DE102009052296A1

DE102009052296A1 - Device for determining position of hand-held measuring yoke e.g. ADNS-5050, that is guided into tube for determining curve of tube, has light sensor arranged for detecting light of light source, where light is reflected by tube

Info

Publication number: DE102009052296A1
Application number: DE102009052296A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Rosenberger
Original assignee: Rosenberger AG
Current assignee: Rosenberger AG
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2011-05-19

Abstract

The device has a light sensor (4) arranged for detecting light of a light source (3), where the light is reflected by a component i.e. tube (6), during operation. An evaluation unit (5) is connected with the light sensor to determine a movement variable of a measuring device i.e. measuring yoke (1) based on an output signal of the light sensor. The movement variable is determined as speed of the measuring device relative to the component. The sensor is designed as a charge coupled device sensor and red green blue-complementary metal oxide semiconductor-surface sensor (8). Independent claims are also included for the following: (1) a measuring yoke that comprises a LED-system (2) a method for determining position of the measuring device.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Positionsbestimmung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.The invention relates to a device for position determination according to the preamble of claim 1 and a method for position determination according to the preamble of claim 12.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2007 052 033 A1 sind Messgabeln bekannt, welche an einem Bauteil, beispielsweise einem Rohr, entlang geführt werden können, um die Bauteilgeometrie des Bauteils zu bestimmen. So können mit einer solchen Messgabel oder einem solchen Verfahren Krümmungen von zuvor gebogenen Rohren überprüft werden. Solche bekannten Messgabeln verwenden inertiale Navigationssysteme, um die Position der Messgabel zu bestimmen. Hierbei werden von Sensoren ermittelte Bewegungsgrössen, insbesondere Beschleunigungen und Drehbewegungen, ausgewertet, um die Position der Messgabel zu bestimmen.From the DE 10 2007 052 033 A1 Measuring forks are known, which can be performed on a component, such as a pipe, along to determine the component geometry of the component. Thus, with such a measuring fork or such a method curvatures of previously bent pipes can be checked. Such known measuring forks use inertial navigation systems to determine the position of the measuring fork. In this case, motion quantities determined by sensors, in particular accelerations and rotational movements, are evaluated in order to determine the position of the measuring fork.

Problemtisch ist, dass beim Verwenden von Beschleunigungsgrössen diese aufintegriert werden müssen, um eine Position bestimmen zu können. Weiterhin werden die Positionen bestimmt, indem fortlaufend zurückgelegte Wege, die durch Integration der Bewegungsgrössen errechnet wurden, aufaddiert werden. Hierdurch kommt es zu einer fortlaufenden Akkumulation von Fehlergrössen, sodass die Positionsbestimmung der Messgabel regelmässig zurückgesetzt werden muss.The problem is that when using acceleration variables, these must be integrated in order to be able to determine a position. Further, the positions are determined by adding continuously traveled paths calculated by integrating the motion quantities. This leads to a continuous accumulation of error quantities, so that the position determination of the measuring fork must be reset regularly.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des oben beschriebenen Standes der Technik zu beheben oder zu lindern, insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Positionsbestimmung und ein verbessertes Verfahren zur Positionsbestimmung für Vermessungseinrichtungen, wie beispielsweise Messgabeln anzugeben, wobei mit der verbesserten Positionsbestimmung insbesondere eine höhere Genauigkeit im laufenden Betrieb erreicht werden soll.The object of the invention is to overcome or mitigate the disadvantages of the prior art described above, in particular the object of the invention to provide an improved device for determining position and an improved method for determining position for surveying equipment, such as measuring forks, wherein with improved position determination in particular a higher accuracy during operation should be achieved.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach Anspruch 1, einer Messgabel und ein Verfahren zur Positionsbestimmung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Erfindungsgemäss sind bei der Vorrichtung eine Lichtquelle und ein Lichtsensor vorgesehen, wobei der Lichtsensor angeordnet ist, um Licht der Lichtquelle, das während eines Entlangsführens der Vermessungseinrichtung an einem Bauteil durch das Bauteil reflektiert wird, zu erfassen. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist vorgesehen, dass Licht während des Entlangführens der Vermessungseinrichtung an dem Bauteil ausgesendet wird, wobei das Licht vorzugsweise fokussiert in Richtung des Bauteils ausgesendet wird, und ausgesendetes Licht erfasst wird, nachdem es durch das Bauteil reflektiert wurde. Erfindungsgemäss wird zumindest ein Teil des ausgesendeten und reflektierten Lichts erfasst. Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung bieten den Vorteil, dass durch das Erfassen des reflektierten Lichtes eine zusätzliche Bestimmung von Bewegungsgrössen möglich wird, da sich das mit dem Lichtsensor erfasste Licht bei einer Bewegung des Bauteils relativ zu der Vermessungseinrichtung bzw. einer Bewegung der Vermessungseinrichtung relativ zu der Messgabel verändert. Diese Veränderung des erfassten Lichts wird vorzugsweise verwendet, um eine Bewegungsgrösse der Vermessungseinrichtung zu bestimmen. Hierzu wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung eine mit dem Lichtsensor verbundene Auswerteeinheit vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, auf der Basis eines Ausgangssignals des Lichtsensors eine Bewegungsgrösse der Vermessungseinrichtung zu bestimmen. Diese Bewegungsgrösse ist vorzugsweise eine Geschwindigkeit der Vermessungseinrichtung relativ zu dem Bauteil.The object is achieved by a device for position determination according to claim 1, a measuring fork and a method for position determination according to the independent claims. According to the invention, a light source and a light sensor are provided in the apparatus, wherein the light sensor is arranged to detect light of the light source, which is reflected by the component during a guiding along the measuring device on a component. In the method according to the invention, it is provided that light is emitted on the component while the measuring device is being guided along, the light preferably being emitted in a focused manner in the direction of the component, and emitted light being detected after it has been reflected by the component. According to the invention, at least part of the emitted and reflected light is detected. The method according to the invention and the device according to the invention have the advantage that an additional determination of movement variables becomes possible by detecting the reflected light, since the light detected with the light sensor moves relatively when the component moves relative to the measuring device or a movement of the measuring device changed to the measuring fork. This change in the detected light is preferably used to determine a quantity of movement of the measuring device. For this purpose, in a preferred embodiment of the device, an evaluation unit connected to the light sensor is provided, which is set up to determine a movement variable of the measuring device on the basis of an output signal of the light sensor. This amount of movement is preferably a speed of the measuring device relative to the component.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für eine Messgabel, ganz besonders für eine handgeführte (englisch: hand-held) Messgabel. Bei handgeführten Messgabeln tritt besonders das Problem auf, dass eine Positionsbestimmung über ein inertiales Navigationssystem mit zunehmendem zurückgelegtem Weg ungenau wird, sodass eine zusätzliche Information über eine Bewegungsgrösse der Vermessungseinrichtung hilfreich ist, um die Positionsbestimmung zu verbessern.The invention is particularly suitable for a measuring fork, especially for a hand-held measuring fork. In the case of handheld measuring forks, the problem arises in particular that a position determination via an inertial navigation system becomes inaccurate as the distance traveled increases, so that additional information about a movement variable of the measuring device is helpful in order to improve the position determination.

