NL8000561A - Werkwijze voor het meten van afstanden en een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze. - Google Patents

Description

-1- 21136/JF/J1 ι- ' i

Aanvrager: H.A. Schlatter AG, Schlieren, Zwitserland.

Korte aanduiding: Werkwijze voor het meten van afstanden en een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het meten van afstanden en voor het bepalen van de drie-dimensionale contour van een werkstuk, alsmede op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

Voor het meten van afstanden 'en voor het bepalen van de 10 drie-dimensionale contour van een werkstuk is het bekend mechanische aftasters toe te passen, welke de afstand registreren, respectievelijk de drie-dimensionale contour van een werkstuk aftasten. De afgetaste waarden worden door meetwaarde-orazetters in elektrische signalen omgezet, welke dan worden weergegeven, respectievelijk opgeslagen. Deze meetwerk-15 wijzen zijn omslachtig en kunnen' ook slechts dan toegepast worden wanneer de gemeten afstand binnen een bepaald bereik ligt, respectievelijk de te registreren contour een mechanische aftasting mogelijk maakt. Verder is het bekend afstanden elektronisch of elektro-optisch te meten. De door een zender uitgezonden micro- of lichtgolven worden gereflecteerd en 20 door een ontvanger opgevangen. Het faseverschil.tussen de uitgestraalde en de ontvangen golven dient als maat voor de afstand. Dergelijke meetwerkwijzen zijn echter omslachtig en vinden slechts toepassing bij het meten van grotere afstanden.

Het doel van de uitvinding is een aanrakingsloze afstands 25 meetwerkwijze dusdanig te realiseren, dat op eenvoudige wijze afstanden en drie-dimensionale contouren in het bereik van tot aan enige meters kunnen worden gemeten.

De uitvinding beoogt de hierboven geschetste nadelen op te heffen en het hierboven gestelde doel te bereiken en voorziet daartoe in een 30 werkwijze van een in de aanhef genoemde soort, welke is gekenmerkt, doordat twee elkaar kruisende lichtstralenbundels op het werkstuk worden gericht, dat de door de stralenbundels op de werkstukoppervlakken opgewekte lichtpunten worden geregistreerd en dat de hellingshoeken van de opvallende stralenbundels in het gemeenschappelijke vlak ervan worden gemeten.

35 Verder voorziet de uitvinding in een inrichting voor het ver wezenlijken van de werkwijze volgens de uitvinding, welke is gekenmerkt, doordat is voorzien in twee cp afstand van elkaar aangebrachte eik door een slrafenbun-del getroffen spiegel een verzameloptiek en ten minste een achter het ver- 80 0 0 5 61 % · + -2- 21136/JF/jl zameloptiek aanvebracht, lichtgevoelig raster, waarbij de . stand van de spiegels wordt gemeten.

De meetwerkwijze is in het bijzonder geschikt voor handhavings-apparatuur voor bet herkennen van niet-ingeprogrammeerde hindernissen en 5 voor het herkennen van de afstanden, vormen en ligging van werkstukken, welke door de handhavingsapparatuur dienen te worden geregistreerd en waarvan de contour vooraf elektronisch is opgeslagen.

De uitvinding zal nu aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden * nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening, waarin: 10 fig. 1 een eerste uitvoeringsvorm van de inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding weergeeft; en fig. 2 een tweede voorkeursuitvoeringsvom toont.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 wekken de beide laser-straalgeneratoren 1, 2 lichtstralenbundels 3,4 op. De lichtstralenbundels 15 3, 4 hebben onderscheidenlijke golflengten, bij voorkeur is de lichtstralenbundel 3 blauw en de lichtstralenbundel 4 rood. De beide lichtstralen-3, 4 worden door de spiegels 5, 6 afgeboven en kruisen elkaar in het punt 7. Voor dit doel zijn de beide spiegels 5, 6 ten opzichte van elkaar onder een geringe hoek aangebracht. De spiegels 5, 6 zijn rond de punten 8, 9 20 draaibaar en verbonden met een gemeenschappelijk zwenkmechanisme 10. De zwenkbeweging van de beide spiegels 5, 6 geschiedt via een motor 11, welke schematisch is weergegeven. Op deze wijze voeren de spiegels 5, 6 een heen-en-weer-gaande zwaaibeweging uit, waarbij de stand van de spiegels steeds elektrisch door de motor 11 wordt bepaald.

25 De beide,elkaar kruisende stralenbundels 3,4 treffen op onder scheidenlijke plekken het werkstukoppervlak 12. Het trefpunt van de blauwe straal 3 is met 13 en die van de rode straal met 14 aangeduid.

Deze lichtpunten worden door een verzameloptiek 15 opgevangen en op een half-doorlatende spiegel 16 geworpen. Deze half-doorlatende 30 spiegel scheidt het licht volgens de onderscheidenlijke golflengten, bijvoorbeeld wordt het blauwe licht doorgelaten en het rode licht teruggekaatst. Achter de onder een hoek van 45° staande half-doorlatende spiegel 16 bevindt zich een fotodioderaster 17. Loodrecht op dit fotodioderaster is een verder fotodioderaster 18 aangebracht.

