DE3631395A1 - Messeinrichtung - Google Patents
MesseinrichtungInfo
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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 (21)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863631395 DE3631395A1 (de) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | Messeinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863631395 DE3631395A1 (de) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | Messeinrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3631395A1 true DE3631395A1 (de) | 1987-04-23 |
Family
ID=6309637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863631395 Withdrawn DE3631395A1 (de) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | Messeinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3631395A1 (de) |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |