CZ25815U1

CZ25815U1 - Zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru

Info

Publication number: CZ25815U1
Application number: CZ201327571U
Authority: CZ
Original assignee: CVUT v Praze, Fakulta strojní
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-09-02

Description

Technické řešení se týká zařízení pro redundantní optické měření a/nebo optickou kalibraci polohy tělesa v prostoru sestávající z alespoň jednoho laserového sledovače umístěného na měřeném nebo kalibrovaném tělese a/nebo na rámu, a z alespoň jednoho odražeče laserového paprsku umístěného na rámu a/nebo na měřeném nebo kalibrovaném tělese.

Dosavadní stav techniky

Zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru včetně způsobu měření a/nebo kalibrace jsou známa např. ze spisů EP 1968773 B1 a patentové přihlášky PV 2010-178. Popsán je nový způsob měření a kalibrace objektu v prostoru pomocí redundantních měření, to znamená, že počet čidel je větší než počet stupňů volnosti měřeného a/nebo kalibrovaného tělesa v prostoru. V těchto přihláškách jsou uvedena mechanická zařízení pro provádění redundantních měření.

Jejich nevýhodou je omezený dosah a tedy použitelnost v menších pracovních prostorech. Pro větší pracovní prostory a větší stroje jsou obtížně použitelné a poměrně nákladné.

Další nevýhodou je, že mechanická zařízení, zvláště jsou-li větší, mohou být ovlivněna vnějšími působícími silami, zvláště tíhami, které mechanická zařízení deformují, a tak způsobí chybu měření. Toto odstraňuje přihláška PV 2012-897, ale k řešení používá alespoň tři laserové sledovače. To je velmi nákladné. Dále takové zařízení bude objemné a těžké.

Laserový sledovač u této přihlášky je laserový interferometr s přiřazeným odražečem laserového paprsku, kde laserový interferometr je připevněn na sférickém kloubu (se dvěma stupni volnosti) se zpětnovazebně řízenými pohony. Každý laserový sledovač uspořádaný na platformě a/nebo na rámu vysílá laserový paprsek, který se odráží od odražeče laserového paprsku uspořádaného na rámu a/nebo platformě a dopadá zpět do laserového sledovače, kde je zpracován laserovým interferometrem a známým, ale sofistikovaným zpětnovazebním řízením pro pohyb laserového sledovače ve sférickém kloubu je laserový interferometr natáčen tak, aby laserový sledovač prostřednictvím laserového interferometru mohl stále sledovat laserový paprsek vyslaný odražečem laserového paprsku. Ze znalosti dvou úhlů natočení laserového paprsku měřených ve sférickém kloubu a ze znalosti délky laserového paprsku mezi laserovým interferometrem a odražečem laserového paprsku měřeném laserovým interferometrem, které představují sférické souřadnice, je určena pomocí přepočtu sférických souřadnic na kartézské souřadnice vzájemná kartézská poloha daná kartézskými souřadnicemi x, y, z laserového sledovače a odražeče laserového paprsku.

Dnešní laserové sledovače (laser tracker) vycházející z US 4714339 nabízejí dva způsoby měření polohy bodu v prostoru. Jeden je nazýván inkrementální a je založen na inkrementálním způsobu měření laserovým sledovačem, kdy odražeč je sledován optickým laserovým paprskem postupně během jeho pohybu ze známé polohy do neznámé polohy, která má být změřena. Druhý je nazýván absolutní a je založen na přetržitém způsobu měření laserovým sledovačem, kdy odražeč je nalezen optickým laserovým paprskem skokem ze známé polohy do neznámé polohy, která má být změřena.

Cílem tohoto technického řešení je uvedené nedostatky odstranit, zejména snížit potřebný počet laserových sledovačů najeden.

Podstata technického řešení

Podstata zařízení pro redundantní optické měření a/nebo optickou kalibraci polohy tělesa v prostoru sestávající z alespoň jednoho laserového sledovače umístěného na měřeném nebo kalibrovaném tělese a/nebo na rámu, a z alespoň jednoho odražeče laserového paprsku umístěného na

CZ 25815 Ul rámu a/nebo na měřeném nebo kalibrovaném tělese spočívá v tom, že sestává z alespoň jednoho laserového sledovače a alespoň tří laserových odražečů z odražečů umístěných na rámu nebo umístěného na měřeném nebo kalibrovaném tělese. S výhodou jsou laserové odražeče jsou uspořádány do trojúhelníku nebo mnohoúhelníku, přičemž je dále výhodné, pokud alespoň jeden laserový sledovač je uspořádán na posuvném vedení a/nebo alespoň jeden laserový odražeč je uspořádán na dalším posuvném vedení.

Výhodou způsobu a zařízení podle technického řešení je možnost použít pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru jen jeden laserový sledovač.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiložených obrázcích je znázorněno zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru, kde znázorňuje: obr. 1 zařízení s laserovým sledovačem na rámu, obr. 2 zařízení podle obr. 1 s posuvnými vedeními pro laserový sledovač a laserový odražeč, obr. 3 zařízení s laserovým sledovačem na stroji - měřeném tělese, obr. 4 schematické znázornění poloh laserových odražečů a laserových sledovačů podle obr. 1 pro první fázi měření, obr. 5 schematické znázornění podle obr. 4 pro druhou fázi měření, obr. 6 schematické znázornění uspořádání laserových odražečů a laserového sledovače na stroji - měřeném tělese podle obr. 3.

Příklady provedení technického řešení

Na obr. 1 je znázorněno základní uspořádání zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru. Jde o prostorový pohled na zařízení pro optické měření a/nebo optickou kalibraci polohy tělesa 3 v prostoru s jedním laserovým sledovačem 4 umístěným na rámu 1 a třemi odražeči 5b laserového paprsku 6b umístěnými na platformě 2 upevněné na měřeném tělese 3. Vedle platformy 2 upevněné na měřeném tělese 3 je dále užito přídavné platformy 7( upevněné na rámu i, na níž jsou uspořádány tři odražeče 5i laserového paprsku 6a, a přídavné platformy 72 upevněné na rámu i, na níž jsou uspořádány u tohoto provedení čtyři odražeče 52 laserového paprsku 6a. Během měření je laserový sledovač 4 přemisťován do různých poloh, na obrázku jsou znázorněny polohy (a), (b), (c), (d) na rámu I.

Způsob měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru je takový, že probíhá ve dvou fázích. V první fázi je provedena kalibrace zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru. Ve druhé fázi je provedeno vlastní měření a/nebo kalibrace polohy tělesa 3 v prostoru. Tímto tělesem 3 v prostoru je obvykle koncový efektor 9, např. obráběcího stroje, který je často představován sklíčidlem, do něhož je upevňován nástroj nebo měřicí platforma 2.

Vlastní měření a/nebo kalibrace polohy tělesa v prostoru pak obvykle znamená určení polohy koncového efektoru 9 stroje v řadě poloh v oblasti pracovního prostoru stroje nebo dokonce výpočet parametrů kinematického modelu stroje užitého pro řízení jeho polohy v pracovním prostoru. Laserový paprsek označený 6a je užitý v první fázi a laserový paprsek označený 6b je užitý ve druhé fázi.

Způsob měření v první fázi je takový, že laserový sledovač 4 v poloze (a) postupně měří pomocí absolutního způsobu měření polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5i laserového paprsku 6a umístěných na platformě Ί_\ upevněné na rámu i, a polohu dalších čtyř bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 52 laserového paprsku 6a umístěných na platformě T upevněné na rámu i. Pak se laserový sledovač 4 přemístí do polohy (c) na rámu i a obdobně provede měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5i a laserového paprsku 6a uspořádané na platformě 7j_ a 7^ upevněné na rámu I. Laserových odražečů 5_h52 může být více na více platformách 71 a Τχ a laserový sledovač 4 může být umístěn do více poloh, např. (a), (c), (d) což je výhodné pro zvýšení redundance měření. Minimální počet v této

CZ 25815 Ul fázi měření jsou tri odražeče 5 a jedna poloha laserového sledovače 4. Výsledky těchto měření jsou užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků (laserové odražeče 5 a laserový sledovač 4) měřicího zařízení, z nichž je stanovena vzájemná poloha prvků měřicího zařízení. Prvky měřicího zařízení tvoří soustava laserových odražečů 5_b 5^, případně dalších, umístěných na rámu £ a laserového sledovač 4 v jednotlivých polohách (a), (c), případně v dalších polohách. Ze sestavené přeurčené soustavy rovnic jsou především určeny polohy bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 51 a 5^ upevněné na rámu £, ale také polohy (a), (c) laserového sledovače 4 vůči rámu £ představující šest souřadnic pro každou polohu (například referenční bod (tři souřadnice) a orientace (tri natočení)).

