DE102008021624A1

DE102008021624A1 - Verfahren zum Einrichten eines Messpunktes für einen Sensor

Info

Publication number: DE102008021624A1
Application number: DE200810021624
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Beyer; Hans Dipl.-Ing. Ramsperger; Uwe Dipl.-Ing. Reich
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2008-12-18
Also published as: WO2009132724A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichtezüglich eines Messpunktes (1) an einem zu vermessenden Objekt, wobei mit dem Sensor (2) zunächst eine vorgegebene Start-Sensorposition (2.1) in Bezug zum Messpunkt (1) angefahren und eine Sensorposition (2.1 bis 2.3) des Sensors (2) in einem Kegel um die Start-Sensorposition (2.1) herum variiert wird, wobei für jede Sensorposition (2.1 bis 2.3) einschließlich der Start-Sensorposition (2.1) mindestens ein Sensorparameter variiert wird und/oder wobei eine translatorische Position des Roboters und/oder des Objekts variiert wird, wobei für jede eingestellte Kombination aus Sensorposition (2.1 bis 2.3), Sensorparameter und translatorischer Position mindestens eine Testmessung des Sensors (2) durchgeführt und eine Sensorgüte bestimmt wird, wobei eine aufgrund der Sensorgüte besonders geeignete der Kombinationen für einen Produktionszyklus übernommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten eines Messpunktes für einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für Fertigungs- und Messanlagen von Fahrzeugen werden Sensoren zur Überwachung der Fertigung benötigt. Die Sensoren werden an einer großen Anzahl von Messpunkten (heute bis zu 1500) positioniert. Vor Beginn der Fertigung einer neuen Fahrzeugbaureihe müssen die Sensoren an den Messpunkten eingerichtet werden, das heißt, es muss eine optimale Positionierung des Sensors bezüglich des Messpunktes und eine Parametrierung des Sensors erfolgen. Das Einrichten erfolgt bisher manuell durch Personal mit Expertenwissen und Erfahrung. Die für das Einrichten erforderliche Zeit ist erheblich. Auch im bereits laufenden Serienbetrieb erfordert die Änderung von Messpunkten oder die Aufnahme weiterer Messpunkte noch soviel Zeit, dass derartige Aufgaben häufig nachts oder am Wochenende erfolgen, wodurch besonders hohe Kosten verursacht werden.
Aus der US 2006/0181236 A1 ist ein Verfahren und ein System zum Programmieren eines Industrieroboters bekannt, um diesen relativ zu definierten Positionen an einem Objekt zu bewegen. Dabei wird der Roboter eingerichtet, indem ein Sensor vorübergehend an einem Werkzeug am Roboter angeordnet wird. Der Sensor wird in eine Startposition gefahren und ausgehend von dieser Startposition wird mittels eines Oberflächen- Scanning-Programms eine Oberfläche des Objekts gescannt, wobei vom Oberflächen-Scanning-Programm automatisch ein Pfad für den Roboter generiert wird, dem er später folgen soll.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Einrichten eines Messpunktes für einen Sensor anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einrichten eines von einem Roboter geführten Sensors, insbesondere eines optischen Sensors, bezüglich eines Messpunktes an einem zu vermessenden Objekt, wird mit dem Sensor zunächst eine vorgegebene Start-Sensorposition in Bezug zum Messpunkt angefahren. Aus dieser Start-Sensorposition heraus werden mit verschiedenen Sensorparametern Testmessungen durchgeführt. Ein veränderlicher Sensorparameter kann beispielsweise eine Beleuchtung des Messpunktes sein. In einem Kegel um die Start-Sensorposition herum, dessen Spitze der Messpunkt bildet, wird eine Sensorposition des Sensors variiert. Für jede im Kegel eingenommene Sensorposition werden wiederum die Sensorparameter variiert und eine entsprechende Anzahl von Testmessungen durchgeführt.
Wahlweise können auch zunächst Testmessungen an jeder Sensorposition mit der gleichen Parametrisierung durchgeführt, die Parametrierung dann geändert und die Sensorpositionen dann für die Testmessungen angefahren werden. Aus jeder Testmessung wird eine Sensorgüte bestimmt, die angibt, wie genau der Sensor misst, beispielsweise anhand einer Wiedergabetreue eines Kreisdurchmessers einer Bohrung oder anhand der Verteilung von Punkten einer Linie, die mit dem Sensor aufgenommen wurden. Weiter kann eine translatorische Position des den Sensor führenden Roboters und/oder des Objekts, beispielsweise einer Rohkarosserie oder eines Fahrzeugs in mindestens einer der drei Raumrichtungen variiert und die Testmessungen für diese Verschiebung wiederholt werden. Durch eine solche Verschiebemessung kann ermittelt werden, wie empfindlich die Sensorgüte auf geringfügige Verschiebungen im Bereich von beispielsweise wenigen Millimetern reagiert, die in einem späteren Produktionsprozess auftreten können.
Schließlich können für jede eingestellte Kombination aus Sensorposition, Sensorparameter und translatorischer Position weitere Testmessungen durchgeführt und die Sensorgüte bestimmt werden. Solche Wiederholmessungen können beispielsweise zu einer anderen Tageszeit mit anderen Umgebungslichtverhältnissen stattfinden, um die Robustheit der Sensorpositionen und Parameter sicherzustellen. Eine aufgrund der Sensorgüte besonders geeignete der Kombinationen wird schließlich für einen Produktionszyklus übernommen. Dies muss nicht zwingend die Kombination mit der besten Einzel-Sensorgüte aller Testmessungen sein. Es kann auch eine Summen-Sensorgüte aus allen Testmessungen an einer Sensorposition und einer Parametrisierung aller Verschiebe- und Wiederholmessungen bestimmt und der Entscheidung über die geeignete Kombination für den Produktionsprozess zugrunde gelegt werden.
Durch die automatische Ermittlung der am besten geeigneten Position kann die Inbetriebnahme der Fertigungsanlage beschleunigt und mit geringerem Personalaufwand bewerkstelligt werden. Insbesondere kann Nacht- und Wochenendarbeit reduziert werden, was einen erheblichen Kostenfaktor darstellt. Ein Einfügen neuer Messpunkte während des Betriebs der Fertigungs- und Messanlage ist ebenfalls einfach möglich, so dass die Messanlage schneller an den aktuellen Messbedarf der Produktion angepasst werden kann.
Eine Überprüfung der Qualität der Messanlage und der Sensoren für die Inbetriebnahme und Serienfertigung wird weitgehend automatisiert. Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messanlage werden maximiert. Mit einer so eingerichteten Messanlage sind beispielsweise Fahrzeuge oder Rohkarosserien herstellbar.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Messpunkts eines zu vermessenden Objekts und einen Sensor in verschiedenen Sensorpositionen innerhalb eines Kegels,
2 eine schematische Darstellung des Messpunkts mit dem Sensor in einer der Sensorpositionen, und
3 eine schematische Darstellung des Messpunkts mit dem Sensor in einer der Sensorpositionen während einer Verschiebemessung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Messpunkt 1 eines zu vermessenden Objekts (nicht dargestellt), beispielsweise eines Fahrzeugs oder einer Rohkarosserie, und ein Sensor 2 in verschiedenen Sensorpositionen 2.1, 2.2, 2.3 gezeigt. Bei einem Verfahren zum Einrichten des von einem Roboter (nicht gezeigt) geführten Sensors 2 bezüglich des Messpunkts 1 wird mit dem Sensor 2 zunächst eine vorgegebene Start-Sensorposition 2.1 in Bezug zum Messpunkt 1 angefahren. Diese Start-Sensorposition kann beispielsweise aus einem mit einem CAD- Programm erstellten Messpunktplan exportiert werden. Aus der Start-Sensorposition 2.1 heraus wird eine Testmessung durchgeführt und eine Sensorgüte bestimmt. Anschließend wird die Sensorposition 2.1, 2.2, 2.3 in einem um die Start-Sensorposition 2.1 herum gedachten Kegel, dessen Spitze der Messpunkt 1 bildet, variiert, die Testmessung für diese Sensorpositionen 2.2, 2.3 durchgeführt und die jeweilige Sensorgüte ermittelt. Die Variierung der Sensorposition 2.1 bis 2.3 betrifft sowohl die Raumrichtungen x, y, z als auch eine Winkelausrichtung i, j, k einer optischen Achse des Sensors 2 bezüglich des Messpunkts 1. Die Anzahl der Sensorpositionen 2.1 bis 2.3 kann deutlich größer als drei sein.
In 2 ist der Messpunkt 1 mit dem Sensor 2 exemplarisch in der Sensorposition 2.3 gezeigt. In dieser wie in allen Sensorpositionen 2.1 bis 2.3 werden Sensorparameter, beispielsweise eine aktive Beleuchtung mittels Laserlicht, variiert und weitere Testmessungen für jede dieser Parametrierungen an der jeweiligen Sensorposition 2.1 bis 2.3 durchgeführt. Auch hier wird jeweils die Sensorgüte bestimmt. Weiter können für jede eingestellte Kombination aus Sensorposition 2.1 bis 2.3 und Sensorparameter weitere Testmessungen durchgeführt und die Sensorgüte bestimmt werden. Solche Wiederholmessungen können beispielsweise zu einer anderen Tageszeit mit anderen Umgebungslichtverhältnissen stattfinden, um die Robustheit der Sensorpositionen 2.1 bis 2.3 und Parameter sicherzustellen.
In 3 ist der Messpunkt 1 mit dem Sensor 2 in einer der Sensorpositionen 2.3 während einer so genannten Verschiebemessung gezeigt. Hierbei wird eine translatorische Position des den Sensor 2 führenden Roboters und/oder des Objekts in mindestens einer der drei Raumrichtungen x, y, z variiert und die Testmessung für diese Verschiebung wiederholt. Bei einer Verschiebung um beispielsweise 1 mm kann daraufhin überprüft werden, wie genau die Verschiebung im Sensor 2 wiedergegeben wird. Da die Sensorposition 2.3 dabei unverändert bleibt ändert sich nicht der Winkel i, j, k der optischen Achse des Sensors 2 bezüglich des Messpunkts 1. Eine aufgrund der Sensorgüte besonders geeignete der Kombinationen wird schließlich für einen Produktionszyklus übernommen. Hierzu wird bevorzugt eine Summen-Sensorgüte aus allen Testmessungen an einer Sensorposition 2.1, 2.2, 2.3 und einer Parametrisierung aus allen Verschiebe- und Wiederholmessungen bestimmt und der Entscheidung über die geeignete Kombination für den Produktionsprozess zugrunde gelegt.
Jeder Sensor kann mehrere Messpunkte anfahren und Testmessungen durchführen.
Der Kegel kann in Segmente unterteilt und zunächst für jedes Segment eine Testmessung durchgeführt werden. Eine feinere Variierung der Sensorposition 2.1 bis 2.3 erfolgt anschließend beispielsweise nur in mindestens einem aufgrund der Sensorgüte ausgewählten der Segmente. Hierzu kann das ausgewählte Segment in mindestens einer weiteren Iteration weiter segmentiert werden. Segmente, in denen die Sensorgüte bei einer Messung bereits zu schlecht war, können für das weitere Vorgehen verworfen werden, um Zeit zu sparen. Ebenso kann iterativ zwischen den zwei Segmenten, deren erste Testmessungen die jeweils beste Sensorgüte erbrachten nach weiteren geeigneten Sensorpositionen 2.1 bis 2.3 gesucht werden.
Bei der Positionierung des Sensors 2 kann eine Kollisionswahrscheinlichkeit des Sensors 2 oder des Roboters mit dem Objekt berücksichtigt werden um Kollisionen des Sensors 2 mit dem Objekt zu vermeiden. Hierfür erforderliche Kollisionsdaten können aus Modellen der Roboter und des Objekts zur Verfügung stehen.
