DE102010026102B4

DE102010026102B4 - Verfahren zur Aufzeichnung von Aufbaumarkierungen für eine Fertigungsanlage, insbesondere im Fahrzeugbau

Info

Publication number: DE102010026102B4
Application number: DE102010026102.5A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Gallasch Andreas
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-07-05
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2030-07-06
Also published as: DE102010026102A1; DE102010026102A8

Abstract

Verfahren zur Aufzeichnung von Aufbaumarkierungen (14, 15) für die Aufbaupositionen von Anlagebestandteilen (6, 7, 8) einer Fertigungsanlage in einer Halle, insbesondere einer Fertigungsanlage (2) im Fahrzeugbau, wobei in einem Verfahrensschritt auf der Basis eines virtuellen Aufbaus Aufbaumarkierungen (14, 15) dieser Aufbaupositionen in der Realität in einer Halle an Aufbauflächen am Hallenboden (4) und/oder an Hallenwänden für einen entsprechenden lagegenauen Aufbau der Anlagebestandteile (6, 7, 8) aufgezeichnet werden, und die Aufzeichnung der Aufbaumarkierungen (14, 15) mittels wenigstens eines Lasergeräts (10) mit Laserlicht (13) erfolgt, dergestalt, dass das Lasergerät (10) beabstandet zu der zu markierenden Aufbaufläche (4) angeordnet ist, und ein Laser-Steuerungsrechner (11) vorgesehen ist, der das Lasergerät (10) steuert und der unter Berücksichtigung des Aufstellungsorts des Lasergeräts (10) den Abstrahlwinkel für das Laserlicht (13) zur lagerichtigen Aufzeichnung der Aufbaumarkierungen (14, 15) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der konstruktive, virtuelle Aufbau der Fertigungsanlage (2) mit den zum Anlagenlayout (1) gehörenden Geometriedaten der Aufbaupositionen in einem CAD-System (Computer Aided Design-System) erstellt wird und dass die im CAD-System (12) gespeicherten Geometriedaten des Anlagenlayouts (1) mit den Aufbaupositionen in den Laser-Steuerungsrechner (11) übertragen werden, wobei bei der Aufzeichnung der Aufbaumarkierungen (14, 15) die Verlaufslinien sämtlicher Anlagebestandteile (6, 7, 8) der Fertigungsanlage (2) in geeigneten zugeordneten Funktionspositionen auf die Aufbauflächen aufgezeichnet werden, und dass zwei oder mehrere parallel gesteuerte und beabstandete Lasergeräte (10) zur Vergrößerung der vom Laserlicht (13) abgedeckten Fläche (A) verwendet sind, wodurch Abschattungen und/oder Verdeckungen vermeidbar sind, und dass die Lasergeräte (10) aus unterschiedlichen Positionen auf denselben Flächenbereich für dieselbe Aufbaumarkierung (14, 15) strahlen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufzeichnung von Aufbaumarkierungen für eine Fertigungsanlage, insbesondere im Fahrzeugbau nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
In allgemein bekannter Weise wird bei der Planung einer Fertigungsanlage, beispielsweise einer Rohbauanlage für Karosserien im Fahrzeugbau, in einem ersten Verfahrensschritt ein konstruktiver, virtueller Aufbau mit den zum Anlagenlayout gehörenden Geometriedaten der Aufbaupositionen von Anlagebestandteilen in einem CAD-System (Computer Aided Design-System) erstellt. Dabei werden die Aufbaupositionen aller Anlagenbestandteile, wie von Falzanlagen, von Robotern, von Zuführungseinrichtungen, von Kabelkanälen, etc. mit Löchern für Bohrungen zur Verschraubung von Robotern und Roboterkonsolen, Bohrungsdurchmessern, etc. abrufbar im CAD-System abgespeichert.
Ausgehend von diesem konstruktiven virtuellen Aufbau muss eine solche Anlage vor Inbetriebnahme entsprechend den geometrischen Vorgaben aus dem CAD-System in der Realität aufgebaut werden. Dazu werden bisher mit Hilfe des CAD-Systems Zeichnungen für die Aufbaupositionen der Anlagenbestandteile erstellt. Die Aufbaupositionen werden aus den Zeichnungen entnommen und maßstabsgerecht in einer Halle auf den Hallenboden und gegebenenfalls auf Hallenwände übertragen, indem einzelne Aufbaupositionen, wie zum Beispiel Bohrlöcher dort mit Vermessungsgeräten eingemessen und entsprechend von Hand als Aufbaumarkierungen aufgezeichnet werden.
