carriage 7 allowing more (any) number of measured positions of the extendable leg 4. This is a big difference compared to the measurements of RedCaM, Quatro RedCaM and RedCaMsingle devices.
Posuvná vedení 8 mohou být s výhodou různoběžná nebo mimoběžná. To je zvláště důležité pro základní variantu měření, pro kterou se zvýší přesnost měření. Posuvná vedení 8 mohou být přímková i křivočará.The sliding guides 8 can advantageously be variable or non-circular. This is especially important for the basic measurement variant, for which the measurement accuracy will increase. Sliding guides 8 can be straight or curvilinear.
Vedle měření polohy tělesa 1 umožňuje zařízení podle obr. 1 provedení samokalibrace podobně jako u zařízení RedCaM, Quatro RedCaM a RedCaMsingle. Pro nějaké těleso 1 nebo několik těles 1 je k tělesu 1 pevně upevněna platforma 2 a pro řadu poloh vozíků 7 jsou provedena měření posuvu 10, výsuvu 11 a úhlů azimutu 12 a elevace 13. Z těchto měření a z podmínek konstantních vzdáleností kulových kloubů 3 na platformě 2 a posuvu vozíků 7 po shodných vedeních 8 je provedena kalibrace měřicího zařízení, tj. jsou určeny vzdálenosti kulových kloubů 3 na platformě 2, vzájemná poloha vedeních 8, poloha rotačních kloubů elevace 5 a azimutu 6 na vozících 7, počáteční hodnoty odměřování čidel posuvů, výsuvů a rotací a případné další rozměry. Po jejich určení je zařízení zkalibrováno a připraveno na měření poloh těles 1.In addition to measuring the position of body 1, the device according to Fig. 1 enables self-calibration, similar to the RedCaM, Quatro RedCaM and RedCaMsingle devices. For some body 1 or several bodies 1, a platform 2 is firmly fixed to the body 1, and for a number of positions of the carriages 7, measurements of displacement 10, extension 11 and azimuth angles 12 and elevation 13 are made. From these measurements and from the conditions of constant distances of the ball joints 3 on the platform 2 and the movement of carriages 7 along the same guides 8, the calibration of the measuring device is carried out, i.e. the distances of the ball joints 3 on the platform 2, the relative position of the guides 8, the position of the rotary joints of elevation 5 and azimuth 6 on the carriages 7, the initial measurement values of the displacement sensors are determined, extensions and rotations and any other dimensions. After determining them, the device is calibrated and ready to measure the positions of bodies 1.
Měření poloh tělesa 1 se užívá ke kalibraci robota nebo obráběcího stroje z měření jejich mnoha poloh, přičemž každá jejich poloha odpovídá jedné pevné poloze tělesa 1 stroje a popisovanému měření jeho polohy, kde těleso 1 je tvořeno koncovým efektorem robota nebo sklíčidlem obráběcího.Body 1 position measurement is used to calibrate a robot or a machine tool from the measurement of their many positions, each of which corresponds to one fixed position of the machine body 1 and the described measurement of its position, where the body 1 is formed by the end effector of the robot or the chuck of the machine tool.
Na obr. 2 je znázorněna varianta měřicího zařízení z obr. 1. Zde jsou všechny vozíky 7 upevněny na posuvné platformě 9, která pojíždí po posuvných vedeních 8. Posuv 10 každého vozíku 7 je zajištěn posuvem 10 posuvné platformy 9. Nejdříve je posuvná platforma 9 polohována pro první vozík 7, pak pro druhý vozík 7, třetí a čtvrtý. Je možné realizovat omezenou, základní neboFig. 2 shows a variant of the measuring device from Fig. 1. Here, all carriages 7 are fixed on a sliding platform 9, which runs on sliding guides 8. The movement 10 of each carriage 7 is ensured by the movement 10 of the sliding platform 9. First, the sliding platform 9 positioned for the first carriage 7, then for the second carriage 7, third and fourth. It is possible to implement limited, basic or
- 4 CZ 2023 - 117 A3 pokročilou variantu měření. Pro variantu na obr. 2 může být jen jedno posuvné vedení 8.- 4 CZ 2023 - 117 A3 advanced measurement variant. For the variant in Fig. 2, there can be only one sliding guide 8.
