DE3631395A1

DE3631395A1 - Messeinrichtung

Info

Publication number: DE3631395A1
Application number: DE19863631395
Authority: DE
Inventors: Victor Augustin
Original assignee: LTC OPTO ELECTRONIC GmbH
Current assignee: LTC OPTO ELECTRONIC GmbH
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1987-04-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Bestimmen des Orts und der Richtungslage eines Vektors.

Zum Erfassen von Entfernungen und zur Positionsbestimmung werden in der Technik oftmals Messeinrichtungen verwendet, die den zu bestimmenden Gegenstand als Vektor vermessen, d.h. dessen Ort und Richtungslage erfassen. So sind z.B. bei Trans porteinrichtungen, wie rechnergesteuerte Laufwagen in Lagern, insbesondere Hochregallager u.dgl. turnusmässige Überprüfungen unerlässlich, um Abweichungen des Wagens vom Transportweg frühzeitig festzustellen, so dass eine reibungslose Funktion gewährleistet ist. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Messein richtung ist z.B. die Überwachung der Lage und Richtung von Handhabungsautomaten, wie Manipulatoren, Roboter usw. Die Automaten bedürfen einer ständigen Kontrolle und Nachregelung der Handhabungsorgane um den hohen Anforderungen an den Quali tätsstandard der Erzeugnisse gerecht zu werden.

Nachteilig wirkt sich bei herkömmlichen Messmethoden, bei denen die Maschine gestoppt und die Organe vermessen und ein gerichtet werden, der relativ grosse Aufwand an Zeit und Ar beitskraft aus. Zudem liegen diese Messungen oftmals in einem grossen Toleranzbereich, so dass nur eine dieser Toleranz ent sprechende Genauigkeit erzielbar ist. Weiterhin basieren viele Messeinrichtungen auf dem Berührungsprinzip, so dass sich durch Abnutzungserscheinungen, wie Abrieb usw., Fehler ein schleichen können. Der gravierendste Nachteil bei bisherigen Methoden sind die grossen Zeitintervalle zwischen zwei Mes sungen, was darauf zurückzuführen ist, dass die Messung selbst viel Zeit in Anspruch nimmt und bei kürzeren Messintervallen die Auslastung der zu messenden Maschine rapide abnimmt und dadurch die grössere Fertigungsgenauigkeit mit einer weniger wirtschaftlichen Produktion erkauft werden muss.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kosten günstig berührungslos arbeitende Messeinrichtung bereitzu stellen, die vielseitig einsetzbar ist und die eine schnelle Messung und Auswertung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Vektor als Licht emittierender Sender ausgebildet ist und dem Sender wenigstens ein das emittierte Licht auffangender elek tronischer Empfänger und ein die von dem Empfänger ausgehenden elektronischen Signale verarbeitender und in Messgrössen auf bereitender Umformer zugeordnet ist.

Der Licht emittierende Sender stellt den zu bestimmenden Vektor dar, wobei die Lichtquelle den zu messenden Ort mit den drei Raumkoordinaten und die Richtung des abgestrahlten Lichts die zu messende Richtungslage mit den drei Raumwinkeln defi niert. Dieser Lichtstrahl trifft auf einen elektronischen Empfänger, der in Abhängigkeit vom Auftreffort unterschied liche elektrische Signale abgibt. Schliesslich ist dem Em pfänger ein Umformer nachgeschaltet, der die vom Empfänger abgegebenen elektrischen Signale verarbeitet und in Messgrössen aufarbeitet. Diese Messgrössen zeigen nun den Ort und die Richtungslage des Vektor an. Die erfindungsgemässe Messein richtung hat den Vorteil, dass sie vollkommen berührungslos arbeitet, so dass keine Messfehler durch Abnutzung, wie Abrieb usw. auftreten. Es werden auch keine bewegten Elemente ver wendet, so dass auch hier keine Messabweichungen, z.B. durch eingelaufene bzw. ausgeschlagene Lager, durch Bewegungsspiel, usw. auftreten können. Einen grossen Vorteil bietet diese Messeinrichtung durch schnelle Messwerterfassung und Auswer tung, sodass die gesamte Messzeit auf Millisekunden reduziert ist. Weiterhin kann die Messeinrichtung in sehr kleiner und leichter Bauweise ausgebildet werden, was einerseits Vorteile bei der Verwendung an kleinen und empfindlichen Maschinen, andererseits bei der Verwendung mehrerer Messeinrichtungen an einer einzigen Maschine zum Messen mehrerer Organe mit sich bringt.

Vorteilhaft kann die Position eines Gegenstands dadurch be stimmt werden, dass der Sender an dem Gegenstand befestigt ist, dessen Ort und Richtungslage zu bestimmen ist. Dadurch wird indirekt über die Positionsbestimmung des den Vektor darstellenden Senders der Ort und die Lage des Gegenstands ermittelt. Hierfür ist der Empfänger an einem Referenzort festgelegt. Vorteilhaft ist die Messeinrichtung derart aus gebildet, dass der Empfänger am Gegenstand oder am Referenzort und der Sender am Referenzort oder am Gegenstand festlegbar sind. Dadurch kann auf die jeweils vorgegebenen Platzverhält nisse, Messanforderungen usw. eingegangen werden, ohne dass die Messgenauigkeit geschmälert wird.

Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Sender ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitender Abstandssensor, wobei der gesendete Lichtstrahl auf eine, vorzugsweise paral lel zum Empfänger angeordnete, dem Empfänger vorgelagerte Mattscheibe trifft und das von dieser reflektierte Licht für die Bestimmung des Abstandes zwischen Sender und Mattscheibe dient. Der die Mattscheibe durchdringende Restlichtanteil trifft auf den Empfänger. Diese Senderkonfiguration erlaubt die einfache Bestimmung der drei Raumkoordinaten, was z.B. für die Kalibration von Abstandssensoren in Drei-Koordinaten- Messmaschinen von grossem Vorteil ist.

Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass der Sender als Licht sendeelement ausgebildet ist. Nunmehr wird direkt die Position der Lichtquelle bestimmt, wobei das Licht nicht auf direktem Weg, sondern auch über Umlenkungen z.B. durch Reflektion zum Empfänger gelangen kann.

Vorteilhaft ist das Lichtsendeelement als eine im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich arbeitende LED oder als Laser aus gebildet. Die Verwendung dieser Lichtsendeelemente hat den Vorteil, dass sie als Massenprodukt hergestellt sehr preiswert sind und für den Einbau einen minimalen Platzbedarf benötigen. Laser werden aufgrund ihrer kleinen Strahldivergenz haupt sächlich bei Messungen über grössere Entfernungen eingesetzt.

Vorteilhaft ist der Empfänger als lichtempfindlicher Detektor ausgebildet, wobei dieser ein linearer PSD oder CCD o.dgl. ist. Diese Detektoren sind in sehr flacher Bauweise herge stellt und können nahezu an jeder geeigneten Oberfläche, die als Referenze verwendet werden soll, befestigt, z.B. aufge klebt oder ausgeschraubt werden. Weiterhin spielt das geringe Gewicht dieser Detektoren eine grosse Rolle, so dass sie auch bei bewegten Referenzflächen einsetzbar sind, ohne dass die Trägheit dieses Gegenstands durch die Masse des Detektors nachteilig beeinflusst wird. Mit diesen Detektoren sind Mes sungen mit einer Genauigkeit von 0,001 mm und besser erziel bar.

Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Empfänger vorteilhaft als ein- oder zweidimensional ansprechender Detek tor ausgebildet. Mit zweidimensional ansprechenden Detektoren können mit Hilfe einer einzigen Lichtquelle zwei Koordinaten bestimmt werden, wodurch der Bauaufwand, z.B. zum Erzeugen eines weiteren Lichtstrahls mittels einer weiteren Lichtquelle und die Verwendung eines weiteren Detektors, vermieden werden kann.

Eine Abnutzung der Messeinrichtung ist dadurch ausgeschlossen, dass der Sender und der Empfänger berührungslos in Verbindung stehen. Dadurch sind die Messungen stets reproduzierbar ohne verschleissbedingte Messabweichungen.

Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel ist dem lichtem pfindlichen Detektor eine Optik vorgesetzt. Durch eine Zwischenabbildung an einer Mattscheibe und einer Vergrös serungs- bzw. Verkleinerungsoptik zwischen Mattscheibe und lichtempfindlichen Element können die Messbereiche individuell variiert werden. Diese Ausführung erlaubt eine sehr einfache und kostengünstige Anpassung an die gewünschten Messbereiche ohne Änderung der Dimension des lichtempfindlichen Elements.

Da die Messeinrichtung auch in künstlich beleuchteten Räumen eingesetzt wird, ist vorgesehen, dass der Sender Licht mit einer vorgegebenen Frequenz aussendet und der Empfänger Licht mit einer vorgegebenen Frequenz auswertet, z.B. mit einem im Lichtstrahl liegenden und dem lichtempfindlichen Element vor gelagerten und der Senderlichtfrequenz angepassten Filter z.B., eine Interferenzfilter. Das vom Sender ausgehende Licht kann auch moduliert sein und in dem dem Empfangselement nach geschalteten Umformer wird durch geeignete Filterung, Demodu lation bzw. Auswertung das einfallende Umgebungslicht unter drückt. Dadurch werden Messfehler durch auf den Empfänger austreffendes Fremdlicht ausgeschlossen. Weiterhin können mehrere Sender auf den selben Empfänger gerichtet werden, wobei die verschiedenen Sender durch multiplexen voneinander unterschieden werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Umformer als Prozessor, z.B. Microprozessor ausgebildet ist. Die vom Empfänger ausgehenden elektrischen Signale werden im Umformer derart verarbeitet, so dass sie entweder als Messgrösse aufbe reitet oder als Steuersignal zur weiteren Verarbeitung ver wendet werden können. Dies kann auch gleichzeitig erfolgen, so dass sowohl die Messgrösse an einem Instrument ablesbar ist und zudem der erfasste Messwert aufbereitet auf ein Speicher element, z.B. Magnetband, -platte o.dgl., gespeichert wird. Die Aufbereitung der Signale kann z.B. dadurch erfolgen, dass diese mit einer in den Umformer eingegebenen Funktion verknüpft werden und als Ausgangssignal z.B. der Messwert auf einem Instrument in 0,001 mm ablesbar ist.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass dem Umformer Antriebseinrichtungen nachgeschaltet sind, die den Ort und die Richtungslage des Vektor beeinflussen. Diese Antriebseinrichtungen können derart ausgebildet sein, dass sie die Koordinaten und/oder Raumwinkel des Vektors ändern,wobei sie auf die Ausgangssignale des Umformers ansprechen. Dies kann direkt erfolgen oder z.B. bei programmgesteuerten Anlagen indirekt, indem die Ausgangssignale des Umformers in das Steuerprogramm der Antriebseinrichtung eingegeben werden und somit indirekt durch geänderte Programmbefehle die Antriebs einrichtung beeinflussbar ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Sender, der Empfänger, der Umformer und die Antriebseinrich tung einen Regelkreis bilden. Dadurch kann z.B. zwischen zwei Bearbeitungsabläufen die Position kontrolliert und gegebenen falls korrigiert werden, so dass die Werkstücke stets gleich und unabhängig von auftretenden Abnutzungserscheinungen an Maschinen, Werkzeugen usw., Längenänderungen durch Tempera turschwankungen sowie anderen äusseren Einflüssen bearbeitet werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass bei der Festlegung von Sender und Empfänger auf zwei mobilen Ein heiten, die jeweils andere sehr exakt und nahezu zeitgleich nachführbar ist. Die Einsatzgebiete sind mannigfaltig, so dass beispielhaft nur einige erwähnt werden, wie Andocken von mobilen Transporteinheiten, Werkstückübergabe von Roboter an Roboter usw.

Vorteilhaft sind Sender, Empfänger und Umformer individuell auf den zu messenden Gegenstand einrichtbar. Es werden der Sender und der Empfänger an den geeigneten Stellen fixiert und der Umformer auf die Ausgangssignale des Empfängers derart eingestellt, dass, bei sich in Ausgangs- und Messlage befind endem Gegenstand, das Ausgangssignal des Umformers einem fik tiven Nullpunkt entspricht. Alle Abweichungen von diesem Null punkt stellen somit Messwerte dar, die bei der Nachregelung des Gegenstands in die Ausgangslage zu Null werden, oder der Bearbeitungsvorgang, oder Handhabungsvorgang anderweitig kom pensiert wird.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass Sender, Empfänger und Umformer als unabhängige Messmodule ausgebildet sind, wobei lediglich der Sender ausgelagert ist. Die Fertigung als Messmodul erlaubt eine kompakte Anordnung der einzelnen Ele mente, eine verbraucher- und anwenderfreundliche Handhabung und eine einfache Wartung und Reparatur, indem am Einsatzort lediglich die defekten Module ausgetauscht werden und nicht vor Ort repariert werden müssen.

