DE102006023926A1 - Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander Download PDF

Info

Publication number
DE102006023926A1
DE102006023926A1 DE200610023926 DE102006023926A DE102006023926A1 DE 102006023926 A1 DE102006023926 A1 DE 102006023926A1 DE 200610023926 DE200610023926 DE 200610023926 DE 102006023926 A DE102006023926 A DE 102006023926A DE 102006023926 A1 DE102006023926 A1 DE 102006023926A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light beam
planes
sensors
light
qualitative
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200610023926
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Hermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Prueftechnik Dieter Busch AG
Original Assignee
Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prueftechnik Dieter Busch AG filed Critical Prueftechnik Dieter Busch AG
Priority to DE200610023926 priority Critical patent/DE102006023926A1/de
Priority to AT07724555T priority patent/ATE484729T1/de
Priority to DE502007005354T priority patent/DE502007005354D1/de
Priority to PCT/EP2007/003625 priority patent/WO2007124902A2/de
Priority to EP07724555A priority patent/EP2018513B1/de
Priority to US11/741,078 priority patent/US7672001B2/en
Publication of DE102006023926A1 publication Critical patent/DE102006023926A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/22Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • B23Q17/2233Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
    • B23Q17/2275Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece of a tool-axis relative to a workpiece-axis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves

Abstract

Die Erfindung dient zur qualitativen oder quantitativen Bestimmung der räumlichen Lage zweier Körper relativ zueinander. Sie kann z.B. dazu dienen, die gegenseitige Lage zweier Körper nach angularen oder translatorischen Koordinaten zu bestimmen. Weiterhin kann die Erfindung Verwendung finden in einem Messroboter oder in einem Koordinatenmessgerät. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist folgende Komponenten auf: a) eine Vorrichtung zum Aussenden eines in mehrere Ebenen aufgefächerten Lichtstrahls, b) mindestens drei, bevorzugt vier oder mehr optoelektronische Zeilensensoren oder Linearsensoren zur Bestimmung von Auftreffpunkten des in mehrere Ebenen aufgeweiteten Lichtstrahles auf die Zeilensensoren oder eine vorgeschaltete Target-Fläche.

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. Darüberhinaus ist die Erfindung geeignet, als Meßeinrichtung bei Vermessungsaufgaben im Hoch- oder Tiefbau, insbesondere beim Tunnelbau, Anwendung zu finden.
  • Verfahren und Vorrichtungen ähnlicher Art sind seit mehreren Jahren erfolgreich bei der Beurteilung der räumlichen Positionierung und Orientation zweier Maschinen oder Maschinenteile relativ zueinander in Gebrauch und haben sich dadurch ausgezeichnet, dass durch ihre Anwendung ein enormes Maß an Arbeitszeit eingespart worden ist.
  • Eine entsprechende gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 101 17 390 bekannt, in welcher auf weiteren diesbezüglichen Stand der Technik hingewiesen wird.
  • In der genannten Schrift wird dargestellt, wie die fluchtende Lage zweier Maschinenteile unter Verwendung einer strahlerzeugenden Lichtquelle überprüft, vermessen und beurteilt werden kann.
  • 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.
  • 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 an die Grenzen des technisch machbaren gestoßen waren.
  • 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.
  • Die Vorrichtung kann daher sehr gut in einem metrologischen Koordinatenmeßgerät nach z.B. DE 200 02 150 verwendet werden.
  • 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), eines Sterns oder einer verallgemeinerten, unregelmäßigen Form eines Kreuzes oder eines Sterns aufweist
    • – mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei oder mehr lineare optoelektronische Sensor-Arrays oder positionsempfindliche Dioden (PSDs) zur direkten oder indirekten Bestimmung von Auftreffpunkten des in zwei oder mehr Ebenen aufgeweiteten Lichtstrahles.
  • Ein zugehöriges erfindungsgemäßes Meßverfahren sieht in einem oder mehreren Schritten die Verwendung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung vor.
  • 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.
  • Zur Erzeugung eines mehrfach aufgefächerten 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.
  • 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).
  • Gegenüber dem vorherigen Stand der Technik besitzt eine solche Anordnung folgende signifikante Vorteile:
    • – Vergrößerung des Meßbereiches zur Bestimmung eines Laser-Auftreffpunktes oder dessen Äquivalent 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
  • 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. Desgleichen ist die Verwendung der Erfindung als Meßvorrichtung für Vermessungsarbeiten im Hoch- oder Tiefbau, speziell im Tunnelbau, vorteilhaft möglich.
  • Gemäß der Erfindung ist es nützlich, wenn neben der licht- bzw. laserlichterzeugenden Vorrichtung und der lichtempfangenden Vorrichtung zusätzliche Hilfs-Vorrichtungen vorhanden sind, wie etwa in Form zusätzlicher Inclinometer, insbesondere elektronischer Inclinometer, oder visuell inspizierbarer Wasserwaagen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
  • 1 ein perspektivische schematisierte seitliche Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer einen fadenkreuzförmigen Licht- oder Laserstrahl aussendenden Einheit und einer lichtempfangenden Einheit, welche jeweils auf Wellenenden montiert sind
  • 2 in einer schematischen Aufsicht die Wirkungsweise der lichtempfangenden Einheit mit vier Zeilensensoren (alternativ PSDs)
  • 3 in einer schematischen Aufsicht die Wirkungsweise der lichtempfangenden Einheit mit drei Zeilensensoren oder PSDs
  • 4 ein Schema einer Ausgestaltung der Erfindung mit einer Mehrzahl an Zeilensensoren oder PSDs, deren effektiver Empfangsbereich durch überlappende Anordnung vergrößert wird
  • 5 ein weiteres Schema einer Ausgestaltung der Erfindung mit einer Mehrzahl an Zeilensensoren oder PSDs, welche etwa ringförmig angeordnet sind
  • 6 eine schematische Aufsicht auf eine weitere Ausgestaltung der Erfindung mit lediglich zwei linearen optoelektronischen Sensoren und einem in der Nähe angebrachten Licht- oder Laser-Sender zur Erzeugung mehrfach flächiger Licht- oder Laserstrahlen
  • 7 eine weitere schematische Aufsicht ähnlich 6, mit nicht-orthogonal zueinander ausgerichteten Zeilensensoren oder PSDs
  • 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 Wellenenden 10, 110 von Maschinen in an sich bekannter Weise und Technik möglich ist.
  • 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.
  • Die 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 dienen die Zeilensensoren (lineare Arrays) oder positionsempfindliche Detektoren (PSDs) 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 optoelektronischen Bausteine, welche als Zeilensensoren 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 eines einfachen Laserstrahls detektieren soll, in mehrfacher Hinsicht überlegen. Dies betrifft insbesondere die Größe des Meßbereichs, die Empfindlichkeit und die Linearität. 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 einer Mehrzahl, d.h. mindestens zwei, bevorzugt jedoch drei oder 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 optional ergänzt werden durch einen eigenen Licht- oder Lasersender, welcher Licht in Nähe des Zentrums Z aussendet. Eine solche kombinierte Vorrichtung kann dann, in Anlehnung an bekannten Stand der Technik, paarweise für vorgesehene Meßvorhaben verwendet werden, zur weiteren Steigerung der Genauigkeit und zur Erfassung nicht nur von Parallelversatz, sondern auch von Winkel-Versatz zwischen den zu vermessenden Gegenständen. Eine solche Vorrichtung mit zusätzlichem Licht- oder Lasersender kann auch einzeln verwendet werden, wenn sie mit einem ihr in Richtung des auszusendenden 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 pixelorientierten 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. Bei Bedarf können stattdessen lineare PSDs vorgesehen werden.
  • Das interessierende Zentrum Z errechnet sich wie erwähnt aus den Mittelwerten der erfaßten d. h. von den Zeilensensoren oder PSDs gelieferten Abszissen- und Ordinatenwerte des auftreffenden Lichtstrahls von fadenkreuzförmigem Querschnitt.
  • 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 Torsinns- 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 Torsinns- oder Rollwinkel kann bei der gezeigten Dimensionierung relativ genau bestimmt werden (größenordnungsmäßig ca. 5 Microrad).
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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 Langsachse 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.
