DE102006016677A1

DE102006016677A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung geometrischer Merkmale von Objekten mit einem robotergeführten Lasersensor

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Publication number: DE102006016677A1
Application number: DE200610016677
Authority: DE
Original assignee: NOKRA OPTISCHE PRUEFTECHNIK UN; Nokra Optische Prueftechnik und Automation GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: NOKRA OPTISCHE PRUEFTECHNIK UN; Nokra Optische Prueftechnik und Automation GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-04-08
Filing date: 2006-04-08
Publication date: 2007-10-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur robotergeführten Vermessung geometrischer Merkmale von Objekten. Bei dem Verfahren werden ein oder mehrere Referenzobjekte in der Umgebung des Prüfobjektes angeordnet oder festgelegt und eine Messeinheit mit einem Verfahrachsensystem bereit gestellt, an dem ein Lasersensor befestigt ist. Die Messeinheit wird mit einer Roboterhand in eine Position und Orientierung gebracht, in denen ein zu vermessendes geometrisches Merkmal des Prüfobjektes und zumindest eines der Referenzobjekte in einem Erfassungsbereich der Messeinheit liegen. In dieser Position und Orientierung werden das zu vermessende geometrische Merkmal des Prüfobjekts sowie eine räumlich Lage des zumindest einen Referenzobjekts mit der Messeinheit vermessen. Die durch die Vermessung des geometrischen Merkmals erhaltenen relativen Messdaten werden unter Berücksichtigung der erfassten räumlichen Lage des zumindest einen Referenzobjektes und einer bekannten relativen räumlichen Lage der ein oder mehreren Referenzobjekte zum Prüfobjekt umgerechnet, um absolute Messdaten des geometrischen Merkmals zu erhalten. Mit dem vorliegenden Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung wird eine robotergeführte Vermessung geometrischer Merkmale mit hoher Präzision ermöglicht, ohne besondere Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des eingesetzten Roboters zu stellen.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Vermessung geometrischer Merkmale von Objekten mit einem robotergeführten Lasersensor. Die Prüfobjekte sind Festkörper, die beispielsweise aus metallischen Legierungen, oxidischen Materialien, Polymerwerkstoffen oder Glas bestehen können.
Die Einhaltung der geometrischen Dimensionen und Merkmale eines mechanischen Bauteils ist sowohl für dessen Funktion als auch in Bezug auf die jeweiligen Qualitätsanforderungen von entscheidender Bedeutung. Daher muss der Produktionsprozess in automatisierten Fertigungslinien kontinuierlich überwacht und gesteuert werden. Ein Beispiel ist die Prüfung der dreidimensionalen Geometrie von Fahrzeugbaugruppen in der Automobilzulieferindustrie, wie beispielsweise von Achsträgern, Querträgern, Instrumententrägern, Auspuffanlagen, Windschutzscheiben, Karosseriebaugruppen oder sonstigen Strukturkomponenten von Automobilen.
Stand der Technik
Für die Qualitätsprüfung bei der Fertigung ist es bekannt, einzelne Bauteile während des Fertigungsprozesses off-line zu vermessen. Das zur prüfende Bauteil wird dabei aus der Produktionslinie genommen, in einen Messraum transportiert und dort mit einer Koordinatenmessmaschine vermessen. Die Prüfung ist allerdings auf Stichproben beschränkt. Die Kenntnis über den Produktionsprozess bleibt daher unvollständig. Toleranzüberschreitungen werden nicht oder aufgrund der erforderlichen Mess- und Prüfzeit erst später erkannt, so dass die Prozessführung nur verzögert reagieren kann.
Ein anderer bekannter Lösungsansatz besteht darin, die Bauteile in der Produktionslinie mit Hilfe einer taktilen Messeinrichtung zu prüfen. Dabei wird eine Vielzahl mechanischer Taster simultan eingesetzt, um das Prüfobjekt zu vermessen. Die Taster sind an einer Vorrichtung je nach Lage und Orientierung des zu prüfenden geometrischen Merkmals des Prüfobjekts montiert. Für die Halterung der Taster ist daher eine prüfobjektspezifische Vorrichtung erforderlich, die nur eine geringe oder überhaupt keine Flexibilität im Hinblick auf Änderungen der zu prüfenden Merkmale oder Bauteile bietet. Produktwechsel bedingen daher eine Vielzahl von Prüfvorrichtungen, die überdies nur aufwendig gewartet werden können.