Ein grosses anwenderfreundliches Einsatzgebiet wird dadurch erreicht, dass die Messeinheit zum Messen einer, zweier oder der drei Raumkoordinaten und/oder einer, zweier oder der drei Raumwinkel verwendbar ist. Durch eine entsprechende Konfigu ration des Senders und Anpassung des Umformers an die Erfor dernisse des Benutzers kann die Messeinheit derart variiert werden, dass sie zum Messen sowohl aller sechs im Raum auf tretenden, einen Ort definierenden Grössen oder aber auch nur der erforderlichen Grösse, wobei dies weniger als 6 sein kön nen, einsetzbar ist. Dies kann einerseits dadurch erfolgen, dass, wie oben erwähnt, der Sender anwendungsspezifisch kon figuriert ist, oder dass lediglich die zu messenden Grössen zwischen Sender und Empfänger ausgewertet werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Aus führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben sind.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Wiedergabe der Messeinrichtung als Regelkreis ausgebildet;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer schematischen An ordnung eines Senders und eines Empfängers zur Er fassung einer Koordinate;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer schematischen An ordnung eines Senders und eines Empfängers zur Er fassung zweier Koordinaten;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer schematischen An ordnung eines Senders ausgebildet als Triangulations- Abstandssensor und eines Empfängers zur Erfassung zweier Koordinaten;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer schematischen An ordnung eines Senders ausgebildet als Triangulations- Abstandssensor und eines Empfängers zur Erfassung dreier Koordinaten;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer schematischen An ordnung zweier Sender und eines Empfängers zur Er fassung zweier Koordinaten und des Rollwinkels.

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer schematischen An ordnung eines Senders ausgebildet als Triangulations- Abstandssensor mit einem zusätzlichen Parallellicht strahl und eines Empfängers zur Erfassung dreier Koordinaten und des Rollwinkels;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer schematischen An ordnung dreier Sender und eines Empfängers zur Er fassung dreier Koordinaten und der drei Raumwinkel.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Wiedergabe eine rechner gesteuerte Bearbeitungsmaschine 1, z.B. eine Schweissanlage, Fräsanlage, Roboter o.dgl., mit einer Antriebseinheit 2, einem Bearbeitungskopf 3 mit Werkzeug 4 und einem, den Kopf 3 mit der Antriebseinheit 2 verbindenden Manipulationsarm 5. Der Bearbeitungskopf 3 weist an einer geeigneten Stelle einen Licht emittierenden Sender 6 auf. Dieser Sender 6 ist vor zugsweise an einer geschützten, den Bearbeitungsablauf und die Bewegung des Kopfes 3 nicht behindernden Stelle, z.B. über eine Klebe- oder Schraubverbindung o.dgl. angebracht. Das Licht, das den Sender 6 als Lichtstrahl 7 verlässt, trifft auf einen Empfänger 8, der an einer als Referenz dienenden Stelle fixiert ist. Der Empfänger 8 ist ebenfalls derart angebracht, dass er den Bearbeitungsablauf der Maschine 1 nicht behindert. Der Empfänger 8 weist elektrische Leitungen 9 auf, die eine Verbindung zu einem Umformer 10 herstellen. Dieser Umformer 10 verarbeitet die von dem Empfänger 8 ausgehenden elektrischen Signale und bereitet sie zur Weiterverarbeitung auf. Die Lei tungen 11 verbinden den Umformer 10 mit einer Steuereinheit 12, die die Antriebseinheit 2 ansteuert, und über die die aufbereiteten Signale des Umformers 10 in die Steuereinheit (12) eingegeben werden, so dass bei einer Abweichung des Bearbeitungskopfes 3 aus der Ausgangs- bzw. Messlage dieser nachgeführt und die Deviation korrigiert wird, ohne dass das Programm der Steuereinheit 12 geändert werden muss. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Sender 6 am beweglichen Kopf 3 festgelegt und der Empfänger 8 an einer ortsfesten Referenz stelle. Es kann aber auch der Empfänger 8 am Kopf 3 fixiert sein und der Sender 6 die Referenz bilden. Es ist aber auch nicht ausgeschlossen, dass Sender 6 und Empfänger 8 an zwei mobilen Einheiten festgelegt sind, so dass eine Einheit der anderen nachführbar ist.

