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Die
vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte
und befasst sich somit mit der Erfassung von Objekten.
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Es
gibt eine Vielzahl von Anwendungen, in denen Objekten genau erfasst
werden müssen. Dies gilt beispielsweise bei der Montage,
etwa für große Industrie-Anlagen, bei denen eine
Vielzahl Maschinenteile genau aufeinander ausgerichtet werden muss,
genauso wie etwa für Groß-Flugzeuge, bei denen
z. B. die Flügel in genau definierter Weise am Rumpf angebracht
werden müssen. Genauso ist es oftmals erforderlich, ein
Gerät auf Maßhaltigkeit zu vermessen oder die
Abmessungen einer Vorrichtung aufzunehmen.
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Bei
der Objekterfassung kommt es zudem oftmals nicht nur auf die Position
eines Objektes wie eines bestimmten Maschinenteils an, sondern auch auf
dessen Lage im Raum, d. h. dessen Ausrichtung (Orientierung) an,
was die Messung noch erschwert.
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Während
es bei kleinen Vorrichtungen möglich ist, die Ausmessung
mit Koordinatenmessmaschinen vorzunehmen, bei denen ein Taststift
an einem Arm über das zu erfassende Objekt bewegt wird,
ist dies bei sehr großen Vorrichtungen wie etwa Passagierflugzeugen
nicht mehr möglich.
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Ein
Verfahren, um die Lage einer Rotationsachse im Raum zu bestimmen,
ist aus der
US 6,725,780
B1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, eine Vielzahl von
Targets um eine Achse rotieren zu lassen und dabei photogrammetrisch
eine Vielzahl von Datenpunkten auf einer photographischen Platte oder
dergleichen bei verschiedenen Rotationspositionen aufzunehmen. Photogrammetrie
soll dabei das Sammeln von Bildern auf Film oder digital aus unterschiedlichen
geometrischen Positionen umfassen, wobei insbesondere zweidimensionale
Messungen durchgeführt werden sollen, identifizierbare
Punkte auf dem Bild erfasst und analytisch auf dreidimensionale
Koordinaten reduziert werden. Es soll dann über ein iteratives
Verfahren der Durchschnitt der Rotationsachse bestimmt werden.
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Aus
der japanischen Patentanmeldung
JP 11-196799 ,
entsprechend Veröffentlichung
JP 2001-021320 , ist ein Analysierverfahren
für sechs Freiheitsgrade bekannt, bei welchem ein starrer
Körper mit einer Kamera aus einer einzelnen Richtung aufgenommen
wird, während er in kleinen Intervallen gedreht wird. Aus
den Bilddaten wird dann wiederum auf die Lage und Position der Achse
geschlossen, um welche der Körper rotiert.
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Bekannt
sind des weiteren Lasertracker. Bei diesen wird ein Laserstrahl
mittels einer Strahllenkoptik, die ein Schwenken und Neigen des
Strahls erlaubt, kontinuierlich auf einen rückreflektierenden Körper
gerichtet. Die Schwenk- und Neigerichtung der Strahllenkoptik kann
mittels Winkelmessern oder dergleichen erfasst werden, und es kann
aus der Schwenk- und Neigerichtung der Strahllenkoptik auf die Richtung
geschlossen werden, in welcher der Körper relativ zum Lasertracker
angeordnet ist; die Entfernung des Körpers vom Lasertracker
kann z. B. interferometrisch bestimmt werden. Mit dem Lasertracker
ist es so möglich, die Position eines Objektes genau zu
erfassen. Daneben sei die Möglichkeit erwähnt,
die Position eines Objekt auch über Triangulation mittels
einer Vielzahl von Kameras zu erfassen.
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Die
bekannten Messverfahren sind nicht in allen Anwendungen einsetzbar.
Sie sind zudem oftmals nicht schnell genug, nicht einfach genug
in der Handhabung und/oder zu ungenau. Es ist wünschenswert,
ein Verfahren angeben zu können, das zumindest einige der
Probleme der vorbekannten Messverfahren und Messvorrichtungen einer
wenigstens partiellen Linderung zuführt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für
die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form
beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in
den Unteransprüchen.
