DD284754A5

DD284754A5 - DEVICE FOR MEASURING LARGE MEASURING OBJECTS

Info

Publication number: DD284754A5
Application number: DD32928989A
Authority: DD
Inventors: Thoas Toepfer
Original assignee: Tu "Otto Von Guericke" Magdeburg,Dd
Priority date: 1989-06-06
Filing date: 1989-06-06
Publication date: 1990-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen groszer Meszobjekte, beispielsweise von Betonplatten im Bauwesen. Zur Automatisierung des Vermessens derartiger Meszobjekte wurde ein Dreikoordinatenmeszgeraet entwickelt, bei dem ein beruehrungslos messendes Meszmittel, beispielsweise eine CCD-Kamera * an einem Drehkopf befestigt ist, der auf einer an sich bekannten Verfahreinheit mit kartesischer Grundstruktur, beispielsweise einem Portalroboter montiert ist. Der Meszkopf besteht aus einer Kegelradkombination, die aus einem liegenden, drehfest mit der Verfahreinheit verbundenen Kegelrad (2) besteht, in das zwei horizontal gelagerte Kegelraeder (9, 10) eingreifen. Das eine Kegelrad (9) ist mit einem Antrieb * das gegenueberliegende Kegelrad (10) mit dem Meszmittel verbunden. Beide Kegelraeder (9, 10) stehen ueber ein viertes Kegelrad (11) in Wirkverbindung und sind um die Achse des liegenden, feststehenden Kegelrades (2) gegenueber der Verfahreinheit drehbar gelagert. Fig. 1{Vermessen; Meszmittel, beruehrungslos; CCD-Kamera; Betonplatte; Bauwesen; Portalroboter; Dreikoordinatenmeszgeraet; kartesische Grundstruktur}The invention relates to a device for measuring large Meszobjekte, for example, concrete slabs in construction. To automate the measurement of such Meszobjekte a Dreikoordinatenmeszgeraet was developed in which a contactless measuring measuring means, such as a CCD camera * is attached to a rotary head, which is mounted on a known motion track with Cartesian basic structure, such as a gantry robot. The measuring head consists of a bevel gear combination, which consists of a horizontal bevel gear (2), which is connected to the track unit in a rotationally fixed manner and in which two horizontally mounted bevel gears (9, 10) engage. The one bevel gear (9) is connected to a drive * the opposite bevel gear (10) with the measuring means. Both bevel gears (9, 10) are operatively connected via a fourth bevel gear (11) and are rotatably mounted about the axis of the lying, fixed bevel gear (2) opposite the moving part. Fig. 1 {measurement; Meszmittel, berührungslos; CCD camera; Concrete slab; Building construction; Portal robots; Dreikoordinatenmeszgeraet; Cartesian basic structure}

Description

Kegelrad auf das Meßmittel übertuen, so daß dieses ebenfalls eine Drehbewegung ausführen kann. Beide vertikal zueinander stehende Drehbewegungen werden demzufolge gleichzeitig mit nur einem einzigen Antrieb realisiert. Durch die Kombination der kartesischen Verfahreinheit mit dem eben beschriebenen Drehkopf und einem geeigneten Meßmittol, beispielsweise einer CCD-Kamera, können die großen Meßobjekte in drei zueinander senkrecht stehenden Ebenen automatii-ch vermessen werden. Dazu wird das Meßmittel mit Hilfe des Drehkopfes in Meßposition gebracht und auf der entsprechenden Translationsachse verfahren. Zur Vermessung der zweiten und dritten Ebene wird in gleicher Weise verfahren. Die stets wiederkehrende Arbeitsfolge kann über einen Rechner als Programm abgearbeitet werden. Die Meßergebnisse lassen sich leicht aus den zurückgelegten Wegen in Verbindung beispielsweise mit der Hell-Dunkel-Umschaitung einer CCD-Kamera ermitteln. Diese automatisierte Messung ermöglicht eine rationelle Prüfung aller Betonelemente.Die Vorrichtung zeichnet sich ferner durch einen einfachen Aufbau, eine hohe Stabilität und geringe Masse aus. Sie ist daher auf einfache Welse realisierbar. Die Kegelradkombination reduziert das ansonsten bei zum Messen in drei Ebenen verwendeten Gelenken auftretende Lagerspiel auf ein Mindestmaß, so daß auch eine hohe Genauigkeit erreicht wird.Bevel gear on the measuring means, so that this can also perform a rotary motion. Both vertically rotating movements are therefore realized simultaneously with only a single drive. By combining the Cartesian displacement unit with the rotary head just described and a suitable Meßmittol, such as a CCD camera, the large objects to be measured in three mutually perpendicular planes Automatii-ch. For this purpose, the measuring means is brought into the measuring position by means of the rotary head and moved on the corresponding translation axis. To measure the second and third levels is moved in the same way. The constantly recurring work sequence can be processed via a computer as a program. The measurement results can be easily determined from the paths traveled in conjunction, for example, with the light-dark Umschaitung a CCD camera. This automated measurement allows a rational examination of all concrete elements. The device is further characterized by a simple construction, high stability and low mass. It is therefore feasible on simple catfish. The bevel gear combination reduces the bearing clearance otherwise occurring when measuring in three levels used joints to a minimum, so that a high accuracy is achieved.

