DE102006023408A1

DE102006023408A1 - Machine part e.g. shaft, three-dimensional location`s qualitative or quantitative determination device for e.g. measurement robot, has optoelectronic sensor determining incidence points of light beam flared in two planes

Info

Publication number: DE102006023408A1
Application number: DE200610023408
Authority: DE
Inventors: Michael Hermann
Original assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Current assignee: Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-11-22

Abstract

The device has a transmitting device emitting multiple light beams e.g. laser beams (40, 50) with a crosshair-shaped or star-shaped cross section, which is flared in two planes. A receiving device has two linear optoelectronic sensors e.g. position sensitive sensors (42, 52) determining incidence points of the light beam flared in the two planes on the indicated optoelectronic linear sensors. The lengthwise axes of the optoelectronic linear sensors are aligned at an angle of about 40-120 degrees relative to one another. An independent claim is also included for a process for qualitative or quantitative determination of a three-dimensional location of two bodies relative to one another.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und zugehörige Vorrichtungen zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Positionierung und Orientation zweier Maschinen oder Maschinenteile relativ zueinander, wie zum Beispiel Wellen, Werkzeugmaschinenspindeln, Werkstücken oder anderen physischen Gegenständen. Die Erfindung ist ebenfalls dazu geeignet, die Fluchtung oder die Ausrichtung von zwei zueinander auszurichtenden zylindrischen Objekten quantitativ zu vermessen oder zu beurteilen, beispielsweise an Rohren oder Pipelines. Weiterhin ist die Vorrichtung geeignet, als Sensor in einem Koordinatenmeßgerät oder einem Meßroboter zu dienen.The The invention relates to a method and associated apparatus for the quantitative assessment of spatial positioning and Orientation of two machines or machine parts relative to each other, such as shafts, machine tool spindles, workpieces or other physical objects. The invention is also suitable for the alignment or the Alignment of two cylindrical objects to be aligned quantitatively to measure or judge, for example, on pipes or pipelines. Furthermore, the device is suitable as a sensor in a coordinate measuring machine or a measuring robot to serve.

Verfahren und Vorrichtungen ähnlicher Art sind seit mehreren Jahren erolgreich in Gebrauch und haben sich dadurch ausgezeichnet, dass durch ihre Anwendung ein enormes Maß an Arbeitszeit eingespart worden ist.method and devices more similar Species have been in successful use for several years and have become characterized by the fact that by their application an enormous amount of working time has been saved.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 10117390 bekannt, in welcher auf weiteren diesbezüglichen Stand der Technik hingewiesen wird.A generic device is from the DE 10117390 known in which reference is made to further related art.

In der genannten Schrift wird dargestellt, wie die fluchtende Lage zweier Maschinenteile unter Verwendung einer strahlerzeugenden Lichtquelle überprüft, vermessen und beurteilt werden kann.In the above font is shown as the aligned position two machine parts using a beam-generating light source checked, measured and can be judged.

Die bekannten Vorrichtungen und Verfahren sehen häufig Präzisionsteile und -komponenten vor, teilweise auch kostenintensive optische Bauteile, und ermöglichen auf diese Weise präzise und zuverlässige Messungen.The Known devices and methods often see precision parts and components before, sometimes costly optical components, and allow precise in this way and reliable Measurements.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen geräteseitig derart zu verbessern, daß die Präzision eines solchen Gerätes noch weiter gesteigert werden kann, bei gleichzeitig signifikanter Vergrößerung seines Meßbereiches, und zwar sowohl in lateraler (distanzmäßiger) als auch transversaler (querliegender) Dimension. Damit wird der Einsatz eines erfindungsgemäßen Gerätes auch in solchen Anwendungsfällen möglich, wo vorherige Meßsysteme in Bezug auf Auflösung, Linearität oder Größe des meßbereiches bereits and die Grenzen des technisch machbaren gestoßen waren.It Object of the invention, the known methods and devices device side to improve so that the precision of such a device yet can be further increased, at the same time significant increase in his Measuring range, and though both lateral (more distanced) and transversal (transverse) dimension. Thus, the use of a device according to the invention also in such applications possible, where previous measuring systems in terms of resolution, linearity or size of the measuring range already had reached the limits of the technically feasible.

Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann überprüft bzw. quantitativ ausgemessen werden:

– translatorischer Versatz zwischen zwei zu vermessenden Gegenständen nach bis zu zwei Richtungen des Raumes, z.B. horizontal und vertikal
– winkelmäßiger Versatz zwischen zwei zu vermessenden Gegenständen, nach bis zu drei Winkelkoordinaten im Raum, z.B. Azimut und Elevation sowie Rollwinkel

With a device according to the invention can be checked or quantitatively measured:

- Translatorischer offset between two objects to be measured in up to two directions of the room, for example horizontally and vertically
- angular offset between two objects to be measured, after up to three angular coordinates in space, eg azimuth and elevation, and roll angle

Die Vorrichtung kann daher sehr gut in einem metrologischen Koordinatenmeßgerät nach z.B. DE 200 02 150 verwendet werden.The device can therefore very well in a metrological coordinate, for example DE 200 02 150 be used.

Zur Lösung des genannten Problems wird vorgesehen:

– eine einen mehrfach aufgefächerten Lichtstrahl, insbesondere einen doppelt flächigen Laserlichtstrahl, aussendende Einrichtung, so daß der Querschnitt des ausgesendeten Lichtstrahls die Form eines Fadenkreuzes (engl. crosshair) oder eines Sterns aufweist
– mindestens drei, bevorzugt vier oder mehr lineare optoelektronische Sensor-Arrays zur direkten oder indirekten Bestimmung von Auftreffpunkten des in zwei oder mehr Ebenen aufgeweiteten Lichtstrahles.

To solve the mentioned problem is provided:

A multi-faceted light beam, in particular a double-surface laser light beam, emitting device, so that the cross-section of the emitted light beam has the shape of a crosshair or a star
- At least three, preferably four or more linear optoelectronic sensor arrays for direct or indirect determination of impact points of the expanded in two or more planes of light beam.

Ein zugehöriges erfindungsgemäßes Meßverfahren sieht in einem oder mehreren Schritten die Verwendung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung vor.One associated Measuring method according to the invention sees in one or more steps the use of the measuring device according to the invention in front.

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens oder der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist im Sinne der Erfindung nicht nur von Vorteil, die Verlagerung von Maschinenteilen wie Wellen oder Rohren zu vermessen, sondern kann auch mit Vorteil in metrologischen Vorrichtungen wie Meßrobotern oder Koordinatenmeßmaschinen vorgenommen werden.The Use of the measuring method according to the invention or the measuring device according to the invention is within the meaning of the invention not only beneficial, the relocation of machine parts such as shafts or pipes to measure, but can also be used with advantage in metrological devices such as measuring robots or coordinate measuring machines be made.

Zur Erzeugung eines mehrfach aufgefächterten und somit in z.B. zwei oder mehr Ebenen ausgebreiteten Lichtstrahles wird bevorzugt ein Diffraktionsgitter, z.B. in Form eines transparenten Punktgitters, vorgesehen. Alternativ wird stattdessen ein Hologramm oder ein Mikrolinsen-Array vorgesehen. Das Diffraktionsgitter, das Hologramm oder das Mikrolinsen-Array sind bevorzugt transmissiv (d.h. anteilig lichtdurchlässig) und werden mit Vorteil in den Strahlengang eines herkömmlichen Lasers eingesetzt. Sie erzeugen so die gewünschte Strahl-Querschnittsform. Es können die genannten optischen Elemente aber auch in so in den Strahlengang eines Lasers eingesetzt werden, dass auch deren reflektive Eigenschaften zum Tragen kommen und genutzt werden.to Generation of a multi-layered and thus in e.g. two or more planes of propagated light beam For example, a diffraction grating, e.g. in the form of a transparent Dot grid, provided. Alternatively, instead, a hologram or a microlens array. The diffraction grating, the Hologram or microlens array are preferably transmissive (i.e., proportionately translucent) and are beneficial in the beam path of a conventional Laser used. They thus produce the desired beam cross-sectional shape. It can the said optical elements but also in the beam path a laser are used, that also their reflective properties come to fruition and be used.

