DE102007017675A1

DE102007017675A1 - Mobile Messeinrichtung

Info

Publication number: DE102007017675A1
Application number: DE200710017675
Authority: DE
Inventors: Thomas Klemt; Hinrich Hinrichs; Walter Schlicker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-04-14
Filing date: 2007-04-14
Publication date: 2008-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mobile Messeinrichtung (1) zum Vermessen von Bauteilen (2), insbesondere von Karosserie-Bauteilen, und weist ein optisches Messmittel (3), eine elektronische Datenverarbeitungseinheit (4) und ein Aufnahmeelement (5) zur Aufnahme eines Bauteils (2) auf. Das Aufnahmeelement (5) weist in einem dem Messmittel (3) zugewandten Bereich mehrere in einem definierten Abstand zueinander angeordnete Messmarken (7) auf. Das Messmittel (3) ist als optisches Messmittel (3), beispielsweise eine 3-D-Kamera oder ein Laserscanner, ausgebildet und mittels einer Positioniereinrichtung (8) relativ zu dem Bauteil (2) verfahrbar. Das optische Messmittel (3) erfasst aus zumindest zwei unterschiedlichen Positionen jeweils ein Einzelbild des Bauteils, wobei durch die elektronische Datenverarbeitungseinheit (4) und ein integriertes Rechenprogramm aus den zumindest zwei erfassten Einzelbildern des Bauteils (2) ein dreidimensionales Modell des zu vermessenden Bauteils (2) erzeugbar und auswertbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Messeinrichtung zum Vermessen von Bauteilen, insbesondere von Karosserie-Bauteilen, durch ein Messmittel mit einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit und mit einem Aufnahmeelement zur Aufnahme eines Bauteils.
Derzeit werden im Karosseriebau Bauteile oder aus mehreren Bauteilen zusammengesetzte Baugruppen zur Qualitätsüberprüfung in festgelegten Intervallen aus der Produktionslinie oder Anlage ausgeschleust, um die Bauteile oder Baugruppen in einem eine Messeinrichtung aufweisenden Messraum zu vermessen, zu analysieren und zu dokumentieren. Die Messeinrichtung ist üblicherweise als Koordinatenmessmaschine ausgebildet, welche örtlich von der Produktionslinie oder Anlage entfernt angeordnet ist.
Dabei ergibt sich durch den Transport der Bauteile von der Anlage zum Messraum und durch die erforderliche Dokumentation im Rahmen der Übergabe der Bauteile in den Messraum ein erheblicher logistischer und zeitlicher Aufwand. Der zeitliche Aufwand wird dadurch vergrößert, dass sich, um eine optimale Auslastung der teuren Messeinrichtung zu gewährleisten, immer mehrere Bauteile in einer Warteschleife vor dem Messraum befinden. Während dieses Zeitraumes werden in der Anlage oder Produktionslinie weiterhin Bauteile mit eventuell noch nicht erkannten Abweichungen und Fehlern hergestellt. In der Folge entstehen erhebliche Kosten durch Nacharbeit, Ausschuss oder Sortierungen.
Zur Lösung dieses Problems ist in der DE 198 50 259 A1 eine mobile Einheit zur Vermessung von Bauteilen direkt neben der Produktionsanlage vorgesehen. Die mobile Einheit weist eine Koordinatenmessmaschine und ein auf einem luftbereiften Wagen angeordnetes Trägerelement auf. Auf dem Trägerelement ist ein auf das jeweilig zu vermessende Bauteil abgestimmtes Bauteiltragmittel angeordnet.
Hierbei erweist es sich als nachteilig, dass die mobile Einheit auf Grund der auf das Bauteil abgestimmten Bauteiltragmittel ausschließlich für das Vermessen einer einzigen Bauteilvariante geeignet ist. Andere Varianten des Bauteils können auf dieser mobilen Einheit erst nach einer Umrüstung, also nach einem Austausch der Bauteiltragmittel, vermessen werden. Durch die Umrüstung bzw. das Vorhalten von mehreren Varianten von Bauteiltragmitteln entstehen wei tere nicht unerhebliche Kosten mit einem zusätzlichen logistischen Aufwand. Außerdem ist die Koordinatenmessmaschine auf Grund ihres Messprinzips mit einem das Bauteil berührenden Taster besonders anfällig für während der Fertigung auftretende Schwingungen und Stöße, welche das Messergebnis negativ beeinflussen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine mobile Messeinrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welcher unterschiedlich ausgebildete Bauteile oder Baugruppen ohne Umrüstung der Messeinrichtung vermessen werden können. Gleichzeitig soll die negative Beeinflussung des Messergebnisses durch Schwingungen und Stöße reduziert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer mobilen Messeinrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine mobile Messeinrichtung zum Vermessen von Bauteilen vorgesehen, bei welcher das Aufnahmeelement in einem dem Messmittel zugewandten Bereich mehrere in einem definierten Abstand zueinander angeordnete Messmarken aufweist, wobei das Messmittel als optisches Messmittel ausgebildet und derart relativ zu dem Bauteil verfahrbar ist, dass jeweils ein Einzelbild des Bauteils aus zumindest zwei unterschiedlichen Positionen des optischen Messmittels erfassbar ist, wobei durch die elektronische Datenverarbeitungseinheit und einem integrierten Rechenprogramm aus den zumindest zwei erfassten Einzelbildern des Bauteils ein dreidimensionales Modell des zu vermessenden Bauteils erzeugbar und auswertbar ist. Mittels der erfindungsgemäßen mobilen Messeinrichtung können Aufwand und Reaktionszeiten für Bauteilanalysen bzw. Bauteilvermessungen erheblich reduziert werden. Weiterhin können auch voneinander abweichende Bauteilvarianten ohne Umrüstung mit der erfindungsgemäßen Messeinrichtung vermessen werden. Durch das berührungslose Messprinzip mit einem Einzelbilder des Bauteils aufnehmenden optischen Messmittel ist die mobile Messeinrichtung unempfindlich gegenüber bei der Fertigung auftretenden Schwingungen und/oder Stößen, sodass die Messeinrichtung ohne Einschränkungen bzw. ohne negative Beeinflussung des Messergebnisses direkt neben der Produktionsanlage einsetzbar ist. Die mittels des Rechenprogramms erzeugten 3D-Bilder können gleichzeitig mit einem hinterlegten Soll-Datenbestand des entsprechenden Bauteils verglichen werden. Je nach Einsatz der Messeinrichtung kann auch ein CAD-Datensatz mit den erforderlichen Funktionsmerkmalen hinterlegt sein. Zusammenfassend ergibt sich eine Zeiteinsparung bei der Lokalisierung von Fehlern bzw. Abweichungen der Abmessungen der Bauteile, wodurch eine Korrektur innerhalb der Produktionsanlage, beispielsweise durch Stellmaßnahmen, sofort nach der Prüfung bzw. dem Vermessen möglich ist. Hierdurch kann extrem schnell auf eine insbesondere im Serienanlauf vorhandene schwankende Bauteilqualität reagiert werden und die Anzahl der Ausschuss- und Nacharbeitsbauteile insgesamt reduziert werden.
Dabei erweist es sich als besonders praxisnah, wenn das Aufnahmeelement eine Platte aufweist, auf welcher das Bauteil anordbar ist. Hierdurch können die zu vermessenden Bauteile ohne zusätzliche Maßnahmen auf das Aufnahmeelement abgelegt werden. Eine lagedefinierte Anordnung des Bauteils in Bezug auf Referenzmesspunkte, wie beispielsweise bei einer Koordinatenmessmaschine, ist nicht erforderlich
Eine weitere vorteilhafte Abwandlung wird auch dadurch erreicht, dass das Aufnahmeelement Mittel zur Fixierung des Bauteils aufweist. Hierdurch wird ein Verrutschen des Bauteils relativ zum Aufnahmeelement, insbesondere in dem Zeitraum zwischen der Erfassung der beiden Einzelbilder, wirksam verhindert.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Messmarken als Raster ausgebildet sind. Hierdurch wird auf eine einfache Art und Weise ein Bezugssystem für das optische Messmittel geschaffen, ohne welches die Erzeugung eines dreidimensionalen Modells mittels der elektronischen. Datenverarbeitungseinheit bzw. des integrierten Rechenprogramms nicht möglich ist.
