DE102012217176A1 - Method for aligning a laser sensor to a measured object - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Skalieren der Position und der Ausrichtung wenigstens eines Laserabstandssensors zu einem Eichkörper, wobei jeder Laserabstandssensor jeweils einen Laser und einen Sensor aufweist, umfassend die folgenden chronologischen Schritte A) bis C): A) Anordnen eines wohldefinierten Eichkörpers mit einer zumindest bereichsweise genau definierten Geometrie in einen Messaufbau umfassend die Laserabstandssensoren, wobei die Lage des Eichkörpers durch das Anordnen des Eichkörpers im Messaufbau genau definiert wird, und Grobausrichtung zumindest eines Laserabstandssensors zum Eichkörper; B) Abstandsmessungen mehrerer Messpunkte oder eines kontinuierlichen Verlaufs auf der Oberfläche des Eichkörpers durch den Laserabstandssensor oder die Laserabstandssensoren, wobei der Eichkörper im Messaufbau relativ zu dem Laserabstandssensor oder den Laserabstandssensoren bewegt wird, um dem Laser des Laserabstandssensors oder den Lasern der Laserabstandssensoren die Bestrahlung der verschiedenen Messpunkte oder des kontinuierlichen Verlaufs für die Abstandsmessungen zu ermöglichen; und C) Bestimmen der Position und der Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors zum Eichkörper anhand der Abstandsmessungen und der bekannten Geometrie und Lage des Eichkörpers im Messaufbau. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung eines beschichteten Körpers in einem Messaufbau, wobei bei der Messung der Dicke der Beschichtung zumindest ein Laserabstandssensor verwendet wird, dessen Position und Ausrichtung zum Eichkörper mit einem solchen Verfahren bestimmt wurde oder der zuvor im Messaufbau mit einem solchen Verfahren gegen einen Eichkörper ausgerichtet wurde Schließlich betrifft die Erfindung noch eine Vorrichtung zum Durchführen solcher Verfahren.The invention relates to a method for scaling the position and the alignment of at least one laser distance sensor to a calibration body, each laser distance sensor each having a laser and a sensor, comprising the following chronological steps A) to C): A) Arranging a well-defined calibration body with at least one Geometry precisely defined in regions in a measurement setup comprising the laser distance sensors, the position of the calibration body being precisely defined by the arrangement of the calibration body in the measurement setup, and rough alignment of at least one laser distance sensor to the calibration body; B) Distance measurements of several measuring points or a continuous course on the surface of the calibration body by the laser distance sensor or the laser distance sensors, wherein the calibration body is moved in the measurement setup relative to the laser distance sensor or the laser distance sensors in order to the laser of the laser distance sensor or the lasers of the laser distance sensors the irradiation of the different To enable measuring points or the continuous course for the distance measurements; and C) determining the position and the alignment of the at least one laser distance sensor to the calibration body on the basis of the distance measurements and the known geometry and position of the calibration body in the measurement setup. The invention also relates to a method for measuring the thickness of a body or a coating of a coated body in a measurement setup, with at least one laser distance sensor being used when measuring the thickness of the coating, the position and alignment of which with respect to the calibration body was determined using such a method was previously aligned in the measurement setup with such a method against a calibration body. Finally, the invention also relates to a device for performing such methods.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Skalieren der Position und der Ausrichtung wenigstens eines Laserabstandssensors. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Körpers oder die Dicke einer Beschichtung eines beschichteten Körpers in einem Messaufbau, wobei bei der Messung zumindest ein Laserabstandssensor verwendet wird. Schließlich betrifft die Erfindung noch eine Vorrichtung zum Durchführen solcher Verfahren.The invention relates to a method for scaling the position and the orientation of at least one laser distance sensor. The invention also relates to a method for measuring the thickness of a body or the thickness of a coating of a coated body in a measurement setup, wherein at least one laser distance sensor is used in the measurement. Finally, the invention also relates to a device for carrying out such methods.
Laserabstandssensoren finden unter anderem dann Anwendung, wenn die Dicke einer Beschichtung präzise gemessen werden soll. Dabei wird das von der Beschichtung auf einem Objekt reflektierte Licht gemessen und daraus die Dicke der Beschichtung bestimmt.Laser distance sensors are used, inter alia, when the thickness of a coating is to be measured precisely. In this case, the light reflected from the coating on an object is measured and from this the thickness of the coating is determined.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
Ein Verfahren zur Schichtdickenmessung mittels Lasertriangulation ist aus der
Für alle diese Verfahren ist es wichtig die Position der Laser für die Messung genau einzustellen, um eine verlässliche Bestimmung der Schichtdicken zu ermöglichen. Ein Fehler bei der Positionierung wirkt sich auf die Genauigkeit der Schichtdickenmessung aus und führt daher zu Fehlern bei der Bestimmung der Schichtdicke. Ziel ist es die Position und die Ausrichtung des Lasers möglichst genau an dem zu messenden Objekt auszurichten.For all these methods, it is important to precisely set the position of the laser for the measurement in order to allow a reliable determination of the layer thicknesses. An error in the positioning affects the accuracy of the layer thickness measurement and therefore leads to errors in the determination of the layer thickness. The aim is to align the position and the orientation of the laser as closely as possible to the object to be measured.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Positionierung eines Lasers eines Laserabstandssensors zu einem zu messenden beschichteten Körper bereitzustellen, das möglichst einfach durchführbar ist und zu einer möglichst genauen Justage und Positionierung des Laserabstandssensors zu dem zu messenden Objekt führt.The object of the invention is therefore to provide a method for positioning a laser of a laser distance sensor to a coated body to be measured, which is as simple to carry out and leads to the most accurate adjustment and positioning of the laser distance sensor to the object to be measured.
Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der nach folgenden Beschreibung, Beispiele und Ansprüche.Other tasks not explicitly mentioned arise from the overall context of the following description, examples and claims.
Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 16. Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 werden in den Unteransprüchen 2 bis 15 unter Schutz gestellt. Ebenso wird eine zweckmäßige Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 16 in Unteranspruch 17 unter Schutz gestellt. Eine Lösung der Aufgaben der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung zur Umsetzung eines solchen Verfahrens nach Anspruch 18 bereitgestellt. Die Unteransprüche 19 und 20 beanspruchen zweckmäßige Abwandlungen der Vorrichtung.These are solved as well as other tasks which are not explicitly mentioned, but which can be readily deduced or deduced from the contexts discussed herein by way of a method having all the features of
Die vorliegende Erfindung wird dementsprechend realisiert durch ein Verfahren zum Skalieren der Position und der Ausrichtung wenigstens eines Laserabstandssensors zu einem Eichkörper, wobei jeder Laserabstandssensor jeweils einen Laser und einen Sensor aufweist, umfassend die folgenden chronologischen Schritte A) bis C):
- A) Anordnen eines wohldefinierten Eichkörpers mit einer zumindest bereichsweise genau definierten Geometrie in einen Messaufbau umfassend die Laserabstandssensoren, wobei die Lage des Eichkörpers durch das Anordnen des Eichkörpers im Messaufbau genau definiert wird, und Grobausrichtung zumindest eines Laserabstandssensors zum Eichkörper;
- B) Abstandsmessungen mehrerer Messpunkte oder eines kontinuierlichen Verlaufs auf der Oberfläche des Eichkörpers durch den Laserabstandssensor oder die Laserabstandssensoren, wobei der Eichkörper im Messaufbau relativ zu dem Laserabstandssensor oder den Laserabstandssensoren bewegt wird, um dem Laser des Laserabstandssensors oder den Lasern der Laserabstandssensoren die Bestrahlung der verschiedenen Messpunkte oder des kontinuierlichen Verlaufs für die Abstandsmessungen zu ermöglichen; und
- C) Bestimmen der Position und der Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors zum Eichkörper anhand der Abstandsmessungen und der bekannten Geometrie und Lage des Eichkörpers im Messaufbau.
- A) arranging a well-defined calibration body with an at least partially precisely defined geometry in a measurement setup comprising the laser distance sensors, wherein the position of the calibration body is precisely defined by arranging the calibration body in the measurement setup, and coarse alignment of at least one laser distance sensor to the calibration body;
- B) distance measurements of a plurality of measurement points or a continuous course on the surface of the calibration body by the laser distance sensor or the laser distance sensors, wherein the calibration body is moved in the measurement setup relative to the laser distance sensor or the laser distance sensors to the laser of the laser distance sensor or the lasers of the laser distance sensors, the irradiation of the allow different measurement points or the continuous course for the distance measurements; and
- C) Determining the position and the orientation of the at least one laser distance sensor to the calibration body based on the distance measurements and the known geometry and position of the calibration body in the measurement setup.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können des Weiteren unter anderem die folgenden Vorteile erzielt werden:
Das Verfahren ist einfach umsetzbar und daher kostengünstig in der Realisierung. Zudem kann mit dem Verfahren eine hohe Genauigkeit einer anschließenden Messung erzielt werden. Es kann dabei ausreichen, wenn nur die Ausrichtung des Laserabstandssensors eingestellt wird.By the method according to the invention, among others, the following advantages can be achieved:
The method is simple to implement and therefore inexpensive to implement. In addition, with the method, a high accuracy of a subsequent measurement can be achieved. It may be sufficient if only the orientation of the laser distance sensor is adjusted.
Einem Skalieren der Position und der Ausrichtung wenigstens eines Laserabstandssensors kommt es gleich, wenn nur die Position und die Ausrichtung wenigstens eines Lasers eines Laserabstandssensors skaliert werden, wenn der Laser und der Sensor des Laserabstandssensors nicht zueinander fixiert sind.A scaling of the position and the orientation of at least one laser distance sensor is the same if only the position and the orientation of at least one laser of a laser distance sensor are scaled, if the laser and the sensor of the laser distance sensor are not fixed to one another.
Unter einer genau definierten Geometrie und Lagerung des Eichkörpers wird eine möglichst hohe Genauigkeit verstanden. Bevorzugt können die Abmessungen und die Lagerung des Eichkörpers auf mindestens 0,5 mm, besonders bevorzugt auf mindestens 0,1 mm, ganz besonders bevorzugt auf mindestens 0,01 mm genau gefertigt sein. Die Winkel der Oberflächen zur Drehachse und zueinander können mindestens auf 1° genau gefertigt sein, bevorzugt auf mindestens 0,1° genau, ganz besonders bevorzugt auf mindestens 0,01° genau. Under a well-defined geometry and storage of the calibration body is understood as high accuracy. Preferably, the dimensions and the mounting of the calibration body can be manufactured to at least 0.5 mm, particularly preferably to at least 0.1 mm, very particularly preferably to at least 0.01 mm. The angles of the surfaces to the axis of rotation and to each other can be made at least to 1 °, preferably to at least 0.1 ° accurate, most preferably to at least 0.01 ° accurate.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Verfahren einen Schritt D) umfasst, D) Justage des zumindest einen Laserabstandssensors anhand der so bestimmten Position und Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors zum Eichkörper, so dass eine gewünschte Position und eine gewünschte Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors zum Eichkörper angestrebt wird, wobei Schritt D) nach dem Schritt C) erfolgt.It can be inventively provided that the method comprises a step D), D) adjustment of the at least one laser distance sensor based on the thus determined position and orientation of the at least one laser distance sensor to the calibration body, so that a desired position and a desired orientation of the at least one laser distance sensor Calibration body is sought, wherein step D) after step C) takes place.
Durch das Durchführen der Justage direkt nach der Messung oder zwischen verschiedenen Messungen kann erreicht werden, dass die Auswertung einer anschließenden Messung vereinfacht wird, ohne dass die anschließende Messung rechnerisch korrigiert werden müsste.By performing the adjustment directly after the measurement or between different measurements can be achieved that the evaluation of a subsequent measurement is simplified, without the subsequent measurement would have to be corrected computationally.
Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass die Abstandsmessungen an zumindest fünf Messpunkten auf der Oberfläche des Eichkörpers durch den Laserabstandssensor durchgeführt werden oder die Laserabstandssensoren durchgeführt werden.A further embodiment of a method according to the invention can provide that the distance measurements are performed on at least five measuring points on the surface of the calibration body by the laser distance sensor or the laser distance sensors are performed.
Eine höhere Anzahl von Messpunkten führt zu einem kleineren Fehler bei der anschließenden Auswertung der Resultate. Gleichzeitig führt aber eine geringe Anzahl von Messpunkten zu einer Beschleunigung des gesamten Verfahrens.A higher number of measuring points leads to a smaller error in the subsequent evaluation of the results. At the same time, however, a small number of measuring points accelerate the entire process.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Eichkörper drehbar im Messaufbau gelagert wird und die Messpunkte durch Drehen des Eichkörpers im Messaufbau um die Drehachse angesteuert werden oder der kontinuierliche Verlauf durch Drehen des Eichkörpers im Messaufbau um die Drehachse abgefahren wird, wobei bevorzugt der Laserabstandssensor oder die Laserabstandssensoren an der Drehachse als gewünschte Ausrichtung ausgerichtet wird oder werden, besonders bevorzugt, die Ausrichtung des Laserabstandssensors oder der Laserabstandssensoren zur Drehachse mit einem Winkel (Γ) von weniger als 20° erfolgt, ganz besonders bevorzugt mit einem Winkel (Γ) von weniger als 5° erfolgt.According to a further, particularly preferred embodiment of the invention can be provided that the calibration body is rotatably mounted in the measurement setup and the measurement points are driven by rotating the calibration body in the measurement setup about the axis of rotation or the continuous course is driven by rotating the calibration body in the measurement setup about the axis of rotation , wherein preferably the laser distance sensor or the laser distance sensors is aligned at the rotation axis as a desired orientation or, more preferably, the orientation of the laser distance sensor or the laser distance sensors to the rotation axis with an angle (Γ) of less than 20 °, most preferably at an angle (Γ) less than 5 °.
Ein drehbarer Eichkörper, insbesondere eine Drehscheibe als Eichkörper, vereinfacht den gesamten Aufbau. Zudem kann der Aufbau mit einem drehbaren Eichkörper wesentlich kompakter gestaltet werden.A rotatable calibration body, in particular a turntable as calibration body, simplifies the entire structure. In addition, the structure can be made much more compact with a rotating calibration body.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Winkelgeschwindigkeit (ω) des Eichkörpers um die Drehachse beim Bestimmen der Position und der Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors zum drehbaren Eichkörper rechnerisch berücksichtigt wird, insbesondere bei der Abstandsmessung des kontinuierlichen Verlaufs.It can be provided that the angular velocity (ω) of the calibration body about the axis of rotation when determining the position and orientation of the at least one laser distance sensor to the rotatable calibration body is taken into account mathematically, in particular in the distance measurement of the continuous course.
Durch dieses Verfahren ergeben sich Möglichkeiten für eine einfache Auswertung des durch die Drehung periodischen Signals.By this method, there are possibilities for a simple evaluation of the signal periodic by the rotation.
Ferner kann dabei vorgesehen sein, dass der Drehwinkel (φ) des Eichkörpers bestimmt wird, wobei bevorzugt die Zeit (t) bei bekannter Winkelgeschwindigkeit (ω) gemessen wird, um den Drehwinkel (φ) des Eichkörpers zu bestimmen, wobei besonders bevorzugt ein Marker auf dem Eichkörper mit dem zumindest einen Laserabstandssensor gemessen wird, um eine volle Umdrehung zu bestimmen. Furthermore, it can be provided that the angle of rotation (.phi.) Of the calibration body is determined, the time (t) preferably being measured at known angular velocity (.omega.) In order to determine the angle of rotation (.phi.) Of the calibration body, with a marker being particularly preferred the calibration body is measured with the at least one laser distance sensor to determine a full revolution.
Hierdurch kann eine zusätzliche direkte Messung des Drehwinkels (φ) des Eichkörpers vermieden werden.As a result, an additional direct measurement of the rotation angle (φ) of the calibration body can be avoided.
Ganz besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass als Eichkörper eine Drehscheibe verwendet wird, wobei bevorzugt die Drehscheibe gegen die Drehachse geneigt ist, besonders bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 5° und 60°, ganz besonders bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 15° und 30° geneigt ist.Most preferably, it can be provided that a turntable is used as the calibration body, wherein preferably the turntable is inclined against the rotation axis, particularly preferably a tilt angle (δ) between 5 ° and 60 °, very particularly preferably a tilt angle (δ) between 15 ° and 30 ° is inclined.
Durch die Neigung beziehungsweise Verkippung der Drehscheibe erhöht sich bei einer periodischen Messung der überstrichene Wertebereich des Signals der Abstandsmessung. Dies führt zu einem besser auswertbaren Signal und damit zu einer genaueren Skalierung der Ausrichtung und gegebenenfalls auch der Position des zumindest einen Laserabstandssensors gegenüber dem Eichkörper.Due to the inclination or tilting of the turntable increases in a periodic measurement of the swept value range of the signal of the distance measurement. This leads to a better evaluable signal and thus to a more accurate scaling of the orientation and optionally also the position of the at least one laser distance sensor relative to the calibration body.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Verkippungswinkel (δ) der Drehscheibe gegen die Drehachse beim Bestimmen der Position und der Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors zur Drehscheibe rechnerisch berücksichtigt wird. It can be provided that the tilt angle (δ) of the turntable against the axis of rotation in determining the position and the orientation of the at least one laser distance sensor to the turntable is considered mathematically.
Durch diese Maßnahme kann eine weitere Vereinfachung der Berechnung der gesuchten Parameter erzielt werden. Dabei gilt für die Skalierung der Ausrichtung und der Position eines einzelnen Laserabstandssensors, dass der Verkippungswinkel (δ) der Drehscheibe gegen die Drehachse möglichst genau bekannt sein muss.By this measure, a further simplification of the calculation of the sought parameters can be achieved. For the scaling of the orientation and the position of a single laser distance sensor, the tilt angle (δ) of the rotary disk relative to the axis of rotation must be known as precisely as possible.
Auch kann vorgesehen sein, dass der von dem Laser des zumindest einen Laserabstandssensors erzeugte Laserstrahl während der Abstandsmessung immer auf die jeweils gleiche Seite der Drehscheibe trifft. It can also be provided that the laser beam generated by the laser of the at least one laser distance sensor always hits the respectively identical side of the turntable during the distance measurement.
Auch diese Maßnahme dient der Vereinfachung der rechnerischen Auswertung zur Bestimmung der Position und Ausrichtung des Laserabstandssensors.This measure also serves to simplify the arithmetic evaluation for determining the position and orientation of the laser distance sensor.
Eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Position und die Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors zur Drehscheibe durch Parameterfits der Gleichungbestimmt werden oder mit einer Taylorreihenentwicklung dieser Gleichung bestimmt werden, vorzugsweise mit einer Fourier-Analyse einer Taylorreihenentwicklung dieser Gleichung bestimmt werden, wobei l1 die Messwerte des zumindest einen Laserabstandssensors beim Auftreffen auf die Drehscheibe ist, n der Normalvektor der Drehscheibe, d1 der Positionsvektor des Schnittpunkts einer Oberfläche der Drehscheibe mit der Drehachse, b1 der Positionsvektor des virtuellen Schnittpunkts des Laserstrahls mit der zugehörigen x-y-Ebene E1 durch den Punkt d1, ĉ1 der in der z-Richtung auf den Betrag von 1 normierten Richtungsvektor des auf die Drehscheibe einfallenden Laserstrahls von Laser 1 in Richtung steigender Messwerte und l0,1 der Messwert des Laserabstandssensors, welcher sich beim Vermessen des Punktes b1 ergeben würde..A particularly preferred embodiment of the invention can provide that the position and orientation of the at least one laser distance sensor to the hub by Parameterfits the equation be determined or determined by a Taylor series expansion of this equation, preferably determined by a Fourier analysis of a Taylor series evolution of this equation, where l 1 is the measurements of the at least one laser distance sensor when hitting the turntable, n is the normal vector of the turntable, d 1 is the position vector the point of intersection of a surface of the turntable with the axis of rotation, b 1 the position vector of the virtual intersection of the laser beam with the associated xy plane E 1 through the point d 1 , ĉ 1 of the directional vector of the normalized in the z direction direction vector of the turntable incident laser beam from
Eine Auswertung der genannten Formel mit den angegebenen Mitteln ist rechnerisch umsetzbar und daher zur kalkulatorischen Auswertung geeignet.An evaluation of the above formula with the specified means is mathematically feasible and therefore suitable for calculatory evaluation.
Es kann auch vorgesehen sein, dass bei der Berechnung der Daten für die Bestimmung der Position und der Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors zum Eichkörper aus einer periodischen Abstandsmessung die Amplituden einer Grundwelle (F1,1), insbesondere die Amplituden einer Grundwelle (F1,1) und zumindest der ersten Oberwelle (F2,1), verwendet werden, wobei bevorzugt die Grundwelle (F1,1) und/oder zumindest die erste Oberwelle (F2,1) durch eine Fourier-Analyse der periodischen Abstandsmessung berechnet werden, besonders bevorzugt durch eine Taylorreihenentwicklung und eine Fourier-Analyse der periodischen Abstandsmessung berechnet werden.It can also be provided that in calculating the data for determining the position and orientation of the at least one laser distance sensor for the calibration body from a periodic distance measurement, the amplitudes of a fundamental wave (F 1,1 ), in particular the amplitudes of a fundamental wave (F 1, 1 ) and at least the first harmonic (F 2,1 ), wherein preferably the fundamental (F 1,1 ) and / or at least the first harmonic (F 2,1 ) are calculated by a Fourier analysis of the periodic distance measurement , are particularly preferably calculated by a Taylor series development and a Fourier analysis of the periodic distance measurement.
Die Auswertung einer Grundwelle (F1,1) und zumindest der ersten Oberwelle (F2,1) des periodischen Signals führt bei hoher Genauigkeit des Ergebnisses zu einer einfachen Umsetzbarkeit des Verfahrens. Details hierzu finden sich in der mathematischen Herleitung zu den
Dabei kann vorgesehen sein, dass bei der Berechnung der Grundwelle (F1,1) und/oder zumindest der ersten Oberwelle (F2,1) angenommen wird, dass die Amplituden der Grundwelle (F1,1) und/oder zumindest der ersten Oberwelle (F2,1) größer oder gleich Null ist.It can be provided that in the calculation of the fundamental wave (F 1,1 ) and / or at least the first harmonic (F 2,1 ) is assumed that the amplitudes of the fundamental wave (F 1,1 ) and / or at least the first Harmonic (F 2.1 ) is greater than or equal to zero.
Diese Annahme führt ebenfalls zu einer Vereinfachung der rechnerischen Auswertung der Signale.This assumption also leads to a simplification of the arithmetic evaluation of the signals.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Winkel β1 und γ1 und die Amplituden Ĉ1 und B1 der Darstellung der Vektorenin Zylinderkoordinaten zur Bestimmung der Position und der Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors mit den Gleichungen berechnet werden, wobei µ1 die Phasenlage der Grundwelle von l1(φ) und η1 die Phasenlage der 1. Oberwelle von l1(φ) ist, ĉz1 = sign(cz1) die z-Ausrichtung des Lasers zur Drehscheibe angibt, δ der Verkippungswinkel der Drehscheibe gegen die Drehachse ist und F1,1 die gemessene Amplitude der Grundwelle und F2,1 die gemessene Amplitude der ersten Oberwelle ist.In a very particularly preferred embodiment of the method according to the invention, it can be provided that the angles β 1 and γ 1 and the amplitudes Ĉ 1 and B 1 of the representation of the vectors in cylindrical coordinates for determining the position and orientation of the at least one laser distance sensor with the equations where μ 1 is the phase position of the fundamental wave of l 1 (φ) and η 1 is the phase position of the first harmonic of l 1 (φ), ĉ z1 = sign (c z1 ) indicates the z-orientation of the laser to the turntable , δ is the tilt angle of the turntable against the axis of rotation and F 1,1 is the measured amplitude of the fundamental and F 2,1 is the measured amplitude of the first harmonic.
Diese Formeln stellen bei hoher Genauigkeit eine starke Vereinfachung der Formeln zur Auswertung eines Signals einer sich drehenden verkippten beziehungsweise geneigten Drehscheibe dar.These formulas, with high accuracy, greatly simplify the formulas for evaluating a signal from a rotating tilted or tilted turntable.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Abstandsmessungen mit einem Lasertriangulationsverfahren durchgeführt werden und/oder dass der zumindest eine Laserabstandssensor im Zuge der Ausrichtung anhand der gemessenen Daten und/oder der daraus berechneten Größen kalibriert wird.Furthermore, provision can be made for the distance measurements to be carried out using a laser triangulation method and / or for the at least one laser distance sensor to be calibrated in the course of alignment on the basis of the measured data and / or the variables calculated therefrom.
Die Kalibrierung erfolgt besonders bevorzugt durch die Berechnung des additiven Anteils l0,1 des jeweiligen Messsignals durch l0,1 = F0,1 – F2,1·cos(γ1 – β1). The calibration is particularly preferably carried out by the calculation of the additive proportion l 0.1 of the respective measurement signal by l 0.1 = F 0.1 - F 2.1 · cos (γ 1 - β 1 ).
Lasertriangulationsverfahren sind einfach und kostengünstig in der Umsetzung und für die Umsetzung erfindungsgemäßer Skalierungsverfahren besonders geeignet.Laser triangulation methods are simple and inexpensive to implement and particularly suitable for the implementation of scaling methods according to the invention.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die relative Position und Ausrichtung zumindest zweier Laserabstandssensoren zueinander bestimmt werden und dabei Unsicherheiten durch Fehler bei der Einschätzung der Lage und Geometrie des Eichkörpers ausgeglichen werden.A further development of the invention can provide that the relative position and orientation of at least two laser distance sensors are determined relative to one another, and uncertainties are compensated for by errors in the assessment of the position and geometry of the calibration body.