Gemäß der Erfindung wird ein herkömmlicher zweidimensional auslesbarer optoelektronischer Sensor funktional ersetzt durch eine Anordnung von entweder drei (auf Seitenlinien eines Dreiecks zueinander angeordneten) linearen optoelektronischen Arrays in CCD- oder CMOS-Technologie, oder einer Anordnung von bevorzugt vier, ggf. weiteren solchen linearen Arrays (auch Sensorzeilen oder Zeilensensoren genannt).According to the invention, a conventional two-dimensionally readable optoelectronic sensor is functionally replaced by an arrangement of either three (arranged on sides of a triangle) linear optoelectronic arrays in CCD or CMOS technology, or an array of preferably four, possibly further such linear arrays (also sensor lines or Called line sensors).

Gegenüber dem vorherigen Stand der Technik besitzt eine solche Anordnung folgende signifikante Vorteile:

– Vergrößerung des Meßbereiches zu Bestimmung eines Laser-Auftreffpunktes oder dessen Ä quivalent auf mehr als 35 mm, im Vergleich zu vorher typ. ca. 10–20 mm
– Vergrößerung der Optischen Auflösung auf 1:100.000 oder mehr, im Vergleich zu vorher ca. 1:10.000 (bei Anwendung von Mittelwertbildungsverfahren)
– Farbdiskrimination, somit weitergehende Unterdrückungsmöglichkeit von Fremdlicht
– verbesserte d.h. höchstpräzise Linearität des Sensors
– Erfassungsmöglichkeit einer weiteren Drehwinkelkoordinate (i.e. Rollwinkel)
– sehr hohe Lichtempfindlichkeit
– sehr schnelle Bereitstellung digitalisierter Meßdaten möglich
– intensive Leuchtdichte bereitstellbar durch Verwendung von Laserlichtquellen von bis zu 5 mW oder mehr bei nicht-kohärenten bzw. mehrfarbigen Lichtquellen
– drastische Kostenreduktion

Compared with the prior art, such an arrangement has the following significant advantages:

- Magnification of the measuring range to determine a laser impact point or its Ä equivalent to more than 35 mm, compared to previously typ. approx. 10-20 mm
- Magnification of the optical resolution to 1: 100,000 or more, compared to previously about 1: 10,000 (using averaging method)
- Color discrimination, thus further suppression of extraneous light
- Improved ie high-precision linearity of the sensor
- Detection possibility of another rotation angle coordinate (ie roll angle)
- very high photosensitivity
- Very fast provision of digitized measurement data possible
Intensive luminance can be provided by using laser light sources of up to 5 mW or more in non-coherent or multi-colored light sources
- dramatic cost reduction

Mit der vorgestellten Erfindung können die erhaltenen Meßresultate in einem nachfolgenden Schritt und mittels eines zugehörigen Verfahrens dazu herangezogen werden, die Position und/oder Winkellage von fehlerhaft relativ zueinander ausgerichteten Objekten entweder mit großer Genauigkeit zu dokumentieren, oder aber mit höchster Präzision zu korrigieren. – Auch die Verwendung der Erfindung als Meßvorrichtung in einem Koordinatenmeßgerät oder Meßroboter ist mit großem Nutzen verbunden, da die Verlagerung von Prüflingen, Werkstücken usw. relativ zu einem Meßtisch o.ä. mit großer Präzision gemessen und registriert werden kann.With the presented invention the obtained measurement results in a subsequent step and by means of an associated method thereto be used, the position and / or angular position of faulty relative to each other aligned objects either with great accuracy document, or with the highest Precision too correct. - Also the use of the invention as a measuring device in a coordinate or measuring robot is with big Benefits associated with the relocation of specimens, workpieces, etc. relative to a measuring table etc. With greater Precision measured and can be registered.