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Ein
erster Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist somit in dem
Vorschlag zu sehen, dass bei einem Verfahren zur Objekterfassung,
worin eine Vielzahl von Trajektorienpunkten aufgenommen und gemeinsam
ausgewertet wird, die Trajektorienpunkte dreidimensional erfasst
werden und eine Mehrzahl dreidimensionaler Messwerte gemeinsam ausgewertet
wird.
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Damit
wird die Genauigkeit und Geschwindigkeit einer Messung erfindungsgemäß wesentlich erhöht,
indem bereits der einzelne Trajektorienpunkt dreidimensional erfasst
wird. Die Bestimmung einer einzelnen dreidimensionalen Koordinate
erfolgt nicht aus einer Auswertung ihrer zweidimensionalen Projektion
heraus, sondern verlässt sich unmittelbar auf eine tatsächliche
Messung. Indem zugleich eine Bewegung eines Messkörpers
erfolgt, werden unterschiedliche Messpunkte erhalten; dies führt
dazu, dass bestimmte Fehler sich von vorneherein ausmitteln, wie
sie etwa auftreten, weil eine einzelne Position ungünstig
zu einer Quantisierungsgrenze liegt. Die Verwendung einer bekannte
Trajektorie erlaubt zugleich, die Messung besonders einfach auszuwerten,
weil aus der Vielzahl an Messwerten ohne weiteres eine mittlere
Trajektorie bzw. ein mittlerer Trajektorienabschnitt oder eine mittlere
Trajektorienkenngröße bestimmt werden kann. So
kann z. B. bei Bewegung des Messkörpers entlang einer Kreisbahn als
Trajektorienkenngröße die Position des Kreismittelpunktes
bestimmt werden, genauso wie die Lage, d. h. Ausrichtung der Kreisachse
bestimmbar ist.
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Ungenauigkeiten,
die etwa auf Untergrundvibrationen zurückzuführen
sind und ein mehr oder minder großes und mehr oder minder
stochastisches Zittern der erfassten Messkörperposition
bei der Messkörper-Trajektorienbewegung um den ideali sierten,
also zitterfreien Trajektorienverlauf bedingen, lassen sich demgemäß ohne
weiteres herausmitteln. Dies gilt vor allem dann, wenn wie bevorzugt
ein periodisches Trajektorienverhalten vorliegt, etwa durch mehrfachen
Umlauf auf einer Kreisbahn. Zudem lassen sich Ungenauigkeiten nicht
nur auf besonders einfache Weise herausmitteln, sondern es lassen sich
auch Einzelwerte ohne weiteres identifizieren, die grob verfälscht
sind, also sogenannte Ausreißer darstellen; die Anwendung
statistischer Verfahren zur Ausreißeridentifikation ist
bei und mit der Erfindung besonders bevorzugt. Bei der Ausreißeridentifikation
kann etwa zunächst eine mittlere tatsächliche Trajektorie
bestimmt werden und dann Abweichungen von dieser bestimmt werden.
Dies kann mit dem um einen oder mehrere Ausreißer reduzierten
Datensatz iterativ wiederholt werden, bis eine statistisch homogene
Datensatzmenge erhalten wurde.
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Es
ist bevorzugt, wenn Trajektorienpunkte auf einer zumindest näherungsweise
bekannten Trajektorie vermessen werden. Wenn beispielsweise bekannt
ist, dass alle Trajektorienpunkte auf einer Kreisbahn liegen, weil
der Messkörper um eine Achse liegt, kann diese Information
besonders einfach verwendet werden, um die mittlere Trajektorie
zu bestimmen. Dabei kann die Trajektorie selbst bei bekanntem Idealverlauf
als nur näherungsweise bekannt angesehen werden, weil aufgrund
von mangelnder Präzision der Fertigung von Teilen z. B.
für die Bewegung des Messkörpers entlang der Trajektorie
stets mit Abweichungen vom Idealverlauf zu rechnen ist.
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Während
prinzipiell jedwede Bahnbewegung möglich ist und beispielsweise
durch Verschieben eines Messkörpers auf einer Führungsschiene
realisiert werden kann, ist besonders bevor zugt, wenn die Trajektorienpunkte
zumindest näherungsweise auf einer Kreisbahn liegen. Dies
erleichtert die Auswertung besonders, da die hohe Symmetrie des
Kreises einen besonders einfachen Rückschluss auf seine Lage
im Raum erlaubt. Zudem ist ein Kreis besonders einfach mechanisch
als Trajektorienbahn zu realisieren.
