DE10011804A1

DE10011804A1 - Measurement device for determining the position and orientation of moving platform on parallel kinematic linkage employs reference object and laser beams

Info

Publication number: DE10011804A1
Application number: DE2000111804
Authority: DE
Inventors: Gunnar Lessig
Original assignee: INST INNOVATIVE TECHNOLOGIEN T
Current assignee: INST INNOVATIVE TECHNOLOGIEN T
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-20

Abstract

A reference piece (14) is mounted on a moving platform and carries three bars (7). Transmitters (10,11) located at right angles to one another project a laser beam through the bars so that rows of light are interrupted by the bars forming shadow images picked up by facing receivers (12,13). The bars are arranged relative to one another so that no lines intersect and the received images can be processed electronically to adjust the platform position

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Lage und Orientierung einer Bewegungsplattform einer Parallelkinematik als Werkzeugmaschinen- und Handhabungsstruktur mit an der Bewegungsplattform und an einem feststehenden Gestell angelenkten in ihrer Länge verstellbaren Streben.The invention relates to a measuring device for determination the position and orientation of a movement platform Parallel kinematics as machine tool and Handling structure with on the movement platform and on a fixed frame hinged in length adjustable struts.

Die Anwendung der Parallelkinematik ist aus der DE 196 36 300 A1 bekannt. Dabei handelt es sich um ein Hexapod-Bearbeitungszentrum mit einem feststehenden Gestell und einer Bewegungsplattform, die über sechs in ihrer Länge verstellbare Streben miteinander verbunden sind. Derartige Hexapod-Bearbeitungszentren werden als Werkzeugzeugmaschinen- und Handhabungsstrukturen eingesetzt. Sie eignen sich insbesondere für Maschinen zur spanenden Bearbeitung, wie z. B. zum Fräsen, Bohren, Drehen oder Schleifen oder zur Laserbearbeitung oder zum Schneiden von Material unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsfluidstrahles. Dabei dient der Parallelkinematik dazu, entweder das Werkzeug oder das Werkstück in maximal 6 Freiheitsgraden zu bewegen. Im Bearbeitungsfall wird die Information für Lage (x; y; z) und Orientierung (Drehung um x; y; z) aus den Absolutwertmeßeinrichtungen in den längenverstellbaren Streben gewonnen.The application of parallel kinematics is from the DE 196 36 300 A1 known. This is a Hexapod machining center with a fixed Frame and a motion platform that is over six in adjustable struts connected together are. Such hexapod machining centers are called Machine tool and handling structures used. They are particularly suitable for machines for machining, such as B. for milling, drilling, Turning or grinding or for laser processing or for Cutting material using a High speed fluid jet. The serves Parallel kinematics, either the tool or the Moving the workpiece in a maximum of 6 degrees of freedom. in the Processing case, the information for location (x; y; z) and orientation (rotation by x; y; z) from the Absolute value measuring devices in the length adjustable Striving won.

Dabei tritt der Nachteil auf, daß die Zuordnung der Lage (x; y; z) und Orientierung (Drehung um x; y; z) auf die Absolutwertmesßeinrichtungen in den längenversetllbaren Streben nicht konstant bleibt. Es ist notwendig diese Abweichungen zu ermitteln und auszugleichen, um eine gezielte Beeinflussung in (x; y; z) und (Drehung um x; y; z) zu gewährleisten.The disadvantage occurs that the assignment of the location (x; y; z) and orientation (rotation around x; y; z) on the Absolute value measuring devices in the length-adjustable Pursuit does not remain constant. It is necessary this Determine and compensate for deviations in order to targeted influencing in (x; y; z) and (rotation around x; y; z) to ensure.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Lage und Orientierung der Bewegungsplattform einer Parallelkinematik als Werkzeugmaschinen- und Handhabungsstruktur mit an der Bewegungsplattform und an einem feststehenden Gestell angelenkten in ihrer Länge verstellbaren Streben zu entwickeln, um die Lage und Orientierung der Bewegungsplattform bezogen auf das Gestell unabhängig von den Absolutwertmeßeinrichtungen in den Streben zu ermitteln.The object of the invention is to provide a measuring device Determination of the location and orientation of the Movement platform of a parallel kinematics as Machine tool and handling structure with at the Movement platform and on a fixed frame hinged struts adjustable in length develop the location and orientation of the Movement platform related to the frame independent of to the absolute value measuring devices in the struts determine.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an der Bewegungsplattform koaxial zu ihrer Lagerachse ein Probekörper befestigbar angeordnet ist, der gleichdimensionierte Zylinderstäbe trägt, daß am Gestell zwei Sender- und Empfängerpaare rechtwinklig zueinander fest angeordnet sind, jeder Sender einen Lichtvorhang aus parallelen Laserstrahlen aussendet, der im jeweils gegenüberliegenden Empfänger als Lichtzeile empfangen wird, und die Sender- und Empfängerpaare auf dem Gestell so angeordnet sind, daß die Lichtzeilen durch die Zylinderstäbe des Probekörpers als Schattenbilder unterbrochen sind, wobei die Zylinderstäbe des Probekörpers zueinander so angeordnet sind, daß es bei den Schattenbildern zu keinen Überschneidungen kommt, und die Empfänger mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbunden sind.According to the invention the object is achieved in that the movement platform coaxially to its bearing axis Test piece is arranged attachable, the equally dimensioned cylinder bars that carries on the frame two pairs of transmitters and receivers at right angles to each other are firmly arranged, each transmitter has a light curtain emits parallel laser beams, each in opposite receiver received as a line of light and the transmitter and receiver pairs on the rack are arranged so that the lines of light through the Cylinder bars of the specimen as silhouettes are interrupted, the cylinder rods of the Test specimen are arranged to each other so that it there is no overlap between the silhouettes, and the receivers with an electronic evaluation unit are connected.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt: The invention is based on a Embodiment explained in more detail. The Associated Drawing shows:

Fig. 1 eine Meßeinrichtung in Verbindung mit einer Parallelkinematik Fig. 1 shows a measuring device in connection with parallel kinematics

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Meßeinrichtung und Fig. 2 is a schematic representation of the measuring device and

Fig. 3 eine schematische Funktionsdarstellung der Meßeinrichtung. Fig. 3 is a schematic functional representation of the measuring device.

