WO2014044505A1 - Method for aligning two laser sensors in relation to each other - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for aligning at least two laser distance sensors to each other, wherein the laser distance sensors each having a laser and a sensor.
- the invention also relates to a method for measuring the thickness of a body or a coating of a coated body in a measuring setup, which are used in the measurement of the two laser distance sensors. Finally, the invention also relates to a device for carrying out such a method.
- Laser distance sensors are used, inter alia, when the thickness of a body or a coating is to be measured precisely. In this case, the light reflected from the object to be measured is measured and the thickness determined therefrom.
- Such a method is known, for example, from EP 2 031 347 A1, in which the temperature of the object to be coated is also measured during the measurement in order to obtain a more accurate estimate of the thickness of a coating in the case of a thickness measurement.
- a method for measuring the coating thickness by means of laser triangulation is known from EP 2 312 267 A1. The measurement is measured before and during or after coating and can be carried out selectively. A similar method is used in DE 103 13 888 A1. In the method, a distance is determined by a laser triangulation method and compared with a reference value in order to be able to estimate the thickness of a coating.
- the data measured with the two lasers may be one compensate for possible uncertainty in the positioning of the object to be measured. For this it is important that these lasers are aligned with each other as accurately as possible in order to determine a reliable and accurate determination of the layer thickness of a coating can.
- the object of the invention is therefore to provide a method for positioning two lasers to one another, which is as simple as possible to carry out and leads to the most accurate adjustment and positioning of the laser distance sensors to each other.
- the present invention is accordingly realized by a method for aligning at least two laser distance sensors to one another, the laser distance sensors each having a laser and a sensor, comprising the following chronological steps A) to D):
- the method is simple to implement and therefore inexpensive to implement.
- a high accuracy of a subsequent measurement can be achieved.
- Adjusting the position and orientation of at least two laser distance sensors to each other is the same when only the positions and the orientations of the laser of the laser distance sensors are adjusted when the lasers and the sensors of the laser distance sensors are not fixed to each other.
- Laser triangulation methods are simple and inexpensive to implement and particularly suitable for the implementation of methods according to the invention.
- the objects of the invention are also achieved by a method for measuring the thickness of a body or a coating of a coated body in a measurement setup, wherein the measurement of the thickness two laser distance sensors are used, previously in the measurement setup with a method according to any one of the preceding claims to each other were aligned.
- Such methods may preferably also include the following chronological steps:
- steps A) to D) of alignment methods according to the invention are carried out in chronological order and according to steps A) to D) of alignment methods according to the invention.
- the calibration body is rotatably mounted in the device or can be stored and the calibration body by defined angle ( ⁇ ) about an axis of rotation is rotatable and / or with at least one defined angular velocity (co) is rotatable.
- the calibration body is a disc which is inclined against the axis of rotation, preferably tilted by a Verkippungswinkel ( ⁇ ) between 5 ° and 60 °, more preferably by a Verkippungswinkel ( ⁇ ) between 15 ° and 30 ° is inclined, most preferably inclined by a tilt angle ( ⁇ ) between 20 ° to 25 °.
- the aim of a measurement setup according to the invention and an evaluation procedure or a method according to the invention is to determine the position and tilt of a plurality of laser distance sensors relative to one another and relative to a rotation axis defined by the measurement setup.
- the process is very robust because it does not necessarily use the absolute value of the laser distance sensor.
- the test setup is characterized by a low height.
- FIG. 5 a perspective diagram for clarifying the geometric relationships.
- the lasers 4, 8 are oriented and positioned in a desired orientation relative to each other.
- the laser distance sensors 1, 2 are arranged in the desired orientation and position such that the laser beams generated by the lasers 4, 8 could meet in opposite directions at a point if the calibration body 12 were not arranged between the laser distance sensors 1, 2. If the laser beams are understood as vectors in the same coordinate system, one laser beam is equal to the other laser beam with a negative sign.
- the alignment and positioning of the laser distance sensors 1, 2 shown in FIG. 1 is to be achieved relative to one another.
- the laser distance sensors 1, 2 are only roughly aligned in the measurement setup. This arrangement is shown in Figure 2 as a schematic side view.
- the laser distance sensors 1, 2 are not exactly opposite arranged and also tilted against each other.
- the aim of the method is to align the laser distance sensors 1, 2 against each other so that the arrangement comes as close as possible to the state shown in Figure 1.
- the calibration body 12 is introduced into the measurement setup and rotatably mounted there. With the laser distance sensors 1, 2 a plurality of measuring points are recorded on the upper and the lower surface of the calibration body 12. For this purpose, the calibration body 12 is rotated in construction. Preferably not only discrete measuring points are recorded on the surface of the calibration body 12, but a continuous course of the distances between the two laser distance sensors 1, 2 is recorded by the two surfaces of the rotating calibration body 12.
- information can be obtained from the periodic signal of the laser distance sensors 1, 2, which allow precise conclusions about the arrangement and alignment of the lasers 4, 8 and thereby the laser distance sensors 1, 2 to each other. The information thus obtained can be used to adjust the laser distance sensors 1, 2 in order to achieve the desired state in FIG. 1 or to come as close as possible to this.
- a turntable 12 is rotatably mounted as a calibration body 12 in the measurement setup.
- the turntable 12 is inclined from the rotation axis z by an angle.
- the turntable 12 is placed in the laser beams of the laser distance sensors 1, 2 and the distance of the laser 4, 8 measured to the point of impact of the laser beams on the turntable 12 during its rotation.
- the absolute angle (or at least its zero crossing) of the rotary disk 12 is measured on the rotation axis z.
- FIG. 3 shows a schematic perspective illustration for clarifying the angular relationships in a structure for implementing a method according to the invention in an initial situation with coarsely adjusted lasers 24, 28 of two laser distance sensors.
- the laser beams of the lasers 24, 28 must of course hit the turntable 32.
- the displacement of the lasers 24, 28 in the xy plane is used here only for a clearer representation of the angular relationships.
- the position and orientation of the laser sensor are by the Richtun svektor c ⁇ des
- FIG. 4 shows two schematic side views of the turntable 32 according to the illustration according to FIG. 3 in order to be able to vividly discuss the mathematical derivation of a solution according to the invention of the problem.
- the normal vector is parameterized by n.
- FIG. 5 shows a perspective diagram for clarifying the geometric relationships.
- the vectors of a first laser beam of a first laser for example of the laser 28 according to FIG. 3
- the vectors and angles used for the calculation are shown in relation to the coordinate system and the laser beam.
- analogous diagrams result, which in the following lead to analogous considerations.
- Unit vector 1 1 11 which points in the direction of the first laser beam and in
- This equation can already be used according to the invention to calculate the position and orientation of the lasers with respect to one another by means of the distance measurements and the known ones.
- the equation can be solved mathematically using parameter fits.
- further mathematical simplifications lead to a preferred embodiment of the invention with much simpler calculation.
- b yi B, -sin ( ⁇ J, which are required when using linear tables and tilting tables in the x and y directions.
- the z-alignment of the lasers 24, 28 determines whether the turntable 32 is from above or below
- the constant term of the Fourier series, ie 01 is not required for this calculation step and thus the measured value may also be offset.
- Lasers (in the measuring range) unambiguously assign the measured value ⁇ by + h , ⁇ ) 'c ⁇ , in particular also determine the zero point P ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ' Cl in space.
- the offset in the measured value can be determined as the difference between the current measured value and the desired measured value, and the offset can then be taken into account in the evaluation of the later measured values.
- the tilt angle ⁇ is defined and known by the structure of the turntable 32.
- the angle ⁇ scales the amplitude value of the normalized tilting C l and the derived values c xl , c yl , C l , c xl , c yl only. The same applies to B x and derived values b xl , b yl , if it has already been ensured that C l «1.
- the parallel alignment of multiple lasers 24, 28 with each other one seeks zeros of such derived quantities, which are independent of the scaling effect of ⁇ .
- the Fourier coefficients 01 , 1 1 , 2 1 and the phases ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ of ⁇ ⁇ ( ⁇ ) can be obtained in practice in various ways, as the following cases show:
- the measurement signal is measured at predefined, discrete angular positions (spatial discrete on the turntable 32) and the parameters of ⁇ ⁇ ( ⁇ ), for example, determined by a discrete Fourier transform. According to the invention, continuous measurements are preferred for ease of handling.
- the setting accuracy of the laser 4, 8, 24, 28 directly determines the uncertainty of a thickness measurement.
- the second laser 4, 24 provides an analogous contribution.
- the largest possible angle ⁇ should be selected and the full measuring range should be used as far as possible so that F can be as large as possible.
- this is limited by the real dimensions of the measurement setup, such as the dimensions of the laser distance sensors 1, 2, optionally the thickness of the turntable and the axis of rotation or the diameter of the laser beam.
- an angle ⁇ between 15 ° and 35 ° is particularly preferred since it can be easily implemented with these components.
- the resolution of the laser distance sensors 1, 2 should be as high as possible so that AF and AF V are as small as possible.
- 1, 2 may for example be limited by a measurement noise to 1 ⁇ .
- this should be as little as possible tilted, that is, the angle ⁇ 'be as small as possible, and lie as quiet as possible in the direction of the z-axis, that is, h should be as low as possible.
- An inclination of the object to be measured of 0 ° can preferably be provided.
- the constructed measuring device is inserted into the beam path of the lasers 4, 8, 24, 28.
- Rotational axis to be replaced by a ⁇ -dependent expression. Since only the Fourier components of the measurement signal are evaluated, it is sufficient to take into account the effect of the Taumein by the first terms of its Fourier evolution, ie by tan ( ⁇ 5) - (l + i cos ( ⁇ p - p)) ,
- wobbling of the rotational axis causes each measurement errors in the values of the tilt of the laser 4, 8, 24, 28 with respect to the coordinate axis z, that is, ci ⁇ c xl, c y f l * c yl, ⁇ ⁇ 2 ⁇ ⁇ ⁇ 2 and c y f 2 ⁇ c y2 .
- methods according to the invention have the advantage that a tumbling of the axis of rotation, as well as a not exactly known axis of rotation and geometry of the calibration body 12, 32 by determining the position and orientation of the laser 4, 8, 24, 28 to each other in good Approximation can be compensated.
- T j arctan (C 1 ) Angle between first laser beam (8, 28) and parallel to
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Description
„Verfahren zur Ausrichtung zweier Lasersensoren zueinander" Beschreibung "Method for aligning two laser sensors to each other" Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung wenigstens zweier Laserabstandssensoren zueinander, wobei die Laserabstandssensoren jeweils einen Laser und einen Sensor aufweisen. The invention relates to a method for aligning at least two laser distance sensors to each other, wherein the laser distance sensors each having a laser and a sensor.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung eines beschichteten Körpers in einem Messaufbau, wobei bei der Messung der zwei Laserabstandssensoren verwendet werden. Schließlich betrifft die Erfindung noch eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. The invention also relates to a method for measuring the thickness of a body or a coating of a coated body in a measuring setup, which are used in the measurement of the two laser distance sensors. Finally, the invention also relates to a device for carrying out such a method.
Laserabstandssensoren finden unter anderem dann Anwendung, wenn die Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung präzise gemessen werden soll. Dabei wird das vom zu vermessenden Objekt reflektierte Licht gemessen und daraus die Dicke bestimmt. Laser distance sensors are used, inter alia, when the thickness of a body or a coating is to be measured precisely. In this case, the light reflected from the object to be measured is measured and the thickness determined therefrom.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der EP 2 031 347 A1 bekannt, bei dem bei der Messung auch die Temperatur des zu beschichtenden Objekts gemessen wird, um bei einer Dickenmessung eine genauere Abschätzung der Dicke einer Beschichtung zu erhalten. Such a method is known, for example, from EP 2 031 347 A1, in which the temperature of the object to be coated is also measured during the measurement in order to obtain a more accurate estimate of the thickness of a coating in the case of a thickness measurement.
Ein Verfahren zur Schichtdickenmessung mittels Lasertriangulation ist aus der EP 2 312 267 A1 bekannt. Die Messung wird vor und während oder nach dem Beschichten gemessen und kann dabei punktuell durchgeführt werden. Ein ähnliches Verfahren kommt bei der DE 103 13 888 A1 zum Einsatz. Bei dem Verfahren wird ein Abstand mit einem Lasertriangulationsverfahren bestimmt und mit einem Referenzwert verglichen, um die Dicke einer Beschichtung abschätzen zu können. A method for measuring the coating thickness by means of laser triangulation is known from EP 2 312 267 A1. The measurement is measured before and during or after coating and can be carried out selectively. A similar method is used in DE 103 13 888 A1. In the method, a distance is determined by a laser triangulation method and compared with a reference value in order to be able to estimate the thickness of a coating.