Gemäß der Erfindung ist es nützlich, wenn neben der laserlichterzeugenden Vorrichtung und der lichtempfangenden Vorrichtung zusätzliche Hilfs-Vorrichtungen vorhanden sind, wie etwa in Form zusätzlicher Inclinometer, insbesondere elektronischer Inclinometer, oder Wasserwaagen.According to the invention is it useful when in addition to the laser light generating device and the light receiving Device additional Auxiliary devices are present, such as in the form of additional Inclinometers, in particular electronic inclinometers, or spirit levels.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:The Invention will be explained below with reference to the drawing. It shows:

1 ein perspektivische schematisierte Ansicht von der Seite auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer einen fadenkreuzförmigen Licht- oder Laserstrahl aussendenden Einheit und einer lichtempfangenden Einheit, welche jeweils auf Wellenenden montiert sind 1 a perspective schematic view from the side of a device according to the invention with a crosshair-shaped light or laser beam emitting unit and a light-receiving unit, which are respectively mounted on shaft ends

2 in einer Aufsicht die Wirkungsweise der lichtempfangenden Einheit mit vier Zeilensensoren 2 in a plan view of the operation of the light-receiving unit with four line sensors

3 in einer Aufsicht die Wirkungsweise der lichtempfangenden Einheit mit drei Zeilensensoren 3 in a plan view of the operation of the light-receiving unit with three line sensors

4 eine Ausgestaltung der Erfindung mit einer Mehrzahl an Zeilensensoren, deren effektiver Empfangsbereich durch überlappende Anordung vergrößert wird 4 An embodiment of the invention with a plurality of line sensors whose effective receiving range is increased by overlapping arrangement

5 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit einer Mehrzahl an Zeilensensoren, welche ringförmig angeordnet sind 5 a further embodiment of the invention with a plurality of line sensors, which are arranged in a ring

Wie in 1 schematisch gezeigt, kann ein metrologisches System gemäß der Erfindung in zwei separaten Gehäusen 30, 130 untergebracht sein. Es sind Halte- oder Spannvorrichtungen 22, 122 vorgesehen, so daß ein Anlegen an die Wellenenden 10, 110 in an sich bekannter Weise und Technik möglich ist.As in 1 shown schematically, a metrological system according to the invention in two separate housings 30 . 130 be housed. They are holding or tensioning devices 22 . 122 provided so that an application to the shaft ends 10 . 110 in a conventional manner and technology is possible.

Innerhalb des Gehäuses 30 befindet sich eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier nach vorne orientierten Laserlichtebenen, welche bevorzugt rechtwinklig zueinander orientiert sind. Wie bereits erwähnt, kann die Erzeugung dieses speziellen Laserlichtes mittels Diffraktionsgitter, eines Hologramms oder einer Mikrolinsen-Anordnung vorgenommen werden.Inside the case 30 There is a device for generating two forward-oriented laser light planes, which are preferably oriented at right angles to each other. As already mentioned, the generation of this special laser light can be carried out by means of a diffraction grating, a hologram or a microlens arrangement.