Na obr. 3 je znázorněna varianta měřicího zařízení z obr. 2. Vozíky 7 jsou umístěny na bočních vedeních 14 na posuvné platformě 9. Jejich boční posuv 15 je měřen. Možnost posuvu vozíků 7 do boku mimo osu vedení 8 zvyšuje množství poloh, z nichž je měřena poloha platformy 2. To zvyšuje přesnost měření polohy tělesa 1. Boční posuv 15 může být jen mezi dvěma pevnými polohami se známou vzdáleností bez odměřování polohy.Fig. 3 shows a variant of the measuring device from Fig. 2. The carriages 7 are placed on the side guides 14 on the sliding platform 9. Their lateral displacement 15 is measured. The ability to move the carriages 7 to the side outside the axis of the guide 8 increases the number of positions from which the position of the platform 2 is measured. This increases the accuracy of measuring the position of the body 1. The lateral movement 15 can only be between two fixed positions with a known distance without measuring the position.
Na obr. 4 je znázorněn způsob měření z obr. 1. Vozíky 7 jsou při pevné poloze platformy 2 upevněné v tělese 1 polohovány do více poloh, ve kterých jsou prováděna měření. Znázorněno je to vozíkem 71, který je přemístěn do další čárkované polohy 71‘, kde je provedeno další měření. To se samozřejmě používá pro všechny vozíky 7 a přemísťování je do mnoha poloh pro každý vozík 7. To je velká výhoda popisovaného měření, protože polohováním vozíků 7 do více poloh se zvyšuje redundanci měření, která tak zvyšuje přesnost výsledného určení polohy platformy 2 a tělesa 1.Fig. 4 shows the method of measurement from Fig. 1. With the platform 2 fixed in the body 1 in a fixed position, the carriages 7 are positioned in multiple positions in which measurements are performed. This is shown by the carriage 71, which is moved to the next dashed position 71', where another measurement is made. This is of course used for all carriages 7 and the displacement is to many positions for each carriage 7. This is a great advantage of the described measurement, because positioning the carriages 7 to multiple positions increases the redundancy of the measurement, which thus increases the accuracy of the resulting determination of the position of the platform 2 and the body 1 .
Na obr. 5 je ukázka konstrukčního řešení varianty z obr. 1. Není zde znázorněno těleso 1. Je znázorněno konstrukční řešení platformy 2, kulových kloubů 3, výsuvných nohou 4 s výsuvem 11, rotační klouby elevace 5 a rotační klouby azimut 6 upevněné na vozících 7, které pojíždějí po dvou posuvných vedeních 8, a s realizací a měřením jejich posuvu 10. V daném konstrukčním provedení je realizováno jen měření elevace 13 spolu s měřením posuvu 10 a výsuvu 11.Fig. 5 shows an example of the structural solution of the variant from Fig. 1. The body 1 is not shown here. The structural solution of the platform 2, ball joints 3, extendable legs 4 with extension 11, elevation rotary joints 5 and azimuth rotary joints 6 fixed on the carriages is shown here 7, which travel along two sliding guides 8, and with the realization and measurement of their displacement 10. In the given design, only the measurement of elevation 13 is realized together with the measurement of displacement 10 and extension 11.
Všechny popsané varianty mohou být kombinovány.All described variants can be combined.
Na obr. 1, obr. 2 a obr. 3 je užito čtyř vozíků 7. Může být užito jen tří vozíků nebo více než čtyř vozíků. Jsou užita dvě posuvná vedení 8, může být užito více posuvných vedení 8 s různým počtem posuvných vozíků 7. Posuvná vedení jsou znázorněna jako přímková a rovnoběžná, ale mohou být přímková a různoběžná nebo mimoběžná, mohou být křivočará. Protože vozíky 7 jsou umístěny do mnoha poloh, tyto polohy mohou být dány v pevných polohách dorazy ve známých vzdálenostech bez potřeby měření jejich polohy. To lze zvláště použít pro boční posuvy.In Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3, four carriages 7 are used. Only three carriages or more than four carriages may be used. Two sliding guides 8 are used, more sliding guides 8 can be used with different numbers of sliding carriages 7. The sliding guides are shown as straight and parallel, but they can be straight and divergent or off-road, they can be curvilinear. Since the carriages 7 are placed in many positions, these positions can be given in fixed stop positions at known distances without the need to measure their position. This can especially be used for lateral shifts.