Für alle diese Verfahren ist es wichtig die Position der Laser für die Messung genau einzustellen, um eine verlässliche Bestimmung der Dicken zu ermöglichen. Ein Fehler bei der Positionierung wirkt sich auf die Genauigkeit der Dickenmessung aus und führt daher zu Fehlern bei der Bestimmung der Dicke. For all these methods, it is important to precisely set the position of the lasers for the measurement to allow a reliable determination of the thicknesses. An error in the positioning affects the accuracy of the thickness measurement and therefore leads to errors in determining the thickness.
Bei der Verwendung von zwei Lasern zur Bestimmung der Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung können die mit den beiden Lasern gemessenen Daten eine mögliche Unsicherheit bei der Positionierung des zu messenden Objekts ausgleichen. Dazu ist es wichtig, dass diese Laser zueinander möglichst genau ausgerichtet werden, um eine verlässliche und genaue Bestimmung der Schichtdicke einer Beschichtung ermitteln zu können. When using two lasers to determine the thickness of a body or coating, the data measured with the two lasers may be one compensate for possible uncertainty in the positioning of the object to be measured. For this it is important that these lasers are aligned with each other as accurately as possible in order to determine a reliable and accurate determination of the layer thickness of a coating can.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Positionierung zweier Laser zueinander bereitzustellen, das möglichst einfach durchführbar ist und zu einer möglichst genauen Justage und Positionierung der Laserabstandssensoren zueinander führt. The object of the invention is therefore to provide a method for positioning two lasers to one another, which is as simple as possible to carry out and leads to the most accurate adjustment and positioning of the laser distance sensors to each other.
Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem Gesamtzusammenhang der nach folgenden Beschreibung, Beispiele und Ansprüche. Other tasks not explicitly mentioned arise from the overall context of the following description, examples and claims.
Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 15. Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 werden in den Unteransprüchen 2 bis 14 unter Schutz gestellt. Ebenso wird eine zweckmäßige Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 15 in Unteranspruch 16 unter Schutz gestellt. Eine Lösung der Aufgaben der Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung zur Umsetzung eines solchen Verfahrens nach Anspruch 17 bereitgestellt. Die Unteransprüche 18 und 19 beanspruchen zweckmäßige Abwandlungen der Vorrichtung. These are solved as well as other tasks that are not explicitly mentioned, but which are readily derivable or deducible from the contexts discussed herein by way of a method having all the features of claim 1 and by a method having all the features of claim 15. Advantageous modifications of the method according to the invention according to claim 1 are provided in the dependent claims 2 to 14 under protection. Likewise, a useful modification of the method according to claim 15 is provided in dependent claim 16 under protection. A solution of the objects of the invention is also provided by an apparatus for implementing such a method according to claim 17. The subclaims 18 and 19 claim appropriate modifications of the device.
Die vorliegende Erfindung wird dementsprechend realisiert durch ein Verfahren zur Ausrichtung wenigstens zweier Laserabstandssensoren zueinander, wobei die Laserabstandssensoren jeweils einen Laser und einen Sensor aufweisen, umfassend die folgenden chronologischen Schritte A) bis D): The present invention is accordingly realized by a method for aligning at least two laser distance sensors to one another, the laser distance sensors each having a laser and a sensor, comprising the following chronological steps A) to D):
A) Grobausrichtung beider Laserabstandssensoren zueinander und Einbringen eines Eichkörpers mit einer definierten Geometrie in einen Messaufbau umfassend die Laserabstandssensoren; B) Abstandsmessungen mehrerer Messpunkte oder eines kontinuierlichen Verlaufs auf der Oberfläche des Eichkörpers durch die Laserabstandssensoren, wobei der Eichkörper im Messaufbau relativ zu den Laserabstandssensoren bewegt wird, um den Lasern der Laserabstandssensoren die Bestrahlung der verschiedenen Messpunkte oder des kontinuierlichen Verlaufs für die Abstandsmessungen zu ermöglichen; A) coarse alignment of both laser distance sensors to one another and introduction of a calibration body with a defined geometry into a measurement setup comprising the laser distance sensors; B) distance measurements of a plurality of measurement points or a continuous course on the surface of the calibration body by the laser distance sensors, wherein the calibration body is moved in the measurement setup relative to the laser distance sensors to allow the laser of the laser distance sensors, the irradiation of the different measurement points or the continuous course for the distance measurements;
C) Bestimmen der Position und der Ausrichtung der beiden Laserabstandssensoren zueinander anhand der Abstandsmessungen und der bekannten Geometrie und Lage des Eichkörpers im Messaufbau; und C) determining the position and orientation of the two laser distance sensors to each other on the basis of the distance measurements and the known geometry and position of the calibration body in the measurement setup; and
D) Justage zumindest eines der Laserabstandssensoren anhand der so bestimmten Position und Ausrichtung der Laserabstandssensoren zueinander, so dass eine gewünschte Position und eine gewünschte Ausrichtung der Laserabstandssensoren zueinander angestrebt wird. D) adjustment of at least one of the laser distance sensors based on the thus determined position and orientation of the laser distance sensors to each other, so that a desired position and a desired orientation of the laser distance sensors to each other is sought.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können des Weiteren unter anderem die folgenden Vorteile erzielt werden: By the method according to the invention, among others, the following advantages can be achieved:
Das Verfahren ist einfach umsetzbar und daher kostengünstig in der Realisierung. Zudem kann mit dem Verfahren eine hohe Genauigkeit einer anschließenden Messung erzielt werden. Durch die Bestimmung und Einstellung der Ausrichtung und Position der Laserabstandssensoren untereinander werden Fehler im Eichkörper und bei dessen Lagerung kompensiert, so dass nur geringe Anforderungen an den Eichkörper gestellt werden müssen und mögliche Fehler beim Durchführen des Verfahrens von vorneherein vermieden werden. The method is simple to implement and therefore inexpensive to implement. In addition, with the method, a high accuracy of a subsequent measurement can be achieved. By determining and adjusting the orientation and position of the laser distance sensors with each other, errors in the calibration body and its storage are compensated, so that only small demands on the calibration body must be made and possible errors in carrying out the process are avoided from the outset.
Einem Einstellen der Position und der Ausrichtung wenigstens zweier Laserabstandssensoren zueinander kommt es gleich, wenn nur die Positionen und die Ausrichtungen der Laser der Laserabstandssensoren eingestellt werden, wenn die Laser und die Sensoren der Laserabstandssensoren nicht jeweils zueinander fixiert sind. Adjusting the position and orientation of at least two laser distance sensors to each other is the same when only the positions and the orientations of the laser of the laser distance sensors are adjusted when the lasers and the sensors of the laser distance sensors are not fixed to each other.
Es kann erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen sein, dass als gewünschte Ausrichtung der Laserabstandssensoren zueinander eine entgegengesetzt gerichtete Ausrichtung der erzeugten Laserstrahlen angestrebt wird und als gewünschte Position der Laserabstandssensoren eine Position angestrebt wird, bei der die Laserstrahlen, die von den Lasern der Laserabstandssensoren erzeugt werden, ohne Eichkörper in einem Punkt aufeinander treffen, wobei bevorzugt die Grobausrichtung der Laserabstandssensoren an der gewünschten Ausrichtung und der gewünschten Position der Laserabstandssensoren zueinander orientiert wird. According to the invention, it can preferably be provided that the desired alignment of the laser distance sensors with respect to one another is aimed at an oppositely directed alignment of the laser beams produced and as the desired position the laser distance sensors is aimed at a position in which the laser beams generated by the lasers of the laser distance sensors meet without calibration body in one point, wherein the coarse alignment of the laser distance sensors is preferably oriented to the desired orientation and the desired position of the laser distance sensors to each other.
Durch diese Orientierung wird eine Verbesserung der Genauigkeit der späteren Messung der Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung gefördert. This orientation promotes an improvement in the accuracy of the subsequent measurement of the thickness of a body or coating.
Eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass die Abstandsmessungen an zumindest fünf Messpunkten, auf der Oberfläche des Eichkörpers durch die Laserabstandssensoren durchgeführt werden. A further embodiment of a method according to the invention can provide that the distance measurements are carried out on at least five measuring points on the surface of the calibration body by the laser distance sensors.
Eine höhere Anzahl von Messpunkten führt zu einem kleineren Fehler bei der anschließenden Auswertung der Resultate. Gleichzeitig führt aber eine geringe Anzahl von Messpunkten zu einer Beschleunigung des gesamten Verfahrens. A higher number of measuring points leads to a smaller error in the subsequent evaluation of the results. At the same time, however, a small number of measuring points accelerate the entire process.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Eichkörper drehbar im Messaufbau gelagert wird und die Messpunkte durch Drehen des Eichkörpers im Messaufbau um die Drehachse angesteuert werden oder der kontinuierliche Verlauf durch Drehen des Eichkörpers im Messaufbau um die Drehachse abgefahren wird, wobei bevorzugt die Laserabstandssensoren an der Drehachse ausgerichtet werden, besonders bevorzugt, die Ausrichtung der Laserabstandssensoren zur Drehachse mit einem Winkel (Γ) von weniger als 20° erfolgt, ganz besonders bevorzugt mit einem Winkel (Γ) von weniger als 5° erfolgt. According to a further, particularly preferred embodiment of the invention can be provided that the calibration body is rotatably mounted in the measurement setup and the measurement points are driven by rotating the calibration body in the measurement setup about the axis of rotation or the continuous course is driven by rotating the calibration body in the measurement setup about the axis of rotation , wherein preferably the laser distance sensors are aligned on the axis of rotation, particularly preferably, the orientation of the laser distance sensors to the axis of rotation with an angle (Γ) of less than 20 °, most preferably with an angle (Γ) of less than 5 °.
Ein drehbarer Eichkörper, insbesondere eine Drehscheibe als Eichkörper, vereinfacht den gesamten Aufbau. Zudem kann der Aufbau mit einem drehbaren Eichkörper wesentlich kompakter gestaltet werden. A rotatable calibration body, in particular a turntable as calibration body, simplifies the entire structure. In addition, the structure can be made much more compact with a rotating calibration body.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Winkelgeschwindigkeit (co) des Eichkörpers um die Drehachse beim Bestimmen der Position und der Ausrichtung der beiden Laserabstandssensoren zueinander rechnerisch berücksichtigt wird, insbesondere bei der Abstandsmessung des kontinuierlichen Verlaufs. It can be provided that the angular velocity (co) of the calibration body about the axis of rotation in determining the position and orientation of the two Laser distance sensors to each other is taken into account mathematically, especially in the distance measurement of the continuous course.
Durch dieses Verfahren ergeben sich Möglichkeiten für eine einfache Auswertung des durch die Drehung periodischen Signals. By this method, there are possibilities for a simple evaluation of the signal periodic by the rotation.
Ferner kann dabei vorgesehen sein, dass der Drehwinkel (φ) des Eichkörpers bestimmt wird, wobei bevorzugt die Zeit (t) bei bekannter Winkelgeschwindigkeit (co) gemessen wird, um den Drehwinkel (φ) des Eichkörpers zu bestimmen, wobei besonders bevorzugt ein Marker auf dem Eichkörper mit den Laserabstandssensoren gemessen wird, um eine volle Umdrehung zu bestimmen. Furthermore, it can be provided that the angle of rotation (.phi.) Of the calibration body is determined, the time (t) preferably being measured at known angular velocity (co) in order to determine the angle of rotation (.phi.) Of the calibration body, with a marker being particularly preferred the calibration body is measured with the laser distance sensors to determine a full revolution.
Hierdurch kann eine zusätzliche direkte Messung des Drehwinkels (φ) des Eichkörpers vermieden werden. As a result, an additional direct measurement of the rotation angle (φ) of the calibration body can be avoided.
Ganz besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass als Eichkörper eine Drehscheibe verwendet wird, wobei bevorzugt die Drehscheibe gegen die Drehachse geneigt ist, besonders bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 5° und 60°, ganz besonders bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 15° und 30° geneigt ist. Most preferably, it can be provided that a turntable is used as the calibration body, wherein preferably the turntable is inclined against the rotation axis, particularly preferably a tilt angle (δ) between 5 ° and 60 °, very particularly preferably a tilt angle (δ) between 15 ° and 30 ° is inclined.
Durch die Neigung beziehungsweise Verkippung der Drehscheibe erhöht sich bei einer periodischen Messung der überstrichene Wertebereich des Signals der Abstandsmessung. Dies führt zu einem besser auswertbaren Signal und damit zu einer genaueren Bestimmung der Ausrichtung und gegebenenfalls auch der Position der zumindest zwei Laserabstandssensoren zueinander. Due to the inclination or tilting of the turntable increases in a periodic measurement of the swept value range of the signal of the distance measurement. This leads to a better evaluable signal and thus to a more accurate determination of the orientation and optionally also the position of the at least two laser distance sensors to each other.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Verkippungswinkel (δ) der Drehscheibe gegen die Drehachse beim Bestimmen der Position und der Ausrichtung der beiden Laserabstandssensoren zueinander rechnerisch berücksichtigt wird. It can be provided that the tilt angle (δ) of the turntable against the axis of rotation when determining the position and orientation of the two laser distance sensors to each other mathematically is taken into account.
