DE102010032467A1 - Measurement system for measuring position of measured object i.e. automobile part in automobile manufacturing facility, has computing units linking coordinates of surface positions of measured objects with measuring head position - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem, umfassend mindestens eine mobile Messeinheit zum Vermessen von ortsfest positionierten Messobjekten, insbesondere zur Ermittlung der Form, Größe, Ausrichtung und/oder Raumposition der Messobjekte.The invention relates to a measuring system comprising at least one mobile measuring unit for measuring fixedly positioned measuring objects, in particular for determining the shape, size, orientation and / or spatial position of the measuring objects.
Bei der Produktfertigung, vor allem im Zusammenhang mit Fertigungslinien wie bei der Automobilherstellung, ist es häufig erforderlich, an verschiedenen Orten positionierte Objekte mit hoher Präzision zu vermessen, ohne dass diese bewegt werden müssen, und dann anhand der Messergebnisse zu qualifizieren. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden die Objekte nachfolgend als Messobjekte bezeichnet.In product manufacturing, especially in the context of production lines such as in the automotive industry, it is often necessary to measure objects positioned in different locations with high precision, without having to move them, and then to qualify on the basis of the measurement results. For the purposes of the present invention, the objects are referred to below as measurement objects.
Zu diesem Zweck werden Messsysteme benötigt, die auch bei Inselfertigungen mit kleinen und mittleren Losgrößen zum Einsatz kommen können, wobei alle erforderlichen Messaufgaben vor Ort am Messraum auszuführen sind. Das betrifft vor allem große Objekte, die schwer bewegt werden können oder während der Bearbeitung in einer Aufspannvorrichtung bleiben müssen, um deren Bearbeitung nach dem Messvorgang fortsetzen zu können. Solche Objekte sind beispielsweise Generatoren von Windmühlen.For this purpose, measuring systems are required, which can also be used for island production with small and medium lot sizes, whereby all necessary measuring tasks have to be carried out on site at the measuring room. This mainly concerns large objects that can be difficult to move or remain in a jig during processing to continue their processing after the measurement process. Such objects are, for example, generators of windmills.
Es ist bekannt, dafür automatische Messmittel auf der Basis von computerisierten numerischen Steuerungen (CNC) einzusetzen. Bezüglich einer möglichst guten Auslastung der Fertigung- und Messmittel ist es zudem wünschenswert, dasselbe Messmittel in zeitlicher Folge möglichst uneingeschränkt an verschiedenen Fertigungsinseln nutzen zu können.It is known to use automatic measuring means based on computerized numerical control (CNC). With regard to the best possible utilization of the production and measuring means, it is also desirable to be able to use the same measuring means in chronological order as fully as possible at various production islands.
Die CNC-gestützte Messung von Bauteilen, Baugruppen oder auch kompletten Maschinen erfolgt derzeit vorwiegend mit Hilfe von Koordinatenmessmaschinen. Diese sind aufgrund der erforderlichen kinematischen Einrichtung zur hochgenauen Bewegung der Tastköpfe und des – daraus resultierend – verhältnismäßig hohen Gewichtes meist ortsfest installiert, so dass die Messobjekte jeweils zur Koordinatenmessmaschine gebracht und auf dieser positioniert werden müssen. Für komplette Maschinen oder teilweise bereits montierte Maschinenteile ist diese Verfahrensweise meist nicht möglich.The CNC-based measurement of components, assemblies or even complete machines currently takes place mainly with the help of coordinate measuring machines. These are usually stationary because of the required kinematic device for highly accurate movement of the probes and - resulting in - relatively high weight, so that the measurement objects must be brought to the coordinate measuring machine and positioned on this. For complete machines or partially assembled machine parts, this procedure is usually not possible.
