DE3926438C2 - - Google Patents
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- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Vermessung einer Bahnkurve eines räumlich bewegten Objekts
oder eines in einer Ebene bewegten Objekts und Bestimmung des
jeweiligen Orientierungswinkels des in der Ebene bewegten
Objekts mit drei im Randbereich der erwarteten Bahn mit
Abstand voneinander, nicht in einer Linie angeordneten
Wegaufnehmern, bei dem die Abstände von einem zum jeweils
nächst benachbarten Wegaufnehmer durch die Wegaufnehmer
selbst durch zyklisches Ausmessen bestimmt werden und
anschließend die Wegaufnehmer mindestens an einem Punkt des
Objekts angekoppelt und zur Bestimmung der Bewegungsbahn des
Objekts in vorzugebenden Zeitintervallen die jeweiligen
Abstände des mindestens einen Punktes zu den Wegaufnehmern
erfaßt und ausgewertet werden.
Bei einem solchen aus der DE-PS 32 05 362 bekannten Verfahren
sind vier Laserinterferometer an vier in einer Ebene
liegenden Eckpunkten eines Rohrgerüstes gehalten und auf der
zu vermessenden Oberfläche ist ein als Meßpunkt dienender
Doppelreflektor-Spiegel mittels einer Verstellvorrichtung
(Meßroboter) in einer vorzugebenden Bahn verschiebbar.
Aus einer Laserquelle gelangen Laserstrahlen über an den
Eckpunkten des Gestells angeordneten servogelenkten
Strahlrichtern auf den Tripelreflektor, von wo aus sie zur
interferometrischen Distanzmessung an den Interferometern
reflektiert werden. Nachteilig ist der hohe apparative Aufwand
zum Nachführen der einzelnen auf den Retroreflektor
auftreffenden Laserstrahlen. Es sind hier hochpräzise Bauteile
und ein erheblicher Regelaufwand erforderlich. Ein noch
größerer apparativer Aufwand ist für das Verfahren und die
Vorrichtung nach der DE-OS 32 26 005 erforderlich.
Aus der DE-OS 36 29 689 ist eine Positionsmeßvorrichtung
bekannt, die sich der Laserinterferometrie zur
Entfernungsmessung bedient, so daß auch hier ein großer
apparativer Aufwand erforderlich ist.
Diese bekannten Meßverfahren und Meßsysteme benötigen viel
Energie, so daß zu deren Betrieb in der freien Feldvermessung
zusätzliche Stromaggregate benötigt werden.
In Vermeidung dieser Nachteile liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahen und eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit geringem
apparativem Aufwand bei großer Variabilität eine einfache
Bahnbestimmung ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß
mechanische Wegaufnehmer, die jeweils eine Maßverkörperung
aufweisen, verwendet werden, daß die Wegaufnehmer unabhängig
voneinander in einer beliebig vorgebbaren Grundeinstellung
aufgestellt und anschließend deren Abstände durch zyklisches
Verbinden der Enden der Maßverkörperungen mit dem jeweils
benachbarten Wegaufnehmer bestimmt werden, daß anschließend zur
Bestimmung der Raumkurve des Objekts die Enden der mit den drei
Wegaufnehmern verbundenen Maßverkörperungen an einem
gemeinsamen Punkt P des Objekts oder zur Bestimmung der ebenen
Bewegungsbahn und des jeweiligen Orientierungswinkels des
Objekts die Enden von zwei der Maßverkörperungen an einem
Anlenkpunkt und das Ende der anderen Maßverkörperungen an einem
in einem bestimmten Abstand zum Anlenkpunkt befindlichen
weiteren Anlenkpunkt des Objekts befestigt werden, und daß
durch intermittierende Erfassung und Auswertung der
Abstandsveränderung zwischen dem Punkt P oder den Anlenkpunkten
des bewegten Objekts und den Wegaufnehmern in der
Grundeinstellung die Raumkurve oder die ebene Bewegungsbahn und
der Orientierungswinkel des Objekts bestimmt werden.
Dadurch, daß die Wegaufnehmer praktisch an beliebiger Stelle
aufgestellt werden können, ist eine variable, anpaßbare
Bahnbestimmung mit geringem Aufwand möglich.
Eine Vermessung der räumlichen Bahnkurve eines Objekts kann
besonders einfach mit geringem Aufwand dadurch erfolgen, daß
drei mechanische Wegaufnehmer, die jeweils eine Maßverkörperung
aufweisen, vorgesehen sind, daß die Wegaufnehmer jeweils
unabhängig voneinander auf einer fahrbaren Stütze montiert und
auf einer Ebene aufstell- und einmeßbar sind, daß am Objekt ein
Anlenkpunkt P vorgesehen ist, an dem die Enden der mit dem
jeweiligen Wegaufnehmer verbundenen Maßverkörperungen
anbringbar sind, und daß in vorzugebenden Zeitintervallen
jeweils die Längen der Maßverkörperungen zwischen dem bewegten
Anlenkpunkt P und den zugeordneten Wegaufnehmern erfaßt und
über einen Rechner zur Bestimmung der Bahnkurve des Objekts
ausgewertet werden.
Ein besonders geringer apparativer Aufwand zur Durchführung des
beschriebenen Meßverfahrens kann dadurch realisiert werden, daß
drei mechanische Wegaufnehmer, die jeweils eine Maßverkörperung
aufweisen, vorgesehen sind, daß die Wegaufnehmer jeweils
unabhängig voneinander auf einer fahrbaren Stütze montiert und
auf einer Ebene aufstell- und einmeßbar sind, daß am Objekt ein
erster Anlenkpunkt und ein zweiter Anlenkpunkt mit einem
bestimmten Abstand vom ersten Anlenkpunkt vorgesehen sind,
wobei am ersten Anlenkpunkt die Enden von zwei der mit den
zugeordneten Wegaufnehmern verbundenen Maßverkörperungen und am
zweiten Anlenkpunkt das Ende der letzten mit dem zugeordneten
Wegaufnehmer verbundenen Maßverkörperung anbringbar sind, und
daß in vorzugebenden Zeitintervallen jeweils die Längen der
Maßverkörperungen zwischen den Anlenkpunkten und den
zugeordneten Wegaufnehmern erfaßt und über einen Rechner zur
Bestimmung der Bahnkurve und des Orientierungswinkels des
Objekts ausgewertet werden.
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 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.
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 des Anlenkpunktes "4" wie folgt:
Durch Beschränkung von y auf positive Werte wird die Positions
bestimmung eindeutig.
Der Orientierungswinkel C ermittelt sich wie folgt:
ergeben sich die Hilfsgrößen im System hx, hy
Weiter ergeben sich die in Fig. 2 eingezeichneten Winkel zu:
β = arctan (e - y′)/(b - 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 eines 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 + (b - 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
Zeitschritten 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 (5)
1. Verfahren zur Vermessung einer Bahnkurve eines räumlich
bewegten Objekts oder eines in einer Ebene bewegten
Objekts und Bestimmung des jeweiligen Orientierungswinkels
des in der Ebene bewegten Objekts mit drei im Randbereich
der erwarteten Bahn mit Abstand (d1, d2, d3) voneinander,
nicht in einer Linie angeordneten Wegaufnehmern (1, 2, 3),
bei dem die Abstände (d1, d2, d3) von einem zum jeweils
nächst benachbarten Wegaufnehmer durch die Wegaufnehmer
selbst durch zyklisches Ausmessen bestimmt werden und
anschließend die Wegaufnehmer (1, 2, 3) mindestens an
einem Punkt (P, 4, 5) des Objekts angekoppelt und zur
Bestimmung der Bewegungsbahn des Objekts in vorzugebenden
Zeitintervallen die jeweiligen Abstände des mindestens
einen Punktes (P, 4, 5) zu den Wegaufnehmern (1, 2, 3)
erfaßt und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß mechanische Wegaufnehmer (1, 2, 3), die jeweils eine
Maßverkörperung aufweisen, verwendet werden, daß die
Wegaufnehmer (1, 2, 3) unabhängig voneinander in einer
beliebig vorgebbaren Grundeinstellung aufgestellt und
anschließend deren Abstände (d1, d2, d3) durch zyklisches
Verbinden der Enden der Maßverkörperungen mit dem jeweils
benachbarten Wegaufnehmer (1, 2, 3) bestimmt werden, daß
anschließend zur Bestimmung der Raumkurve des Objekts die
Enden der mit den drei Wegaufnehmern (1, 2, 3) verbundenen
Maßverkörperungen an einem gemeinsamen Punkt P des Objekts
oder zur Bestimmung der ebenen Bewegungsbahn und des
jeweiligen Orientierungswinkels des Objekts die Enden von
zwei der Maßverkörperungen an einem Anlenkpunkt (4) und
das Ende der anderen Maßverkörperungen an einem in einem
bestimmten Abstand l zum Anlenkpunkt (4) befindlichen
weiteren Anlenkpunkt (5) des Objekts befestigt werden, und
daß durch intermittierende Erfassung und Auswertung der
Abstandsveränderung zwischen dem Punkt P oder den
Anlenkpunkten (4, 5) des bewegten Objekts und den
Wegaufnehmern (1, 2, 3) in der Grundeinstellung die
Raumkurve oder die ebene Bewegungsbahn und der
Orientierungswinkel des Objekts bestimmt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens nach
Anspruch 1 zur Vermessung der räumlichen Bahnkurve eines
Objekts, dadurch gekennzeichnet, daß drei mechanische
Wegaufnehmer (1, 2, 3), die jeweils eine Maßverkörperung
aufweisen, vorgesehen sind, daß die Wegaufnehmer (1, 2, 3)
jeweils unabhängig voneinander auf einer fahrbaren Stütze
montiert und auf einer Ebene aufstell- und einmeßbar sind,
daß am Objekt ein Anlenkpunkt P vorgesehen ist, an dem die
Enden der mit dem jeweiligen Wegaufnehmer (1, 2, 3)
verbundenen Maßverkörperungen anbringbar sind, und daß in
vorzugebenden Zeitintervallen jeweils die Längen der
Maßverkörperungen zwischen dem bewegten Anlenkpunkt P und
den zugeordneten Wegaufnehmern (1, 2, 3) erfaßt und über
einen Rechner zur Bestimmung der Bahnkurve des Objekts
ausgewertet werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens nach
Anspruch 1 zur Vermessung der Bahnkurve und Bestimmung des
Orientierungswinkels des in einer Ebene bewegten Objekts,
dadurch gekennzeichnet, daß drei mechanische Wegaufnehmer,
die jeweils eine Maßverkörperung aufweisen, vorgesehen
sind, daß die Wegaufnehmer (1, 2, 3) jeweils unabhängig
voneinander auf einer fahrbaren Stütze montiert und auf
einer Ebene aufstell- und einmeßbar sind, daß am Objekt ein
erster Anlenkpunkt (4) und ein zweiter Anlenkpunkt (5) mit
einem bestimmten Abstand l vom ersten Anlenkpunkt (4)
vorgesehen sind, wobei am ersten Anlenkpunkt (4) die Enden
von zwei der mit den zugeordneten Wegaufnehmern (1, 2)
verbundenen Maßverkörperungen und am zweiten Anlenkpunkt
(5) das Ende der letzten mit dem zugeordneten Wegaufnehmer
(3) verbundenen Maßverkörperung anbringbar sind, und daß in
vorzugebenden Zeitintervallen jeweils die Längen der
Maßverkörperungen zwischen den Anlenkpunkten (4, 5) und den
zugeordneten Wegaufnehmern (1, 2, 3) erfaßt und über einen
Rechner zur Bestimmung der Bahnkurve und des
Orientierungswinkels des Objekts ausgewertet werden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anlenkpunkte auf einem Kragarmständer vorgesehen sind,
wobei der erste Anlenkpunkt (4) zweigeteilt an einer
vertikal verlaufenden Säule und der zweite Anlenkpunkt (5)
an einem abstehenden Arm höhenversetzt zueinander
angebracht sind, und daß als Objekt ein Fahrzeug dient, auf
dem der Kragarmständer starr befestigt ist und somit die
Bahnkurve des auf einer Ebene sich bewegenden Fahrzeugs
bestimmbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die mechanischen Wegaufnehmer
Leseeinheiten mit magnetisch kodiertem Bandmaßstab oder
Seilzug-Wegaufnehmer sind.
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)
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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3926438A1 DE3926438A1 (de) | 1991-02-14 |
DE3926438C2 true 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 (2)
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---|---|---|---|---|
DE102007019764A1 (de) * | 2007-04-25 | 2008-11-20 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Ultraschall-Messsystem |
DE102012209722A1 (de) * | 2012-06-11 | 2013-12-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Orientierungsbestimmung eines Transportmittels in einer Aufnahme- und Ablageposition |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19929774A1 (de) * | 1999-06-29 | 2001-01-18 | Klaus Schlickenrieder | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objekts |
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DE3205362A1 (de) * | 1982-02-15 | 1983-08-25 | Pfeifer, Tilo, Prof. Dr.-Ing. | Raeumliches wegmesssystem |
GB2180117B (en) * | 1985-09-05 | 1989-09-06 | Ferranti Plc | Three-dimensional position measuring apparatus |
-
1989
- 1989-08-10 DE DE3926438A patent/DE3926438A1/de active Granted
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EP2674388A1 (de) * | 2012-06-11 | 2013-12-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Orientierungsbestimmung eines Transportmittels in einer Aufnahme- und Ablageposition |
Also Published As
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DE3926438A1 (de) | 1991-02-14 |
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