PL216490B1

PL216490B1 - Measurement touch device

Info

Publication number: PL216490B1
Application number: PL387135A
Authority: PL
Inventors: Piotr Domanowski; Jarosław Zdrojewski; Sławomir Bujnowski
Original assignee: Univ T Przyrodniczy Im Jana I Jędrzeja Śniadeckich
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2014-04-30
Also published as: PL387135A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiarów dotykowych cech geometrycznych przedmiotów przestrzennych.The subject of the invention is a device for measuring tactile geometrical features of three-dimensional objects.

Znane są urządzenia pomiarowe składające się z czujnika pomiarowego z przetwornikiem obrazu, których pomiary dokonywane są bezstykowo. Są one wrażliwe na powstawanie błędów w przypadku niejednoznacznie określonych krawędzi oraz niemożliwy jest pomiar powierzchni nieposiadających krawędzi, zaś pomiar wymaga dostosowania odpowiedniego oświetlenia.There are known measuring devices consisting of a measuring sensor with an image converter, the measurements of which are carried out without contact. They are susceptible to errors in the case of ambiguously defined edges, and it is impossible to measure surfaces without edges, and the measurement requires adjustment of the appropriate lighting.

Znane są również urządzenia do pomiarów dotykowych z zastosowaniem kamery oraz końcówki pomiarowej czujnika w postaci kuli, stykającej się z jednej strony z mierzonym przedmiotem.There are also known devices for tactile measurements using a camera and the measuring tip of the sensor in the form of a sphere in contact with the measured object on one side.

Znane jest również rozwiązanie urządzenia do pomiaru struktury obiektu US 6.646.750 B1 gdzie kulka stykająca się z przedmiotem jest oświetlona za pomocą światłowodu i jej wychylenie rejestrowane jest przez odbiornik optyczny znajdujący się nad kulką. W tej metodzie odbiornik optyczny zapisuje położenie źródła światła w przestrzeni trójwymiarowej kartezjańskiego układu współrzędnych za pomocą dwóch kamer z osiami optycznymi nachylonymi do siebie.The solution of the device for measuring the structure of an object US 6,646,750 B1 is also known, where the ball in contact with the object is illuminated by means of an optical fiber and its deflection is recorded by an optical receiver located above the ball. In this method, the optical receiver records the position of the light source in the three-dimensional space of the Cartesian coordinate system by means of two cameras with optical axes tilted towards each other.

W patencie US 4453082 ujawniono rozwiązanie, w którym znacznik umieszczony na dalszym końcu sondy jest rzutowany na fotodetektor. Położenie w płaszczyźnie XY określa komputer na podstawie sygnału fotodetektora tablicy.U.S. Patent No. 4,453,082 discloses an embodiment in which a mark located at the distal end of the probe is projected onto a photo detector. The position in the XY plane is determined by the computer based on the array photodetector signal.

W patencie US 4453082 ujawniono wynalazek, gdzie położenie końcówki pomiarowej w kierunku Z sondy może być określone przez zmianę wielkości obrazu celu na fotodetektorze tablicy. W praktyce dokładność pomiaru według metody jest wielokrotnie niższa niż w pozostałych kierunkach XY.US Patent No. 4,453,082 discloses an invention where the position of the stylus in the Z direction of the probe can be determined by varying the size of the target image on the array photodetector. In practice, the accuracy of the measurement according to the method is many times lower than in the other XY directions.

W wynalazku według patentu US 5.825.666 kamera rejestruje położenie znacznika na płaszczyźnie XY oraz położenie w kierunku osi Z pośrednio poprzez układ zwierciadeł rzutujących obrócony obraz znacznika na tą samą kamerę.In the invention according to the patent US 5,825,666, the camera records the position of the mark in the XY plane and the position in the direction of the Z axis indirectly through an array of mirrors projecting the rotated image of the mark onto the same camera.

Według wynalazku DE 4327250 A1, kamera bezpośrednio rejestruje położenie kulki pomiarowej.According to the invention DE 4327250 A1, a camera records the position of the measuring ball directly.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że końcówka pomiarowa, korzystnie o postaci kuli, zamocowana jest na trzpieniu z jednej jego strony i styka się z powierzchnią pomiarową, natomiast po drugiej stronie trzpienia usytuowany jest znacznik.The essence of the solution according to the invention consists in the fact that the measuring tip, preferably in the form of a ball, is mounted on the pin on one side and contacts the measuring surface, while a mark is located on the other side of the pin.

Trzpień w części środkowej połączony jest z obudową w taki sposób, że możliwy jest ruch wahliwy oraz przesuwanie się w kierunku osiowym.The pin in the middle part is connected to the housing in such a way that it is possible to pivot and slide in the axial direction.