Für Messungen in Fertigungslinien kommen im Stand der Technik Messroboter zum Einsatz, deren Genauigkeit oftmals durch zusätzliche Maßnahmen verbessert werden muss. Im häufigsten Fall vertraut man auf die gute Wiederholgenauigkeit der Roboter in Kombination mit einem Temperaturkompensationsmodell, welches Abweichungen aufgrund von thermischen Fluktuationen ausgleicht. Damit sind jedoch nur Trendkorrekturen möglich.For measurements in production lines, measuring robots are used in the prior art, the accuracy of which often has to be improved by additional measures. In the most common case, one relies on the good repeating accuracy of the robots in combination with a temperature compensation model that compensates for deviations due to thermal fluctuations. However, only trend corrections are possible.
Messroboter mit Temperaturkompensation erlauben zwar eine CNC-gestützte Messung großer Messobjekte an deren Standort, müssen aber aufgrund der erforderlichen Stabilität fest installiert sein, wodurch diese Systeme nur für Fließbandfertigung geeignet sind.Although temperature-compensated measuring robots allow a CNC-based measurement of large measurement objects at their location, they must be firmly installed due to the required stability, which makes these systems suitable only for assembly line production.
Eine preisgünstige Alternative stellen handgeführte Messgeräte dar, die beispielsweise nach der Absolute-Distance-Meter-Technologie (ADM) der Firma FARO EUROPE GmbH & Co. KG, Lingwiesenstraße 11/2, D-70825 Korntal-Münchingen, Deutschland, arbeiten. Hiermit sind im Vergleich zur CNC-gestützte Messung allerdings nur verhältnismäßig ungenaue Messungen möglich, die auch nicht automatisierbar sind.An inexpensive alternative hand-held measuring devices are, for example, according to the Absolute Distance Meter Technology (ADM) of FARO EUROPE GmbH & Co. KG, Lingwiesenstraße 11/2, D-70825 Korntal-Münchingen, Germany, work. However, in comparison to the CNC-based measurement, only comparatively inaccurate measurements are possible, which are also not automatable.
Im Zusammenhang mit dem Parallelisieren von Messaufgaben sind Horizontalarm-Messmaschinen bekannt, die meist als Doppelständer-Systeme ausgeführt und dabei fest installiert sind. Doppelständer-Systeme kommen zum Einsatz, wenn große Objekte beidseitig erreichbar sein müssen.In the context of the parallelization of measurement tasks horizontal arm measuring machines are known, which are usually designed as double-stand systems and thereby permanently installed. Double-stand systems are used when large objects have to be accessible on both sides.
Im Zusammenhang mit Messsystemen, die über mobile Messeinheiten verfügen und demzufolge auch bei der Inselfertigungen von Objekten mit kleinen und mittleren Losgrößen zum Einsatz kommen können, ist ein autonomes Navigieren bei Ortsveränderungen der Messeinheiten von Fertigungsinsel zu Fertigungsinsel wünschenswert. Das Welt-GPS-Navigationssystem ist nachteiligerweise in Fertigungshallen nicht nutzbar, da für die Navigation eine Sichtverbindung zu Satelliten notwendig ist. Des Weiteren ist das Welt-GPS-System für Anwendungsbereiche, auf die sich diese Erfindung bezieht, aufgrund seiner beschränkten Genauigkeit nicht nutzbar.In connection with measuring systems which have mobile measuring units and consequently can also be used in the case of objects with small and medium batch sizes, an autonomous navigation is required for changes in the location of the measuring units from production island to production island. The world GPS navigation system is disadvantageously not usable in production halls, since a visual connection to satellites is necessary for the navigation. Furthermore, the world GPS system for applications to which this invention relates is not usable because of its limited accuracy.