Durch die Relativbestimmung können Fehler oder Unsicherheiten in der Geometrie und der Lagerung des Eichkörpers ausgeglichen werden.The relative determination can compensate for errors or uncertainties in the geometry and the bearing of the calibration body.
Die Aufgaben der Erfindung werden auch gelöst durch ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung eines beschichteten Körpers in einem Messaufbau, wobei bei der Messung der Dicke zumindest ein Laserabstandssensor verwendet wird, dessen Position und Ausrichtung zum Eichkörper mit einem solchen Verfahren bestimmt wurde oder der zuvor im Messaufbau mit einem solchen Verfahren gegen einen Eichkörper ausgerichtet wurde.The objects of the invention are also achieved by a method for measuring the thickness of a body or a coating of a coated body in a measurement setup, wherein at least one laser distance sensor whose position and orientation to the calibration body has been determined by such a method is used in the measurement of the thickness or which has previously been aligned in the measurement setup with such a method against a calibration body.
Die Vorteile der Skalierung kommen bei einer Messung der Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung eines beschichteten Körpers besonders stark zum Tragen.The advantages of scaling are particularly significant in measuring the thickness of a body or coating of a coated body.
Solche Verfahren können bevorzugt auch die folgenden chronologischen Schritte umfassen:
- E) Entfernen des Eichkörpers aus dem Messaufbau;
- F) Einsetzen des beschichteten Körpers in eine Lagerung, die eine bekannte Position und Orientierung zu dem zuvor gelagerten Eichkörper im Messaufbau hat; und
- G) Messen der Dicke eines Körpers oder dessen Beschichtung mit Hilfe des zumindest einen ausgerichteten und positionierten Laserabstandssensors und/oder Messen der Dicke des einen Körpers oder dessen Beschichtung, wobei die Position und die Ausrichtung des zumindest einen Laserabstandssensors rechnerisch berücksichtigt wird.
- E) removing the calibration body from the measurement setup;
- F) inserting the coated body into a bearing having a known position and orientation to the previously stored calibration body in the measurement setup; and
- G) measuring the thickness of a body or its coating by means of the at least one aligned and positioned laser distance sensor and / or measuring the thickness of the one body or its coating, wherein the position and orientation of the at least one laser distance sensor is taken into account mathematically.
Wie durch die alphabetische Ordnung der Buchstaben angedeutet, werden die genannten Schritte in chronologischer Reihenfolge und nach den Schritten A) bis G) erfindungsgemäßer Ausrichtungsverfahren durchgeführt.As indicated by the alphabetical order of the letters, said steps are carried out in chronological order and according to steps A) to G) of the alignment methods according to the invention.
Erfindungsgemäß kann ferner ein Schritt H) vorgesehen sein, der nach dem Schritt G) erfolgt, in dem ein Bestimmen der Dicke der Beschichtung aus der Messung der Dicke des beschichteten Körpers durchgeführt wird.Further, according to the invention, a step H) may be provided after step G), in which a determination of the thickness of the coating is carried out from the measurement of the thickness of the coated body.
Die Aufgaben der Erfindung werden auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens, bei dem die Vorrichtung zumindest einen Laserabstandssensor und eine Lagerung für einen zu vermessenden Körper umfasst, wobei jeder Laserabstandssensor einen Laser und einen Sensor aufweist, die Lagerung zur Halterung eines Eichkörpers mit zumindest bereichsweiser genau definierter Oberfläche ausgelegt ist und der Eichkörper in der Vorrichtung definiert bewegbar ist.The objects of the invention are also achieved by an apparatus for carrying out such a method, in which the apparatus comprises at least one laser distance sensor and a bearing for a body to be measured, each laser distance sensor having a laser and a sensor, the bearing for supporting a calibration body with at least in areas defined well-defined surface is designed and the calibration body is defined in the device movable.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Eichkörper drehbar in der Vorrichtung gelagert ist oder lagerbar ist und der Eichkörper um definierte Winkel (φ) um eine Drehachse drehbar ist und/oder mit zumindest einer definierten Winkelgeschwindigkeit (ω) drehbar ist.It can be provided that the calibration body is rotatably mounted in the device or is storable and the calibration body is rotatable about a defined angle (φ) about an axis of rotation and / or with at least one defined angular velocity (ω) is rotatable.
Dabei kann wiederum vorgesehen sein, dass der Eichkörper eine Scheibe ist, die gegen die Drehachse geneigt ist, bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 5° und 60° geneigt ist, besonders bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 15° und 30° geneigt ist, ganz besonders bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 20° bis 25° geneigt ist.It can be provided in turn that the calibration body is a disc which is inclined against the axis of rotation, preferably tilted by a Verkippungswinkel (δ) between 5 ° and 60 °, more preferably by a Verkippungswinkel (δ) between 15 ° and 30 ° is inclined, most preferably inclined by a tilt angle (δ) between 20 ° to 25 °.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es durch eine Messung auf der Oberfläche eines definierten Eichkörpers gelingt, die Position und Ausrichtung eines Laserabstandssensors beziehungsweise eines Laser eines solchen Laserabstandssensors so genau zu skalieren, dass bei einer anschließenden Messung eines beschichteten Körpers mit unbekannter Schichtdicke der Beschichtung eine besonders hohe Genauigkeit erreicht werden kann, beziehungsweise eine Verbesserung in der Genauigkeit erreicht werden kann. Das Verfahren ist dabei relativ einfach durchzuführen und mit der Rechenleistung moderner Rechensysteme leicht umsetzbar.The invention is based on the surprising finding that it is possible to scale the position and orientation of a laser distance sensor or a laser of such a laser distance sensor so accurately by measuring on the surface of a defined calibration body that in a subsequent measurement of a coated body with unknown layer thickness Coating a particularly high accuracy can be achieved, or an improvement in the accuracy can be achieved. The method is relatively simple to perform and easy to implement with the computing power of modern computing systems.
Ziel eines erfindungsgemäßen Messaufbaus und einer erfindungsgemäßen Auswerteprozedur beziehungsweise eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die Lage und Verkippung eines oder mehrerer Laserabstandssensoren relativ zu einer durch den Messaufbau definierten Drehachse zu bestimmen. Der Vorgang ist sehr robust, da er den absoluten Messwert des Laserabstandssensors nicht verwendet. Außerdem zeichnet sich der Messaufbau durch eine geringe Bauhöhe aus.The aim of a measurement setup according to the invention and an evaluation procedure or a method according to the invention is to determine the position and tilt of one or more laser distance sensors relative to a rotation axis defined by the measurement setup. The process is very robust because it does not use the absolute value of the laser distance sensor. In addition, the test setup is characterized by a low height.