Dabei erweist es sich als auch als besonders vorteilhaft, dass die Messmarken auf einer Oberfläche des Aufnahmeelementes angeordnet sind. Hierdurch bilden das Aufnahmeelement und die Messmarken eine untrennbare Einheit.
In einer zweckmäßigen Abwandlung ist vorgesehen, dass die Messmarken in dem Aufnahmeelement integriert sind. Durch diese Anordnung wird eine Zerstörung oder ein Abrieb der Messmarken während der Benutzung der Messeinrichtung verhindert.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass das optische Messmittel eine 3D-Kamera oder einen Laserscanner aufweist. Mittels einer 3D Kamera mit Weißlicht-Streifenprojektion oder mit einem Laserscanner mit monochromatischer Beleuchtung können die Einzelbilder des Bauteils prozesssicher erfasst werden.
Dabei erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn das optische Messmittel mittels einer mit dem Aufnahmeelement verbundenen Positioniereinrichtung verfahrbar ist. Hierdurch kann das optische Messmittel relativ zum zu vermessenden Bauteil bewegt und derart positioniert werden, dass zwei Einzelbilder des Bauteils aus voneinander abweichenden Positionen des optischen Messmittels erfasst werden können.
Als besonders praxisnah hat es sich erwiesen, dass die Positioniereinrichtung zumindest zwei mit dem Aufnahmeelement verbundene Traversen und einen entlang der Traversen verfahrbaren Querbalken sowie eine entlang des Querbalkens verfahrbaren Pinole aufweist, wobei das optische Messmittel an der Pinole fixiert ist. Durch die Brückenbauform der Positioniereinrichtung ist diese besonders unempfindlich gegen Stöße und Schwingungen und auch für große Bauteile geeignet. Die optische Messeinrichtung kann hierdurch innerhalb des von den Traversen und dem Querbalken begrenzten Raumes frei verfahren und positioniert werden. Selbstverständlich sind auch eine Portalbauform, Auslegerbauform oder Ständerbauform der Positioniereinrichtung denkbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Messeinrichtung wird dadurch geschaffen, dass die elektronische Datenverarbeitungseinheit eine Steuereinheit und ein Bedienteil umfasst. Hierdurch umfasst die Messeinrichtung sämtlich für die Beuteilvermessung und Bauteilanalyse erforderliche Hardware, was die Mobilität und die Flexibilität der Messeinrichtung zusätzlich steigert. Durch das Bedienteil wird eine komfortable Schnittstelle zur Bedienung der Messeinrichtung zur Verfügung gestellt. Vorteilhafterweise kann das Bedienteil eine Anzeigevorrichtung zur Visualisierung, beispielsweise der Messergebnisse, aufweisen.
Dadurch, dass die elektronische Datenverarbeitungseinheit an dem Aufnahmeelement oder an der Positioniereinrichtung fixiert ist, wird eine kompakte und autarke mobile Einheit geschaffen.
Die Flexibilität der mobilen Messeinrichtung wird dadurch gesteigert, dass Rollen vorgesehen sind, mittels welcher die mobile Messeinrichtung verfahrbar ist. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Messeinrichtung manuell von einem Einsatzort zu einem anderen Einsatzort zu verfahren.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in der einzigen Figur eine Prinzipdarstellung einer erfindungemäßen mobilen Messeinrichtung 1 in einer perspektivischen Darstellung.
Die erfindungemäße mobile Messeinrichtung 1 zum Vermessen eines Bauteils 2 weist ein optisches Messmittel 3 und eine elektronische Datenverarbeitungseinheit 4 auf. Das Bauteil 2 ist auf einem als Platte ausgebildeten Aufnahmeelement 5 angeordnet. Auf einer Oberfläche 6 des Aufnahmeelementes 5 sind in einem festen Abstand zueinander rasterähnliche Messmarken 7 angeordnet. Mittels einer Positioniereinrichtung 8 kann das optische Messmittel relativ zu dem zu vermessenden Bauteil 2 bewegt werden. Die Positioniereinrichtung 8 wird durch zwei an dem Aufnahmeelement 5 fixierte Traversen 9, 10, einem verschiebbar zu den Traversen 9, 10 angeordneten Querbalken 11 und einer an dem Querbalken 11 angeordneten Pinole 12 gebildet, an welcher das optische Messmittel 3 fixiert ist. Hierdurch kann das optische Messmittel 3 in x-, y- und z-Richtung innerhalb des von den Traversen 9, 10 aufgespannten Raumes verfahren werden. Die elektronische Datenverarbeitungseinheit 4 weist eine an dem Aufnahelement 5 fixierte Steuereinrichtung 13 und ein an der Traverse 9 angeordnetes Bedienteil 14 auf. Weiterhin weist die Messeinrichtung 1 insgesamt vier mit dem Aufnahmeelement 5 verbundene Rollen 15 auf.
