DE10053033A1

DE10053033A1 - Height measurement and marking-out device for three-dimensional measurement of objects has an articulated arm, with the positions of the arm joints determined to deduce the position of the measurement head

Info

Publication number: DE10053033A1
Application number: DE2000153033
Authority: DE
Inventors: Reinhard Nietz
Original assignee: ZETT MESS TECHNIK GmbH
Current assignee: ZETT MESS TECHNIK GmbH
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-05-16

Abstract

Device comprises a base (13) and one or more articulated arms (14) linked to the base carrying a measurement tool (15). Measurement scales are placed on the linkages of the articulated arms and these are read with a photo-detector and the readings fed to a computer that determines the position of the measurement tool accordingly. The measurement arrangement comprises a light source, a scanning plate with a grid, one or more photo-elements and a scale.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Höhenmess- und Anreißgerät zum drei dimensionalen Messen und/oder Anreißen von Werkstücken, bestehend aus einem Basisteil, mindestens einem beweglichen, ein Mess- oder Anreißwerk zeug tragenden und mit dem Basisteil direkt oder indirekt verbundenen Arm, wobei jeder Arm mit mindestens einem Drehgelenk versehen ist, dabei wird die Position des Mess- und/oder Anreißwerkzeuges über Messmittel des jeweiligen Drehgelenkes direkt oder indirekt an einem, ein entsprechendes Rechner programm aufweisenden Rechner zur Bestimmung und/oder Erfassung und/oder Speicherung der Messwerte geleitet.The invention relates to a height measuring and marking device for three dimensional measurement and / or marking of workpieces consisting of a base part, at least one movable, a measuring or marking mechanism arm supporting and directly or indirectly connected to the base part, where each arm is provided with at least one swivel, the Position of the measuring and / or marking tool over the measuring device of the respective Swivel joint directly or indirectly on a corresponding computer program-containing computer for determination and / or detection and / or storage of the measured values.

Es sind bereits Höhenmess- und Anreißgeräte bekannt (z. B. DE 44 03 901 A1), bei dem das transportable Messgerät mit einem Basisteil und einer entspre chenden Anzahl von Gelenkarmen versehen ist. Die Gelenkarme sind mit dem Basisteil oder jeweils zwei Gelenkarme zueinander mit jeweils einem Drehge lenk versehen, wobei diese Drehgelenke jeweils zwei Drehgeber aufweisen. Die Drehgeber erkennen die entsprechende Winkelstellung des Drehgelenkes und geben diese Daten zur Erfassung, Bestimmung oder Speicherung der Messwerte an einen Rechner weiter. Height measuring and marking devices are already known (e.g. DE 44 03 901 A1), in which the portable measuring device with a base part and a correspond appropriate number of articulated arms is provided. The articulated arms are with the Base part or two articulated arms to each other, each with a swivel provided steering, these rotary joints each have two rotary encoders. The rotary encoders recognize the corresponding angular position of the swivel joint and provide this data for the collection, determination or storage of the Readings to a computer.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Höhenmess- und Anreißgerät zu schaffen, bei dem die Drehgelenke mit Messmitteln versehen werden, welche einfach, genau und problemlos handhabbar sind, wobei die Messwerte ebenfalls an einen Rechner zur Bestimmung, Erfassung oder Speicherung der Messwerte ge geben werden.The object of the invention is to provide a height measuring and marking device which the swivel joints are provided with measuring devices, which are simple, precise and are easy to handle, with the measured values also sent to one Computer for determining, recording or storing the measured values will give.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass als Mess mittel eine Abtasteinheit bestehend aus einer Lichtquelle, einer mit Abtast gittern versehenen Abtastplatte und mindestens einem Photoelement sowie einem Maßstab vorgesehen sind.To solve this problem, the invention provides that as a measurement medium a scanning unit consisting of a light source, one with scanning grid provided scanning plate and at least one photo element and a scale is provided.

