DD259672A1

DD259672A1 - DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING CRANE RADIATION

Info

Publication number: DD259672A1
Application number: DD30179587A
Authority: DD
Inventors: Andreas Rieck; Peter Kosan
Original assignee: Elbe Gummiwerk
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1988-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung, Vorrichtung und Verfahren, zur Ermittlung von Kruemmungsradien mittels der 3-Punkt-Radien-Messung von 3 Differenzen und einer variablen Sekante und der Bereitstellung von Signalen fuer die Weiterverarbeitung. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass 3 in einem Gehaeuse befestigte, die Wegaenderung aufnehmende Sensorelemente so angeordnet sind, dass sie in einer Symmetrieachse liegen und Sensorelement 1 und 3 zu 2 den gleichen Abstand X besitzen und die 3 Differenzen DF, DE, DG als Eingangssingale zu einer gedachten Gerade messen, sowie einer Verrechnungseinheit, die die Differenzen DF, DE, DG in 2 Differenzen, in einen Radius R und einen Mittelpunktversatz M verrechnet und diese Signale als Ausgangssignale bereitstellt. Fig. 2The invention relates to a measuring arrangement, apparatus and method, for determining Kruemmungsradien means of 3-point radii measurement of 3 differences and a variable secant and the provision of signals for further processing. According to the invention, the object is achieved in that 3 sensor housed in a housing, the Wegaenderung receiving sensor elements are arranged so that they lie in an axis of symmetry and sensor element 1 and 3 to 2 have the same distance X and the 3 differences DF, DE, DG as Measure input signals to an imaginary line, as well as a calculation unit, which calculates the differences DF, DE, DG in 2 differences, in a radius R and a center offset M and provides these signals as output signals. Fig. 2

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren sowohl zum Ermitteln von Krümmungen an Oberflächen von Körpern als auch zur Gewinnung von Steuersignalen für intelligente Robotergeräte.The invention relates to an apparatus and a method both for determining curvatures on surfaces of bodies and for obtaining control signals for intelligent robotic devices.

So können zum Beispiel Radien und deren Verläufe an Rotationskörpern wie Walzen, Wellen, Rohre oder aufgrund der Spezifik der meßsignalliefernden Vorrichtung auch an nicht kreisrunden Kurvenscheiben, Nockenwellen, Behältern und insbesondere an Körpern mit ineinander übergehenden konkaven/konvexen Oberflächenstrukturen wie komplizierte Formwerkzeuge oder Formteile ermittelt werden.Thus, for example, radii and their courses on rotational bodies such as rollers, shafts, tubes or, due to the specific nature of the device providing the measuring signal, can also be determined on non-circular cams, camshafts, containers and in particular on bodies with concave / convex surface structures merging into each other, such as complicated molds or moldings ,

Weiterhin ist es möglich, Signale zum Beispiel für eine definierte Positionierung eines zur Bearbeitung von Behältern, Wellen oder dergleichen auszurichtenden Werkzeuges oder Werkstückes zu gewinnen.Furthermore, it is possible to obtain signals, for example, for a defined positioning of a tool or workpiece to be aligned for processing containers, shafts or the like.

Characteristic of the known state of the art

Die bekanntesten technischen Lösungen zum Messen von Krümmungsradien sind Schiebelehren (Meßschieber), Meßschrauben und Vorrichtungen, bestehend aus Feintastern und Prismen. Ihre hauptsächlichen Nachteile sind der stark einschränkende Meßbereich bei akzeptabler Meßunsicherheit, die zeitaufwendige Handhabung sowie der große subjektive Charakter des abgelesenen Meßergebnisses. Die Bereitstellung von Signalen zur Bestimmung und Aufzeichnung von Radienverläufen ist nicht oder nur mit großem Aufwand möglich. Für eine Informationsbereitstellung zur Ansteuerung von intelligenten Handhabegeräten sind diese Lösungen ungeeignet.The best known technical solutions for measuring radii of curvature are slide calipers, micrometers and devices consisting of fine screens and prisms. Their main disadvantages are the severely limiting range of measurement with acceptable measurement uncertainty, the time-consuming handling and the large subjective character of the read measurement result. The provision of signals for the determination and recording of radii gradients is not possible or only with great effort. These solutions are unsuitable for providing information for the control of intelligent handling devices.