Die Fig. 2 bis 8 zeigen den in Fig. 1 mit gestrichelter Linie gekennzeichneten Bereich mit Sender 6 und Empfänger 8 in vergrösserter Wiedergabe und in verschiedenen Ausführungs formen. Dabei ist in Fig. 2 ein als LED oder Laser ausge führter Sender 6 wiedergegeben, dessen Lichtstrahl 7 auf einen Empfänger 8 auftrifft, der als dünner Positionsdetektor 9, z.B. als linearer PSD oder CCD ausgebildet ist. Mit dieser Anordnung lassen sich Änderungen des Senders 6 oder des Em pfängers 8 in der X-Richtung, also eindimensionale Änderungen erfassen.

Am Empfänger 8 sind elektrische Leitungen 25 und 26 erkennbar, die mit dem Umformer 10 (Fig. 1) verbunden sind, der vorteil haft in unmittelbarer Nähe des Empfängers 8 angeordnet ist. Ändert sich die Lage des Senders 6 oder des Empfängers 8 in X-Richtung, so bedingt der Empfänger 8 eine Änderung der Aus gangssignale in den Leitungen 25 und 26, die der Lageänderung des Senders 6 oder des Empfängers 8 in X-Richtung entsprechen. Diese Signale werden im Umformer 10 verarbeitet und zu Mess werten bzw. weiteren Steuersignalen aufbereitet.

Die Fig. 3 zeigt einen Sender 6, dessen Lichtstrahl 7 auf den Empfänger 8 auftrifft, der Änderungen in X- und Y-Richtungen erfasst. Mit dieser Anordnung lassen sich demnach Änderungen des Senders 6 oder des Empfängers 8 in einer Ebene erfassen. Der Empfänger 8 zeigt neben den Leitungen 25 und 26 zwei wei tere Leitungen 27 und 28, die ebenfalls mit dem Umformer (10) verbunden sind. Bei einer Lageänderung des Senders 6 oder des Empfängers 8 in Y-Richtung bedingt der Empfänger 8 eine Änderung der Ausgangssignale in den Leitungen 27 und 28, die der Lageänderung des Senders 6 oder des Empfängers 8 in Y-Richtung entsprechen. Bei einer Lageänderung des Senders 6 oder des Empfängers 8 in X-Richtung arbeitet der Empfänger 8 analog der Fig. 2.

Im Nachfolgenden werden nur noch Richtungs- und /oder Lage änderungen des Senders 6 beschrieben, wobei die Richtungs und/oder Lageänderungen des Empfängers 8 nicht ausgeschlossen sein sollen, und die entsprechend wie die Lage- und/oder Richtungsänderungen des Senders 6 ermittelt werden.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform zum Erfassen der Ko ordinaten X und Z. Dabei enthält der Sender 6 eine Lichtsende vorrichtung 20 und eine Lichtempfangsvorrichtung 21. Der vom Sender 6 ausgehende Lichtstrahl 7 erzeugt mit einem Teil an einer vorzugsweise parallel zum Empfänger 8 angeordneten Matt scheibe 22 eine Reflektion, die auf der Lichtempfangsvorrich tung 21 als Lichtstrahl 23 registriert wird. Der andere Teil des Lichtstrahles 7 passiert als Lichtstrahl 24 die Matt scheibe 22 und trifft auf den Empfänger 8. Der Sender 6 weist zwei Leitungen 29 und 30 auf, die die Ausgangssignale der Lichtempfangseinheit 21 an den Umformer 10 weiterleiten, der durch die Änderung der Signale, die in trigonometrischer Ab hängigkeit des Auftreffspunkts des reflektierten Lichtstrahls 23 stehen, die Z-Koordinate ermittelt.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, die geeignet ist die drei Raumkoordinaten X, Y und Z zu erfassen. Der Sender 6 enthält eine Lichtsendevorrichtung 20 und eine Licht empfangsvorrichtung 21. Der vom Sender 6 ausgehende Licht strahl 7 erzeugt ( entsprechend der Ausführungsform in Fig. 5 ) mit einem Teil an einer vorzugsweise parallel zum Empfänger 8 angeordneten Mattscheibe 22 eine Reflektion und trifft als Lichtstrahl 23 auf die Lichtempfangseinheit 21. Der andere Teil des Lichtstrahl 7 passiert als Lichtstrahl 24 die Mattscheibe 22 und trifft auf den Empfänger 8, der als X - Y - Empfänger 8 ausgebildet ist.