Zunächst wird das zu vermessende Bauteil 2 auf der Oberfläche 6 des Aufnahmeelementes 5 angeordnet. Anschließend wird das optische Messmittel 3 relativ zu dem Bauteil 2 verfahren und es werden zumindest zwei Einzelbilder des Bauteils 2 aus jeweils unterschiedlichen Positionen des optischen Messmittels 3 erfasst. In der elektronischen Datenverarbeitungseinheit 4 wird mittels eines Rechenprogramms aus den beiden erfassten Einzelbildern ein dreidimensionales Modell des Bauteils 2 erzeugt und mit einem hinterlegten Soll-Datenbestand verglichen und analysiert.

1: Messeinrichtung
2: Bauteil
3: Messmittel
4: Datenverarbeitungseinheit
5: Aufnahmeelement
6: Oberfläche
7: Messmarke
8: Positioniereinrichtung
9: Traverse
10: Traverse
11: Querbalken
12: Pinole
13: Steuereinheit
14: Bedienteil
15: Rolle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19850259 A1 [0004]

Claims

Mobile Messeinrichtung (1) zum Vermessen von Bauteilen (2), insbesondere von Karosserie-Bauteilen, durch ein Messmittel (3) mit einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit (4) und mit einem Aufnahmeelement (5) zur Aufnahme eines Bauteils (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (5) in einem dem Messmittel (3) zugewandten Bereich mehrere in einem definierten Abstand zueinander angeordnete Messmarken (7) aufweist, wobei das Messmittel (3) als optisches Messmittel (3) ausgebildet und derart relativ zu dem Bauteil (2) verfahrbar ist, dass jeweils ein Einzelbild des Bauteils (2) aus zumindest zwei unterschiedlichen Positionen des optischen Messmittels (3) erfassbar ist, wobei durch die elektronische Datenverarbeitungseinheit (4) und ein integriertes Rechenprogramm aus den zumindest zwei erfassten Einzelbildern des Bauteils (2) ein dreidimensionales Modell des zu vermessenden Bauteils (2) erzeugbar und auswertbar ist.
Mobile Messeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (5) eine Platte aufweist, auf welcher das Bauteil (2) anordbar ist.
Mobile Messeinrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (5) Mittel zur Fixierung des Bauteils (2) aufweist.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmarken (7) als Raster ausgebildet sind.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmarken (7) auf einer Oberfläche (6) des Aufnahmeelementes (5) angeordnet sind.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmarken (7) in dem Aufnahmeelement (5) integriert sind.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messmittel (3) eine 3D-Kamera oder einen Laserscanner aufweist.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messmittel (3) mittels einer mit dem Aufnahmeelement (5) verbundenen Positioniereinrichtung (8) verfahrbar ist.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniereinrichtung (8) zumindest zwei mit dem Aufnahmeelement (5) verbundene Traversen (9, 10) und einen entlang der Traversen (9, 10) verfahrbaren Querbalken (11) sowie eine entlang des Querbalkens (11) vierfahrbaren Pinole (12) aufweist, wobei das optische Messmittel (3) an der Pinole (12) fixiert ist.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Datenverarbeitungseinheit (4) eine Steuereinheit (13) und ein Bedienteil (14) umfasst.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Datenverarbeitungseinheit (4) an dem Aufnahmeelement (5) oder an der Positioniereinrichtung (8) fixiert ist.
Mobile Messeinrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rollen (15) vorgesehen sind, mittels welcher die mobile Messeinrichtung (1) vierfahrbar ist.