DE3926438A1 - Verfahren und vorrichtung zur vermessung der bewegungsbahn eines eben oder raeumlich bewegten punktes - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur vermessung der bewegungsbahn eines eben oder raeumlich bewegten punktesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Vermessung von Bewegungsbahnen.
Die punktweise Vermessung großräumiger Bewegungsbahnen kann mit
verschiedenen Hilfsmitteln, wie Maßverkörperungen, Koordinaten
meßgeräten oder optischen Verfahren wie Triangulations- oder
Laufzeitmessungen erfolgen. Alle diese genannten Methoden sind
entweder sehr wenig flexibel, gerätetechnisch aufwendig oder
erfordern umfangreichen regelungstechnischen Aufwand zur präzisen
Nachführung.
In Vermeidung der geschilderten Nachteile liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein
Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit
geringem apparativen Aufwand bei großer Variabilität eine ein
fache Bahnbestimmung ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß am Rand
der zu erwartenden Bewegungsbahn des räumlich oder eben bewegten
Objekts drei Wegaufnehmer im Abstand d₁, d₂, bzw. d₃ von
einander aufgestellt werden (siehe Fig. 1). Daß weiter in dieser
Grundeinstellung die Abstände d₁, d₂ und d₃ der Wegaufnehmer
durch zyklisches Ausmessen von jeweils einem zum nächsten be
nachbarten Aufnehmer durch diese Aufnehmer selbst bestimmt
werden und daß ferner diese Aufnehmer dann an dem oder den bewegten
Punkten eingekoppelt werden und zur Bestimmung der Bewegungs
bahn des Objekts in vorzugebenden Zeitabständen die Längen
der Meßaufnehmer erfaßt und ausgewertet werden.
Dadurch, daß die Wegaufnehmer praktisch an beliebiger Stelle
aufgestellt werden können, ist eine variable, anpaßbare Bahnbe
stimmung mit geringem Aufwand möglich.
Zur Vermessung einer ebenen Bewegungsbahn und der Bestimmung
des jeweiligen Orientierungswinkels eines in einer Ebene bewegten
Objektes können in besonders vorteilhafter Weise im Randbe
reich der zu erwartenden Bewegungsbahn die drei Wegaufnehmer
wie oben beschrieben aufgestellt und ihre Abstände zueinander
ausgemessen werden. Außerdem werden die Enden zweier Maßverkör
perungen mit dem Anlenkpunkt "4" des bewegten Objektes (siehe
Fig. 2) und das Ende der letzten Maßverkörperung mit einem im
Abstand l vom Anlenkpunkt "4" befindlichen weiteren Koppelpunkt
"5" verbunden und dann zur Bestimmung der ebenen Bewegungsbahn
und der Orientierungsrichtung des bewegten Objekts in vor
zugebenden Zeitabständen die Längen der Wegaufnehmer erfaßt und
ausgewertet.
Zur Bestimmung der Raumbahn sind besonders vorteilhaft wie oben
beschrieben die Wegaufnehmer aufzustellen und ihre Grundein
stellung einzumessen. Dann werden alle Maßverkörperungen mit
dem räumlich bewegten Punkt "P" verbunden und in vorzugebenden
Zeitabständen jeweils die Länge zwischen dem zugeordneten
Wegaufnehmer und dem bewegten Punkt erfaßt (siehe Fig. 3).
Durch die computergestützte Erfassung und Auswertung der Längen
kann die Bewegungsbahn punktweise mit geringem Abstand berechnet
werden.
Als Meßaufnehmer können generell beliebig geartete mechanische
Maßverkörperungen wie Glasmaßstäbe, magnetisch kodierte Band-
oder Stabmaßstäbe oder Seilzugwegaufnehmer eingesetzt werden,
die mit der jeweils zugehörigen Leseeinheit abgetastet werden
und ein Ausgangssignal in Form von Impulsen oder Analoggrößen
liefern. Die Auswertung dieser Signale erfolgt mit Personal
Computer oder VME-Bus-Rechner in Echtzeit. Dabei wird über die
Software die Abtastfrequenz der Bahn festgelegt, die Berechnung
der Koordinaten vorgenommen und Transformationen der ermittelten
Koordinaten in beliebige andere Koordinatensysteme ermöglicht.
Die mit den Aufnehmern verbundenen Maßverkörperungen (Maßstäbe,
Bänder, Seile) sind, um gegenseitige Behinderung beim Drehen
des in einer Ebene bewegten Objekts zu vermeiden, höhenversetzt
in verschiedenen Höhenlagen am Objekt angebracht (siehe Fig. 4).
Bei der ebenen Bahnvermessung kann darüber hinaus aus den ver
messenen Bahnpunkten die Bahn jedes beliebigen Punktes des
bewegten Objekts berechnet und ggf. transformiert werden.
Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen
zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beige
fügten Zeichnungen in der nachstehenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die schematische Anordnung dreier
Wegaufnehmer in Draufsicht sowie die
Gegebenheiten beim Einmessen der
Grundeinstellung,
Fig. 2 die Meßanordnung zur Bestimmung der
ebenen Bewegungsbahn und Orientierung
eines Objekts,
Fig. 3 die Meßanordnung für die Bestimmung der
räumlichen Bewegung eines Punktes "P" in
perspektivischer Darstellung und
Fig. 4 die Vorrichtung zum Ausschluß gegen
seitiger Behinderungen der Maßverkörperungen
bei der Vermessung ebener Bahnkurven, sowie
die daran befindliche mechanische Ausführung
des passiven Schalters zur Vorzeichen
entscheidung.
Für die zwei beschriebenen Meßanordnungen werden für entsprechende
Teile und Maße die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Gemäß Fig. 1 sind um die zu erwartende Bewegungsbahn herum auf
fahrbaren, nicht näher dargestellten Stützen montiert, drei
Wegaufnehmer "1", "2" und "3" angeordnet. Der Abstand der
Wegaufnehmer "1" und "2" in der x-Achse beträgt dabei d₁ und
entspricht der Rechengröße b. Der Abstand des Wegaufnehmers "2"
zum Aufnehmer "3" beträgt d₂ und derjenige des Aufnehmers "3"
zum Wegaufnehmer "1" beträgt d₃. Der Winkel zwischen den
Wegaufnehmern "3", "1" und "2" beim Wegaufnehmer "1" beträgt α.
Damit mißt der Abstand des Wegaufnehmers "3" von der y-Achse
b₁, und der senkrechte Abstand des Wegaufnehmers "3" von der x-
Achse e. Die geometrischen Beziehungen leiten sich wie folgt
her:
b = d₁
α = arcos (d₁² + d₃² - d₂²)/(2 · d₁ · d₂)
α = arcos (d₁² + d₃² - d₂²)/(2 · d₁ · d₂)
daraus folgt:
b₁ = d₃ · cos α
und
e = d₃ · sin α.
und
e = d₃ · sin α.
Die Abstände der einzelnen Wegaufnehmer "1", "2" und "3" können
durch diese selbst bestimmt werden, durch zyklisches Verbinden
der Aufnehmer mit jeweils dem benachbart angeordneten
Wegaufnehmer. Diese "Selbstkalibrierung" wird zu Beginn einer
Meßreihe durchgeführt.
In Fig. 2 ist die Anordnung zur Vermessung der Bahnkurve eines
eben bewegten Objekts dargestellt. Im Anlenkpunkt "4" sind die
Maßverkörperungen der Wegaufnehmer "1" und "2" eingeklinkt,
während im Abstand l vom Anlenkpunkt "4", im Anlenkpunkt "5"
also, das Ende der Maßverkörperung des 3. Aufnehmers
angekoppelt ist. Mit den Aufnehmern "1", "2" und "3" werden
jeweils die Längen d₁, d₂ und d₃ zu vorzugebenden Zeitpunkten
ermittelt.
Damit ergeben sich dann die Koordinaten wie folgt:
Durch Beschränkung von y auf positive Werte wird die Positions
bestimmung eindeutig.
Der Orientierungswinkel ermittelt sich wie folgt:
ergeben sich die Hilfsgrößen
Weiter ergeben sich die in Fig. 2 eingezeichneten Winkel zu:
β = arctan (e - y′)/(b₁ - x′)
und:
ψ = arctan (y′/x′)
und:
ψ = arctan (y′/x′)
und schließlich der Winkel c zu:
c = ψ + β
Das Vorzeichen von y′ wird über einen passiven Schalter an der
Meßvorrichtung des Fahrzeugs erhalten, dessen Signal von den
Maßverkörperungen übertragen und dann vom Rechner ausgewertet
wird.
Zur räumlichen Kurvenbestimmung gemäß Fig. 3 wird durch die
Seillängen d₁ und d₂ die Lage einer x-z-Ebene festgelegt, deren
x-Koordinate sich ergibt zu:
x = (b² + d₁² - d₂²)/(2 · b)
Der Abstand des bewegten Punktes "P" von der x-Achse beträgt
demnach:
Entsprechend gilt auch:
r² = y² + z².
Die Meßlänge d₃ ist zugleich auch der Radius einer Kugel um den
3. Wegaufnehmer. Dabei gilt:
d₃² = (b - x)² + (e - y)² + z²
Weiter ergibt sich damit:
y = {d₁² + e² - d₃² - x² + (b₁ - x)²}/(2 · e)
Schließlich ergibt sich noch die z-Koordinate zu:
Wieder kann formal z positiv oder negativ sein. Aus praktischen
Überlegungen, die Wegaufnehmer "1", "2" und "3" stehen auf dem
Boden, entfällt aber die negative z-Koordinate, so daß dann die
Position des gesuchten Punktes eindeutig bestimmt ist.
Nachdem diese Berechnungen in vorzugebenden relativ kleinen
Zeitschriften durchgeführt werden, ist der jeweilige Bahnver
lauf punktweise erfaßt und kann über EDV weiterverarbeitet und
ausgewertet werden.