Die so bestimmten Lageparameter können insbesondere dazu genutzt werden
- a) einen oder mehrerer Laserabstandssensoren parallel zu einer durch den Messaufbau definierten Drehachse auszurichten,
- b) zwei oder mehrere Lasersensoren zueinander parallel auszurichten, und/oder
- c) die Laserstrahlen von zwei gegenläufigen Laserabstandssensoren exakt aufeinander zu legen.
- a) align one or more laser distance sensors parallel to a rotation axis defined by the measurement setup,
- b) align two or more laser sensors parallel to each other, and / or
- c) to place the laser beams of two counter-rotating laser distance sensors exactly on each other.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung und Berechnungen zu der Erfindung anhand von fünf schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:Exemplary embodiments of the invention and calculations relating to the invention are explained below with reference to five schematically illustrated figures, without, however, limiting the invention. Showing:
Der Laserstrahl aus dem Laser
In der in
Zunächst ist der Laserabstandssensor
Dazu wird der Eichkörper
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Drehscheibe
Optional wird noch der absolute Winkel (oder zumindest dessen Nulldurchgang) der Drehscheibe
Aus dem Messsignal werden Verkippung und Positionierung des Lasers
Für die Herleitung der geometrischen Gleichungen und die Beschreibung des Einstellalgorithmus ist die Definition von einem Koordinatensystem und von Variablen nötig.For the derivation of the geometric equations and the description of the setting algorithm, the definition of a coordinate system and of variables is necessary.
Die z-Achse des kartesischen Koordinatensystems wird in die Drehachse einer Drehscheibe
Die Lage und Orientierung des Lasersensors sind durch den Richtungsvektor ĉ1 des Laserstrahls und den Durchstoßpunkt b1 des Lasers
Innerhalb des Koordinatensystems ist die Lage der Drehscheibe
Definition ist der Normalvektor durchparametrisiert.Definition is the normal vector by parameterized.
Für die Position b1 werden die folgenden kartesischen Koordinaten bzw. Zylinderkoordinaten verwendet: For the position b 1 , the following Cartesian coordinates or cylindrical coordinates are used:
Die Richtung des Lasers wird beschrieben durch zwei äquivalente Vektoren: den Einheitsvektor c1, der in die Richtung des ersten Laserstrahl zeigt und zwar in Richtung steigender Messwerte, unddessen z-Komponente normiert ist. Diese Vektoren sind wie folgt parametrisiert: The direction of the laser is described by two equivalent vectors: the unit vector c 1 pointing in the direction of the first laser beam, in the direction of increasing measured values, and whose z-component is normalized. These vectors are parameterized as follows:
Dann ist ĉz1 = cz1/|cz1| = sign(cz1) undDer Winkel zwischen Laserstrahl und Parallelen zur Drehachse beträgt dann Γ1 = arctan(Ĉ1). Then ĉ z1 = c z1 / | c z1 | = sign (c z1 ) and The angle between the laser beam and parallels to the axis of rotation is then Γ 1 = arctan (Ĉ 1 ).
Aus der Messung werden am Ende die Parameter β1, B1, γ1, Ĉ1, cz1 ermittelt, aus denen sich alle Darstellungen von b1, ĉ1, und damit die Lage und Verkippung, des ersten Lasers ergeben.From the measurement, the parameters β 1 , B 1 , γ 1 , Ĉ 1 , c z1 are determined at the end, from which all representations of b 1 , ĉ 1 , and thus the position and tilt, of the first laser result.
Im Folgenden wird die Geometrie- und Messgleichung hergeleitet:
Die Punkte p1 auf dem Laserstrahl des ersten Lasers werden durch den jeweils dazugehörenden Messwert l1 wie folgt parametrisiert:
The points p 1 on the laser beam of the first laser are parameterized as follows by the respectively associated measured value l 1 :
Außerdem erfüllen alle Punkte auf der zum ersten Laser gewandten Seite der Drehscheibe die Gleichung n ∘ (p1 – d1) = 0, wobei hier das Zeichen „∘“ das Skalarprodukt bezeichnet.In addition, all points on the side of the turntable facing the first laser satisfy the equation n ∘ (p 1 -d 1 ) = 0, where here the sign "∘" denotes the scalar product.
Am Schnittpunkt zwischen dem Strahl des Lasers und der Drehscheibe sind beide Gleichungen erfüllt und man kann die Variable p1 eliminieren und erhält die folgende Bedingung für den Messwert l1 am Schnittpunkt:
Löst man die Gleichung nach l1 auf, so ergibt sich If we solve the equation for l 1 , we get
Im Folgenden werden eine Taylorreihenentwicklung und eine Fourier-Analyse des Messsignals durchgeführt, um leicht zugängliche Messgrößen zu erhalten:
Zur Vorbereitung der Taylorentwicklung des Messsignals von l1 wird die Beziehung in die obige Gleichung für l1 einzusetzen. Man erhält In the following, a Taylor series development and a Fourier analysis of the measurement signal are carried out in order to obtain easily accessible measurement quantities:
To prepare the Taylor development of the measurement signal of 1 , the relationship becomes into the above equation for I 1 . You get
Diese Gleichung kann erfindungsgemäß bereits verwendet werden, um die Position und die Ausrichtung der Laser zueinander mit Hilfe der Abstandsmessungen und der bekannten zu berechnen. Dazu kann die Gleichung mit Hilfe von Parameterfits mathematisch gelöst werden. Weitere mathematische Vereinfachungen führen jedoch zu einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit deutlich einfacherer Berechnung.This equation can already be used according to the invention to calculate the position and orientation of the lasers with respect to one another by means of the distance measurements and the known ones. For this purpose, the equation can be solved mathematically using parameter fits. However, further mathematical simplifications lead to a preferred embodiment of the invention with much simpler calculation.
Dazu werden die Definitionen der Vektoren b1, d1, ĉ1 und n eingesetzt und dabei ausgenutzt, dass dz1 = bz1. Das Ergebnis lautet For this purpose, the definitions of the vectors b 1 , d 1 , ĉ 1 and n are used, taking advantage of the fact that d z1 = b z1 . The result is
Nun erweitert man Zähler und Nenner mit ĉz1/cos(δ) und nutzt, dass
Im Weiteren wird für die Taylorreihenentwicklung angenommen, dass der erste Laser
Dann ist der Betrag von
Mit dieser Taylorentwicklung ergibt sich und nach Auflösen der Produktterme der Cosinus-Funktionen With this Taylor development arises and after resolving the product terms of the cosine functions
Aus dieser Darstellung lässt sich die Fourierentwicklung von l1(φ) in der Form
Mit diesen Vorarbeiten lassen sich nun bei Kenntnis des Verkippungswinkels δ der Drehscheibe
Aus den ersten vier Größen können einfach die für die Bestimmung der physikalischen Einstellparameter, zum Beispiel
Auf den Verkippungswinkel δ der Drehscheibe
Bei Kenntnis aller fünf Größen lässt sich jeder Punkt p1 auf dem Laserstrahl des ersten Lasers (im Messbereich) eineindeutig dem Messwert l1 durch p1(l1) = b1 + (l1 – l0,1)·c1 zuordnen, insbesondere auch der Nullpunkt p1(0) = b1 – l0,1·c1 im Raum bestimmen. Für die Nullpunktskalibrierung des Lasers kann wiederum der Offset im Messwert als Differenz zwischen dem derzeitigen Messwert und dem gewünschten Messwert bestimmt werden und der Offset dann in der Auswertung der späteren Messwerte berücksichtigt werden.With knowledge of all five variables, each point p 1 on the laser beam of the first laser (in the measuring range) can be uniquely assigned to the measured value l 1 by p 1 (l 1 ) = b 1 + (l 1 -l 0.1 ) · c 1 , In particular, the zero point p 1 (0) = b 1 - l 0.1 · c 1 determine in space. For the zero point calibration of the laser, in turn, the offset in the measured value can be determined as the difference between the current measured value and the desired measured value, and the offset can then be taken into account in the evaluation of the later measured values.
In der Praxis ist der Verkippungswinkel δ durch den Aufbau der Drehscheibe
Die Fourier-Koeffizienten F0,1, F1,1, F2,1 und die Phasen μ1, η1 von l1(φ) können in der Praxis auf verschiedenen Arten gewonnen werden, wie die nachfolgenden Fälle zeigen:
- 1) Das Messsignal wird an vorher definierten, diskreten Winkelpositionen (Ortsdiskret auf der Drehscheibe
32 ) gemessen und die Parameter von l1(φ), zum Beispiel durch eine diskrete Fourier-Transformation, bestimmt. Erfindungsgemäß werden kontinuierliche Messungen wegen der einfacheren Handhabung bevorzugt. - 2) Statt des winkelabhängigen Messsignals l1(φ) wird das Zeitsignal l1(t) und der dazu passende Winkel φ(t) gemessen und daraus l1(φ) und seine Parameter bestimmt.
- 3) Bei möglicherweise unbekannter, aber konstanter Drehgeschwindigkeit ω der Drehscheibe
32 wird ein Zeitsignal l1(t) gemessen und die Zeitpunkte, t0 und t1, zweier aufeinanderfolgender Nulldurchgänge φ(t1) = φ(t0) = 0. Dann kann mit der Winkelgeschwindigkeitdas Winkelsignalrekonstruiert werden. Zusammen mit dem Zeitsignal l1(t) können wiederum l1(φ) und seine Parameter bestimmt werden. Eine konstante Winkelgeschwindigkeit ω führt also zu einer Vereinfachung der Berechnung der Parameter und ist daher erfindungsgemäß besonders bevorzugt. - 4) Es ist auch möglich, ohne direkte Winkelmessung auszukommen. Angenommen der Winkel β1 zwischen
dem Laser 28 und der Drehscheibe32 ist, zum Beispiel aufgrund eines vorgefertigten Messaufsatzes, näherungsweise bekannt. Somit ist auch μ1 bekannt. Es wird ein Zeitsignal l1(t) bei einer konstanter Drehgeschwindigkeit ω der Drehscheibe32 aufgenommen. Wenn dann noch der eineLaser 8 ,28 schon recht gut ausgerichtet ist, das heißt, wenn Ĉ1 << cot(δ) gilt, so dominiert die Grundwelle die Oberwelle, das heißt F 1,1>> 2·F2,1, und es können sehr einfach aufeinanderfolgende Zeitpunkte tm0 und tm1 gefunden werden, in dem das Signal das Maximum annimmt. Dann istMit der Kenntnis der Drehgeschwindigkeit ω können die Fourier-Koeffizienten F0,1, F1,1, F2,1 aus dem Zeitsignal l1(t) bestimmt werden. Um die fehlende Phasenlage η1 zu erhalten, bestimmt man zuerst Zeitpunkte tμ1 und tη1 zu denen die Maxima der Grundwelle und der Oberwelle zu erwarten sind, für die also μ1 = ω·tμ1 und η1 = 2ω·tη1 gilt. Dann istund somit Dann sind alle Parameter von l1(φ) für die Auswertung bekannt.
- 1) The measurement signal is at previously defined, discrete angular positions (discrete location on the turntable
32 ) and the parameters of l 1 (φ) are determined, for example by a discrete Fourier transform. According to the invention, continuous measurements are preferred for ease of handling. - 2) Instead of the angle-dependent measurement signal l 1 (φ), the time signal l 1 (t) and the matching angle φ (t) is measured and from this l 1 (φ) and its parameters are determined.
- 3) At possibly unknown, but constant rotational speed ω of the
turntable 32 is a time signal l 1 (t) measured and the times, t 0 and t 1 , two consecutive zero crossings φ (t 1 ) = φ (t 0 ) = 0. Then can with the angular velocity the angle signal be reconstructed. In turn, l 1 (φ) and its parameters can be determined together with the time signal l 1 (t). A constant angular velocity ω thus leads to a simplification of the calculation of the parameters and is therefore particularly preferred according to the invention. - 4) It is also possible to do without direct angle measurement. Suppose the angle β 1 between the
laser 28 and theturntable 32 is approximately known, for example due to a prefabricated measuring attachment. Thus μ 1 is also known. There is a time signal l 1 (t) at a constant rotational speed ω of theturntable 32 added. If then the one laser8th .28 is already quite well aligned, that is, if Ĉ 1 << cot (δ) holds, then the fundamental wave dominates the harmonic, that is F 1,1 >> 2 · F 2,1 , and it can very simply successive times t m0 and t m1 are found, in which the signal assumes the maximum. Then With the knowledge of the rotational speed ω, the Fourier coefficients F 0,1 , F 1,1 , F 2,1 can be determined from the time signal l 1 (t). In order to obtain the missing phase position η 1 , one first determines times t μ1 and t η1 at which the maxima of the fundamental wave and the harmonic wave are to be expected, for which μ 1 = ω · t μ1 and η 1 = 2ω · t η1 , Then and thus Then all the parameters of l 1 (φ) are known for the evaluation.