V první fázi také může proběhnout kalibrace vzájemné polohy laserových odražečů 5b umístěnými na platformě 2 na tělese 3. Způsob této kalibrace je obdobný jako kalibrace vzájemné polohy laserových odražečů 5| a 5£ upevněných na rámu £. Probíhá tak, že laserový sledovač 4 v poloze (a) postupně měří pomocí absolutního způsobu měření polohu tri bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5b laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 2 upevněné na tělese 3. Pak se laserový sledovač 4 přemístí z polohy (a) do polohy (c) na rámu £ a provede opět měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5b laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 2 upevněné na tělese 3. S výhodou je na platformě 2 na tělese 3 umístěno více laserových odražečů 5b než tri a s výhodou je laserový sledovač 4 umístěn do více poloh (a), (c), ze kterých proběhnou popsaná měření, než do dvou poloh. Minimální počet jsou opět tri odražeče 5b a jedna poloha laserového sledovače 4. Výsledky těchto měření jsou užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků měřicího zařízení, z nichž je stanovena vzájemná poloha prvků měřicího zařízení. V tomto případě jde o vzájemnou polohu bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5b. Ze sestavené přeurčené soustavy rovnic jsou především určeny vzájemné polohy bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5b upevněné na tělese 3.

Způsob měření v druhé fázi je takový, že laserový sledovač 4 je umístěn do polohy (b), která je obecně odlišná od např. poloh (a) a (c), protože se nepředpokládá opakovatelnost umístění do shodné polohy, a nejdříve laserový sledovač 4 měří pomocí absolutního způsobu měření polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5b laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 2 upevněné na měřeném a/nebo kalibrovaném tělese 3, a pak postupně měří pomocí absolutního způsobu měření polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5j laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 7) upevněné na rámu £, a polohu dalších čtyř bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 52 a laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 72 upevněné na rámu £. Pak se laserový sledovač 4 přemístí z polohy (b) do polohy (d) na rámu £ a provede měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5b laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 2 upevněné na měřeném a/nebo kalibrovaném tělese 3, a v nichž jsou umístěny odražeče 51 a 52 laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 21 a £2 upevněné na rámu £. Výsledky těchto měření jsou užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků měřicího zařízení a laserových odražečů 5b umístěných na tělese 3 (například reprezentující obráběcí stroj), z nichž je stanovena poloha (b), (d) laserového sledovače a především poloha laserových odražečů 5b umístěných na tělese 3 (například reprezentující obráběcí stroj), což je užito k měření a/nebo kalibraci tělesa 3 (například reprezentující obráběcí stroj).

Pokud je v první fázi počet laserových odražečů 5_h 5^ na rámu £ R a počet poloh (a), (c) laserového sledovače 4 N, pak pro kalibraci měřicího zařízení představovaného 3*R-6+6*N neznámými veličinami můžeme sestavit 3*R*N rovnic. Neznámé veličiny jsou například tři kartézské souřadnice x_L0, yi.o, ^zlo pro každý laserový odražeč LO, tri kartézské souřadnice xls, Yls, ^zls středu laserového sledovače v poloze LS a tri Cardanovy úhly Φ_χί5, d>y_Ls, Φ_ζυ5 orientace souřadnicového systému pevně spojeného s laserovým sledovačem vůči souřadnicovému systému rámu v poloze LS. Je změřena poloha laserového odražeče v souřadnicovém systému laserového sledovače daná kartézskými souřadnicemi x, y, z. Sestavené rovnice - vazbové podmínky udávají

CZ 25815 Ul polohu laserového odražeče v souřadnicovém systému laserového sledovače. Pro každý laserový odražeč a každou polohu laserového sledovače se sestaví tři rovnice z této maticové rovnice [xlo, Ylo, Zlo, 1]^{T =} Tzi(xls) Tz2(Yls) TzíÍZls) TzŤ^ťls) Tzs^ls) T_Z6(<Í>_zls)[x, ý, z, 1]^T podle značení z knihy Stejskal, V.-Valasek. M.: Kinematics and Dynamics of Machinery, Marcel Dekker, New York 1996.

Míra redundance s výhodou s počtem R a N roste. Ve shora popsaném měření je R = 7 a N = 2, tedy 27 neznámých a 42 rovnic. Pokud je počet laserových odražečů 5i, íh na rámu i R a počet laserových odražečů 5b na tělese 3 S a počet poloh (b), (d) laserového sledovače 4 M ve druhé fázi, pak pro měření polohy tělesa 3 a poloh (b), (d) laserového sledovače 4 představovaného 6+6*M neznámými veličinami můžeme sestavit 3*(R+S)*M rovnic. Míra redundance s výhodou s počtem R, S a M roste. Ve shora popsaném měření je R = 7, S = 3 a M = 2, tedy 18 neznámých a 60 rovnic.

Tímto postupem je určena poloha tělesa 3 v prostoru, tedy poloha tělesa 3 vůči rámu i a přesněji poloha tělesa 3 vůči souřadnicovému systému, v němž měří laserový sledovač 4 umístěný na rámu 1. Nutnou podmínkou pro to je, aby odražeče 5 laserového paprsku 6 umístěné na platformě 7 upevněné na rámu i tvořily trojúhelník, tedy neležely v jedné přímce, a odražeče 5b laserového paprsku 6b umístěné na platformě 2 upevněné na měřeném tělese 3 také tvořily trojúhelník, tedy neležely v jedné přímce. Kdyby ležely v jedné přímce, pak by sestavené rovnice byly singulární nebo velmi špatně podmíněné.

S výhodou lze užít více odražečů 5b laserového paprsku umístěnými na platformě 2 upevněné na měřeném tělese 3 než jen tři a více odražečů 5j a 5j laserového paprsku umístěnými na platformě Ί_\ a 72 upevněné na rámu I než jen tři. Je-li jejich počet n, pak je výhodné, aby tvořily n-úhelník a nedegenerovaly na (n-k)-úhelník tím, že by některé tři odražeče 5 v počtu 3k ležely v přímce, a tak opět snížily podmíněnost sestavených rovnic.

Na obr. 2 je znázorněno další uspořádání zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru. Jde o prostorový pohled na zařízení pro optické měření a/nebo optickou kalibraci polohy tělesa 3 v prostoru s jedním laserovým sledovačem 4 umístěným na rámu 1 a třemi odrážecí 5b laserového paprsku 6b umístěnými na platformě 2 upevněné na měřeném tělese 3. Vedle platformy 2 upevněné na měřeném tělese 3 je dále užito přídavné platformy 7i upevněné na rámu I, na níž jsou uspořádány tři odražeče 5_Α laserového paprsku 6a, a přídavné platformy b upevněné na rámu 1, na níž jsou uspořádány čtyři odražeče 52 laserového paprsku 6a. Dále je na rámu i umístěno posuvné vedení 8j pro opakovatelné přemístění laserového sledovače 4 mezi polohami (a) a fe), a posuvné vedení 82, pro opakovatelné přemístění platformy 73 s laserového odrážecí 5₃ mezi polohami (f) a (g) na rámu I.

Způsob měření je obdobný jako u zařízení na obr. 1. Měření probíhá ve dvou fázích. V první fázi je provedena kalibrace zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru. Ve druhé fázi je provedeno vlastní měření a/nebo kalibrace polohy tělesa v prostoru.

Zlepšení měření oproti měření u zařízení na obr. 1 spočívá v tom, že místo měření laserových odražečů 5₃ na platformě 7j v poloze ff) a následného měření dalších laserových odražečů v poloze fg) je užito jen jedněch laserových odražečů 5₃ na platformě 7j, ale platforma se s nimi na posuvném vedení 82 přesouvá mezi polohami (f) a (g). Základním předpokladem je opakovatelnost dosažení poloh (f) a (g). Výhodou je přidání dalšího přeurčení sestavovaných rovnic díky shodné vzdálenosti p poloh ff) a fg), která případně může být i měřena.

Podobné zlepšení měření oproti měření u zařízení na obr. 1 spočívá v tom, že místo umísťování laserového sledovače 4 na rámu 1 do obecně neopakovatelných poloh (b), (c), (d) je laserový sledovač 4 umístěn do opakovatelné polohy (a), odkud je na posuvném vedení 81 přesouván do polohy fe), která je opakovatelně dosažitelná a jejíž vzdálenost d od polohy (a) může být i měřitelná. Základním předpokladem je opakovatelnost dosažení poloh (a) a (e).

CZ 25815 Ul

Při měření laserových odražečů 5j na platformě 7j v poloze £f> a následného měření laserových odražečů v další poloze (g) je užito jen jedněch laserových odražečů f>3 na platformě 7j, ale platforma f se s nimi přesouvá mezi polohami (f) a (g). Základním předpokladem je opakovatelnost dosažení poloh (f) a (g). Výhodou je přidání dalšího přeurčení sestavovaných rovnic díky shodné vzdálenosti p poloh (f) a (g), která případně může být i měřena. Výhodou je přidání dalšího přeurčení sestavovaných rovnic díky shodné vzdálenosti d poloh (a) a (e), která případně může být i měřena.

Klíčová vlastnost je, aby poloha (f) a (g) platformy 73 byla opakovatelná s přesností dostatečně menší, aby se neprojevila nepříznivě ve výsledku řešení sestavené soustavy rovnic. Opakovatelnost polohy (f) a (g) a tedy jejich konstantnost vede při sestavování vazbových podmínek ke zvýšení přeurčení měření. Pokud je posuvné vedení vybaveno odměřováním a lze určit odlehlost p poloh (f) a (g), lze tuto informaci použít pro sestavení vazbových podmínek a o tuto informaci zvýšit přeurčenost měření. Podobně lze užít posuvného vedení 81 a opakovatelnost polohy (a) a (e) a tedy jejich konstantnost vede při sestavování vazbových podmínek ke zvýšení přeurčení měření. Pokud je posuvné vedení vybaveno odměřováním a lze určit odlehlost d poloh (a) a (e), lze tuto informaci použít pro sestavení vazbových podmínek a o tuto informaci zvýšit přeurčenost měření.

Způsob měření v první fázi je takový, že laserový sledovač 4 v poloze (a) postupně měří pomocí absolutního způsobu měření polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5] laserového paprsku 6a uspořádané na platformě 7i upevněné na rámu i, a polohu dalších čtyř bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5½ laserového paprsku 6a uspořádané na platformě 72 upevněné na rámu

1. Dále změří pomocí absolutního způsobu měření polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče laserového paprsku 6a uspořádané na platformě 73 upevněné v poloze (f) na posuvném vedení 2 na rámu i, a po přesunutí platformy f s laserovými odražečí 5j po posuvném vedení 82 do polohy fg) znovu změří polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 53 laserového paprsku 6a uspořádané na platformě f upevněné na posuvném vedení 82 na rámu 1. Případně je změřena i vzdálenost p poloh (f) a(g).

Pak je laserový sledovač 4 přesunut po posuvném vedení 81 do polohy (e) na rámu I, přičemž vzdálenost d poloh (a) a (e) je případně změřena, a provede měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5ι, a 5j laserového paprsku 6a uspořádané na platformě 7_h f a f upevněné na rámu 1.

Pak se laserový sledovač 4 přemístí do polohy (c) na rámu i a provede měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5j, 52 a laserového paprsku 6a uspořádané na platformě 2i, Ί2 a fi upevněné na rámu i. Výsledky těchto měření jsou užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků měřicího zařízení, z nichž je stanovena vzájemná poloha prvků měřicího zařízení. Prvky měřicího zařízení tvoří soustava laserových odražečů 5j, 5% a 5j, umístěných na rámu i a jednotlivé polohy (a), (e), (c) laserového sledovače. Ze sestavené přeurčené soustavy rovnic jsou především určeny polohy bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5j, a 5j upevněné na rámu i, ale také poloh (a). (e), (c) laserového sledovače 4 vůči rámu | představující šest souřadnic pro každou polohu (například referenční bod - 3 souřadnice a orientace - 3 natočení).

V první fázi také může proběhnout kalibrace vzájemné polohy laserových odražečů 5b umístěnými na platformě 2 na tělese 3 obdobně jako na obr. 1 s případným zlepšením spočívajícím v užití měření z opakovatelných poloh (a) a (e), mezi kterými je laserový sledovač 4 přemísťován po posuvném vedení 81.

Způsob měření v druhé fázi je takový, že laserový sledovač 4 je umístěn do polohy (a) na posuvném vedení 81 a nejdříve laserový sledovač 4 měří pomocí absolutního způsobu měření polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5b laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 2 upevněné na měřeném a/nebo kalibrovaném tělese 3, a pak postupně měří pomocí absolutního způsobu měření polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5| laserového paprsku 6b uspořádané na platformě f upevněné na rámu 1, a polohu dalších čtyř bodů, v nichž jsou umístěny

CZ 25815 Ul odražeče a laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 72 upevněné na rámu i, pak polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5j laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 7j upevněné v poloze (f) na posuvném vedení na rámu J., a po přesunutí platformy 7j s laserovými odražeči 5₃ po posuvném vedení 82 do polohy (g) znovu polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5j laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 7j upevněné na posuvném vedení 82 na rámu I. Případně je změřena i vzdálenost p poloh (f) a (g).

Pak je laserový sledovač 4 přesunut po posuvném vedení 81 do polohy (e) na rámu i, přičemž vzdálenost d poloh (a) a (e) je případně změřena, a provede měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5b laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 2 upevněné na měřeném a/nebo kalibrovaném tělese 3, a jsou umístěny odražeče 5i, 62 a 5j laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 7_A, a 7j upevněné na rámu i. Pak se laserový sledovač 4 přemístí do polohy (b), která je obecně odlišná od poloh (a) a (e), protože se nepředpokládá opakovatelnost umístění do shodné polohy, a provede měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5b laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 2 upevněné na měřeném a/nebo kalibrovaném tělese 3, a jsou umístěny odražeče 5|, 5^ a 5j laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 7_i( a I3 upevněné na rámu 1.

Pak se laserový sledovač 4 přemístí z polohy (b) do polohy (d) na rámu i a provede měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5b laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 2 upevněné na měřeném a/nebo kalibrovaném tělese 3, a jsou umístěny odražeče 5], 62 a 5j laserového paprsku 6b uspořádané na platformě 7j_, 1½ a I3 upevněné na rámu L Výsledky těchto měření jsou užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků měřicího zařízení a laserových odražečů 5b umístěných na tělese 3, z nichž je stanovena poloha (a), (e), (b), u laserového sledovače 4 a především poloha laserových odražečů 5b umístěných na tělese 3, což je užito k měření a/nebo kalibraci tělesa 3.

Na obr. 3 je znázorněno alternativní uspořádání zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru. Jde o prostorový pohled na zařízení pro optické měření a/nebo optickou kalibraci polohy tělesa 3 v prostoru s jedním laserovým sledovačem 4 umístěným na platformě 2 upevněné na měřeném tělese 3. Vedle platformy 2 upevněné na měřeném tělese 3 je dále užito přídavné platformy T± upevněné na rámu i, na níž jsou uspořádány tři odražeče 5χ laserového paprsku 6, a přídavné platformy 72 upevněné na rámu i, na níž jsou uspořádány čtyři odražeče 62 laserového paprsku 6 a přídavné platformy 7j upevněné v pracovním prostoru stroje 3 na podlaze na rámu i, na níž jsou uspořádány tři odražeče 63 laserového paprsku 6. Během měření je laserový sledovač 4 přemístěn tělesem 3 mezi řadou více poloh, např. (a) a (b).

Způsob měření zde probíhá v jedné fázi a spojuje kalibraci zařízení pro měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru současně s vlastním měřením a/nebo kalibrací polohy tělesa v prostoru.

Způsob měření je takový, že laserový sledovač 4 v poloze (a) postupně měří pomocí absolutního způsobu měření polohu tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5i laserového paprsku 6 uspořádané na platformě 7i upevněné na rámu i, a polohu dalších čtyř bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5^ laserového paprsku 6 uspořádané na platformě 72 upevněné na rámu I, a polohu dalších tří bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5j laserového paprsku 6 uspořádané na platformě 73 upevněné na rámu 1.

Pak se laserový sledovač 4 přemístí se strojem 3 do polohy (b) a provede měření pomocí absolutního způsobu měření poloh všech bodů, v nichž jsou umístěny odražeče 5j_, 62 a 5j laserového paprsku 6 uspořádané na platformě Ί_\, 2 a Ί3 upevněné na rámu i. Laserových odražečů 5i, 62 a 5j může být více na více platformách 7ι, 1½ a 7j, s výhodou pro zvýšení redundance měření a laserový sledovač 4 je umísťován do mnoha měřených poloh (a), (b). Minimální počet jsou tři odražeče 5. Výsledky těchto měření jsou užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků měřicího zařízení a všech poloh (a), (b) tělesa 3, z nichž je stanovena vzájemná poloha prvků měřicího zařízení a poloh (a), (b) koncoCZ 25815 Ul vého efektorů 9 stroje-tělesa 3 v jeho pracovním prostoru. Prvky měřicího zařízení tvoří soustava laserových odražečů 5i, hfih, umístěných na rámu i a jednotlivé polohy (a), (bl laserového sledovače 4 na platformě 2 v koncovém efektorů 9 stroje-tělesa 3. Ze sestavené přeurčené soustavy rovnic jsou především určeny polohy fa), (b) laserového sledovače 4 na platformě 2 v koncovém efektorů 9 stroje-tělesa 3 vůči rámu I představující šest souřadnic pro každou polohu (například referenční bod (3 souřadnice) a orientace (3 natočení)), ale také polohy bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeČe 5j, 5½ a 63 upevněné na rámu i. V tomto případě je kalibrace měřicího zařízení a měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru tvořeném polohami koncového efektorů 9 stroje-tělesa 3 v prostoru prováděny současně.

Na obr. 4 je schematický svislý pohled na použití zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru podle obr. 1 v první fázi měření. Na rámu i stroje-tělesa 3 jsou upevněny platformy 7i (i - 1,2,..., n, n>l přirozené číslo) každá se třemi laserovými odražeči 5. Laserový sledovač 4 je postupně umísťován do řady poloh fbj) (j = 1, 2, ..., m, m>l přirozené číslo). Na obr. 4 je laserový sledovač 4 znázorněn v poloze (a), kde měří pomocí laserového paprsku 6a polohu bodů, v nichž jsou na platformě 7i umístěny laserové odražeče 5. Takto postupně změří polohu všech bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5 na všech platformách 7i. Výsledky těchto měření jsou užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků měřicího zařízení, z nichž je stanovena vzájemná poloha prvků měřicího zařízení. V tomto případě jde o vzájemnou polohu bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5 umístěné na platformách 7i. Tím je provedena kalibrace měřicího zařízení.

Na obr. 5 je schematický svislý pohled na použití zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru podle obr. 1 ve druhé fázi měření. Na rámu i stroje-tělesa 3 jsou upevněny platformy 7i (i = 1, 2,..., n, n>l přirozené číslo) každá se třemi laserovými odražeči 5. Na tělese 3 v dané poloze v jeho pracovním prostoru je upevněna v koncovém efektorů 9 (zde neznázoměn) platforma 2 se třemi laserovými odražeči 5b (znázorněny v předchozích obrázcích). Laserový sledovač 4 je postupně umístěn do poloh fb), fd), fe) a v každé této poloze je měřena poloha bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5b na platformě 2, a poloha všech bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5 na platformách 7i. Výsledky těchto měření jsou v každé poloze tělesa 3 užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků měřicího zařízení a laserových odražečů 5b umístěných na tělese 3, z nichž je stanovena poloha fb), fd), fe) laserového sledovače 4 a především poloha laserových odražečů 5b umístěných na tělese 3, což je užito k měření a/nebo kalibraci stroje 3 v dané poloze.

Na obr. 6 je schematický svislý pohled na použití zařízení pro redundantní optické měření a/nebo kalibraci polohy tělesa v prostoru podle obr. 3. Na rámu I stroje-tělesa 3 jsou upevněny platformy 7i (i = 1, 2, ..., n, n>l přirozené číslo) každá se třemi laserovými odražeči 5. Na platformě 2 tělesa 3 je upevněn laserový sledovač 4. Těleso 3 je postupně umísťováno do řady poloh fbj) (j = 1, 2, ..., m, m>l přirozené číslo). Na obr. 6 je znázorněn v poloze (a), kde laserový sledovač 4 upevněný na platformě 2 v koncovém efektorů 9 (zde neznázoměn) tělesa 3 měří pomocí laserového paprsku 6 polohu bodů, v nichž jsou na platformě 7i umístěny laserové odražeče 5. Takto měří v dané poloze tělesa 3 dále polohu všech bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5 na všech platformách 7i. Výsledky všech těchto měření ve všech polohách stroje-tělesa 3 jsou užity pro sestavení přeurčené soustavy rovnic popisujících vazbové podmínky dané vzájemnou polohou prvků měřicího zařízení, z nichž je stanovena vzájemná poloha prvků měřicího zařízení a současně provedeno měření a/nebo kalibrace polohy tělesa 3 (například reprezentujícího koncový efektorů 9 stroje) v prostoru ve všech polohách fbj). V tomto případě jde o vzájemnou polohu bodů, v nichž jsou umístěny laserové odražeče 5 na platformách 7i, a vzájemné polohy tělesa 3 v prostoru ve všech polohách fbj) v němž je upevněna platforma 2 s laserovým sledovačem 4.

Místo absolutního měření laserovým sledovačem 4 lze použít inkrementální měření. To je možné tak, že místo laserových odražečů 5 na platformách 7 a 2 jsou upevňovací místa, kam lze laseCZ 25815 Ul rový odražeč 5 opakovatelně připevnit. Měření probíhá tak, že jeden laserový odražeč 5 je souvisle postupně přemisťován mezi polohami na platformách 7 a 2, kam je vždy opakovatelně připevněn a provedeno příslušné měření.

Měření podle obr. 1 by probíhalo přesouváním polohy laserového sledovače 4 postupně z polohy (a) do polohy (c), následně (d) a pak do polohy (b a (d), přičemž při každé nové poloze laserového sledovače 4 by laserové odražeče 5 byly přemísťovány do tří nebo více poloh, kde jsou připevňovací místa, přičemž je udržována souvislost inkrementálního měření poloh laserového odražeče 5 při jeho přemísťování mezi měřicími polohami.

Obdobně měření podle obr. 3 by probíhalo umísťováním laserového sledovače 4 do polohy (a) a dalších poloh (b) a v každé této poloze by byl laserový odražeč 5 přemísťován do tří nebo více poloh, kde jsou připevňovací místa, přičemž je udržována souvislost inkrementálního měření poloh laserového odražeče 5 při jeho přemísťování mezi měřicími polohami.

Výhodou je užití jednoho laserového odražeče a vyšší přesnost inkrementálního měření. Nevýhoda je zdlouhavost přemisťování laserového odražeče 5.

Laserové sledovače lze nahrazovat optickými kamerami s referenčním prvkem a/nebo zdrojem laserového paprsku pro fotocitlivý prvek obdobně jako u patentové přihlášky PV 2012-897.

Uvedené zařízení a způsoby měření mohou být různě kombinovány. Například na platformách 7 může být jen jeden laserový odražeč 5 s tím, že na rámu i jsou celkem alespoň tři laserové odražeče 5. Na platformách 7 může být různý počet laserových odražečů. Na měřeném tělese 3 může být více platforem 2 s méně nebo více laserovými odražeči 5 než třemi s tím, že na měřeném tělese 3 jsou celkem alespoň tři laserové odražeče 5. Může být užito více laserových sledovačů 4 než jen jeden. Více laserových sledovačů 4 může provádět měření pro první fázi měření, a pak následně více laserových sledovačů 4 může provádět měření pro druhou fázi měření.

Měření a jeho vyhodnocení je prováděno počítačem.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Zařízení pro redundantní optické měření a/nebo optickou kalibraci polohy tělesa v prostoru sestávající z alespoň jednoho laserového sledovače umístěného na měřeném nebo kalibrovaném tělese a/nebo na rámu, a z alespoň jednoho odražeče laserového paprsku umístěného na rámu a/nebo na měřeném nebo kalibrovaném tělese, vyznačené tím, že sestává z alespoň jednoho laserového sledovače (4) a alespoň tří laserových odražečů, z odražečů (5i) nebo (5₂) nebo (53), umístěných na rámu (1) nebo odražeče (5_b) umístěného na měřeném nebo kalibrovaném tělese (3).

2. Zařízení pro redundantní optické měření a/nebo optickou kalibraci polohy tělesa v prostoru podle nároku 1, vyznačené tím, že alespoň tři laserové odražeče, z odražečů (51) nebo (5₂) nebo (53) nebo (5_b), jsou uspořádány do trojúhelníku nebo mnohoúhelníku.

3. Zařízení pro redundantní optické měření a/nebo optickou kalibraci polohy tělesa v prostoru podle některého z předešlých nároků la2, vyznačené tím, že alespoň jeden laserový sledovac (4) je uspořádán na posuvném vedení (81) a/nebo alespoň jeden laserový odražeč, z odražečů (50 nebo (5₂) nebo (5₃) nebo (5_b), je uspořádán na posuvném vedení (8₂).