  • Eine noch kostengünstigere Ausführungsform der Erfindung mit lediglich zwei linearen optoelektronischen Sensoren wird in 6 gezeigt. Diese arbeitet allerdings nicht so genau wie eine entfernt vergleichbare Einrichtung gemäß 1 bzw. 2, da keine Mittelwertbildung durchgeführt werden kann, außerdem ist es nicht direkt möglich, einen Drill- oder Torsionswinkel zwischen den zu vermessenden Gegenständen zu erfassen. – Neben den Zeilensensoren bzw. PSDs 42', 52', welche in oder auf einem Gehäuse 130' so plaziert sind, dass ihre Längsrichtungen orthogonal aufeinander stehen, kann optional ein Licht- oder Lasersender 31 vorgesehen werden. Wie zu den vorherigen Figuren erläutert, ist es auch in diesem Falle so, dass die beiden Zeilensensoren bzw. PSDs dafür vorgesehen sind, die Position von Auftreffpunkten eines mehrfach aufgefächerten Licht- oder Laserstrahl auf diesen Sensoren zu detektieren und als elektronisches Signal an eine übergeordnete Elektronik (55 bzw. nachgeschaltete Elektronik, nicht gezeigt) weiterzureichen. Die linearen optoelektronischen Sensoren 42' und 52', die Elektronik und ggf. der Licht- oder Lasersender 31 können mit einer Batterie gespeist werden, welche sich in einem Batteriegehäuse 56 befinden. Ggf. kann eine drahtlose Datenübertragung (nicht gezeigt) vorgesehen werden, welche eine Daten-Kommunikation mit externen Rechnern, einer Elektronik, tragbaren Telefonen, sogenannten PDA-Geräten ermöglicht. Wie ersichtlich, kann eine Parallelverlagerung des Gehäuses 130' gegenüber einem auf dieses einfallenden mehrfach flächigen Licht- oder Laserstrahl bereits mit den beiden Sensoren 42' und 52' erfaßt werden. Im gezeigten Fall liegen die flächigen Licht- oder Laserstrahlen 40, 50 orthogonal zueinander, d.h. die diesen zugeordneten Flächennormalen stehen senkrecht aufeinander. Die in 6 (und auch in 7) gezeigte Ausführungsform ist dafür geeignet, in paarweiser Kombination betrieben zu werden, d. h. im Zusammenspiel mit einem praktisch völlig gleichartigen, frontal gegenüberliegenden Exemplar einer solchen Vorrichtung. Die Haltevorrichtungen 22' entsprechen vergleichbaren Befestigungs-Konstruktionen nach dem Stand der Technik und dienen dazu, das Gehäuse 130 auf z.B. ein Wellenende zu spannen (vgl. 1, Bezugsziffern 10, 110 und 20, 120).
  • Die weitere Ausgestaltung der Erfindung gemäß 7 sieht, im Gegensatz zu 3, 4 oder 5 ebenfalls nur zwei lineare optoelektronische Sensoren vor. In diesem Falle sind die Längsachsen der Sensoren 52' und 53' jedoch beispielsweise unter einem Winkel von 60° zueinander angeordnet, so daß eine gedrungenere Bauform ermöglicht wird. Ansonsten entspricht die Funktionsweise im wesentlichen der gemäß 6 dargestellten. Allerdings sind die gezeigten Sensoren 50', 52' besonders dafür geeignet, einen Licht- oder Laserstrahl zu empfangen, welcher aus zumindest zwei Einzelflächen 50', 60 zusammengesetzt ist. Die Normalen dieser Einzelflächen weisen im gezeigten Beispiel einen Winkel von 60° zueinander auf, so daß der gezeigte Winkel Alpha einen Wert von 120° annimmt. – Es kann optional eine zusätzliche dritte Lichtfläche (40) vorgesehen werden, sofern dies aus Gründen der Herstellkosten angeraten erscheint, auch wenn diese Lichtfläche nur bei extremen Verdrehwinkeln zwischen den zu vermessenden Gegenständen in Funktion tritt.
