DE2631041A1 - METHOD AND DEVICE FOR DISTANCE MEASUREMENT - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR DISTANCE MEASUREMENT

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DE2631041A1
DE2631041A1 DE19762631041 DE2631041A DE2631041A1 DE 2631041 A1 DE2631041 A1 DE 2631041A1 DE 19762631041 DE19762631041 DE 19762631041 DE 2631041 A DE2631041 A DE 2631041A DE 2631041 A1 DE2631041 A1 DE 2631041A1
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Germany
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distance
points
signals
accelerometers
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DE19762631041
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Jack R Stroman
Richard B Zipin
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Bendix Corp
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Bendix Corp
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    • GPHYSICS
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    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness

Description

tentanwältetentanwälte

, , !-ι η au CK,,! -ι η au CK

"·■-■■■;:; e=Chmi "· ■ - ■■■ ;:; e = C hmi

o.O.

ρ W3 ρ W 3

B MüncnenB coins

j The Bendix Corporation
Executive Offices
Bendix Center
Southfield, Mich. 48o75, USA 8. Juli 1976
j The Bendix Corporation
Executive offices
Bendix Center
Southfield, Me. 48o75, USA July 8, 1976

Anwaltsakte M-3964Attorney File M-3964

Verfahren und Vorrichtung zur AbstandsmessungMethod and device for distance measurement

1 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Abstandes j zwischen zwei auf einem Gegenstand liegenden Punkten sowie eine 1 The invention relates to a method for determining the distance j between two points lying on an object as well as a

j Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.j Device for carrying out the method.

j Der Gegenstand kann ein maschinell bearbeitetes Teil sein, undj The item can be a machined part, and

das Verfahren und die Vorrichtung kann insbesondere zur Abmessungs J kontrolle verwendet werden.the method and the device can in particular for dimensional J control can be used.

Infolge der Einführung von Koordinatenmeßmaschinen. ist die Kontrolle hergestellter Teile in den letzten Jahren erheblich erleich tert worden. Die Koordinatenmeßmaschinen weisen einen Fühler auf, der mechanisch geführt zwangsweise längs der Koordinatenachse bewegbar ist, wobei das Ausmaß der Bewegung des Fühlers längs einer j jeden der Koordinatenadisen von Wandlern gemessen wird. Wird derAs a result of the introduction of coordinate measuring machines. is in control manufactured parts have been considerably facilitated in recent years. The coordinate measuring machines have a sensor which is mechanically guided forcibly movable along the coordinate axis, the extent of the movement of the sensor along a j each of the coordinate aids is measured by transducers. Will the

609886/1038609886/1038

Fühler zwischen den zu vermessenden Punkten auf dem Gegenstand verfahren, so ist der Abstand zwischen diesen Punkten entweder gleich dem Abstand, um den der Fühler längs der einen der Koordinatenachsen bewegt worden ist (falls die Punkte durch eine parallel zu einer der Koordinatenachse verlaufende Gerade verbunden sind), oder dieser Abstand kann aus den gemessenen Bewegungen des Füh- ! lers längs der Koordinatenachsen berechnet werden.If the feeler moves between the points to be measured on the object, the distance between these points is either equals the distance by which the feeler has been moved along one of the coordinate axes (if the points pass through a parallel are connected to a straight line running along the coordinate axis), or this distance can be derived from the measured movements of the ! can be calculated along the coordinate axes.

j Derartige Koordinatenmeßmaschinen haben den Nachteil, daß durch Verbiegung oder falsche Ausrichtung der Maschinenteile, durch die der Fühler zwangsv/eise geführt ist, was zu einer kleinenj Such coordinate measuring machines have the disadvantage that by Bending or incorrect alignment of the machine parts through which the probe is forcibly guided, resulting in a small

j Abweichung zwischen der Bewegung des Fühlers und der sie tragende]!j Deviation between the movement of the feeler and the one carrying it]!

; Schlitten führt, Meßungenauigkeiten hervorgerufen werden. Der Meßbereich derartiger Koordinatenmeßmaschinen ist darüber hinaus; Slide leads, measurement inaccuracies are caused. Of the The measuring range of such coordinate measuring machines is beyond that

j durch die körperlichen Abmessungen dieser Bauteile begrenzt, und ;j limited by the physical dimensions of these components, and;

jj

daher ist es sehr schwierig und teuer, bei Gegenständen mit sehr ■therefore, it is very difficult and expensive for items with very ■

großen Abmessungen eine gute Meßgenauigkeit zu erzielen. Ilarge dimensions to achieve a good measurement accuracy. I.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Koordinatenmessung geschaffen werden, wobei keine derartigen mechanischen Anordnungen verwendet werden und der Fühler nicht zwangsweise geführt ist.The present invention is therefore intended to provide a method and a device for coordinate measurement, with none such mechanical arrangements can be used and the sensor is not forcibly guided.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen des Abstandes zwischen zwei auf einem Gegenstand liegenden Punkten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Meßgerät an den einen Punkt gestellt wird, daß das Meßgerät um eine StreckThis object is achieved according to the invention by a method for Determination of the distance between two points lying on an object, which is characterized in that a measuring device at one point is placed that the measuring device to a stretch

609886/10 38609886/10 38

zu dem anderen Punkt bewegt wird, wobei die Beschleunigungen bei dieser Bewegung in Form von Beschleunigungssignalen aufgezeichnet werden, und daß die Beschleunigungssxgnale in dem Abstand zwischen den beiden Punkten entsprechende Signale umgewandelt werden.is moved to the other point, the accelerations during this movement being recorded in the form of acceleration signals and that the acceleration signals are in the distance between signals corresponding to the two points are converted.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims specified.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß zu-dem Signale aufgezeichnet werden, die der Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegungen des Meßgerätes während seiner Verlagerung entsprechen, und diese Signale dazu verwendet werden, die Beschleunigungssxgnale bezüglich der Drehbewegungen des Meßgerätes zu korrigieren.It is preferably provided that signals are also recorded which correspond to the angular velocity of the rotary movements of the measuring device during its displacement, and these signals can be used to correct the acceleration signals with respect to the rotary movements of the measuring device.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Gehäuse, in dem drei Beschleunigungsmesser angeordnet sind, die jeweils auf eine ausgewählte Achse ausgerichtet sind, und durch ein an dem Gehäuse befestigtes Meßteil.A device according to the invention for performing the according to the invention Method is characterized by a housing in which three accelerometers are arranged, each on one selected axis are aligned, and by a measuring part attached to the housing.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse ferner drei zur Geschwindigkeitsmessung dienende Kreisel angeordnet sind, die auf Achsen ausgerichtet sind, die den Achsen der Beschleunigungsmesser entsprechen.An advantageous development of the invention is characterized in that that in the housing also three gyroscopes serving to measure the speed are arranged, which are aligned with axes corresponding to the axes of the accelerometers.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutertThe invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and with reference to the accompanying drawings

"609886/1.031"609886 / 1.031

In dieser zeigen:In this show:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäße^. Vorrichtung zum Bestimmen des Abstandes zwischen zwei auf einem Gegenstand liegenden Punkten in den Stellungen bei der Vermessung eines Gegenstandes;Fig. 1 is a perspective view of an inventive ^. Device for determining the distance between two points lying on an object in the Positions when measuring an object;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen des Abstandes zwischen zwei auf einem Gegenstand liegenden Punkten in Form eines Flußdiagrammes.Fig. 2 is a schematic representation of the invention Method for determining the distance between two points lying on an object in form a flow chart.

In Fig. 1 ist ein quaderförmiger Gegenstand Io gezeigt, der durch ein erfindungsgemäßes Meßgerät 12 vermessen werden soll.In Fig. 1, a cuboid object Io is shown by a measuring device 12 according to the invention is to be measured.