Hierbei ist von Vorteil, dass bei einer Verschiebung des Maßstabes relativ zur Abtasteinheit die Photoelemente periodische Signale liefern, um somit die Po sition des Drehgelenkes über den Rechner rechnerisch zu erfassen bzw. zu bestimmen.The advantage here is that when the scale is shifted relative to Scanning unit delivering periodic signals to the photo elements, thus the Po The position of the swivel joint can be calculated or closed using the computer determine.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass der Licht quelle ein die Lichtstrahlen parallel ausrichtender Kondensor zugeordnet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass die aus einer Lichtquelle und einem Kondensor be stehende Abtasteinheit die Lichtstrahlen parallel ausrichtet, so dass bei einer Bewegung des Maßstabes relativ zur Abtasteinheit an den Photoelementen sich periodisch ändernde elektrische Signale entstehen. Um eine hohe Güte der Ausgangssignale zu erreichen, wird der Maßstab mit einer großen Anzahl von Strichen versehen, dies ist gewährleistet, wenn der Maßstab ausgehend von der Mittenachse des Drehgelenkes soweit wie möglich nach radial außen gebracht werden kann.According to a further essential feature, it is provided that the light source is assigned a condenser that aligns the light rays in parallel. It is advantageous here that be from a light source and a condenser standing scanning unit aligns the light rays in parallel, so that with one Movement of the scale relative to the scanning unit on the photo elements periodically changing electrical signals arise. To goodness To achieve the output signals, the scale will be large provided with dashes, this is guaranteed if the scale starts out from the center axis of the swivel as far as possible radially outwards can be brought.

Nach einer günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die sich relativ zueinander bewegenden Teile eines Drehgelenkes mit der Abtasteinheit und dem Maßstab versehen sind. Mit Vorteil ist dabei vorgesehen, dass der Maß stab als Maßband im oder am Drehgelenk konzentrisch zur Mittenachse in Um fangsrichtung verlaufend angeordnet ist.According to a favorable embodiment it is provided that the relative mutually moving parts of a swivel joint with the scanning unit and are provided with the scale. It is advantageously provided that the measure rod as a measuring tape in or on the swivel joint concentric to the center axis in um is arranged extending in the direction of capture.

Eine fertigungstechnisch einfache Ausführungsform sieht vor, dass die Abtast einheit im Drehgelenk ortsfest angeordnet ist. Eine weitere Ausführungsform sieht dabei vor, dass der Maßstab an einem in Umfangsrichtung sich drehen den Teil des Drehgelenkes angeordnet ist.A production-technically simple embodiment provides that the scanning unit is fixed in the swivel. Another embodiment provides for the scale to rotate in the circumferential direction the part of the swivel is arranged.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Maßstab ein Maß band mit einem Strichgitter versehen ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine ein wandfreie photoelektrische Abtastung vorgenommen werden kann, wobei eine hohe Güte der Ausgangssignale dadurch erreicht wird, dass die Strichgitter sehr fein und eine große Anzahl aufweisen.According to a further embodiment it is provided that a measure is used as a scale band is provided with a grating. The advantage here is that a Wall-free photoelectric scanning can be carried out, with a high quality of the output signals is achieved in that the grating very fine and have a large number.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abtasteinheit im Drehgelenk von innen nach radial außen wirksam ist oder dass die Abtastein heit im Bereich der Mittenachse des Drehgelenkes angeordnet ist und nach radial außen wirksam ist. In an embodiment of the invention it is provided that the scanning unit in Swivel is effective from the inside to the radially outside or that the scanning stone is arranged in the area of the center axis of the swivel and after is effective radially on the outside.

Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, dass jedem Drehgelenk mindes tens ein Messmittel zugeordnet ist oder dass jedem Drehgelenk zwei Mess mittel zugeordnet sind.According to a further feature, it is provided that each swivel joint has at least At least one measuring device is assigned, or two measuring devices are assigned to each swivel joint are allocated to funds.

Die Bestimmung, Erfassung oder die Speicherung der Messwerte erfolgt da durch, dass die Abtasteinheit mit dem Rechner verbunden ist. Bei einer Bewe gung des Maßstabes relativ zur Abtasteinheit entsteht an einem oder bei Ver wendung von mehreren Photoelementen sich periodisch ändernde elektrische Signale, die über ein entsprechendes Rechenprogramm in einem Rechner zur Bestimmung der jeweiligen Position des Drehgelenkes umgerechnet werden können.The determination, recording or storage of the measured values takes place there through that the scanning unit is connected to the computer. With a move The scale relative to the scanning unit arises at one or at ver use of several photo elements periodically changing electrical Signals via a corresponding computer program in a computer Determination of the respective position of the swivel joint can be converted can.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.Preferred embodiments of the invention are in the drawings shown schematically.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein Höhenmess- und Anreißgerät in Ansicht Fig. 1 is a height measuring and marking device in view