  • Auch die Ausführungsform gemäß 7 mit optional vorgesehenem eigenem Licht- oder Lasersender 31 ist speziell geeignet, in paarweiser Kombination mit einer zweiten, gleichwirkenden Vorrichtung dieser Art zusammenzuarbeiten. Auch in diesem Falle ist dann vorgesehen, daß sich diese gleichwirkenden Vorrichtungen frontal gegenüberstehen. Auf diese Weise kann dann wechselweise der Licht- oder Lasersender 31 der einen Vorrichtung die gegenüberliegenden Zeilensensoren 50', 52' beleuchten. Auf diese Weise kann, analog zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, in zuverlässiger Weise sowohl ein Parallelversatz (translatorischer Versatz) als auch ein Winkelversatz (angularer Versatz) zwischen den zu vermessenden Objekten nach jeweils zwei zugehörigen Koordinaten quantitativ erfaßt werden. Anstelle der gemäß 6 und 7 vorgesehenen Montagemöglichkeit für ein Gehäuse 130', 130'' an z.B. Wellen können andere Montage- oder Spannvorrichtungen vorgesehen sein, welche beispielsweise so gestaltet sind, daß die Figurenachse des bzw. der Licht- oder Lasersender mit mindestens einer Symmetrieachse der zu vermessenden Gegenstände annähernd koinzidiert.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur qualitativen oder quantitativen Bestimmung der räumlichen Lage zweier Körper relativ zueinander, bezüglich translatorischer und/oder angularer Koordinatensysteme, enthaltend: – eine erste Vorrichtung, welche einen in zwei oder mehr Ebenen aufgeweiteten Lichtstrahl aussendet, wobei der Lichtstrahl einen kreuz- oder sternförmigen Querschnitt aufweist – eine zweite Vorrichtung (Empfangsvorrichtung) mit mindestens zwei, bevorzugt drei oder mehr optoelektronischen Linearsensoren in Form von Zeilen-Sensoren oder PSDs zur direkten oder indirekten Bestimmung von Auftreffpunkten des in zwei oder mehr Ebenen aufgeweiteten Lichtstrahles auf den genannten optoelektronischen Linearsensoren, wobei die Längsachsen der optoelektronischen Linearsensoren nicht parallel, sondern unter einem Winkel von etwa 40° bis 120° zueinander ausgerichtet sind.
  2. Verfahren zur qualitativen oder quantitativen Bestimmung der räumlichen Lage zweier Körper relativ zueinander, bezüglich translatorischer und/oder angularer Koordinatensysteme, durch welches in mindestens einem Verfahrensschritt die von einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelieferten Meßsignale auswertet werden.
  3. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder des in Anspruch 2 genannten Verfahrens in einem Meßroboter oder in einem Koordinatenmeßgerät.
  4. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder des in Anspruch 2 genannten Verfahrens zum Ausrichten von Maschinen oder Maschinenteilen relativ zueinander.
  5. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder des in Anspruch 2 genannten Verfahrens zum Ausrichten von Rohren oder Pipelines relativ zueinander.
  6. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder des in Anspruch 2 genannten Verfahrens bei Vermessungsaufgaben im Hoch- oder Tiefbau.
  7. Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder des in Anspruch 2 genannten Verfahrens, gemäß Anspruch 6, bei Vermessungsaufgaben im Tunnelbau.
DE200610023926 2006-04-28 2006-05-19 Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander Withdrawn DE102006023926A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610023926 DE102006023926A1 (de) 2006-05-19 2006-05-19 Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander
AT07724555T ATE484729T1 (de) 2006-04-28 2007-04-25 Vorrichtung und verfahren zur beurteilung der relativen raumlage zweier gegenstände
DE502007005354T DE502007005354D1 (de) 2006-04-28 2007-04-25 Vorrichtung und verfahren zur beurteilung der relativen raumlage zweier gegenstände
PCT/EP2007/003625 WO2007124902A2 (de) 2006-04-28 2007-04-25 Vorrichtung und verfahren zur beurteilung der relativen raumlage zweier gegenstände
EP07724555A EP2018513B1 (de) 2006-04-28 2007-04-25 Vorrichtung und verfahren zur beurteilung der relativen raumlage zweier gegenstände
US11/741,078 US7672001B2 (en) 2006-04-28 2007-04-27 Device and process for quantitative assessment of the three-dimensional position of two machine parts, shafts, spindles, workpieces or other articles relative to one another

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610023926 DE102006023926A1 (de) 2006-05-19 2006-05-19 Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006023926A1 true DE102006023926A1 (de) 2007-11-22