35 Op deze wijze beeldt de blauwe lichtstip 13 zich af op het ras ter 17 en de rode lichtstip 14 op het raster 18. De afstand op de werk-stukcontour 12 tussen de stippen 13 en 14 is te berekenen uit de stand van de spiegels 5, 6, waarvan de waarde door de motor 11 wordt bepaald en 800 0 5 61 * « t * -3- 21136/JF/jl door de coördinaten van de afbeeldingsstippen op het raster 17, 18.

Bevindt de werkstukcontour 12' zich dichter bij het meetappa:-raat, dan zijn bij dezelfde spiegelstand de lichtstippen 13', 14’ dichter bij elkaar, zodat de coördinaten van de afbeeldingsstippen op de rasters 5 17, 18 zijn veranderd.

Op deze wijze is de afstand van de contour onberispelijk langs één coördinaat te berekenen.

Het gehele meetapparaat is langs een as 19 te zwenken, waardoor ook de contour panallel aan contour 12 is te registreren. Het is echter 10 ook mogelijk te voorzien in een verdere zwenkspiegelinrichting, zoals hierop aansluitend in samenhang met fig. 2 zal worden beschreven.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 2 is slechts in één laser-straalgenerator 20 voorzien. De daardoor opgewekte laserstraalbundel valt in op een vast aangebrachte,halfdoorlatende spiegel 21, welk een deel van 15 de stralenbundel doorlaat en een verder deel van de stralenbundel terugkaatst. De teruggekaatste stralenbundel valt op de spiegel 22, terwijl de doorgelaten stralenbundel op een spiegel 23 valt. De spiegel 22 is bij 24 en spiegel 23 bij 25 zwenkbaar opgesteld. Via hevelarmen zijn steeds twee van elkaar gescheiden zwenkaandrijforganen 26, 27 verbonden. De 20 stand van de verschillende spiegels wordt elektrisch door de stand van de verschillende zwenkaandrijforganen 26, 27 bepaald.

De meetinrichting omvat een verzameloptiek 28 en een fotodiode- raster 29.

Het zwenkaandrijforgaan 27 beweegt zich snel, terwijl het zwenk-25 aandrijf orgaan 26 zich met betrekking daartoe langzaam' beweegt. Dit houdt in, dat de stralenbundel 30 een snelle en de stralenbundel 31 een langzame heen-en-weer-beweging uitvoert. De straal 30 beweegt zich dan ocdc langs de straal 31. De beide stralen 30 en 31 vallen op het werkstukopper-vlak 32 en wekken daar gescheiden lichtstippen op. Deze worden op het ras-30 ter 29 afgebeeld. Kruisen de stralen 30 en 31 elkaar op het werkstukopper-vlak 32, dan wordt een gemeenschappelijk tref- en kruispunt 33 opgewekt. Overeenkomstig wordt ook slechts één afbeeldingsstip 34 op het raster 29 afgebeeld. Wanneer deze toestand optreedt, dat wil zeggen wanneer het raster 29 slechts één afbeelding 34 registreert, wordt door het raster 29 een 35 signaal vrijgegeven, welk de stand van de zwenkaandrijforganen 26 en 27 op dit ogenblik registreert en daarmee ook de stand van de spiegels 22, 23.

De stand van de spiegels 22, 23 is een maat voor de afstand tot het invalpunt 33.

800 0 5 61 -4- 21136/JF/jl , * S'

Met deze inrichting kan de contour 35 van het werkstukoppervlak 32 worden afgetast.

Voor het aftasten van de nabijliggende contour 35' is voorzien in een verdere zwenkspiegel 36, waarop de door de spiegels 22, 23 terug-5 gekaatste stralen invallen en van daar af nogmaals worden teruggekaatst.

De stand van de spiegels wordt door een zwenkaandrijforgaan 37 bepaald.

Wanneer de halfdoorlatende spiegel16 geen kleurensplitsing uitvoert, kunnen een rood- en een blauw filter 38, 39 voor de bijbehorende rasters 17, 18 zijn aangebracht.

10 Voor de werkwijze is de hoekstand α en β van de op het werk stukoppervlak vallende stralen van belang, alsmede de coördinaten van de afbeeldingsstippen 13, 14 op de rasters 17, 18 respectievelijk de coördinaten van de afbeeldingsstip 34 van het kruispunt 33 op het raster 29.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 1 staan hoeken α en β , 15 vanwege het gemeenschappelijke zwenkmechanisme direct in verband met elkaar. Elke stand van het zwenkmechanisme behoort dus steeds bij een bepaalde hoekstand α en β . Bij een bepaalde hoekstand α , β is voor de afstand tussen het' meetapparaat en de contour ’ 12 de afstand tussen de punten 13 en 14 bepalend, welk wordt geregistreerd door de afbeeldings-20 coördinaten op de rasters 17, 18. Voor de afstandsmeting wordt dus een bepaalde stand van het zwenkmechanisme geregistreerd, welk overeenkomt met een bepaalde hoekstand α , β en de afbeeldingsooördinaten van de punten 13,14 worden hierbij gemeten. De stand van'het zwenkmechanisme en de afbeeldingsooördinaten worden toegevoerd aan een rekeninrichting, welke 25 bij de geldende hoekstand α ,β de afstand tussen de punten 13 en 14 berekent en uit deze afstandswaarde en de hoekstand α ,β de afstand tussen met meetapparaat en de punten 13, 14 berekent.