Dieses Meßgerät weist einen Satz Beschleunigungsmesser, nämlich die Beschleunigungsmesser 14,16-18 auf. Ferner sind drei, jeweils einen richtungsstabilisierten Kreisel aufweisende Drehgeschwindigkeitsmesser 2o,22,24 vorgesehen, die ebenso wie die Beschleunigungs messer in einem Gehäuse 26 untergebracht sind.This meter has a set of accelerometers, namely accelerometers 14, 16-18. There are also three, each a directionally stabilized gyro having rotational speed meter 2o, 22,24 provided, which like the acceleration knife are housed in a housing 26.

An dem Gehäuse 26 ist ferner ein Fühldorn 28 befestigt, mit dem das Meßgerät 12 genau bezüglich Punkten positioniert werden kann, deren Abstand gemessen werden soll. In der Zeichnung sind als sol ehe Punkte die Punkte A und B angegeben.A probe pin 28 is also attached to the housing 26, with which the measuring device 12 can be precisely positioned with respect to points, whose distance is to be measured. In the drawing, points A and B are indicated as sol before points.

Jeder der Beschleunigungsmesser 14.16,18 ist orthogonal zu den an-Each of the accelerometers 14, 16, 18 is orthogonal to the other

6098S6/1Ö386098S6 / 1Ö38

deren der Beschleunigungsmesser ausgerichtet, so daß in bekannterwhose the accelerometer is aligned so that in known

tfeise die linearen Beschleunigungen längs der X-, Y-, Z-Achse geson- ', in part the linear accelerations along the X, Y, and Z axes ,

dert gemessen werden und entsprechende Signale erzeugt werden. Die j X-,Y- und Z-Achse sind durch die Ansprechrichtungen der Beschleunigungsmesser 14,16,18 festgelegt.be measured and corresponding signals are generated. The j X, Y and Z axes are determined by the directions of response of the accelerometers 14, 16, 18.

In ähnlicher .Weise sind die richtungsstabilisierte Kreisel aufweisenden Drehgeschwindigkeitsmesser 2o,22,24 senkrecht zueinander aus gerichtet angeordnet, so daß sie die Winkelgeschwindigkeiten derIn a similar way are the directionally stabilized gyroscopes Rotational speedometer 2o, 22,24 perpendicular to each other arranged directed so that they the angular velocities of the

!Drehbewegung des Meßgerätes 12 um die X-,Y- und Z-Achse getrennt! Rotational movement of the measuring device 12 about the X, Y and Z axes separately

iinessen und entsprechende Signale erzeugen, wobei die Koordinatenjachsen - wie schon ausgeführt - durch die Ausrichtung der Beschleußiinessen and generate corresponding signals, the coordinate axes - as already stated - by the alignment of the decision

ii \\

I iI i

inigungsmesser 14,16,18 festgelegt sind. [Clinometers 14,16,18 are set. [

|Die Winkelgeschwindigkeiten müssen so bestimmt werden, daß die| The angular velocities must be determined in such a way that the

I ■ 'I ■ '

!Änderung der Orientierung des Meßgerätes 12 an den aufeinanderfoljgenden Meßpunkten bei der Abstandsbestimmung berücksichtigt wird. JAnders gesagt: bei der Bewegung des Fühldornes 28 von dem auf dem Gegenstand Io liegenden Punkt A zu dem auf dem Gegenstand Io liegenden Punkt B sind die Beschleunigungsmesser 14.16,18 linearen Beschleunigungen ausgesetzt, die den linearen Bewegungen in X-, Y- und Z-Richtung zugeordnet sind, falls die Orientierung des Meßgerätes 12 gleich bleibt. Da in der Wirklichkeit das Meßgerät 12 bei der Bewegung vom einen Punkt zum anderen Punkt stets zumindest um einen kleinen Winkel gedreht wird, werden die von den Beschleunigungsmessern gemessenen Beschleunigungen durch die Drehung des Meß-j-Change the orientation of the measuring device 12 to the successive Measuring points is taken into account when determining the distance. In other words: when the feeler pin 28 moves from the one on the Object Io to the point A lying on the object Io At point B the accelerometers 14.16,18 are subjected to linear accelerations, which correspond to the linear movements in X-, Y- and Z-direction are assigned if the orientation of the measuring device 12 remains the same. Since in reality the measuring device 12 at the movement from one point to the other is always rotated by at least a small angle, the accelerometers are used measured accelerations by rotating the measuring-j-

.60986 67 1038-.60986 67 1038-

gerätes verfälscht.device falsified.