Fernerhin sind Lösungen bekannt, wo mit Hilfe von drei in einer Ebene liegenden Abtastern ein Meßsignal gewonnen wird, aus welchem über mathematische Beziehungen einen gleichschenkligen Dreiecks im Kreis der Radius oder eine davon abgeleitete Größe errechnet wird. Bei diesen Vorrichtungen ist nur einer der drei Abtaster, vorzugsweise der mittlere, als Meßsignallieferer ausgebildet und die beiden übrigen stellen Fixpunkte dar.Furthermore, solutions are known where, with the aid of three samplers lying in one plane, a measurement signal is obtained from which an isosceles triangle in the circle of the radius or a variable derived therefrom is calculated via mathematical relationships. In these devices, only one of the three samplers, preferably the middle, designed as Meßsignalerieferer and the other two are fixed points.

Der Nachteil dieser Vorrichtungen liegt einerseits darin, daß bei der Ermittlung von Radienverläufen mit großen Amplituden im Absolutwert beziehungsweise bei konkav/konvexen Übergängen die Wege des einzelnen Meßwertaufnehmers, d.h. Meßwertsignallieferers sehr groß sein müssen und damit die Meßunsicherheit zunimmt, und andererseits keine Werteermittlung für die Signalisierung von Abweichungen.der Achse, der zur Messung angesetzten Vorrichtung, von der Achse, durch den Krümmungsmittelpunkt des Meßobjektes gehend, möglich ist, d. h. die Vorrichtung müßte genau fixiert mit ihrer Symmetrieachse auf der des Meßobjektes "liegen oder einen zusätzlichen Freiheitsgrad in Form einer Kippbarkeit um ihre Symmetrieachse besitzen.The disadvantage of these devices is, on the one hand, that when determining radii profiles with large amplitudes in the absolute value or in the case of concave / convex transitions, the paths of the individual transducers, i. Measurement signal supplier must be very large and thus increases the uncertainty, and on the other hand, no value determination for the signaling of deviations of the axis, the device used for the measurement, from the axis, passing through the center of curvature of the DUT, d. H. the device would have to be precisely fixed with its axis of symmetry on the object of measurement "or have an additional degree of freedom in the form of a tiltability about its axis of symmetry.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist, mittels einer einfachen Vorrichtung und eines Verfahrens eine universell anwendbare Krümmungsradienermittlung, insbesondere für Oberflächen mit konkav/konvexen Übergängen sowie eine schnelleThe aim of the invention is, by means of a simple device and a method, a universally applicable radii of curvature determination, in particular for surfaces with concave / convex transitions and a fast

Signalisierung von Lagepositionen der Meßvorrichtungsachse zu parallel dazu verlaufenden Objektmittelpunktsachse zu realisieren.Signaling of positional positions of the Meßvorrichtungsachse to parallel to running object center axis to realize.

Damit wird, bezogen auf obiges Anwendungsgebiet, den hohen Ansprüchen bei selbsttätig arbeitenden Anlagen — Erzeugung von Signalen zur adaptiven Steuerung und Regelung — ohne zusätzliche Positionsgeber nachgekommen.Thus, based on the above field of application, the high demands in self-propelled systems - generation of signals for adaptive control and regulation - complied without additional position encoder.

Explanation of the essence of the invention

Die Ursachen der Mangel bekannter, naheliegender Lösungen sind besonders darin begründet, daß durch den Aufbau der Meßvorrichtungen nicht ausreichend informationen gewonnen und verarbeitet werden, um die Vorrichtungen ohne Einsatz zusätzlicher Hilfsbeziehungsweise Meßmittel, insbesondere bei selbsttätig arbeitenden Anlagen, anwenden zu können beziehungsweise ohne daß mit großem Aufwand an manuellen Einricht- und Kontrollarbeiten auszukommen ist.The causes of the lack of known, obvious solutions are particularly due to the fact that not enough information is gained and processed by the structure of the measuring devices to use the devices without the use of additional Hilfsbeziehungsweise measuring means, especially in self-propelled plants, or without having a large Expenditure on manual set-up and control work is to get along.