Die Meßeinrichtung besteht aus einem an einer Bewegungsplattform 1 befestigten Probekörper 14 und zwei an einem Gestell 2 befestigten Sender- und Empfängerpaaren 8; 9 und einer nicht dargestellten elektronischen Auswerteeinheit. Die Fig. 1 zeigt eine Parallelkinematik als Werkzeugmaschinenstruktur. Diese besteht aus dem Gestell 2, an dem um 120 Grad versetzt, drei elektromotorisch gesteuerte, längsverschiebbare Streben 3 kardanisch befestigt sind. Jede der Streben 3 trägt an ihrem Ende ein Kugelgelenk. Diese sind, um 120 Grad versetzt, an einer Halterung 4 angelenkt. Die Halterung 4 trägt koaxial in Lagerachsrichtung der drei Streben 3 eine Bewegungsplattform 1. An diese Bewegungsplattform 1 ist über der Halterung 4 eine weitere Halterung 5 fest angeordnet. An der Halterung 5 sind, um 60 Grad zu den Anlenkungen der Kugelgelenke an der Halterung 4 versetzt, weitere drei elektronisch gesteuerte, längsverschiebbare Streben 6 mit je einem Kugelgelenk angelenkt. Am Gestell 2 sind die Streben 6 mittig zwischen den Streben 3 kardanisch angeordnet. An der Unterseite der Bewegungsplattform 1 ist koaxial zu ihrer Lagerachse der Probekörper 14 befestigbar angeordnet, der gleichdimensionierte Zylinderstäbe 7 trägt. Am Gestell 2 sind zwei Sender- und Empfängerpaare 8; 9 rechtwinklig zueinander fest angeordnet. Wie in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt, senden die Sender 10; 11 einen Lichtvorhang aus parallelen Laserstrahlen aus, der im jeweiligen gegenüberliegenden Empfänger 12; 13 als Lichtzeile empfangen wird. Sender- und Empfängerpaare 8; 9 sind auf dem Gestell 2 so angeordnet, daß die Lichtzeilen durch die Zylinderstäbe 7 des Probekörpers 14 als Schattenbilder 15 unterbrochen sind. Die Zylinderstäbe 7 sind am Probekörper 14 so angeordnet, daß es bei den Schattenbildern 15 zu keinen Überschneidungen kommt. Die Empfänger 12; 13 sind, in der Zeichnung nicht dargestellt, an eine elektronische Meßwerteeinheit angeschlossen, die die Schattenbildung auswertet und die Lage (x; y; z) und Orientierung (Drehung um x; y; z) der Bewegungsplattform in ihrer Ausgangsstellung exakt ermittelt. The measuring device consists of a test body 14 attached to a movement platform 1 and two transmitter and receiver pairs 8 attached to a frame 2 ; 9 and an electronic evaluation unit, not shown. Fig. 1 shows a parallel kinematics machine tool structure. This consists of the frame 2 , on which are offset by 120 degrees, three electromotively controlled, longitudinally displaceable struts 3 are gimbaled. Each of the struts 3 carries a ball joint at its end. These are offset by 120 degrees on a bracket 4 . The bracket 4 carries a movement platform 1 coaxially in the bearing axis direction of the three struts 3 . On this movement platform 1 , a further holder 5 is fixedly arranged above the holder 4 . On the bracket 5 , offset by 60 degrees to the articulations of the ball joints on the bracket 4 , another three electronically controlled, longitudinally displaceable struts 6 , each with a ball joint. On the frame 2 , the struts 6 are arranged gimbally in the middle between the struts 3 . On the underside of the motion platform 1 of the specimen 14 is disposed coaxially fastened to its bearing axis, the same sized cylinder rods bears. 7 On the frame 2 are two pairs of transmitters and receivers 8 ; 9 fixed at right angles to each other. As shown schematically in FIGS. 2 and 3, the transmitters 10 ; 11 a light curtain made of parallel laser beams, which in the respective opposite receiver 12 ; 13 is received as a line of light. Transmitter and receiver pairs 8 ; 9 are arranged on the frame 2 so that the lines of light are interrupted by the cylinder rods 7 of the test specimen 14 as shadow images 15 . The cylinder rods 7 are arranged on the test specimen 14 in such a way that there is no overlap in the shadow images 15 . The receiver 12 ; 13 , not shown in the drawing, are connected to an electronic measured value unit which evaluates the formation of shadows and exactly determines the position (x; y; z) and orientation (rotation by x; y; z) of the movement platform in its starting position.

List of reference numbers

11

Bewegungsplattform
Movement platform

22

Gestell
frame

33rd

Streben
Strive

44

Halterung
bracket

55

Halterung
bracket

66

Streben
Strive

77

Zylinderstäbe
Cylinder rods

88th

Sender- und Empfängerpaar
Pair of transmitters and receivers

99

Sender- und Empfängerpaar
Pair of transmitters and receivers

1010th

Sender
Channel

1111

Sender
Channel

1212th

Empfänger
receiver

1313

Empfänger
receiver

1414

Probekörper
Test specimen

1515

Schattenbilder
Silhouettes

Claims

1. Measuring device for determining the position and orientation of a movement platform of a parallel kinematics as a machine tool and handling structure with struts articulated in length on the movement platform and on a fixed frame, characterized in that on the movement platform ( 1 ) coaxial with its bearing axis a test specimen ( 14 ) is arranged to be fastened, the cylinder rods ( 7 ) of the same dimensions carry that two pairs of transmitters and receivers ( 8 ; 9 ) are fixedly arranged at right angles to one another on the frame ( 2 ), each transmitter ( 10 ; 11 ) emits a light curtain made of parallel laser beams , which is received in the opposite receiver ( 12 ; 13 ) as a light line, and the transmitter and receiver pairs ( 8 ; 9 ) are arranged on the frame ( 2 ) so that the light lines through the cylinder rods ( 7 ) of the test specimen ( 14 ) are interrupted as shadows ( 15 ), the cylinder rods ( 7 ) of the Pro body ( 14 ) to each other so that there is no overlap in the shadow images ( 15 ); and the receivers ( 12 ; 13 ) are connected to an electronic evaluation unit.