Durch diese Maßnahme kann eine weitere Vereinfachung der Berechnung der gesuchten Parameter erzielt werden. Dabei gilt für die Bestimmung der Ausrichtung und der Position der Laserabstandssensoren zueinander, dass der Verkippungswinkel (δ) der Drehscheibe gegen die Drehachse in etwa bekannt sein muss. By this measure, a further simplification of the calculation of the sought parameters can be achieved. It applies to the determination of the orientation and the position of the laser distance sensors to each other that the tilt angle (δ) of the turntable against the axis of rotation must be known approximately.
Auch kann vorgesehen sein, dass die von den Lasern der Laserabstandssensoren erzeugten Laserstrahlen während der Abstandsmessung immer auf die jeweils gleiche Seite der Drehscheibe treffen. It can also be provided that the laser beams generated by the lasers of the laser distance sensors always strike the same side of the turntable during the distance measurement.
Auch diese Maßnahme dient der Vereinfachung der rechnerischen Auswertung zur Bestimmung der Position und Ausrichtung der Laserabstandssensoren zueinander. This measure also serves to simplify the arithmetic evaluation for determining the position and orientation of the laser distance sensors to one another.
Eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Position und die Ausrichtung der Laserabstandssensoren zueinander durch Parameterfits der , ■ , , - δ, ) , Λ i , , , n o (d - b ) , , A particularly preferred embodiment of the invention can provide that the position and orientation of the laser distance sensors to each other by parameter fits of, ■,, - δ,), Λ i ,,, no (d - b),
Gleichungen lx =————— · + 01 und /2 =— — · + > 2 bestimmt werden n ° c1 ' n ° c2 Equations l x = ----- · + 01 and / 2 = - - · +> 2 are determined n ° c 1 'n ° c 2
oder mit einer Taylorreihenentwicklung dieser Gleichungen bestimmt werden, vorzugsweise mit einer Fourier-Analyse einer Taylorreihenentwicklung dieser Gleichungen bestimmt werden, wobei /? und h die Messwerte der beiden Laserabstandssensoren beim Auftreffen auf die Drehscheibe sind, n der Normalvektor der Drehscheibe, di und c/2 die Positionsvektoren der Schnittpunkte der zum jeweiligen Laser 1 beziehungsweise Laser 2 gewandten Oberfläche der Drehscheibe mit der Drehachse, bi und Ö2 die Positionsvektoren des virtuellen Schnittpunkts des ersten und zweiten Laserstrahls mit den zugehörigen x-y-Ebenen E1 und E2 durch die Punkte di und c/2, Cj und c2 die in der z-Richtung auf den Betrag von 1 normierten Richtungsvektoren der auf die Drehscheibe einfallenden Laserstrahlen von Laser 1 beziehungsweise Laser 2 in Richtung steigender Messwerte und k,i und h,2 die Messwerte der jeweiligen Laserabstandssensoren, welche sich beim Vermessen der jeweiligen Punkte bi und 62 ergeben würden. or are determined by a Taylor series expansion of these equations, preferably determined by a Fourier analysis of a Taylor series expansion of these equations, where / ? and h are the measured values of the two laser distance sensors when hitting the turntable, n is the normal vector of the turntable, di and c / 2 are the position vectors of the points of intersection of the surface of the turntable facing the respective laser 1 or laser 2 with the axis of rotation, bi and Ö2 the position vectors of the virtual intersection point of the first and second laser beam with the associated xy planes E 1 and E 2 through the points di and c / 2, Cj and c 2, the direction vectors normalized in the z direction to the amount of 1 of the incident on the turntable Laser beams of laser 1 and laser 2 in the direction of increasing measured values and k, i and h, 2, the measured values of the respective laser distance sensors, which would result in measuring the respective points bi and 62.
Eine Auswertung der genannten Formel mit den angegebenen Mitteln ist rechnerisch umsetzbar und daher zur kalkulatorischen Auswertung geeignet. An evaluation of the above formula with the specified means is mathematically feasible and therefore suitable for calculatory evaluation.
Es kann auch vorgesehen sein, dass bei der Berechnung der Daten für die Bestimmung der Position und der Ausrichtung der beiden Laserabstandssensoren zueinander aus einer periodischen Abstandsmessung die Amplituden einer Grundwelle (F1 1), insbesondere die Amplituden einer Grundwelle (Fi,i) und zumindest der ersten Oberwelle (F2,i), verwendet werden, wobei bevorzugt die Grundwelle (Fi,i) und/oder zumindest die erste Oberwelle (F2,i) durch eine Fourier-Analyse der periodischen Abstandsmessung berechnet werden, besonders bevorzugt durch eine Taylorreihenentwicklung und eine Fourier-Analyse der periodischen Abstandsmessung berechnet werden. It can also be provided that in the calculation of the data for the determination of the position and orientation of the two laser distance sensors from each other a periodic distance measurement, the amplitudes of a fundamental wave (F 1 1 ), in particular the amplitudes of a fundamental wave (Fi, i) and at least the first harmonic wave (F 2 , i) are used, wherein preferably the fundamental wave (Fi, i) and / or at least the first harmonic (F 2 , i) are calculated by a Fourier analysis of the periodic distance measurement, particularly preferably calculated by a Taylor series development and a Fourier analysis of the periodic distance measurement.
Die Auswertung einer Grundwelle (Fi,i) und zumindest der ersten Oberwelle (F2,i) des periodischen Signals führt bei hoher Genauigkeit des Ergebnisses zu einer einfachen Umsetzbarkeit des Verfahrens. Details hierzu finden sich in der mathematischen Herleitung zu den Figuren 3 bis 5 im Folgenden. The evaluation of a fundamental wave (Fi, i) and at least the first harmonic wave (F 2 , i) of the periodic signal leads, with high accuracy of the result, to a simple implementability of the method. Details on this can be found in the mathematical derivation of FIGS. 3 to 5 below.
Dabei kann vorgesehen sein, dass bei der Berechnung der Grundwelle (Fi,i) und/oder zumindest der ersten Oberwelle (F2,i) angenommen wird, dass die Amplituden der Grundwelle (Fi,i) und/oder zumindest der ersten Oberwelle (F2/i) größer oder gleich Null ist. It may be provided that, in the calculation of the fundamental wave (Fi , i) and / or at least the first harmonic (F 2 , i), it is assumed that the amplitudes of the fundamental wave (Fi , i) and / or at least the first harmonic wave ( F 2 / i) is greater than or equal to zero.
Diese Annahme führt ebenfalls zu einer Vereinfachung der rechnerischen Auswertung der Signale. This assumption also leads to a simplification of the arithmetic evaluation of the signals.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Winkel i und γι und die Amplituden Cl und der Darstellung der Vektoren in In a very particularly preferred embodiment of the method according to the invention can be provided that the angles i and γι and the amplitudes C l and the representation of the vectors in
Zylinderkoordinaten zur Bestimmung der Position und der Ausrichtung des ersten Laserabstandssensors mit den Gleichungen Cylindrical coordinates to determine the position and orientation of the first laser distance sensor using the equations
F2 l 1 F 2 l 1
ß1 = μ, - π - (czl - l)/2; 7ι = Πι Ci = 2 - cot(<5) -— -; Bl = cot(<5) - u berechnet werden, wobei μ? die Phasenlage der Grundwelle von Ιλ (φ) und ηί die Phasenlage der 1 . Oberwelle von Ιλ (φ) ist, czl = sign(czl) die z-Ausrichtung des Lasers zur Drehscheibe angibt, δ der Verkippungswinkel der Drehscheibe gegen die Drehachse ist und F1t 1 die gemessene Amplitude der Grundwelle und F2, i die gemessene Amplitude der ersten Oberwelle ist, wobei bevorzugt die Winkel j02 und 72 und die und sition β 1 = μ, - π - (c zl - l) / 2; 7ι = Πι C i = 2 - cot (<5) - -; B l = cot (<5) - u be calculated, where μ? the phase angle of the fundamental wave of Ι λ (φ) and η ί the phase position of the 1. Harmonic wave of Ι λ (φ), c zl = sign (c zl ) indicates the z-orientation of the laser to the turntable, δ is the tilt angle of the turntable against the rotation axis and F 1t 1 is the measured amplitude of the fundamental wave and F 2 , i is the measured amplitude of the first harmonic, preferably the angles j0 2 and 7 2 and the and position
und der Ausrichtung des zweiten Laserabstandssensors verwendet werden und daraus die Position und die Ausrichtung der beiden Laserabstandssensoren zueinander berechnet werden. and the orientation of the second laser distance sensor are used and from the position and orientation of the two laser distance sensors are calculated from each other.
Diese Formeln stellen bei hoher Genauigkeit eine starke Vereinfachung der Formeln zur Auswertung eines Signals einer sich drehenden verkippten beziehungsweise geneigten Drehscheibe dar. These formulas, with high accuracy, greatly simplify the formulas for evaluating a signal from a rotating tilted or tilted turntable.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Abstandsmessungen mit einem Lasertriangulationsverfahren durchgeführt werden und/oder dass die Laserabstandssensoren im Zuge der Ausrichtung anhand der gemessenen Daten und/oder der daraus berechneten Größen kalibriert werden. Furthermore, provision can be made for the distance measurements to be carried out using a laser triangulation method and / or for the laser distance sensors to be calibrated in the course of alignment on the basis of the measured data and / or the variables calculated therefrom.
Die Kalibrierung erfolgt besonders bevorzugt durch die Berechnung der additiven Anteile k, i und k,2 des jeweiligen Messsignals durch /0 1 = F0 l - 2 1 ■cos(yl - beziehungsweise /0 2 = F0 2 - F2 2 - cos(72 - ß2) . The calibration is particularly preferably carried out by the calculation of the additive components k, i and k, 2 of the respective measurement signal by / 0 1 = F 0 l - 2 1 ■ cos (y l - or / 0 2 = F 0 2 - F 2 2 - cos (7 2 - ß 2 ).
Lasertriangulationsverfahren sind einfach und kostengünstig in der Umsetzung und für die Umsetzung erfindungsgemäßer Verfahren besonders geeignet. Die Aufgaben der Erfindung werden auch gelöst durch ein Verfahren zur Messung der Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung eines beschichteten Körpers in einem Messaufbau, wobei bei der Messung der Dicke zwei Laserabstandssensoren verwendet werden, die zuvor im Messaufbau mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zueinander ausgerichtet wurden. Laser triangulation methods are simple and inexpensive to implement and particularly suitable for the implementation of methods according to the invention. The objects of the invention are also achieved by a method for measuring the thickness of a body or a coating of a coated body in a measurement setup, wherein the measurement of the thickness two laser distance sensors are used, previously in the measurement setup with a method according to any one of the preceding claims to each other were aligned.
Die Vorteile erfindungsgemäßer Verfahren, bei denen zumindest zwei Laserabstandssensoren genau zueinander justiert werden, kommen bei einer Messung der Dicke eines Körpers oder einer Beschichtung eines beschichteten Körpers besonders stark zum Tragen. The advantages of methods according to the invention, in which at least two laser distance sensors are adjusted exactly to one another, are particularly pronounced in a measurement of the thickness of a body or a coating of a coated body.
Solche Verfahren können bevorzugt auch die folgenden chronologischen Schritte umfassen: Such methods may preferably also include the following chronological steps:
E) Entfernen des Eichkörpers aus dem Messaufbau; E) removing the calibration body from the measurement setup;
F) Einsetzen des zu vermessenden Körpers in den Messaufbau; und F) inserting the body to be measured into the measurement setup; and
G) Messen der Dicke des Körpers oder dessen Beschichtung mit Hilfe der zueinander ausgerichteten und positionierten Laserabstandssensoren. G) measuring the thickness of the body or its coating by means of the mutually aligned and positioned laser distance sensors.
Wie durch die alphabetische Ordnung der Buchstaben angedeutet, werden die genannten Schritte in chronologischer Reihenfolge und nach den Schritten A) bis D) erfindungsgemäßer Ausrichtungsverfahren durchgeführt. As indicated by the alphabetical order of the letters, said steps are carried out in chronological order and according to steps A) to D) of alignment methods according to the invention.