Ersichtlich sind diese Arbeiten aufwändig und durch die erforderlichen Übertragungen fehleranfällig. Üblicherweise werden solche Fertigungsanlagen bei ihrem Hersteller (Anlagen- und Vorrichtungsbauer) für eine Erprobung montiert. Bei einem störungsfreien Anlagenlauf ist es dann erforderlich die Anlage wieder zu demontieren und beim Anlagenbetreiber am Zielort in einer dortigen Halle erneut in gleicher Art und Weise wieder aufzubauen. Somit sind die aufwändigen Markierungsarbeiten mit einem manuellen Vermessen der Aufbaupositionen und einem manuellen Markieren wiederholt und an unterschiedlichen Aufbaustellen durchzuführen, was neben den Nachteilen einer hohen Fehleranfälligkeit hohe Kosten verursacht.
Es ist allgemein bekannt bei Vorträgen an projizierten Bildern oder Texten mit einem sogenannten Laserpointer interessante Stellen anzuleuchten und zu markieren und damit für einen Zuhörer sichtbar herauszustellen. Der Laserpointer wird hier vom Vortragenden unmittelbar „gesteuert”.
Weiter sind Lasergeräte als Punktlaser, Linienlaser und Rotationslaser im Bauhandwerk und im Straßenbau bekannt. Mit diesen oft mobilen Lasergeräten, die meist auf Stativen montiert sind, können einfach Nivellierungen und Ausrichtungen von Objekten durchgeführt werden sowie Punkte oder gerade Linien an Decken, Wände oder Böden geworfen werden, um dort entsprechend Baumaterial oder Einrichtungsgegenstände lagegenau einbauen zu können. Dabei erfolgt die Ausrichtung dieser Lasergeräte durch Anvisieren und von Hand.
Weiter sind allgemein 3D-Laserscanner als Messgeräte bekannt, welche mit einem Laserstrahl Messobjekte abtasten und in einer Steuer- bzw. Messsoftware über Winkel- und Abstandsberechnungen eine 3D-Punktewolke für eine digitalisierte Erfassung und Speicherung der Gestalt insbesondere von Gegenständen, Gebäuden oder Landschaften ergeben.
Zudem sind Laser als Figurenlaser aus der Freizeitindustrie allgemein bekannt, mit denen insbesondere für Präsentationen durch dargestellte Geraden, Bündel und Kurven Figuren auf Präsentationswänden gegebenenfalls in unterschiedlichen Farben geworfen werden können.
Aus EP 1 960 156 B1 ist es zudem bekannt, Lichtwellenleiter zur Visualisierung von Bauteilstellen zur Positionierung von Werkzeugen oder Messgeräten einzusetzen, womit eine permanente und kontinuierliche Vermessung und eine exakte Kontrolle der Werkzeug- und Messgerätführung im laufenden Fertigungsbetrieb erreicht werden soll. Mit einer ähnlichen Vorrichtung nach DE 10 2004 050 428 A1 soll eine kontinuierliche Vermessung und exakte Kontrolle der Wirkrichtung eines Arbeitsmittels im Betrieb ermöglicht werden.
Aus der DE 44 43 413 A1 und DE 195 45 589 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt zum Vermessen und Markieren an distanzierten Linien oder Flächen. Dabei werden die Linien oder Flächen durch Aufnahme von ein oder mehreren relevanten Raumpunkten nach jeweils zwei Raumwinkeln und der Entfernung gegenüber einem Bezugsort mittels eines kardanisch gelagerten Laserdistanzmessgerätes vermessen. Die Messwerte werden in einer Auswerteeinheit gespeichert und zur Berechnung eines idealisierbaren mathematischen Modells der aufgenommenen Linie oder Fläche herangezogen.
Die DE 10 2005 054 808 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Visualisierung einer Markierung auf einem Objekt. Um die Übertragung von Markierungen des Gegenstandes auf ein Objekt wesentlich zu vereinfachen und dabei insbesondere auf ein CAD-Modell des Gegenstandes und des Objektes verzichten zu können, werden zunächst mittels einer Steuereinheit die Position und der Abstand eines ersten Referenzpunktes der Messfläche erfasst. Anschließend wird der Abstand eines zweiten Referenzpunktes des Objektes erfasst und die Visualisierung der zumindest einen Markierung entsprechend der ermittelten Relativposition und des Abstandes gegenüber dem ersten Referenzpunkt ausgehend von dem zweiten Referenzpunkt durchgeführt.
