DE2631041A1

DE2631041A1 - Verfahren und vorrichtung zur abstandsmessung

Info

Publication number: DE2631041A1
Application number: DE19762631041
Authority: DE
Inventors: Jack R Stroman; Richard B Zipin
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1975-07-09
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1977-02-10
Also published as: FR2317631A1; IT1067591B; JPS5210166A

Description

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

Anwaltsakte M-3964

Verfahren und Vorrichtung zur Abstandsmessung

¹ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Abstandes j zwischen zwei auf einem Gegenstand liegenden Punkten sowie eine

j Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

j Der Gegenstand kann ein maschinell bearbeitetes Teil sein, und

das Verfahren und die Vorrichtung kann insbesondere zur Abmessungs J kontrolle verwendet werden.

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 der

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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.

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 kleinen

j Abweichung zwischen der Bewegung des Fühlers und der sie tragende]!

; Schlitten führt, Meßungenauigkeiten hervorgerufen werden. Der Meßbereich derartiger Koordinatenmeßmaschinen ist darüber hinaus

j durch die körperlichen Abmessungen dieser Bauteile begrenzt, und ;

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daher ist es sehr schwierig und teuer, bei Gegenständen mit sehr ■

großen Abmessungen eine gute Meßgenauigkeit zu erzielen. 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.

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 Streck

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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.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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.

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.

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.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert

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In dieser zeigen:

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. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen des Abstandes zwischen zwei auf einem Gegenstand liegenden Punkten in Form eines Flußdiagrammes.

In Fig. 1 ist ein quaderförmiger Gegenstand Io gezeigt, der durch ein erfindungsgemäßes Meßgerät 12 vermessen werden soll.

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.

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.

Jeder der Beschleunigungsmesser 14.16,18 ist orthogonal zu den an-

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deren der Beschleunigungsmesser ausgerichtet, so daß in bekannter

tfeise die linearen Beschleunigungen längs der X-, Y-, Z-Achse geson- ',

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.

In ähnlicher .Weise sind die richtungsstabilisierte Kreisel aufweisenden Drehgeschwindigkeitsmesser 2o,22,24 senkrecht zueinander aus gerichtet angeordnet, so daß sie die Winkelgeschwindigkeiten der

!Drehbewegung des Meßgerätes 12 um die X-,Y- und Z-Achse getrennt

iinessen und entsprechende Signale erzeugen, wobei die Koordinatenjachsen - wie schon ausgeführt - durch die Ausrichtung der Beschleuß

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inigungsmesser 14,16,18 festgelegt sind. [

|Die Winkelgeschwindigkeiten müssen so bestimmt werden, daß die

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!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-

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gerätes verfälscht.

Wenn daher die linearen Beschleunigungen gemessen werden sollen,

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- j

gerätes zu eliminieren. !

JBei der hier betrachteten Ausführungsform der Erfindung erfolgt

!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

Drehgeschwindigkeitsmesser 2o,22,24 gemessen werden. Diese Winkel-!

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.

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.

Zu diesen letztgenannten Berechnungen gehören z.B. die herkömmli-

chen Kontrollrechnungen, wie sie z.B. bei der Umrechnung auf Längen einheiten auftreten oder bei der Berechnung der letztlich 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.

Für diese Arbeiten sind Betriebsartenwahlschalter 3o und Anzeigefelder 32 vorgesehen, die mit der Elektronik zur Signalverarbeitung durch ein Kabel 34 verbunden sind.

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.

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.

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Claims

Patentansprüche

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.
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.
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).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Beschleunigungsmesser (14,16,18) jeweils längs einer von drei j

orthogonalen Achsen ausgerichtet sind. 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.

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