DE3315809A1

DE3315809A1 - 3-d-aufnehmerwuerfel

Info

Publication number: DE3315809A1
Application number: DE19833315809
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr.-Ing. 5100 Aachen Melder; Karl-Heinz Dr.-Ing. 7620 Wolfach Schiefer
Original assignee: STRUKTURANALYSE GFS MBH GES
Current assignee: STRUKTURANALYSE GFS MBH GES
Priority date: 1983-04-30
Filing date: 1983-04-30
Publication date: 1984-10-31

Description

Beschreibung
"3-D-Aufnehmerwürfel" Die Erfindung betrifft einen Würfel oder ein ähnliches Gebilde, mit dessen Hilfe eine eindeutige Zuordnung zwischen den Koordinaten eines dreidimensionalen (3-D) Meßaufnehmers (Fig. 1) und vorgegebenen RaumMoordinaten vorgenommen wird.
Diese Zuordnung wird durch Angabe eines einzigen Symbols oder einer einzigen Zahl in ein Tastenfeld oder ähnliches vorgenommen.
Die Messung von Wegen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Kräften an Maschinen und Geräten in den drei Koordinatenrichtungen x-y-z ist mit eindimensionalen Aufnehmern eine langwierige und zeitraubende Arbeit, da jede Koordinatenrichtung einzeln gesessen werden muß.
Dabei wird der Aufnehmer so angebracht, daß er in einer vorher festgelegten Koordinatenrichtung des Kartesischen Koordinatensystems mißt. Für die Messung in einer anderen Richtung in diesem Meßpunkt muß der Aufnehmer entsprechend neu positioniert werden.
Speziell bei der Messung an mehreren Punkten einer Maschine kann der Zeitaufwand beträchtlich sein. Un die Messung zu verkürzen, können Aufnehmer benutzt werden, die drei Raumrichtungen gleichzeitig messen, sog. 3-D-Aufnehmer (Fig.1).
Der Einsatz von 3-D-Aufnehmern ist insofern problematisch, als die Koordinatenachsen x-y-z des 3-D-Aufnehmers immer mit den Raumachsen der zu messenden Maschine oder Anlage x-y-z übereinstimmen müssen, um bei Messungen an verschiedenen Punkten der Maschine eine sinnvolle Auswertung zu ermöglichen.
Kann der 3-D-Aufnehmer nicht an allen Meßpunkten einer Maschine oder Anlage so montiert werden, daß seine Koordinaten mit den vorgegebenen Raumkoordinaten der Maschine übereinstimmen, so muß eine Koordinatentransformation durchgeführt werden, die einem Meßsystem Meßdaten immer in der gleichen Zuordnung zur Verfügung stellt (Fig.2).
Dies bereitet deswegen Schwierigkeiten und ist bei Messungen mit großen Fehlern behaftet, weil große Anforderungen an das räumliche Vorstellungsvermögen des Beobachters gestellt werden und er für jede Richtung des Meßaufnehmers die entsprechende, vorzeichenrichtige Raumrichtung der Maschine angeben muß.
Der Zusammenhang zwischen dem x'y',z' - Koordinatensystem und dem x,y,z - Bezugssystem der Maschinen kann dabei von Meßpunkt zu Meßpunkt unterschiedlich sein, da der 3-D-Aufnehm.er in beliebiger Lage an jedem MeRpunkt angebracht sein kann.
Diese komplizierte Verfahrensweise beinhaltet aber ähnliche Nachteile wie der Einsatz eindirnensionaler Aufnehmer.
Wegen dieser Schwierigkeit unterbleibt häufig der Einsatz von 3-D-Aufnehmern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einerseits eine eindeutige Zuordnung zwischen den Koordinaten eines dreidimensionalen Meß-Aufnehmers und den Raumkoordinaten zu gewährleisten und andererseits die Koordiantentransformation damit schnell durchzuführen.
Das Problem der Zuordnung zwischen dem Koordinatensystem des Aufnehmers nach Fig 1. und einem festem Raumkoordinatensystem wird wie folgt gelöst.
Wie in der Praxis sinnvoll sollen zwischen beiden Koordinatensystemen nur Winkelverschiebungen von 90 °, 180 Ound 270 erlaubt sein. Stellt man sich nun den 3-D-Aufnehmer nach Fig.1. in einem Würfel oder als Würfel nach Fig.3. vor, so wird deutlich, daß der 3-D-Aufnehmer bzw. der Würfel insgesamt 24 Positionen zum Raumkoordinatensystem einnehmen kann, die sich aus den 6 Flächen des Würfels und den 4 Kanten je Fläche ergeben.
Beschriftet man den Würfel nun gemäß Fig.3. z.B. mit Zahlen von 1 bis 24 so, daß zu jeder möglichen Position des Würfels zum Raumkoordinatensystem eine Zahl "normal" lesbar ist, so ist eine eindeutige Zuordnung zwischen den Würfel- bzw. Aufnehmerkoordinaten und den Raumkoordinaten gegeben. Zu jeder Zahl gehört nun eine festliegende Koordinatentransformation (Fig Durch Eingabe der entsprechenden 'tnorm.al" lesbaren Zahl an einem Schaltpult wird die gewünschte Koordinatentransformation durchgeführt. (In Figur 3 ist als Beispiel nur eine Fläche beschriftet, durch Drehen des Blattes auf dem Tisch ist das Prinzip zu erkennen).
Eine mögliche hardwaremäßige Lösung zur Koordiantentransformation nach Fig.4. besteht aus sechs Vorverstärkern, mehreren Analogschaltern, einer Tastatur und einer Steuerlogik. Zur Phasenumkehr wurden drei als Invertierer beschaltete Operationsverstärker benutzt.
Hinter den für die drei Koordinatenrichtungen x',y',z', getrennten Vorverstärkern liegen sowohl die um 1800 verschobenen als auch die nicht verschobenen Signale an. Jedes dieser sechs Signale kann nun über Analogschalter zu jede Koordinate des x,y,z,Sytems durchgeschaltet werden. Die Auswahl wird über die Tastatur vorgenommen. Durch Drücken einer der 24 Tasten eines Tastenfeldes wird aus einem Speicher ein 9 Bitwort ausgelesen (jeweils drei Bit pro Koordinate).
Ein BCD-Dezimaldekoder pro Koordinate des x-y-z-Systems übernimmt das Ansteuern des entsprechenden Analogschalters. Die Koordinatenzuordnung einschließlich Phasenumkehr kann somit im Speicher festgelegt werden.
Zusätzlich können die transformierten Signale einzeln am Ausgang des Gerätes abgerufen werden (Fig.5.).
Die Vorteile dieser Anordnung d.h. Würfel und elektr.Signaltransformation kommen besonders in Verbindung mit Analog-Digital-Umsetzern und Datenverarbeitungsanlagen zum Vorschein.
Zur Messung einer Struktur wird der Würfel mit 3-DAufnehmer an den Meßpunkt gehalten. Die "normal" zu lesende Zahl wird in die Tastatur des Signalumsetzers eingegeben. Damit liegt die Transformation fest und die Daten können in den Rechner übernommen werden.
Bedienungsfehler können somit stark herabgesetzt werden. Außerdem werden je nach Aufgabenstellungen bis zu 2/3 Meßzeitverkürzungen erreicht.