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Bei
der Auswertung kann ein charakteristischer Trajektoriennullpunkt
bestimmt werden, beispielsweise ein Scheitelpunkt einer Parabelbahn oder
dergleichen. Besonders bevorzugt ist es aber, wenn mit der Auswertung
der Mittelpunkt einer zumindest näherungsweise kreisförmigen
Bahn bestimmt wird. Die Objekterfassung erfasst dann den – gegebenenfalls
auch rein virtuellen – Mittelpunkt oder einen charakteristischen
Punkt einer Trajektorie.
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Zugleich
und/oder zusätzlich kann neben der Position auch eine Lage,
d. h. eine Richtung im Raum bestimmt werden, bei Trajektorienbewegung
in einer Ebene z. B. der Normalenvektor auf dieser Ebene; im Falle
einer kreisförmigen Trajektorie wird somit eine Rotationsachse
bestimmt, bevorzugt gemeinsam mit dem Rotationsmittelpunkt.
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Es
ist besonders bevorzugt, wenn Trajektorienpunkte bei Erreichen einer
bestimmten Trajektorienposition erfasst werden.
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Indem
nicht beliebige Punkte, die sich lediglich durch ihre Zugehörigkeit
zur Trajektorie auszeichnen, sondern fest definierte Punkte auf
der Trajektorie herangezogen werden, kann nämlich nicht nur
die Lage der Trajektoriennormale bestimmt werden, sondern auch eine
Rotationsausrichtung der Trajektorienbahn um eine bestimmte Achse.
Dies möge rein erläute rungshalber veranschaulicht
werden anhand des Ziffernblattes einer Analoguhr; wird der Messkörper
auf einem Uhrzeiger angeordnet, so ist die sich ergebende Trajektorie
eine Kreisbahn. Durch Auswertung der dreidimensionalen Koordinaten
des Messkörpers kann dann bestimmt werden, aus welcher
Richtung senkrecht auf das Zifferblatt geblickt werden kann. Diese
Richtung gibt die sogenannte Flächennormale an. Dies reicht
aber nicht aus, festzulegen, ob z. B. die „12 Uhr-Position” gerade
nach oben oder nach rechts weist. Dafür reicht es nämlich
nicht, nur eine Reihe von Punkten zu kennen, die auf der Kreisbahn
des Uhrzeigers liegen. Vielmehr muss auch bekannt sein, wie weit
der Zeiger, wenn er eine bestimmte Stelle im Raum einnimmt, gerade
von der 12-Uhr-Position entfernt ist. Erst daraus kann auf die Rotationslage
geschlossen werden. In praktischen Messungen kann dies von außerordentlicher
Bedeutung sein, beispielsweise dann, wenn eine einen Messkörper
drehende Anordnung auf einem Gestell befestigt wird und mit dem Gestell
wiederum auf einem Objekt angebracht wird, um dieses zu vermessen.
Durch die Aufnahme der Trajektorienbahn bei festgelegten Trajektorienpunkten,
beispielsweise an festgelegten Trajektorienwinkeln, kann dann die
Lage und Position des Objektes in allen sechs Freiheitsgraden erfasst
werden.
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Es
ist im übrigen besonders bevorzugt, dass der Zeitpunkt
erfasst wird, an welchem eine bestimmte Trajektorienposition erreicht
ist. Dies erlaubt eine einfache Auswertung des dynamischen Verhaltens des
auszumessenden Objektes. Dies ist unmittelbar einsichtig etwa für
Fälle, bei denen sich durch Translation in Richtung des
Normalenvektors eine schraubenförmige Bewegung des Messkörpers
ergibt; aus der Schraubenbewegung kann dann in Kenntnis der Messzeiten
auf die Translationsgeschwindigkeit geschlossen werden. Einsichtigerweise sind
aber auch andere Bewegungen erfass- und auswertbar. Es sei darauf
hingewiesen, dass in einer besonders bevorzugten Form der Erfindung
eine Messung ausgelöst wird, beispielsweise bei Erreichen
einer bestimmten Winkelposition, und dann zugleich der Zeitpunkt
erfasst wird, an welchem die Messung erfolgt ist. Dies ist besonders
dann sinnvoll, wenn die eigentliche Messung schnell gegenüber
einer Zeit ist, in der eine merkliche Bewegung des Messkörpers
erfolgt, sei es durch die per se bekannte Bewegung längs
der Trajektorie, sei es durch eine per se unbekannte und zu bestimmende
Bewegung des zu erfassenden Objektes selbst. Die Erfassung eines
dynamischen Verhaltens ist erst mit und durch die Erfindung besonders einfach
möglich im Vergleich etwa zu photogrammetrischen, zweidimensionalen
Verfahren.
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Prinzipiell
ist es möglich, dass die dreidimensionalen Koordinaten
eines Trajektorienpunktes durch Triangulation bestimmt werden. Dazu
können Stereokameras oder dergleichen eingesetzt werden. Es
können auch mehr als zwei Kameras für jede Einzelmessung
herangezogen werden, um bereits für die Einzelmessung eine
erhöhte Genauigkeit zu erreichen.
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Besonders
bevorzugt ist es aber, wenn die dreidimensionalen Koordinaten eines
Trajektorienpunktes (bzw. bevorzugt einleuchtenderweise aller Trajektorienpunkte)
mit einem Lasertracker erfasst werden. Dass mehrere Messverfahren
kombinierbar sind, sei nur der Vollständigkeit halber erwähnt.
Ein typischer kommerzieller Lasertracker wie etwa von Leica, API
oder Faro ist ohne weiteres verwendbar. Er erlaubt Reichweiten bis
zu 30 m mit hoher Auflösung ohne Kaskadierung. Bei Kaskadierung
sind einleuchtenderweise die erzielbaren Entfernungen noch größer.
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In
einer bevorzugten Variante wird die gemeinsame Auswertung der Einzelmesswerte
eine Mittelwertbildung umfassen, z. B. durch Mittelung aller Messwerte,
die bei wiederholtem Umlauf des Messkörpers um eine feste,
unbewegte Kreisbahn in gleichen Drehpositionen immer wieder erfasst
werden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die gemeinsame Auswertung eine statistische
Ausreißerkontrolle umfasst. Anwendbar sind einleuchtenderweise
die gängigen statistischen Ausreißertests z. B. nach
Nalimov oder Dixon. Dies erhöht bei bestimmten Fehlern
die Messgenauigkeit, etwa dann, wenn die Messung eines per se ruhig
stehenden Objektes durch Erschütterungen kurzfristig beeinträchtigt
war.
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Es
sei betont, dass die Messung kaskadiert erfolgen kann, z. B. indem
ein auf einer Trajektorie erfassbarer Messkörper auf einer
Abtastanordnung angeordnet wird, wobei mit der Abtastanordnung ein Objekt
abgetastet, insbesondere berührungsfrei abgetastet wird.
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Schutz
wird im Übrigen auch beansprucht für eine Vorrichtung
zur Objekterfassung, mit einem Trajektorienvorgabemittel und einer
Objekthalterung daran, wobei das Trajektorienvorgabemittel dazu
ausgebildet ist, die dreidimensionale Erfassung des Objektes an
bestimmten Trajektorienpunkten auszulösen. Es ist möglich,
als Trajektorienvorgabemittel eine Anordnung zu verwenden, bei welcher
ein Messkörper um eine Achse rotiert. Dabei ist dieses bevorzugt
für eine hochgenaue Drehung mit geringem Spiel ausgebildet
und so gestaltet, dass bei Erreichen einer bestimmten Drehwinkelposition
eines eine Messkörperaufnahme tragenden Armes ein Messauslöseimpuls
für eine Messkörpererfassungsanordnung wie einen
Lasertracker erzeugt und abgesetzt wird. Bei Verwendung von Dreharmen
sind diese bevorzugt ausgewuchtet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung
beschrieben. In dieser ist dargestellt durch:
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1 ein
Verfahren zur Objekterfassung nach der vorliegenden Erfindung mit
einem Koordinatenkreuz und einem ausgerichteten Objekt darin, sowie
skizzenhaften Darstellungen der Messinstrumente ohne Auswerteschaltung;
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2 die
mit einer Laborimplementierung erzielbare Standardabweichung bei
Messungen in unterschiedlichen Entfernungen;
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3 ein
untergeordnetes, kaskadiertes Messgerät.
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Nach 1 wird
bei einem Verfahren zur Erfassung eines allgemein mit 1 bezeichneten
Objektes 1 eine Vielzahl von Trajektorienpunkten 2 aufgenommen
und gemeinsam ausgewertet, wobei die Trajektorienpunkte 2 mindestens
dreidimensional, nämlich hier bezüglich ihrer
Polarkoordinaten α, β sowie einer Entfernung l
vom Koordinaten-Ursprung erfasst und gemeinsam ausgewertet werden,
wie durch die Mengenklammer um die Messwerte αi, βi, li usw. angedeutet.
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Das
Objekt 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
nur schematisch durch einen Quader angedeutet. Das Objekt hat da bei
eine bestimmte Position x y z im Raum sowie eine bestimmte Ausrichtung
bzw. Orientierung, hier angedeutet durch die Werte φ Ψ υ.
Mit diesen Winkeln und der Position ist das Objekt in seinen 6 Freiheitsgraden
festgelegt. Es ist für den Fachmann einsichtig, dass die φ Ψ υ auf verschiedene
Arten definiert sein können, z. B. durch Bezugnahme auf
Vektoren, die normal (senkrecht) zur Oberfläche des Objektes
stehen. Die Koordinaten und Richtungswerte können mit der
Zeit variieren, wie durch die Abhängigkeit von der Zeit
angedeutet als „(t)” gezeigt.
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Das
Objekt 1 ist nun bezüglich seiner Position eines
gegebenen festen Objektpunktes, beispielsweise des als konstant
angenommenen Schwerpunktes und seiner Ausrichtung, d. h. seiner
Orientierung im Raum zu erfassen. Bei dem Objekt kann es sich auch
um ein Teilstück eines größeren Objektes handeln,
beispielsweise um die Tragfläche eines Passagierflugzeuges.
Wenn eine solche Tragfläche an einem Flugzeugrumpf montiert
werden soll, ist unmittelbar einsichtig, dass einerseits die exakte
Position relativ zum Rumpf benötigt wird und andererseits die
korrekte Ausrichtung der Tragfläche von Bedeutung ist.
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Das
Objekt 1 kann zur Messung derart vorbereitet sein, dass
eine Referenzfläche auf dem Objekt vorgesehen ist. An dieser
kann ein Befestigungsmittel vorgesehen sein, für ein Trajektorienvorgabemittel 3,
wie es in 1 gleichfalls herausvergrößert dargestellt
ist. Es ist möglich, Schraubenlöcher für ein
definiertes Einschrauben vorzusehen, aber es ist auch ausreichend,
definierte Markierungen anzubringen, die ihrerseits optisch erfasst
werden können, etwa um das Trajektorienvorgabemittel dann
exakt über den Markierungen anzubringen, z. B. durch lösbares
Verkleben, Vakuumanhaftung oder dergleichen und dann die Position
und Ausrichtung des Trajektorienvorgabemittel seinerseits zu erfassen.
Es sei im übrigen erwähnt, dass in der Anmeldung
nicht zwingend an allen Stellen von sowohl Position als auch Ausrichtung
die Rede ist, auch wenn oftmals eine Bezugnahme auf beide Größen
gemeint ist; die Erfindung lässt sich im übrigen
sowohl auf exakte Messungen einer Ausrichtung alleine wie auch einer Position
alleine anwenden.
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Das
Trajektorienvorgabemittel 3 wird nachfolgend noch detaillierter
beschrieben werden. Es dient dazu, einen Messkörper 4,
bei dem es sich um einen Retroreflektor für einen Laserstrahl
eines Lasertrackers 5 handeln kann, in reproduzierbarer
Weise auf einer hinsichtlich ihres Verlaufes bekannter Trajektorie
zu bewegen. Beispielsweise kann das Trajektorienvorgabemittel 3 dazu
bewegt sein, den Retroreflektor 4 eines Lasertrackers auf
einer exakten Kreisbahn gleichförmig zu bewegen. Dies ist
besonders bevorzugt, weil sich derartige Bewegungen sehr präzise
zu einem günstigem Preis realisieren und einfach auswerten
lassen.
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Der
Lasertracker 5 selbst ist am Koordinatenursprung, vergleiche
hierzu die linke Herausvergrößerung in 1.