Dia mit dem Gehäuse 130 verbundene Vorrichtung stellt also ein Empfangsgerät speziell für einen auftreffenden Laser- oder Lichtstrahl mit im wesentlichen fadenkreuzförmigem Querschnitt dar. Als empfangende Elemente diesen die Zeilensensoren (lineare Arrays) 42, 43, 52 und 53, welche etwa auf den Seiten eines Quadrates angeordnet sind. In das Zentrum des Quadrates kann der Ursprung eines Koordinatensystems gelegt werden. Die elektronische Beschaltung und Auslesung dieser Bausteine, welche z.B. von der Firma Sony geliefert werden, erfolgt in an sich bekannter Weise, z.B. durch einen übergeordneten Computer (nicht gezeigt). Die Vorrichtung 130 ist in ihren elektrooptischen Eigenschaften einem herkömmlichen rechteckigen elektrooptischen Sensor, welcher den Auftreffort einfachen Laserstrahls detektieren soll, in mehrerer Hinsicht überlegen, insbesondere was Größe des Meßbereichs, Empfindlichkeit und Linearität betrifft. Wie in der 1 gezeigt, wird anstelle der Registrierung eines Auftreffpunktes eines einfachen Laserstrahls (mit dem Querschnitt eines Kreises von ca. 1 bis 5 mm Durchmesser) an der Stelle Z auf einer positionsempfindlichen Diode (PSD) oder eines flächigen pixelorientierten CMOS- oder CCD-Bildsensors nunmehr der fadenkreuzförmige Laserstrahl in innovativer Weise im Zusammenspiel mit den bevorzugt vier Zeilensensoren dazu herangezogen, ein maßgebendes Auftreffzentrum Z zu definieren. Es ist ersichtlich, dass der Querschnitt des fadenkreuzförmigen Licht- oder Laserstrahls zweckmäßig durch Linien von mindestens 20 mm Länge definiert wird. Die effektiven Koordinaten des Auftreffzentrums des fadenkreuzförmigen Laserstrahls errechnen sich also durch eine Mittelwertbildung, nämlich anhand der von den per Lichtstrahl beleuchteten Zeilensensoren 42, 43 gelieferten Abszissenwerten und als Mittelwert der von den per Lichtstrahl beleuchteten Zeilensensoren 52, 53 gelieferten Ordinatenwerten. Im Gegensatz zum vorher bekannten Stand der Technik mit zweidimensional auslesbaren Positionssensierenden Dioden (PSD) kann nun bequem die Drehlage des Lichtstrahles (Rollwinkel) relativ zur Empfangsvorrichtung 130 ermittelt werden, wie dies in 2 symbolisch dargestellt wird. – Die im Gehäuse 130 existierende Vorrichtung kann im Prinzip ergänzt werden durch einen eigenen Lichtsender, welcher Licht in Nähe des Zentrums Z aussendet. Eine solche kombinierte Vorrichtung kann dann paarweise für vorgesehene Meßvorhaben verwendet werden, zur weiteren Steigerung der Genauigkeit. Eine solche Vorrichtung kann auch einzeln verwendet werden, wenn sie mit einem ihr in Richtung des Lichtstrahles gegenüberliegenden Reflektor zusammenarbeitet. Ein solcher Reflektor kann entweder ein Planspiegel sein oder aus einem reflektierenden Prisma bestehen. In 2 wird gezeigt, wie die anteilige Ebene 40 des Licht- oder Laserstrahles auf die Zeilensensoren 42, 43 einfällt und dort nach Farbe, Intensität und Einfallsort mittels an sich bekannter Methoden registriert werden kann (nachgeschaltete elektronische Auswerteschaltungen oder Computer nicht gezeigt, siehe Steckvorrichtung 57). Weiterhin wird gezeigt, wie die anteilige Ebene 50 des Licht- oder Laserstrahles auf die Zeilensensoren 52, 53 einfällt und dort nach Farbe, Intensität und Einfallsort registriert werden kann. Die genannten handelsüblichen Zeilensensoren haben dabei eine Auflösung von besser als 3·10000 Pixel, bei einer Pixel-Gitterkonstante von etwa 3 Micrometer. Für qualitativ geringer arbeitende Vorrichtungen können natürlich auch Zeilensensoren mit einer geringeren Pixel-Zahl vorgesehen werden.Slide with the case 130 Connected device thus represents a receiving device specifically for an incident laser or light beam with a cross-section substantially cross-hatched. As the receiving elements these line sensors (linear arrays) 42 . 43 . 52 and 53 , which are arranged approximately on the sides of a square. The origin of a coordinate system can be placed in the center of the square. The electronic wiring and readout of these blocks, which are supplied for example by the company Sony, takes place in a conventional manner, for example by a higher-level computer (not shown). The device 130 is superior in many respects in its electro-optical properties to a conventional rectangular electro-optical sensor which is intended to detect the location of simple laser beam, in particular as regards the size of the measuring range, sensitivity and linearity. Like in the 1 is shown instead of the registration of a point of impact of a simple laser beam (with the cross section of a circle of about 1 to 5 mm diameter) at the point Z on a position sensitive diode (PSD) or a flat pixel-oriented CMOS or CCD image sensor now the crosshairs Laser beam in an innovative way in interaction with the preferred four Zei lens sensors used to define a significant impact center Z. It can be seen that the cross section of the reticule-shaped light or laser beam is expediently defined by lines of at least 20 mm in length. The effective coordinates of the point of incidence of the reticule-shaped laser beam are thus calculated by averaging, namely on the basis of the line sensors illuminated by the light beam 42 . 43 delivered abscissa values and as an average of the line sensors illuminated by the light beam 52 . 53 delivered ordinate values. In contrast to the previously known state of the art with two-dimensionally readable position-sensing diodes (PSD), the rotational position of the light beam (roll angle) relative to the receiving device can now be conveniently achieved 130 be determined, as in 2 symbolically represented. - The in the case 130 existing device can in principle be supplemented by its own light emitter, which emits light in the vicinity of the center Z. Such a combined device can then be used in pairs for intended measurement, to further increase the accuracy. Such a device can also be used individually when it cooperates with a reflector opposite it in the direction of the light beam. Such a reflector can either be a plane mirror or consist of a reflective prism. In 2 is shown as the pro-rated level 40 of the light or laser beam on the line sensors 42 . 43 is incident and can be registered there by color, intensity and place of incidence by means of methods known per se (downstream electronic evaluation circuits or computer not shown, see plug-in device 57 ). Furthermore, it shows how the proportional level 50 of the light or laser beam on the line sensors 52 . 53 and can be registered there according to color, intensity and place of incidence. The above-mentioned commercial line sensors have a resolution of better than 3 × 10 000 pixels, with a pixel lattice constant of about 3 micrometers. For lower quality devices, of course, line sensors with a lower pixel count can be provided.