Aus der DE 10 2004 024 171 A1 ist ein Vermessungskopf zum Erfassen der Masse von Räumen bekannt, der diese an einen Rechner zurückleitet. Daraus wird ein virtueller Raum erstellt, in den man nun Möbel zeichnerisch einfügen kann.
Die CH 692 524 A5 offenbart einen Licht- bzw. Laserstrahl, welcher nacheinander auf eine Mehrzahl von zu markierenden bzw. zu messenden Positionen ausgerichtet wird, wodurch sich sukzessiv eine schablonenartige Projektion an eine Fläche projizieren lässt. Die Projektion kann für Montagearbeiten oder für das Anbringen von Bohrungen verwendet werden.
Weiter ist aus DE 199 53 114 C2 eine Markiervorrichtung zum Projizieren einer optischen Hilfsmarkierung auf einem Werkstück bekannt, wobei die Markiervorrichtung mit einem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise einer Ständerbohrmaschine verbindbar ist, so dass hier die gewünschte Bohrstelle genau unter einer Bohrspindel positioniert werden kann, ohne dass dazu der Bohrer auf dem Werkstück aufgesetzt werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Verfahren zur Aufzeichnung von Aufbaumarkierungen für die Aufbaupositionen von Anlagebestandteilen wesentlich zu vereinfachen, zu beschleunigen und insgesamt kostengünstiger zu gestalten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens aufzuzeigen.
Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß Anspruch 1 erfolgt die Aufzeichnung der Aufbaumarkierungen mittels wenigstens eines Lasergeräts mit Laserlicht dergestalt, dass das Lasergerät beabstandet zu der zu markierenden Aufbaufläche angeordnet ist und von einem Laser-Steuerungsrechner gesteuert wird. Dazu werden die im CAD-System bei der Erstellung des virtuellen Aufbaus gespeicherten Geometriedaten des Anlagelayouts mit den Aufbaupositionen an den Laser-Steuerungsrechner übertragen. Dort werden diese Geometriedaten des Anlagenlayouts dauerhaft in einem Speicher des Laser-Steuerungsrechners abgespeichert. Der Lasersteuerungsrechner bestimmt dann unter Berücksichtigung des Aufstellungsorts des Lasergeräts den Abstrahlwinkel für das Laserlicht zur lagerichtigen Aufzeichnung der Aufbaumarkierungen. Eine entsprechende Software kann für unterschiedliche Einsatzfälle verwendet werden, da als veränderliche Größen lediglich die Positionsdaten für den Aufstellungsort des Lasergeräts sowie die Geometriedaten aus dem CAD-System zu verarbeiten sind.
Vorteilhaft können beim erfindungsgemäßen Verfahren aufwändige manuelle Übertragungen aus dem CAD-System und manuelle Markierungen sowohl bei einer Erstmontage beim Anlagenhersteller als auch bei der Endmontage beim Anlagenbetreiber entfallen. Durch den Entfall solcher manuellen Arbeiten sind Markierungsfehler weitgehend ausgeschlossen und die Markierungen können wesentlich schneller und kostengünstiger ausgeführt werden.
Vorteilhaft können im CAD-System gespeicherte Daten zu Bohrungsmittelpunkten, zu Bohrungsdurchmessern, zum Verlauf von Kabelkanälen etc. unmittelbar in Aufbaumarkierungen umgesetzt werden.
Weiter ist es einfach möglich in Verbindung mit Aufbaumarkierungen zusätzliche Informationen als Texte oder Zahlen, insbesondere Stücklistenpositionen oder Werkstücknummer mit einzublenden, wobei entsprechende Aufträge am Laser-Steuerungsrechner eingegeben werden können.
Ein Nachzeichnen von Hand der Lichtmarkierungen als Aufbaumarkierungen ist nicht erforderlich, da der Anlagenaufbau unmittelbar anhand der Lichtmarkierungen erfolgen kann. In der Regel sollen die aufgezeichneten Elemente nicht dauerhaft an den Aufbauflächen, beispielsweise im Hallenboden markiert werden, so dass die Leistung der Lasergeräte entsprechend zu dimensionieren ist.
Falls jedoch eine bleibende Aufzeichnung der Aufbaumarkierung erfolgen soll, kann dies bei entsprechender Dimensionierung der Leistung des Lasergeräts durch ein dauerhaftes Einbrennen an den Aufbauflächen oder gegebenenfalls an einer dafür geeigneten Beschichtung erfolgen.