Vorzugsweise wird ein Lichtsensor mit mindestens 20, noch bevorzugter mindestens 100 lichtempfindlichen Pixeln oder höchstens 5000, noch bevorzugter höchstens 1000 lichtempfindlichen Pixeln verwendet, um das reflektierte Licht zu erfassen. Eine Mindestanzahl an lichtempfindlichen Pixeln ist bevorzugt, um eine Bewegungsgrösse wie eine Geschwindigkeit zu bestimmen. Andererseits ist zur Bestimmung einer Geschwindigkeit auch nur eine begrenzte Anzahl von lichtempfindlichen Pixeln notwendig, da jedes Signal jedes lichtempfindlichen Pixels auch ausgewertet werden muss, sodass eine Begrenzung der lichtempfindlichen Pixel auch eine Grenze der zur Verfügung gestellten Rechenleistung bedeutet. Daher ist die maximale Anzahl lichtempfindlicher Pixel, wie sie zuvor genannt wurde, bevorzugt die Anzahl von Pixeln, die durch die Auswerteeinheit abgefragt werden. Durch eine Begrenzung der Anzahl der lichtempfindlichen Pixel lässt sich eine hohe Bildrate erreichen. Eine hohe Bildrate bietet eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der Bewegungsgrösse. Vorteilhafterweise sind der Lichtsensor oder die Auswerteeinheit geeignet, eine Bildrate von mindestens 1000 Bildern pro Sekunde, noch bevorzugter mindestens 1500 Bildern pro Sekunde zu verarbeiten. Verfahrensmässig wird bevorzugt, dass das Signal von mindestens der o. g. Anzahl von Pixeln oder höchstens der o. g. Anzahl von Pixeln ausgewertet wird. Weiterhin wird verfahrensmässig bevorzugt, dass mindestens 1000 Bilder pro Sekunde, noch bevorzugter mindestens 1500 Bilder pro Sekunde verarbeitet werden, wobei ein Bild einer Erfassung von reflektiertem Licht entspricht. Geeignete Sensoren sind aus Computermäusen bekannt, wobei diese bekannten Sensoren, beispielsweise der Sensor ADNS-5050 der Firma Avago lediglich dadurch angepasst werden müssen, dass ggf. eine andere Linse vor den Sensor oder vor die dazugehörige Lichtquelle vorgeschaltet werden muss. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung verwenden daher einen Sensor einer optisch arbeitenden Computermaus als Lichtsensor.Preferably, a light sensor having at least 20, more preferably at least 100 photosensitive pixels or at most 5000, more preferably at most 1000 photosensitive pixels is used to detect the reflected light. A minimum number of photosensitive pixels is preferred to determine a quantity of motion, such as a velocity. On the other hand, to determine a speed, only a limited number of photosensitive pixels are necessary because each signal is each photosensitive pixels must also be evaluated, so that a limitation of the photosensitive pixels also means a limit of the available computing power. Therefore, the maximum number of photosensitive pixels, as mentioned above, is preferably the number of pixels that are interrogated by the evaluation unit. By limiting the number of photosensitive pixels, a high frame rate can be achieved. A high frame rate provides high accuracy in determining the amount of motion. Advantageously, the light sensor or the evaluation unit are suitable for processing a frame rate of at least 1000 frames per second, more preferably at least 1500 frames per second. In terms of the method, it is preferred that the signal is evaluated by at least the aforementioned number of pixels or at most the above-mentioned number of pixels. Furthermore, it is preferred in the method that at least 1000 images per second, more preferably at least 1500 images per second are processed, wherein an image corresponds to a detection of reflected light. Suitable sensors are known from computer mice, these known sensors, such as the sensor ADNS-5050 Avago only need to be adjusted by the fact that possibly another lens in front of the sensor or in front of the associated light source must be preceded. Preferred embodiments of the invention therefore use a sensor of an optical computer mouse as the light sensor.