Das interessierende Zentrum Z errechnet sich wie erwähnt aus den Mittelwerten der erfaßten d.h. von den Zeilensensoren gelieferten Abszissen- und Ordinatenwerte des auftreffenden Lichtstrahls von fadenkreuzförmigem Querschnitt.The center of interest Z is calculated as mentioned from the means of the detected, i. abscissa and ordinate values provided by the line sensors of the incident light beam of crosshair-shaped cross section.

Sender und Empfänger können auch so auf Wellenenden 10, 110 montiert werden, daß der Licht- oder Laserstrahl 40, 50 praktisch achsparallel zum Wellenende 10 abgestrahlt wird. Ein interessierender Torsions- oder Rollwinkel für die genannten Wellenenden errechnet sich dann aus den Differenzwerten der Abszissenwerte der von den Zeilensensoren gelieferten Meßergebnisse bzw. der entsprechenden Ordinatenwerte und dem Abstand der Zeilensensoren von einem ihnen gemeinsamen Zentrum. Dieser Torsions- oder Rollwinkel kann bei der gezeigten Dimensionierung relativ genau bestimmt werden (größenordnungsmäßig ca. 5 Microrad).Transmitter and receiver can also do so on shaft ends 10 . 110 be mounted that the light or laser beam 40 . 50 practically paraxial to the shaft end 10 is emitted. A torsional or roll angle of interest for the said shaft ends is then calculated from the difference values of the abscissa values of the measurement results supplied by the line sensors and the corresponding ordinate values and the distance of the line sensors from their common center. This torsion or roll angle can be determined relatively accurately in the dimensions shown (on the order of about 5 microrad).