Wenn daher die linearen Beschleunigungen gemessen werden sollen,Therefore, if the linear accelerations are to be measured,

j um daraus den Abstand zu bestimmen, um den der Fühldorn vom einen j Punkt zum anderen verschoben worden ist, und damit den Abstand zwischen diesen Punkten zu messen, dann müssen Vorkehrungen getroff fen werden, um den Einfluß der Änderung der Orientierung des Meß- jj to determine the distance by which the feeler pin from one j Point has been moved to another, and in order to measure the distance between these points, then precautions must be taken in order to reduce the influence of the change in the orientation of the measuring j

gerätes zu eliminieren. !device to eliminate. !

JBei der hier betrachteten Ausführungsform der Erfindung erfolgtThe embodiment of the invention considered here takes place

!dies dadurch, daß die Winkelgeschwindigkeiten der Drehbewegungen jdenen das Meßgerät bezüglich einer jeden der durch die Beschleunijgungsmesser 14,16,18 vorgegebenen Achsen unterliegt, unter Verwendung der entsprechenden, richtungsstabilisierte Kreisel aufweisendfn! This is because the angular velocities of the rotary movements each of which the measuring device is subject to with respect to each of the axes predetermined by the accelerometers 14,16,18 are used of the corresponding directionally stabilized gyroscope

Drehgeschwindigkeitsmesser 2o,22,24 gemessen werden. Diese Winkel-!Rotational speedometer 2o, 22,24 can be measured. This angle!

j geschwindxgkextssignale werden zur Korrektur der Beschleunigungs- j messersignale verwendet, wobei die durch die Drehung des Meßgeräte^ hervorgerufenen Einflüsse auf die Beschleunigungsmesser auf die in Fig. 2 wiedergegebene Art und Weise ausgeräumt werden.j speed xgkext signals are used to correct the acceleration j used knife signals, with the rotation of the measuring devices ^ induced influences on the accelerometer can be eliminated in the manner shown in FIG.

Die korrigierten Beschleunigungssignale werden in der Verschiebung in Χ-,Υ- und Z-Richtung entsprechende Verschiebungssignale umgesetzt, wie in dem Blockschaltbild von Fig. 2 gezeigt ist; danach werden die anderen Berechnungen durchgeführt und die Ergebnisse angezeigt, wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt ist.The corrected acceleration signals are used in the shift corresponding displacement signals implemented in Χ-, Υ- and Z-direction, as shown in the block diagram of Fig. 2; then the other calculations are carried out and the results is displayed, as is also shown in FIG.

Zu diesen letztgenannten Berechnungen gehören z.B. die herkömmli-These last-mentioned calculations include, for example, the conventional

chen Kontrollrechnungen, wie sie z.B. bei der Umrechnung auf Längen einheiten auftreten oder bei der Berechnung der letztlich interes-jcontrol calculations, such as those used when converting to lengths units occur or when calculating the ultimately interes-j

sierenden Abmessungen des Teiles aus den Verschiebungen in X-, Y- I und Z-Richtung anfallen. Bei der Berechnung des Abstandes zwischen; den Punkten A und B muß z.B. die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate der Verschiebungen in X-, Y- und Z-Richtung berechnet werden.sizing dimensions of the part from the displacements in X-, Y- I and Z-direction. When calculating the distance between; For example, for points A and B, the square root of the sum of the squares of the displacements in the X, Y and Z directions must be calculated will.

Für diese Arbeiten sind Betriebsartenwahlschalter 3o und Anzeigefelder 32 vorgesehen, die mit der Elektronik zur Signalverarbeitung durch ein Kabel 34 verbunden sind.Operating mode selector switch 3o and display fields are used for this work 32 are provided, which are connected to the electronics for signal processing by a cable 34.