Bei größeren Anlagen mit relativ großen Aufbauflächen ist es zweckmäßig zwei oder mehrere Lasergeräte mit unterschiedlichen gesteuerten Abstrahlrichtungen zur Vergrößerung der vom Laserlicht abgedeckten Fläche zu verwenden. Damit werden ungünstig lange Strahlwege und ungünstig flache Strahlwinkel vermieden.
Auch zur Vermeidung von Abschattungen und/oder Verdeckungen durch Werker und Anlagenbauteile werden zwei oder mehrere Lasergeräte parallel betrieben werden, die aus unterschiedlichen Positionen auf denselben Flächenbereich für dieselbe Aufbaumarkierung strahlen.
Zudem können auch Informationen in den Aufbaumarkierungen durch Verwendung unterschiedlicher Laserfarben übermittelt werden.
Für eine hohe Markierungsgenauigkeit sollen der oder die Lasergeräte vor dem Einsatz kalibriert werden.
Da bei einem Anlagenhersteller regelmäßig Erstmontagen von anschließend wieder zu demontierenden Anlagen durchgeführt werden, ist es zweckmäßig in einer dortigen Aufbauhalle Lasergeräte ortsfest und ständig für aufeinander folgende Verwendungen zu montieren. Beim Anlagenbetreiber am Zielort ist es dagegen zweckmäßig für den dortigen einmaligen Einsatz die Markierungsvorrichtung in einer mobilen Ausführungsform beispielsweise auf entsprechend dimensionierten Stativen zu verwenden.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert.
Es zeigen:
1 einen Ausdruck eines Anlagenlayouts aus einem CAD-System,
2 eine schematische Darstellung einer Markierungsvorrichtung mit einer ersten Art von Aufbaumarkierungen, und
3 eine alternative Aufbaumarkierung.
In 1 ist der Ausdruck einer Draufsicht auf ein Anlagenlayout 1 einer Rohbauanlage 2 für Rohkarossen gezeigt, welcher Ausdruck aus den in einem CAD-System für einen konstruktiven und virtuellen Aufbau gespeicherten Daten abgeleitet ist.
Im Anlagenlayout 1 sind unter anderem eine umlaufende Begrenzung 3 eines Hallenbodens 4 zu sehen, auf dem Zuführeinrichtungen 5, Falzanlagen 6, Roboter 7, Kabelkanäle 8 sowie weitere Anlagenbauteile in geeigneten, zugeordneten Funktionspositionen stehen.
Zudem sind im CAD-System bereits alle für den Aufbau der Rohbauanlage 2 erforderlichen Positionsinformationen, wie zum Beispiel Lage von Bohrlöchern zur Verschraubung von Robotern oder Roboterkonsolen, Bohrungsdurchmesser, Verlaufslinien etc. gespeichert und im Ausdruck nach 1 wiedergegeben (hier allerdings durch den großen Maßstab nicht erkennbar). Für eine Aufbaumarkierung auf einem realen Hallenboden 4 werden diese gespeicherten Aufbaudaten erfindungsgemäß unmittelbar genutzt.
Dazu ist eine Markierungsvorrichtung 9 verwendet, wie sie in 2 schematisch dargestellt ist. Die Markierungsvorrichtung 9 umfasst ein Lasergerät 10 sowie einen Lasersteuerungsrechner 11, welcher gegebenenfalls im Gehäuse des Lasergeräts 10 mit untergebracht sein kann. Dem Lasersteuerungsrechner 11 wurden die im CAD-System 12 gespeicherten Geometriedaten des Anlage-Layouts 1 mit den entsprechenden Aufbaupositionen für eine Abspeicherung in üblicher Weise zugeführt. Weiter wurde das Lasergerät 10 justiert und kalibriert und seine Lagedaten bezüglich des realen Hallenbodens 4 bzw. der realen Aufbaufläche A eingegeben (die Aufbaufläche A entspricht hier dem in 1 mit einer strichpunktierten Linie begrenzten Bereich A). Aus den vorstehenden Angaben errechnet der Lasersteuerungsrechner 11 die Abstrahlwinkel für Laserlichtstrahlen 13, mit welcher eine reale Aufbaumarkierung 14 als Lichtmarkierung auf dem realen Hallenboden 4 erzeugt wird.