Family

ID=38608107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610023926 Withdrawn DE102006023926A1 (de) 2006-04-28 2006-05-19 Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102006023926A1 (de)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008010916A1 (de) * 2008-02-25 2009-08-27 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Ausrichtung von zwei drehbar gelagerten Maschinenteilen, einer Ausrichtung von zwei hohlzylinderförmigen Maschinenteilen oder zur Prüfung einer Komponente auf Geradheit entlang einer Längsseite
DE102008048574A1 (de) * 2008-09-23 2010-03-25 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Auftrefforts eines Lichtstrahls auf einem flächigen Element unter Verwendung eines aus Einzelspiegeln änderbarer Reflexion bestehenden Elements
DE102008048572A1 (de) * 2008-09-23 2010-03-25 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Auftrefforts eines Lichtstrahls auf einem flächigen Element unter Verwendung eines aus beweglichen Einzelspiegeln bestehend Elements
EP2192463A1 (de) * 2008-11-28 2010-06-02 Klingelnberg AG Vorrichtung und Verfahren zum Positionieren eines rotationssymmetrischen Präzisionsteiles
DE102011055119A1 (de) 2011-11-08 2013-05-08 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Orientierung zweier über zwei Kreuzgelenke und eine dritte Welle verbundener Wellen mit einem Drehgelenk
DE102011055118A1 (de) 2011-11-08 2013-05-08 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren zur Bestimmung der Orientierung zweier über zwei Kreuzgelenke und eine dritte Welle verbundener Wellen in der Ebene der drei Wellen
DE102011119732A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-06 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung zum Ermitteln der Lage von mechanischen Elementen
DE102012014520A1 (de) * 2012-07-23 2014-01-23 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung zum Ermitteln der Lage von mechanischen Elementen
DE102013007662A1 (de) * 2013-05-06 2014-11-06 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung zum Ermitteln der Lage von mechanischen Elementen
DE102013216172A1 (de) * 2013-08-14 2015-03-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Scharnierfluchtprüfeinrichtung
US9074875B2 (en) 2011-09-23 2015-07-07 Aliba Maschinenbau Gmbh Device and method for alignment of an appliance
CN114111577A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种单片集成的高精度高速双光斑同步位置探测器结构
EP2613121B1 (de) * 2012-01-06 2022-03-23 Mitutoyo Corporation Bildsensor, Lagedetektor, Kontakttaster und Multifunktionsmesssonde

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008010916A1 (de) * 2008-02-25 2009-08-27 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Ausrichtung von zwei drehbar gelagerten Maschinenteilen, einer Ausrichtung von zwei hohlzylinderförmigen Maschinenteilen oder zur Prüfung einer Komponente auf Geradheit entlang einer Längsseite
DE102008048574A1 (de) * 2008-09-23 2010-03-25 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Auftrefforts eines Lichtstrahls auf einem flächigen Element unter Verwendung eines aus Einzelspiegeln änderbarer Reflexion bestehenden Elements
DE102008048572A1 (de) * 2008-09-23 2010-03-25 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des Auftrefforts eines Lichtstrahls auf einem flächigen Element unter Verwendung eines aus beweglichen Einzelspiegeln bestehend Elements
EP2192463A1 (de) * 2008-11-28 2010-06-02 Klingelnberg AG Vorrichtung und Verfahren zum Positionieren eines rotationssymmetrischen Präzisionsteiles
US8214074B2 (en) 2008-11-28 2012-07-03 Klingelnberg Ag Device and method for positioning a rotationally-symmetric precision part
US9074875B2 (en) 2011-09-23 2015-07-07 Aliba Maschinenbau Gmbh Device and method for alignment of an appliance
DE102011055119A1 (de) 2011-11-08 2013-05-08 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Orientierung zweier über zwei Kreuzgelenke und eine dritte Welle verbundener Wellen mit einem Drehgelenk
DE102011055118A1 (de) 2011-11-08 2013-05-08 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren zur Bestimmung der Orientierung zweier über zwei Kreuzgelenke und eine dritte Welle verbundener Wellen in der Ebene der drei Wellen
EP2592379A2 (de) 2011-11-08 2013-05-15 Prüftechnik Dieter Busch AG Verfahren zur Bestimmung der Orientierung zweier über zwei Kreuzgelenke und eine dritte Welle verbundener Wellen in der Ebene der drei Wellen
