DD295229A5

DD295229A5 - Raeumliche wegmesseinrichtung

Info

Publication number: DD295229A5
Application number: DD34163090A
Authority: DD
Inventors: Sawa Tschakarow
Original assignee: Institut Fuer Automatisierung,De
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1990-06-13
Publication date: 1991-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine raeumliche Wegmeszeinrichtung zur Definierung der Stellung bzw. einer Ortsaenderung eines Koerpers im Raum durch die Erfassung von drei Entfernungen und drei Winkeln. Dazu werden drei um jeweils zwei miteinander einen rechten Winkel einschlieszende Achsen schwenkbar im Raum angeordnete Laserinterferometer auf je ein zugehoeriges, auf einer dem zu vermessenden Koerper zugeordneten, um drei zueinander im rechten Winkel angeordnete Achsen schwenkbaren Scheibe angeordnetes Triplexprisma ausgerichtet. Zum Ausrichten bzw. Nachfuehren werden die Auftrefforte der von den Laserinterferometern ausgesendeten Laserstrahlen auf der Scheibe ausgewertet. Zeichnung{Laserinterferometer, drei; Dreieck, schwenkbar; Achsen, zwei; Scheibe, schwenkbar; Achsen, drei; Triplexprismen, drei; Auftreffort; Auswertung; Folgesteuerung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Messen von Entfernungen bzw. Wegen im Raum und kann zur Vermessung von Bewegungen, z. B. der Bewegung von Körpern oder Punkten, wie eines Robocaries oder einzelner Glieder eines Industr'eroboters, oder in roboterisierten Meßplätzen verwendet werden.

Charakteiistlk des bekannten Standes der Technik

Aus der DD-PS 237002 ist ein räumliches Wegmeßsystem, wobei über ein gespanntes Band eine lineare Verschiebung des zu vermessenden Punktes in einen proportionalen Drehwinkel eines eine zum Drehwinkel proportionale Zahl elektrischer Impulse erzeugenden Drehkodierers überführt wird, bekannt, bei dem der zu vermessende Punkt mit mindestens drei an geeigneten räumlichen Referenzpunkten angeordneten Meßrollen mit starr gekuppeltem Drehkodierer verbunden ist und den Meßrollen jeweils eine das zugehörige Band stets mit einer konstanten Kraft beaufschlagende Aufrollvorrichtung zugeordnet ist. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß eine Belastung am Objekt gegeben ist und die Trägheit eine Geschwindigkeits- bzw. Beschleunigungsbegrenzung bedingt.

Aus der DE-OS 3205362 ist ein Wegmeßsystem zur Erfassung der räumlichen Koordinaten einer beweglichen Komponente bekannt, das auf primären Wegmeßsy^temen beruht, die die Entfernungsänderung zwischen dieser Komponente und den jeweiligen Referenzpunkten der Primärmeßsysteme über Messungen auf den kürzosten Verbindungslinien erfassen, um die Lage des Meßpunktes weitgehend frei von den für konventionelle Meßsysteme typischen Abbe-Fehlern zu ermitteln, bei dem als primäre Wegmeßsysteme Laserinterferometer eingesetzt werden und eine Strahlnachführung die jeweilige Meßachse in Deckung mit der kürzesten Verbindungslinie zwischen jeweiligem Referenzpunkt und Meßpunkt hält.

Nachteilig an dieser Lösung ist, daß die Strahlnachführung kompliziert ausgebildet ist und daß eine Bewegung von Körpern im Raum nicht erfaßt werden kann.

Ziel der Erfindung

Problemloses Erfassen der Lage bzw. Bewegung von Körpern im Raum.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle zur eindeutigen Definierung einer weitgehend beliebigen Stellung bzw. Orteänderung eines Körpers im Raum benötigten Daten problemlos erfassen zu können.

Bei einer räumlichen Wegmeßeinrichtung zur Erfassung der Koordinaten einer beweglichen Komponente, die auf primären Wegmeßsystemen beruht, die die Entfernungsänderung zwischen dieser Komponente und den jeweiligen Referenzpunkten der Primärmeßsysteme über Messungen auf den kürzesten Verbindungslinien erfassen, bei der als primäre Wegmeßsysteme Laserinterferometer eingesetzt sind und bei der eine Strahlnachführung die jeweilige Meßachse in Deckung mit der kürzesten Verbindungslinie zwischen jeweiligem Referenz- und Meßpunkt hält, sind erfindungsgemäß drei Laserinterferometer um jeweils zwei miteinander einen rechten Winkel einschließende Achsen schwenkbar an geeigneten Punkten des Raumes angeordnet, dem zu vermessenden Punkt bzw. Körper eine um drei zueinander im rechten Winkel angeordnete Achsen meßbar schwenkbare, auf ihrer Oberfläche drei analog den Laserinterferometern angeordnete Triplexprismen und eine Veränderungen des Auftreffortes der von den Laserinterferometern ausgesendeten Laserstrahlen erfassende Einrichtung aufweisende Scheibe zugeordnet und eine die Veränderung des Auftreffortes der drei Laserstrahlen in analoge, alle den Schwenkachsen zugeordnete Antriebe ansteuernde Folgesteuerimpulse umwandelnde Schaltung vorgesehen.

Es ist vorteilhaft, die Laserinterferometer derart anzuordnen, daß die Verbindungslinien zwischen ihnen ein gleichseitiges Dreiock bilden.

Zur Erfassung des Auftreffortes bzw. Änderungen des Auftreffortes der drei von den Laserinterferometern ausgesendeten Laserstrahlen ist es sinnvoll, die drei Triplexprismen lichthalbdurchlässig auszubilden und jeweils über einer positionsempfindlichen Fotoflächendiode anzuordnen.

Zur Erleichterung der Folgesteuerung ist es zweckmäßig, die Achsen, um die die Interferometer und die Scheibe schwenkbar sind, und die Achsen der positionsempfindiichen Fotoflächendioden mit gleicher Orientierung anzuordnen.

Durch die Erfindung ist es möglich, alle für die eindeutige Definierung eines Körpers im Raum benötigten Daten problemlos zu erlangen, und zwar mit den drei Winkeln bzw. Winkeländerungen an den Schwenkachsen der auf den Mittelpunkt der drei Interferometer ausgerichteten, der dem zu vermessenden Körper zugeordneten Scheibe und den drei Entfernungen zwischen jeweils einem definiert positioniert angeordneten Laserinterferometer und dem zugehörigen, auf der Scheibe angeordneten Triplexprisma. Es lassen sich bei Bedarf problemlos die Winkel bzw. Winkeländerungen der Schwenkachsen der jeweils auf das zugehörige Triplexprisma der Scheibe ausgerichteten bzw. nanhgeführten Laserinterferometer erfassen.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.

An der Eckpunkten eines vorzugsweise gleichseitigen Dreieckes sind drei Laserinterferometer 1; 2; 3 angeordnet. Die Laserinterferometer 1; 2; 3 sind jeweils um zwei einen rechten Winkel einschließende Achsen 1.1; 1.2; 2.1; 2.2; 3.; 3.2 über zugehörige Antriebe 1.3; 1.4; 2.3; 2.4; 3.3; 3.4 schwenkbar. Dem zu vermessenden Körper wird die um drei im rechte*: Winkel zueinander angeordnete Achsen 5.1; 5.2; 5.3, denen Antriebe 5.4; 5.5; 5.6 mit Drehkodierern zugeordnet sind, schwenkbare Scheibe 5 zugeordnet. Auf der Scheibe 5 sind den Laserinterferometern 1; 2; 3 analog drei Triplexprismen 5.7; 5.8; 5.9 angeordnet, die vorteilhaft lichthalbdurchlässig ausgebildet und jeweils über einer positionsempfindiichen Fotoflächendiode angeordnet sind.

Dem zu vermessenden Körper wird die Scheibe 5 zugeordnet, die Laserinterferometer 1; 2; 3 werden auf die Triplexprismen 5.7; 5.8; 5.9 ausgerichtet. Mittels der Entfernungen Ri; R₂; R₃ und der Winkel α; β; γ kann die Raumposition der Scheibe 5 und letztlich die Raumposition des zu vermessenden Körpers ermittelt werden, wenn die Raumposition der Laserinterferometer 1; 2; 3 oder die Entfernungen At; B₁; C, zwischen den drei Laserinterferometern 1; 2; 3 bekannt sind.