Die Aufgaben der Erfindung werden auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens, bei dem die Vorrichtung zumindest zwei Laserabstandssensoren und eine Lagerung für einen zu vermessenden Körper umfasst, wobei jeder Laserabstandssensor einen Laser und einen Sensor aufweist, die Lagerung zur Halterung eines Eichkörpers mit definierter Oberfläche ausgelegt ist und der Eichkörper in der Vorrichtung definiert bewegbar ist. The objects of the invention are also achieved by an apparatus for carrying out such a method, in which the apparatus comprises at least two laser distance sensors and a bearing for a body to be measured, each laser distance sensor having a laser and a sensor, the bearing for supporting a calibration body with defined surface is designed and the calibration body is defined in the device movable.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Eichkörper drehbar in der Vorrichtung gelagert ist oder lagerbar ist und der Eichkörper um definierte Winkel (φ) um eine Drehachse drehbar ist und/oder mit zumindest einer definierten Winkelgeschwindigkeit (co) drehbar ist. It can be provided that the calibration body is rotatably mounted in the device or can be stored and the calibration body by defined angle (φ) about an axis of rotation is rotatable and / or with at least one defined angular velocity (co) is rotatable.
Dabei kann wiederum vorgesehen sein, dass der Eichkörper eine Scheibe ist, die gegen die Drehachse geneigt ist, bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 5° und 60° geneigt ist, besonders bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 15° und 30° geneigt ist, ganz besonders bevorzugt um einen Verkippungswinkel (δ) zwischen 20° bis 25° geneigt ist. It can be provided in turn that the calibration body is a disc which is inclined against the axis of rotation, preferably tilted by a Verkippungswinkel (δ) between 5 ° and 60 °, more preferably by a Verkippungswinkel (δ) between 15 ° and 30 ° is inclined, most preferably inclined by a tilt angle (δ) between 20 ° to 25 °.
Das Ziel eines erfindungsgemäßen Messaufbaus und einer erfindungsgemäßen Auswerteprozedur beziehungsweise eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die Lage und Verkippung mehrerer Laserabstandssensoren relativ zueinander und relativ zu einer durch den Messaufbau definierten Drehachse zu bestimmen. Der Vorgang ist sehr robust, da er den absoluten Messwert des Laserabstandssensors nicht zwangsläufig verwendet. Außerdem zeichnet sich der Messaufbau durch eine geringe Bauhöhe aus. The aim of a measurement setup according to the invention and an evaluation procedure or a method according to the invention is to determine the position and tilt of a plurality of laser distance sensors relative to one another and relative to a rotation axis defined by the measurement setup. The process is very robust because it does not necessarily use the absolute value of the laser distance sensor. In addition, the test setup is characterized by a low height.
Die so bestimmten Lageparameter können insbesondere dazu genutzt werden a) ein oder mehrere Laserabstandssensoren parallel zu einer durch den Messaufbau definierten Drehachse auszurichten, The position parameters determined in this way can be used in particular to a) align one or more laser distance sensors parallel to a rotation axis defined by the measurement setup,
b) zwei oder mehrere Lasersensoren zueinander parallel auszurichten, und/oder c) die Laserstrahlen von zwei gegenläufigen Laserabstandssensoren exakt aufeinander zu legen. b) align two or more laser sensors parallel to each other, and / or c) to place the laser beams of two counter-rotating laser distance sensors exactly to each other.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung und Berechnungen zu der Erfindung anhand von fünf schematisch dargestellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt: Exemplary embodiments of the invention and calculations relating to the invention are explained below with reference to five schematically illustrated figures, without, however, limiting the invention. Showing:
Figur 1 : eine schematische Seitenansicht eines Aufbaus zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer gewünschten Position; Figure 1 is a schematic side view of a structure for implementing a method according to the invention in a desired position;
Figur 2: eine schematische Seitenansicht eines Aufbaus zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit grober Ausrichtung zu Beginn des Verfahrens; Figur 3: eine schematische perspektivische Darstellung zur Verdeutlichung der Winkelverhältnisse in einem Aufbau zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausgangssituation; Figure 2 is a schematic side view of a structure for implementing a method according to the invention with coarse alignment at the beginning of the process; FIG. 3 shows a schematic perspective illustration for clarifying the angular relationships in a structure for implementing a method according to the invention in an initial situation;
Figur 4: zwei schematische Seitenansichten einer Drehscheibe nach der Darstellung in Figur 3; und FIG. 4 shows two schematic side views of a turntable as shown in FIG. 3; and
Figur 5: ein perspektivisches Diagramm zur Verdeutlichung der geometrischen Verhältnisse. FIG. 5: a perspective diagram for clarifying the geometric relationships.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Messaufbaus zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer gewünschten Position. Der Messaufbau umfasst zwei Laserabstandssensoren 1 , 2, die beide jeweils einen Laser 4, 8 und seinen Sensor 6, 10 aufweisen. Die Laser 4, 8 und die Sensoren 6, 10 sind in einem festen Winkel zueinander angeordnet. Zwischen den Laserabstandssensoren 1 , 2 wird eine Scheibe als Eichkörper 12 angeordnet und drehbar um eine Drehachse z gelagert. Die Drehachse z muss dabei keine materielle Achse sein, wie durch die Zeichnung suggeriert wird, zum Beispiel wenn der Eichkörper 12 in einem drehbaren Rahmen gehalten wird. Die Laserstrahlen aus den Lasern 4, 8 treffen den Eichkörper 12 auf gegenüberliegenden Flächen. Als Sensoren 6, 10 können herkömmliche CCD-Chips mit einer vorgeschalteten Linse verwendet werden. Solche Sensoren 6, 10 zur Messung des reflektierten Laserlichts sind aus Lasertriangulationsverfahren zur Bestimmung der Schichtdicke eines beschichteten Körpers bekannt. FIG. 1 shows a schematic side view of a measurement setup for implementing a method according to the invention in a desired position. The measurement setup comprises two laser distance sensors 1, 2, both of which each have a laser 4, 8 and its sensor 6, 10. The lasers 4, 8 and the sensors 6, 10 are arranged at a fixed angle to each other. Between the laser distance sensors 1, 2, a disc is arranged as a calibration body 12 and rotatably supported about a rotation axis z. The axis of rotation z does not have to be a material axis, as suggested by the drawing, for example when the calibration body 12 is held in a rotatable frame. The laser beams from the lasers 4, 8 hit the calibration body 12 on opposite surfaces. As sensors 6, 10 conventional CCD chips with an upstream lens can be used. Such sensors 6, 10 for measuring the reflected laser light are known from laser triangulation methods for determining the layer thickness of a coated body.
In der in Figur 1 gezeigten Ansicht sind die Laser 4, 8 in einer gewünschten Ausrichtung zu einander orientiert und positioniert. Die Laserabstandssensoren 1 , 2 sind in der gewünschten Ausrichtung und Position so angeordnet, dass die von den Lasern 4, 8 erzeugten Laserstrahlen gegenläufig in einem Punkt aufeinander treffen könnten, wenn der Eichkörper 12 nicht zwischen den Laserabstandssensoren 1 , 2 angeordnet wäre. Wenn die Laserstrahlen als Vektoren im selben Koordinatensystem aufgefasst werden, ist der eine Laserstrahl gleich dem anderen Laserstrahl mit negativem Vorzeichen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die in Figur 1 gezeigte Ausrichtung und Positionierung der Laserabstandssensoren 1 , 2 zueinander erreicht werden. Zunächst sind die Laserabstandssensoren 1 , 2 in dem Messaufbau nur grob zueinander ausgerichtet. Diese Anordnung ist in Figur 2 als schematische Seitenansicht gezeigt. Die Laserabstandssensoren 1 , 2 sind dabei nicht genau gegenüberliegend angeordnet und zudem gegeneinander verkippt. Ziel des Verfahrens ist es, die Laserabstandssensoren 1 , 2 so gegeneinander auszurichten, dass die Anordnung dem in Figur 1 gezeigten Zustand möglichst nahe kommt. In the view shown in Figure 1, the lasers 4, 8 are oriented and positioned in a desired orientation relative to each other. The laser distance sensors 1, 2 are arranged in the desired orientation and position such that the laser beams generated by the lasers 4, 8 could meet in opposite directions at a point if the calibration body 12 were not arranged between the laser distance sensors 1, 2. If the laser beams are understood as vectors in the same coordinate system, one laser beam is equal to the other laser beam with a negative sign. With the method according to the invention, the alignment and positioning of the laser distance sensors 1, 2 shown in FIG. 1 is to be achieved relative to one another. First, the laser distance sensors 1, 2 are only roughly aligned in the measurement setup. This arrangement is shown in Figure 2 as a schematic side view. The laser distance sensors 1, 2 are not exactly opposite arranged and also tilted against each other. The aim of the method is to align the laser distance sensors 1, 2 against each other so that the arrangement comes as close as possible to the state shown in Figure 1.
Dazu wird der Eichkörper 12 in den Messaufbau eingebracht und dort drehbar gelagert. Mit den Laserabstandssensoren 1 , 2 werden mehrere Messpunkte auf der oberen und der unteren Oberfläche des Eichkörpers 12 aufgenommen. Dazu wird der Eichkörper 12 im Aufbau gedreht. Bevorzugt werden nicht nur diskrete Messpunkte auf der Oberfläche des Eichkörpers 12 aufgenommen, sondern es wird ein kontinuierlicher Verlauf der Abstände der beiden Laserabstandssensoren 1 , 2 von den beiden Oberflächen des sich drehenden Eichkörpers 12 aufgenommen. Bei bekannter Winkelgeschwindigkeit ω und zumindest grob bekannter Geometrie des Eichkörpers 12 können aus dem periodischen Signal der Laserabstandssensoren 1 , 2 Informationen gewonnen werden, die präzise Rückschlüsse auf die Anordnung und Ausrichtung der Laser 4, 8 und dadurch der Laserabstandssensoren 1 , 2 zueinander erlauben. Die so gewonnenen Informationen können zur Justage der Laserabstandssensoren 1 , 2 verwendet werden, um den in Figur 1 gewünschten Zustand zu erreichen oder diesem möglichst nahe zu kommen. For this purpose, the calibration body 12 is introduced into the measurement setup and rotatably mounted there. With the laser distance sensors 1, 2 a plurality of measuring points are recorded on the upper and the lower surface of the calibration body 12. For this purpose, the calibration body 12 is rotated in construction. Preferably not only discrete measuring points are recorded on the surface of the calibration body 12, but a continuous course of the distances between the two laser distance sensors 1, 2 is recorded by the two surfaces of the rotating calibration body 12. At known angular velocity ω and at least roughly known geometry of the calibration body 12, information can be obtained from the periodic signal of the laser distance sensors 1, 2, which allow precise conclusions about the arrangement and alignment of the lasers 4, 8 and thereby the laser distance sensors 1, 2 to each other. The information thus obtained can be used to adjust the laser distance sensors 1, 2 in order to achieve the desired state in FIG. 1 or to come as close as possible to this.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Drehscheibe 12 als Eichkörper 12 drehbar im Messaufbau gelagert. Die Drehscheibe 12 ist aus der Drehachse z um einen Winkel geneigt. Die Drehscheibe 12 wird in die Laserstrahlen der Laserabstandssensoren 1 , 2 gebracht und der Abstand der Laser 4, 8 zum Auftreffpunkt der Laserstrahlen auf der Drehscheibe 12 während deren Drehung gemessen. In a preferred embodiment, a turntable 12 is rotatably mounted as a calibration body 12 in the measurement setup. The turntable 12 is inclined from the rotation axis z by an angle. The turntable 12 is placed in the laser beams of the laser distance sensors 1, 2 and the distance of the laser 4, 8 measured to the point of impact of the laser beams on the turntable 12 during its rotation.
Optional wird noch der absolute Winkel (oder zumindest dessen Nulldurchgang) der Drehscheibe 12 auf der Drehachse z gemessen. Optionally, the absolute angle (or at least its zero crossing) of the rotary disk 12 is measured on the rotation axis z.
Aus dem Messsignal werden Verkippung und Positionierung der Laser 4, 8 und damit der Laserabstandssensoren 1 , 2 zueinander mathematisch bestimmt. Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung zur Verdeutlichung der Winkelverhältnisse in einem Aufbau zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausgangssituation mit grob justierten Lasern 24, 28 zweier Laserabstandssensoren. Bei einem realen Aufbau müssen die Laserstrahlen der Laser 24, 28 selbstverständlich auf die Drehscheibe 32 treffen. Die Versetzung der Laser 24, 28 in der x-y-Ebene dient hier ausschließlich der deutlicheren Darstellung der Winkelverhältnisse. From the measurement signal tilting and positioning of the laser 4, 8 and thus the laser distance sensors 1, 2 are mutually determined mathematically. FIG. 3 shows a schematic perspective illustration for clarifying the angular relationships in a structure for implementing a method according to the invention in an initial situation with coarsely adjusted lasers 24, 28 of two laser distance sensors. In a real design, the laser beams of the lasers 24, 28 must of course hit the turntable 32. The displacement of the lasers 24, 28 in the xy plane is used here only for a clearer representation of the angular relationships.
Für die Herleitung der geometrischen Gleichungen und die Beschreibung des Einstellalgorithmus ist die Definition von einem Koordinatensystem und von Variablen nötig. For the derivation of the geometric equations and the description of the setting algorithm, the definition of a coordinate system and of variables is necessary.
