DE10143601A1

DE10143601A1 - Marking of large components, such as motor vehicle bodywork components prior to assembly, whereby a precise reference marking is first made with other markings then made relative to this reference point

Info

Publication number: DE10143601A1
Application number: DE2001143601
Authority: DE
Inventors: Thomas Frankenfeld; Frank Richter
Original assignee: Carl Zeiss 3D Automation GmbH
Current assignee: Carl Zeiss 3D Automation GmbH
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-03-27

Abstract

Method for marking objects with a coordinate measurement machine, whereby a marking instrument is fixed in moveable machine part. A first reference marking is then made and its position precisely determined. Further markings are made on the surface with their measurement positions determined relative to the reference marking. The invention also relates to corresponding use of the method in assembly of motor vehicle bodywork components in a construction line.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung von Gegenständen gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches. The present invention relates to a method for Marking objects according to the generic term of the independent Claim.

Es ist oft erwünscht, auf großflächigen Gegenständen wie Automobilkarosserien und dergleichen Positionen exakt festlegen und markieren zu können. Dies ist beispielsweise bei der Einrichtung von Automobilfertigungsstraßen wichtig. Hier kommt es darauf an, daß miteinander zu verbindende Karosserieteile, beispielsweise anzuschweißende Kotflügel von den Montagerobotern exakt an die richtige Stelle der Karosserie positioniert werden. Erreicht werden kann dies, indem ein Gitternetz auf der Karosserie und unabhängig davon dem darauf anzubringenden Kotflügel derart vorgesehen wird, daß die Gitternetzlinien bei exakter Montage kontinuierlich durchlaufen. Wenn die Gitternetzlinien hinreichend exakt auf den Körpern angeordnet werden, läßt sich eine Fertigungsmaschine auch sehr genau einrichten. Problematisch ist dann lediglich, daß die Gitternetzlinien hinreichend präzise auf die Einzelteile aufgebracht werden müssen. It is often desirable to place on large objects such as Specify automobile bodies and similar positions exactly and to be able to mark. This is the case with the Establishment of automobile production lines important. Here comes it depends on the body parts to be joined together, for example fenders to be welded on Assembly robots positioned exactly in the right place on the body become. This can be achieved by placing a grid on it the body and regardless of what is to be attached to it Fender is provided so that the grid lines run continuously with exact assembly. If the Grid lines arranged sufficiently precisely on the bodies a manufacturing machine can also be very precise set up. The only problem then is that the Grid lines with sufficient precision on the individual parts must be applied.

Ein anderes Beispiel, in welchem exakte Positionen auf großen Gegenstände festgelegt werden müssen, ist die Nachmontage von Panzerplatten an fertiggestellten oder halbfertiggestellten Fahrzeugen. Die Bohrungen müssen dabei an nach sicherheitstechnisch exakt vorgegebenen Punkten gesetzt werden. Wird dies mit Filzstiften oder anderen Markierern versucht, so treten aufgrund der nicht-exakten Lage des Schreib-Endes nicht tolerierbare Ungenauigkeiten auf; das Gleiche gilt, wenn die Markierung mit einem Tintenstrahlkopf gesetzt werden soll, da bei einem solchen der emittierte Tröpfchenstrahl im Regelfall leicht schräg emittiert wird. Analoge Schwierigkeiten ergeben sich auch, wenn Markierungen mit einem Laser aufgebracht werden sollen, da der Laserstrahl oftmals unter einem Winkel zur optischen Achse mit ungenügendem Strahlquerschnitt usw. emittiert wird. Another example in which exact positions on large Objects must be specified is the re-assembly of Armor plates on finished or semi-finished Vehicles. The holes must be on security-specific points are set. If you try to do this with felt pens or other markers, so occur due to the non-exact location of the write end intolerable inaccuracies; the same goes for, when the mark is set with an inkjet head should, since with such the emitted droplet jet in Usually is emitted slightly obliquely. analog Difficulties also arise when marking with a laser should be applied because the laser beam is often under an angle to the optical axis with insufficient Beam cross section, etc. is emitted.

Bislang wurden daher Markierungen beispielsweise mit harten Taststiften gesetzt, die eine exakte Positionsdefinition erlauben. Um damit zu markieren, wurde auf deren Markierfläche Kreidepulver aufgerieben, um nach dem Absetzen des Taststiftes einen Kreidepunkt an der gewünschten Stelle zu hinterlassen. Dies ist insbesondere zur Aufbringung von exakten Gitterlinien unzureichend und überdies arbeits- bzw. maschinen- zeit-aufwändig. So far, for example, markings have been hard Tactile pens set that have an exact position definition allow. To mark with it, was on their marking area Chalk powder rubbed in after the weaning A chalk point at the desired location leave. This is especially true for applying exact Grid lines inadequate and also work or machine time-consuming.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen. The aim of the present invention is to create something new for to provide the commercial application.

Im unabhängigen Anspruch wird angegeben, wie das Ziel erreicht wird. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen. The independent claim states how the goal is achieved. Preferred embodiments can be found in the Dependent claims.

Es wird somit zunächst Verfahren zur Markierung von Gegenständen mittels einer Koordinatenmeßmaschine vorgeschlagen, bei welchem vorgesehen ist, daß ein Markierungsinstrument in einem auf bekannte Weise verfahrbaren Maschinenteil eingebracht wird, eine Markierung mit dem Markierungsteil auf eine Referenzposition gesetzt wird, die exakte Lage der Referenzposition bestimmt und nachfolgend anzubringende Markierungen unter Bezugnahme auf eine Abweichung zwischen der mittels Referenzkörpers festgestellten tatsächlichen Markierungslage und der aus den vorgegebenen Maschinenkoordinaten erwarteten Referenzpositionslage gesetzt werden. It will therefore initially be a method for marking Objects proposed by means of a coordinate measuring machine, in which it is provided that a marking instrument in a machine part movable in a known manner is introduced, a marking with the marking part on a Reference position is set, the exact location of the Determines the reference position and the markings to be made subsequently referring to a discrepancy between the mean Reference body determined actual marking position and the expected from the given machine coordinates Reference position can be set.

Ein erster wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht somit darauf, daß eine Ungenauigkeit eines Markierungsinstrumentes nicht durch aufwändige Manipulation mit dem Markierungsinstrument oder Veränderungen an diesem verringert wird, sondern einfach ein preiswert verfügbares Markierungsinstrument einsetzbar und vor allem austauschbar gemacht wird, indem dessen Toleranzen durch einen besonderen, aber preiswert durchführbaren Kalibrierschritt kompensiert werden. Es wurde erkannt, daß der zusätzliche Arbeitsaufwand, der sich aus dem erfindungsgemäßen Kalibrierschritt ergibt, die Vorteile und den Zeitgewinn beim wiederholten Setzen von Markierungen bei weitem überwiegt. A first essential aspect of the present invention is therefore based on the fact that an inaccuracy of a Marking instrument not through complex manipulation with the Marking instrument or changes to it reduced but simply an inexpensive one Marking instrument can be used and, above all, made interchangeable is by changing its tolerances by a special, but cost-effective calibration step can be compensated. It has been recognized that the additional work involved results from the calibration step according to the invention, the Advantages and the time saved when setting again Marks outweighed by far.