Die Start-Sensorposition 2.1 kann auch manuell vorgegeben werden.
Die Variierung der Sensorparameter und die Wiederholmessungen können entfallen, wenn der Sensor 2 über eine automatische Sensoroptimierung verfügt.
Die Verschiebemessung kann optional nur dann durchgeführt werden, wenn die zuvor ermittelte Summen-Sensorgüte über einem vorgegebenen Grenzwert liegt.
Die Entscheidung darüber, welche der Kombinationen für den Produktionsprozess zu übernehmen ist, kann nach einem der folgenden Kriterien erfolgen:

– Übernahme des besten Sensorgüte-Wertes eines Messpunkts 1,
– Automatische Übernahme ab einem vorgegebenen Sensorgüte-Wert, woraufhin keine weiteren Testmessungen für den betreffenden Messpunkt 1 durchgeführt werden, um weiter Zeit zu sparen,
– Iteratives Vorgehen, wobei zwischen zwei Segmenten des Kegels, deren erste Testmessungen die jeweils beste Sensorgüte erbrachten, nach weiteren geeigneten Sensorpositionen 2.1 bis 2.3 gesucht wird, während die übrigen Segmente verworfen werden,
– Manuelle Auswahl aus den besten Werten für den Messpunkt 1.

Manuelle Eingriffe und Rückmeldungen können in jedem Teil des Verfahrens vorgesehen sein, beispielsweise vor einer Wiederholmessung. Weiter können die Anzahl der Sensorpositionen 2.1 bis 2.3, die Segmentierung des Kegels, die Art und Variation der Sensorparameter, die Anzahl der Wiederholmessungen und Zahl, Richtung und Art von für die Verschiebemessungen verwendeten Verschiebevektoren von einem Nutzer vorgegeben sein.

1: Messpunkt
2: Sensor
2.1 bis 2.3: Sensorposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 2006/0181236 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Einrichten eines von einem Roboter geführten Sensors (2) bezüglich eines Messpunktes (1) an einem zu vermessenden Objekt, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensor (2) zunächst eine vorgegebene Start-Sensorposition (2.1) in Bezug zum Messpunkt (1) angefahren und eine Sensorposition (2.1 bis 2.3) des Sensors (2) in einem Kegel um die Start-Sensorposition (2.1) herum variiert wird, wobei für jede Sensorposition (2.1 bis 2.3) einschließlich der Start-Sensorposition (2.1) mindestens ein Sensorparameter variiert wird und/oder wobei eine translatorische Position des Roboters und/oder des Objekts variiert wird, wobei für jede eingestellte Kombination aus Sensorposition (2.1 bis 2.3), Sensorparameter und/oder translatorischer Position mindestens eine Testmessung des Sensors (2) durchgeführt und eine Sensorgüte bestimmt wird, wobei eine aufgrund der Sensorgüte besonders geeignete der Kombinationen für einen Produktionszyklus übernommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kombination mindestens eine weitere Testmessung durchgeführt und die Sensorgüte bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sensoren (2) für eine Vielzahl von Messpunkten (1) eingerichtet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegel in Segmente unterteilt und zunächst für jedes Segment eine Testmessung durchgeführt wird, wobei eine feinere Variierung der Sensorposition anschließend nur in mindestens einem der aufgrund der Sensorgüte ausgewählten Segmente erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Segment in mindestens einer weiteren Iteration weiter segmentiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Positionierung des Sensors (2) eine Kollisionswahrscheinlichkeit des Sensors (2) oder des Roboters mit dem Objekt berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Summensensorgüte aus allen Testmessungen für die gleiche Kombination bestimmt und der Auswahl der für den Produktionsprozess geeigneten Kombination zugrunde gelegt wird.
Computerprogramm-Produkt, das auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist und das von einem Computer lesbare Programm-Mittel aufweist, die den Computer veranlassen, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, die so mit einerv programmierbaren Datenverarbeitungsanlage zusammenwirken können, dass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 ausführbar ist.