Fig. 2 ein theoretisches Schema einer Abtasteinheit und einem Maßstab Fig. 2 is a theoretical diagram of a scanning unit and a scale

Fig. 3 einen Maßstab in Ansicht Fig. 3 shows a scale in view

Fig. 4 einen Maßstab zusammen mit der Abtasteinheit in ringförmiger An bindung Fig. 4 shows a scale together with the scanning unit in an annular connection

Fig. 5 ein Drehgelenk als Einzelheit bestehend aus zwei einzelnen Drehge lenken jeweils mit einer Abtasteinheit und einem Maßband im Schnitt. Fig. 5 a swivel as a detail consisting of two individual Drehge each steer with a scanning unit and a tape measure on average.

Das in Fig. 1 dargestellte Höhenmess- und Anreißgerät ist zum dreidimensio nalen Messen und/oder Anreißen von Werkstücken ausgebildet. Es besteht aus dem Basisteil 13, zwei beweglichen Armen 14, wobei einer der Arme 14 ein Messwerkzeug 15 trägt. Die Drehgelenke 9 sind mit Messmitteln versehen und geben ihre Position an einen Rechner 12 weiter. Der Rechner 12 dient zur Bestimmung und/oder Erfassung und/oder der Speicherung der Messwerte, welche vom Messwerkzeug 15 angefahren werden.The height measuring and marking device shown in FIG. 1 is designed for three-dimensional measurement and / or marking of workpieces. It consists of the base part 13 , two movable arms 14 , one of the arms 14 carrying a measuring tool 15 . The rotary joints 9 are provided with measuring means and pass their position on to a computer 12 . The computer 12 is used to determine and / or record and / or store the measured values which are approached by the measuring tool 15 .

In der Fig. 2 ist ein Messmittel in schematischer Darstellung gezeigt. Es be steht im wesentlichen aus dem Maßstab 7, der Abtastplatte 5, der Lichtquelle 3, dem Kondensor 8 sowie dem Photoelement 6.A measuring device is shown in a schematic representation in FIG. 2. It consists essentially of the scale 7, the scanning plate 5 , the light source 3 , the condenser 8 and the photo element 6 .

In der Fig. 3 ist als Einzelheit ein Maßstab 7 dargestellt, der zur Erfassung der Strichgitter 11 mit einem Abtastgitter 4 versehen ist. Die Lichtquelle 3 erzeugt ein entsprechendes Licht, welches durch den Kondensor 8 parallel ausge richtet wird. Dieses parallel ausgerichtete Licht hält durch das Abtastgitter 4 der Abtastplatte 5 auf den Maßstab 7 und wird von dort auf das Photoelement 6 reflektiert. Das Strichgitter 11 reflektiert das Licht, so dass am Photoelement elektrische Signale erzeugt werden. Diese elektrischen Signale werden an den Rechner 12 weitergegeben.A scale 7 is shown as a detail in FIG. 3, which is provided with a scanning grating 4 for detecting the line grids 11 . The light source 3 generates a corresponding light, which is directed out by the condenser 8 in parallel. This parallel aligned light holds through the scanning grating 4 of the scanning plate 5 to the scale 7 and is reflected from there onto the photo element 6 . The grating 11 reflects the light, so that electrical signals are generated at the photo element. These electrical signals are passed on to the computer 12 .

Aus der Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei dem der Maßstab 7 als kreisförmiges Maßband 7a ausgebildet ist. Die Abtasteinheit 2 beinhaltet dabei sowohl die Lichtquelle, die Abtastplatte und mindestens ein Photoele ment, so dass eine kompakte Baueinheit entsteht.An embodiment is shown in FIG. 4, in which the scale 7 is designed as a circular measuring tape 7 a. The scanning unit 2 contains both the light source, the scanning plate and at least one photo element, so that a compact unit is created.