Lasertracker per se sind bekannt. Sie emittieren einen Laserstrahl,
der mittels einer Schwenk- und Neigeoptik in kontrollierter Weise auf
einen typisch retroreflektierenden Testkörper gerichtet
wird und in der Lage ist, diesen Testkörper 4 auch
bei Bewegung des Testkörpers durch Neigen und Schwenken
der Schwenk- und Neigeoptik zu verfolgen. Aus den Schwenk- und Neigewinkeln,
die im Lasertracker exakt bestimmt werden, kann auf die Richtung
des Referenzkörpers 4 im Raum relativ zum Lasertracker
geschlossen werden. Die Entfernung des Refe renzkörpers 4 vom
Lasertracker 5 selbst kann interferometrisch erfasst werden.
Die derartigen Lasertracker per se sind nicht Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, sondern sind bekannt und für Zwecke der Erfindung
einsetzbar. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Messwertgeber
für mindestens dreidimensionale Messwerte gleichfalls einsetzbar
sind. Die Verwendung von Lasertrackern ist aber besonders bevorzugt
für eine Vielzahl von hier besonders gewünschten
Anwendungen, vor allem, weil sie eine für viele Anwendungen
hinreichend große Reichweite besitzen. Der bevorzugt eingesetzts
Lasertracker wird es im übrigen ermöglichen, einen Messwert
zu einem bestimmten, aus der Ferne auslösbaren (triggerbaren)
Zeitpunkt zu erfassen.
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Um
den Testkörper 4 nun definiert relativ zu dem
und auf dem Objekt 1 zu bewegen ist das Trajektorienvorgabemittel 3 vorgesehen,
das über geeignete Befestigungsmittel am Objekt in bekannter Relation
zum Referenzpunkt angeordnet wird. Die bekannte Relation zum Referenzpunkt
schließt dabei einerseits die Ausrichtung und andererseits
die Entfernung zu dem Referenzpunkt ein, das heißt, wenn die
Lage des Körpers 3 auf dem Objekt 1 bekannt
ist, ist damit auch die Lage und Position des Objektes 1 bekannt.
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Das
Trajektorienvorgabemittel 3 ist nun neben der (nicht gezeigten)
Fixierung zur Anbringung auf dem Objekt 1 mit einem Antrieb 3a versehen,
der den Referenzkörper 4 definiert auf einer Kreisbahn um
eine Achse 3b bewegt, und zwar im Ausführungsbeispiel
wie bevorzugt so, dass die Kreisbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
erfolgt und insoweit gleichförmig ist, wobei einer bestimmten Kreisposition
wie beispielsweise einer Stellung „12.00 Uhr” ein
Winkel 0 zugeord net ist und ein aktueller Drehwinkel hochgenau bekannt
ist, beispielsweise durch Bestimmung einer 360stel-Kreiseinteilung,
hier jedoch feiner. Für die Bestimmung von Kreispositionen
können ohne Weiteres bekannte Winkelgeber eingesetzt werden,
wie sie beispielsweise beim Lasertracker für die Schwenk-
und Neigeoptik einsetzbar sind.
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Die
Gesamtanordnung ist so gebildet, dass mit dem Lasertracker 5 das
auf dem Trajektorienvorgabemittel 3 angebrachte Referenzobjekt 4 während einem
Teilumlauf oder mehrerer Umläufe, d. h. vollständiger
Kreisbahnen, erfasst wird und während dieser Erfassung
für eine Vielzahl von Fällen die aktuelle Position
des Referenzobjektes 4 mit dem Lasertracker durch Bestimmung
der Schwenk- und Neigewinkel α, β sowie der Entfernung
l für einen jeweils exakt bestimmten Drehwinkel φ des
Trajektorienvorgabemittels relativ zum Winkelnullpunkt des Trajektorienvorgabemittels
erfasst wird. Es wird also eine Vielzahl von Messwert-n-Tupeln,
hier Fünftupel aufgenommen, die zwei Schwenk-Neigewerte
des Lasertrackers, einen Abstandswert l vom Lasertracker, den aktuellen
Drehwinkel φ des Trajektorienvorgabemittels 3 und
die Zeit, zu welcher der Messwert aufgenommen wurde, umfassen. Die
Zeitbestimmung kann dabei beispielsweise so geschehen, dass an einem
bestimmten Trajektorienvorgabedrehwinkel φ eine Messung
des Lasertrackers getriggert wird. Bei hinreichend schneller Auslösung
kann damit die momentane Position des Referenzkörpers 4 erfasst
werden.