Výhodou popisovaného způsobu měření a zařízení je, že z kombinace měření poloh středů kulových kloubů 3 umístěných na platformě 2 v pevných polohách je přímo určována poloha a orientace (šest stupňů volnosti) platformy 2 a tělesa 1. Určení polohy středů kulových kloubů 3 lze provést jen z měření posuvů 10 a výsuvů 11, ale pak je výsledná poloha a orientace platformy 2 a tělesa 1 určena s horší přesností než, když se ještě použije měření alespoň elevací 13 nebo i azimutů 12.The advantage of the described measurement method and device is that the position and orientation (six degrees of freedom) of the platform 2 and the body 1 are directly determined from the combination of measurements of the positions of the centers of the ball joints 3 placed on the platform 2 in fixed positions. The determination of the positions of the centers of the ball joints 3 can only be performed from measurements of displacements 10 and extensions 11, but then the resulting position and orientation of platform 2 and body 1 is determined with worse accuracy than when measurements of at least elevations 13 or even azimuths 12 are also used.
Rozměry platformy 2 jsou obvykle menší než vzdálenost posuvných vedení 8.The dimensions of the platform 2 are usually smaller than the distance of the sliding guides 8.
Poloha vozíků 7 a měření posuvů, výsuvů, elevací a azimutů je realizováno počítačem.The position of the carriages 7 and the measurement of displacements, extensions, elevations and azimuths is realized by a computer.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2023-117A CZ309938B6 (en) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | Method and equipment for measuring and/or calibrating the position of a body in space |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2023-117A CZ309938B6 (en) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | Method and equipment for measuring and/or calibrating the position of a body in space |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2023117A3 true CZ2023117A3 (en) | 2024-02-14 |
| CZ309938B6 CZ309938B6 (en) | 2024-02-14 |
Family
ID=89843232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2023-117A CZ309938B6 (en) | 2023-03-23 | 2023-03-23 | Method and equipment for measuring and/or calibrating the position of a body in space |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309938B6 (en) |
-
2023
- 2023-03-23 CZ CZ2023-117A patent/CZ309938B6/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ309938B6 (en) | 2024-02-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ20069A3 (en) | Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space | |
| JP3443030B2 (en) | measuring device | |
| US7503125B2 (en) | Coordinate measuring method and device | |
| US7804602B2 (en) | Apparatus and method for relocating an articulating-arm coordinate measuring machine | |
| EP2431707B1 (en) | Articulating probe head | |
| EP0522411A1 (en) | Positional calibration of robotic arm joints relative to the gravity vector | |
| CN110733617A (en) | cabin assembly platform and cabin assembly method | |
| WO2006109094A1 (en) | Method of error correction | |
| CZ2012798A3 (en) | Device for measuring position of end effector, especially that of manipulator or machine tool | |
| ITTO20070318A1 (en) | METHOD FOR DETERMINING GEOMETRIC ERRORS IN A MACHINE TOOL OR MEASUREMENT | |
| JP6955991B2 (en) | Spatial accuracy correction method and spatial accuracy correction device | |
| TWI639494B (en) | Method and apparatus for robot calibration | |
| KR20190114756A (en) | Method of adjusting posture of 6-axis robot | |
| US11002529B2 (en) | Robot system with supplementary metrology position determination system | |
| Bai et al. | Kinematic calibration and pose measurement of a medical parallel manipulator by optical position sensors | |
| CN113195176A (en) | Manufacturing system and method | |
| CZ308920B6 (en) | Method and device for redundant optical measurement and / or calibrating the position of a body in space | |
| CZ2010178A3 (en) | Method of and apparatus for measuring and/or calibration of body position within a space | |
| CZ2023117A3 (en) | Method and equipment for measuring and/or calibrating the position of a body in space | |
| CZ37244U1 (en) | A device for measuring and/or calibrating the position of a body in space | |
| JPH05501006A (en) | Calibration of measuring equipment | |
| CZ31629U1 (en) | A device for measuring and/or calibrating the position of a body in a space | |
| US20220097235A1 (en) | Delta Robot Calibration Methods, Control System, Delta Robot And Robot System | |
| JP2004001203A (en) | Error correcting method of machine | |
| WO2023170166A1 (en) | System and method for calibration of an articulated robot arm |