Położenie znacznika rejestrowane jest za pomocą dwóch kamer, przy czym jedna kamera rejestruje obraz z góry i podaje informacje o położeniu znacznika w płaszczyźnie XY, natomiast druga kamera umieszczona jest z boku i podaje informacje o położeniu znacznika w kierunku Z.The position of the marker is recorded by two cameras, where one camera records the image from above and provides information about the marker position in the XY plane, while the other camera is placed on the side and provides information about the position of the marker in the Z direction.

Możliwe jest zastosowanie dwóch kamer z osiami optycznymi przecinającymi się pod kątem prostym, w taki sposób, że ich osie leżą na płaszczyźnie XY. W takim rozwiązaniu jedna z kamer rejestruje położenie znacznika na płaszczyźnie XZ a druga na płaszczyźnie YZ. Obrazy rejestrowane przez dwie kamery przesyłane są do komputera, który przetwarza położenia znacznika na dwóch płaszczyznach na informacje o położeniu znacznika w układzie przestrzennym XYZ.It is possible to use two cameras with optical axes intersecting at right angles in such a way that their axes lie on the XY plane. In such a solution, one of the cameras records the position of the marker on the XZ plane and the other one on the YZ plane. The images recorded by two cameras are sent to a computer that converts the position of the marker on two planes into information about the marker position in the XYZ spatial system.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest wykorzystanie powszechnie znanych i dostępnych elementów pomiarowych. Zaletą jest również to, że do pomiarów stykowych zastosowano przetworniki obrazu, których działanie uniezależnione zostało od ograniczeń wynikających z kształtu i typu materiału z którego wykonano mierzony przedmiot.The advantage of the solution according to the invention is the use of commonly known and available measuring elements. Another advantage is that for the contact measurements, image sensors were used, the operation of which was independent of the limitations resulting from the shape and type of material from which the measured object was made.

Przedmiot wynalazku przedstawiony został na rysunku przykładowego rozwiązania który przedstawia konstrukcję urządzenia.The subject of the invention is presented in the drawing of an exemplary solution which shows the structure of the device.

Urządzenie składa się z końcówki pomiarowej 1, połączonej trzpieniem 2, ze znacznikiem 3 który usytuowany jest wewnątrz obudowy, przy czym trzpień łożyskowany jest na przegubie 4, zaś wewnątrz obudowy usytuowana jest w płaszczyźnie pionowej - w osi trzpienia kamera 5, oraz w płaszczyźnie poziomej kamera 6, przy czym kamery usytuowane są względem siebie w ten sposób iż osie kamer przecinają się pod kątem korzystnie prostym.The device consists of a measuring tip 1, connected by a pin 2, with a marker 3 which is located inside the housing, where the pin is mounted on the hinge 4, and inside the housing is located in a vertical plane - camera 5 in the axis of the pin, and in a horizontal plane the camera 6, the cameras being positioned with respect to each other such that the axes of the cameras intersect at a preferably right angle.

Podczas pomiaru położenie znacznika 3, rejestrowane jest za pomocą kamer wizyjnych 5 i 6, przy czym kamera 5 rejestruje obraz przemieszczenia końcówki pomiarowej w płaszczyźnie prostopadłej do osi trzpienia, zaś kamera 6 rejestruje obraz przemieszczenia końcówki pomiarowej w kierunku osi trzpienia, następnie obraz z kamer przetwarzany jest na sygnał cyfrowy, który przekazywany jest do komputera 7 połączonego z kamerami i usytuowanego na zewnątrz obudowy, w którym dokonywana jest transformacja obrazu przekazywanego z kamer na informację o współrzędnych położenia końcówki pomiarowej w przestrzeni.During the measurement, the position of the mark 3 is recorded by visual cameras 5 and 6, where the camera 5 records the image of the measurement tip displacement in a plane perpendicular to the axis of the spindle, and the camera 6 records the image of the measurement tip displacement towards the axis of the spindle, and then the image from the cameras is processed. it is a digital signal that is transmitted to a computer 7 connected to the cameras and located outside the housing, where the image transmitted from the cameras is transformed into information about the coordinates of the position of the measurement pin in space.

Claims

1. A device for measuring tactile geometrical features of spatial objects with an image transducer, consisting of a measuring sensor, a computer, cameras and a measuring tip of the sensor in the form of a sphere, characterized in that the measuring tip 1 of the sensor touches the measured object on one side and on the other hand it is at the mark 3, the position of which is recorded by two cameras 5 and 6 arranged at an angle to each other, preferably perpendicular.

2. The device according to claim The method of claim 1, characterized in that the axes of the cameras 5, 6 intersect with each other at a preferably perpendicular angle, one of the cameras recording the position of the marker 3 in the horizontal plane and the other in the vertical plane.