Es versteht sich, daß durch diese Lösung des Problems der Abstands· messung eine Unabhängigkeit von der Größe, der Steifheit oder der Genauigkeit mechanischer Bauelemente erreicht wird.It goes without saying that by solving the problem of the distance measurement independence from the size, rigidity or accuracy of mechanical components is achieved.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist im Hinblick auf ein Cartesisches Koordinatensystem beschrieben worden, d.h. ein Koordi natensystem mit drei orthogonalen Achsen. Das erfindungsgemäße Meßprinzip läßt sich natürlich auch auf andere Koordinatensysteme anwenden,iindem die Beschleunigungen gemessen werden, denen das Meßgerät bei der Bewegung zu verschiedenen auf dem Gegenstand befindlichen Punkten ausgesetzt ist, und entsprechende Signale erzeugt werden, wobei diese Beschleunigungen den Verschiebungsgrößen entsprechen, die zur Festlegung der Punkte auf dem Gegenstand dienen, der räumlich vermessen werden soll.The embodiment described above has been described in terms of a Cartesian coordinate system, ie a coordinate system with three orthogonal axes. The measuring principle according to the invention can of course also be applied to other coordinate systems, i by measuring the accelerations to which the measuring device is exposed when moving to different points on the object and generating corresponding signals, these accelerations corresponding to the displacement quantities that are required for Establish the points on the object that is to be spatially measured.

609866/1Ö'3-8609866 / 1Ö'3-8

Claims (5)

PatentansprücheClaims f 1.j Verfahren zum Bestimmen des Abstandes zwischen zwei auf einem Gegenstand liegenden Punkten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßgerät an den einen der Punkte gestellt wird, daß das Meßgerät um eine Strecke zu dem anderen Punkt bewegt wird, wobei die Beschleunigungen bei dieser Bewegung in Form von Beschleunigung Signalen aufgezeichnet werden, und daß die Beschleunigungssigna le in dem Abstand zwischen den beiden Punkten entsprechende Signale umgewandelt werden.f 1.j Procedure for determining the distance between two on one Object lying points, characterized in that a measuring device is placed at one of the points that the measuring device is moved a distance to the other point, the accelerations in this movement in the form of acceleration Signals are recorded, and that the acceleration signals corresponding signals in the distance between the two points being transformed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Verlagerung des Meßgerätes zugleich der Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegungen des Meßgerätes entsprechende Drehgeschwindigkeitssignale aufgezeichnet werden und daß diese Drehgeschwinjdigkeitssignale dazu verwendet werden, die Beschleunigungssignale bezüglich der Drehungen des Meßgerätes zu korrigieren.2. The method according to claim 1, characterized in that the angular velocity at the same time during the displacement of the measuring device The rotational speed signals corresponding to the rotational movements of the measuring device are recorded and that these rotational speed signals can be used to correct the acceleration signals with respect to the rotations of the measuring device. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (26), in dem drei Beschleunigungsmesser (14,16,18) angeordnet sind, die jeweils auf eine vorgegebene Achse ausgerichtet sind, und durch einen am Gehäuse (26) befestigten Fühlkörper (28).3. Apparatus for performing the method according to claim 1 or 2, characterized by a housing (26) in which three Accelerometers (14,16,18) are arranged, which are each aligned with a predetermined axis, and by a the sensor body (28) attached to the housing (26). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the 609886/1039609886/1039 Beschleunigungsmesser (14,16,18) jeweils längs einer von drei jAccelerometers (14,16,18) each along one of three j orthogonalen Achsen ausgerichtet sind. jaligned with orthogonal axes. j 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch drei Kreisel aufweisende Drehgeschwindigkeitsmesser (2o,22,24), die in dem Gehäuse (26) angeordnet sind und jeweils längs einer der Achseh der Beschleunigungsmesser (14,16,18) ausgerichtet sind.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized by three gyroscopes having rotational speed meters (2o, 22,24), the are arranged in the housing (26) and each aligned along one of the axes of the accelerometer (14,16,18) are. 6098δβ/ 10386098δβ / 1038 LeerseiteBlank page
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