Bei robotergeführten Messeinrichtungen ist an der Hand eines Roboters eine Messeinheit angebracht. Der Roboter bewegt die Messeinheit nacheinander an verschiedene Messpositionen, an denen jeweils eine Messung eines geometrischen Merkmals des Prüfobjekts durchgeführt wird. Hierbei bieten Knickarm-Roboter zwar eine hohe Flexibilität für die Positionierung der Messeinheit relativ zum Prüfobjekt, aufgrund der kinema tischen Struktur des Roboters und der Ungenauigkeiten in den einzelnen Roboterachsen werden jedoch in typischen Messvolumina von 1,5m·1m·0,5m nicht die geforderten Wiederholpräzisionen von ≤ 5 μm und Richtigkeiten von ≤ 10 μm bei der Prüfung geometrischer Merkmale erreicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung für eine robotergeführte Vermessung geometrischer Merkmale anzugeben, mit denen trotz der Ungenauigkeiten des Roboters eine hohe Präzision und Richtigkeit bei der Vermessung der geometrischen Merkmale auch in größeren Messvolumina erzielt wird.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden ein oder mehrere Referenzobjekte in der Umgebung eines zu vermessenden Objektes, in der vorliegenden Patentanmeldung als Prüfobjekt bezeichnet, angeordnet oder festgelegt und eine Messeinheit mit einem Verfahrachsensystem bereitgestellt, an dem zumindest ein Lasersensor befestigt ist. Das Verfahrachsensystem kann beispielsweise durch eine Linearachse, eine Kombination von Linearachsen, eine Rotationsachse, eine Kombination von Rotationsachsen oder eine Kombination von Linear- und Rotationsachsen gebildet sein. Vorzugsweise wird als Verfahrachsensystem eine präzise Linearachse eingesetzt. Bei dem Lasersensor kann es sich beispielsweise um einen Lasertriangulations- oder einen Laserlichtschnittsensor handeln. Die Art dieses Lasersensors spielt bei dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung keine Rolle, solange der Lasersensor die Vermessung des geometrischen Merkmals ermöglicht.
Die Messeinheit wird mit einer Roboterhand in eine räumliche Position und räumliche Orientierung gebracht, in denen ein zu vermessendes geometrisches Merkmal des Prüfobjektes und zumindest eines der Referenzobjekte in einem Erfassungsbereich der Messeinheit liegen. Dieser Erfassungsbereich entspricht dem räumlichen Messbereich der Messeinheit, der durch die Eigenschaften des Lasersensors und den Verschiebeweg bzw. die Bewegungsmöglichkeit des Lasersensors mit dem Verfahrachsensystem festgelegt ist.
In dieser Position und Orientierung wird dann das zu vermessende geometrische Merkmal des Prüfobjekts sowie eine räumliche Lage, d.h. räumliche Position und räumliche Orientierung, des Referenzobjekts mit der Messeinheit vermessen. Durch diese Vermessung werden relative Messdaten erhalten, die auf die Messposition der Messeinheit bezogen sind. Die bei der Vermessung des geometrischen Merkmals erhaltenen relativen Messdaten werden anschließend unter Berücksichtigung der erfassten räumlichen Lage des Referenzobjektes und einer bekannten relativen räumlichen Lage des Referenzobjektes zum Prüfobjekt umgerechnet, um absolute Messdaten des geometrischen Merkmals zu erhalten. Bei mehreren Referenzobjekten können die vorgenannten Schritte unter Einbeziehung aller im Erfassungsbereich der Messeinheit liegenden Referenzobjekte durchgeführt werden. Geometrische Merkmale können hierbei beispielsweise Abmessungen oder Oberflächenformen von Bauteilbereichen oder bestimmten Elementen an Bauteilen sein.
Die relative räumliche Lage der Referenzobjekte zum Prüfobjekt kann vorab ermittelt oder festgelegt werden. Die Referenzobjekte stehen in jedem Fall in definierter Lage zu einer Auflage- oder Spannvorrichtung für das Prüfobjekt. Es handelt sich bei den Referenzobjekten vorzugsweise um separate Körper, die im Bereich des Prüfobjektes positioniert werden. In bestimmten Fällen können als Referenzobjekte auch Bestandteile der Auflage- oder Spannvorrichtung oder anderer im Prüfraum vorhandener Komponenten festgelegt werden. Durch Vermessung des geometrischen Merkmals des Prüfobjekts und der räumlichen Lage des Referenzobjekts oder der Referenzobjekte in einem Messvorgang können die relativen Messdaten des Lasersensors in das Koordinatensystem der Referenzobjekte transformiert werden. Dadurch führen etwaige Abweichungen der Lage des Roboterarms bzw. der Roboterhand vom Sollwert nicht zu Messfehlern. Das Koordinatensystem der Referenzobjekte steht in bekannter Raumlage zum Koordinatensystem der Auflage- oder Spannvorrichtung. Diese gibt wiederum die Lage des Koordinatensystems des Prüfobjekts vor, so dass die vom Lasersensor erhaltenen relativen Messdaten des vermessenen geometrischen Merkmals in das Koordinatensystem des Prüfobjekts umgerechnet werden können.
Bei dem Verfahren werden vorzugsweise mehrere Referenzobjekte an der Auflage- oder Spannvorrichtung eingesetzt, um auch in einem größeren Messvolumen eine hohe Präzision und Richtigkeit der Messdaten zu erzielen.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung werden daher die Präzision und Richtigkeit bei der robotergeführten Vermessung geometrischer Merkmale von Objekten gegenüber dem Stand der Technik erheblich gesteigert, ohne besondere Anforderungen an die Genauigkeit oder Lagestabilität des eingesetzten Roboters zu stellen.
In einer bevorzugten Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens wird eine Messeinheit eingesetzt, bei der an dem Verfahrachsensystem oder dem Lasersensor zumindest ein Projektionsmodul angebracht ist, das durch Emission zumindest eines räumlich modulierten Lichtbündels auf zumindest einem ortsfesten positionsempfindlichen Detektor ein Muster erzeugt. Mit dieser zusätzlichen Messeinrichtung bestehend aus dem Projektionsmodul und dem positionsempfindlichen Detektor wird die räumliche Position und räumliche Orientierung des Lasersensors während der Vermessung des jeweiligen geometrischen Merkmals überwacht. Das vom Projektionsmodul ausgehende Lichtbündel wird in definierter Raumlage zum Lasersensor in Richtung des ortsfesten Detektors emittiert und ist so stark aufgeweitet, dass zumindest Teile des Lichtbündels während des Messvorgangs auf den Detektor treffen. Mit Hilfe des auf den Detektor projizierten Musters, beispielsweise einem Punkt- oder Streifenmuster, kann eine Translations- und Rotationsbewegung des Lasersensors während des Messvorgangs der Vermessung des geometrischen Merkmals erfasst werden. Aus der Veränderung des Musters während der Vermessung des geometrischen Merkmals können Abweichungen einer Bewegung des Lasersensors von der vorgegebenen Soll-Bewegungsbahn, bspw. einer geradlinigen Linearbewegung im Falle einer Linearachse, ermittelt werden. Mit dieser Information können dann die Messdaten des Lasersensors korrigiert werden, um Ungenauigkeiten des Verfahrachsensystems oder Änderungen der räumlichen Lage des Lasersensors aufgrund von Lastveränderungen an der Roboterhand auszugleichen.
Vorzugsweise werden hierbei zumindest zwei Lichtbündel genutzt, die auf zumindest zwei ortsfesten positionsempfindlichen Detektoren Muster erzeugen. Die Emissionsrichtung der Lichtbündel sowie die Anordnung der Detektoren wird dabei so gewählt, dass sowohl eine Verkippung des Lasersensors um eine Hochachse als auch um eine Querachse anhand der Veränderung der Muster erfasst werden können. Vorzugsweise werden die beiden Lichtstrahlbündel hierbei unter einem Winkel von ca. 90° zueinander emittiert.