Gemäß einer weiteren Ausgesatltung der Erfindung kann mittels einer Mattscheibe, auf welche der Lichtstrahl mit fadenkreuzartigem Querschnitt fällt, und einer projizierenden Optik, welche das Mattscheibenbild auf die Zeilensensoren projiziert, eine indirekte Abbildung des Lichtstrahles vorgenommen werden. Auf diese Weise ist es möglich, den gewünschten Meßbereich entweder zu vergrößern (z.B. auf 300–500 mm) oder ggf. zu verkleinern (z.B. auf 5–10 mm).According to one Further Ausgesatlung the invention can by means of a ground glass, on which the light beam crosshair-like cross-section falls, and a projecting optics, which the matte screen on the Line sensors projected, an indirect image of the light beam be made. In this way it is possible to get the desired one Measuring range either to increase (e.g. 300-500 mm) or, if necessary, to be reduced in size (for example to 5-10 mm).

Um Kosten zu reduzieren, ist es gemäß der Erfindung und wie in 3 gezeigt auch möglich, lediglich 3 auf einem Kreis angeordnete Zeilensensoren vorzusehen. Auf diese fällt dann ein speziell aufgefächerter Lichtstrahl auf, welcher sich durch drei Einzelebenen 40, 50' und 60 auszeichnet. Diese Ebenen weisen somit einen Winkel von z.B. 60° gegeneinander auf. Die Errechnung der Lage eines Zentrums Z dieses aufgefächerten Lichtstrahls relativ zu einem durch die Zeilensensoren gebildeten Symmetriezentrum geschieht ebenfalls unter Verwendung bekannter Methoden der Geometrie und der Algebra. Sobald der aufgefächerte Lichtstrahl nur mittige Elemente der Zeilensensoren beleuchtet, kann, sofern kein zusätzlicher winkelmäßiger Versatz vorliegt, auf eine korrekte Ausrichtung zwischen den zu vermessenden Gegenständen geschlossen werden.In order to reduce costs, it is according to the invention and as in 3 also shown possible to provide only 3 arranged on a circle line sensors. On these then falls on a specially fanned out light beam, which is divided into three levels 40 . 50 ' and 60 distinguished. These planes thus have an angle of eg 60 ° to each other. The calculation of the position of a center Z of this fanned out light beam relative to a center of symmetry formed by the line sensors is also done using known methods of geometry and algebra. As soon as the fanned-out light beam illuminates only central elements of the line sensors, if no additional angular offset is present, a correct alignment between the objects to be measured can be concluded.

Wie in 4 gezeigt, kann der Meßbereich einer Anordnung nach 3 auch ohne optische Mittel vergrößert werden. Wie gezeigt, sind neben den Zeilensensoren 42, 52' und 53' weitere, jeweils parallel zu diesen angeordnete Zeilensensoren 422, 423; 521, 522; 531, 532 vorhanden. Diese zusätzlichen Zeilensensoren sind also in einem radial außenliegenden Bereich angeordnet. Durch die dargestellte überlappende Anordnung der Zeilensensoren wird also ein im Vergleich zum Stand der Technik nochmals erheblich verlängerter Meßbereich bereitgestellt. Es sind effektive Meßflächen von 100 mm·100 mm und mehr darstellbar. Falls mit starker Verlagerung oder Verdrehung der Lichtstrahl-Kombination bestehend aus Lichtstrahlen 40, 50', 60 relativ zu den Zeilensensoren zu rechnen ist, können wie dargestellt weitere Zeilensensoren 421, 523, 533 vorgesehen werden. Auf diese Weise wird ein zusätzlich vergrößerter Meßbereich bereitgestellt.As in 4 shown, the measuring range of an arrangement after 3 be enlarged without optical means. As shown, in addition to the line sensors 42 . 52 ' and 53 ' further, each arranged parallel to these line sensors 422 . 423 ; 521 . 522 ; 531 . 532 available. These additional line sensors are thus arranged in a radially outer region. The illustrated overlapping arrangement of the line sensors thus provides a considerably longer measuring range compared to the prior art. There are effective measuring surfaces of 100 mm × 100 mm and more representable. If with strong displacement or rotation of the light beam combination consisting of light rays 40 . 50 ' . 60 can be expected relative to the line sensors, as shown, further line sensors 421 . 523 . 533 be provided. In this way, an additionally enlarged measuring range is provided.