Für solche Anwendungen, bei denen diese Sichtverbindung nicht besteht, wurden separate Navigationssysteme, beispielsweise basierend auf rotierenden Laserfächern, entwickelt. Empfänger, die an einem zu lokalisierenden Objekt befestigt sind, empfangen das gefächerte Licht und senden den Zeitpunkt der Lichtdetektion an einen Zentralrechner, der aus dem zeitlichen Abstand verschiedener Signal eindeutig die Position des Empfängers und damit des Objektes berechnet. Die Kosten für derartige Navigationssysteme werden vorwiegend durch die rotierenden Laserfächer, die das Koordinatensystem definieren, bestimmt und sind daher verhältnismäßig hoch.For applications in which this visual connection does not exist, separate navigation systems, for example based on rotating laser fans, have been developed. Receivers, which are attached to an object to be located, receive the fanned light and send the time of light detection to a central computer, which calculates the position of the receiver and thus of the object from the time interval of different signal. The cost of such navigation systems are primarily determined by the rotating laser fans that define the coordinate system and are therefore relatively high.
In
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das vielseitiger als bisher im Stand der Technik einsetzbar ist und sich Messobjekte, die an verschiedenen Orten positioniert sind, mit hoher Präzision vermessen und qualifizieren lassen, ohne dass sie bewegt werden müssen. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Navigationssystem vorzuschlagen, das unabhängig vom derzeit verfügbaren globalen GPS-System zur koordinierten Bewegung der Messeinheiten nutzbar ist.Based on this prior art, the invention has for its object to provide a measuring system of the type described above, which is more versatile than previously used in the prior art and can be measured objects that are positioned at different locations, measured and qualified with high precision without having to be moved. The object of the invention is furthermore to propose a navigation system which can be used independently of the currently available global GPS system for the coordinated movement of the measuring units.
Erfindungsgemäß umfasst ein solches Messsystem mindestens eine Messeinheit, bestehend aus
- – einem Messkopf,
- – mindestens einem am Messkopf angeordneten Abtastsensor, ausgebildet zur Bestimmung von Koordinaten von Oberflächenpositionen an den Messobjekten und/oder am Messkopf angeordneten steuerbaren Hilfsmitteln, ausgebildet zur Ausübung von Manipulationen an den Messobjekten,
- – einer mit dem Messkopf verbundenen kinematischen Einrichtung, ausgebildet zur Bewegung des Messkopfes relativ zu den Messobjekten in mindestens einem Translations- und einem Rotationsfreiheitsgrad,
- – einem mit der kinematischen Einrichtung verbundenen mobilen Unterbau, ausgebildet zur Bewegung der kinematischen Einrichtung einschließlich Messkopf und, falls vorhanden, Manipulationshilfsmitteln relativ zu den in einem oder verschiedenen Messräumen positionierten Messobjekten,
- – Positionsmesseinrichtungen, ausgebildet zur Bestimmung der jeweiligen Position und Orientierung des Messkopfes innerhalb eines Messraumes, und
- – Recheneinheiten, ausgebildet zur Verknüpfung von Koordinaten von Oberflächenpositionen an den Messobjekten mit Messkopfpositionen zu den eingangs genannten, auf die Messobjekte bezogenen Messergebnissen.
- A measuring head,
- At least one scanning sensor arranged on the measuring head, designed to determine coordinates of surface positions on the measuring objects and / or controllable aids arranged on the measuring head, designed for the purpose of exercising manipulations on the measuring objects,
- A kinematic device connected to the measuring head, designed to move the measuring head relative to the measuring objects in at least one translational and one rotational degree of freedom,
- A mobile substructure connected to the kinematic device, designed to move the kinematic device including the measuring head and, if present, manipulation aids relative to the measuring objects positioned in one or more measuring chambers,
- - Position measuring devices, designed to determine the respective position and orientation of the measuring head within a measuring space, and
- - Arithmetic units, designed to link coordinates of surface positions on the measuring objects with measuring head positions to the aforementioned, related to the measurement objects measurement results.
Vorteilhaft können mehrere Messräumen vorhanden sein, in denen sich jeweils ein oder mehrere Messobjekte befinden, wobei jedem Messraum ein Koordinatensystem zugeordnet ist und jedes dieser Koordinatensysteme von Fix- bzw. Referenzpunkten definiert ist, an denen passive optische Elemente angeordnet sind. Als passive optische Elemente dienen bevorzugt Retroreflektoren. Die Retroreflektoren können beispielsweise als Retroreflektorkugeln oder als Reflektoren mit winkelunabhängiger Laufzeit ausgeführt sein.Advantageously, a plurality of measuring chambers may be present, in each of which one or more measuring objects are located, wherein each measuring space is assigned a coordinate system and each of these coordinate systems is defined by fixing or reference points on which passive optical elements are arranged. Retroreflectors are preferably used as passive optical elements. The retroreflectors can be designed, for example, as retroreflector balls or as reflectors with an angle-independent transit time.
Als Abtastsensoren werden vorzugsweise Lichtschnittsensoren, taktile Sensoren oder optische konfokale Sensoren verwendet, welche die Koordinaten von Oberflächenpositionen ermitteln und durch die Recheneinheiten abrufbar bereithalten.As scanning sensors, light-section sensors, tactile sensors or optical confocal sensors are preferably used, which determine the coordinates of surface positions and available retrievable by the computing units.
Mittels der kinematischen Einrichtung werden der Messkopf und mit diesem die Abtastsensoren an verschiedene Positionen relativ zum Messobjekt gebracht. Die Bestimmung der jeweiligen Messkopfposition erfolgt durch Messung von Abständen zwischen dem Messkopf und mindestens drei passiven optischen Elementen und/oder von Winkeln die von Richtungen eingeschlossen sind, die vom Messkopf zu den passiven optischen Elementen weisen.By means of the kinematic device, the measuring head and with it the scanning sensors are brought to different positions relative to the test object. The determination of the respective measuring head position is carried out by measuring distances between the measuring head and at least three passive optical elements and / or angles which are included in directions pointing from the measuring head to the passive optical elements.
Im Allgemeinen werden für eine vollständige Beschreibung der Messkopfposition sechs Komponenten benötigt, darunter jeweils drei translatorische und rotatorische Freiheitsgrade. Unter der Messkopfposition ist demzufolge im Sinne der Erfindung sowohl die Position als auch die Orientierung des Messkopfes im Messraum zu verstehen.In general, six components are required for a complete description of the probe position, including three translatory and rotational degrees of freedom. Accordingly, the position of the measuring head in the sense of the invention means both the position and the orientation of the measuring head in the measuring space.
Die sechs Freiheitsgrade können beispielsweise durch die Messung von sechs Abständen oder drei Abständen und mindestens drei Winkeln oder einem Abstand und mindestens fünf Winkeln ermittelt werden.The six degrees of freedom can be determined, for example, by measuring six distances or three distances and at least three angles or a distance and at least five angles.
Alternativ kann die Orientierung des Messkopfes während der Bewegung konstant gehalten werden. Wenn die Orientierung in einem vorherigen Schritt durch Kalibrierung ermittelt wurde, genügt anschließend die Messung von drei Abständen zur Berechnung aller sechs Freiheitsgrade. Technische Details zu Möglichkeiten der Bestimmung von Objektpositionen im Raum sind beispielsweise der Veröffentlichung
Die Abstandsmessungen können interferometrisch oder mit einem Pulslaufzeitverfahren oder auch nach dem Chirped-Laser-Verfahren vorgenommen werden. Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang Positionsmesssysteme genutzt werden, die mit optischen Frequenzkämmen arbeiten. Technische Details dazu sind beispielsweise der Veröffentlichung
Die Abstandsmessung kann unter Verwendung mindestens einer Lichtquelle und einer Lichtempfangseinheit vorgenommen werden, wobei die Lichtquelle und/oder die Lichtempfangseinheit bevorzugt auf dem mobilen Unterbau angebracht sind. Zur Führung des Lichtes zum Messkopf können entlang der kinematischen Einrichtung angeordnete Glasfasern vorgesehen sein. Der Vorteil dabei besteht in einer Gewichts- und Volumenverringerung des Messkopfes.The distance measurement can be performed using at least one light source and a Light receiving unit are made, wherein the light source and / or the light receiving unit are preferably mounted on the mobile base. To guide the light to the measuring head, glass fibers arranged along the kinematic device can be provided. The advantage here is a reduction in weight and volume of the measuring head.
Die mathematische Verknüpfung der Ergebnisse der Abstandsmessungen zur Bestimmung der Raumposition des Messkopfes erfolgt erfindungsgemäß durch Trilateration.The mathematical combination of the results of the distance measurements for determining the spatial position of the measuring head is effected according to the invention by trilateration.
Beim Betreiben der Messeinrichtung sind zwei Varianten denkbar: in einer ersten Variante wird nur die Position und Orientierung des Messkopfes erfasst und bei der Messwertermittlung berücksichtigt, in einer zweiten Variante wird die Position und Orientierung des Messkopfes in einer Steuersoftware gespeichert, so dass der Messkopf nach einem Soll/Ist-Abgleich in eine vorgegebene Position gebracht werden kann.When operating the measuring device, two variants are conceivable: in a first variant, only the position and orientation of the measuring head is detected and taken into account in the measured value determination, in a second variant, the position and orientation of the measuring head is stored in a control software, so that the measuring head after a Target / actual adjustment can be brought into a predetermined position.
Die kinematische Einrichtung ist zwecks Bewegung des Messkopfes mit ansteuerbaren Stellantrieben ausgestattet. Die Ansteuerung erfolgt bevorzugt nach dem Prinzip der computerisierten numerischen Steuerung (CNC), so dass vorgegebene Messpositionen schnell erreicht werden.The kinematic device is equipped for the purpose of movement of the measuring head with controllable actuators. The control is preferably carried out according to the principle of computerized numerical control (CNC), so that predetermined measurement positions can be reached quickly.
In einer besonderen Ausführungsform des Messsystems werden mindestens zwei Messeinheiten gleichzeitig in ein- und demselben Messraum betrieben, wobei die Bestimmung der Messkopfpositionen anhand der gleichen passiven optischen Elemente innerhalb des Koordinatensystems erfolgt, das diesem Messraum zugeordnet ist. Der Vorteil besteht in der Gewinnung der Positionsinformationen mittels nur eines Koordinatensystems. Dadurch können die Positionen der beiden Messeinheiten zueinander in Relation gebracht werden und es können Abstände zwischen Koordinaten, welche durch die erste Messeinheit bestimmt wurden mit Koordinaten welche durch die zweite Messeinheit bestimmt wurden, berechnet werden.In a particular embodiment of the measuring system, at least two measuring units are operated simultaneously in one and the same measuring room, the determination of the measuring head positions taking place using the same passive optical elements within the coordinate system, which is assigned to this measuring space. The advantage is the acquisition of the position information by means of only one coordinate system. Thereby, the positions of the two measuring units can be related to each other, and distances between coordinates determined by the first measuring unit and coordinates determined by the second measuring unit can be calculated.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann eine Ansteuereinheit vorgesehen sein, die zum Generieren von Steuerbefehlen zur synchronen Bewegung der Messköpfe mehrerer, gleichzeitig betriebener Messeinheiten ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise nutzbar, um die kinematischen Einrichtungen mehrerer Messeinheiten kooperativ miteinander arbeiten zu lassen, wie weiter unten noch näher erläutert wird.In a further particular embodiment of the invention, a drive unit may be provided, which is designed to generate control commands for the synchronous movement of the measuring heads of a plurality of measuring units operated simultaneously. This can be used, for example, to allow the kinematic devices of several measuring units to cooperate with each other, as will be explained in more detail below.
Vorteilhaft ist der mobile Unterbau zwecks definierter Bewegung der Messeinheit einschließlich der kinematischen Einrichtung und des Messkopfes mit einem Steuer- und Fahrantriebssystem ausgestattet. Dieses Steuer- und Fahrantriebssystem ist bevorzugt mit einer Navigationseinrichtung gekoppelt, um eine kollisionsfreie Bewegung in Bezug auf andere Messeinheiten innerhalb eines Messraumes oder beim Wechsel zwischen verschiedenen Messräumen zu gewährleisten. Bei jedem Wechsel zwischen verschiedenen Messräumen erfolgt die Einordnung der betreffenden mobilen Messeinheit in das dem jeweiligen Messraum zugeordnete Koordinatensystem.Advantageously, the mobile substructure for the purpose of defined movement of the measuring unit including the kinematic device and the measuring head is equipped with a control and traction drive system. This control and traction drive system is preferably coupled to a navigation device in order to ensure a collision-free movement with respect to other measuring units within a measuring chamber or when changing between different measuring chambers. With each change between different measuring chambers, the classification of the mobile measuring unit in question takes place in the coordinate system assigned to the respective measuring space.
Mindestens eine der Messeinheiten kann mit steuerbaren Hilfsmitteln ausgestattet sein, wie beispielsweise mit Manipulationswerkzeugen, Hebezeuge, und/oder mindestens einer Kamera. Zudem kann eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, um bestimmte Oberflächenbereiche des Messobjektes bei Messvorgängen oder Manipulationen am Messobjekt, wie Montage- oder Reparaturarbeiten, auszuleuchten.At least one of the measuring units may be equipped with controllable aids, such as with manipulation tools, hoists, and / or at least one camera. In addition, a lighting device may be provided to illuminate certain surface areas of the measurement object during measurement processes or manipulations on the measurement object, such as assembly or repair work.
In diesem Zusammenhang ist eine Einrichtung vorhanden, welche Steuerbefehle für diese Hilfsmittel vorgibt. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, diese Steuerbefehle über manuell zu bedienende Befehlseingabeeinrichtungen vorzugeben oder – in Abhängigkeit von den auf die Messobjekte bezogenen Messergebnissen wie Form, Größe, Ausrichtung im Raum, Raumposition usw. – automatisch zu generieren.In this context, a device is provided which specifies control commands for these aids. It is within the scope of the invention to specify these control commands via manually operated command input devices or - depending on the measurement results related to the measurement objects such as shape, size, orientation in space, spatial position, etc. - to generate automatically.
Werden, wie weiter oben bereits dargelegt, Messköpfe mehrerer gleichzeitig betriebener Messeinheiten synchron bewegt, so können bestimmt Messaufgaben parallel ausgeführt werden, oder es können die an den synchron betriebenen Messeinheiten vorgesehenen Manipulationshilfsmittel gleichzeitig an Montage- oder Reparaturarbeiten am selben Messobjekt beteiligt werden oder gemeinsam Gegenstände anzuheben und relativ zum Messobjekt zu bewegen. So kann beispielsweise auch eine Messeinheit zumindest zeitweise zur Beleuchtung der Messstelle am Messobjekt genutzt werden, während eine andere Mess- oder Manipulationsaufgaben ausführt.If, as already explained above, measuring heads of a plurality of simultaneously operated measuring units are moved synchronously, then measuring tasks can be carried out in parallel, or the manipulation aids provided at the synchronously operated measuring units can simultaneously be involved in assembly or repair work on the same measuring object or collectively lift objects and to move relative to the measurement object. Thus, for example, a measuring unit can also be used at least temporarily to illuminate the measuring point on the measuring object, while another performs measuring or manipulation tasks.
In einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der mobile Unterbau wahlweise nach Vorgabe durch einen Bediener von der kinematischen Einrichtung abtrennbar und wieder ankoppelbar ist. Der Vorteil besteht darin, dass die kinematische Einrichtung mit dem Messkopf in Abhängigkeit von der Abtrennung oder Ankopplung des mobilen Unterbaues bei Bedarf als mobile oder, zumindest zeitweise, als stationäre Messeinheit verwendet werden kann.In a further embodiment of the invention, it can be provided that the mobile substructure can optionally be disconnected from the kinematic device and reconnected as specified by an operator. The advantage is that the kinematic device with the measuring head can be used as a mobile or, at least temporarily, as a stationary measuring unit as a function of the separation or coupling of the mobile base.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Messsystems liegt darin, dass es bei Inselfertigungen von Messobjekten flexibel und dabei auch wirtschaftlich zum Einsatz kommen kann. Die Messobjekte verbleiben dabei während des gesamten Fertigungsvorganges auf der Fertigungsinsel, während alle erforderlichen Messaufgaben oder Bearbeitungsaufgaben am Fertigungsort ausgeführt werden können.An essential advantage of the measuring system according to the invention is that it at Insel production of measuring objects can be used flexibly and economically. The measuring objects remain on the production island during the entire production process, while all required measuring tasks or machining tasks can be carried out at the production site.
Die Verbindung der mobilen Messeinrichtungen mit Einrichtungen zur Manipulation an den Messobjekten ermöglicht es, Fertigungsaufgaben zu parallelisieren oder vorteilhaft auf unterschiedliche Plätze zu verteilen. Dies ist wiederum insbesondere für Inselfertigungen vorteilhaft, bei denen das entstehende Produkt nicht wie in einer Fließbandfertigung von Arbeitsplatz zu Arbeitsplatz gebracht wird, sondern an einem Standort verbleibt und für die verschiedenen Mess- und Manipulationsaufgaben entsprechende Einrichtungen zu der jeweiligen Fertigungsinsel gebracht werden müssen.The connection of the mobile measuring devices with devices for manipulation of the measuring objects makes it possible to parallelise production tasks or advantageously distribute them in different places. This, in turn, is particularly advantageous for island production in which the resulting product is not moved from workstation to workstation as in a production line, but rather remains at one location and corresponding equipment must be brought to the respective production island for the various measuring and manipulation tasks.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, mehrere autonome Messeinheiten mit Mess- und Manipulationsfunktionen innerhalb eines gemeinsamen Koordinatensystems hochgenau navigieren können. Dabei ist die Ausgestaltung des gemeinsamen Koordinatensystems von der zu erfüllenden Aufgabe abhängig. Bei dem Welt-GPS-System ist das System so ausgelegt, dass das Koordinatensystem durch wenige und aufwendige Satelliten definiert wird. Hier können sehr viele Nutzer gleichzeitig unter Nutzung eines kostengünstigen Empfängers navigieren.In this context, it is advantageous if, as provided for by the invention, several autonomous measuring units with measuring and manipulation functions can navigate with high precision within a common coordinate system. The design of the common coordinate system depends on the task to be performed. In the world GPS system, the system is designed so that the coordinate system is defined by few and complex satellites. Here, many users can simultaneously navigate using a low-cost receiver.
Für die mobilen Messeinrichtungen, ob mit oder ohne Manipulationsfunktion, ist es dagegen vorteilhaft, wenn sie zugleich Träger aller aktiven und teuren Komponenten des Navigationssystems sind, während passive Baugruppen, wie Reflektoren, außerhalb der mobilen Messeinrichtung positioniert sind. In dieser Konfiguration wird das gemeinsame Koordinatensystem also durch kostengünstige passive Elemente definiert. Diese Elemente können auch in großer Stückzahl auf großen Flächen angebracht werden. Einzelne Messeinrichtungen können so kosteneffizient an verschiedenen Orten in einer Halle oder sogar in verschiedenen Hallen betrieben werden. Diese Konfiguration umgeht gleichzeitig den Nachteil, dass die meisten optischen Messsysteme nicht in der Lage sind die Positionen von mehreren Objekten gleichzeitig zu bestimmen. Hier trägt jedes Objekt sein eigenes Messsystem und orientiert sich anhand des gemeinsamen Koordinatensystems. Da keine Wechselwirkung von Licht mit sich selbst stattfindet, können die passiven Elemente, z. B. Retroreflektoren, auch von mehreren Messsystemen gleichzeitig genutzt werden.For the mobile measuring devices, whether with or without manipulation function, it is advantageous if they are at the same time carrier of all active and expensive components of the navigation system, while passive assemblies, such as reflectors, are positioned outside the mobile measuring device. In this configuration, the common coordinate system is thus defined by low-cost passive elements. These elements can also be mounted in large quantities on large areas. Individual measuring devices can thus be operated cost-effectively at different locations in a hall or even in different halls. At the same time, this configuration avoids the disadvantage that most optical measuring systems are unable to determine the positions of several objects at the same time. Here each object carries its own measuring system and is based on the common coordinate system. Since there is no interaction of light with itself, the passive elements, e.g. As retroreflectors, are also used by several measuring systems simultaneously.
Es versteht sich, daß die bisher beschriebenen sowie die nachfolgend erläuterten Merkmale der Erfindung nicht nur in den konkret angegebenen, sondern auch in weiteren detaillierten Mittel-Wirkungs-Zusammenhängen einsetzbar sind, ohne dass der Erfindungsgedanke verlassen wird.It is understood that the features of the invention described so far as well as those explained below can be used not only in the concretely specified but also in further detailed mean-effect relationships without departing from the inventive concept.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die auch zusätzliche erfindungswesentliche Merkmale offenbaren können, näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which may also disclose additional features essential to the invention. In the accompanying drawings show:
Die mobile Messeinheit
- – eine kinematische Einrichtung
7 , - – einen
Messkopf 8 mit einem zu einer Positionsmesseinrichtung gehörenden Positionsmesssensor9 und einem Abtastsensor10 , und - – einen verfahrbaren Unterbau
11 .
- - a
kinematic device 7 . - - a measuring head
8th with a position measuring sensor associated with aposition measuring device 9 and ascanning sensor 10 , and - - a
movable substructure 11 ,
Anhand lokaler Referenzpunkte
Die Referenzpunkte
Die Koordinatenbestimmung geschieht beispielsweise über die Messung von drei Entfernungen bzw. Abständen zwischen dem Positionsmesssensor
Die Messeinheit
Während also beim Betreiben der Messeinheit
Die Recheneinheiten verknüpfen die mit dem Entfernungsmesssensor
Alle aktiven Elemente und Baugruppen, wie Entfernungsmesssensor
Dabei müssen selbstverständlich nicht alle zu einer Positionsmesseinrichtung gehörenden Baugruppen auf dem Messkopf
Alle Referenzpunkte
Über die bisher beschriebene Ausgestaltung hinaus kann die Messeinheit
Im Unterschied zu
Aus
Sind bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Messsystems
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Messsystemmeasuring system
- 22
- Messeinheitmeasuring unit
- 33
- Messraummeasuring room
- 44
- Messraummeasuring room
- 55
- Koordinatensystemcoordinate system
- 66
- Koordinatensystemcoordinate system
- 77
- kinematische Einrichtungkinematic device
- 88th
- Messkopfprobe
- 99
- EntfernungsmesssensorDistance measuring sensor
- 1010
- Abtastsensorscanning sensor
- 1111
- mobiler Unterbaumobile substructure
- 1212
- Messobjektmeasurement object
- 5.1 bis 5.35.1 to 5.3
- Referenzpunktereference points
- 6.1 bis 6.46.1 to 6.4
- Referenzpunktereference points
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2009/086495 [0012] WO 2009/086495 [0012]
- EP 1322905 B1 [0020] EP 1322905 B1 [0020]
- WO 2010/025845 A2 [0021] WO 2010/025845 A2 [0021]
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DE201010032467 DE102010032467A1 (en) | 2010-07-28 | 2010-07-28 | Measurement system for measuring position of measured object i.e. automobile part in automobile manufacturing facility, has computing units linking coordinates of surface positions of measured objects with measuring head position |
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