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Die Erfindung betrifft eine mobile Messvorrichtung und ein Verfahren zum Einrichten einer mobilen Messvorrichtung.
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Die
DE 299 11 187 U1 offenbart eine Messstation mit einem Messroboter, der einen mehrere Achsen umfassenden Roboterarm aufweist, an dessen Roboterhand eine optische Messvorrichtung, beispielsweise ein 3D-Sensor, befestigt ist. Für die Kalibrierung des Messroboters ist ein Messkörper mit einer Trägerplatte vorgesehen, die mittels eines Gestells ortsfest positioniert ist. Der fest positionierte Messkörper ist bezüglich eines Koordinatensystems der Messstation vermessen, so dass Messmarken des Messkörpers eine bekannte und sehr genau bestimmbare Position in diesem Koordinatensystem aufweisen. Um den Messroboter zu kalibrieren, fährt dieser die Messmarken mit der optischen Messvorrichtung an.
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Die
FR 2 641 607 offenbart eine Messvorrichtung mit einem Roboterarm eines Messroboters und einem Messkörper, die auf einem Sockel befestigt sind. Die Vorrichtung umfasst einen Schlitten, der auf einem ortsfesten Schienenstück linear verfahrbar ist. Der Sockel, der als Trägervorrichtung für den Roboterarm und den Messkörper dient, kann bezüglich des Schlittens linear verfahren werden.
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Damit die Position des Messkörpers möglichst keinen Änderungen durch Temperaturschwankungen unterliegt und ein möglichst exaktes Kalibrieren des Messroboters ermöglicht wird, sind bei einer konventionellen Messstation der Roboterarm und der Messkörper auf einem starren Fundament befestigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine flexiblere Messvorrichtung mit einem Messroboter und einem Messkörper zum Kalibrieren des Messroboters anzugeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine mobile Messvorrichtung, aufweisend eine Trägervorrichtung mit mehreren, aufeinander stapelbaren Trägerplatten, einen an der Trägervorrichtung befestigten, mehrere Achsen aufweisenden Roboterarm eines Messroboters und einen an der Trägervorrichtung befestigten Messkörper zum Kalibrieren des Messroboters, wobei die Trägervorrichtung mit an ihr befestigtem Roboterarm und an ihr befestigtem Messkörper an einen Messort bewegbar ist.
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Die erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst demnach den Roboterarm mit mehreren Achsen. Der Roboterarm und seine Steuerungsvorrichtung ergeben den Messroboter. Unter Roboter versteht man im Allgemeinen eine Handhabungsmaschine, die zur selbsttätigen Handhabung von Objekten mit zweckdienlichen Werkzeugen ausgerüstet und in mehreren Bewegungsachsen insbesondere hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf programmierbar ist. Roboter weisen im Wesentlichen den Roboterarm mit mehreren Achsen und gegebenenfalls Hebeln auf, die von Antrieben bewegt werden. Die Antriebe sind z. B. elektrische Antriebe.
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Messroboter als solche sind ebenfalls bekannt. Sie sind insbesondere vorgesehen, Werkstücke insbesondere in automatisierter Weise zu vermessen. Dazu ist z. B. an einem Flansch des Roboterarms eine entsprechende Vorrichtung befestigt, die der Messroboter z. B. an vorgegebene Punkte des Werkstücks bewegt. Die entsprechende Vorrichtung ist beispielsweise eine optische Vorrichtung, wie z. B. eine 3D-Kamera.
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Um den Messroboter zu kalibrieren, wird der Messkörper verwendet. Messkörper als solche sind ebenfalls dem Fachmann z. B. aus der in der Einleitung genannten
DE 299 11 187 U1 bekannt. Der Messkörper umfasst z. B. Markierungen, die der Messroboter während eines Kalibriervorgangs anfährt, um z. B. sein Koordinatensystem mit einem Koordinatensystem des Messorts abzugleichen.
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Erfindungsgemäß ist die Messvorrichtung, aufweisend den Messroboter und den Messkörper, mobil ausgeführt. Dies wird erfindungsgemäß realisiert, indem zumindest der Roboterarm und der Messkörper an der Trägervorrichtung befestigt sind. Somit ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Messvorrichtung von einem Ort zu einem anderen, insbesondere zum Messort bewegt werden kann, indem die Tragevorrichtung mit daran befestigtem Roboterarm und befestigtem Messkörper an den gewünschten Ort transportiert und dort aufgestellt wird. Es ist insbesondere auch möglich, den Messroboter schon vor dem Transport mit für die Messung benötigter Software zu konfigurieren und zu testen, wodurch die erfindungsgemäße mobile Messvorrichtung am Einsatzort, d. h. am gewünschten Messort schneller in Betrieb genommen werden kann. Aufgrund der mobilen Ausführung ist es auch möglich, die Trägervorrichtung mit daran befestigtem Roboterarm und daran befestigtem Messkörper von dem gegenwärtigen Messort zu entfernen und an einen anderen Messort zu transportieren.
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Um die erfindungsgemäße mobile Messvorrichtung besser transportieren zu können, umfasst die Trägervorrichtung nach einer Ausführungsform eine Transportvorrichtung. Die Transportvorrichtung ist z. B. derart ausgeführt, so dass die Trägervorrichtung inklusive Roboterarm und Messkörper mit einem Kran oder einem Gabelstapler bewegt, insbesondere an den Messort transportiert werden kann.
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Die Trägervorrichtung kann eine Befestigungsvorrichtung umfassen, mittels der die Trägervorrichtung am Messort lösbar befestigbar ist. Dadurch ist es möglich, dass die erfindungemäße mobile Messvorrichtung am Messort fixiert, zu einem späteren Zeitpunkt gegebenenfalls auch wieder entfernt werden kann, um beispielsweise an einen anderen Messort transportiert zu werden.
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Die Trägervorrichtung umfasst mehrere Trägerplatten, die aufeinander stapelbar sind. Der Roboterarm und der Messkörper sind dann gemeinsam auf der obersten Trägerplatte befestigt. Dadurch ist es z. B. möglich, dass unterschiedliche, z. B. dem gewünschten Messort entsprechende Höhen der Trägervorrichtung relativ einfach realisierbar sind.
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Die Trägeplatten können alle dieselbe Dicke aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass sich die Dicken der Trägeplatten unterscheiden.
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Um gegebenenfalls die Stabilität der aus mehreren Trägerplatten bestehenden Trägervorrichtung zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, dass die einzelnen Trägerplatten Befestigungseinrichtungen aufweisen, mit denen die Trägerplatten miteinander lösbar befestigbar sind. Die Befestigungseinrichtungen können z. B. Schrauben umfassen, d. h. die einzelnen Trägerplatten können miteinander verschraubt werden. Die Befestigungseinrichtungen können insbesondere derart ausgeführt sein, dass die Trägerplatten lösbar miteinander verbunden werden können. Somit ist es z. B. möglich, die oberste Trägerplatte inklusive Roboterarm und Messvorrichtung und separat davon die restliche bzw. restlichen Trägerplatten an den Messort zu transportieren, um die Trägerplatten am Messort zu stapeln und gegebenenfalls miteinander lösbar zu verbinden. Es ist aber auch möglich, die Trägerplatten vor dem Transport bereits insbesondere lösbar miteinander zu verbinden.
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Insbesondere kann die unterste Trägerplatte eine Befestigungsvorrichtung aufweist, mittels der die Trägervorrichtung am Messort lösbar befestigbar ist. Diese Befestigungsvorrichtung umfasst z. B. eine Schraubverbindung.
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Die Trägervorrichtung ist vorzugsweise aus einem temperaturstabileren oder zumindest weitgehend temperaturstabilen Material gefertigt. Ein geeignetes Material ist z. B. Beton. Stahlbeton oder ein Polymerbeton sind auch geeignet. Diese Materialien unterliegen insbesondere aufgrund der verwendeten Masse so gut wie keinen Temperaturschwankungen. So folgt z. B. Beton aufgrund seiner Masse einer Temperaturschwankung langsamer als beispielsweise Stahl.
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Die erfindungemäße mobile Messvorrichtung ist vorgesehen, ein Werkstück zu vermessen. Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen mobilen Messvorrichtung weist diese eine auf einer weiteren bewegbaren Trägervorrichtung befestigte Haltevorrichtung zum Halten eines mittels des Messroboters zu vermessenden Werkstücks auf. Die Halterungsvorrichtung kann demnach separat von der Trägervorrichtung mit Roboterarm und Messkörper zum Messort transportiert werden.
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Die Steuerungsvorrichtung des Messroboters kann in einem separaten Gehäuse untergebracht sein. Dieses Gehäuse kann separat von der Trägervorrichtung angeordnet sein und demnach separat von de Trägervorrichtung mit Roboterarm und Messkörper transportabel ausgeführt sein. Das Gehäuse kann z. B. auf einer weiteren Trägervorrichtung befestigt sein, die z. B. eine Transportvorrichtung umfasst. Diese Transportvorrichtung kann z. B. derart ausgeführt sein, dass mit Hilfe dieser Transporthilfe die Steuerungsvorrichtung z. B. mittels eines Gabelstaplers an den Messort transportiert werden kann.
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Die erfindungsgemäße mobile Messvorrichtung stellt demnach eine Plattform zur Verfügung, die einfach umgezogen werden kann und es gegebenenfalls ermöglicht, am Aufstellort anlagenspezifische Höhenunterschiede einfach auszugleichen. Die Basiskonfiguration kann hierbei jeweils beibehalten werden (Grundeinrichtung Software für prinzipielle Einsatzbereitschaft des Systems sowie Temperaturkompensation).
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Je nach Ausführungsform der erfindungsgemäßen mobilen Messvorrichtung wird eine Messzelle bereitgestellt, die aus relativ wenigen, getrennt beweglichen und gegebenenfalls jeweils staplerfähigen und/oder mit einer geeigneten Transporthilfe ausgestatteten Teilmodulen aufgebaut ist. Der Messroboter und der Messkörper, der z. B. die Form einer Kugel aufweist, sind erfindungsgemäß auf einer gemeinsamen Plattform, der Trägervorrichtung aufgebaut. Die Trägervorrichtung kann vorzugsweise aus stahlarmierten Betonplatten aufgebaut sein, auf der der Roboterarm und der Messkörper gegebenenfalls auch gemeinsam transportiert und insbesondere vorab in Betrieb genommen werden können.
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Um Höhenunterschiede der Messobjekte an den unterschiedlichen Aufstellorten ausgleichen zu können, können für die Trägervorrichtung insbesondere stahlarmierte, stapelbare Unterlegplatten in definierten Höhen vorgesehen sein, die als Unterbau für die Plattform mit Messroboter und Messkörper dienen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in der beigefügten schematischen Figur dargestellt, die eine mobile Messvorrichtung mit einem Messroboter zeigt.
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Die Figur zeigt eine mobile Messvorrichtung 1, die zur Vermessung eines Werkstücks 2 vorgesehen ist. Das Werkstück 2 ist z. B. eine Fahrzeugkarosserie und/oder deren Bauteile. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird das Werkstück 2 von einer Halterungsvorrichtung 3 gehalten. Die Halterungsvorrichtung 3 ist auf einer als Trägerplatte 4 ausgebildeten Trägervorrichtung befestigt. Die Trägerplatte 4 kann eine Befestigungsvorrichtung 5 auf, mit der die Trägerplatte 4 an einem Messort, insbesondere an einem Boden des Messorts lösbar befestigt werden kann. Die Trägerplatte 4 kann beispielsweise am Messort mit dem Boden verschraubt werden.
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Die Trägerplatte 4 ist aus einem zumindest weitgehend temperaturstabilen Material gefertigt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Trägerplatte 4 aus Beton gefertigt. Andere geeignete Materialien für die Trägerplatte 4 sind z. B. Stahlbeton oder ein Polymerbeton.
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Die Halterungsvorrichtung 3 mit ihrer Trägerplatte 4 kann an den Messort z. B. mittels eines Krans oder eines Gabelstaplers transportiert werden. Die Trägerplatte 4 umfasst gegebenenfalls eine nicht näher gezeigte Transportvorrichtung z. B. in Form eines Hakens oder Aufnahmen für die Gabel des Gabelstaplers.
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Mittels der mobilen Messvorrichtung 1 kann das Werkstück 2 vermessen werden. Die mobile Messvorrichtung 1 weist einen Messroboter R und einen Messkörper 6 zum Kalibrieren des Messroboters R auf. Der Messroboter R weist einen Roboterarm M mit einer Kinematik für Bewegungen in beispielsweise sechs Freiheitsgraden auf. Der Roboterarm M weist in allgemein bekannter Weise beispielsweise Gelenke, Hebel, z. B. sechs Bewegungsachsen und einen Flansch 7 auf, an dem im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine dem Fachmann im Prinzip bekannte optische Vermessungseinrichtung 8 angeordnet ist. Die optische Vermessungseinrichtung 8 ist z. B. als ein 3D-Sensor ausgebildet.
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Der Messroboter R umfasst ferner eine als Steuerrechner 9 ausgebildete Steuerungsvorrichtung, der im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit nicht näher dargestellten elektrischen Antrieben des Roboterarms M über elektrische Leitungen 14 verbunden ist. Die elektrischen Antriebe sind vorgesehen, die einzelnen Achsen des Roboterarms M gemäß einem auf dem Steuerrechner 9 laufenden Rechnerprogramm zu bewegen, wie dies im Prinzip dem Fachmann geläufig ist.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Steuerrechner 9 in einer Steuerkonsole 10 angeordnet, die z. B. auch eine Eingabevorrichtung in Form einer Tastatur 11 und einen Monitor 12 aufweist. Die Steuerkonsole 10 umfasst eine Transportvorrichtung 13, mit der der Steuerrechner 9 bzw. die Steuerkonsole 10 z. B. mittels eines Gabelstaplers an den Messort transportiert werden kann.