Die vorliegende Vorrichtung umfasst eine Messeinheit mit einem Verfahrachsensystem, an dem zumindest ein Lasersensor befestigt ist und das für die Aufnahme durch eine Roboterhand geeignet ist, d.h. beispielsweise ein entsprechendes Ankopplungselement aufweist. Mit der Messeinheit ist eine Steuereinrichtung verbunden, die die Messeinheit zur Vermessung eines geometrischen Merkmals eines Prüfobjekts sowie einer räumlichen Lage zumindest eines im Erfassungsbereich der Messeinheit befindlichen Referenzobjekts ansteuert. Eine mit der Messeinheit verbundene Auswerteeinrichtung rechnet die durch die Vermessung des geometrischen Merkmals erhaltenen relativen Messdaten unter Berücksichtigung der erfassten räumlichen Lage des zumindest einen Referenzobjektes und einer bekannten relativen räumlichen Lage des Referenzobjektes zum Prüfobjekt um, um absolute Messdaten des geometrischen Merkmals zu erhalten. Beim Einsatz dieser Vorrichtung wird die Messeinheit an eine Roboterhand angekoppelt und entsprechend dem vorangehend erläuterten Verfahren für die Vermessung ein oder mehrerer geometrischer Merkmale eines Prüfobjektes eingesetzt.
Vorzugsweise umfasst die Messeinheit der vorliegenden Vorrichtung an dem Verfahrachsensystem oder dem Lasersensor zusätzlich zumindest ein Projektionsmodul, das durch Emission zumindest eines räumlich modulierten Lichtbündels auf zumindest einem ortsfesten positionsempfindlichen Detektor ein Muster erzeugt. Der Detektor muss dabei während des Einsatzes der Vorrichtung selbstverständlich an geeigneter Stelle ortsfest montiert werden. Der Detektor ist mit der Auswerteeinrichtung verbunden, die eine Veränderung des Musters während der Vermessung des geometrischen Merkmals erfasst, aus der Veränderung Abweichungen einer Bewegung des Lasersensors von einer Soll-Bewegungsbahn ermittelt und die absoluten Messdaten entsprechend korrigiert.
In der bevorzugten Ausgestaltung werden vom Projektionsmodul zumindest zwei Lichtbündel unter verschiedenen Winkeln emittiert, um auf zumindest zwei ortsfesten positionsempfindlichen Detektoren Muster zu erzeugen, aus denen sowohl eine Verkippung des Lasersensors um eine Hochachse als auch um eine Querachse anhand der Veränderung der Muster erfasst werden können. Alternativ können auch zumindest zwei Projektionsmodule vorgesehen sein, von denen jedes eines dieser Lichtbündel emittiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorliegende Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Roboters für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens;
2 eine schematische Darstellung der Verhältnisse bei der Vermessung eines geometrischen Merkmals mit dem vorliegenden Verfahren;
3 eine schematische Darstellung, die die Verhältnisse bei der Überwachung der Position des Lasersensors zeigt; und
4 ein Beispiel für die Veränderung der auf einen ortsfesten Detektor projizierten Muster.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung eines 6-Achs-Knickarm-Roboters, in der die sechs Drehachsen 1 bis 6 mit Pfeilen angedeutet sind. An der Hand des Roboters befindet sich eine Montagefläche 7 als Schnittstelle zur Aufnahme einer zu handhabenden Komponente, im vorliegenden Fall der Messeinheit mit dem Lasersensor. Der Roboter ist auf einer Standfläche 8 fest montiert.
2 zeigt den vorderen Teil dieses Roboters mit der Montagefläche 7 bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens. Hierbei wird die Messeinheit aus Lasersensor 10 und Translations- bzw. Linearachse 9 an der Montagefläche 7 befestigt. Die Linearachse 9 trägt den Lasersensor 10 und bewegt diesen während eines Messvorgangs mit einem geeigneten Antrieb in Verfahrrichtung 17.
Das Bauteil 12 befindet sich während der Messung auf einer Auflagevorrichtung 13, 14, 14', die eine definierte Lage des Bauteils sicherstellt. An der Auflagevorrichtung sind Referenzkörper 15, 16 in der näheren Umgebung der zu vermessenden geometrischen Merkmale montiert. Die Koordinatensysteme der Referenzkörper (Referenzkörper-Koordinatensystem 19), der Auflagevorrichtung (Koordinatensystem 18) sowie des Bauteils (Bauteil-Koordinatensystem 20) sind im Allgemeinen schiefwinklig zueinander orientiert. Im vorliegenden Beispiel sind diese Koordinatensysteme 18 bis 20 lediglich zur Vereinfachung in gleicher Orientierung dargestellt.
Der Roboter positioniert die Messeinheit zur Vermessung des jeweiligen geometrischen Merkmals so, dass der Messstrahl 11 des Lasersensors 10 in dieser Position und Orientierung der Messeinheit durch die Bewegung des Lasersensors 10 mit der Linearachse 9 sowohl das geometrische Merkmal 21 des zu prüfenden Bauteils 12 als auch die Oberfläche des in der Nähe befindlichen Referenzkörpers 16 überstreichen kann.
Während eines Messvorgangs misst der Lasersensor 10 das geometrische Merkmal 21 und die Raumlage des Referenzkörpers 16. Die Messdaten der Messeinheit können auf diese Weise in das Referenzkörper-Koordinatensystem 19 überführt werden. Dieses Koordinatensystem steht in einem festen Bezug zu den Koordinatensystemen 18, 20 der Auflagevorrichtung sowie des Bauteils. Die Raumlage der genannten Koordinatensysteme kann vor Durchführung der Messung beispielsweise über eine herkömmliche Vermessung der Auflagevorrichtung 13, 14, 14' mit den Referenzkörpern 15, 16 mit einer Koordinatenmessmaschine ermittelt werden.
Vorzugsweise werden mehrere Referenzkörper eingesetzt, die so positioniert sind, dass sie jeweils in der Nähe von zu prüfenden Merkmalen innerhalb des Erfassungs- bzw. Messbereichs der Messeinheit liegen. Die räumliche Gestalt der Referenzkörper muss dabei so gewählt werden, dass aus ihrer dreidimensionalen Vermessung eindeutig die räumliche Lage, d.h. die räumliche Position und räumliche Orientierung, der Referenzkörper und somit des Referenzkörper-Koordinatensystems 19 ermittelbar ist. Dies muss innerhalb der maximal möglichen Lageabweichungen der jeweiligen Roboterposition an der Schnittstelle zur Messeinheit gewährleistet sein.
3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens sowie der zugehörigen Vorrichtung, bei der die Translation und Rotation des Lasersensors 10 während eines Messvorgangs überwacht bzw. erfasst wird. Die Linearachse 9 kann fehlerbehaftet sein, so dass die Translationsbewegung des Lasersensors während des Messvorgangs nicht in idealer Weise vollzogen wird. Die Translation in Verfahrrichtung 17 erfolgt dann ungleichmäßig und weist zusätzlich geringfügige Rotationen um die Längs-, Hoch- und Querachse des Sensors 10 auf. Diese Bewegungsformen werden auch mit den Begriffen Schlingern, Gieren und Stampfen bezeichnet. Zudem ändern sich durch die Verschiebung des Lasersensors 10 mit der Linearachse 9 die Lastverhältnisse an der Roboterhand, so dass diese aufgrund der Nachgiebigkeit ihre Position verändern oder in Schwingungen versetzt werden kann.
Um diese zusätzlichen Fehlerquellen zu erfassen und gegebenenfalls zu kompensieren, sendet ein Projektionsmodul im Lasersensor 10 im vorliegenden Beispiel Lichtbündel 22, 23 aus, die auf ortsfesten Detektoren 24, 25 ein strukturiertes Lichtmuster 26, 27 erzeugen, im vorliegenden Beispiel ein Punktmuster. In 3 ist vereinfachend anstelle eines Lichtbündels nur ein Strahl dargestellt. In der Praxis läuft das Lichtbündel vorzugsweise divergent auseinander, so dass das Muster in einen großen Raumwinkel projiziert wird.
Die ortsempfindlichen Detektoren 24, 25 sind an einem Rahmen 29 befestigt, der in einem festen Ortsbezug zur Auflagevorrichtung mit dem Koordinatensystem 18 steht. Die Detektoren 24, 25 messen das Lichtmuster, während der Lasersensor 10 von der Linearachse 9 zur Vermessung des geometrischen Merkmals 21 verfahren wird. Aufgrund der Bewegung des Lasersensors 10 bewegt sich auch das durch die Lichtbündel erzeugte Muster 26, 27 auf den Detektoren 24, 25. Diese Muster werden in Zeitabständen, die kleiner sind als typische Zeitskalen der irregulären Sensorbewegung, während des Messvorgangs erfasst und ausgewertet.
4 illustriert schematisch verschiedene Punktmuster, die während eines Messvorgangs auftreten können. Auf dem Detektor 24 liegt am Beginn des Messvorgangs ein quadratisches Punktmuster 28 vor. Aufgrund der Verschiebung des Lasersensors 10 mit der Linearachse 9 verschiebt sich das Punktmuster 28 und nimmt die Form des verschobenen Punktmusters 28' an. Diese Veränderung des Musters auf dem Detektor 24 korreliert mit der Soll-Bewegungsbahn des Lasersensors 10. Eine nicht gewünschte Sensorrotation um die Querachse führt zu einem verkippten Punktmuster 28'', eine Rotation um die Hochachse zu einem verzerrten Muster 28'''. Die jeweilige Lage und Gestalt dieses Punktmusters wird ausgewertet, um die momentane Sensorposition zu ermitteln oder eine Abweichung der Bewegung des Sensors von der geradlinigen Soll-Bewegung zu erfassen und die Messwerte entsprechend zu korrigieren.
Die Lichtbündel 22, 23 können beispielsweise durch Laserstrahlen erzeugt werden, die mit optischen Elementen zu breiten Lichtbündeln aufgespalten werden. Das Punktmuster stellt nur ein Beispiel dar. Alle Formen von Mustern sind geeignet, sofern sie eine eindeutige Ermittlung der Translations- und Rotationsbewegungen des Lasersensors innerhalb der vom Roboter und der Linearachse bedingten Ungenauigkeiten der Lasersensorposition erlauben.
Im Folgenden wird das vorliegende Verfahren anhand eines beispielhaften Messablaufs nochmals kurz beschrieben. Ein Bauteil 12 wird in die Auflagevorrichtung 13, 14, 14' gelegt. Der Roboter fährt die Messeinheit 9, 10 in eine erste Position, so dass der Messstrahl 11, des Lasersensors 10 das zu prüfende Merkmal 21 und einen Referenzkörper 16 innerhalb des Messbereichs erreichen kann. Der Messvorgang startet, bei dem die Linearachse 9 den Lasersensor 10 entlang der Richtung 17 führt und der Lasersensor 10 das Merkmal 21 und den Referenzkörper 16 mit dem Messstrahl 11 vermisst. Während dieses Messvorgangs werden Bewegungsabweichungen des Lasersensors 10 über die Lichtbündel 22, 23 und die Detektoren 24, 25 erfasst. Mit diesen Informationen werden die Messdaten des Lasersensors in einer Auswerteeinrichtung korrigiert und über das Referenzkörper-Koordinatensystem 19 und das Koordinatensystem 18 der Auflagevorrichtung schließlich in das Bauteil-Koordinatensystem 20 transformiert. Dadurch werden die absoluten Messdaten des vermessenen Merkmals mit hoher Präzision erhalten.
Nach Abschluss des Messvorgangs fährt der Roboter die nächste Position mit der Messeinheit an und der geschilderte Messvorgang wird in gleicher Weise für das nächste Merkmal durchgeführt.

1: Drehachse
2: Drehachse
3: Drehachse
4: Drehachse
5: Drehachse
6: Drehachse
7: Montagefläche
8: Standfläche
9: Linearachse
10: Lasersensor
11: Messstrahl
12: Bauteil
13: Auflagevorrichtung
14: Auflage
14': Auflage
15: Referenzkörper
16: Referenzkörper
17: Verfahrrichtung
18: Koordinatensystem der Auflagevorrichtung
19: Referenzkörper-Koordinatensystem
20: Bauteil-Koordinatensystem
21: geometrisches Merkmal
22: Lichtbündel
23: Lichtbündel
24: ortsempfindlicher Detektor
25: ortsempfindlicher Detektor
26: Punktmuster
27: Punktmuster
28: Punktmuster
28': verschobenes Punktmuster
28'': verkipptes Punktmuster
28''': verzerrtes Punktmuster
29: ortsfester Rahmen

Claims

Verfahren zur Vermessung geometrischer Merkmale von Objekten mit einem robotergeführten Lasersensor, bei dem – ein oder mehrere Referenzobjekte (15, 16) in der Umgebung eines Prüfobjektes (12) angeordnet oder festgelegt werden, – eine Messeinheit mit einem Verfahrachsensystem (9) bereitgestellt wird, an dem der Lasersensor (10) befestigt ist, – die Messeinheit mit einer Roboterhand in eine Position und Orientierung gebracht wird, in denen ein zu vermessendes geometrisches Merkmal (21) des Prüfobjektes (12) und zumindest eines der Referenzobjekte (15, 16) in einem Erfassungsbereich der Messeinheit liegen, – in dieser Position und Orientierung das zu vermessende geometrische