Die der erfindungsgemäßen Lösung naheliegende Meßvorrichtung mit nur einem signallieferriden Sensor von dreien ist zum Beispiel nicht in der Lage, diefür eine Ermittlung der Lageabweichung der Meßvorrichtungsachse von der parallel verlaufenden, durch den Mittelpunkt des Meßobjektes gehenden Achse, notwendigen Informationen bereitzustellen. Hierzu wäre eine zweite Meßeinrichtung erforderlich.For example, the measuring device according to the invention with only one signal-rich sensor of three is not able to provide the information necessary for determining the positional deviation of the measuring device axis from the parallel axis passing through the center of the measuring object. For this purpose, a second measuring device would be required.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, welche durch ihren Aufbau sowohl ausreichend und zuverlässige Informationen zur Ermittlung von Krümmungsradien liefert als auch die sofortige Bestimmung der Lageabweichungen der Vorrichtungsachse von der parallel zu dieser verlaufenden, durch den Meßobjektmittelpunkt gehenden Achse, ermöglicht, sowie ein Verfahren aufzuzeigen zur Verarbeitung der Meßwerte zum Wert des Krümmungsradius' sowie zum Wert der Lageabweichung.The object of the invention is to provide a device which by its construction provides both sufficient and reliable information for the determination of radii of curvature as well as the immediate determination of the positional deviations of the device axis of the parallel to this extending passing through the Meßobjektmittelpunkt axis allows and to disclose a method for processing the measured values for the value of the radius of curvature and for the value of the positional deviation.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Meßwerterzeugung aus drei signalliefernden Sensorelementen, angeordnet in einer Ebene auf beziehungsweise an einem festen Trägerelement, besteht, wobei die beiden äußeren Sensorelemente gleichen symmetrischen Abstand zum mittleren Sensorelement aufweisen und die Meßgrößenabnehmer der Sensorelemente in Ausgangsposition auf einer gedachten Geraden liegen.The object is achieved in that the device for measuring value generation consists of three signal-supplying sensor elements, arranged in a plane on or on a solid support element, wherein the two outer sensor elements have the same symmetrical distance to the central sensor element and the Meßgrößenabnehmer the sensor elements in the starting position on a imaginary straights lie.

Weiterhin sind die Sensorelemente so zueinander ausgerichtet, daß die Meßgrößenabnehmer im gesamten Meßbereich parallel zueinander abtasten können, d.h. ohne Änderung ihres rechtwinkligen Abstandes zueinander.Furthermore, the sensor elements are aligned with each other so that the Meßgrößenabnehmer can scan across the entire measuring range parallel to each other, i. without changing their right-angled distance to each other.

Beim Abtasten einer Oberflächenkrümmung ändert sich die Position der ursprünglich auf einer Geraden liegenden Meßgrößenabnehmer der einzelnen Sensorelemente entsprechend der Gestalt der betasteten Oberfläche. Diese Änderungen in den Positionen der Meßgrößenabnehmer werden in jedem Sensorelement in ein verarbeitbares Meßwertsignal umgesetzt.When a surface curvature is scanned, the position of the measuring element pickups of the individual sensor elements originally lying on a straight line changes according to the shape of the surface being touched. These changes in the positions of the Meßgrößenabnehmer be implemented in each sensor element in a processible measured value signal.

Der Vorgang des Abtastens kann beendet werden, wenn der letzte der Sensorelemente eine Signaländerung liefert beziehungsweise wenn ein Sensor am Meßbereichsende angelangt ist.The process of scanning can be terminated when the last of the sensor elements provides a signal change or when a sensor has arrived at the end of the measuring range.