Claims

Patentansprüche "3-D-Auftehmerwurfel" 1."Würfel oder würfelähnliche Gebilde (Fig.3) als Gehäuse oder Grundkörper für dreidimensionalen (3-D) Weg, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- oder Kraftaufnehmer mit Kennzahlen oder Symbolen zur Festlegung der Koordinatentransformation der Aufnehmer-Koordinaten zu einem vorgegebenen Koordinatensystem.

dadurch gekennzeichnet, daß der Würfel mit Symbolen oder Zahlen beschriftet ist, die jeweils in den Ecken einer Würfelfläche so liegen, daß die Lage des Würfels im Raum durch ein Symbol oder eine Zahl eindeutig bestimmt ist.
2. Schaltung zur Koordinatentransformation (Fig.4) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem Symbol oder einer Zahl am Würfel durch Angabe des Symbol oder einer Zahl auf einem Tastenfeld oder ähnlichem eine Koordinatentransformation zwischen den Koordinaten des Aufnehmers und den Raumkoordinaten vorgenommen wird.

Die Realisierung der Koordinatentransformation kann durch Hardware oder Software erfolgen.
3. Schaltung zur Einzelabfrage der transformierten Signale nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß über eine Schalteinrichtung die transformierten Signale x,y,z einzeln abgefragt werden können (Fig.5).