Als Markierungsinstrument kann ein einfacher Filzstift, ein Tintenstrahlkopf oder dergleichen verwendet werden. Insbesondere die Verwendung von Tintenstrahlköpfen ist vorteilhaft, da hier eine vollkommen berührungsfreie Markierung erfolgt und sich keine aufsetzkraftabhängige Deformation ergibt. Neben Markierungsinstrumenten, die markierendes Material wie Tinte, Tusche oder dergleichen auf dem Werkstück ablagern, kann auch vorgesehen werden, eine Markierung beispielsweise mittels eines Lasers zu setzen. Auch hier ergeben sich im Regelfall aufgrund der von einer idealen geraden Strahlemission abweichenden Lichtabstrahlung Markierungstoleranzen im herkömmlichen Betrieb. A simple marker pen can be used as a marking instrument Ink jet head or the like can be used. In particular, the use of inkjet heads is advantageous because there is a completely non-contact marking and there is no deformation dependent on the application force. In addition to marking instruments that like marking material Deposit ink, ink or the like on the workpiece, can also be provided, for example a marking using a laser. Here, too, arise in Usually due to the ideal straight beam emission deviating light emission marking tolerances in the conventional operation.

In einer bevorzugten Variante ist die Referenzmarkierung punktförmig und/oder fadenkreuzförmig. Dies erleichtert das visuelle Ausrichten des manuell auf die Referenzmarkierung aufzusetzenden Referenzkörpers. Am Referenzkörper selbst kann gleichfalls ein Fadenkreuz vorgesehen sein, welches mit dem Markierungskreuz oder -kreuzungspunkt in Deckung zu bringen ist. The reference marking is in a preferred variant punctiform and / or cross-haired. This makes it easier visually align the manually on the reference mark reference body to be placed. On the reference body itself a crosshair can also be provided, which with the Align the marking cross or crossing point is.

Es ist auch möglich, eine Markierung zu setzen und die Position der Markierung mittels elektronischer Bildverarbeitung zu erfassen. Dazu kann anstelle des Taststiftes eine Kamera oder ein anderes geeignetes optisches Instrument an einem beweglichen Teil der Maschine angeordnet werden. Um Ungenauigkeiten der Kamera bei der Bilderkennung zu berücksichtigen, kann diese wiederum selbst kalibriert werden, indem zunächst die scheinbare Lage einer Markierung oder eines Referenzkörpers bestimmt wird, der an exakt festliegender Stelle sitzt. Dies erlaubt eine schnelle vollautomatische Markerkalibrierung nach einmal festgelegter Kamerakalibrierung. It is also possible to put a marker and the Position of the marking using electronic image processing capture. A camera can be used instead of the stylus or another suitable optical instrument on one movable part of the machine. Around Taking into account inaccuracies of the camera when recognizing images can in turn be calibrated by first the apparent location of a marker or one Reference body is determined, which sits at a precisely fixed point. This allows a quick fully automatic Marker calibration after camera calibration has been defined.

Die Erfindung wird bevorzugt im Automobilbau, insbesondere bei der Einrichtung von Fertigungsstraßen und/oder der Nachrüstung von Automobilen verwendet. The invention is preferred in automotive engineering, in particular when setting up production lines and / or the Retrofitting of automobiles used.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt: The invention is described below only by way of example Drawing described. In this shows:

Fig. 1 schematisch eine Koordinatenmeßmaschine der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 shows schematically a coordinate measuring machine of the present invention;

Fig. 2 einen ersten Referenzkörper gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 is a first reference body of the present invention;

Fig. 3 einen weiteren Referenzkörper gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 is a further reference body according to the present invention.

Nach Fig. 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Koordinatenmeßmaschine 1 einen in X-, Y- und Z-Richtung beweglichen Koordinatenmeßarm 2, an den unterschiedliche Endelemente angeordnet werden können, beispielsweise ein Koordinatentaststift 3a und ein Markierungsstift 3b, der vorliegend als Filzstift ausgebildet ist. 1, according to Fig. 1 comprises a generally designated 1 coordinate measuring an X-, Y- and Z-direction movable coordinate measuring arm 2 can be arranged at the different end members, for example a Koordinatentaststift 3 a and a marker 3 b of the present as felt pen is trained.

Der Koordinatenmeßarm 2 ist über einen solchen Koordinatenbereich X, Y, Z beweglich, dass ein zu erfassender Gegenstand 4 vollständig abgetastet werden kann. Dazu ist eine Steuerung und Antast-Erkennung vorgesehen (nicht gezeigt). The coordinate measuring arm 2 is movable over such a coordinate area X, Y, Z that an object 4 to be detected can be completely scanned. For this purpose, control and probing detection are provided (not shown).

Die Position des Meßarmes wird auf einen maschineneigenen Referenzpunkt 5 bezogen. Die genaue Position des Koordinatenmeßarmes relativ zu diesem Koordinatenursprung ist in der Steuerung jederzeit bekannt. The position of the measuring arm is related to a machine reference point 5 . The exact position of the coordinate measuring arm relative to this coordinate origin is known at all times in the control.

Der Taststift 3a weist eine definierte Halterung 3a1 und ein definiertes Tastende 3a2 auf, welches vorliegend kugelförmig gebildet ist. The stylus 3 a has a defined holder 3 a1 and a defined key end 3 a2, which in the present case is spherical.

Der Markierungsstift 3b weist eine gleichfalls definierte Halterung 3b1 und eine Spitze 3b2 auf, die von Markierungsstift zu Markierungsstift geringfügig unterschiedlich liegen kann. Der Taststift 3a und der Markierungsstift 3b sind dazu ausgebildet, in einem Wechselmagazin untergebracht und automatisch gegeneinander getauscht zu werden. The marking pen 3 b has an equally defined holder 3 b1 and a tip 3 b2, which can be slightly different from marking pen to marking pen. The stylus 3 a and the marker 3 b are adapted housed in a magazine and automatically change to be interchanged.

Die Anordnung wird in Kombination mit einem Referenzkörper 6 gebildet, der nach Fig. 2 kreiszylindrisch ist und eine Aussenwand 6a, eine Innenwand 6b und ein zentrales Fadenkreuz 6c auf seinem Boden aufweist. The arrangement is formed in combination with a reference body 6 , which is circular cylindrical according to FIG. 2 and has an outer wall 6 a, an inner wall 6 b and a central crosshair 6 c on its bottom.

Der Referenzkörper 6 ist mit hoher Präzision gearbeitet und so schwer, dass er unter dem leichten Antasten durch den Taststift 3a nicht, jedenfalls nicht signifikant, bewegt wird. The reference body 6 is worked with high precision and so heavy that it is not, at least not significantly, moved under the slight probing by the stylus 3 a.

Die Anordnung wird zum Markieren des Gegenstandes 4 an einer vorbestimmten Stelle verwendet wie folgt:
Zunächst wird der Gegenstand 4 in dem vom Koordinatenmeßarm 2 überstrichenen Bereich angeordnet. Dann wird festgestellt, in welcher Ausrichtung und an welcher Position der Gegenstand 4 angeordnet wurde. Dazu wird in herkömmlicher Weise ein Taststift 3a verwendet und es werden charakteristische Merkmale des Gegenstandes 4 abgetastet, um danach auf seine Ausrichtung und die Position des Gegenstandsnullpunktes zu schließen. The arrangement is used to mark the object 4 at a predetermined location as follows:
First, the object 4 is arranged in the area covered by the coordinate measuring arm 2 . Then it is determined in which orientation and at what position the object 4 has been arranged. For this purpose, in a conventional manner, a stylus 3 a is used and there are sampled characteristic features of the object 4 to thereafter close to its orientation and the position of the subject zero point.

Nun wird eine Sollposition des Gegenstandes vorgegeben, auf welche eine Markierung gesetzt werden soll. Now a target position of the object is specified on which marker should be set.

Es wird dann der Taststift 3a gegen den Markierungsstift 3b gewechselt. Anschließend wird an eine beliebige Stelle, bevorzugt entfernt von der Stelle, an welcher tatsächlich eine Markierung gewünscht wird, eine Kalibriermarkierung gesetzt. The stylus 3 a is then exchanged for the marking pen 3 b. A calibration marking is then placed at any point, preferably at a distance from the point at which a marking is actually desired.

Die mit dem Markierungsstift 3b gesetzte Kalibriermarkierung wird dabei in Form eines dünnen Kreuzes aus orthogonal auf einander stehenden Linien gesetzt. Die exakte Position dieser Fadenkreuzkalibriermarkierung hängt von der Produktion des Filzstiftes stark ab und ist somit wesentlich weniger präzise festgelegt, als dies bei Taststiften und dergleichen Präzisionsinstrumenten möglich ist. Demgemäß liegt die Fadenkreuzkalibriermarkierung, die mit dem Markierungsstift 3b gesetzt wurde, nicht exakt an der vorbestimmten Referenzsollposition. Es ist daher die Abweichung der tatsächlichen Lage der mit dem Filzstift gesetzten Kalibriermarkierung von der eigentlich vorgegebenen Markierungssollposition zu bestimmen. Hierzu wird zunächst der Referenzkörper 6 so über dem Markierungskreuz angeordnet, dass das Fadenkreuz 6c entlang der Markierungslinien des Markierungskreuzes verläuft. The calibration marking set with the marking pen 3 b is set in the form of a thin cross made of orthogonal lines. The exact position of this crosshair calibration mark strongly depends on the production of the felt pen and is therefore determined much less precisely than is possible with styli and similar precision instruments. Accordingly, the crosshair calibration mark, which was set with the marker pen 3 b, is not exactly at the predetermined reference target position. It is therefore necessary to determine the deviation of the actual position of the calibration marking set with the felt-tip pen from the actual marking target position. For this purpose, the reference body 6 is first arranged above the marking cross such that the cross hair 6 c runs along the marking lines of the marking cross.

Nun wird der Markierungsstift 3b automatisch gegen den Taststift 3a ausgewechselt und die exakte Position des Referenzkörpers 6 damit abgetastet. Sobald die Position des Referenzkörpers bestimmt wurde, liegt automatisch auch die Position des Referenzkreuzes genau fest. Aus dieser exakt festliegenden Ist-Position und der zuvor vorgegebenen Soll-Position der Kalibriermarkierung wird nun in der Steuerung die Abweichung ermittelt, welche bei der Markierung mit dem gegebenen Filzstift erhalten wird. Now the marking pen 3 b is automatically exchanged for the stylus 3 a and the exact position of the reference body 6 is thus scanned. As soon as the position of the reference body has been determined, the position of the reference cross is automatically determined. From this exactly fixed actual position and the previously specified target position of the calibration marking, the deviation is now determined in the control, which is obtained when marking with the given felt pen.

Es liegen somit alle Informationen vor, die erforderlich sind, um an exakt vorgegebener Stelle des Gegenstandes eine Markierung zu setzen, nämlich einerseits die Ausrichtung und Position des Gegenstandes, andererseits die für das momentan gewählte Markierungsmittel 3b spezifische Abweichung zwischen der vorgegebenen Gegenstandsmarkierung und der tatsächlichen Lage der Markierung. Unter Heranziehung dieser Daten wird nun bestimmt, auf welche Position der Koordinatenmeßarm 2 verschoben werden muss, um eine Markierung auf eine vorbestimmte Gegenstandskoordinate zu setzen. Der Taststift wird gegen den Markierungsstift 2 ausgetauscht und auf die entsprechende Position verfahren, wodurch die Markierung gesetzt wird. Dabei kann berücksichtigt werden, dass das Anfahren bzw. Antasten aus einer bestimmten Richtung erfolgen muss. There is therefore all the information required to place a marker at a precisely specified point on the object, namely on the one hand the orientation and position of the object, and on the other hand the specific deviation for the currently selected marking means 3 b between the specified object marking and the actual one Location of the mark. Using this data, it is now determined to which position the coordinate measuring arm 2 has to be moved in order to set a marking on a predetermined object coordinate. The stylus is exchanged for the marker pen 2 and moved to the corresponding position, whereby the marker is set. It can be taken into account that the approach or probing must take place from a certain direction.

Während vorliegend ein System beschrieben wurde, bei welchem der Meßarm in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbar ist, ist einsichtig, dass eine Positionierung gegebenenfalls auch bzw. zusätzlich unter Verschwenken des Armes um die drei Raumachsen erfolgen kann, sofern die Koordinatenmeßmaschine 1 dazu ausgelegt ist. Dies ist zur Markierung besonders kompliziert geformter Gegenstände von Vorteil. In einem solchen Fall wird entsprechend darauf kalibriert. While a system has been described in which the measuring arm can be moved in the X, Y and Z directions, it is clear that positioning can also be carried out, if necessary or additionally, by pivoting the arm about the three spatial axes, provided the coordinate measuring machine 1 is designed for this. This is advantageous for marking particularly complicated shaped objects. In such a case, it is calibrated accordingly.

Die Fig. 3 zeigt einen weiteren Referenzkörper 6', der wie der Referenzkörper 6 ein Fadenkreuz 6c' aufweist, dessen Position aber nicht durch Abtasten zylindrischer Wände bestimmt wird, sondern durch Bestimmung von am Referenzkörper vorgesehenen Referenzkugeln 6d, von welchen drei Stück vorgesehen sind. Dies verbessert die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Referenzkörpers. FIG. 3 shows a further reference body 6 'which, like the reference body 6, a reticle 6 c', having its position is not determined by scanning cylindrical walls but d by determining provided at the reference body reference spheres 6, of which three pieces are provided are. This improves the accuracy of the position determination of the reference body.

Es sei erwähnt, dass es weiter möglich ist, anstelle des Markierungsstiftes andere Markierungselemente wie Tintenstrahlköpfe, Laser und dergleichen zu verwenden. Weiter ist es möglich, die Lage eines zu Referenzzwecken gesetzten Markierungskreuzes oder dergleichen nicht nur durch Aufsetzen eines Referenzkörpers zu bestimmen, sondern gegebenenfalls mit einer am Koordinatenmeßarm zu befestigenden Bilderkennungsvorrichtung. Diese kann wiederum einmal vorkalibriert, analog zu der Weise, wie sie vorstehend beschrieben wurde, verwendet werden. It should be noted that it is still possible instead of the Marker pen other marker elements such as To use ink jet heads, lasers and the like. It is further possible the location of a set for reference purposes Marking cross or the like not only by putting on a Determine reference body, but if necessary with one to be attached to the coordinate measuring arm Image recognition device. This can in turn be pre-calibrated, analog to as described above become.

Claims

1. A method for marking objects by means of a coordinate measuring machine, characterized in that a marking instrument is introduced in a machine part which can be moved in a known manner, a marking is placed with the marking part on a reference position, the exact position of the reference position is determined and the markings to be subsequently applied are made with reference be set to a deviation between the actual reference position determined by means of the reference body and the reference position expected from the predetermined machine coordinates.

2. The method according to the preceding claim, characterized characterized that to determine the exact Reference position a reference body when the marking is set arranged and subsequently scanned.

3. The method according to the preceding claim, characterized characterized in that the marker a Represents inkjet head.

4. The method according to claim 1, characterized in that a marker with a soft marker end, in particular a felt pen or the like is used.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a punctiform Reference mark is attached.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a cruciform Reference mark is attached.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a reference body with a Crosshair is used, the crosshair with the Mark brought into cover and / or partial cover becomes.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reference body position with a stylus is scanned.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as markings on the Object after calibration of the marker Grid lines and / or drill hole target positions are arranged.

10. Use of a method according to one of the preceding Requirements in automotive engineering, especially for Body assembly.