Die Fig. 5 zeigt die Integration des Maßbandes 7a sowie der Abtasteinheit 2 in einem Drehgelenk. Die Arme 14 sind über ein Drehgelenk 9 miteinander verbunden, wobei die beiden Drehgelenke 9a und 9b Freiheitsgrade in zwei Richtungen zulassen. Die Drehung des Drehgelenkes 9a als auch des Drehge lenkes 9b erfolgt um die jeweilige Mittenachse 10, dabei ist im Bereich der Mit tenachse 10 jeweils eine Abtasteinheit 2 angeordnet, die von einem Maßband 7a konzentrisch umgeben ist. Bei Drehung des jeweiligen Drehgelenkes wird die Position des Drehgelenkes durch das in Fig. 2 dargestellte Verfahren er mittelt und durch die elektrischen Signale, welche an den Rechner 12 weiter gegeben werden lässt sich die jeweilige Position des entsprechenden Drehge lenkes rechnerisch bestimmen. Das Maßband 7a des entsprechenden Drehge lenkes 9 ist dabei mit einem Strichgitter 11 versehen, während die Abtast einheit 2 als kompakte Baueinheit mit der Lichtquelle 3, dem Abtastgitter 4 so wie der Abtastplatte 5 als auch dem Photoelement 6 versehen ist. FIG. 5 shows the integration of the measuring tape 7a and the scanning unit 2 in a rotational joint. The arms 14 are connected to one another via a swivel joint 9 , the two swivel joints 9 a and 9 b allowing degrees of freedom in two directions. The rotation of the swivel joint 9 a and of the swivel joint 9 b takes place about the respective central axis 10 , a scanning unit 2 being arranged in the region of the central axis 10 , which is surrounded by a measuring tape 7 a concentrically. When the respective swivel joint rotates, the position of the swivel joint is determined by the method shown in FIG. 2 and by the electrical signals which are passed on to the computer 12 , the respective position of the corresponding swivel joint can be determined mathematically. The tape measure 7 a of the corresponding rotary joint 9 is provided with a grating 11 , while the scanning unit 2 is provided as a compact unit with the light source 3 , the scanning grating 4 as well as the scanning plate 5 and the photo element 6 .

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Messmittel
measuring Equipment

22

Abtasteinheit
scanning

33

Lichtquelle
light source

44

Abtastgitter
scanning

55

Abtastplatte
scanning

66

Photoelement
photocell

77

Maßstab
scale

77

a Maßband
a tape measure

88th

Kondensor
condenser

99

Drehgelenk
swivel

1010

Mittenachse
mid-axis

1111

Strichgitter
gratings

1212

Rechner
computer

1313

Basisteil
base

1414

Arm
poor

1515

Messwerkzeug
measuring tool

Claims

1. Height measuring and marking device for in particular three-dimensional measurement and / or marking of workpieces, consisting of a base part, at least one movable arm carrying a measuring or marking tool and directly or indirectly connected to the base part, each arm having at least one swivel joint is provided, the position of the measuring and / or marking tool is passed directly or indirectly via measuring means of the respective swivel joint to a computer having a corresponding computer program for determining and / or recording and / or storing the measured values, characterized in that as measuring means ( 1 ) a scanning unit ( 2 ) comprising a light source ( 3 ), a scanning plate ( 5 ) provided with scanning grids ( 4 ) and at least one photo element ( 6 ) and a scale (7) are provided.

2. Height measuring and marking device according to Claim 1, characterized in that the light source ( 3 ) is assigned a condenser sensor ( 8 ) which aligns the light beams in parallel.

3. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that the relatively moving parts of a swivel joint ( 9 ) are provided with the scanning unit ( 2 ) and the scale (7).

4. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that the scale (7) as a measuring tape ( 7 a) in or on the swivel joint ( 9 ) is arranged concentrically to the central axis ( 10 ) in the circumferential direction.

5. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that the scanning unit ( 2 ) in the swivel joint ( 9 ) is arranged stationary.

6. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that the scale (7) is arranged on a rotating part of the rotary joint ( 9 ) in the circumferential direction.

7. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that a scale ( 7 a) with a grating ( 11 ) is provided as a scale (7).

8. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that the scanning unit ( 2 ) in the swivel joint ( 9 ) is effective from the inside to the radially outside.

9. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that the scanning unit ( 2 ) is arranged in the region of the central axis ( 10 ) of the rotary joint ( 9 ) and is effective radially outward.

10. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that each swivel joint ( 9 ) is assigned at least one measuring means ( 1 ).

11. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that each swivel joint ( 9 ) is assigned two measuring means ( 1 ).

12. Height measuring and marking device according to claim 1, characterized in that the scanning unit ( 2 ) is connected to the computer ( 12 ).