Das Verfahren zur Verarbeitung dieser Meßwertsignalein einem Wert für den Krümmungsradius und einen Wert für die Lageabweichung eingangs beschriebener Art beinhaltet als I.Schritt eine zeitgleiche Differenzbildung unter den drei Meßwertsignalen derart, daß nur noch zwei Differenzsignale daraus hervorgehen und diese als 2. Schritt zusammen mit dem bekannten symmetrischen Abstand zwischen den Sensorelementen Außen/Innen als eine Vorrichtungskonstante zum Beispiel einem programmierten Arithmetikprozessor zugeführt werden. Die vom Arithmetikprozessor auszuführenden Rechenschritte beschränken sich auf einfache Operationen, die sowohl analog als auch digital vollziehbar, d. h. ohne Nutzen von Winkelfunktionen, sind.The method for processing these Meßwertsignalein a value for the radius of curvature and a value for the positional deviation of the type described as I.Schritt includes a simultaneous difference formation among the three Meßwertignalen such that only two difference signals emerge from it and this as a 2nd step together with the known symmetric distance between the sensor elements outside / inside are supplied as a device constant, for example, a programmed arithmetic processor. The computational steps to be performed by the arithmetic processor are limited to simple operations that are both analog and digital, ie. H. without benefit of trigonometric functions are.

embodiment

Zur näheren Erläuterung und zum besseren Verständnis sollen folgende Zeichnungen helfend beitragen:For a better explanation and a better understanding the following drawings should help:

Figur 1: Prinzipdarstellung einer mechanisch wirkenden Meßvorrichtung in Ausgangs- und in Meßposition Figur 2: Darstellung der Größen als Grundlage für die rechentechnische BearbeitungFigure 1: Schematic representation of a mechanically acting measuring device in the starting and in the measuring position Figure 2: Representation of the sizes as a basis for the computational processing

Das Ausführungsbeispiel soll anhand einer mechanisch wirkenden Meßgrößenabnahme, wie in Figur 1 dargestellt, erklärt werden. Am Trägerelement 1 sind die drei Sensorelemente 2 so befestigt, daß die beiden äußeren Sensorelemente den symmetrischen Abstand X zum mittleren Sensorelement aufweisen und die Meßgrößenabnehmer 3 in Ausgangsposition auf der gedachten Geraden 0 liegen. Die Symmetrieachsen S1,S2 und S3 der Sensorelemente liegen parallel in einer Ebene zueinander. Jeder Meßgrößenaufnehmer 3 ist im zugehörigen Sensorelement geführt sowie federnd gelagert und erzeugt, je nach seiner Position entlang der Symmetrieachse ein definiertes Meßsignal, welches proportional der Wegänderung bei Abtastung einer gekrümmten Oberfläche 4 ist. Die Vorrichtung kann sowohl manuell als auch durch Handhabetechnik an die zu messende Oberfläche herangeführt werden.The exemplary embodiment will be explained on the basis of a mechanically acting decrease in measurement, as shown in FIG. On the support element 1, the three sensor elements 2 are fixed so that the two outer sensor elements have the symmetrical distance X to the central sensor element and the Meßgrößenabnehmer 3 are in the starting position on the imaginary straight line 0. The axes of symmetry S1, S2 and S3 of the sensor elements are parallel to each other in a plane. Each Meßgrößenaufnehmer 3 is guided in the associated sensor element and mounted resiliently and generates, depending on its position along the axis of symmetry, a defined measuring signal, which is proportional to the path change when scanning a curved surface 4. The device can be brought to the surface to be measured both manually and by handling technique.

Die proportional den Wegänderungen erzeugten elektrischen Meßsignaie AF, ΔΕ und AG, hierzu Figur 2, werden zeitgleich als Augenblickswerte festgehalten und die Signaldifferenzen AF — AG = F und AE — AG = E gebildet. E und F werden dann in einem, den mathematischen Grundbeziehungen entsprechend programmierten, sowie, den Wert X als konstante Größe bereits berücksichtigend, Arithmetikprozessor zum Wert für den Krümmungsradius R und zum Wert der Lageabweichung M der Symmetrieachse S 2 — entspricht der Symmetrieachse der Vorrichtung — von der parallel durch den Mittelpunkt des Meßobjektes 4 verlaufenden Achse D verarbeitet.The electrical Meßsignaie AF, ΔΕ and AG, shown in FIG. 2, proportional to the path changes, are recorded as instantaneous values at the same time and the signal differences AF - AG = F and AE - AG = E are formed. E and F are then programmed according to the basic mathematical relationships, and taking into account the value X as a constant quantity, arithmetic processor to the value of the radius of curvature R and the value of the positional deviation M of the symmetry axis S 2 - corresponds to the symmetry axis of the device - processed parallel through the center of the measuring object 4 extending axis D.