Merkmal (21) des Prüfobjekts (12) sowie eine räumliche Lage des zumindest einen Referenzobjekts (15, 16) mit der Messeinheit vermessen werden, und – durch die Vermessung des geometrischen Merkmals erhaltene relative Messdaten unter Berücksichtigung der erfassten räumlichen Lage des zumindest einen Referenzobjektes (15, 16) und einer bekannten relativen räumlichen Lage der ein oder mehreren Referenzobjekte (15, 16) zum Prüfobjekt (12) umgerechnet werden, um absolute Messdaten des geometrischen Merkmals (21) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verfahrachsensystem (9) oder dem Lasersensor (10) zumindest ein Projektionsmodul befestigt ist, das durch Emission zumindest eines räumlich modulierten Lichtbündels (22, 23) auf zumindest einem ortsfesten positionsempfindlichen Detektor (24, 25) ein Muster (26, 27) erzeugt, wobei eine Veränderung des Musters (26, 27) während der Vermessung des geometrischen Merkmals (21) erfasst wird, aus der Veränderung Abweichungen einer Bewegung des Lasersensors (10) von einer Soll-Bewegung ermittelt und die Messdaten des Lasersensors (10) entsprechend korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Lichtbündel (22, 23) auf zumindest zwei ortsfesten positionsempfindlichen Detektoren (24, 25) Muster (26, 27) erzeugen, wobei die Detektoren (24, 25) so angeordnet sind, dass sowohl eine Verkippung des Lasersensors (10) um eine Hochachse als auch eine Verkippung des Lasersensors (10) um eine Querachse anhand der Veränderung der Muster (26, 27) erfasst werden können.
Vorrichtung zur robotergeführten Vermessung geometrischer Merkmale von Objekten, mit – einer Messeinheit mit einem Verfahrachsensystem (9), an dem ein Lasersensor (10) befestigt ist, – einer mit der Messeinheit verbundenen Steuereinrichtung, die die Messeinheit zur Vermessung eines geometrischen Merkmals (21) eines Prüfobjekts (12) sowie einer räumlichen Lage zumindest eines im Erfassungsbereich der Messeinheit befindlichen Referenzobjekts (15, 16) ansteuert, und – einer Auswerteeinrichtung, die durch die Vermessung des geometrischen Merkmals (21) erhaltene relative Messdaten unter Berücksichtigung der erfassten räumlichen Lage des zumindest einen Referenzobjektes (15, 16) und einer bekannten relativen räumlichen Lage der ein oder mehreren Referenzobjekte (15, 16) zum Prüfobjekt (12) umrechnet, um absolute Messdaten des geometrischen Merkmals (21) zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verfahrachsensystem (9) oder dem Lasersensor (10) zumindest ein Projektionsmodul befestigt ist, das durch Emission zumindest eines räumlich modulierten Lichtbündels (22, 23) auf zumindest einem ortsfesten positionsempfindlichen Detektor (24, 25) ein Muster (26, 27) erzeugt, wobei die Auswerteeinrichtung so ausgebildet ist, dass sie eine Veränderung des Musters (26, 27) während der Vermessung des geometrischen Merkmals (21) erfasst, aus der Veränderung Abweichungen einer Bewegung des Lasersensors (10) von einer Soll-Bewegung ermittelt und die Messdaten des Lasersensors (10) entsprechend korrigiert.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsmodul zumindest zwei Lichtbündel (22, 23) unter verschiedenen Winkeln emittiert oder dass zumindest zwei Projektionsmodule zur Emission von zumindest zwei Lichtstrahlbündeln (22, 23) unter verschiedenen Winkeln an dem Verfahrachsensystem (9) oder dem Lasersensor (10) befestigt sind, um auf zumindest zwei ortsfesten positionsempfindlichen Detektoren (24, 25) Muster (26, 27) zu erzeugen, aus denen sowohl eine Verkippung des Lasersensors (10) um eine Hochachse als auch eine Verkippung des Lasersensors (10) um eine Querachse anhand der Veränderung der Muster (26, 27) erfasst werden können.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahrachsensystem (9) durch eine Linearachse, eine Kombination von Linearachsen, eine Rotationsachse, eine Kombination von Rotationsachsen oder eine Kombination von Linear- und Rotationsachsen gebildet ist.