AusfOhrungsbeisplel

Nachfolgend soll die Erfindung am Beispiel des Vermes; ens einer Betonplatte näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention is based on the example of Vermes; a concrete slab will be explained in more detail. In the accompanying drawing show

Fig. 1: den prinzipiellen Aufbau des Drehkopfes der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2: eine schematische Darstellung realisierbarer Meßpositionen.Fig. 1: the basic structure of the rotary head of the device according to the invention and Fig. 2: a schematic representation of realizable measuring positions.

Im vorliegenden Beispiel wird der Drehkopf gemäß Fig. 1 von dem Portalrobotersystem ZIS 995 aufgenommen. Zu diesem Zweck ist an dem freien Ende der in y-Richtung bewegbaren Translationseinheit T 400 dieses Systems eine kreisförmige Grundplatte 1 starr befestigt. Ein zentral auf der Grundplatte 1 horizontal befestigtes Kegelrad 2 nimmt auf seiner Welle ein Führungsrohr 3 drehbar auf. Koaxial um das Kegelrad 2 ist eine Kreisringscheibe 4 mittels Laufrollen 5 auf der Grundplatte 1 gelagert. Auf dieser Kreisringscheibe 4 sind oin Motor 6 und ein Lagerbock 7 diametral gegenüberliegend fest angeordnet, wobei die Welle des Motors 6 und eine durch den Lagerbock 7 hindurchgehende Welle 8 das Führungsrohr 3 in gleicher Höhe schneiden. Auf der Welle de><s Motors 6 ist ein Kegelrad 9, auf dem zum Motor 6 gerichteten Ende der Welle 8 oin Kegelrad 10 drehfest angeordnet. Beide Kegelräder 9,10 stehen mit dem auf der Grundplatte 1 befestigten Kegelrad 2 im Eingriff und zusätzlich über ein auf dem Führungsrohr 3 drehfest gelagerten Kegelrad 11 miteinander in Wirkverbindung. Im vorliegenden Beispiel sind die Welle des Motors 6 und die Welle 8 durch die vertikalen Kegelräder 9 und 10 hindurchgeführt und in einer auf dem Führungsrohr 3 drehbar gelagerten Führungsmuffe 12 abgestützt. An dem freien Ende der Welle 8 ist eine CCD-Kamera 13 befestigt.In the present example, the rotary head according to FIG. 1 is received by the gantry robot system ZIS 995. For this purpose, a circular base plate 1 is rigidly secured to the free end of the translatable in the y-direction translation unit T 400 of this system. A centrally mounted on the base plate 1 horizontal bevel gear 2 takes on its shaft a guide tube 3 rotatably. Coaxially about the bevel gear 2 is a circular disk 4 by means of rollers 5 mounted on the base plate 1. On this annular disc 4 oin motor 6 and a bearing block 7 are arranged diametrically opposite fixed, wherein the shaft of the motor 6 and a passing through the bearing block 7 shaft 8, the guide tube 3 cut at the same height. On the shaft of the motor 6, a bevel gear 9, on which the motor 6 directed end of the shaft 8 oin bevel gear 10 is arranged rotationally fixed. Both bevel gears 9, 10 are in engagement with the bevel gear 2 mounted on the base plate 1, and in addition are operatively connected to one another via a bevel gear 11 mounted in a rotationally fixed manner on the guide tube 3. In the present example, the shaft of the motor 6 and the shaft 8 are passed through the vertical bevel gears 9 and 10 and supported in a rotatably mounted on the guide tube 3 guide sleeve 12. At the free end of the shaft 8, a CCD camera 13 is attached.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise der Dreh- und Schwenkeinheit beschrieben werden. Wird das Kegelrad 9 von dem Motor β in Drehbewegung versetzt, rollt es am feststehenden Kegelrad 2 ab, so daß dadurch gleichzeitig die Kreisringscheibe 4 mit den auf ihr befestigten Baugruppen um die Achse des feststehenden Kegelrades 2 und damit um das Führungsrohr 3 auf der Grundplatte 1 umläuft. Gleichzeitig wird die Drehbewegung des treibenden Kegelrades 9 über das Kegelrad 11 auf das auf der Welle 8 befestigte Kegelrad 10 übertragen, das dadurch in entgegengesetzter Richtung zu der treibenden Kegelrad 9 rotiert. Das bedeutet, daß die CCD-Kamera 13 gleichzeitig in horizontaler goJreht und in vertikaler Ebene geschwenkt wird, so daß sich die Blickrichtung des Objektivs auf alle drei Ebenen einstellt. Figur 2 ieigt in der Draufsicht schematisch unterschiedliche Stellungen der CCD-Kamera 13, wobei zur besseren Übersicht nur die 45-Grd.-Rasterstellungen dargestellt wurden. Es ergeben sich acht verschiedene Positionen der CCD-Kamera 13 sowie sechs unterechiedliche Blickrichtungen des Objektivs, die folgende Messungen an dem in Fig. 2 angedeuteten Betonelement ermöglichen:Below, the operation of the rotary and pivot unit will be described. If the bevel gear 9 is rotated by the motor β, it rolls on the fixed bevel gear 2, so that at the same time the annular disk 4 with the assemblies mounted on it around the axis of the fixed bevel gear 2 and thus to the guide tube 3 on the base plate. 1 circulates. At the same time, the rotational movement of the driving bevel gear 9 is transmitted via the bevel gear 11 to the bevel gear 10 fixed on the shaft 8, which thereby rotates in the opposite direction to the driving bevel gear 9. This means that the CCD camera 13 is pivoted simultaneously in horizontal goJreht and in the vertical plane, so that the viewing direction of the lens adjusts to all three levels. FIG. 2 schematically shows different positions of the CCD camera 13 in plan view, with only the 45-grating positions being shown for a better overview. This results in eight different positions of the CCD camera 13 as well as six different viewing angles of the lens, which allow the following measurements on the concrete element indicated in FIG. 2:

Stellung 1: Länge und Höhe der Vorderseite 2: Dicke von oben 3: Dicke der rechten Stirnseite 4: Dicke von unten 5: ohne Verwendung 6: wie Stellung 2 7: Dicke der linken Stirnseite U: wie Stellung 4Position 1: Length and height of front side 2: Thickness from above 3: Thickness of right front side 4: Thickness from below 5: Unused 6: Same as position 2 7: Thickness of left front side U: Same as Position 4

Im Meßablauf wird jeweils zuerst die erforderliche Stellung für die Objektblickrichtung realisiert und anschließend die CCD-Kamera 13 durch die Translationseinheiten an die gewünschte Anfahrposition bewegt. Danach erfolgt das Abfahren des entsprechenden Meßweges in einem Abstand von 200 bis 300mm parallel zu der zu vermessenden Fläche. Die CCD-Kamera reagiert beim Vorbeifahren an der Betonplatte nur auf Hell-Dunkel-Unterschiede. Um den Kontrast zu verstärken, kann direkt über der Vorrichtung eine allseitig strahlende Glühlampe angeordnet sein.In the measuring process, the required position for the object viewing direction is first realized in each case and then the CCD camera 13 is moved by the translation units to the desired starting position. Thereafter, the departure of the corresponding Meßweges takes place at a distance of 200 to 300mm parallel to the surface to be measured. When driving past the concrete slab, the CCD camera reacts only to differences in light and dark. To increase the contrast, an all-round light bulb can be arranged directly above the device.

Zur exakten Justierung der einzelnen Winkelstellungen des Drehkopfes bzw. der CCD-Kamera 13 kann an dem Lagerbock 7 beispielsweise ein an sich bekanntes Maltesergetriebe mit einer 45-Grad-Teilung angebracht sein, wobei das Rad mit der Teilung mit der abtriebsseitigen Welle 8 und das zugehörige Schaltrad mit dem getriebenen Kegelrad 10 fest verbunden ist. Bei der Verwendung von CCD-Matrix-Kameras ist ein Vermessen sowohl in waagerechter, d. h. der Plattenlänge und -dicke von der Seite, als auch in vertikaler Richtung, d. h. dor Plattenhöhe und -dicke von oben bzw. unten, möglich. Die CCD-Kameras besitzen eine geringe Masse, so daß der Antrieb des Drehkopfes nur eine geringe Leistung erfordert.Es besteht aber auch die Möglichkeit der Verwendung von pneumatischen Meßeinrichtungen. In diesem Fall ist die Welle 8 mit dem Aufnehmer einer Luftdüse verbunden, die an dem Meßobjekt vorbeigefahren wird.For exact adjustment of the individual angular positions of the rotary head or the CCD camera 13 may be attached to the bearing block 7, for example, a known Maltese transmission with a 45-degree graduation, the wheel with the division with the output-side shaft 8 and the associated Ratchet with the driven bevel gear 10 is firmly connected. When using CCD matrix cameras, a measurement in both horizontal, d. H. the plate length and thickness from the side, as well as in the vertical direction, d. H. dor plate height and thickness from top or bottom, possible. The CCD cameras have a low mass, so that the drive of the rotary head requires only a small power. But there is also the possibility of using pneumatic measuring devices. In this case, the shaft 8 is connected to the receiver of an air nozzle, which is moved past the DUT.

Claims

Device for measuring large objects to be measured, for example, concrete slabs in construction, using non-contact measuring means such as pneumatic measuring means, CCD cameras and the like, characterized in that the measuring means (13) is coupled to a rotary head, the on a known percussion unit with Cartesian basic structure is mounted, wherein the measuring head consists of a bevel gear, in which a lying bevel gear (2) rotatably connected to the track, in which two horizontally mounted bevel gears (9; 10) engage, of which the one (9) is driven and the opposite bevel gear (10) is non-rotatably connected to the measuring means (13) which are operatively connected to each other via a fourth, vertically mounted bevel gear (11) and rotatably mounted about the axis of lying opposite the bevel gear arranged rotationally fixed bevel gear (2) are.

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

Dio invention relates to a device for measuring large objects to be measured, for example, concrete slabs in construction.

Characteristic of the known state of the art

Concrete panels manufactured for the construction industry, such as assembly plots for housing, corporate or industrial construction or other construction elements, are measured as part of quality control. This is done either by direct measurement of the components by means of Stahlmeßband, Richtwaage, steel angle, etc. or by measuring using a reference system. In the first case, an optical plane is set up to align the long sides with the help of a theodolite. The vertical is then fixed in the same way on the horizontal line. For checking the angularity and the flatness, a steel angle and sometimes also a suspension are used. All smaller dimensions are determined by means of a comparative steel measuring tape. These operations require two to three workers and are time consuming. For these reasons, such tests can only be randomly sampled ¹ . The measurement results obtained by manual measurement are subject to a relatively high measurement uncertainty. More precise measurements are possible with the aid of inner or outer reference systems. When using an external reference system are taken with a relatively large amount of technical effort around the concrete slab to be surveyed stitch dimensions to an external frame of reference manually or automatically and dio differences determined to the nominal size. When measuring with an inner reference system, there are basket pins on the mold bottom in which the concrete slab is poured, which leave impressions on the concrete slab. The outer edges of the concrete slab are facing this ·. Measure markings. The previous alignment of the horizontal mold box is done with the theodolite. In the latter survey is disadvantageous that the pins for mold inserts are hindering and must be implemented at every change in the production program. Both test methods require according to TGL 33440 an exact specification of a large number of measuring points, all of which must be measured. This requires a lot of time, so that these test methods can be done only in the form of random checks.

Object of the invention

Zial the invention is an apparatus for measuring large objects to be measured, which allows an effective, automatic measurement.

Explanation of the essence of the invention

The invention has for its object to develop a device for measuring large objects to be measured, which allows the use of such measuring means that allow automated data acquisition and evaluation. According to the invention the object is achieved in that a non-contact measuring means is mounted on a rotary head, which is mounted on a known traveling unit with Cartesian basic structure, such as a gantry robot. The measuring head consists of a. Bevel gear combination in which a horizontal bevel gear is non-rotatably connected to the track, in which engage two horizontally mounted bevel gears. One of these bevel gears is connected to a drive, with the other, opposite the measuring means is rotatably coupled. Both bevel gears are connected to each other via a further vertically mounted bevel gear in operative connection and are also rotatably mounted about the axis of the lying, rotatably connected with the track bevel gear. This means that both the drive of the driving bevel gear and the measuring means are also rotatable about the axis of the fixed bevel gear. As measuring means, for example, measuring nozzles of a pneumatic measuring device or a CCD camera can be used. The entire device is three-dimensionally movable with the help of the Cartesian displacement unit. When the driven bevel gear is rotated, the entire structure connected to the track unit rotates about the axis of the fixed bevel gear. At the same time the rotational movement over the fixed bevel gear opposite, mounted vertically