Die vom Arithmetikprozessor auszuführenden Operationen ergeben sich aus den mathmatischen Beziehungen von geometrischen Figuren im beziehungsweise zu-m Kreis, wonach folgende Grundgleichungen für die Bestimmung des Krümmungsradius R und der Lageabweichung M entstehen:The operations to be performed by the arithmetic processor result from the mathematical relationships of geometric figures in the or-to-m circle, after which the following basic equations for the determination of the radius of curvature R and the position deviation M arise:

Π- V^⁷B^-? _M F-(K₊F-Z) Π- V ^ ⁷ B ^- ? _M F- (K ₊ FZ)

mit K = X-Xwith K = X-X

Z = E-F A = F-F + 4-K B = E-E+ K C = Z-ZtK H = Z-X-(E-Z)Z = E-F A = F-F + 4-K B = E-E + K C = Z-ZtK H = Z-X- (E-Z)

Die ständig anfallenden Meßwertsignale können zum Beispiel zeitlich getaktet einem Zwischenspeicherelement zugeführt und vom Prozessor zu einem Mittelwert für den Krümmungsradius R und die Lageabweichung M verarbeitet und ausgegeben werden. Weiterhin kann mit Hilfe dieser Vorrichtung eine Krümmung „abgefahren" und getaktet registrierten Meßwertsignale (AF, ΔΕ, AG jeweils zeitgleich) gespeichert, verarbeitet und über Drucker oder Grafikterminal ausgewertet werden. Eine mit einer derartigen Meßvorrichtung ausgerüstete Robotereinheit kann aus den Meßwertsignalen AF, AE und AG die notwendigen Steuerinformationen erhalten, um an einer gekrümmten Oberfläche eine vorgegebene Lageposition zum Beispiel eines Werkzeugträgers oder eines Werkstückes selbsttätig herzustellen und kann gleichzeitig den vorhandenen Krümmungsradius registrieren oder einen vorgegebenen selbsttätig suchen.The constantly occurring measured value signals can be supplied, for example, timed to a buffer element and processed by the processor to an average value for the radius of curvature R and the positional deviation M and output. Furthermore, with the aid of this device, a curvature can be "traced" and clocked registered measured value signals (AF, ΔΕ, AG at the same time) stored, processed and evaluated by a printer or graphic terminal A robot unit equipped with such a measuring device can be selected from the measured value signals AF, AE and AG obtained the necessary control information to automatically produce on a curved surface a predetermined position position, for example, a tool carrier or a workpiece and can simultaneously register the existing radius of curvature or seek a predetermined automatically.

Claims

1. A device for determining degrees of curvature on surfaces with three in-plane scanners, characterized in that all three samplers are designed as sensor elements which separate measurement signals corresponding to a defined position of the Meßgrößenabnehmers of the respective sensor element, caused by scanning a surface in shape deliver a discrete or analogue electrical quantity to a computer.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the initial position of Meßgrößenabnehmer the sensor elements forms an imaginary straight line and that the two outer sensor elements have the same symmetrical distance from the central sensor element and further that the sensor elements are aligned so that the Meßgrößenabnehmer throughout the measuring range along their symmetry axes remain parallel to each other.

3 .. A method for determining radii of curvature on surfaces with three in-plane scanners, characterized in that from the three, obtained by means of the device according to claim 1 and 2 on a curved surface measured value signals, two differential magnitudes are formed and this together with the known magnitude of the symmetrical sensor distance as a constant, device-specific factor in a computer to an equivalent measured by the device Meßausausschnitt curvature radius value and processed into a value for the deviation of the axis of symmetry of the central sensor element of the parallel to this and through the center of curvature of the measurement object extending radii of curvature become.

For this 2 pages drawings