Die zwei Raumkoordinaten X und Y und der Rollwinkel α sind mittels der in Fig. 6 gezeigten Anordnung erfassbar. Bei diesen Ausführungsbeispielen weist der Sender 6 zwei Licht emittierende Elemente 13 und 33 auf, deren parallele Licht strahlen 7 und 37 auf dem Empfänger 8 in den Punkten 31 und 32 auftreffen. Über wechselseitiges Ausblenden, Erregen bzw. Multiplexen der Elemente 13 und 33 können die Positionen der Auftreffpunkte 31 und 32 der Lichtstrahlen 7 und 37 auf der Oberfläche des Empfängers 8 ermittelt werden. Über trigono metrische Beziehung ist der Rollwinkel bestimmbar.

Die Fig. 7 zeigt eine Anordnung mit der die drei Raumkoor dinaten und der Rollwinkel α erfassbar sind. Die Ausfüh rungsform ist eine Kombination der beiden Ausführungsformen der Fig. 5 und 6. Dabei weist der Sender 6 eine Licht sendevorrichtung 20, eine Lichtempfangsvorrichtung 21 sowie ein lichtemittierendes Element 33 auf. Der Lichtstrahl 7 wird teilweise an der vorzugsweise parallel zum Empfänger 8 ange ordneten Mattscheibe 22 als Lichtstrahl 23 reflektiert und trifft auf die Lichtempfangseinheit 21. Der andere Teil des Lichtstrahls 7 durchdringt die Mattscheibe 22 und trifft wie Lichtstrahl 37 auf den Empfänger 8. Da zur Ermittlung der Punkte 31 und 32 die Elemente 20 und 33 wechselweise erregt oder ausgeblendet werden und die Lichtempfangsvorrichtung 21 nur gleichzeitig mit der Lichtsendevorrichtung 20 arbeitet, sind Reflektionen des Lichtstrahls 37 auf die Lichtempfangs vorrichtung 21 unbedeutend.

Schliesslich zeigt Fig. 8 eine Anordnung mit der die drei Raumkoordinaten X, Y und Z sowie die drei Raumwinkel ( Nick-, Gier- und Rollwinkel ) bestimmbar sind. Der Sender 6 besteht aus drei starr miteinander verbundenen Licht emittierenden Elementen 13, 33 und 34. Diese Elemente 13, 33 und 34 bilden mit dem Kreuzungspunkt 19 ihrer Lichtstrahlen 7, 35 und 37 einen gleichschenkligen Tetraeder, eine Pyramide mit drei gleichen Seitenflächen oder eine andere fest definierte räumlich betrachtbare Figur. Der Kreuzungspunkt 19 liegt nicht auf der Oberfläche des Empfängers 8 sondern weist einen Ab stand zu dieser auf. Vorteilhaft weisen die Winkel der Licht strahlen 7, 35 und 37 einen grossen Winkel zur Normalen des Empfängers 8 auf, wodurch die Messgenauigkeit verbessert wird.

