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Die
Erfindung betrifft einen Messadapter und ein Verfahren zur photogrammetrischen
Vermessung von Stiften, insbesondere von Schweißbolzen,
auf Trägerobjekten.
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In
der Fertigung von Fahrzeugen ist es erforderlich, dass Elemente
wie Kabel oder Leitungen an Strukturteilen der Karosserie befestigt
werden. Dies erfolgt vielfach, indem Befestigungsvorrichtungen, die über
Ausnehmungen verfügen, auf an dem Strukturbauteil angeschweißte
oder auf andere Weise angebrachte Stifte aufgesetzt oder aufgeschraubt
werden, wenn entsprechende Gewinde an der Befestigungsvorrichtung
und dem Stift vorgesehen sind.
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Eine
zuverlässige Befestigung wird durch die Verwendung von
Schweißbolzen erzielt, die mittels Robotern in Fertigungsanlagen
auf die Strukturteile aufgeschweißt werden. Dazu müssen
die Schweißroboter hochpräzise eingestellt sein,
so dass die Schweißbolzen exakt positioniert und die darauf anzubringenden
Objekte positionsgenau und problemlos angeordnet werden können.
Die Einstellung der Fertigungsanlage mit den entsprechenden Robotern
erfordert daher das Vermessen der Positionen und der Raumwinkel
der Schweißbolzen, so dass die Fertigungsanlage ausgerüstet
ist, um eine Vielzahl von Montagevorgängen mit hoher Präzision
auszuführen.
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Als
ein besonders geeignetes Messverfahren zur Vermessung derartiger
Stifte hat sich die Photogrammetrie-Messung erwiesen. Dazu werden
bisher Photogrammetrie-Messsysteme oder Messmaschinen eingesetzt,
die als Messhilfsmittel Adapter, insbesondere Steck- oder Schraubadapter
einsetzen. Diese sogenannten „Adapter” werden
dabei über den hinsichtlich seiner Position und der den Raumwinkel
zu vermessenden Stift gesetzt, wobei an den Adaptern vorliegende
Messmarken zur Ausführung der photogrammetrischen Messung
verwendet werden. Wenn die Messung abgeschlossen ist, werden die
Adapter wieder abgeschraubt, was mit entsprechendem Zeitaufwand
verbunden ist.
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Weiter
erfordert das Messverfahren, dass vielfache mehrere gleiche Messobjekte
in Folge vermessen werden sollen, was eine reproduzierbare Positionierung
der entsprechenden Messadapter mit den darauf angebrachten Zielmarken
erfordert. Ist hingegen ein Stift verschmutzt, etwa durch Schweißperlen,
oder defekt, so sitzt er in dem Adapter anders als ein sauberer
Stift; seine Position wird fehlerbehaftet angegeben.
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Die
Aufgabe einer präzisen Ermittlung auch minimaler Positionsabweichungen,
die weniger als 1/10 mm sein können, ist daher bis dato
mit den bekannten Messhilfsvorrichtungen nur mit großem
Aufwand leistbar.
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Die
Problematik der photogrammetrischen Messung von dreidimensionalen
Objekten unter Verwendung von Signalmarken wird auch in der
DE 10 2007 039 077
A1 beschrieben. Dort sollen Messaufgaben reproduzierbar
gelöst werden, indem Signalmarken mit Positions- und Orientierungsmarkierungen
sowie einer Beschriftung versehen werden. Indem die Markierungen
in komplexe Beziehung zueinander gesetzt werden, und ein mehrfaches
Ablichten, gefolgt von Auslesen und Bewerten der erhaltenen Messergebnisse,
erfolgt, soll es insbesondere ermöglicht werden, die umfängliche
Form unregelmäßiger Objekte zu bestimmen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine
Messhilfsvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, photogrammetrische
Vermessungen von Stiften an Bauteilen auf rasche, unkomplizierte
und reproduzierbare Art und Weise zu leisten.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Messadapter mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Weiter
ergibt sich die Aufgabe eines verbesserten photogrammetrischen Vermessungsverfahrens
für Stifte auf Bauteilen. Diese Aufgabe wird mittels des
Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Weiterbildungen
der Gegenstände und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen
ausgeführt.
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Ein
erfindungsgemäßer Messadapter zur photogrammetrischen
Vermessung der Position eines Stiftes auf einem Trägerobjekt
umfasst ein Gehäuse, in dem der Stift während
der Ausführung eines Messvorgangs aufgenommen ist. Dabei
liegt der Stift an einer oder mehrerer innerer Anlageflächen des
Gehäuses an, die dort fest respektive immobil ange ordnet
und vertikal orientiert sind. An einer Kopfplatte des Gehäuses
sind mehrere Messmarken fixiert, deren Position in Bezug zu der
immobilen vertikalen inneren Anlagefläche bekannt ist.
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Weiter
ist in dem Gehäuse eine radial bewegliche Anlageeinrichtung
angeordnet. Zusammen mit den immobilen inneren Anlageflächen
bietet diese mobile Anlageeinrichtung eine Gesamtanlagefläche
für den zu vermessenden Stift während der photogrammetrischen
Aufnahmen. Die radial bewegliche Anlageeinrichtung weist an ihrer
Oberseite, also an der zu der Kopfplatte des Gehäuses weisenden
Seite, einen Trägerabschnitt auf, der sich durch eine längliche,
radial angeordnete Ausnehmung der Kopfplatte erstreckt. An dem aus
der länglichen Ausnehmung heraus weisenden Trägerabschnitt
ist eine Kontroll-Messmarke angeordnet, die mobil ist, da sich durch
die längliche, radial angeordnete Ausnehmung ein Bewegungspfad
für den die Kontroll-Messmarke tragenden Trägerabschnitt
ergibt.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung kann die radial bewegliche
Anlageeinrichtung so gestaltet sein, dass sie ein sich von der Kopfplatte
nach unten, also während einer Messung in Richtung Trägerobjekt
weisendes, vertikales Trägerelement umfasst. An dessen
Oberseite ist folglich der Trägerabschnitt mit der Kontroll-Messmarke
angeordnet.
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Die
Messmarke kann dabei, ähnlich einem Schraubkopf, über
dem Schlitz ruhen, der den Bewegungspfad bereitstellt, und der folglich
eine Breite haben wird, die geringer ist als ein Durchmesser der Kontroll-Messmarke.
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Das
radial bewegliche Trägerelement ist mit einem Druckstift
operativ verbunden, der, um seine Druckwirkung ausüben
zu können, mit einer entsprechenden Federkraft beaufschlagt
ist. Der Druckstift ist in Richtung seiner Längsachse radial
beweglich, er ist entsprechend horizontal orientiert. Der Druckstift
ist so bemessen, dass er dem vertikalen Trägerelement einen
derartigen Vorschub verleiht, dass dieses während einer
Messanordnung an dem Stift, der vermessen werden soll, zur Anlage
kommt.
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Die
Federkraft des Druckstiftes kann etwa durch eine Spiralfeder bereitgestellt
werden. Diese wird üblicherweise ein in Richtung der Gehäusewandung
liegendes Ende des Druckstiftes umgeben. Das Federelement kann gegen
oder in der Wandung des Gehäuses abgestützt sein.
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Die
Ausgestaltung der Anlageeinrichtung mitsamt dem Druckstift kann
dabei vielgestaltig sein: So kann der Druckstift aus einem in einer
Buchse gelagerten Bolzen bestehen, dessen zu der Gehäusewandung
weisendes Ende von der Spiralfeder umgeben ist, oder alternativ
auf dessen äußerer Ringebene gefedert ruht. Es
ist auch denkbar, dass der Druckstift durch das Trägerelement
hindurch ragt oder alternativ in dessen vertikalem Abschnitt, etwa in
einer Bohrung, aufgenommen ist. Der Druckstift kann auch mit der
vertikalen Wandung des Trägerelements verbunden sein, ohne
in diesen einzudringen oder ihn zu durchdringen.
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Das
Trägerelement selbst kann ebenfalls vielgestaltig sein,
zwingend ist lediglich, dass es eine Anlagefläche für
den zu vermessenden Stift bereitstellt, und dass seine Form unveränderbar
ist.
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Weiter
ist es erforderlich, dass die Position der mobilen Kontroll-Messmarke
in Bezug zu der Anlageeinrichtung exakt bekannt ist. Nur so ist
es möglich, in Zusammenhang mit den vertikalen inneren Anlageflächen,
deren Position in Bezug zu den Messmarken ebenfalls exakt bekannt
ist und an denen der zu vermessende Stift zur Anlage kommt, eine
Positionsveränderung der mobilen Kontroll-Messmarke reproduzierbar
zu erfassen, die etwa hervorgerufen werden kann, wenn ein zu vermessender
Stift nicht exakt positioniert ist, defekt ist oder durch Schweißperlen
verschmutzt ist.
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Der
Druckstift kann durch eine Vorrichtung betätigt werden,
die einen radial beweglichen Stab aufweist, an dessen in das Gehäuse
hinein weisendem Ende ein Umgriffelement, das aus zwei Scherenarmen
bestehen kann, angeordnet ist. Das Umgriffelement ist so gestaltet,
dass es bei einer Messanordnung den zu vermessenden Stift beabstandet umgreift.
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Das
Umgriffelement kommt an der Seite des Trägerelementes zur
Anlage, die in das Gehäuse hinein zeigt, beziehungsweise
an der Seite, an der bei einer Messanordnung der zu vermessende
Stift vorliegt.
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Ein
Verschieben des radial beweglichen Stabes der Betätigungsvorrichtung
in Richtung des Trägerelements unter Aufbringung einer
Kraft, die die Federkraft überwindet, mit der der Druckstift
beaufschlagt ist, bewirkt nun ein Zurückversetzen des vertikalen
Trägerelements in Richtung der Wandung des Gehäuses.
Damit kann vor der Ausführung der Messung durch einfaches
Drücken auf den radial beweglichen Stab das Trägerelement
vor gespannt werden, dann kann der Messadapter über den
zu vermessenden Stift geführt und der Druckstift durch
Betätigen der Betätigungsvorrichtung entlastet
werden.
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Die
Betätigungsvorrichtung kann in ihrem zu der Wandung des
Gehäuses weisenden Ende einen Betätigungsknopf
mit einer einfacheren Handhabung aufweisen. Dieser Betätigungsknopf
kann in einer Ausnehmung der Wandung des Gehäuses aufgenommen
sein.
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Nun
wird der Druckstift, der mit dem Trägerelement gekoppelt
ist, das über den Trägerabschnitt in der länglichen
radialen Ausnehmung der Kopfplatte geführt wird, in Richtung
des zu vermessenden Stiftes geführt und kommt dort zur
Anlage, sowie an den immobilen Anlageeinrichtungen.
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Das
Betätigen der Betätigungsvorrichtung, die dem
Druckstift gegenüber liegend angeordnet ist und die den
radial beweglichen Stab aufweist, der in der vertikalen Wandung
des Gehäuses gelagert ist, ermöglicht eine Verwendung
des erfindungsgemäßen Messadapters als Schnelladapter,
indem der radial bewegliche Stab über das an seinem Ende
angeordnete Umgriffelement mit dem Trägerelement kommuniziert
und dieses durch einfache Druckausübung nach hinten schiebt.
Hierdurch wird der zu vermessende Stift freigegeben, oder, vor einer
Messung, der Raum für das Einführen des Stiftes
geschaffen, der dann durch einfache Druckentlastung der Druckfeder festgelegt
wird.
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Grundsätzlich
ist es dabei möglich, dass die immobile Anlageeinrichtung
eine beliebige, sich vertikal in dem Gehäuseraum erstreckende
Form aufweist, solange die durch sie bereitgestellten Anlagepunkte
exakt bekannt und in Beziehung zu den Messpunkten gesetzt sind.
Bevorzugt werden vorliegend zylindrische Elemente, insbesondere
zylindrische Stäbe, die sich von der Kopfplatte nach unten
ins Innere des Gehäuses erstrecken. Die zylindrischen Stäbe,
vorzugsweise kommen zwei bis drei zum Einsatz, weisen dabei eine
Mehrzahl von Anlageringen auf. Diese Ringe umgeben den zylindrischen
Stab wulstförmig, so dass die Anlagepunkte des zu vermessenden
Stiftes an dem Anlagering liegen.
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Weil
die Kontroll-Messmarke mitgeführt wird, da sie über
den Trägerabschnitt an dem Trägerelement sitzt,
nimmt sie ihre Endposition erst dann ein, wenn das Trägerelement
endgültig an dem Stift anliegt. Die Position der Kontroll-Messmarke
hängt damit von der Position des Stiftes ab und ist daher
geeignet, ein Ausführen einer photogrammetrischen Messung
im Zusammenhang mit mehreren anderen fixen Messmarken, vorzugsweise
zumindest mit zwei oder drei, die Position des Stiftes exakt ermitteln
zu lassen.
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Bei
dem zu vermessenden Stift kann es sich um einen Schweißbolzen
handeln, derartige Schweißbolzen werden in großer
Anzahl bei der Montage von Automobilkarosserien verwendet.
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Zur
Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur photogrammetrischen Vermessung der Position eines Stiftes auf
einem Trägerobjekt unter Verwendung eines erfindungsgemäßen
Messadapters sieht daher das Einführen des Stiftes in das Gehäuse
des Messadapters, an dessen Kopfseite mehrere Messmarken fixiert
sind, vor. Dann wird der Stift an einer oder mehreren der immobilen
vertikalen inneren Anlageflächen des Gehäuses
zur Anlage gebracht, zugleich erfolgt ein zur Anlage Bringen des Stiftes
an der radial beweglichen Anlageeinrichtung, indem diese sich gegen
den Stift bewegen gelassen wird. Dabei bewegt sich auch die mobile
Kontroll-Messmarke, die an der radial beweglichen Anlageeinrichtung über
dem Trägerabschnitt angeordnet ist, der sich durch die
längliche radial angeordnete Ausnehmung der Kopfplatte
erstreckt. Sobald die damit verbundene Kontroll-Messmarke ihre Endposition erreicht
hat, kann das Ausführen photogrammetrischer Aufnahmen erfolgen.
Damit kann die Position des Stiftes durch die photogrammetrisch
bestimmte Lage der mobilen Kontroll-Messmarke in Bezug zu den fixierten
Messmarken ermittelt werden.
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Diese
und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung
unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt.
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Der
Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung
der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des
Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen,
die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können
mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
Erfindung.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
Draufsicht auf eine Kopfplatte des Gehäuses des erfindungsgemäßen
Messadapters mit drei Messmarken und einer Kontrollmarke,
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2 eine
Ansicht von unten in das Gehäuse,
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3 eine
seitliche Schnittansicht der Vorrichtung, messbereit angeordnet über
einem Schweißbolzen.
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1, 2 und 3 zeigen
einen erfindungsgemäßen Messadapter zur photogrammetrischen
Vermessung der Position eines Stiftes, wie des in 3 gezeigten
Schweißbolzens 10 auf einem Trägerobjekt 20.
Der Messadapter 1 weist dabei ein Gehäuse 1' auf,
in dem der Stift 10 zur Ausführung einer Messung
aufgenommen ist. Dabei kommt der Stift 10 an den inneren
Anlageflächen 4, vorliegend bereitgestellt durch
Anlageringe 4' eines zylindrischen Stabes 4, zur
Anlage. 2 zeigt dabei in der Untenansicht
zwei derartige zylindrische Stäbe 4, die Anlageringe 4' werden
aus 3 ersichtlich.
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Die
vertikalen immobilen inneren Anlageflächen, beziehungsweise
deren Position, sind in Bezug zu den an der Kopfplatte 2 des
Gehäuses angebrachten immobilen Messmarken 3,
siehe 1, exakt definiert. Weiter ist in dem Gehäuse
eine radial bewegliche Anlageeinrichtung 5 angeordnet,
die vorliegend aus einem vertikalen Trägerelement 5'',
siehe 2 und 3, besteht, an dessen oberem
Ende der Trägerabschnitt 5' angeordnet ist. Auf
diesem ist die auch in 1 ersichtliche mobile Kontroll-Messmarke 3' angeordnet.
Durch die radiale Beweglichkeit der Anlageeinrichtung 5 und
den länglichen radialen Schlitz 2' in der Kopfplatte 2 ist
die Kontroll-Messmarke 3' entlang dem Messpfad, angedeutet
durch Pfeil a in 1, beweglich.
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Das
vertikale Trägerelement 5'' ist mit dem Federkraft
beaufschlagten Druckstift 7 operativ verbunden. Der Druckstift 7 ist
in Richtung seiner Längsachse radial beweglich, so dass
das vertikale Trägerelement 5'' bei der Ausführung
einer Messung an dem Stift 10, wie gezeigt in 3,
zur Anlage kommt. Vorliegend wird die Federkraft durch eine Spiralfeder 6 bereitgestellt,
die das von dem Stift 10 abgewandte Ende des Druckstifts 7 umgibt.
Die Feder ist gegen das Gehäuse 1', respektive
gegen dessen vertikale Wandung, abstützbar. Derartige Druckfedern
können auf vielfältige, dem Fachmann bekannte
Weise ausgestaltet sein.
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Um
den Druckstift 7 zu betätigen, ist an der gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses 1' eine Betätigungsvorrichtung
angeordnet. Diese ermöglicht das radiale Bewegen des mit
der Federkraft beaufschlagten Trägerelements 5''.
Dazu ist ein radial beweglicher Stab 8 in der Vertikalwand
des Gehäuses 1' gelagert. An dessen zu dem Schweißbolzen 10 weisenden
Ende sind zwei Scherenarme 8' als Umgriffelement angeordnet.
Diese berühren den Schweißbolzen 10 nicht,
aber sie kommen an der zum Schweißbolzen 10 weisenden
Seite des vertikalen Trägerelements 5'' zur Anlage.
Wird nun der Stab 8, dessen Betätigung durch den
Betätigungsknopf 11 erleichtert wird, in Richtung
des Schweißbolzens 10 bewegt, so erfolgt bei Überwindung
der beaufschlagenden Federkraft des Druckstifts 7 ein Zurückversetzen
des vertikalen Trägerelements 5'', verbunden mit
einer Bewegung der Kontroll-Messmarke 3' entlang dem durch
Pfeil a gezeigten Bewegungspfad.
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Vorliegend
ist in der Wandung des Gehäuses 1' eine Ausnehmung 11' vorgesehen,
die den Betätigungsknopf 11 in einem in das Gehäuse 1' hineingeführten
Zustand aufnimmt. Damit lässt sich durch einfachen Druck
der Betätigungsvorrichtung der Druckstift 7 be-
und entlasten und entsprechend wird die immobile innere Anlagevorrichtung 5 von
dem zu vermessenden Stift oder Schweißbolzen 10 gelöst.
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Einfaches
und schnelles Anordnen und Lösen des erfindungsgemäßen
Messadapters ist damit möglich.
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Die
mobile Kontroll-Messmarke 3' erreicht bei einer Anordnung
des Messadapters 1 über dem zu vermessenden Stift 10 ihre
Endposition erst dann, wenn die Anlage des Stiftes 10 an
allen immobilen vertikalen inneren Anlageflächen 4 und
an der radial beweglichen Anlageeinrichtung 5 erreicht
ist.
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Damit
kann aus der Relativlage der mobilen Kontroll-Messmarke 3' relativ
zu den fixen Messmarken 3 auf ein korrektes Anliegen des
Trägerelements 5', respektive der Anlageeinrichtung 5,
rückgeschlossen werden.
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So
ermöglicht der erfindungsgemäße Messadapter
die schnelle und berührungslose, photogrammetrische Vermessung
der Position von Schweißbolzen auf einem Bauteil, wobei
zugleich eine hohe Reproduzierbarkeit der Messvorgänge
erreicht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007039077
A1 [0007]