Die z-Achse des kartesischen Koordinatensystems wird in die Drehachse einer Drehscheibe 32 gelegt. Die Drehscheibe 32 wird als Eichkörper im Messaufbau verwendet. Die x- und y-Achse ist geometrisch nicht festgelegt, sollte sich aber an den Verstellmöglichkeiten der Lasersensoren orientieren. Der erste Laser 28 strahlt (in dieser Darstellung von unten) auf die Drehscheibe 32. Der zweite Laser 24 trifft bei Grobausrichtung der Laser 24, 28 beziehungsweise der Laserabstandssensoren in etwa im gleichen Bereich auf die Drehscheibe 32. The z-axis of the Cartesian coordinate system is placed in the axis of rotation of a turntable 32. The turntable 32 is used as a calibration body in the measurement setup. The x- and y-axis is not determined geometrically, but should be based on the adjustment possibilities of the laser sensors. The first laser 28 radiates (in this representation from below) onto the turntable 32. The second laser 24 strikes the turntable 32 in the coarse alignment of the lasers 24, 28 or the laser distance sensors in approximately the same area.
Die Lage und Orientierung des Lasersensors sind durch den Richtun svektor c\ des The position and orientation of the laser sensor are by the Richtun svektor c \ des
Laserstrahls und den Durchstoßpunkt festgelegt, wobei die parallel zur x-y-Ebene verläuft und die Drehachse senkrecht im Laser beam and the puncture point set, which runs parallel to the xy plane and the axis of rotation perpendicular to
Punkt schneidet, in dem auch die zum Laser 28 gewandten Seite der Drehscheibe 32 die Drehachse, also die z-Achse, schneidet. Point intersects, in which also the side facing the laser 28 of the turntable 32, the axis of rotation, ie the z-axis intersects.
Figur 4 zeigt zwei schematische Seitenansichten der Drehscheibe 32 nach der Darstellung nach Figur 3, um die für die mathematische Herleitung einer erfindungsgemäßen Lösung des Problems anschaulich diskutieren zu können. FIG. 4 shows two schematic side views of the turntable 32 according to the illustration according to FIG. 3 in order to be able to vividly discuss the mathematical derivation of a solution according to the invention of the problem.
Innerhalb des Koordinatensystems ist die Lage der Drehscheibe 32 durch die relevanten Achsenabschnitte auf der z-Achse ( dzl und dz2 ) und den Normalvektor n festgelegt. Wegen der Wahl von bx gilt bzl = dzl . Der Normalvektor n der Drehscheibe 32 ist von der z-Achse um den Winkel δ verkippt beziehungsweise geneigt, mit 0 < <5 < TT / 2 , SO dass auch der Winkel zwischen der Oberfläche der Drehscheibe 32 und der x/y-Ebene δ beträgt. Der aktuelle Drehwinkel φ der Drehscheibe 32 ist der Winkel zwischen der x-Achse und der in die x/y-Ebene projizierte negative Gradient der Drehscheibe 32 der Oberfläche mit Fußpunkt in der Drehachse z. Nach dieser Within the coordinate system, the position of the rotary disk 32 is determined by the relevant axis sections on the z-axis (d zl and d z2 ) and the normal vector n. Because of the choice of b x , b zl = d zl . The normal vector n of the turntable 32 is tilted from the z-axis by the angle δ, with 0 <<5 <TT / 2, SO that also the angle between the surface of the rotary disk 32 and the x / y-plane is δ. The current rotation angle φ of the rotary disk 32 is the angle between the x-axis and the projected into the x / y plane negative gradient of the rotary disk 32 of the surface with base in the axis of rotation z. After this
Definition ist der Normalvektor durch n parametrisiert.Definition, the normal vector is parameterized by n.
Figur 5 zeigt ein perspektivisches Diagramm zur Verdeutlichung der geometrischen Verhältnisse. Die Vektoren eines ersten Laserstrahls eines ersten Lasers (beispielsweise des Lasers 28 nach Figur 3) und die zur Berechnung verwendeten Vektoren und Winkel sind dabei in Bezug auf das Koordinatensystem und den Laserstrahl dargestellt. Für einen zweiten Laser oder auch weitere Laser ergeben sich analoge Diagramme, die im Folgenden zu analogen Überlegungen führen. FIG. 5 shows a perspective diagram for clarifying the geometric relationships. The vectors of a first laser beam of a first laser (for example of the laser 28 according to FIG. 3) and the vectors and angles used for the calculation are shown in relation to the coordinate system and the laser beam. For a second laser or other lasers, analogous diagrams result, which in the following lead to analogous considerations.
Für die Position bx werden die folgenden kartesischen Koordinaten bzw. Zylinderkoordinaten verwendet: cosCß) For the position b x , the following Cartesian coordinates or cylindrical coordinates are used: cosCβ)
mit B1 > 0 . with B 1 > 0.
b. b.
Die Richtung des Lasers wird beschrieben durch zwei äquivalente Vektoren: den The direction of the laser is described by two equivalent vectors: the
Einheitsvektor 1 1 11 , der in die Richtung des ersten Laserstrahls zeigt und zwar in Unit vector 1 1 11 , which points in the direction of the first laser beam and in
Richtung steigender Messwerte, und dessen z-Komponente normiert ist. Diese Vektoren sind wie folgt parametrisiert: Direction of increasing readings, and whose z-component is normalized. These vectors are parameterized as follows:
° . Dann ist Czl C*ACA ""^^und ^1' 1 + Ci2. Der Winkel zwischen Laserstrahl und Parallelen zur Drehachse beträgt dann Γι = arctan(Ci)- °. Then Czl C * A C A "" ^^ and ^ 1 ' 1 + Ci2 . The angle between the laser beam and parallels to the axis of rotation is then Γ ι = arctan (Ci) -
Aus der Messung werden am Ende die Parameter βι,Βι,γι,ϋι,αΛ ermittelt, aus denen sich alle Darstellungen von ^'ci, und damit die Lage und Verkippung, des ersten Lasers ergeben. The parameters γ ι, ϋ ι, α Λ are selected from the measurement at the end β ι, Β ι determined, from which emerge all representations of ^ c i, and thus the position and tilt, the first laser.
Im Folgenden wird die Geometrie- und Messgleichung hergeleitet: The following is the geometry and measurement equation derived:
Die Punkte^ auf dem Laserstrahl des ersten Lasers werden durch den jeweils dazugehörenden Messwert ^ wie folgt parametrisiert: pl(ll) = bl + (ll-l0l)-cl wobei ^0'1 der Messwert im Punkt = ^ ist. The points ^ on the laser beam of the first laser are parameterized by the corresponding measured value ^ as follows: p l (l l ) = b l + (l l -l 0l ) -c l where ^ 0 ' 1 is the measured value in point = ^ is.
Außerdem erfüllen alle Punkte auf der zum ersten Laser gewandten Seite der Drehscheibe die Gleichung n o (p1 -<ij) = 0 wobei hier das Zeichen„°" das Skalarprodukt bezeichnet. In addition, all points on the side of the turntable facing the first laser satisfy the equation no (p 1 - <i j ) = 0, where here the sign "°" denotes the scalar product.
Am Schnittpunkt zwischen dem Strahl des Lasers und der Drehscheibe sind beide Gleichungen erfüllt und man kann die Variable P^ eliminieren und erhält die folgende Bedingung für den Messwert ^ am Schnittpunkt: n°(bl+(ll-lol)-cl-dl) = 0 At the point of intersection between the beam of the laser and the turntable both equations are satisfied and one can eliminate the variable P ^ and obtain the following condition for the measured value ^ at the point of intersection: n ° (b l + (l l -l ol ) -c l -d l ) = 0
Löst man die Gleichung nach ^ auf, so ergibt sich h ~ lo,i ~r If we solve the equation for ^, we get h ~ l o, i ~ r
n o Im Folgenden werden eine Taylorreihenentwicklung und eine Fourier-Analyse des Messsignals durchgeführt, um leicht zugängliche Messgrößen zu erhalten: no In the following, a Taylor series development and a Fourier analysis of the measurement signal are carried out in order to obtain easily accessible measurement quantities:
Zur Vorbereitung der Taylorentwicklung des Messsignals von ^ wird die Beziehung To prepare the Taylor development of the measurement signal of ^ becomes the relationship
in die obige Gleichung für Ί einzusetzen. Man erhält into the above equation for Ί. You get
Diese Gleichung kann erfindungsgemäß bereits verwendet werden, um die Position und die Ausrichtung der Laser zueinander mit Hilfe der Abstandsmessungen und der bekannten zu berechnen. Dazu kann die Gleichung mit Hilfe von Parameterfits mathematisch gelöst werden. Weitere mathematische Vereinfachungen führen jedoch zu einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit deutlich einfacherer Berechnung. This equation can already be used according to the invention to calculate the position and orientation of the lasers with respect to one another by means of the distance measurements and the known ones. For this purpose, the equation can be solved mathematically using parameter fits. However, further mathematical simplifications lead to a preferred embodiment of the invention with much simpler calculation.
Dazu werden zunächst die Definitionen der Vektoren ci und n eingesetzt und dabei ausgenutzt, dass = v Das Ergebnis lautet For this purpose, the definitions of the vectors c i and n are used first, taking advantage of the fact that = v The result is
/ = / | - Βλ cos(ß1 ) cos(<p) sin(5 ) - B1 sin(ß1 ) sin(<p) sin(5 ) Jl ä^ / = / | - Β λ cos (ß 1 ) cos (<p) sin (5) - B 1 sin (ß 1 ) sin (<p) sin (5) Jl ä ^
Cj cos(7j ) cos(<p) sin((5 ) + C1 sin^ ) sin(<p) sin((5 ) + czl cos((5 ) C j cos (7 j ) cos (<p) sin ((5) + C 1 sin ^) sin (<p) sin ((5) + c zl cos ((5)
Nun erweitert man Zähler und Nenner mit czl /cos(ö) und nutzt, dass cz 2 l = 1 ist sowie das Additionstheorem cosijß = cos(<p - /3j) und erhält Now we extend the numerator and denominator with c zl / cos (ö) and use that c z 2 l = 1 and the addition theorem cosijß = cos (<p - / 3 j ) and receives
Im Weiteren wird für die Taylorreihenentwicklung angenommen, dass der erste Laser 28 und die Drehachse z schon grob aneinander ausgerichtet wurden, das heißt, dassHereinafter, it is assumed for the Taylor series development that the first laser 28 and the rotation axis z have already been roughly aligned with each other, that is, that
Cl « cot(<5) , zum Beispiel Cl « 1 bei δ < π 14 . Dann ist der Betrag von ε := czlCl tan(ö)■ cos(<p - γγ ) im Nenner von lx für jeden Winkel φ sehr viel kleiner als 1 und eine Taylorentwicklung C l «cot (<5), for example C l « 1 at δ <π 14. Then the amount of ε: = c zl C l tan (ö) ■ cos (<p - γ γ ) in the denominator of l x for every angle φ very much smaller than 1 and a Taylor expansion
— = 1-ε+ε2 -ε3 +0(ά4) = (1-ε)·(1 + 0(ά2)) - = 1-ε + ε 2 -ε 3 + 0 (ά 4 ) = (1-ε) · (1 + 0 (ά 2 ))
£ +1 des Nenners von Ι nach ε gerechtfertigt. Mit dieser Taylorentwicklung ergibt sich k = Ό,ι + (" tan(5) · cos(<p - ß)) - (l - czA tan(5) · cos(<p - 7ι))· (1 + 0(C2))■ JÜÖ2 und nach Auflösen der Produktterme der Cosinus-Funktionen = l0 + (-B tan2(ö) · cos(7l -β)·(1 + 0(C2)) - -οζΒ tan(c5) · cos(<p - &)· (1 + 0(C,2)) + £ +1 of the denominator from Ι to ε justified. With this Taylor development k = Ό , ι + ("tan (5) · cos (<p - β)) - (l - c z A tan (5) · cos (<p - 7ι )) · (1 + 0 (C 2 )) ■ JÜÖ 2 and after dissolving the product terms of the cosine functions = l 0 + (-B tan 2 (ö) · cos ( 7l -β) · (1 + 0 (C 2 )) - o ζ Β tan (c5) · cos (<p - &) · (1 + 0 (C, 2 )) +
Aus dieser Darstellung lässt sich die Fourierentwicklung von Ιλ(φ) in der Form k (<P) = Fo,i + Fi,i cos(<p -μι) + 2>1 cos(2<p - η ,) + ... mit u>0, 21>0 ablesen. Um immer positive Amplituden Fu>0 zu erhalten, unabhängig davon, ob der Laserstrahl die Drehscheibe 32 auf der Oberseite oder von der Unterseite scannt, muss das Vorzeichen des Vorfaktors, also -czl, gegebenenfalls durch einen um π verschobenen Winkel im Argument des cos-Terms ausgedrückt werden. So erhält man μλ =ßl+n-(czl-\)ll, From this representation, the Fourier development of Ι λ (φ) can be in the form of k (<P) = F o, i + F i, i cos (<p -μ ι) + 2> 1 cos (2 <p - η ,) + ... with u > 0, 21 > 0. In order to obtain always positive amplitudes F u > 0, irrespective of whether the laser beam scans the turntable 32 on the upper side or from the lower side, the sign of the prefactor, that is to say c zl , must be replaced by an angle shifted by π in the argument of the cos terms. One obtains μ λ = ß l + n- (c zl - \) ll,
wobei die Fourier-Koeffizienten F0l, F beziehungsweise 21 bis auf Restterme der Ordnung 0(C^), 0(CX 2) beziehungsweise 0(CX ) stimmen. wherein the Fourier coefficients F 0l , F and 21 , respectively, to residual terms of the order 0 (C ^), 0 (C X 2 ) or 0 (C X ) vote.