EP2592380A2 (de) 2011-11-08 2013-05-15 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Orientierung zweier über zwei Kreuzgelenke und eine dritte Welle verbundener Wellen mit einem Drehgelenk
DE102011119732A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-06 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung zum Ermitteln der Lage von mechanischen Elementen
EP2613121B1 (de) * 2012-01-06 2022-03-23 Mitutoyo Corporation Bildsensor, Lagedetektor, Kontakttaster und Multifunktionsmesssonde
US9395175B2 (en) 2012-07-23 2016-07-19 Prüftechnik Dieter Busch AG Device for determining the position of mechanical elements
DE102012014520A1 (de) * 2012-07-23 2014-01-23 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung zum Ermitteln der Lage von mechanischen Elementen
CN104142132A (zh) * 2013-05-06 2014-11-12 普乐福尼克·迪特·布什股份公司 用于确定机械部件位置的装置
EP2801788A1 (de) * 2013-05-06 2014-11-12 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung und Ermitteln der Lage von mechanischen Elementen
DE102013007662A1 (de) * 2013-05-06 2014-11-06 Prüftechnik Dieter Busch AG Vorrichtung zum Ermitteln der Lage von mechanischen Elementen
US9506746B2 (en) 2013-05-06 2016-11-29 Pruftechnik Dieter Busch Ag Device for determining the location of mechanical elements
DE102013216172A1 (de) * 2013-08-14 2015-03-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Scharnierfluchtprüfeinrichtung
CN114111577A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 一种单片集成的高精度高速双光斑同步位置探测器结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2018513B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur beurteilung der relativen raumlage zweier gegenstände
DE102006023926A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander
DE3335336C2 (de) Vorrichtung zum Ausrichten einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle, die über eine Kupplung mit der Antriebswelle verbunden werden soll
EP0896203B1 (de) Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten von Körpern
EP2093537B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Ausrichtung von zwei drehbar gelagerten Maschinenteilen
DE60034166T2 (de) Automatische Vermessungsgerät und Verfahren zum dreidimensionalen Messen
EP3264038A1 (de) Verfahren zum vergleichen eines auf einen laserempfänger auftreffenden empfangsstrahls mit einem rotierenden laserstrahl
EP3029494A1 (de) Optoelektronischer Sensor
EP0564535B1 (de) Bestimmung der relativen position von messpunkten
EP2801788B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln der relativen Lage von mechanischen Elementen
WO2018001802A1 (de) Verfahren zum vergleichen eines auf einen laserempfänger auftreffenden empfangsstrahls mit einem rotierenden laserstrahl
EP3264039A1 (de) Verfahren zum vergleichen eines auf einen laserempfänger auftreffenden empfangsstrahls mit einem rotierenden laserstrahl
DE102011055118A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Orientierung zweier über zwei Kreuzgelenke und eine dritte Welle verbundener Wellen in der Ebene der drei Wellen
EP1211480A2 (de) Elektrooptisches Messgerät zum Feststellen der Relativlage von Körpern oder von Oberflächenbereichen solcher Körper
DE102011055119A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Orientierung zweier über zwei Kreuzgelenke und eine dritte Welle verbundener Wellen mit einem Drehgelenk
EP1798515A2 (de) Mess- bzw. Referenzeinheit und Fahrwerkvermessung damit
DE4214136C2 (de) Zweiachsig messender Sonnensensor
DE3528047C2 (de)
EP1150095B1 (de) Vorrichtung zur quantitativen Beurteilung der fluchtenden Lage zweier Maschinenteile, Werkstücke oder dergleichen
DE102006023408A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander
DE102006020358A1 (de) Vorrichtung zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Wellen, Spindeln, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander
DE10329224B3 (de) Ausrichtvorrichtung für ein optisches Gerät
DE10143812A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur quantitativen Beurteilung der räumlichen Lage zweier Maschinenteile, Werkstücke oder anderer Gegenstände relativ zueinander
DE102019206278A1 (de) Vermessungsvorrichtung
DE102008062458A1 (de) Einrichtung zur laserbasierten Vermessung von Werkstücken, Baugruppen und Werkzeugen

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20121201