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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen von Bauteilen
mit einer Messeinrichtung enthaltend mindestens zwei Sensoren zum
optoelektronischen Erfassen des Bauteils, das zu dem an einem Träger befestigten
Sensor entlang eines Verschiebeweges relativ bewegbar angeordnet
ist, wobei der Sensor über
eine auf eine Oberfläche
des Bauteils gerichtete Strahlungsquelle und über eine Empfangseinrichtung
verfügt.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen eines Bauteils,
wobei mindestens zwei Sensoren einer Messeinrichtung die Oberfläche des
Bauteils erfassen und während
eines Messvorgangs relativ zu dem Bauteil bewegt werden.
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Aus
der
DE 100 62 251
C2 ist eine Vorrichtung zum Vermessen von Bauteilen bekannt,
bei der mittels einer Lasertriangulationsmesseinrichtung ein Höhenprofil
des Bauteils bestimmt wird. Die bekannte Vorrichtung beschränkt sich
auf die Bestimmung von Höhenbildern
einer ebenen bzw. gewölbten Oberfläche des
Bauteils.
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Aus
der
DE 40 25 682 C2 ist
eine Vorrichtung zum Vermessen von Bauteilen bekannt, wobei mittels
einer Lasertriangulationsmesseinrichtung das Höhenprofil von strangförmigen Bauteilen
ermittelt wird. Die Lasertriangulationsmesseinrichtung weist einen
einzigen Triangulationssensor auf, der auf eine einzige Oberfläche des
strangförmigen
Bauteils ausgerichtet ist und ein Vermessen des in horizontaler Richtung
relativ zu der Lasertriangulationsmesseinrichtung verfahrbaren Bauteils
in vertikaler und horizontaler Richtung ermöglicht. Die Lasertriangulationsmesseinrichtung
ist relativ aufwändig
und beschränkt
sich auf das vermessen des Bauteils von einer Seite her.
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Aus
der
DE 38 17 321 A1 ist
eine Vorrichtung zum Vermessen von Bauteilen mit einer Triangulationsmesseinrichtung
bekannt, die zwei Triangulationssensoren zum optoelektronischen
Erfassen des Bauteils aufweist. Die Triangulationssensoren sind an
einem gemeinsamen Träger
in einer gemeinsamen horizontalen Sensorebene positioniert. Die
Triangulationssensoren sind lotrecht zu einer Verschieberichtung
orientiert angeordnet, entlang derer das Bauteil während des
Messvorgangs verfahren wird. Die Triangulationssensoren erfassen
während
des kontinuierlichen Verschiebens der Bauteile entlang einer Fertigungsstraße zu einem
vorgegebenen Zeitpunkt jeweils ein Messsignal, das dann einer elektronischen
Auswerteeinheit weitergegeben wird, in der unter Zugrundelegung
der Triangulationsbeziehung Koordinaten von vorgegebenen Bezugspunkten
berechnet werden. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, dass
die Sensoren der Messeinrichtung auf vorher bekannte Bezugspunkte
des Bauteils ausgerichtet sein müssen.
Ein komplettes Ver messen der Oberflächenstruktur des Bauteils kann
somit nicht gewährleistet
sein.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Vermessen von Bauteilen derart anzugeben, dass mit geringem Aufwand
ein berührungsfreies
Vermessen von dreidimensionalen Geometrien von Bauteilen ermöglicht wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist die Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Sensor als ein Flächensensor ausgebildet ist,
der in einem Messzeitintervall einen Oberflächenabschnitt des Bauteils
erfasst und/oder dass mindestens ein Sensor als ein Liniensensor
ausgebildet ist, der in einem Messzeitintervall eine Profillinie
des Bauteils erfasst.
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Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht insbesondere
darin, dass durch die Ausbildung der Sensoren als Flächensensor
und/oder Liniensensor der Informationsgehalt pro Aufnahme bzw. pro
Messung erhöht
wird. Vorteilhaft kann ein dreidimensionales Oberflächenprofil
des Bauteils erfasst und berechnet werden, wobei vorzugsweise die
Sensoren relativ zueinander bzw. relativ zu dem Bauteil derart angeordnet
sind, dass ein abschattungsfreies Detektieren des den Sensoren zugewandten
Oberflächenabschnitt
des Bauteils gewährleistet
ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist den Sensoren eine Verstelleinrichtung zugeordnet,
so dass die Sensoren unabhängig voneinander
um jeweils zwei orthogonal zueinander stehenden Schwenkachsen drehbar
gelagert sind. Die Sensoren können
daher jeweils beispielsweise um eine horizontale und vertikale Achse
verschwenkbar ange ordnet sein. Auf diese Weise ist gewährleistet,
dass insbesondere Hinterschneidungen des Bauteils erfasst und eine
vollständige
Erfassung des Oberflächenprofils
bzw. der Oberflächenkontur
des Bauteils erzielt wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung können die Sensoren auch jeweils
an einem dreidimensional beweglichen Roboterarm angeordnet sein,
so dass der Sensor in eine beliebige Position relativ zu dem Bauteil
verfahrbar ist. Die aktuellen Koordinaten der Sensoren während des
Messvorganges bzw. die Orientierung der Sensoren während des
Messvorganges werden in Verbindung mit den Messdaten in der Auswerteeinheit
derart verarbeitet, dass ein einziges Oberflächenprofilbild des Bauteils
generiert wird.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung kann der Flächensensor als ein Interferenzsensor
oder als Lidarsensor ausgebildet sein. Der Interferenzsensor ist
derart aufgebaut, dass auf Grundlage der Interferometrie ein Abstand
gemessen wird, wobei eine Länge
als Vielfaches der Wellenlänge
von dem kohärenten
Licht der Lichtquelle des Sensors dargestellt wird. Vorzugsweise
wird hierfür
Laserlicht, vorzugsweise Laserlicht eines He-Ne-Lasers eingesetzt.