Je nachdem wie viele CAD-Geometriedaten im Laser-Steuerungsrechner abgespeichert werden oder von diesem für Markierungszwecke verwendet werden sollen, kann eine umfangreiche und detaillierte Aufbaumarkierung 14 gemäß 2 erzeugt werden. Alternativ kann aber auch eine einfachere Aufbaumarkierung 15 gemäß 3 erzeugt werden, wobei hier beispielsweise nur Bohrlöcher markiert sind und zudem gegebenenfalls in mit eingeblendeten Schriftfeldern 16 Zusatzinformationen ausgegeben werden.
Das Lasergerät 10 deckt für seine Markierungsaufgabe den Hallenbodenbereich A ab. Für die weiteren Bereiche aus 1 können zusätzlich weitere beabstandete Lasergeräte eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Aufzeichnung von Aufbaumarkierungen (14, 15) für die Aufbaupositionen von Anlagebestandteilen (6, 7, 8) einer Fertigungsanlage in einer Halle, insbesondere einer Fertigungsanlage (2) im Fahrzeugbau, wobei in einem Verfahrensschritt auf der Basis eines virtuellen Aufbaus Aufbaumarkierungen (14, 15) dieser Aufbaupositionen in der Realität in einer Halle an Aufbauflächen am Hallenboden (4) und/oder an Hallenwänden für einen entsprechenden lagegenauen Aufbau der Anlagebestandteile (6, 7, 8) aufgezeichnet werden, und die Aufzeichnung der Aufbaumarkierungen (14, 15) mittels wenigstens eines Lasergeräts (10) mit Laserlicht (13) erfolgt, dergestalt, dass das Lasergerät (10) beabstandet zu der zu markierenden Aufbaufläche (4) angeordnet ist, und ein Laser-Steuerungsrechner (11) vorgesehen ist, der das Lasergerät (10) steuert und der unter Berücksichtigung des Aufstellungsorts des Lasergeräts (10) den Abstrahlwinkel für das Laserlicht (13) zur lagerichtigen Aufzeichnung der Aufbaumarkierungen (14, 15) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der konstruktive, virtuelle Aufbau der Fertigungsanlage (2) mit den zum Anlagenlayout (1) gehörenden Geometriedaten der Aufbaupositionen in einem CAD-System (Computer Aided Design-System) erstellt wird und dass die im CAD-System (12) gespeicherten Geometriedaten des Anlagenlayouts (1) mit den Aufbaupositionen in den Laser-Steuerungsrechner (11) übertragen werden, wobei bei der Aufzeichnung der Aufbaumarkierungen (14, 15) die Verlaufslinien sämtlicher Anlagebestandteile (6, 7, 8) der Fertigungsanlage (2) in geeigneten zugeordneten Funktionspositionen auf die Aufbauflächen aufgezeichnet werden, und dass zwei oder mehrere parallel gesteuerte und beabstandete Lasergeräte (10) zur Vergrößerung der vom Laserlicht (13) abgedeckten Fläche (A) verwendet sind, wodurch Abschattungen und/oder Verdeckungen vermeidbar sind, und dass die Lasergeräte (10) aus unterschiedlichen Positionen auf denselben Flächenbereich für dieselbe Aufbaumarkierung (14, 15) strahlen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufbaumarkierungen (14, 15) Bohrungsmittelpunkte zur Verschraubung von Anlagenbauteilen (6, 7) und/oder Kreise zur Kennzeichnung von Bohrungsdurchmessern und/oder Linien zur Kennzeichnung von Kabelkanalverläufen (8) aufgezeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Informationen wie erläuternde Texte (16) und/oder Zahlen eingeblendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Laserlichts (13) so dimensioniert ist, dass zusätzlich zur Aufzeichnung auch ein dauerhaftes Einbrennen der Aufbaumarkierungen (14, 15) und gegebenenfalls von Zusatzinformationen (16) an den Aufbauflächen (4) oder einer dafür geeigneten Beschichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Lasergeräte (10) mit Laserstrahlen (13) unterschiedlicher Farbe verwendet sind, wobei durch den Laser-Steuerungsrechner (11) unterschiedlichen Farben unterschiedliche Markierungselemente zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasergeräte (10) vor dem Einsatz kalibriert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsanlage (2) in einer Erstmontage beim Hersteller (Anlagen- und Vorrichtungsbauer) aufgebaut wird und dort die Lasergeräte (10) ortsfest montiert sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fertigungsanlage (2) wieder abgebaut wird und beim Anlagenbetreiber am Zielort wieder fest und bleibend aufgebaut wird, wobei hier die Lasergeräte (10) in mobiler Ausführung eingesetzt sind.