Die Genauigkeit und der Meßbereich der Anordnung hängt ab von
Genauigkeit und Meßbereich der Aufnehmer "1", "2" und "3". Als
Geber können Seilzugwegaufnehmer ebenso genommen werden, wie
Linearpotentiometer, inkremental abgetastete Glasmaßstäbe oder
induktiv abgetastete Metallbänder oder -stäbe.
Claims (6)
1. Verfahren zur Messung der Bewegungsbahn eines eben oder
räumlich bewegten Punktes, dadurch gekennzeichnet, daß im
Randbereich der erwarteten Bewegungsbahn drei Wegaufnehmer
"1", "2" und "3" mit jeweils einer Maßverkörperung im
Abstand d₁, d₂ und d₃ zueinander aufgestellt werden, daß
ferner in dieser Grundeinstellung ggf. die Abstände d₁, d₂
und d₃ der Wegaufnehmer "1", "2" und "3" zueinander durch
zyklisches Verbinden der Maßverkörperungen mit dem jeweils
benachbarten Wegaufnehmer ("1", "2" bzw. "3") bestimmt
werden.
2. Verfahren zur Messung einer ebenen Bewegungsbahn und der
Bestimmung des jeweiligen Orientierungswinkels eines in dieser
Bahn bewegten Objektes, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
im Randbereich der zu erwarteten ebenen Bewegungsbahn drei
Wegaufnehmer ("1", "2" und "3") wie unter Anspruch 1
beschrieben aufgestellt und eingemessen werden, daß weiter
die Maßverkörperungen zweier Meßwertgeber ("1" und "2") am
Anlenkpunkt "4" des Objekts und das Ende der Maßverkörperung
des letzten Meßwertgebers ("3") mit einem im Abstand l zum
Anlenkpunkt "4" befindlichen Anlenkpunkt "5" verbunden
werden. Und daß damit zur Bestimmung der ebenen Bewegungs
bahn und der Orientierungsrichtung des bewegten Objekts
in vorzugebenden Zeitabständen die jeweiligen Längen der
Maßverkörperungen erfaßt und ausgewertet werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens nach An
spruch 1 zur Messung der räumlichen Bewegungsbahn eines be
wegten Punktes "P", dadurch gekennzeichnet, daß drei wie
unter Anspruch 1 aufgestellte und eingemessene Wegaufnehmer
("1", "2" und "3") vorgesehen sind, die über jeweils eine
Maßverkörperung mit dem bewegten Punkt "P" verbunden sind
und daß dabei in vorgegebenen Zeitabständen jeweils die
Länge der Maßverkörperungen zwischen dem zugeordneten
Weggeber ("1", "2" und "3") und dem bewegten Punkt "P"
bestimmt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß Weggeber ("1", "2" und "3") wie
unter Anspruch 1 aufgestellt und eingemessen werden, daß
weiter die Enden der Maßverkörperungen zweier Weggeber ("1",
und "2") mit einem Anlenkpunkt "4" des bewegten Objekts
verbunden sind und das Ende der letzten Maßverkörperung
("3") mit einem im Abstand l vom Anlenkpunkt "4" entfernten
weiteren Koppelpunkt "5" des bewegten Objekts verbunden ist
und daß an dieser Vorrichtung ein passiver Schalter so
angebracht ist, daß eine eindeutige Vorzeichenentscheidung
über die Winkellage des zu vermessenden Objekts getroffen
werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
3 mit den Wegaufnehmern "1", "2" und "3" verbundenen Maßver
körperungen höhenversetzt an dieser Vorrichtung, die starr
mit dem Fahrzeug verbunden ist, angebracht sind und daß die
Maßverkörperungen die Schaltinformation des passiven
Schalters an dieser Vorrichtung übertragen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wegaufnehmer "1", "2" und "3" digitale
Pulse oder analoge Signale abgeben, daß der passive Schalter
an der Vorrichtung nach Anspruch 4 die Information "Kontakt
oder kein Kontakt" zur Vorzeichenentscheidung liefert und
daß diese Signale mit einem PC oder VME-Bus-Rechner erfaßt
und verarbeitet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3926438A DE3926438A1 (de) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Verfahren und vorrichtung zur vermessung der bewegungsbahn eines eben oder raeumlich bewegten punktes |
Applications Claiming Priority (1)
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DE3926438A DE3926438A1 (de) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Verfahren und vorrichtung zur vermessung der bewegungsbahn eines eben oder raeumlich bewegten punktes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3926438A1 true DE3926438A1 (de) | 1991-02-14 |
DE3926438C2 DE3926438C2 (de) | 1993-01-07 |
Family
ID=6386863
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3926438A Granted DE3926438A1 (de) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | Verfahren und vorrichtung zur vermessung der bewegungsbahn eines eben oder raeumlich bewegten punktes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3926438A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19929774A1 (de) * | 1999-06-29 | 2001-01-18 | Klaus Schlickenrieder | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objekts |
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DE3205362C2 (de) * | 1982-02-15 | 1988-05-26 | Pfeifer, Tilo, Prof. Dr.-Ing. |
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1989
- 1989-08-10 DE DE3926438A patent/DE3926438A1/de active Granted
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