Wie in 5 dargestellt, kann ein im Prinzip beliebig großer Meßbereich zur Erfassung der Lage eines mehrfach aufgefächerten Lichtstrahls relativ zu einer Empfangsvorrichtung dargestellt werden, indem eine Mehrzahl an Zeilensensoren (42, 42', 52, 52', 43, 53', 53, 53') in ringförmiger und gegebenenfalls auch überlappender Weise auf einer geeigneten Meßfläche angeordnet werden. Es versteht sich, daß in rauher Umgebung ein geeignetes schützendes Gehäuse mit entsprechenden Aperturen für die dargestellten Zeilensensoren von Nutzen ist. Wie in 5 schematisch dargestellt (also ohne eine den Zeilensensoren 42 bis 53 nachzuschaltende Elektronik), kann in einer solchen oder in einer vergleichbaren Anordnung eine sehr große Meßfläche geschaffen werden. Mit dieser kann die Position und/oder Drehlage eines parallel verlagerten und/oder um seine Längsachse verdrehten Lichtstrahls mit mehreren anteiligen Licht-Flächen oder -Ebenen (40, 50) sehr präzise gemessen werden. Zu diesem Zweck wird, wie in den anderen beschriebenen Fällen auch, der Auftreffort des Lichtstrahls auf die belichteten Zeilensensoren elektronisch ermittelt. Anhand solcher ermittelten Meßdaten ist es dann unter Verwendung standardmäßiger mathematisch-geometrischer Methoden möglich, die Lage des Zentrums Z des Lichtstrahls relativ zu einem den Zeilensensoren zugeordneten Koordinatensystem mit hoher bis höchster Präzision zu bestimmen.As in 5 In principle, an arbitrarily large measuring range for detecting the position of a multi-fanned light beam relative to a receiving device can be represented by a plurality of line sensors (FIG. 42 . 42 ' . 52 . 52 ' . 43 . 53 ' . 53 . 53 ' ) are arranged in an annular and optionally also overlapping manner on a suitable measuring surface. It should be understood that in harsh environments, a suitable protective housing with corresponding apertures is useful for the illustrated line sensors. As in 5 shown schematically (ie without the line sensors 42 to 53 nachzuschaltende electronics), can be created in such or in a similar arrangement a very large measuring surface. With this, the position and / or rotational position of a parallel displaced and / or rotated about its longitudinal axis light beam with multiple proportional light surfaces or planes ( 40 . 50 ) are measured very precisely. For this purpose, as in the other cases described, the point of incidence of the light beam on the exposed line sensors is determined electronically. On the basis of such determined measurement data, it is then possible, using standard mathematical-geometric methods, to determine the position of the center Z of the light beam relative to a coordinate system assigned to the line sensors with high to highest precision.

Claims

Device for qualitative or quantitative determination the spatial Location of two bodies relative to each other, with respect translational and / or angular coordinate systems, comprising: A device which is a light beam that has been widened in two or more planes emits, wherein the light beam has a crosshair or star-shaped cross-section having - one Receiving device with at least three, preferably four or more optoelectronic line sensors for direct or indirect determination of impingement points of the light beam expanded in two or more planes.

Method for qualitative or quantitative determination the spatial Location of two bodies relative to each other, with respect translatory and / or angular coordinate systems, by which in at least one method step that of a device according to claim 1 supplied measuring signals be evaluated.

Use of the device according to claim 1 or claim 1 2 mentioned method in a measuring robot or in a coordinate.