Mit diesen Vorarbeiten lassen sich nun bei Kenntnis des Verkippungswinkels δ der Drehscheibe 32, der z-Ausrichtung des ersten Lasers 28, das heißt czl =sign(czl), und der ersten Terme der Fourier-Reihe k (<P) = Fo,i + Fi,i cos(<p -μι) + 2>1 cos(2<p - η ,) + ... die obigen fünf (nichtlinearen) Gleichungen nach den fünf Unbekannten i'^'^i'^ i mit dem folgenden Ergebnis auflösen: With this preparatory work can now be with knowledge of the tilt angle δ of the hub 32, the z-orientation of the first laser 28, that is c zl = sign (c zl ), and the first terms of the Fourier series k (<P) = F o , i + F i , i cos (<p -μ ι ) + 2> 1 cos (2 <p - η,) + ... the above five (nonlinear) equations according to the five unknowns i '^' ^ i '^ i resolve with the following result:
C, =2-cot(5)-^-, C, = 2-cot (5) - ^ -,
1 1
1,1 1.1
'ο,ι = o,i- 2, cos(7i-A)- 'ο, ι = o, i-2, cos (7i-A) -
Aus den ersten vier Größen können einfach die für die Bestimmung der physikalischen Einstellparameter, zum Beispiel cxl =C1-cos(/1), From the first four quantities, it is simply possible to determine the physical setting parameters, for example c xl = C 1 -cos (/ 1 ),
byi=B,-sin(ßJ, berechnet werden, die bei der Verwendung von Lineartischen und Kipptischen in x- und y-Richtung, nötig sind. b yi = B, -sin (βJ, which are required when using linear tables and tilting tables in the x and y directions.
Auf den Verkippungswinkel δ der Drehscheibe 32 kann dabei aus der Lagerung der Drehscheibe 32 geschlossen werden, der durch den Messaufbau definiert wird. Die z- Ausrichtung der Laser 24, 28 bestimmt, ob die Drehscheibe 32 von oben oder unten On the tilt angle δ of the hub 32 can be closed from the storage of the hub 32, which is defined by the measurement setup. The z-alignment of the lasers 24, 28 determines whether the turntable 32 is from above or below
F F
bestrahlt wird. Zu beachten ist, dass der konstante Term der Fourier-Reihe, also 01 , für diesen Rechenschritt nicht benötigt wird und somit der Messwert auch Offset- behaftet sein darf. is irradiated. It should be noted that the constant term of the Fourier series, ie 01 , is not required for this calculation step and thus the measured value may also be offset.
Bei Kenntnis aller fünf Größen lässt sich jeder Punkt auf dem Laserstrahl des ersten With knowledge of all five sizes, each point on the laser beam of the first can be
Lasers (im Messbereich) eineindeutig dem Messwert ^ durch + h,\) 'c\ zuordnen, insbesondere auch der Nullpunkt P^ ~ ^ ^ ' Cl im Raum bestimmen. Für die Nullpunktskalibrierung des Lasers kann wiederum der Offset im Messwert als Differenz zwischen dem derzeitigen Messwert und dem gewünschten Messwert bestimmt werden und der Offset dann in der Auswertung der späteren Messwerte berücksichtigt werden. Lasers (in the measuring range) unambiguously assign the measured value ^ by + h , \) 'c \ , in particular also determine the zero point P ^ ~ ^ ^ ' Cl in space. For the zero point calibration of the laser, in turn, the offset in the measured value can be determined as the difference between the current measured value and the desired measured value, and the offset can then be taken into account in the evaluation of the later measured values.
In der Praxis ist der Verkippungswinkel δ durch den Aufbau der Drehscheibe 32 festgelegt und bekannt. Bei einer parallelen Ausrichtung mehrerer Laser 24, 28 untereinander ist dabei noch nicht einmal der genaue Wert nötig: Der Winkel δ skaliert den Amplitudenwert der normierten Verkippung Cl und die daraus abgeleiteten Werte cxl ,cyl, Cl,cxl ,cyl lediglich. Gleiches gilt für Bx und daraus abgeleiteten Werte bxl,byl , wenn vorher schon sichergestellt wurde, dass Cl « 1 ist. Bei der parallelen Ausrichtung mehrere Laser 24, 28 untereinander sucht man Nullstellen von derart abgeleiteten Größen, die unabhängig von der skalierenden Wirkung von δ sind. In practice, the tilt angle δ is defined and known by the structure of the turntable 32. In a parallel alignment of multiple lasers 24, 28 with each other even the exact value is not necessary: The angle δ scales the amplitude value of the normalized tilting C l and the derived values c xl , c yl , C l , c xl , c yl only. The same applies to B x and derived values b xl , b yl , if it has already been ensured that C l «1. In the parallel alignment of multiple lasers 24, 28 with each other one seeks zeros of such derived quantities, which are independent of the scaling effect of δ.
F F F F F F
Die Fourier-Koeffizienten 01 , 1 1 , 2 1 und die Phasen μλ,ηλ von Ιλ (φ) können in der Praxis auf verschiedenen Arten gewonnen werden, wie die nachfolgenden Fälle zeigen: The Fourier coefficients 01 , 1 1 , 2 1 and the phases μ λ , η λ of Ι λ (φ) can be obtained in practice in various ways, as the following cases show:
1 ) Das Messsignal wird an vorher definierten, diskreten Winkelpositionen (Ortsdiskret auf der Drehscheibe 32) gemessen und die Parameter von Ιλ (φ) , zum Beispiel durch eine diskrete Fourier-Transformation, bestimmt. Erfindungsgemäß werden kontinuierliche Messungen wegen der einfacheren Handhabung bevorzugt. 1) The measurement signal is measured at predefined, discrete angular positions (spatial discrete on the turntable 32) and the parameters of Ι λ (φ), for example, determined by a discrete Fourier transform. According to the invention, continuous measurements are preferred for ease of handling.
2) Statt des winkelabhängigen Messsignals Ιλ (φ) wird das Zeitsignal lx (t) und der dazu passende Winkel φ(ί) gemessen und daraus Ιλ (φ) und seine Parameter bestimmt. Bei möglicherweise unbekannter, aber konstanter Drehgeschwindigkeit ω der Drehscheibe 32 wird ein Zeitsignal lx (t) gemessen und die Zeitpunkte, t0 und tx , zweier aufeinanderfolgender Nulldurchgänge φ(ίλ) = φ(ί0) = 0 . Dann kann mit der 2) Instead of the angle-dependent measurement signal Ι λ (φ), the time signal l x (t) and the matching angle φ (ί) is measured and from this Ι λ (φ) and its parameters determined. At possibly unknown, but constant rotational speed ω of the rotary disk 32, a time signal l x (t) is measured and the times, t 0 and t x , two successive zero crossings φ (ί λ ) = φ (ί 0 ) = 0. Then you can with the
2TF t t Winkelgeschwindigkeit co = das Winkelsignal φ(ί) = ω · (ί - ί0) = 2π — t t0 t t0 rekonstruiert werden. Zusammen mit dem Zeitsignal lx (t) können wiederum Ιλ (φ) und seine Parameter bestimmt werden. Eine konstante Winkelgeschwindigkeit ω führt also zu einer Vereinfachung der Berechnung der Parameter und ist daher erfindungsgemäß besonders bevorzugt. 2TF tt angular velocity co = the angle signal φ (ί) = ω · (ί - ί 0 ) = 2π - tt 0 tt 0 are reconstructed. Together with the time signal l x (t) again Ι λ (φ) and its parameters can be determined. A constant angular velocity ω thus leads to a simplification of the calculation of the parameters and is therefore particularly preferred according to the invention.
Es ist auch möglich, ohne direkte Winkelmessung auszukommen. Angenommen der Winkel ßx zwischen dem ersten Laser 28 und der Drehscheibe 32 ist, zum Beispiel aufgrund eines vorgefertigten Messaufsatzes, näherungsweise bekannt. Somit ist auch μλ bekannt. Es wird ein Zeitsignal lx (t) bei einer konstanter Drehgeschwindigkeit ω der Drehscheibe 32 aufgenommen. Wenn dann noch die Laser 24, 28 schon recht gut ausgerichtet sind, das heißt, wenn Cl « cot(<5) gilt, so dominiert die Grundwelle die Oberwelle, das heißt Fu » 2■ Fv , und es können sehr einfach aufeinanderfolgende Zeitpunkte tm0 und tml gefunden werden, in It is also possible to do without direct angle measurement. Assume that the angle β x between the first laser 28 and the turntable 32 is approximately known, for example due to a prefabricated measuring attachment. Thus, μ λ is known. A time signal l x (t) is recorded at a constant rotational speed ω of the rotary disk 32. If then the lasers 24, 28 are already quite well aligned, that is, if C l «cot (<5), then the fundamental wave dominates the harmonic, that is F u » 2 ■ F v , and it can be very simple successive times t m0 and t ml are found, in
2K 2K
dem das Signal das Maximum annimmt. Dann ist ω = . Mit der Kenntnis der Drehgeschwindigkeit ω können die Fourier-Koeffizienten F0 l , Fl l , F2 l aus dem Zeitsignal lx (t) bestimmt werden. Um die fehlende Phasenlage ηλ zu erhalten, bestimmt man zuerst Zeitpunkte ίμ1 und ίη1 zu denen die Maxima der Grundwelle und der Oberwelle zu erwarten sind, für die also μι = ω - ίμ1 und ηι = 2ω - ίη1 gilt. which the signal assumes the maximum. Then ω =. With the knowledge of the rotational speed ω, the Fourier coefficients F 0 l , F ll , F 2 l can be determined from the time signal l x (t). In order to obtain the missing phase position η λ , one first determines times ί μ1 and ί η1 at which the maxima of the fundamental wave and the harmonic are to be expected, for which μ ι = ω - ί μ1 and η ι = 2ω - ί η1 ,
2(t - 1 ) 2 (t - 1)
Dann ist η1 - 2μ1 = 2ω · (ίη1 - ίμ1 ) = 2π — und somit Then η 1 - 2μ 1 = 2ω · (ί η1 - ί μ1 ) = 2π - and thus
2(t - t , ) 2 (t - t,)
ηλ = 2π— — + 2μ1 . Dann sind alle Parameter von Ιλ (φ) für die Auswertung bekannt. Für eine Abschätzung der Einstellgenauigkeit wird im Folgenden beispielhaft ein Aufbau mit den folgenden Parametern betrachtet: η λ = 2π- + 2μ 1 . Then all parameters of Ι λ (φ) are known for the evaluation. For an estimation of the setting accuracy, a construction with the following parameters is considered below by way of example:
<5 = 7r / 6 (= 30°) => tan(c5) = 0,58;<5 = 7r / 6 (= 30 °) => tan (c5) = 0.58;
j j = 2,5mm; j j = 2.5 mm;
Ä j j = \μιη;Ä jj = \ μιη;
Bezüglich Fu bedeutet dies, dass bei annähernd parallel zur Drehachse derWith respect to F u , this means that at approximately parallel to the axis of rotation of
Drehscheibe 1 2, 32 ausgerichtetem Laser 8, 28 beziehungsweise ausgerichteten Laser 4, 8, 24, 28 die Amplitude der dann annähernd sinusförmigen Abstandsmessungen 2,5mm beträgt und die Fourier-Koeffizienten FU , F2 1 mit einer Unsicherheit von 1 μηη bestimmt wurden. Turntable 1 2, 32 aligned laser 8, 28 and aligned laser 4, 8, 24, 28, the amplitude of the then approximately sinusoidal distance measurements is 2.5 mm and the Fourier coefficients F U , F 2 1 were determined with an uncertainty of 1 μηη ,
Es gilt für die normierte Verkippung It applies to the normalized tilt
Q = 2 - cot(<5) eine Einstellgenauigkeit von Q = 2 - cot (<5) has a setting accuracy of
AC, ~ 2 · cot(c5) ^ = 1,3 - 1 (Γ3. AC, ~ 2 · cot (c5) ^ = 1.3 - 1 (Γ 3 .