Vorteilhafterweise weist eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eine inertiale Navigationseinrichtung auf, die geeignet ist, mittels mechanischer Sensoren fortlaufend eine Position der Vermessungseinrichtung zu bestimmen. Vorteilhafterweise umfasst daher die Vorrichtung auch entsprechende mechanische Sensoren, bevorzugt einen oder mehrere Beschleunigungssensoren und/oder Gyroskope, die mit der inertialen Navigationseinrichtung verbunden sind. Die inertiale Navigationseinrichtung fragt laufend Werte der mechanischen Sensoren, also beispielsweise Beschleunigungswerte und/oder Drehbewegungen ab, und berechnet hieraus ausgehend von einer Nulllage durch Hufintegration und Aneinanderkettung die momentane Position. Vorzugsweise wird in dieser Anmeldung der Ausdruck „Beschleunigung” in einer allgemeinen Bedeutung verstanden, so dass auch Dreh-Beschleunigungen oder -Bewegungen umfasst sind. Ebenso sind vorteilhafterweise durch den Begriff „Beschleunigungssensor” auch Gyroskope umfasst, so weit nicht explizit Gyroskope zusätzlich genannt sind. Eine solche inertiale Navigationseinrichtung bietet den Vorteil, dass sie einfach aufgebaut ist und unabhängig von anderen externen Messsystemen eine Position selbstständig bestimmen kann. Typische Ausführungsformen der Erfindung verwenden mikromechanische Systeme als Beschleunigungssensoren oder mikromechanische Gyroskope. Diese bieten den Vorteil, dass sie wenig Platz beanspruchen.Advantageously, a device for position determination has an inertial navigation device which is suitable for continuously determining a position of the measuring device by means of mechanical sensors. Advantageously, therefore, the device also includes corresponding mechanical sensors, preferably one or more acceleration sensors and / or gyroscopes, which are connected to the inertial navigation device. The inertial navigation device continuously queries values of the mechanical sensors, that is to say, for example, acceleration values and / or rotational movements, and calculates the instantaneous position from a zero position by means of hoof integration and concatenation. In this application, the term "acceleration" is preferably understood to mean a general meaning, so that rotational accelerations or movements are also included. Likewise, the term "acceleration sensor" advantageously also includes gyroscopes, unless gyroscopes are explicitly mentioned explicitly. Such an inertial navigation device has the advantage that it is simple in design and can independently determine a position independently of other external measuring systems. Typical embodiments of the invention use micromechanical systems as acceleration sensors or micromechanical gyroscopes. These offer the advantage that they take up little space.

Vorzugsweise ist eine Korrektureinrichtung mit der Auswerteeinrichtung verbunden, um die von der Auswerteeinheit ermittelte Bewegungsgrösse, also bevorzugt die ermittelte Geschwindigkeit, zu erfassen und mit mindestens einer der von der inertialen Navigationseinrichtung ermittelten Positionen zu vergleichen. Zum Vergleich der Geschwindigkeit als Bewegungsgrösse wird vorzugsweise eine aus den ermittelten Positionen abgeleitete Geschwindigkeit verwendet. Bevorzugt wird nun, dass erfindungsgemässe Vorrichtungen oder Verfahren eine Korrektur der inertialen Navigationseinrichtung in Abhängigkeit dieses Vergleichs vornehmen. Hierzu ist vorzugsweise die Korrektureinrichtung mit der inertialen Navigationseinrichtung verbunden, sodass die Korrektureinrichtung in Abhängigkeit des oben beschriebenen Vergleichs die inertiale Navigationseinrichtung korrigieren kann. Auf diese Weise wird die Positionsbestimmung der Vorrichtung verbessert.Preferably, a correction device is connected to the evaluation device in order to detect the movement variable determined by the evaluation unit, ie preferably the determined speed, and to compare it with at least one of the positions determined by the inertial navigation device. To compare the speed as a motion variable, a speed derived from the determined positions is preferably used. It is now preferred that devices or methods according to the invention make a correction of the inertial navigation device as a function of this comparison. For this purpose, the correction device is preferably connected to the inertial navigation device, so that the correction device can correct the inertial navigation device as a function of the comparison described above. In this way the position determination of the device is improved.

Vorteilhafterweise sind mindestens zwei Lichtsensoren vorhanden, noch bevorzugter mindestens drei Lichtsensoren. Dies bietet den Vorteil, dass die Ermittlung einer Bewegungsgrösse mit einer grösseren Genauigkeit erfolgen kann und insbesondere eine Bewegungsgrösse im dreidimensionalen Raum besser ermittelt werden kann. Hierzu weisen die zwei oder mindestens drei Lichtsensoren vorteilhafterweise jeweils eigene Lichtquellen auf.Advantageously, at least two light sensors are present, more preferably at least three light sensors. This offers the advantage that the determination of a movement variable can be carried out with greater accuracy and, in particular, a movement variable in three-dimensional space can be better determined. For this purpose, the two or at least three light sensors advantageously each have their own light sources.

Ein weiterer unabhängiger Aspekt der Erfindung betrifft eine Messgabel mit einem Positionsbestimmungssystem in einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Eine solche Messgabel weist vorzugsweise eine Erfassungseinrichtung auf, die dazu geeignet ist, eine Bauteilgeometrie des Bauteils zu erfassen. Eine solche Erfassungseinrichtung weist vorteilhafterweise weitere Lichtquellen und weitere Lichtsensoren auf, wobei die weiteren Lichtsensoren der Erfassungseinrichtung, die auch als Geometrieerfassungs-Lichtsensoren bezeichnet werden können, vorzugsweise eine höhere Auflösung aufweisen als die Lichtsensoren des Systems zum Ermitteln der Bewegungsgrösse. Bevorzugte Bauteilgeometrieerfassungs-Lichtsensoren sind CCD-Kameras oder vergleichbare Kameras wie RGB-CMOS-Flächensensoren. Vorteilhafterweise weist ein solcher Flächensensor, wie der Bauteilgeometrieerfassungs-Lichtsensor auch bezeichnet werden kann, mindestens 10⁶ lichtempfindliche Pixel und noch bevorzugter mindestens 5·10⁶ lichtempfindliche Pixel auf, um die Bauteilgeometrie zu erfassen. Vorteilhafterweise sind mindestens zwei oder drei solcher Flächensensoren vorhanden. Die Flächensensoren können reflektiertes Licht oder einen Schattenwurf registrieren, wobei bevorzugt wird, dass auch die Flächensensoren reflektiertes Licht, ggf. durch eine der weiteren Lichtquellen, erfassen.Another independent aspect of the invention relates to a measuring fork with a position determining system in one of the embodiments described above. Such a measuring fork preferably has a detection device which is suitable for detecting a component geometry of the component. Such a detection device advantageously has further light sources and further light sensors, wherein the further light sensors of the detection device, which may also be referred to as geometry detection light sensors, preferably have a higher resolution than the light sensors of the system for determining the motion variable. Preferred component geometry detection light sensors are CCD cameras or comparable cameras such as RGB CMOS area sensors. Advantageously, such an area sensor, as the component geometry detection light sensor may also be referred to, has at least 10 ⁶ photosensitive pixels and more preferably at least 5 x 10 ⁶ photosensitive pixels to detect the component geometry. Advantageously, at least two or three such surface sensors are present. The area sensors can register reflected light or a shadow, wherein it is preferred that the area sensors also detect reflected light, possibly by one of the further light sources.

Bei bevorzugten Ausführungsformen verwendet die Lichtquelle der Vorrichtung zur Positionsbestimmung Licht einer anderen Wellenlänge als die Erfassungseinrichtung. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich die Vorrichtung zur Positionsbestimmung und die Einrichtung zur Erfassung der Bauteilgeometrie nicht gegenseitig behindern. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung verwenden Polarisationsfilter oder polarisiertes Licht, um eine gegenseitige Beeinflussung zu verhindern. In preferred embodiments, the light source of the position-determining device uses light of a different wavelength than the detection device. In this way it is achieved that the device for determining the position and the device for detecting the component geometry do not interfere with each other. Preferred embodiments of the invention use polarizing filters or polarized light to prevent interference.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren oder der Vorrichtung zur Positionsbestimmung eine Bildverarbeitung nach der Methode des optischen Flusses verwendet. Auf diese Weise lässt sich schnell und zuverlässig und ausserdem genau eine Geschwindigkeit aus Bilddaten errechnen.Preferably, the method or device for position determination uses image processing according to the optical flow method. In this way it is possible to calculate fast and reliable as well as exactly one speed from image data.

Bei weiteren bevorzugten Verfahren oder Vorrichtungen wird anhand des erfassten reflektierten Lichts eine Barcode-Scannung vorgenommen, eine Oberflächenerkennung durchgeführt oder eine Bewegungsrückführung für einen Roboter durchgeführt. Das Scannen eines Barcodes bietet den Vorteil, dass das erfasste Bauteil mit der Bauteilgeometrie vollständig im Zusammenhang mit Identifikationsdaten für dieses Bauteil abgespeichert werden kann. Ausserdem kann auf diese Weise in einem kurzen Zeitraum ohne Interaktion mit einem Benutzer eine Untersuchung verschiedenster Werkstücke oder Bauteile vorgenommen werden und ggf. in einem späteren Prozess individuell nachgearbeitet werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das untersuchte Bauteil ein Rohr, das zuvor in einer Rohrbiegemaschine gebogen wurde, wobei die untersuchte Bauteilgeometrie die Biegeradien des Rohres umfasst. Eine Oberflächenerkennung während der Positionsbestimmung oder der Erfassung der Bauteilgeometrie bietet den Vorteil, dass oberflächlich unterschiedliche Materialien erkannt werden können. Dabei kann ein Vergleich mit abgespeicherten Referenzbildern vorhergehender Messungen vorgenommen werden. Eine direkte Bewegungsrückführung bei einem automatischen Messen mit Roboterunterstützung bietet den Vorteil, dass das Ausgangssignal des Lichtsensors zur Bewegungsrückführung genutzt werden kann. Dadurch kann ein Roboter, welcher die Vermessungseinrichtung oder die Messgabel führt, dem Rohrverlauf besser folgen. Bei bevorzugten Ausführungsformen koordinieren die Sensordaten der Lichtsensoren eine automatische Bewegung eines Roboterarmes.In further preferred methods or devices, a barcode scan is performed on the basis of the detected reflected light, a surface recognition is performed or a motion feedback for a robot is performed. The scanning of a barcode has the advantage that the detected component with the component geometry can be stored completely in connection with identification data for this component. In addition, in this way, in a short period of time without interaction with a user, an examination of a variety of workpieces or components can be made and possibly reworked individually in a later process. In preferred embodiments of the invention, the tested component is a tube that has been previously bent in a tube bending machine, wherein the examined component geometry includes the bending radii of the tube. A surface recognition during the position determination or the detection of the component geometry offers the advantage that superficially different materials can be detected. In this case, a comparison with stored reference images of previous measurements can be made. A direct motion feedback in an automatic measurement with robot support offers the advantage that the output signal of the light sensor can be used for motion feedback. As a result, a robot, which guides the measuring device or the measuring fork, can better follow the course of the pipe. In preferred embodiments, the sensor data of the light sensors coordinate an automatic movement of a robot arm.