Wowdt dit voor op elkaar volgende hoekstanden α ,β uitgevoerd, dah berekent de rekenaar de afstand van het meetapparaat van elk 30 punt van de contour 12 en daarmee ook het verloop van de contour zelf.

Deze werkwijze kan punt voor punt digitaal of continu analoog worden uitgevoerd.

Bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 2 wordt telkens de hoekstand α en β geregistreerd, wanneer de stralen 30, 31 elkaar kruisen op de 35 contour 35, dus slechts één punt treedt op op het raster 29. Uit de waarden α en β , welke worden toegevoerd aan de rekenaar, is dan de afstand tussen het meetapparaat en het punt 33 te berekenen. Een verwerking van de coördinaten van de afbeeldingspunten 34 is hierbij op zich niet 80 0 0 5 61 -5- 21136/JF/jl noodzakelijk, kan echter toch worden uitgevoerd, om de zekerheid van de meting te vergroten. Wordt de hiervoor genoemde afstandsmeting langs de contour 35 uitgevoerd, dan is het mogelijk, de afstand van elk punt op de contour 35 te bepalen en daarmee ook het verloop van de 5 contour zelf.

-CONCLUSIES- 80 0 0 5 61

Claims (15)

1. Werkwijze voor het meten van afstanden en voor het bepalen van de drie-dimensionale contour van een werkstuk, met het kenmerk, dat 5 twee elkaar kruisende lichtstralenbundels op het werkstuk worden gericht, dat de door de stralenbundels op de werkstukoppervlakken opgewekte lichtpunten worden registreerd en dat de hellingshoeken van de opvallende stralenbundels in het gemeenschappelijke vlak ervan worden gemeten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 10 stralenbundels in het gemeenschappelijke vlak ervan worden gezwenkt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de hel-lingshoekverandering van de beide stralenbundels gelijk is en dat de ligging van de lichtpunten wordt gemeten.

4. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de hel- 15 lingshoek van een stralenbundel langzaam en de hellingshoek van de andere stralenbundel snel wordt veranderd en dat de hellingshoeken van de opvallende stralenbundels worden gemeten, wanneer deze elkaar op de werkstukoppervlakken kruisen en daar een gemeenschappelijk lichtpunt vormen.

5. Werkwijze volgens één van de conclusies 1 tot en met 4, met 20 het kenmerk, dat het gemeenschappelijke vlak van de stralenbundels in een daarop loodrecht staand vlak wordt gezwenkt.

6. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en met 5, met het kenmerk, dat is voorzien in twee cp afstand van elkaar aangebrachte ,elk doereen stralenbundel getroffen, spiege ls , een 25 verzameloptiek en ten minste één,achter hetverzameloptiek aangebracht, lichtgevoelig raster, waarbij de stand van de spiegels wordt gemeten.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de spiegels door een gemeenschappelijke zwenkinrichting worden gezwenkt, de stra- 30 lenbundels onderscheidenlijke golflengten omvatten en achter het verzameloptiek een half-doorlatende spiegel is aangebracht, welke een deel van het licht op een eerste raster doorlaat en een tweede deel van het licht op een tweede raster spiegelt.

8. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de 35 spiegels door gescheiden zwenkinrichtingen worden gezwenkt en dat de stand ervan wordt gemeten, wanneer op het raster zich slechts één lichtpunt af-beeldt.

9. Inrichting volgens één van de conclusies 6 tot en met 8, met het ken- 80 0 0 5 61 -7- 21136/JF/jl merk, dat voorzien is in een verdere zwenkspiegel, welke de door de twee spiegels gezonden stralenbundels afbuigt en eveneens de stand daarvan wordt gemeten.

10. Inrichting volgens één van de conclusies 6 tot en met 9, 5 met het kenmerk, dat de stralenbundels laserstralen zijn.

11. Inrichting volgens conclusie 7 en 10, met het kenmerk, dat er is voorzien in twee laserstraalgeneratoren, welke licht met een onderscheidenlijke golflengte opwekken.

12. Inrichting volgens conclusie 8 en 10, met het kenmerk, dat 10 er is voorzien in een laserstraalgenerator en tussen de generator en beide spiegels een half-doorlatende#vaststaande spiegel is aangebracht.

13. Inrichting volgens één van de conclusies 6 tot en met 12, met het kenmerk, dat het raster een fotodiode-array is.

14. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat een 15 half-doorlatende spiegel het licht in de beide golflengten scheidt.

15. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat voor de rasters telkens is voorzien in een filter, van welke het ene licht van de ene golflengte en het andere licht van de andere golflengte doorlaat. Eindhoven, januari 1980. 80 0 0 5 61