Die Unsicherheit im Winkel = arctan(Q) zwischen einem Laser 8, 28 und einer Parallelen zur Drehachse z beträgt bei diesen kleinen Werten von Cl dann The uncertainty in the angle = arctan (Q) between a laser 8, 28 and a parallel to the axis of rotation z is then at these small values of C l
ΔΓ = 1 /(1 + Q2) · ACl = l,3mrad (= 0,079°). ΔΓ = 1 / (1 + Q 2 ) · AC l = 1, 3mrad (= 0.079 °).
Für den Abstand Bx des Laserpunkts von der Drehachse z auf z-Höhe dzl gilt For the distance B x of the laser point from the rotation axis z to z height d zl holds
Bx = cot(c5) · Fj !— « cot(ö) · Fj ! B x = cot (c5) · F j ! - «cot (ö) · F j !
Ί I Ί I
und damit eine Einstellungenauigkeit von « cot(5) - ÄFn = l,72 /m. Im Folgenden werden nun die Auswirkungen auf Unsicherheit einer Dickenmessung aufgezeigt. and thus an inaccuracy of inequality of "cot (5) - ÄF n = 1, 72 / m. In the following, the effects on the uncertainty of a thickness measurement are shown.
Die Einstellgenauigkeit der Laser 4, 8, 24, 28 bestimmt direkt die Unsicherheit einer Dickenmessung. The setting accuracy of the laser 4, 8, 24, 28 directly determines the uncertainty of a thickness measurement.
Für eine Abschätzung legen wir die obigen Zahlenwerte zu Grunde. For an estimation we use the above numerical values.
Die Unsicherheit Ad des Messwertes bei der Dickenbestimmung einer um maximal <5'= 5° verkippten Platte in einem Messspalt bei einer Positioniergenauigkeit in Richtung der z-Achse von h = 2,5mm durch die beiden Einstellungsfehler ACl und AB1 des erstenThe uncertainty Ad of the measured value in determining the thickness of a plate tilted by a maximum of <5 '= 5 ° in a measuring gap with a positioning accuracy in the z-axis direction of h = 2.5 mm by the two setting errors AC 1 and AB 1 of the first
Lasers 8, 28 ist dann Lasers 8, 28 is then
Der zweite Laser 4, 24 liefert einen analogen Beitrag. The second laser 4, 24 provides an analogous contribution.
Um die Unsicherheit gering zu halten, sind folgende Punkte zu beachten: In order to keep the uncertainty low, the following points should be noted:
1 ) Bei der Einstellung von Position und Verkippung der Sensoren 6, 10 ist ein möglichst großer Winkel δ zu wählen und der volle Messbereich möglichst auszunutzen, damit F möglichst groß ausfallen kann. Dieser ist jedoch durch die realen Abmessungen des Messaufbaus, wie beispielsweise der Abmessungen der Laserabstandssensoren 1 , 2, gegebenenfalls die Dicke der Drehscheibe und der Drehachse oder des Durchmessers des Laserstrahls, beschränkt. Für reale Aufbauten mit handelsüblichen Laserabstandssensoren 1 , 2 wird ein Winkel δ zwischen 15° und 35° besonders bevorzugt, da er mit diesen Bauteilen gut realisierbar ist. 1) When adjusting the position and tilt of the sensors 6, 10, the largest possible angle δ should be selected and the full measuring range should be used as far as possible so that F can be as large as possible. However, this is limited by the real dimensions of the measurement setup, such as the dimensions of the laser distance sensors 1, 2, optionally the thickness of the turntable and the axis of rotation or the diameter of the laser beam. For real structures with commercially available laser distance sensors 1, 2, an angle δ between 15 ° and 35 ° is particularly preferred since it can be easily implemented with these components.
2) Die Auflösung der Laserabstandssensoren 1 , 2 sollte möglichst hoch sein, damit AF und AFV möglichst klein sind. Die Auflösung der Laserabstandssensoren2) The resolution of the laser distance sensors 1, 2 should be as high as possible so that AF and AF V are as small as possible. The resolution of the laser distance sensors
1 , 2 kann beispielsweise durch ein Messrauschen auf 1 μιτι begrenzt sein. 1, 2 may for example be limited by a measurement noise to 1 μιτι.
3) Bei der eigentlichen Vermessung des zu messenden Objekts sollte dieses möglichst wenig verkippt sein, das heißt der Winkel δ' möglichst klein sein, und in Richtung der z-Achse möglichst ruhig liegen, das heißt h möglichst gering sein. Eine Neigung des zu messenden Objekts von 0° kann dabei bevorzugt vorgesehen sein. 3) In the actual measurement of the object to be measured this should be as little as possible tilted, that is, the angle δ 'be as small as possible, and lie as quiet as possible in the direction of the z-axis, that is, h should be as low as possible. An inclination of the object to be measured of 0 ° can preferably be provided.
Im Folgenden werden zwei beispielhafte Einstellalgorithmen für erfindungsgemäße Verfahren vorgestellt. Two exemplary setting algorithms for methods according to the invention are presented below.
Beim Bau einer geeigneten Messeinrichtung sind die Einschränkungen für dessen Einsatz zu berücksichtigen. Insbesondere ist darauf zu achten, dass der Messbereich der Laserabstandssensoren 1 , 2 während der Messung sowohl eingehalten, also auch sehr gut ausgeschöpft wird. When constructing a suitable measuring device, the restrictions for its use must be taken into account. In particular, care must be taken that the measuring range of the laser distance sensors 1, 2 is both maintained during the measurement, and therefore also very well utilized.
Die aufgebaute Messeinrichtung wird in den Strahlengang der Laser 4, 8, 24, 28 eingesetzt. The constructed measuring device is inserted into the beam path of the lasers 4, 8, 24, 28.
Um mehrere Laser 4, 8, 24, 28 parallel auszurichten, geht man bevorzugt wie folgt vor: In order to align several lasers 4, 8, 24, 28 in parallel, it is preferable to proceed as follows:
1 ) Achsen der Laser 4, 24, Laser 8, 28 und Drehachse z grob parallel ausrichten 1) Align axes of the lasers 4, 24, laser 8, 28 and axis of rotation z roughly parallel
« cot(<5) , => C2 « cot(<5) ); «Cot (<5), => C 2 « cot (<5));
2) Signale Ιλ , l2 messen; 2) measure signals Ι λ , l 2 ;
3) Fourier-Koeffizienten FU , F2;1 und die Phasen μ1,η1 von Ιλ (φ) bestimmen und Fourier-Koeffizienten F1;2 , F2;2 und die Phasen μ2,η2 von 12 φ) bestimmen; 3) determine Fourier coefficients F U , F 2; 1 and the phases μ 1 , η 1 of Ι λ (φ) and Fourier coefficients F 1; 2 , F 2; 2 and the phases μ 2 , η 2 of FIG 2 φ);
4) Position und Verkippung des ersten Lasers 8, 28 durch βι,γι,0ι,Βι bestimmen und Position und Verkippung des zweiten Lasers 4, 24 durch β2,γ2,02,Β2 bestimmen; 4) position and tilt of the first laser 8, 28 by β ι , γ ι , 0 ι , Β ι determine and position and tilt of the second laser 4, 24 by β 2 , γ 2 , 0 2 , Β 2 determine;
5) Verstellparameter von Laser 4, 24 und Laser 8, 28 bestimmen; 5) determine adjustment parameters of lasers 4, 24 and lasers 8, 28;
6) Verkippung von Laser 4, 24 und/oder Laser 8, 28 nachjustieren, bis 8X = ±82 ist. 6) Tilt laser 4, 24 and / or laser 8, 28 until 8 X = ± 8 2 .
Äquivalente Bedingungen sind 8xA = 8z28x2 -8zl8xl = 0 und cy = cz2cy2 - c yl = 0 . Equivalent conditions are 8 xA = 8 z2 8 x2 -8 zl 8 xl = 0 and c y = c z2 c y2 -c yl = 0.
Um zwei Laser 4, 8, 24, 28 exakt gegenläufig zu positionieren, geht man erfindungsgemäß bevorzugt wie folgt vor: 1 ) Sicherstellen, dass die Laser 4, 8, 24, 28 grob gegenläufig sind, das heißt, dassIn order to position two lasers 4, 8, 24, 28 exactly in opposite directions, it is preferred according to the invention to proceed as follows: 1) Make sure the lasers 4, 8, 24, 28 are roughly opposite, that is
Czl — ~Cz\ ' C zl - ~ C z \ '
2) Laser 4, 24 und Laser 8, 28 parallel ausrichten (siehe oben); 2) align lasers 4, 24 and lasers 8, 28 in parallel (see above);
3) Position von Laser 4, 24 und/oder Laser 8, 28 nachjustieren, bis i + dz2 ~ dzl czlcxl = bx2 + d* ~ d cz2cx2 und byi + dz2 ~ dzl c yl = by2 + ^zl ~ z2 cz2cy2 sind. 3) Readjust position of laser 4, 24 and / or laser 8, 28 until i + dz2 ~ dzl c zl c xl = b x2 + d * ~ d c z2 c x2 and b yi + dz2 ~ dzl c yl = b y2 + ^ zl ~ z2 c z2 c y2 .
Im Folgenden werden die Auswirkungen von taumelnden Drehachsen z diskutiert. In the following, the effects of tumbling axes of rotation z are discussed.
Bisher wurde davon ausgegangen, dass die Oberflächen der Drehscheibe 12, 32 absolut parallel sind sowie dass die Drehachse z während der Messung exakt positioniert ist und nicht taumelt. So far, it has been assumed that the surfaces of the turntable 12, 32 are absolutely parallel and that the rotation axis z is exactly positioned during the measurement and does not wobble.
In Testversuchen wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschend gefunden, dass eine taumelnde Drehscheibe 12, 32 massive Messfehler in der Bestimmung der Verkippung der Laser 4, 8, 24, 28 bezogen auf die Drehscheibe 12, 32 bewirken, aber die Bestimmung der relativen Verkippung der Laser 4, 8, 24, 28 untereinander praktisch nicht beeinflusst. In test experiments, it was surprisingly found in the context of the present invention that a tumbling turntable 12, 32 cause massive measurement errors in the determination of the tilting of the lasers 4, 8, 24, 28 with respect to the turntable 12, 32, but the determination of the relative tilt of the Lasers 4, 8, 24, 28 are virtually unaffected.
Im Folgenden wird gezeigt, warum das so ist. The following shows why this is so.
Die Neigung der Drehscheibe zur z-Achse erscheint immer in Form des Ausdrucks tan(<5) in den Herleitungsgleichungen. Dieser Ausdruck muss bei einer taumelndenThe inclination of the turntable to the z-axis always appears in the form of the expression tan (<5) in the derivation equations. This expression must be at a staggering
Drehachse durch einen φ -abhängigen Ausdruck ersetzt werden. Da nur die Fourier- Komponenten des Messsignals ausgewertet werden, reicht es aus, den Effekt des Taumeins durch die ersten Terme seine Fourierentwicklung, das heißt durch tan(<5) - (l + i?cos(<p - p)) zu berücksichtigen. Rotational axis to be replaced by a φ-dependent expression. Since only the Fourier components of the measurement signal are evaluated, it is sufficient to take into account the effect of the Taumein by the first terms of its Fourier evolution, ie by tan (<5) - (l + i cos (<p - p)) ,
Ersetzt man also tan(<5) durch tan(<5) - (l + i?cos(<p - p)) in der Gleichung für Ιλ (φ) , entwickelt die Terme in einer Fourier-Reihe und betrachtet die erste Näherung, so ergibt sich Ιλ = (konst - czXBx tan(<5) · cos(<p - βλ) + Thus, replacing tan (<5) by tan (<5) - (l + i cos (<p - p)) in the equation for Ι λ (φ), develops the terms in a Fourier series and considers the first Approximation, it follows Ι λ = (const - c zX B x tan (<5) · cos (<p - β λ ) +
+ B1 - tan2(<5) · (Cj cos(2<p - 7l - ft) - czlR cos(2<p - p - ß,))) - ^l + C^ . + B 1 - tan 2 (<5) · (C j cos (2 <p - 7l - ft) - c zl R cos (2 <p - p - ß,))) - ^ l + C ^.
Gegenüber der ursprünglichen Gleichung ändert sich dabei nur der Fourier-Term der ersten Oberwelle. In contrast to the original equation, only the Fourier term of the first harmonic changes.
Verwendet man diese (verfälschte beziehungsweise abgewandelte und an die taumelnden Drehachsen angepasste) Gleichung bei der Auswertung, so interpretiert man If one uses these (falsified or modified and adapted to the tumbling axes of rotation) equation in the evaluation, one interprets
Cx cos(2<p ~ Yi ~ ßi) ~ czlR cos(2<p - p - ßl) = C cos(2<p - γ( - βγ) und erhält so eine verfälschte Verkippung C{ und Verkippungsrichtung γ{ anstelle der wahren Werte Cl und γλ . C x cos (2 <p ~ Y i ~ ß i ) ~ c zl R cos (2 <p - p - ß l ) = C cos (2 <p - γ (- β γ ) and thus obtains a falsified tilt C {and tilt direction γ {instead of the true values C l and γ λ .