Ändert sich die Position des Körpers im Raum, wird die Positionsänderung über die hinter den lichthalbdurchlässigen Triplexprismen 5.7; 5.8; 5.9 angeordneten positionsempfindlichen Fotoflächendioden registriert. Mit den Ausgängen dieser Fotoflächendioden wird eine Steuerschaltung beaufschlagt, die sämtliche Antriebe 1.3; 1.4; 2.3; 2.4; 3.3; 3.4; 5.4; 5.5; 5.6 derart ansteuert, daß die Sirahlen der Laserinterferometer 1; 2; 3 wieder auf die Mitte der Triplexprismen 5.7; 5.8; 5.9 treffen und somit stets ins Zentrum der positionsempfindlichen Fotoflächendioden zurückgeführt werden. Die verlängerte Mittellinie der Scheibe ist praktisch stets auf don Mittelpunkt des durch die Laserinterferometer 1; 2; 3 gebildeten Dreiecks gerichtet. Bei Kenntnis der räumlichen Koordinaten der angeordneten Interferometer 1; 2; 3 bzw. der Entfernung A₁; B₁; C, zwischen ihnen kann mittels der Entfernung R₁; R₂; Ra die Lage der Kegelspitze K, die gleichzeitig Schnittpunkt der Achsen 5.1; 5.2; 5.3 ist, um die die Scheibe 5 gechwenkt werden kann, berechnet werden. Mittels der Winkel α; β; γ ist die räumliche Lage eines der Achse 5.1 der Scheibe 5 zugeordneten Körpers definiert. In der Zeichnung ist der zu vermessende Körper als Taster mit einer Meßkugel M zur punktweisen Abtastung beliebiger Objekte, z. B. innerhalb eines roboterisierten Meßplatzes ausgebildet.

Claims

1. Räumliche Wegmeßeinrichtung zur Erfassung der Koordinaten einer insbesondere beweglichen Komponente, die auf primären Wegmeßsystemen beruht, die die Entfernung bzw. Entfernungsänderungen zwischen dieser Komponente und den jeweiligen Referenzpunkten der Primärmeßsysteme über Messungen auf den kürzesten Verbindungslinien erfasen, bei der als primäre Wegmeßsysteme Laserinterferometer eingesetzt sind und bei der eine Strahlnachführung die jeweilige Meßachse in Deckung mit der kürzesten Verbindungslinie zwischen jeweiligem Referenz- und Meßpunkt hält, dadurch gekennzeichnet, daß drei Laserinterferometer (1; 2; 3) um jeweils zwei miteinander einen rechten Winkel einschließende Achsen (1.1; 1.2; 2; 2.1; 2.2; 3.1; 3.2) schwenkbar an geeigneten Punkten des Raumes angeordnet sind, daß dem zu vermessenden Punkt bzw. Körper eine um drei zueinander im rechten Winkel angeordnete Achsen (5.1; 5.2; 5.3) meßbar schwenkbare, auf ihrer Oberfläche drei analog den Laserinterferometern (1; 2; 3) angeordnete Triplexprismen (5.7; 5.8; 5.9) und eine Veränderung des Auftreffortes der von den Laserinterferometern (1; 2; 3) ausgesendeten Laserstrahlen erfassende Einrichtung aufweisende Scheibe (5) zugeordnet ist und daß eine die Veränderungen des Auftreffortes der drei Laserstrahlen auswertende und alle den Achsen (1.1; 1.2; 2.1; 2.2; 3.1; 3.2; 5.1; 5.2; 5.3) zugeordneten Antriebe (1.3; 1.4; 2.3; 2.4; 3.3; 3.4; 5.4; 5.5; 5.6) mit der Veränderung des Auftreffortes analogen Folgesteuerimpulsen beaufschlagende Schaltung vorgesehen ist.

2. Räumliche Wegmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserinterferometer (1; 2; 3) an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.

3. Räumliches Wegmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Triplexprismen (5.7; 5.8; 5.9) lichthalbdurchlässig ausgebildet und jeweils über einer positionsempfindlichen Fotoflächendiode angeordnet sind.

4. Räumliches Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (1.1; 1.2; 2.1; 2.2; 3.1; 3.2; 5.1; 5.2; 5.3), um die die Interferometer (1; 2; 3) und die Scheibe (5) schwenkbar sind, und die Achsen der positionsempfindlichen Fotoflächendioden mit gleicher Orientierung angeordnet sind.