DE102004045801B3

DE102004045801B3 - Verfahren und Hilfseinrichtung zum Positionieren einer Stütze für ein Messobjekt zum Vermessen mit einem Koordinatenmessgerät

Info

Publication number: DE102004045801B3
Application number: DE200410045801
Authority: DE
Inventors: Giesbert Elstner; Martin Dr.-Ing. Knauer; Wolfgang Schüller
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Hilfsvorrichtung zum Positionieren einer Stütze für ein Messobjekt zum Vermessen mit einem Koordinatenmessgerät. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Hilfseinrichtung zu entwickeln, welche mit geringem Aufwand eine hohe Positioniergenauigkeit ermöglichen. Die Erfindung besteht darin, dass bei einem Verfahren und einer Hilfsvorrichtung die Solllage eines Auflageelementes (4) eingestellt wird, indem ein am Messarm (9) des Koordinatensystems befestigtes Positionierelement (11) mit einer Führung (12) für das Auflageelement (4) in eine bezüglich der Solllage vorgegebene Position gefahren und fixiert wird, wobei eine Stütze (2, 3) unter die Führung (12) verschoben wird, wobei das Auflageelement (4) entlang der Führung (12) in der Höhe verstellt wird und wobei die Stütze (2, 3) auf einer Messplattform (1, 5) und das Auflageelement (4) in der Höhe fixiert werden, wenn das Auflageelement (4) eine Solllage erreicht hat.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren nach Anspruch 1 und eine Hilfseinrichtung nach Anspruch 4 zum Positionieren einer Stütze für ein Messobjekt zum Vermessen mit einem Koordinatenmessgerät.
Bei einem Koordinatenmessgerät werden mit einem Taster verschiedene Messpunkte eines Messobjektes angetastet und deren Koordinaten gespeichert. Aus einer anschließenden Verarbeitung der Punktkoordinaten ergeben sich Messwerte für Abmessungen, wie Länge, Breite oder Dicke, eines Werkstückes oder einer Baugruppe oder für den Abstand zwischen Flächen und/oder Kanten eines Werkstückes oder zwischen zwei Werkstücken. Ein Taster wirkt berührend oder berührungslos und ist an einem Tastkopf befestigt. Für verschiedene Messaufgaben sind unterschiedliche Tastköpfe mit speziellen Tastern vorgesehen. Deshalb ist ein Tastkopf am Messarm eines Koordinatenmessgerätes austauschbar vorgesehen. Um unnötigen Justieraufwand zu vermeiden bestehen zwischen Tastkopf und Messarm mechanische Schnittstellen mit Schnellkupplung des Tastkopfes. Damit mit dem Messarm jeder gewünschte Messpunkt angefahren werden kann, ist der Messarm mit dem Tastkopf in drei Koordinatenrichtungen positionierbar.
Beim Messen von Koordinaten an Messobjekten mit einer komplizierten Geometrie, wie zum Beispiel an einer Karosserie, werden bestimmte Punkte des Messobjektes als Referenzpunkte festgelegt. Vor Beginn einer Koordinatenmessung wird das Messobjekt im Koordinatenmessgerät an den Referenzpunkten auf an Stützen befindlichen Auflageelementen abgelegt. Die Positioniergenauigkeit der Auflageelemente bestimmt maßgeblich die Messgenauigkeit. Zum Positionieren der Auflageelemente werden die Stützen auf einer ebenen Messplattform verschoben und die Auflageelemente in der Höhe eingestellt. Die waagerechte Messplattform liegt in einer Ebene parallel zur einer Ebene, die durch x-y-Koordinatenachsen aufgespannt ist. Die Höhenverstellung der Auflageelemente erfolgt in Richtung der z-Koordinatenachse. Hat ein Auflageelement nach mehreren Mess- und Positionierschritten die Solllage erreicht, werden die betreffende Stütze auf der Messplattform und die Höhenverstellung des Auflagepunktes in der Höhe fixiert.