Die Auftreffpunkte 31, 32 und 36 werden wiederum durch wech selseitiges Erregen der Elemente 13, 33 und 34 bestimmt. Durch eine Punktzuordnung (Muliplexen der einzelnen Auftreff punkte ) ist die Dreieckskonfiguration bestimmtbar. Die X, Y und Z-Koordinaten sowie der Roll-, Nick- und Gierwinkel be rechnen sich aus den Seitenlängen des projizierten Dreiecks 38 auf dem Empfänger 8. Die Wahl der Winkel und der Basislängen des Tetraeders, der Pyramide mit drei gleichen Seitenflächen oder der anderen fest definierbaren räumlich betrachtbaren Figur haben wesentlichen Einfluss auf die Genauigkeit der Bestimmung der Z-Koordinate sowie des Roll-, Nick- und Gier winkels.

Bezugszeichen-Liste 1 Bearbeitungsmaschine
2 Antriebseinheit
3 Bearbeitungs- oder Greifkopf
4 Werkzeug
5 Manipulationsarm
6 Sender
7 Lichtstrahl
8 Empfänger
9 PSD oder CCD
10 Umformer
11 Leitungen
12 Steuereinheit
13 Licht emittierendes Element
19 Kreuzungspunkt
20 Lichtsendevorrichtung
21 Lichtempfangsvorrichtung
22 Mattscheibe
23 Lichtstrahl
24 Lichtstrahl
25 elektrische Leitungen
26 elektrische Leitungen
27 elektrische Leitungen
28 elektrische Leitungen
29 elektrische Leitungen
30 elektrische Leitungen
31 Auftreffpunkt von 7
32 Auftreffpunkt von 37
33 Licht emittierendes Element
34 Licht emittierendes Element
35 Lichtstrahl
37 Lichtstrahl
38 Dreieck

Claims

1. Messeinrichtung zum Bestimmen des Orts und der Richtungs lage eines Vektors, dadurch gekenn zeichnet, dass der Vektor als Licht emittierender Sender ( 6 ) ausgebildet ist, und dem Sender ( 6 ) wenig stens ein das emittierende Licht auffangender elektroni scher Empfänger (8) und ein die vom Empfänger (8) ausgehenden elektrischen Signale verarbeitender und in Messgrössen aufbereitender Umformer (10) zugeordnet ist.

2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6) an einem Gegenstand (Kopf 3) fest gelegt ist, dessen Ort und Richtungslage zu bestimmen ist.

3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Empfänger (8) an einem Referenzort festgelegt ist.

4. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (8) am Gegenstand (Kopf 3) und der Sender (6) am Referenzort festgelegt sind.

5. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6) als Lichtsendeele ment (13, 20, 33, 34) ausgebildet ist.

6. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsendeelement (13, 20, 33, 34) als eine im sichtbaren oder unsichtbaren Bereich arbeitende LED ausgebildet ist.

7. Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsendeelement (13, 20, 33, 34) als Laser ausgebildet ist.

8. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Sender 6 eine kombinierte Licht sende- und Lichtempfangseinheit (20, 21) vorgesehen ist.

8. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (8) als lichtempfind licher Detektor ausgebildet ist.

10. Messeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor von einem linearen PSD oder CCD gebildet wird.

11. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (8) als ein- oder zwei-dimensional ansprechender Detektor ausgebildet ist.

12. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6) und der Empfänger (8) berührungslos in Verbindung stehen.

13. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformer (10) als Prozessor, z.B. Mikroprozessor ausgebildet ist.

14. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sender (6) und dem Empfänger (8) im Lichtstrahl (7, 34) ein Filter, z.B. ein Interferenzfilter angeordnet ist.

15. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sender ( 6 ) und dem Empfänger (8) im Lichtstrahl (7) ein Abbildungsoptik angeordnet ist.

16. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6) Licht mit einer vorgegebenen Frequenz aussendet und der Empfänger (8) Licht mit einer vorgegebenen Frequenz auswertet.

17. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umformer (10) Antriebseinheit (2) nachgeschaltet sind, die den Ort und die Richtungs lage des Vektors beeinflussen.

18. Messeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6), der Empfänger (8), der Umformer (10) und die Antriebseinheit (2) einen Regelkreis bilden.

19. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6), der Empfänger (8) und der Umformer (10) individuell auf den zu messenden Vektor einrichtbar sind.

20. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (6), der Empfänger (8) und der Umformer (10) als Messmodul ausgebildet sind.

21. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Messen einer, zweier oder der drei Raumkoordinaten und/oder einer, zweier oder der drei Raumwinkel ausgebildet und/oder verwendbar ist.