Das Scannen von Barcodes bietet ausserdem den Vorteil, dass auf diese Weise ein Rohr oder ein anderes Bauteil während einer Messung automatisch erkannt werden kann. In Verbindung mit einer entsprechenden Datenbank lässt sich eine automatische Zuordnung von Messdaten zu einem einzelnen Bauteil gewährleisten. Weitere bevorzugte Ausführungsformen nehmen Ein Scannen von Barcodes mittels der Erfassungseinrichtung vor. Ausserdem können mit der Erfassungseinrichtung auch Zeichen, Muster oder Texte auf dem untersuchten Bauteil erkannt werden. Diese Vorteile bieten speziell CCD- oder andere Flächensensoren mit einer hohen Auflösung von Pixeln, insbesondere von mehr als 10⁶ Pixeln. Ausserdem lassen sich auch mit der Erfassungseinrichtung Bewegungen erkennen, um die Positionsbestimmung zu unterstützen. Wie oben im Zusammenhang mit dem Lichtsensor der Positionsbestimmung beschrieben, lässt sich auch die Erfassungseinrichtung oder alternativ die Erfassungseinrichtung für eine Oberflächenmusterung verwenden. Dies bietet den Vorteil, dass die Oberfläche beispielsweise qualitativ untersucht werden kann. Die grösseren Messfelder von hochauflösenden Sensoren bieten ausserdem erweiterte Möglichkeiten zum Erfassen des Rohrendes. Ebenso bieten grossflächige Messfelder aufgrund hochauflösender Sensoren ein gleichzeitiges Erfassen von ganzen Abschnitten eines Bauteils oder eines Rohres, bei Vorhandensein mehrerer flacher Sensoren auch von mehreren Seiten. Auf diese Weise lässt sich die Erfassung der Bauteilgeometrie noch präzisieren. Auf diese Weise erhält man auch ohne Bewegung der Vermessungseinrichtung oder der Messgabel eine Information über die dreidimensionale Ausgestaltung eines Abschnitts eines Bauteils oder eines Rohres. Bei bevorzugten Ausführungsformen werden LEDs verwendet, welche weisses Licht imitieren, um auch die Farbinformationen auszunutzen.Barcode scanning also has the advantage that it automatically detects a pipe or other component during a measurement. In conjunction with a corresponding database, an automatic assignment of measurement data to a single component can be ensured. Further preferred embodiments carry out a scanning of bar codes by means of the detection device. In addition, the detection device can also recognize characters, patterns or texts on the component being examined. These advantages are offered by CCD or other surface sensors with a high resolution of pixels, in particular more than 10 ⁶ pixels. In addition, movements can also be detected with the detection device in order to support the position determination. As described above in connection with the position-finding light sensor, it is also possible to use the detection device or alternatively the surface-pattern detection device. This offers the advantage that the surface can be qualitatively examined, for example. The larger measuring fields of high-resolution sensors also offer extended possibilities for detecting the pipe end. Likewise, large-area measuring fields due to high-resolution sensors provide simultaneous detection of entire sections of a component or a tube, in the presence of multiple flat sensors also from several sides. In this way, the detection of the component geometry can be made even more precise. In this way, information about the three-dimensional configuration of a section of a component or a tube is obtained even without movement of the measuring device or the measuring fork. In preferred embodiments, LEDs are used which mimic white light to take advantage of the color information as well.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen eingehender erläutert, wobei die beigefügten Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments, wherein the attached drawings show:

1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Messgabel mit einer erfindungsmässen Vorrichtung zur Positionsbestimmung und 1 schematically shows a cross section through a measuring fork according to the invention with a device according to the invention for position determination and

2 zeigt schematisch in einem vereinfachten Ablaufdiagramm ein erfindungsgemässes Verfahren zur Positionsbestimmung, welches mit der erfindungsgemässen Messgabel der 1 durchführbar ist. 2 shows schematically in a simplified flow chart a method according to the invention for determining the position, which with the inventive measuring fork of 1 is feasible.

Beschreibung eines oder mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele Description of one or more preferred embodiments

In der 1 ist eine erfindungsgemässe Messgabel 1 gezeigt. Die Messgabel 1 umfasst drei kombinierte Sensoreinheiten 2, die jeweils eine Lichtquelle 3 und einen Lichtsensor 4 umfassen. Der Lichtsensor 4 jeder Sensoreinheit 2 ist jeweils mit einer in der Sensoreinheit 2 angeordneten Auswerteeinheit 5 verbunden, die auf der Basis eines Ausgangssignals des jeweiligen Lichtsensors 4 eine Geschwindigkeit bestimmt. Dabei wird die Relativgeschwindigkeit der Messgabel 1 zu einem Rohr 6, welche ein zu vermessendes Bauteil darstellt, ermittelt. Näheres zu der Ermittlung dieser Geschwindigkeit wird im Folgenden im Zusammenhang mit der Funktionsweise der Messgabel 1 erläutert.In the 1 is a measuring fork according to the invention 1 shown. The measuring fork 1 includes three combined sensor units 2 , each one a light source 3 and a light sensor 4 include. The light sensor 4 each sensor unit 2 is in each case with one in the sensor unit 2 arranged evaluation 5 connected on the basis of an output signal of the respective light sensor 4 a speed determined. In doing so, the relative speed of the measuring fork becomes 1 to a pipe 6 , which represents a component to be measured, determined. Further details on the determination of this speed will be given below in connection with the functioning of the measuring fork 1 explained.

Die Messgabel 1 verfügt ausserdem über zwei LED-Systeme 7 und zwei CCD-Flächensensoren 8. Die LED-Systeme 7 senden Licht aus, welches von den CCD-Flächensensoren 8 erfasst wird. Dabei stellen die CCD-Flächensensoren 8 auch einen Schattenwurf, welcher durch das Rohr 6 verursacht wird, fest. Die LED-Systeme 7 und die CCD-Flächensensoren 8 bilden jeweils eine Erfassungseinrichtung, welche geeignet ist, die Bauteilgeometrie des Rohres 6 als vermessenes Bauteil zu erfassen.The measuring fork 1 also has two LED systems 7 and two CCD area sensors 8th , The LED systems 7 emit light, which from the CCD area sensors 8th is detected. Here are the CCD area sensors 8th also a shadow, which through the pipe 6 caused. The LED systems 7 and the CCD area sensors 8th each form a detection device which is suitable, the component geometry of the tube 6 to capture as a measured component.

Ausserdem verfügt die Messgabel 1 über eine inertiale Navigationseinrichtung 10, die mit mechanischen Sensoren 11 verbunden ist und anhand der Signale der mechanischen Sensoren 11, welche Beschleunigungen in alle drei Raumrichtungen erfassen, zurückgelegte Wegstrecken berechnet. Es sei angemerkt, dass in der schematischen Skizze der 1 keine Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Sensoren oder Verarbeitungseinrichtungen (wie beispielsweise den mechanischen Sensoren 11 und der inertialen Navigationseinrichtung 10) gezeigt sind, um die Übersichtlichkeit der Zeichnung zu verbessern. So sind auch die Verbindungsleitungen zwischen den Auswerteeinheiten 5 und einer Korrektureinrichtung 12 nicht gezeigt. Die Korrektureinrichtung 12 nimmt die von den Auswerteeinheiten 5 ermittelten Bewegungsgrössen bzw. die Relativgeschwindigkeit der Messgabel 1 zu dem Rohr 6 auf und verwendet diese Grössen, um die Positionsbestimmung, welche durch die Navigationseinrichtung 10 durchgeführt wird, zu korrigieren. Dies verbessert die Genauigkeit der Positionsbestimmung der Navigationseinrichtung 10.In addition, the measuring fork has 1 via an inertial navigation device 10 using mechanical sensors 11 is connected and based on the signals of the mechanical sensors 11 , which detect accelerations in all three spatial directions, computes traveled distances. It should be noted that in the schematic sketch of 1 no connection lines between the individual sensors or processing devices (such as the mechanical sensors 11 and the inertial navigation device 10 ) are shown to improve the clarity of the drawing. So are the interconnections between the evaluation 5 and a correction device 12 Not shown. The correction device 12 takes those from the evaluation units 5 determined movement quantities or the relative speed of the measuring fork 1 to the pipe 6 and uses these quantities to determine the position, which by the navigation device 10 is done to correct. This improves the accuracy of the position determination of the navigation device 10 ,

Zu dem Betrieb der erfindungsgemässen Messgabel 1 in der 1 ist noch folgendes zu berücksichtigen. Die Lichtsensoren 4 bei der gezeigten Messgabel sind vom Typ ADNS-5050 des Herstellers Avago und weisen eine Bildrate von 4500 Bildern pro Sekunde auf, wobei ein Bild mit 19×19 Pixeln verarbeitet wird. Die Erfindung ist aber nicht auf diesen Typ Sensoren beschränkt. Die Auswerteeinheit 5 ist bei diesem Typ Lichtsensor 4 in einem Gehäuse mit dem Lichtsensor 4 integriert, wobei die Auswerteeinheit 5 eine Relativgeschwindigkeit ausgibt. Gegenüber einer üblichen Verwendung des Lichtsensors 4 in einer optischen Maus ist die Optik des Lichtsensors 4 leicht modifiziert. Durch Veränderung der Brennweite der Linse wird ermöglicht, das Rohr 6, das sich etwa in der Mitte der Messgabel 1 befindet, durch die Pixel des Lichtsensors 4 zu erfassen. Der Lichtsensor 4 arbeitet im roten Lichtbereich, sodass er durch einen vorgeschalteten Filter, welcher rotes Licht durchlässt, vor anderen Einflüssen geschützt werden kann. Insbesondere ist es möglich, die LED-Systeme 7 und die CCD-Flächensensoren 8 beispielsweise im grünen Lichtbereich zu betreiben und mit entsprechenden Filtern zu versehen, sodass keine Interaktionen zwischen den zwei verschiedenen optischen Systemen der Messgabel 1 auftreten. Eine weitere Möglichkeit sind Polarisationsfilter und polarisiertes Licht. Der Vorteil der kleinen Sensorfläche der Lichtsensoren 4 liegt auch darin, dass eine einfache Schärfentiefeeinstellung mit einer kleinen Brennweite erreichbar ist, sodass auf Autofokus-Systeme in der Regel verzichtet werden kann. Bevorzugt werden Laserdioden, wobei die Oberflächenabtastung durch ein generiertes Speckle-Muster verbessert werden kann. Das Speckle-Muster entsteht durch optische Interferenzen an Oberflächenunebenheiten des vermessenen Rohres 6. Es können jedoch auch andere LEDs oder Lichtquellen verwendet werden.On the operation of the inventive measuring fork 1 in the 1 the following should be considered. The light sensors 4 The measuring fork shown is of the type ADNS-5050 manufactured by Avago and has a frame rate of 4500 frames per second, whereby a picture with 19 × 19 pixels is processed. The invention is not limited to this type of sensors. The evaluation unit 5 is light sensor with this type 4 in a housing with the light sensor 4 integrated, whereby the evaluation unit 5 outputs a relative speed. Compared to a common use of the light sensor 4 in an optical mouse is the optics of the light sensor 4 slightly modified. By changing the focal length of the lens it is possible to use the tube 6 , which is approximately in the middle of the measuring fork 1 located through the pixels of the light sensor 4 capture. The light sensor 4 works in the red light range, so that it can be protected from other influences by an upstream filter, which lets red light through. In particular, it is possible the LED systems 7 and the CCD area sensors 8th For example, operate in the green light area and provided with appropriate filters, so no interactions between the two different optical systems of the measuring fork 1 occur. Another possibility are polarizing filters and polarized light. The advantage of the small sensor surface of the light sensors 4 This is also because a simple depth of field adjustment with a small focal length is achievable, so that autofocus systems can be dispensed with as a rule. Preference is given to laser diodes, wherein the surface scan can be improved by a generated speckle pattern. The speckle pattern is created by optical interference to surface irregularities of the measured pipe 6 , However, other LEDs or light sources may be used.

Weiterhin kann durch die durch die Auswerteeinheit 5 bereitgestellte Information über die Geschwindigkeit ein Lesen eines Barcodes ermöglicht werden, wobei hierzu die Daten des Lichtsensors 4 oder der CCD-Kamera verwendet werden können. In Kombination mit der Vermessung des Bauteils bzw. des Rohres 6 ist dadurch auch eine eindeutige Zuordnung von fehlerhaften Geometrien des Rohres 6 nach einem Biegen möglich, sodass eine gezielte Nachbearbeitung vorgenommen werden kann. Ebenso ist es möglich, während der Vermessung des Rohres 6 einzelne Bildinformationen der Oberfläche aufzuzeichnen und abzuspeichern. Allgemein verfügt die Messgabel 1 hierzu über einen Speicher 13, der über eine USB-Schnittstelle auslesbar ist. Durch Vergleich der abgespeicherten Oberflächeninformationen mit Referenzmustern können oberflächige unterschiedliche Materialien erkannt werden. Der Speicher 13 wird auch verwendet, um Geometrie- und andere Informationen zu speichern.Furthermore, by the through the evaluation 5 provided information about the speed of reading a barcode are possible, in which case the data of the light sensor 4 or the CCD camera can be used. In combination with the measurement of the component or the pipe 6 This is also a clear assignment of faulty geometries of the tube 6 after bending possible so that a specific post-processing can be made. It is also possible during the measurement of the pipe 6 record and save individual image information of the surface. Generally, the measuring fork has 1 this via a memory 13 , which is readable via a USB interface. By comparing the stored surface information with reference patterns, surface different materials can be detected. The memory 13 is also used to store geometry and other information.

Andere bevorzugte Ausführungsformen der Messgabel 1 sind nicht wie die in der 1 dargestellte Messgabel 1 für eine Handführung vorgesehen, sondern werden durch einen Roboter geführt. Durch die über die Lichtsensoren 4 und über die Auswerteeinheiten 5 erlangten Informationen kann bei diesen Ausführungsformen der Roboter bezüglich seiner Bewegungen gesteuert oder geregelt werden.Other preferred embodiments of the measuring fork 1 are not like those in the 1 illustrated measuring fork 1 intended for a hand guide, but are guided by a robot. Through the over the light sensors 4 and about the evaluation units 5 obtained information in these embodiments, the robot can be controlled or regulated with respect to its movements.

Bei weiteren Ausführungsformen erfolgt nicht eine Registrierung des Schattenwurfs mit den CCD-Sensoren 8 oder zumindest nicht nur eine Registrierung des Schattenwurfs, sondern die CCD-Flächensensoren 8 werden verwendet und sind geeignet zur Aufnahme von reflektiertem Licht, wobei in diesem Fall bevorzugt LED-Systeme 7 eingesetzt werden, welche weisses Licht abgeben. Zweckmässigerweise wird in diesem Fall als einfache Optik vor den CCD-Flächensensoren 8 eine konvexe Linse angeordnet.In other embodiments, there is no registration of the shadow cast with the CCD sensors 8th or at least not just a registration of the shadow, but the CCD area sensors 8th are used and are suitable for receiving reflected light, in which case preferred LED systems 7 are used, which emit white light. Conveniently, in this case, as a simple optical system in front of the CCD area sensors 8th arranged a convex lens.

In der 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemässen Verfahrens gezeigt. Das Verfahren startet in einem Schritt 15. In einem Schritt 16 wird zunächst die inertiale Navigationseinrichtung 10 der Messgabel 1 initialisiert, das heisst, die Ortskoordinaten werden zu Null gesetzt. In einem Schritt 17 wird dann ein Signal an den Benutzer ausgegeben, mit der Vermessung des Rohres 6 zu beginnen, wobei der Benutzer dazu aufgefordert wird, die Messgabel 1 entlang des Rohres 6 zu führen. Dabei werden parallel die mechanischen Sensoren 11, welche Informationen über Beschleunigungen liefern, abgefragt (Schritt 18). Aus den so erhaltenen Informationen werden über zweifache Integration der Beschleunigungswerte Wegstrecken errechnet. Bei der Berechnung werden in einem Zwischenschritt auch Geschwindigkeiten der Messgabel 1 in alle drei Raumrichtungen berechnet. In einem Schritt 19 werden die Geschwindigkeitsdaten, welche von den Auswerteeinheiten 5 berechnet werden, abgefragt. Stimmen die in Schritt 18 berechneten Geschwindigkeitsdaten mit den Geschwindigkeitsdaten der Auswerteeinheiten 5 nicht überein, so bemerkt dies die Korrektureinrichtung 12 und normiert anschliessend die aufgrund der Daten der mechanischen Sensoren 11 berechneten Geschwindigkeiten auf die durch die Auswerteeinheiten 5 ermittelten Geschwindigkeiten. Daneben werden selbstverständlich auch die berechneten zurückgelegten Wegstrecken entsprechend angepasst. In einem Schritt 20 wird das Rohr 6 anhand der ermittelten neuen Positionen mit den CCD-Flächensensoren 8 vermessen. In einem anschliessenden Schritt 21 wird abgefragt, ob die von den CCD-Flächensensoren 8 erhaltenen Informationen darauf schliessen lassen, dass das Ende des Rohres 6 erreicht ist. Ist dies der Fall, wird in dem Schritt 21 zu einem Schritt 22 abgezweigt, welcher das Verfahren beendet. Im Schritt 22 ist es dann auch möglich, die erfassten Daten aus dem Speicher 13 auszulesen. Falls im Schritt 21 festgestellt wird, dass das Rohrende des Rohres 6 noch nicht erreicht wurde, springt das Verfahren zurück zum Schritt 18 und fährt mit der Vermessung des Rohres 6 fort.In the 2 schematically a flow of a method according to the invention is shown. The procedure starts in one step 15 , In one step 16 First, the inertial navigation device 10 the measuring fork 1 initialized, that is, the location coordinates are set to zero. In one step 17 then a signal is output to the user, with the measurement of the pipe 6 to begin with the user being prompted to use the measuring fork 1 along the pipe 6 respectively. At the same time, the mechanical sensors become parallel 11 , which provide information about accelerations, queried (step 18 ). From the information thus obtained, distances are calculated by means of a double integration of the acceleration values. In the calculation, speeds of the measuring fork are also used in an intermediate step 1 calculated in all three directions. In one step 19 are the speed data, which from the evaluation 5 be calculated, queried. Votes in step 18 calculated speed data with the speed data of the evaluation units 5 do not match, this is noticed by the corrector 12 and then normalized based on the data of the mechanical sensors 11 calculated speeds on the by the evaluation units 5 determined speeds. In addition, of course, the calculated distances traveled are adjusted accordingly. In one step 20 becomes the pipe 6 based on the determined new positions with the CCD area sensors 8th measured. In a subsequent step 21 is queried whether that of the CCD area sensors 8th information obtained to conclude that the end of the pipe 6 is reached. If this is the case, in the step 21 to a step 22 branched off, which terminates the process. In step 22 is it also possible to retrieve the collected data from memory 13 read. If in step 21 it is found that the pipe end of the pipe 6 has not yet been reached, the process jumps back to the step 18 and goes with the measurement of the pipe 6 continued.

Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bezugszeichen liste 1 Messgabel 2 Sensoreinheit 3 Lichtquelle 4 Lichtsensor 5 Auswerteeinheit 6 Rohr 7 LED-System 8 CCD-Flächensensoren 9 10 inertiale Navigationseinrichtung 11 mechanische Sensoren 12 Korrektureinrichtung 13 Speicher 14 15 ff. Verfahrensschritte 16 17 18 19 20 21 22 The invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, the scope of the invention is determined by the claims. Reference number list 1 measuring fork 2 sensor unit 3 light source 4 light sensor 5 evaluation 6 pipe 7 LED system 8th CCD area sensors 9 10 inertial navigation device 11 mechanical sensors 12 corrector 13 Storage 14 15 ff. steps 16 17 18 19 20 21 22

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007052033 A1 [0002]

Claims

Device for determining the position of a measuring device, in particular a measuring fork ( 1 ) for determining a component geometry which is intended to be applied to a component to be measured ( 6 ), with - a light source ( 3 ) and - a light sensor ( 4 ), characterized in that the light sensor ( 4 ) is arranged to light the light source, which in operation by the component ( 6 ) is detected.

Positioning device according to claim 1, characterized by a light sensor ( 4 ) associated evaluation unit ( 5 ) which is arranged on the basis of an output signal of the light sensor ( 4 ) to determine a movement amount of the surveying device.

Device for position determination according to claim 2, characterized in that the evaluation unit ( 5 ) is adapted to a speed of the measuring device relative to the component ( 6 ).

Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the light sensor ( 4 ) has at least 20 photosensitive pixels and / or at most 5,000 photosensitive pixels.

Positioning device according to one of the preceding claims, characterized in that the light sensor ( 4 ) and the evaluation unit ( 5 ) are capable of processing a frame rate of at least 1,000 frames per second.

Device for position determination according to one of the preceding claims, characterized by an inertial navigation device ( 10 ), which is suitable, by means of mechanical sensors ( 11 ) continuously to determine a position of the surveying device.

Device for position determination according to claim 6, characterized by a correction device ( 12 ) connected to the evaluation unit ( 5 ) is connected to that of the evaluation unit ( 5 ) and at least one of the inertial navigation device ( 10 ) compared position.

Position determining device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two light sensors ( 4 ) available.

Measuring fork ( 1 ) with a device for position determination according to one of claims 1 to 8.

Measuring fork ( 1 ) according to claim 9, characterized by a detection device which is adapted to detect a component geometry of the component.

Measuring fork ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the detection device comprises a surface sensor ( 8th ) and / or an LED system ( 7 ) having

Method for determining the position of a measuring device, in particular a measuring fork ( 1 ), for determining a component geometry of a component ( 6 ), with the step: - emitting light in the direction of the component ( 6 ) while the surveying device on the component ( 6 ) is guided along, characterized by - detecting at least a part of the emitted light, after passing through the component ( 6 ) was reflected.

A method according to claim 12, characterized by determining a movement amount of the surveying device in dependence of the detected light.

A method according to claim 12 or 13, characterized by a continuous determination of a position of the measuring device and comparison of at least one of the determined positions with the amount of movement.

Method according to one of claims 12 to 14, characterized by scanning a barcode, a surface recognition, and / or a motion feedback for robots on the basis of the detected light.