Die Messfehler cxl = cx f l -cxl und cyl = cy f l -cyl in der x- und y-Koordinate der Verkippung des ersten Lasers 8, 28 aufgrund der taumelnden Drehachse betragen dann c*i = -cziR cos(p); cyl = -czlR sin(p), was aus der folgenden Nebenrechnung deutlich wird: Zum einen ist The measurement errors c xl = c x f l -c xl and c yl = c y f l -c yl in the x and y coordinates of the tilt of the first laser 8, 28 due to the tumbling axis of rotation are then c * i = - c z iR cos (p); c yl = -c zl R sin (p), which becomes clear from the following subaccount: Firstly
C{ cos(2cp - ßj -γ f ) - Cj cos(2cp - ßj -γ ) C {cos (2cp - ß j -γ f) - C j cos (2cp - ß j -γ)
= -czli? - cos(2(p - ßj - p) = -c zl i? - cos (2 (p - ß j - p)
= -czlR cos(p ) · cos(2cp - ßj ) - czlR sin(p ) · sin(2cp - ß j ), und zum anderen gilt für den gleichen Ausdruck = -c zl R cos (p) · cos (2cp - ß j ) - c zl R sin (p) · sin (2cp - ß j ), and the other applies to the same expression
C{ cos(2<p - jßj - yf ) - Cj cos(2<p - βλ - γ) C {cos (2 <p - j ß j - y f) - C j cos (2 <p - β λ - γ)
= C{ cos(/ f ) · cos(2<p - ß1) + C{ sin(/ f )■ sin(2<p - ßx ) = C {cos (/ f ) * cos (2 <p -β 1 ) + C {sin (/ f ) ■ sin (2 <p -β x )
- Cj COS(/) · cos(2<p - jßj) - Cj sin(/) · sin(2<p - βλ) C j COS (/) cos (2 <p-jβ j ) -C j sin (/) x sin (2 <p -β λ )
= cx f l · cos(2<p - ßx) + cy f l - sin(2<p - βλ ) - cxl ■ cos(2<p - βλ ) - cxl ■ sin(2<p - βλ ) = c x f l · cos (2 <p - ß x ) + c y f l - sin (2 <p - β λ ) - c xl ■ cos (2 <p - βλ ) - c xl ■ sin (2 <p - βλ )
= c i■ cos(2<p - ßj ) + c * ■ sin(2<p - ß, ), wodurch sich die gesuchte Beziehung aus dem Vergleich der Ergebnisterme der Umformungen, also = ci ■ cos (2 <p -βj ) + c * ■ sin (2 <p -β,), whereby the sought relationship from the comparison of the result terms of the transformations, ie
- czlR cos(p) · cos(2<p - jßj ) - czlR sin(p) · sin(2<p - βλ ) = cxl■ cos(2<p - βλ ) + cyl · sin(2<p - βλ ) , ergibt, da die Gleichung für alle möglichen Winkel φ erfüllt sein muss. Analog gilt für den Messfehler in der Verkippung des zweiten Lasers 4, 24 c*2 = -cz2 R cos(p); cy2 = -cz2R sin(p). C zl R cos (p) * cos (2 <p - j ß j) - - c zl R sin (p) * sin (2 <p - β λ) = c xl ■ cos (2 <p - β λ) + c yl · sin (2 <p - βλ ), it follows that the equation must be satisfied for all possible angles φ. Similarly, for the measurement error in the tilt of the second laser 4, 24 c * 2 = -c z2 R cos (p); c y2 = -c z2 R sin (p).
Berechnet man nun den zu erwartenden Messfehler in der x- und y-Komponente der relativen Verkippungen des zweiten Lasers 4, 24 zum ersten Laser 8, 28, so ergibt sich für die x-Komponente Calculating now the expected measurement error in the x and y component of the relative tilting of the second laser 4, 24 to the first laser 8, 28, the result for the x-component
= cz2 (c»2 -cx2) ~ czl ic{i -cxl) = cz2ci2 - c i, = -R cos(p ) + R cos(p ) = 0. Analog folgt für die y-Komponente cyfA - CyA = (c(2c 2 - c{xcy f X ) - (cz2cy2 - c yl) = ... = Cz2cy2 - c yl = -R sin( p) + R sin( p) = 0. = c z2 (c »2 -c x2 ) ~ c zl ic {i -c xl ) = c z2 ci 2 - ci, = -R cos (p) + R cos (p) = 0. Similarly, for the y - component cy f A - CyA = (c ( 2 c 2 - c { x c y f X ) - (c z2 c y2 - c yl ) = ... = C z2 c y2 - c yl = -R sin ( p) + R sin (p) = 0.
Also bewirkt ein Taumeln der Drehachse jeweils Messfehler in den Werten der Verkippung der Laser 4, 8, 24, 28 bezüglich der Koordinatenachse z, das heißt, ci ^ cxl , cy f l * cyl , Ο{2 Φ ΟΧ2 und cy f 2 ^ cy2 . Die relative Verkippung wird allerdings nicht beeinflusst, das heißt, A = cxA und A = cxA , da sich die Fehlerkomponenten in denThus, wobbling of the rotational axis causes each measurement errors in the values of the tilt of the laser 4, 8, 24, 28 with respect to the coordinate axis z, that is, ci ^ c xl, c y f l * c yl, Ο {2 Φ Ο Χ2 and c y f 2 ^ c y2 . However, the relative tilt is not affected, that is, A = c xA and A = c xA , since the error components in the
Verkippungen bei der Berechnung der relativen Verkippung genau aufheben. Cancel tilting when calculating the relative tilting exactly.
Erfindungsgemäße Verfahren weisen also ganz im Allgemeinen den Vorteil auf, dass ein Taumeln der Drehachse, sowie eine nicht genau bekannte Drehachse und Geometrie des Eichkörpers 12, 32 durch die Bestimmung der Position und der Ausrichtung der Laser 4, 8, 24, 28 zueinander in guter Näherung kompensiert werden kann. Dies führt dazu, dass weniger genau auf die Lagerung des Eichkörpers 12, 32 im Messaufbau geachtet werden muss und dass der Eichkörper 12, 32 weniger genau gefertigt werden muss, als wenn nur die Position und Ausrichtung eines Lasers zu einem Eichobjekt bestimmt und eingestellt wird. Das gleiche gilt auch für eine ungewollte leichte Verformung des Eichkörpers 12, 32. Thus, in general, methods according to the invention have the advantage that a tumbling of the axis of rotation, as well as a not exactly known axis of rotation and geometry of the calibration body 12, 32 by determining the position and orientation of the laser 4, 8, 24, 28 to each other in good Approximation can be compensated. This means that less attention must be paid to the storage of the calibration body 12, 32 in the measurement setup and that the calibration body 12, 32 must be made less accurate than if only the position and orientation of a laser to a calibration object is determined and set. The same applies to an unwanted slight deformation of the calibration body 12, 32nd
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the foregoing description, as well as the claims, figures and embodiments may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 , 2 Laserabstandssensor 1, 2 laser distance sensor
4, 8, 24, 28 Laser 4, 8, 24, 28 lasers
6, 10 Sensor 6, 10 sensor
12, 32 Eichkörper 12, 32 calibration bodies
Geometrische Variablen δ Verkippungswinkel zwischen Drehscheibe (12, 32) und Drehachse Geometric variables δ Tilt angle between turntable (12, 32) and axis of rotation
(z) (Z)
φ Winkel zwischen Projektion des Gradienten der Drehscheibe (12, φ angle between projection of the gradient of the turntable (12,
32) in x-y-Ebene und x-Achse 32) in x-y plane and x-axis
n Normalvektor der Drehscheibe (12, 32) (mit positiver z-Komponente) n normal vector of the turntable (12, 32) (with positive z-component)
Positionsvektoren der Schnittpunkte der zum ersten Laser bzw. zweiten Laser gewandten Oberfläche der Drehscheibe (12, 32) mit der Drehachse (z) Position vectors of the points of intersection of the surface of the turntable (12, 32) facing the first laser or second laser with the axis of rotation (z)
z-Komponenten der Positionsvektoren ^ , ^2 z-components of the position vectors ^, ^ 2
Ε E2 virtuelle Ebenen senkrecht zur Drehachse auf z-Höhe von , ^2 Ε E 2 virtual planes perpendicular to the axis of rotation at z-height of, ^ 2
Positionsvektor des virtuellen Schnittpunktes des ersten Laserstrahls (8, 28) mit Ebene E^ Position vector of the virtual intersection of the first laser beam (8, 28) with plane E ^
x- ,y- ,z-Komponente des Positionsvektors bx x, y, z component of the position vector b x
Abstand des Positionsvektors bx von Drehachse (z) ßi Winkel zwischen Projektion des Positionsvektors bx in x-y-Ebene und x-Achse (=Richtung des virtuellen Schnittpunktes bx ) Distance of position vector b x of rotation axis (z) ßi Angle between projection of position vector b x in xy-plane and x-axis (= direction of virtual intersection b x )
Richtungsvektor des ersten Laserstrahls (8, 28) in Richtung steigender Messwerte Direction vector of the first laser beam (8, 28) in the direction of increasing measured values
Cx\ ' Cyl ' Cz\ x- ,y- ,z-Komponente des Richtungsvektors c1 C x \ 'C yl' C z \ x, y, z component of the direction vector c 1
Cl auf | czl | normierter Richtungsvektor c1 , d. h. c1 = 1/ 1 czl |•c1 C l on | c zl | normalized direction vector c 1 , ie c 1 = 1/1 c zl | • c 1
Cx\ ' Cy\ ' Cz\ x- ,y- ,z-Komponente des normierten Richtungsvektors Cj mit czl = sign(czl ) C x \ C y \ ' C z \ x, y, z component of the normalized direction vector Cj with c zl = sign (c zl )
Amplitude der normierten Verkippung c1 projiziert in x-y-EbeneAmplitude of normalized tilt c 1 projected in xy plane
Winkel zwischen Projektion des Richtungsvektors c1 in x-y-Ebene und x-Achse (=Richtung der Verkippung) Angle between projection of the direction vector c 1 in xy-plane and x-axis (= direction of tilting)
CxA ' CyA x- ,y-Komponente der relativen Verkippung von zweitem Laser (4, 24) zu erstem Laser (8, 28) definiert durch cxA = cz2cx2 - czlcxl und C xA ' C yA x, y component of the relative tilt of second laser (4, 24) to the first laser (8, 28) defined by c xA = c z2 c x2 - c zl c xl and
CyA ~ Cz2Cy2 ~ Cz\Cy\ C yA ~ C z2 C y2 ~ C z \ C y \
Tj = arctan(C1) Winkel zwischen erstem Laserstrahl (8, 28) und Parallele zur T j = arctan (C 1 ) Angle between first laser beam (8, 28) and parallel to
Drehachse (z) Rotation axis (z)
X x-Achse senkrecht zur z-Achse des kartesischen X x axis perpendicular to the z axis of the Cartesian
Koordinatensystems coordinate system
y y-Achse senkrecht zur z-Achse und x-Achse des kartesischen y y axis perpendicular to the z axis and x axis of the Cartesian
Koordinatensystems coordinate system
z Drehachse des Eichkörpers und z-Achse des kartesischen z axis of rotation of the calibration body and z-axis of the Cartesian
Koordinatensystems coordinate system
Messwerte und -parameter k Messwert des ersten Lasersensors 1 beim Auftreffen auf die Measured values and parameters k Measured value of the first laser sensor 1 when hitting the
Drehscheibe (12, 32) Turntable (12, 32)
Messwert des ersten Lasersensors 1 beim Vermessen des Punktes bx Measurement of the first laser sensor 1 when measuring the point b x
Fo,i konstanter Term in Fourierentwicklung von 1λ (φ) F o, i constant term in Fourier evolution of 1 λ (φ)
Fn Amplitude der Grundwelle von 1λ (φ) F n amplitude of the fundamental wave of 1 λ (φ)
F2,l Amplitude der 1 . Oberwelle von 1λ (φ) F 2, l amplitude of the 1. Harmonic of 1 λ (φ)
Phasenlage der der Grundwelle von 1λ (φ) Phase angle of the fundamental wave of 1 λ (φ)
Phasenlage der 1 . Oberwelle von 1λ (φ) Phase position of the 1. Harmonic of 1 λ (φ)
ω (konstante) Winkelgeschwindigkeit d<p/df der Drehscheibe (12, 32) ω (constant) angular velocity d <p / df of the rotary disc (12, 32)
Claims
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