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Um das Werkstück 2 vermessen zu können, sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels an diesem mehrere definierte Messpunkte angeordnet, die für die Werkstückgeometrie relevant sind und eine insbesondere bestimmte räumliche Position aufweisen. Bei den Messpunkten kann es sich auch um markante Stellen des Werkstücks 2 handeln, wie beispielsweise Bohrungen oder Kanten an bestimmten Stellen des z. B. als Fahrzeugkarosserie ausgebildeten Werkstücks 2.
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Der Messroboter R führt gegebenenfalls die Vermessungen unter Bezug auf sein Basis-Koordinatensystem oder einem Koordinatensystem der mobilen Messvorrichtung 1 durch. Die hierauf bezogenen Koordinaten der Messpunkte werden dann z. B. in Koordinaten des Werkstück-Koordinatensystemes umgerechnet und transformiert.
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Die mobile Messvorrichtung 1 umfasst, wie bereits erwähnt, den Messkörper 6. Der Messkörper 6 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen mit mehreren Kalibriermarken 15 versehenen insbesondere kugelförmig ausgeführten Träger 16 auf, der an einem Sockel 17 befestigt ist. Die Kalibriermarken 15 weisen z. B. eine kreisrunde Form oder Kontur auf, wobei die Positionen der Kalibriermarken 15 bekannt sind.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die mobile Messvorrichtung 1 einen als mehrere stapelbare Trägerplatten 18a, 18b, 18c ausgeführte Trägervorrichtung 18 auf. Die einzelnen Trägerplatten 18a–c sind insbesondere aus einem zumindest weitgehend temperaturstabilen Material gefertigt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Trägerplatte 18a–c jeweils aus Beton gefertigt. Andere geeignete Materialien für die Trägerplatten 18a–c sind z. B. Stahlbeton oder ein Polymerbeton.
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Die Trägervorrichtung 18 ist vorgesehen, dass an ihr der Roboterarm M und der Messkörper 6 befestigt sind. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Messkörper 6 mit seinem Sockel 17 und der Roboterarm M ebenfalls mit seinem Sockel 19 an der oberen Trägerplatte 18a in einer zueinander bekannten Position befestigt, indem z. B. der Sockel 17 des Messkörpers 6 und der Sockel 19 des Roboterarms M mit der Trägerplatte 18a verschraubt sind.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Trägerplatten 18a–c stapelbar. Die einzelnen Trägeplatten 18a–c können dieselben Höhen h aufweisen. Ihre Höhen h können sich jedoch auch unterscheiden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei aufeinander gestapelte Trägerplatten 18a–18c gezeigt. Es können jedoch auch mehr als drei oder auch weniger als drei Trägerplatten 18a–18c verwendet werden. Somit ist es möglich, dass sich für die Trägervorrichtung 18 je nach verwendeter Anzahl und/oder Ausführung von Trägerplatten 18a–18c unterschiedliche Gesamthöhen realisieren lassen.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weisen die einzelnen Trägerplatten 18a–c jeweils Befestigungseinrichtungen 20 auf, mittels derer die einzelnen Trägeplatten 18a–c miteinander insbesondere lösbar befestigt werden können. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Trägeplatten 18a–c miteinander verschraubt.
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Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die unterste Trägeplatte 18c eine Befestigungsvorrichtung 21 auf, mittels derer die unterste Trägerplatte 18c und somit die gesamte Trägervorrichtung 18 am Messort befestigt, z. B. am Messort mit dem Boden verschraubt werden kann.
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Um im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die mobile Messvorrichtung 1, insbesondere die Trägervorrichtung 18 mit daran befestigtem Roboterarm M und daran befestigtem Messkörper 6 bzw. die oberste Trageplatte 18a mit daran befestigtem Roboterarm M und daran befestigtem Messkörper 6 besser an den Messort transportieren, d. h. bewegen zu können, weist die oberste Trägerplatte 18c eine oder mehrere Ösen 22 auf, in die ein Haken z. B. eines Krans einhaken kann. Es ist aber z. B. auch möglich, dass die Tragevorrichtung derart ausgeführt ist, dass die Trägerplatte 18a mit Roboterarm M und Messkörper 6 mittels eines Gabelstaplers an den Messort gebracht werden kann.
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Die Trägerplatten 18a–c können auch miteinander verspannt sein.
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Somit ist es beispielsweise möglich, die mobile Messvorrichtung 1 bereitzustellen, insbesondere den Messroboter R in Betrieb zu nehmen, und anschließend an den Messort zu transportieren, um dort gegebenenfalls die Tragevorrichtung 18 mit an ihr befestigtem Roboterarm M und an ihr befestigtem Messkörper 6 zu befestigen.