Der Lidarsensor sendet Licht aus, das an der Oberfläche des
Bauteils reflektiert wird. Durch die Laufzeitmessung der Lichtstrahlung
kann auf die Entfernung des Bauteils zu dem Sensor geschlossen und
durch Überlagerung
der Messdaten die gesamte Oberfläche
des Bauteils erfasst werden.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung
mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 25 dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoren gleichzeitig mehrere unterschiedliche Oberflächenabschnitte
des Bauteils betreffende Messsignale erfassen, wobei die Erfassung der
Messsignale synchron zu einem Verschiebezeitin tervall eines Verschiebeweges
erfolgt, um den das Bauteil während
des Messvorgangs diskontinuierlich relativ zu den Sensoren bewegt
wird.
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Der
besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass durch synchrone Ansteuerung der Sensoren zu einem Verschiebetakt, um
den das Bauteil relativ zu der Messeinrichtung verschoben wird,
ein sicheres und vollständiges
Detektieren des Oberflächenprofils
des Bauteils gewährleistet
ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform des
Verfahrens erfolgt die Detektion bzw. das Empfangen des ausgesandten
Strahlungssignals im Ruhezustand des Bauteils bzw. der Sensoren,
so dass eine frei von Messfehlern behaftete Detektion der Oberflächenkontur
des Bauteils gewährleistet
ist.
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Vorzugsweise
erfolgt die diskontinuierliche Verschiebung des Bauteils relativ
zu der Messeinrichtung äquidistant
bzw. mit einer konstanten Taktrate, so dass ein in Verschieberichtung
vorderer und hinterer Bereich des Oberflächenabschnitts des Bauteils
erfasst wird. Hierdurch wird gewährleistet,
dass auch Hinterschneidungen im vorderen und hinteren Bereich des
Bauteils vermessen werden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer
ersten Ausführungsform
zum Vermessen von Bauteilen,
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2 einen
vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform
im Bereich der Messebene,
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3 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer dritten
Ausführungsform,
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4 eine
Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 3 in Richtung
X,
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5 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer
vierten Ausführungsform,
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6 eine
Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 5,
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7 eine
schematische Seitenansicht der Messeinrichtung, wobei während des
Messvorgangs das Bauteil in Verschieberichtung entlang eines äquidistanten
Verschiebewegintervalls bewirkt wird,
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8 ein
Geschwindigkeits-/Zeitdiagramm des Bauteil tragenden Förderbandes
und
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9 eine
schematische Perspektivansicht der unterschiedlich orientierten
Sensoren der Vorrichtung von schräg oben betrachtet.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Vermessen
von Bauteilen 2 wird in der Fertigung von Bauteilen 2 eingesetzt und
dient zur Überprüfung der Geometrie
des gefertigten Bauteils 2.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 besteht im
Wesentlichen aus einer Triangulationsmesseinrichtung 3,
einer Auswerteeinheit 4 und einer Auflageebene 5,
auf der das zu vermessende Bauteil 2 gelagert ist. Die
Triangulationsmesseinrichtung 3 kann beispielsweise als
eine Lasertriangulationsmesseinrichtung ausgebildet sein.
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Die
Auflageebene 5 für
das Bauteil 2 ist als ein Auflagetisch ausgebildet, der
ortsfest schwingungsgedämpft
gelagert ist. Die Dimension des Auflagetisches 5 beträgt beispielsweise
1,5 m × 0,6
m.
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Die
Triangulationsmesseinrichtung 3 ist in einer horizontalen
Verschieberichtung 6 relativ verschiebbar zu dem Auflagetisch 5 angeordnet.
Hierzu kann der Triangulationsmesseinrichtung 3 ein nicht dargestellter
Antrieb zugeordnet sein.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung gemäß 1 weist
die Triangulationsmesseinrichtung 3 durch drei in einem
gleichen Abstand zueinander angeordneten drei Triangulationssensoren 9 auf,
die quer zu der Verschieberichtung 6 an einer horizontalen
Traverse 10 eines verschiebbaren Trägers 11 befestigt
sind. Die Triangulationssensoren 9 sind an einer Unterseite
der Traverse 10 befestigt und spannen mit ihrem jeweiligen
Laserbündel 12 eine
vertikale Messebene 13 auf, die senkrecht zur horizontalen
Verschieberichtung 6 und senkrecht zum Auflagetisch 5 verläuft.
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Die
Höhe der
Traverse 10 wird durch die Länge von sich in vertikaler
Richtung erstreckenden Schenkeln 14 des Trägers 11 bestimmt,
die sich jeweils zwischen den Enden der Traverse 10 und
dem Auflagetisch 5 erstrecken. Die Höhe der Schenkel 14 kann
beispielsweise 0,2 m betragen. Der Träger 11 bildet somit
eine bewegbare Brücke
bzw. in Kombination mit den Triangulationssensoren 9 einen
bewegbaren optischen Vorhang, durch den das Bauteil 2 relativ
in horizontaler Verschieberichtung 6 bewegt wird. Das Bauteil 2 kann
eine beliebige Lage auf dem Auflagetisch 5 innehaben. Durch
die Anordnung der Triangulationssensoren 9 wird in der
vertikalen Messebene 13 sowohl das Höhenprofil in Richtung h als auch
das Querprofil in Richtung q ermittelt. Hierdurch erfolgt eine vollständige Konturenvermessung
des Bauteils 2 in zweidimensionaler Hinsicht, wobei durch
das stetige oder in kurzen Zeitabständen erfolgende Verschieben
des Trägers 11 unter
vollständiger
Erfassung des Bauteils 2 durch die Triangulationssensoren 9 eine
vollständige
dreidimensionale Profilvermessung des Bauteils 2 ermöglicht wird.
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In
der Auswerteeinheit 4 erfolgt ein Vergleich der durch die
Triangulationsmesseinrichtung 3 gelieferten Ist-Daten des
vermessenen Bauteils 2 mit den in der Auswerteeinheit gespeicherten
Soll-Daten des Bauteils 2. Die Soll-Daten des Bauteils 2 repräsentieren
ein Referenzmodell des Bauteils 2, das beispielsweise mittels
CAD-Techologie dreidimensional in elektronischer Form vorliegt.
Dem Referenzmodell können
Referenzgeometrien (Löcher,
Zylinder, Kanten, Konturformen) zugeordnet werden, anhand derer
die aufgenommenen Ist-Daten nach dem Referenzmodell ausgerichtet
werden. Eine zweite Methode zur Ausrichtung der Modelle aufeinander
ist die Verwendung einer Best-Fit-Berechnung. Auf diese weise kann
die Messung des Bauteils 2 bedienungsfreundlich unter beliebiger
Lage des Bauteils 2 auf der Auflageebene 5 erfolgen.
Ein Auswerteprogramm der Auswerteeinheit 4 ermöglicht die
automatische Ausrichtung des Ist-Modells auf das Referenzmodell
unter Überdeckung
des markanten Referenzpunktes des Referenzmodells mit einem korrespondierenden
markanten Punkt des Ist-Modells.
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Die
Auswerteeinheit umfasst ein Prüfprogramm,
mittels dessen die Übereinstimmung
von vorwählbaren
geometrischen Eigenschaften des Ist-Modells mit dem Referenzmodell überprüft wird.
Beispielsweise können
hierdurch besonders fertigungsrelevante (toleranzbehaftete) Eigenschaften
des Bauteils 2 überprüft werden.
Diese geometrische Überprüfung kann
beispielsweise den Lochabstand und/oder den Lochdurchmesser und/oder
bestimmte Radien und/oder die Formtreue des Bauteils 2 umfassen.
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In
der Auswerteeinheit 4 werden die Abweichungen des Ist-Modells von dem Referenzmodell errechnet
und in üblicher
Form einer Bedienperson durch einen Monitor bzw. Ausgabe mittels
eines Druckers visualisiert. Diese Visualisierung umfasst insbesondere
das Überschreiten
einer vorgegebenen Fehlerschwelle, die zum geänderten Einstellen der entsprechenden
Fertigungsanlage führen
kann.
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Ferner
umfasst die Auswerteeinheit 4 einen Speicher, in dem die
hierin ermittelten Auswertedaten gespeichert werden. Hierdurch ist
eine Nachverfolgbarkeit der Bauteile 2 hinsichtlich Produktionsstandort
und Produktionszeit gewährleistet.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform
der Vorrichtung 1 gemäß 2 ist
ein Bauteil 20 auf einem bewegbaren Auflagetisch 18 gelagert.
Der das Bauteil 2 tragende Auflagetisch 18 wird
mittels eines Antriebs in horizontaler Verschieberichtung 6 bewegt,
wobei der Auflagetisch 18 mittels einer Präzisionsführungseinrichtung 17 geführt ist.
Beispiels weise kann der Auflagetisch 18 auch als Förderband ausgebildet
sein.
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Die
in 2 skizzierte Triangulationsmesseinrichtung 3 umfasst
mindestens drei Triangulationssensoren 21, die sowohl in
der Höhe
h als auch in ihrer Ausrichtung zu dem Bauteil 20 versetzt
zueinander angeordnet sind. Ein mittlerer Triangulationssensor 21' ist im Bereich
einer Quermittelebene 22 des Auflagetisches 18 oberhalb
desselben angeordnet. Eine optische Achse 23 des mittleren
Triangulationssensors 21' verläuft senkrecht
zum Auflagetisch 18 und in der vertikalen Messebene 13.
Optische Achsen 24 von zu beiden Seiten des mittleren Triangulationssensors 21' angeordneten äußeren Triangulationssensoren 21'' erstrecken sich jeweils in einem spitzen
Winkel zu der optischen Achse 23 des mittleren Triangulationssensors 21'.
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Der
mittlere Triangulationssensor 21' ist in der Höhe versetzt zu den äußeren Triangulationssensoren 21'' angeordnet.
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Durch
die in dem spitzen Winkel α ausgerichteten äußeren Triangulationssensoren 21'' ist gewährleistet, dass neben der Höhenprofilbestimmung auch
eine Querprofilbestimmung des Bauteils 20 gewährleistet
ist.
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Es
versteht sich, dass die Triangulationssensoren 9, 21, 21', 21'' auch in horizontaler Verschieberichtung 6 versetzt
zueinander angeordnet sind. In diesem Fall weist die vertikale Messebene 13 eine gewisse „Dicke" auf.
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Das
Bauteil 2, 20 kann beispielsweise als Blechbauteil
ausgebildet sein. Die Messgenauigkeit der Triangulationsmesseinrichtung 3 bzw.
die Auflösung
derselben kann kleiner als 0,2 mm betragen. Der Messvorgang kann
innerhalb von einer Minute vollzogen werden, wobei bei Auftreten
von Hinterschneidungen des Bauteils 2 die Messzeit in Folge eines
weiteren Messvorgangs verlängert
werden kann.
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Das
Referenzmodell bzw. die Prüfprogramme
können
zentral in einem Datenserver abgespeichert sein, der mit der dezentralen
Auswerteeinheit 4 verbunden ist.
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Nach
einem in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind mehrere, jeweils eine Mehrzahl von reihenförmig angeordneten
Triangulationssensoren 9 aufweisende Messebenen 13 in
horizontaler Verschieberichtung 6 hintereinander angeordnet.
Die Triangulationssensoren 9 einer Messebene 13 weisen
dabei jeweils die gleiche räumliche
Ausrichtung/Winkelanstellung in Bezug auf das Bauteil 2 bzw.
einer Vertikalebene 30, 31 auf. Beispielsweise
können
die Triangulationssensoren 9 in einer ersten Messebene 13' jeweils einen ersten
spitzen Winkel zu einer Vertikalebene 30 bilden, wobei
sich die Vertikalebene 30 parallel zu der Verschieberichtung 6 erstreckt.
Dieser spitze Winkel erstreckt sich dabei in einer vertikalen Ebene,
wobei die optischen Achsen der Sensoren quer zur Verschieberichtung 6 nach
rechts ausgerichtet sind. Hierdurch ergibt sich ein Erfassungsbereich
bzw. Scannbereich 32',
der insbesondere ein in Verschieberichtung 6 verlaufendes
Querprofil 33' eines
zu vermessenden Bauteils 33 erfasst.
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Die
Triangulationssensoren 9 einer zweiten, in Verschieberichtung 6 nachgelagerten
Messebene 13'' weisen ebenfalls
wie die vorgenannten Sensoren eine Ausrichtung um einen spitzen
Winkel zu der Vertikalebene 30 auf, die parallel zur Verschieberichtung 6 verläuft. Im
Unterschied zur Messebene 13' sind die
optischen Achsen der Triangulationssensoren 9 der zweiten
Messebene 13'' bezogen auf
die Verschieberichtung 6 links der Vertikalebene 30 orientiert,
so dass sich ein Erfassungsbereich/Scannbereich 32'' ergibt, der insbesondere ein in
Verschieberichtung 6 verlaufendes Querprofil 33'' auf der rechten Seite erfasst.
Vorzugsweise sind die Triangulationssensoren 9 der zweiten
Messebene 13'' an der Vertikalebene 30 zu
den Triangulationssensoren 9 der ersten Messebene 13' gespiegelt
angeordnet.
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In
einer dritten und vierten Messebene 13''' und 13IV sind Triangulationssensoren 9, 9' in einem spitzen
Winkel β zu
einer Vertikalebene 31 angeordnet, die senkrecht zur Verschieberichtung 6 verläuft. In
der dritten Messebene 13''' sind die optischen Achsen der
Triangulationssensoren 9' entgegengesetzt zu
der Verschieberichtung 6 entsprechend einem vorgegebenen
Winkel β,
beispielsweise 30°,
ausgerichtet bzw. angestellt, so dass sich ein entgegen der Verschieberichtung 6 orientierter
Erfassungsbereich/Scannbereich 32''' einstellt.
Hierdurch wird insbesondere ein in Verschieberichtung 6 vorderes Querprofil 33''' des
Bauteils 33 neben einem obenseitigen Höhenprofil 33IV erfasst.
Hierdurch können nicht
nur senkrechte Flanken des Bauteils 33 in Richtung der
Verschieberichtung 6 erfasst werden, sondern auch steile
Flanken, die sich quer zur Verschieberichtung 6 erstrecken.
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Durch
die Sensoren 9 der vierten Messebene 13IV ,
die bezüglich
der Vertikalebene 31 gespiegelt zu den Triangulationssensoren 9' der dritten Messebene 13''' angeordnet
sind, lässt
sich ein Erfassungsbereich 32IV bilden,
der insbesondere ein hinteres Querprofil 33V des
Bauteils 33 erfasst.
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Durch
die entsprechend in den Messebenen 13', 13'', 13''', 13IV orientierten Triangulationssensoren 9, 9' lässt sich
eine vollständige
Geometrie des Bauteils 33 erfassen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
weist eine relativ geringe Breite auf, ohne über die Längsseiten der Auflageebene 5 hinauszureichen.
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Alternativ
kann zusätzlich
zu den Messebenen 13', 13'', 13''', 13IV auch eine weitere nicht dargestellte
Messebene vorgesehen sein, deren optische Achsen in vertikaler Richtung
nach unten weisen. Hierdurch können
relativ tiefe „Täler" des Bauteils 33 erfasst
werden, die durch die schräg
angestellten Triangulationssensoren 9 der Messebene 13', 13'', 13''', 13IV infolge von Abschattung nicht erfasst
werden können.
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Bei
den genannten Ausführungsbeispielen weisen
die jeweils einer Messebene 13', 13'', 13''', 13IV zugeordneten Triangulationssensoren 9 einen Lageversatz
quer zur Verschieberichtung 6 auf. Die Triangulationssensoren 9 unterschiedlicher
Messebenen 13', 13'', 13''', 13IV weisen einen Lageversatz längs der
Verschieberichtung 6 auf.
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Alternativ
können
die Triangulationssensoren 9 einer Messebene 13', 13'', 13''', 13IV auch unterschiedlich ausgerichtet
sein bezüglich
der Vertikalebene 30 und/oder der Vertikalebene 31.
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In
einer Ausführung
der Erfindung arbeiten die Triangulationssensoren einer Messebene
in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen,
wobei eine Erfassung bzw. Berechnung des Bauteils in mehreren, jeweils
den Triangulationssensoren zugeordneten Einzelkoordinatensystemen
erfolgt. Die Anzahl der Triangulationssensoren ist abhängig von
der Größe und Geometrie
des Bauteils. Beispielsweise kann ein erster Triangulationssensor
der ersten Messebene in einem Wellenlängenbereich von 620 nm, ein zweiter
Sensor derselben Messebene in dem Wellenlängenbereich 640 nm und ein
dritter Sensor derselben Messebene in einem Bereich 660 nm arbeiten. Die
jeweils durch die Sensoren erfassten Bilddaten (Ist-Daten) werden
in einem gemeinsamen Gesamtkoordinatensystem der Auswerteeinheit
zusammengeführt
und dann mit den Soll-Daten eines CAD-Modells oder eines vorher
mittels der Triangulationssensoren erfassten Referenzmodells des
Bauteils verglichen. Hierdurch wird vorteilhaft eine unerwünschte gegenseitige
Störung
des Messergebnisses in einer Messebene infolge der Überschneidung
der von den einzelnen Sensoren erfassten Bereiche des Bauteils vermieden.
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Durch
Vorsatz entsprechender Farbfilter der Triangulationssensoren kann
dieser Effekt gefördert werden.
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Alternativ
können
die Triangulationssensoren auf Basis von strukturiertem Licht oder
auf fotogrammetischer Basis eingesetzt werden. Alternativ können die
Triangulationssensoren auch 3D-Kameras aufweisen, mittels derer
Blitzlichtlaufzeiten ausgewertet werden.
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Nach
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Bauteil mehrmals
durch die Messvorrichtung bzw. die Messebenen hindurch geleitet
wird. In der Auswerteeinheit werden dann die erfassten Daten zu
einem Gesamtmodell kombiniert.
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Die
Triangulationssensoren sind vorzugsweise kalibriert angeordnet und
weisen eine feste Relativposition zueinander auf.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung gemäß den 5 und 6 ist
ein in Verschieberichtung 6 beweg barer Träger 41 vorgesehen,
der neben aufrechten Säulen über eine
die oberen Enden der Säulen
verbindende Traverse 43 verfügt. An einer vertikal verlaufenden
Wandung der Traverse 43 ist eine mit drei Triangulationssensoren 9 versehene
Trägerplatte 44 angeordnet,
die um eine Längsachse 42 der
Traverse 43 schwenkbar gelagert ist. Hierfür weist
eine Verstelleinrichtung 40 als Verstellmittel beispielsweise
einen nicht dargestellten Schrittmotor auf, mittels derer die Triangulationssensoren 9 synchron
in Abhängigkeit
von durch ein Referenzmodell des Bauteils 2 vorliegenden
Soll-Daten desselben selbsttätig
ausgerichtet werden. Hierdurch kann die Orientierung der Triangulationssensoren 9 zum
Bauteil 2 hin aus den Soll-Daten fest eingestellt werden,
so dass die Ist-Geometrie der Höhen- und Querprofile
des Bauteils 2 optimal erfasst werden können.
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Zusätzlich kann
die Verstelleinrichtung 40 über Verstellmittel verfügen, so
dass die Triangulationssensoren 9 um eine Drehachse 45 verschwenkbar
gelagert sind, wobei die Drehachse 45 senkrecht zur Längsachse 42 der
Traverse 43 verläuft.
Vorzugsweise verläuft
die Drehachse 45 in horizontaler Richtung. Auf diese Weise
kann eine verbesserte Ausrichtung der Triangulationssensoren 9 auf
das Bauteil 2 erfolgen. Als Verstellmittel kann den Sensoren 9 jeweils
ein Schrittmotor zugeordnet sein, wobei die Sensoren 9 diskret,
vorzugsweise unter äquidistanter
Bewegung verdreht werden.
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Nach
einer alternativen Ausführungsform können die
Verstellmittel für
die Trägerplatte 44 und die
einzelnen Sensoren 9 auch derart ausgebildet sein, dass
die Trägerplatte 44 bzw.
die Sensoren 9 kontinuierlich um die Längsachse 42 bzw. die
Drehachse 45 verstellt werden. Hierzu können Stellmotoren eingesetzt
werden.
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Nach
einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann die Position des Bauteils 2 mittels eines ersten Übersichtsscannlaufes
festgestellt werden, wobei sich die Triangulationssensoren 9 in
einer Ausgangsstellung befinden. In einem zweiten Schritt erfolgt
ein zweiter Hauptscannlauf, wobei eine selbsttätige Ausrichtung der Triangulationssensoren 9 auf das
Bauteil 2 unter Anpassung an die Soll-Daten des Referenzmodells
zur Ermittlung der Ist-Daten
des Bauteils 2 erfolgt. Hierbei wird die Orientierung der Triangulationssensoren 9 dynamisch
an die Soll-Daten
angepasst. Dabei kann die Erfassung der Höhen- und Querprofile des Bauteils 2 weiter
optimiert werden.
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Nach
einer alternativen Variante der Vorrichtung kann die Verstelleinrichtung 40 auch
Verstellmittel aufweisen, so dass in einem ersten Übersichtsscannlauf
lediglich die Lage und die Dimension des Bauteils 2 ohne
Berücksichtigung
der Soll-Daten desselben ermittelt werden. In dem zweiten Hauptscannlauf
werden die Messpunktdaten (Ist-Daten) des Bauteils 2 unter
fester Anordnung oder unter Bewegung der Triangulationssensoren 9 erfasst.
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Vorteilhaft
ermöglicht
die Ausführungsform der
Vorrichtung gemäß den 5 und 6 eine verbesserte
und insbesondere schnellere Abtastung des Bauteils 2. Vorzugsweise
können
die Triangulationssensoren 9 als Videosensoren ausgebildet
sein, um die Position und Orientierung des Bauteils 2 in
relativ kurzer Zeit erfassen zu können.
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Anhand
der 7 wird der Messvorgang der in den 5 und 6 dargestellten
Messeinrichtung näher
erläutert.
Es wird angenommen, dass der Träger 41 mit
den Sensoren 9 starr angeordnet ist, während das Bauteil 33 auf
einem Förderband 50 in Verschieberichtung 6 diskontinuierlich bewegt
wird. Das Bauteil 33 wird mittels eine impulsgesteuerten Förderbandes 50 bewegt,
wobei zum einen das Bauteil 33 während eines relativ langen
Verschiebezeitintervalls T mit einer konstanten Fördergeschwindigkeit
vF um einen Verschiebeweg ST relativ
zu den Sensoren 9 bewegt wird und zum anderen während eines
relativ kurzen Messzeitintervalls tM die
Sensoren 9 aktiviert werden zum Detektieren eines Messsignals.
Die Länge
des Verschiebezeitintervalls T bzw. die Fördergeschwindigkeit vF ist auf die Geometrie des Bauteils 33 bzw.
auf den Abstand des Bauteils 33 zu den Sensoren 9 abgestimmt.
Das Verschiebezeitintervall T bzw. die Fördergeschwindigkeit vF wird derart klein gewählt, dass die Anzahl der von
den Sensoren 9 detektierten Oberflächenabschnitte 33''', 33IV , 33V des
Bauteils 33 ausreicht, vollständige Messinformationen über die
Oberflächenkontur
des Bauteils 33 zu erhalten. Die eigentliche Detektion
erfolgt während
des Messzeitintervalls tM, in dem sich das Bauteil 33 im
Ruhezustand befindet.
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Die
Sensoren 9 sind derart in einem vorgegebenen Winkel zueinander
fest angeordnet, der von einem Bauteilmuster abhängig sein kann, so dass eine
vollständige
Erfassung der Oberfläche 33''', 33IV , 33V des
Bauteils 33 (frei von Abschattungen) gegeben ist.
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Eine
Ausrichtung der Sensoren 9 zu dem Bauteil 33 erfolgt
am Anfang des Messvorganges, wobei durch die schwenkbare Lagerung
der einzelnen Sensoren 9 um eine horizontale und vertikale Achse 45 bzw. 42 eine
beliebige Orientierung zu dem Bauteil 33 einstellbar ist.
Diese Einstellung bzw. Ausrichtung der Sensoren 9 kann
in Abhängigkeit
von implementierten Bauteilgeometriemustern selbsttätig im Rahmen
eines Messprogramms erfolgen. Hierzu ist erforderlich, dass die
Bauteilgeometriemuster in einer Datenbank des Messprogramms vorher
abgespeichert worden sind.
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Wie
aus 7 zu ersehen ist, besteht der Sensor 9 zum
einen aus einer Strahlungsquelle 51 und zum anderen aus
einer Empfangseinrichtung 52. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Strahlungsquelle 51 als Laserlichtquelle und die
Empfangseinrichtung 52 als CCD-Kamera ausgebildet. Die
Berechnung der Oberflächenkontur
des Bauteils 33 erfolgt nach dem Triangulationsverfahren.
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Nach
einer nicht dargstellten Ausführungsform
der Erfindung kann zur Messung statt eines eine Profillinie der
Bauteiloberfläche
erfassenden Triangulationssensors 9 ein Flächensensor
verwendet werden, der in dem Messzeitintervall tM statt
einer Profillinie einen Oberflächenabschnitt 33''', 33IV , 33V des Bauteils 33 erfasst.
Auf diese Weise kann ein größerer Bereich
der Oberfläche
des Bauteils 33 während des
eigentlichen Messvorgangs (Detektion) aufgenommen werden.
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Nach
einer nicht dargestellten Ausführungsform
der Erfindung können
ein oder mehrere Flächensensoren
auch mit einem oder mehreren Liniensensoren (Triangulationssensoren)
kombiniert werden. Hierdurch kann die Variabilität der Messeinrichtung in Abhängigkeit
von der zu untersuchenden Geometrie des Bauteils erweitert werden.
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Beispielsweise
kann der Flächensensor
als ein Interferenzsensor oder als ein Lidarsensor ausgebildet sein.
Der Interferenzsensor erfasst den Oberflächenabschnitt 33''', 33IV , 33V nach
einem Interferenzverfahren, bei dem der Abstand zu dem Bauteil 33 als
ein Vielfaches der Wellenlänge
des ausgesandten Lichtes bestimmt wird. Vorzugsweise ist das durch
die Strahlungsquelle 1 ausgesandte Licht ein Laserlicht.
Der vom Laser 1 ausgesandte Strahl trifft auf eine halbdurchlässigen Strahlenteiler. Dort
wird er in zwei Teilstrahlen gleicher Intensität aufgespalten, von denen einer
rechtwinklig umgelenkt wird. Beide Teilstrahlen werden an je einem
Tripelspiegel reflektiert und anschließend auf dem Strahlteiler wieder
zusammengeführt.
Der eine Tripelspiegel wird mit der Messlänge verschoben, während der
andere Tripelspiegel und der Strahlenteiler während der Messung ortsfest
bleiben. Nach Verlassen des Strahlteilers ist die Lichtintensität an einer festen
Stelle im Strahl von der Wegdifferenz und somit vom Phasenunterschied
der Teilstrahlen abhängig. Ändert sich
dieser durch Verschieben des einen Tripelspiegels, ergibt sich dort
eine periodische Intensitätsänderung.
Diese Hell-Dunkel-Impulse werden von einem lichtelektrischen Aufnehmer
zu elektrischen Impulsen umgeformt und von einem elektronischen
Zähler
registriert.
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Der
Lidarsensor detektiert die Oberfläche des Bauteils 33 mittels
einer Laufzeitmessung von Licht.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung können
die Sensoren 9 jeweils an einem dreidimensional beweglich
angeordneten Roboterarm montiert sein, der den Sensor 9 entsprechend vorgegebener
Raumkoordinaten und/oder in Abhängigkeit
von der Geometrie des Bauteils 9 in den Raum führt und
quasi von einem beliebigen Ort aus eine Messung ermöglicht.
Vorzugsweise erfolgen eine Mehrzahl von Messungen in unterschiedlichen Raumkoordinaten.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung gemäß 9 sind
vier gleichartige Sensoren 70, 71, 72, 73 in
unterschiedlicher Orientierung zu dem entlang der Verschieberichtung 6 relativ
verfahrbaren Bauteil 74 angeordnet.
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Die
Sensoren 70, 71, 72, 73 können als
Flächensensoren
oder Liniensensoren ausgebildet sein.
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Wie
aus 9 zu ersehen ist, sind die Sensoren 70, 71, 72, 73 jeweils
bezüglich
einer ersten Mittelachse (x-Mittelachse)
und einer zweiten Mittelachse (y-Mittelachse) verschwenkt angeordnet,
wobei die x-Mittelachse und die y-Mittelachse jeweils durch den Schwerpunkt
des Sensors 70. 71, 72, 73 verlaufen.
Die x-Mittelachse und die y-Mittelachse stehen
jeweils orthogonal zueinander einerseits und orthogonal zu einer
senkrecht zu der Auflageebene 5 stehenden z-Achse andererseits.
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Die
Sensoren 70, 71, 72, 73 sind
jeweils zu unterschiedlichen Eckbereichen 75, 76, 77, 78 des Bauteils 74 ausgerichtet,
so dass eine vollständige oberflächenseitige
Erfassung des Bauteils 74 gegeben ist. Vorzugsweise ist
mindestens ein Sensor 70, 71, 72, 73 in
Querrichtung (Y-Richtung)
zur Verschieberichtung 6 derart positioniert, dass er den
entsprechend ihm zugeordneten Eckbereich 75, 76, 77, 78 des
Bauteils 74 sicher erfasst. Vorzugsweise ist der Sensor 70,
der einem in Verschieberichtung hinten links angeordneten Bereich 75 des
Bauteils 74 zugeordnet ist, auf einer in Verschieberichtung 6 linken Seite
der Vorrichtung bzw. der Traverse angeordnet.
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Wie
aus 9 zu ersehen ist, sind zwei erste Sensoren 70, 71 unter
einem gespiegelten ersten Kippwinkel x' bzw. zweiten Kippwinkel x'' bezogen auf die jeweilige x-Mittelachse der Sensoren 70, 71 angeordnet.
Die Sensoren 70. 71 sind um den ersten Kippwinkel
x' des Sensors 70 und
entgegengesetzt zu dem zweiten Kippwinkel x'' des
Sensors 71 um die x-Mittelachse verschwenkt angeordnet,
so dass quer zur Verschieberichtung 6 gegenüberliegende
Seitenbereiche des Bauteils 74 vollständig erfasst werden können.
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Bezüglich der
y-Mittelachse weisen die ersten Sensoren 70, 71 den
gleichen dritten Kippwinkel y' auf,
wobei die Sensoren 70, 71 aus einer horizontalen
Nullebene entgegen der Verschieberichtung 6 geneigt angeordnet
sind.
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Die
zwei zweiten Sensoren 72, 73 sind jeweils bezüglich der
y-Mittelachse um den vierten Kippwinkel y'',
und zwar in Verschieberichtung 6 nach vorne geneigt, angeordnet,
so dass der vierte Kippwinkel y'' im Wesentlichen
gespiegelt zu dem dritten Kippwinkel y' angeordnet ist. Bezüglich der x-Mittelachse sind
die zweiten Sensoren 72 und 73 um den ersten Kippwinkel
x' bzw. zweiten
Kippwinkel x'' gespiegelt zueinander
angeordnet, wobei sie – wie
bei den ersten Sensoren 70, 71 – nach außen um die Kippwinkel
x' bzw. x'' geneigt angeordnet sind.
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Die
Kippwinkel x', x'', y',
y'' sind als spitze Winkel
ausgebildet, vorzugsweise liegen sie in einem Bereich von 30° bis 45°.
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Die
Sensoren 72 und 73 sind jeweils auf den Eckbereich 77 bzw. 78 des
Bauteils 74 ausgerichtet.
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Die
ersten Sensoren 70, 71 und die zweiten Sensoren 72, 73 können – wie in 9 dargestellt – in Verschieberichtung 6 versetzt
zueinander angeordnet sein. Alternativ können die ersten Sensoren 70, 71 sowie
zweiten Sensoren 72, 73 auch an der gemeinsamen
Traverse 10 der Vorrichtung befestigt sein.