Zur Positionierung eines höhenverstellbaren Auflageelementes an einer auf einer Messplattform frei beweglichen Stützsäule ist es bekannt, eine greiferartige Lehre mit einem wiederholsicheren Schnellanschluss an einem Flansch eines Arms eines Koordinatenmesssystems zu verwenden. Der Arm des Koordinatenmessgerätes wird so verfahren, dass mit der Lehre das Auflageelement ergriffen werden kann. Weiterhin wird der Arm in eine Sollposition gefahren, wobei die Stützsäule in der x-y-Ebene und das Auflageelement in z-Richtung von der Lehre mitgenommen wird. In Sollposition werden die Stützsäule auf der Messplattform und das Auflageelement in der Höhe fixiert. Die Positionierung des Auflageelementes mittels der Tastkopfantriebsmittel des Koordinatenmesssystems erfordert wegen der Masse der Lehre und den erforderlichen Positionierkräften einen hohen konstruktiven Aufwand. Ohne entsprechende Steifigkeit der Positioniermittel in den drei Koordinatenachsen ergeben sich Positionierfehler.

In der DE 101 31 038 A1 ist ein Koordinatenmessgerät in Ständerbauweise gezeigt, bei dem an einem Messarm eine Aufnahme für eine Dreh-Schwenk-Einheit vorgesehen ist. An der Dreh-Schwenk-Einheit befindet sich eine weitere Aufnahme für einen Tastkopf. Die Aufnahme für den Tastkopf besteht aus drei Kugelpaaren an der Dreh-Schwenk-Einheit und drei den Kugelpaaren zugeordneten Zylindern an einem Aufnahmeteller des Tastkopfes. Der Messarm kann so bewegt werden, dass ein Tastkopf aus einem Magazin in der Aufnahme befestigt werden kann. Der Tastkopf wird in der Aufnahme mit einem Elektromagneten gehalten, wobei sich am Tastkopf ein ferromagnetisches Bauteil befindet.

Aus der DE 196 40 579 C2 ist eine Vorrichtung zum Positionieren einer Stütze für ein Messobjekt zum Vermessen mit einem Koordinatenmessgerät bekannt. Aus der DE 203 17 487 U1 ist ein Sensor zur Erkennung der Solllage eines Tatskopfes eines Koordinatenmessgerätes bekannt. Aus der US 4,523,450 ist das selbstzentrierende Eintasten in eine Vertiefung in einem Referenzobjekt bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Hilfseinrichtung zum Positionieren einer Stütze für ein Messobjekt zum Vermessen mit einem Koordinatenmessgerät zu entwickeln, welche mit geringem Aufwand eine hohe Positioniergenauigkeit ermöglichen.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Eine Hilfseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen nach Anspruch 4.

Gemäß dem Verfahren wird ein Positionierelement am Messarm eines Koordinatenmessgerätes mit den Koordinatenmessgerät eigenen Antrieben in eine bestimmte Position gebracht und dort festgesetzt. Eine Stütze für ein Messobjekt wird anschließend auf einer x-y-Messplattform unter das Positionierelement verschoben. Danach wird ein Auflageelement für das Messobjekt an der Stütze in der Höhe bis zum Positionierelement verstellt. Das Positionierelement besitzt Führungen für das Auflageelement, so dass bei der Höhenverstellung die Position der Stütze auf der Messplattform selbsttätig korrigiert wird, falls das Auflageelement nicht exakt unter dem Positionierelement stand. Ist die Solllage des Auflageelementes erreicht, wird die Stütze auf der Messplattform festgelegt und die Höhenverstellung des Auflageelementes fixiert.

Besonders vorteilhaft ist ein Positionierelement mit einem Aufnahmekegel für ein kugelförmiges Auflageelement. Das Positionierelement wird so ausgerichtet, dass die Achse des Aufnahmekegels in z-Richtung senkrecht zur Messplattform steht und der Aufnahmekegel dem Auflageelement zugewandt liegt. Im Aufnahmekegel sind elektrische Kontakte eingelassen, die überbrückt werden, wenn das Auflageelement die Solllage einnimmt. Die Kontaktfläche weist die Geometrie der Kegelfläche des Aufnahmekegels auf. Das Erreichen der Solllage kann optisch oder akustisch signalisiert werden. Die Signalisierungselemente inklusive Stromversorgung können direkt im Positionierelement untergebracht sein.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, es zeigen:
1 ein Schema eines Koordinatenmessgerätes in Säulenbauform,
2 ein Schema einer Positionierhilfe für ein kugelförmiges Auflageelement, und
3 eine Draufsicht auf eine Positionierhilfe.
1 zeigt ein Schema eines Koordinatenmessgerätes zum Messen von Punktkoordinaten. Auf einer Messplattform 1 befinden sich Stützen 2 mit höhenverstellbaren Säulen 3, an deren Ende ein kugelförmiges Auflageelement 4 sitzt. Die waagerechte Ebene 5 der Messplattform 1 liegt parallel zu einer Ebene, die von der x-y-Achse des Koordinatenmessgerätes aufgespannt wird. Die Säulen 3 sind in Richtung der z-Achse des Koordinatenmessgerätes verstellbar. Die Stützen 2 sind nahezu reibungsfrei auf der Messplattform 1 von Hand verschiebbar und in jeder beliebigen Position auf der Messplattform 1 festlegbar. Die Säulen 3 können in jeder beliebigen Höhe an der jeweiligen Stütze 2 fixiert werden. Seitlich an der Messplattform 1 befinden sich Führungen für einen x-Schlitten 6. Am x-Schlitten 6 ist eine z-Säule 7 befestigt. An der z-Säule 7 ist ein z-Schlitten 8 spielfrei geführt. Am z-Schlitten 8 befinden sich weiterhin Führungen für einen in y-Richtung verschiebbaren Messarm 9. Am Ende des Messarms 9 befindet sich ein Halter 10 für eine Dreh-Schwenk-Einheit eines Tastkopfes oder für die direkte Aufnahme eines Tastkopfes oder für eine Positionierhilfe 11 mit Positionierkegel 12 und optischer Anzeige 13. Die Schlitten 6, 8 und der Messarm 9 sind mit Antrieben zum Verschieben in den Koordinatenrichtungen x, y, z verbunden. Zur Steuerung der Position eines Tasters bzw. der Positionierhilfe 11 sind Meßsysteme für die Linearstellung der Schlitten 6, 8 und des Messarmes 9 vorgesehen. Die 1 zeigt hierzu verwendete Linearmass stäbe 14–16 seitlich an der Messplattform 1, an der z-Säule 7 und an dem Messarm 9.
Einzelheiten der Positionierhilfe 11 sind in 2 und 3 in Seitenansicht und Draufsicht gezeigt. Die Positionierhilfe 11 besteht aus einem Grundkörper aus einem Aluminiumwerkstoff. Das Gewicht der Positionierhilfe 11 ist damit gering, so dass bei der Positionierung eine hohe Genauigkeit erreicht wird. Die Positionierhilfe 11 besitzt eine hochgenau gefertigte mechanische Schnittstelle zum Halter 10 in Form einer Sechspunktlagerung mit drei um 120 Grad versetzt angeordneten Zylindern 17 und pro Zylinder 17 zwei Kugeln 18 am Halter 10. Dieselbe Schnittstelle dient auch zur Aufnahme einer Dreh-Schwenk-Einheit oder eines Tastkopfes beim eigentlichen Koordinatenmessvorgang. Zur Halterung der Positionierhilfe 11 am Halter 10 dient eine ferromagnetische Scheibe 19, die mit einem Elektromagneten 20 im Halter 10 zusammenwirkt. Zum Trennen der Positionierhilfe 11 vom Halter 10 dient ein Auswurfmechanismus, von dem nur ein Betätigungsknopf 21 dargestellt ist. Im Positionierkegel 12 ist ein elektrischer Kontakt 22 in ein Isolationsmaterial 23 eingebettet. Die Kontaktfläche des Kontaktes 22 ist in einem Arbeitsgang mit der koaxialen Kegelfläche des Positionierkegels 12, z.B. durch Ausdrehen, erzeugt. Die Achse 24 der Kegelfläche liegt in z-Richtung. In Solllage liegt ein kugelförmiges Auflageelement 4 an einem wagerecht liegenden Kreis 25 an der Kegelfläche an. Der Kontakt 22 und das elektrisch leitende Material des Positionierkegels 12 sind mit einem Stromkreis verbunden, der einen Widerstand 26, eine Spannungsquelle 27 und eine LED 28 enthält.
Auf den kugelförmigen Auflageelementen 4 werden messobjektspezifische Adaptionen mit einem Schnellspannsystem befestigt, auf welchen wiederum das zu vermessende Objekt abgesetzt wird. Vor dem Messen werden die Stützen 2 bzw. die Auflageelemente 4 in eine Solllage positioniert. Hierzu dient die Positionierhilfe 11. Wenn die Karosserie mit Hilfe eines Rechners konstruiert wurde, dann liegen die Daten für die Solllagen der Auflagepunkte bereits vor, woraus sich Solllagen für die Auflageelemente 4 und für die Positionierhilfe 11 ableiten lassen. Die Daten für die Solllagen werden der Steuerung des Koordinatenmessgerätes zugeführt. Die Auflageelemente 4 werden nacheinander positioniert, indem in einem ersten Schritt mit den Achsantrieben und mit Hilfe der Linearmesssysteme des Koordinatenmessgerätes die am Halter 10 befestigte Positionierhilfe 11 auf eine Solllage für ein erstes Auflageelement 4 gefahren und dort festgelegt wird. In dieser Position liegt die Achse 24 der Kegelfläche senkrecht zur Ebene 5. In einem nachfolgenden Schritt wird eine Stütze 2 mit einer Säule 3 unter die Positionierhilfe 11 verschoben. Danach wird die Säule 3 aus der Stütze 2 ausgefahren, bis das Auflageelement 4 die Kegelfläche berührt. Beim weiteren Ausfahren der Säule 3 bewegt sich das Auflageelement 4 entlang der Kegelfläche. Weil die Positionierhilfe 11 fest steht und die Stütze 2 durch ein Luftlager frei auf der Ebene 5 verschiebbar ist, wird beim Ausfahren der Säule 3 die Stütze 2 auf der Ebene 5 verschoben. Das Ausfahren der Säule 3 ist beendet, wenn das kugelförmige Auflageelement 4 in Sollposition am Kreis 25 anliegt. Wenn das kugelförmige Auflageelement 4 am Kreis 25 anliegt, dann überbrückt das leitende Material des Auflageelementes 4 den Kontakt 22 mit dem Material des Positionierkegels 12. Der besagte Stromkreis wird geschlossen, so dass die LED 28 leuchtet. Wenn die LED 28 leuchtet, dann wird die Säule 3 in der Höhe in der Stütze 2 fixiert. Weiterhin wird das Luftlager unter der Stütze 2 aufgehoben und die Stütze 2 durch die Wirkung magnetischer Kräfte auf der Ebene 5 fixiert. Die Positionierschritte werden für die restlichen Auflageelemente 4 wiederholt.
Nach der Positionierung der Auflageelemente 4 wird die Positionierhilfe 11 vom Halter 10 abgebaut, wozu die magnetischen Kräfte zwischen dem Elektromagneten 20 und der Scheibe 19 aufgehoben werden und eine Arretierung mit dem Betätigungsknopf 21 ausgelöst wird. An die Stelle der Positionierhilfe 11 wird am Halter 10 eine Dreh-Schwenk-Einheit oder ein Tastkopf aufgenommen, so dass anschließend mit einem Taster Koordinatenmessungen an der Karosserie vorgenommen werden können.

1: Messplattform
2: Stütze
3: Säule
4: Auflageelement
5: Ebene
6: x-Schlitten
7: z-Säule
8: z-Schlitten
9: Messarm
10: Halter
11: Positionierhilfe
12: Positionierkegel
13: Anzeige
14–16: Linearmassstab
17: Zylinder
18: Kugel
19: Scheibe
20: Elektromagnet
21: Betätigungsknopf
22: Kontakt
23: Isolationsmaterial
24: Achse
25: Kreis
26: Widerstand
27: Spannungsquelle
28: LED

Claims

Verfahren zum Positionieren einer Stütze für ein Messobjekt zum Vermessen mit einem Koordinatenmessgerät, bei dem die Stütze und ein mit der Stütze verbundenes, höhenverstellbares Auflageelement für das Messobjekt auf einer ebenen Messplattform verschoben und in einer Solllage fixiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Solllage des Auflageelementes (4) eingestellt wird, indem ein am Messarm (9) des Koordinatensystems befestigtes Positionierelement (11) mit einer Führung (12) für das Auflageelement (4) in eine bezüglich der Solllage vorgegebene Position gefahren und fixiert wird, dass die Stütze (2, 3) unter die Führung (12) verschoben wird, dass das Auflageelement (4) entlang der Führung (12) in der Höhe verstellt wird, und dass die Stütze (2, 3) auf der Messplattform (1, 5) und das Auflageelement (4) in der Höhe fixiert werden, wenn das Auflageelement (4) die Solllage erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (2, 3) auf der Messplattform (1, 5) und das Auflageelement (4) in der Höhe fixiert werden, wenn ein Sensor (22, 28) das Erreichen der Solllage erkennt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflageelement (4) gegen einen die Solllage bildenden Anschlag (12, 25) des Positionierelementes (11) gefahren wird.
Hilfseinrichtung zum Positionieren einer Stütze für ein Messobjekt zum Vermessen mit einem Koordinatenmessgerät, mit einem ebenen Messtisch auf dem die Stütze frei verschiebbar und fixierbar ist, mit einem mit der Stütze verbundenen Auflageelement für das Messobjekt, wobei das Auflageelement in der Höhe auf eine Solllage verstellbar und fixierbar ist, mit einem im Raum positionierbaren Messarm des Koordinatenmessgerätes, der eine Kuppelstelle für einen Tastkopf aufweist, wobei an der Kuppelstelle (10) ein Positionierelement (11) befestigt ist, wobei das Positionierelement (11) ein Führungselement (12) für das Auflageelement (4) aufweist, und wobei ein Sensor (22, 28) für das Erkennen der Solllage des Auflageelementes (4) vorgesehen ist dadurch gekennzeichnet, dass das Auflageelement (4) kugelförmig ausgebildet und als Führungselement ein Aufnahmekegel (12) vorgesehen ist, wobei am Aufnahmekegel (12) ein gegenüber dem elektrisch leitendem Material des Aufnahmekegels (12) isolierter elektrischer Kontakt (22) mit einer Kontaktfläche vorgesehen ist, die die Geometrie der Kegelfläche des Aufnahmekegels (12) aufweist.
Hilfseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (24) des Aufnahmekegels (12) senkrecht zur Messplattformebene (5) verläuft.
Hilfseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (22) und das elektrisch leitende Material des Aufnahmekegels (12) in der Solllage durch das kugelförmige Auflageelement (4) elektrisch verbunden sind.
Hilfseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Positionierelement (11) ein optisches Anzeigeelement (28) für die Solllage angeordnet ist.
Hilfseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Anzeigeelement eine Leuchtdiode (28) vorgesehen ist, die in einer Schaltung mit einer Stromquelle (27) und dem elektrischen Kontakt (22) angeordnet ist.
Hilfseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Positionierelement (11) ein akustisches Signalisierungselement für die Solllage angeordnet ist.