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Aus
der Vielzahl von Messungen, die sich während eines Referenzkörperumlaufs
ergeben, d. h. einem über einen Bereich von 0 bis 360° an
diskreten Punkten aufgenommenen Satz αi, βi, li, φi kann nun zunächst mit hoher Genauigkeit
einerseits die Mittelpunktskoordinate bestimmt werden und andererseits
die Ausrichtung der Trajektorienvorgabemittelachse 2b im
Raum. Dies kann beispielsweise nach Transformation auf x,y,z-Koordinaten
durch Mittelung geschehen, um den Mittelpunkt des Trajektorienvorgabemittel-Rotationszentrums
zu erhalten und danach durch Bestimmung der Ausrichtung selbst.
Auf die entsprechenden mathematischen Algorithmen zu Transformationen
und Mittelpunktskoordinatenbestimmungen sowie Achsausrichtungsbestimmungen muss
hier nicht eingegangen werden, da sie dem Fachmann bekannt sind.
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Die
vorgenommene Mittelwertbildung aus einzelnen dreidimensionalen Koordinaten
ermöglicht eine wesentlich verbesserte Bestimmung von Lage und
Position des Objektes 1. In 2 sind in
einem einfachen Laboraufbau bereits ohne weiteres erhältliche
Standardabweichungen in Mikrometern für verschiedene Abstände
zwischen einem scheibenförmigen Trajektorienvorgabemittel,
auf dem ein Referenzkörper 4 gedreht wird, und
einem konventionellen Lasertracker dargestellt, wobei die Abstände
zwischen Scheibe und Tracker in Metern angegeben sind.
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3 zeigt,
wie eine kaskadierte Messung mit dem vorliegenden System ermöglicht
wird. Dargestellt ist in 3 ein Ständer, der
einen Referenzkörper 4 auf einem Trajektorienvorgabemittel 3 trägt und
frei im Raum positioniert werden kann, beispielsweise um das dargestellte,
untergeordnete Messgerät dicht an einem interessierenden
Maschinenteil anzuordnen. Das untergeordnete Messgerät
ist seinerseits mit einer Abtastanordnung 6 versehen, die ein
zu messendes Objekt, hier dargestellt mit Bezugszahl 7,
oder ein Teil desselben, beispielsweise einen Abschnitt einer Flugzeugtragfläche,
abtasten kann, beispielsweise durch einen dreidimensionalen Scan.
Dies ermöglicht es, zunächst mit dem Lasertracker
oder einem anderen Objekterfassungsmittel die Trajektorie des Referenzkörpers 4,
wie sie durch das Trajektorienvorgabemittel 3 vorgegeben
wird, zu erfassen und dann aus der somit ermittelbaren Ausrichtung
und Position des Referenzkörpers 4 und dessen klar
definierter Lage zur Abtastanordnung 6 die Absolutposition
des Messobjektes 7 relativ zum Lasertracker zu bestimmen.
Es sei im übrigen darauf hingewiesen, dass als Abtastanordnung 6 insbesondere ein
weiterer Lasertracker verwendbar ist und dass die Anordnung mehrfach
kaskadierbar gestaltet werden kann, wenn extrem große Objekte
zu vermessen sind.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls auch Objektbewegungen
erfassbar und auswertbar werden. Dies wird möglich durch
die simultane Erfassung der Zeit jeder einzelnen Messung. Es sei
darauf hingewiesen, dass es bei dynamischen Vorgängen besonders
bevorzugt ist, wenn die Zeitkonstante einer Objektbewegung klein
ist gegen die Zeitdauer einer einzelnen Messung bzw. vieler Elementar-Messungen
entlang der Trajektorienbahn. Dies ermöglicht es, die Bewegung
des Objektes durch eine große Vielzahl von Messungen vorzunehmen
und so die Genauigkeit zu erhöhen, indem die Bewegungskomponenten
des Testkörpers auf der Trajektorienbahn herausgerechnet
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6725780
B1 [0005]
- - JP 11-196799 [0006]
- - JP 2001-021320 [0006]