Für eine Abschätzung der Einstellgenauigkeit wird im Folgenden beispielhaft ein Aufbau mit den folgenden Parametern betrachtet:
Bezüglich F1,1 bedeutet dies, dass bei annähernd parallel zu Drehachse der Drehscheibe
Es gilt für die normierte Verkippung eine Einstellgenauigkeit von It applies to the normalized tilt an adjustment accuracy of
Die Unsicherheit im Winkel Γ1 = arctan(Ĉ1) zwischen einem Laser
Für den Abstand B1 des Laserpunkts von der Drehachse z auf z-Höhe dz1 gilt und damit eine Einstellungenauigkeit von
Im Folgenden werden nun die Auswirkungen auf Unsicherheit einer Dickenmessung aufgezeigt.In the following, the effects on the uncertainty of a thickness measurement are shown.
Die Einstellgenauigkeit des Lasers
Für eine Abschätzung legen wir die obigen Zahlenwerte zu Grunde.For an estimation we use the above numerical values.
Die Unsicherheit Δd des Messwertes bei der Dickenbestimmung einer um maximal δ' = 5° verkippten Platte in einem Messspalt bei einer Positioniergenauigkeit in Richtung der z-Achse von h = 2,5mm durch die beiden Einstellungsfehler ΔĈ1 und ΔB1 des Lasers
Ein zweiter Laser (nicht gezeigt) könnte einen analogen Beitrag liefern, um die Messung zu verfeinern. Dabei kann auch eine Ausrichtung dieses zweiten Lasers zu dem Laser
Um die Unsicherheit gering zu halten, sind folgende Punkte zu beachten:
- 1) Bei der Einstellung von Position und Verkippung der Sensoren
10 ist ein möglichst großer Winkel δ zu wählen und der volle Messbereich möglichst auszunutzen, damit F1,1 möglichst groß ausfallen kann. Dieser ist jedoch durch die realen Abmessungen des Messaufbaus, wie beispielsweise der Abmessungen derLaserabstandssensoren 2 , gegebenenfalls die Dicke der Drehscheibe und der Drehachse oder des Durchmessers des Laserstrahls beschränkt. Für reale Aufbautenmit handelsüblichen Laserabstandssensoren 2 wird ein Winkel δ zwischen 15° und 35° besonders bevorzugt, da er mit diesen Bauteilen gut realisierbar ist. - 2) Die
Auflösung der Laserabstandssensoren 2 sollte möglichst hoch sein, damit ΔF1,1 und ΔF2,1 möglichst klein sind. DieAuflösung der Laserabstandssensoren 2 kann beispielsweise durchein Messrauschen auf 1 µm begrenzt sein. - 3) Bei der eigentlichen Vermessung des zu messenden Objekts sollte dieses möglichst wenig verkippt sein, das heißt der Winkel δ' möglichst klein sein, und in Richtung der z-Achse möglichst ruhig liegen, das heißt h möglichst gering sein. Eine Neigung des zu messenden Objekts von 0° kann dabei bevorzugt vorgesehen sein.
- 1) When adjusting the position and tilt of the
sensors 10 If possible, choose the largest possible angle δ and use the full measuring range as far as possible so that F 1,1 can be as large as possible. However, this is due to the real dimensions of the measurement setup, such as the dimensions of thelaser distance sensors 2 , Where appropriate, the thickness of the hub and the axis of rotation or the diameter of the laser beam limited. For real structures with standardlaser distance sensors 2 If an angle δ between 15 ° and 35 ° is particularly preferred because it is well feasible with these components. - 2) The resolution of the
laser distance sensors 2 should be as high as possible so that ΔF 1,1 and ΔF 2,1 are as small as possible. The resolution of thelaser distance sensors 2 may for example be limited by a measurement noise to 1 micron. - 3) In the actual measurement of the object to be measured this should be as little as possible tilted, that is, the angle δ 'be as small as possible, and lie as quiet as possible in the direction of the z-axis, that is h should be as low as possible. An inclination of the object to be measured of 0 ° can preferably be provided.
Im Folgenden werden zwei beispielhafte Einstellalgorithmen für erfindungsgemäße Verfahren vorgestellt.Two exemplary setting algorithms for methods according to the invention are presented below.
Beim Bau einer geeigneten Messeinrichtung sind die Einschränkungen für dessen Einsatz zu berücksichtigen. Insbesondere ist darauf zu achten, dass der Messbereich der Laserabstandssensoren
Die aufgebaute Messeinrichtung wird in den Strahlengang des Lasers
Um einen Laser
- 1)
Achsen von Laser 8 ,28 und Drehachse z grob parallel ausrichten (⇒ Ĉ1 << cot(δ)); - 2) Signal l1 messen;
- 3) Fourier-Koeffizienten F1,1, F2,1 und die Phasen μ1, η1 von l1(φ) bestimmen;
- 4) Position und Verkippung des
Lasers 8 ,28 durch β1, γ1, Ĉ1, B1 bestimmen; - 5)
Verstellparameter von Laser 8 ,28 bestimmen; - 6) Verkippung nachjustieren, bis sie gut (in der Regel nahe Null gegen die z-Achse) ist; und
- 7) Position nachjustieren, bis sie gut ist (bis die Position der gewünschten Position entspricht).
- 1) axes of laser
8th .28 and align the axis of rotation z roughly parallel (⇒ Ĉ 1 << cot (δ)); - 2) Measure signal l 1 ;
- 3) determine Fourier coefficients F 1,1 , F 2,1 and the phases μ 1 , η 1 of l 1 (φ);
- 4) Position and tilt of the laser
8th .28 by β 1 , γ 1 , Ĉ 1 , B 1 determine; - 5) Adjustment parameters of laser
8th .28 determine; - 6) readjust tilt until it is good (usually close to zero against the z axis); and
- 7) Adjust the position until it is good (until the position corresponds to the desired position).
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the foregoing description, as well as the claims, figures and embodiments may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Laserabstandssensor Laser distance sensor
- 8, 288, 28
- Laser laser
- 1010
- Sensor sensor
- 12, 3212, 32
- Eichkörper calibration body
Geometrische Variablen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 2312267 A1 [0004] EP 2312267 A1 [0004]
- DE 10313888 A1 [0004] DE 10313888 A1 [0004]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |