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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Abstandes einer Messposition eines Messobjektes von einer Referenzposition, wobei die Abstandsmessung mittels eines Lasertrackers durchgeführt wird.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Abstände und/oder sich aus diesen Abständen ergebende Ausrichtungen von Messobjekten mittels eines Lasertrackers zu messen.
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Gerade im Bereich der Ausrichtung von Kokillen oder Segmenten in den entsprechenden Kokillen- oder Segmentausrichtwerkstätten von Stranggießbetrieben für die Stahlherstellung hat die korrekte Ausrichtung der jeweiligen Kokillen und Segmente einen großen Einfluss auf die Qualität der schlussendlich in der Stranggießanlage produzierten Bramme. Ausrichtfehler von wenigen Zehntel Millimetern können in kritischen Bereichen zu Qualitätsmängeln und gar zu Betriebsstörungen führen.
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Die einzelnen Objekte in einer Stranggießanlage, also beispielsweise Kokillen oder Segmente, sind groß, unhandlich und schwer einsehbar. Entsprechend kompliziert stellt sich die Ausrichtung der jeweiligen Objekte dar. Eine Ausrichtung mit schweren Schablonen, Linealen auf massiven Auflagern, Endmaßen, Mikrometerschrauben und Tiefenmessschiebern ist langwierig, relativ ungenau und vor allem störanfällig, da die verwendeten Messmittel Verschleiß und Beschädigungen unterliegen.
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Auf dieser Grundlage wurde die Abstandsmessung mittels eines so genannten Lasertrackers vorgeschlagen. Die genaue Vorgehensweise für die Abstandsmessung und Ausrichtung mit einem Lasertracker ist beispielsweise in dem Artikel „3D-Koordinatenmesstechnik für die Kokillen- und Segmentwerkstatt" von Martin Friedrich, Horst von Wyl, Peter Müller, Georg Grundmann, David Gaczek und Friedrich Hellweg in Stahl und Eisen 131 (2011), Nr. 2, Seiten 39–45 beschrieben.
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Der Lasertracker umfasst dabei einen Messkopf, welcher einen Laserstrahl als Messstrahl zur Abstandsmessung aussendet und dann die reflektierten Messstrahlen wieder auffängt, ein Stativ, auf welchem der Messkopf angeordnet ist, ein Messtarget, welches den Messstrahl in einer bestimmten Weise reflektiert, sowie diverse Steuer-, Kontroll- und Energieversorgungsvorrichtungen.
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Ein Lasertracker ist entsprechend ein Messgerät, das durch eine Kombination aus Winkelmessung und interferometrischer Laser-Distanzmessung die 3D-Punktkoordinaten eines Objekts erfasst.
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Durch den Einsatz des Lasertrackers kann auf die Handhabung von schwerem Messwerkzeug, wie beispielsweise Schablonen oder Lineale, verzichtet werden. Der jeweilige Bediener muss lediglich den vom Messkopf ausgesendeten Messstrahl mit dem Messtarget „einfangen“ und an die entsprechende Messposition bringen. Der Messkopf ist so eingerichtet, dass er der Bewegung des Messtargets folgt, sobald der Messstrahl einmal vom Messtarget eingefangen wurde. Entsprechend muss der Bediener das Messtarget am eigentlichen Messort platzieren und dann die Abstandsmessung auslösen. Wenn nach dieser durchgeführten Messung eine weitere Messung durchgeführt werden soll, muss der Bediener den mit dem Messtarget eingefangenen Messstrahl zum nächsten Messposition bringen.
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Dieses Verfahren weist viele Vorteile auf. Es ist jedoch für den jeweiligen Bediener anspruchsvoll, das Messtarget von einer Messstelle zur nächsten Messstelle zu bringen und dabei den eingefangenen Messstrahl nicht zu verlieren. Für den Bediener ist es daher kompliziert, den Messstrahl einzufangen und mit diesem Strahl an die nächste Messstelle zu gehen. Dies stellt zum einen hohe Anforderungen an die Geschicklichkeit des Bedieners und ist zum anderen auch unsicher und birgt eine Stolpergefahr in sich, da sich der Bediener auf den Messstrahl konzentrieren muss. Dabei muss der Bediener über das Messobjekt hinweg klettern und die nächste definierte Messposition erreichen. Hierzu kann es notwendig sein, dass er einen häufigen Blickkontakt mit der jeweiligen Bedieneinheit des Lasertrackers unterhalten muss, um Bedienfehler zu vermeiden und um die vorgegebene nächste Messposition zu finden. Darüber hinaus können die jeweiligen gemessenen Objekte bezüglich der eigentlichen Messposition, also beispielsweise bezüglich des Einlaufes oder des Auslaufes bzw. rechts oder links – je nach Orientierung – durch den Bediener vertauscht werden.
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Die Auslösung der eigentlichen Messung muss im bekannten Verfahren ebenfalls vom Bediener durchgeführt werden, so dass er nur eine Hand frei hat, um das Messtarget an der entsprechenden Messposition zu halten. Beim Auftreten von Messfehlern muss der Bediener diese zum einen erkennen und zum anderen manuell aus der jeweiligen Messreihe entfernen.
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Darstellung der Erfindung
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Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Messung des Abstandes einer Messposition eines Messobjektes von einer Referenzposition anzugeben, welche die Sicherheit und Genauigkeit der eigentlichen Abstandsmessung erhöhen.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend wird in dem Verfahren zur Messung des Abstandes einer Messposition von einer Referenzposition die Abstandsmessung mit dem Messstrahl eines Lasertrackers durchgeführt. Erfindungsgemäß wird die Messposition vor der eigentlichen Abstandsmessung durch den Messstrahl markiert.
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Dadurch, dass in dem Verfahren die zu messende Messposition vor der eigentlichen Messung mit dem Messstrahl markiert wird, kann erreicht werden, dass der jeweilige Bediener einfach und unmissverständlich zur nächsten Messposition geleitet wird. Der Bediener muss den Messstrahl auch nicht „einfangen“ und zur nächsten Messposition bringen, sondern kann sich konzentriert und auf Eigensicherung bedacht zu der markierten nächsten Messposition hin bewegen. Dies kann der Bediener tun, ohne gleichzeitig eine zweite Tätigkeit auszuführen, nämlich ohne gleichzeitig den eingefangenen Messstrahl von der vorherigen Messposition zur neuen Messposition zu bringen.
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Eine Vertauschung von Messpositionen, beispielsweise eine Verwechselung der Abstandsmessung von Einlaufseite und Auslaufseite bei Rollen oder eine Verwechselung der linken und rechten Seite, wird mittels des genannten Verfahrens ausgeschlossen, da die Messvorrichtung den eigentlichen Abstandsmesswert jeweils genau an der vorbestimmten und entsprechend markierten Messposition aufnimmt.
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Daher kann die Messgenauigkeit zum einen dadurch erhöht werden, dass die Abstandsmessung an fest vordefinierten Messpositionen durchgeführt wird, welche unmissverständlich von dem Messstrahl markiert werden, und zum anderen kann die Bediensicherheit erhöht werden, da sich der Bediener lediglich um seine eigene Sicherheit, nicht jedoch um den „Transport“ des Messstrahls kümmern muss, während er sich von einer Messposition zur nächsten Messposition bewegt.
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Bevorzugt wird ein Messtarget an der markierten Messposition angeordnet und erst dann wird die eigentliche Abstandsmessung mittels des an der Messposition angeordneten Messtargets durchgeführt. Auf diese Weise kann eine exakte Positionierung des Messtargets an der vorbestimmten Messposition erreicht werden und gleichzeitig mittels des Messtargets eine besonders exakte Abstandsmessung durchgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die eigentliche Abstandsmessung automatisch durchgeführt. Die automatische Auslösung der Messung hat den Vorteil, dass der Bediener das Messtarget entweder mit beiden Händen an der entsprechenden Messposition halten kann, oder aber eine Hand für seine Eigensicherung zur Verfügung hat, während die Messung durchgeführt wird.
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Die eigentliche Messung wird durch eine Analyse des Bedienerverhaltens ausgelöst. Hier kann beispielsweise die eigentliche Abstandsmessung ausgelöst werden, wenn sich ein Messtarget in einem vorbestimmten Abstandsbereich befindet und/oder wenn sich ein Messtarget eine vorbestimmte Zeit lang nicht bewegt hat und/oder wenn der Abstand zwischen einem Messtarget und dem Lasertracker eine vorbestimmte Zeit lang konstant bleibt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden unterschiedliche Messpositionen einer Messreihe nacheinander markiert. Entsprechend kann der Bediener die einzelnen Messpositionen der Messreihe nacheinander messen, da nach der Aufnahme eines Messwertes sofort eine neue Messposition markiert wird, an welche der Bediener dann das Messtarget verbringt, um die nächste Messung auszuführen.
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Besonders bevorzugt wird der Messstrahl von einer Messposition zu einer weiteren Messposition sichtbar verschwenkt. Das Verschwenken des Lasers von der bereits gemessenen Messposition in die neue Messposition findet entsprechend so langsam statt, dass der Bediener den Laserpunkt mit den Augen verfolgen kann. Entsprechend fällt es dem Bediener auch leicht, die nächste Messposition zu erkennen und zu dieser zu gelangen. In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Verschwenkung des Messstrahls von der Messposition zu der weiteren Messposition mindestens zweimal sichtbar durchgeführt. Dies kann bevorzugt auch auf Anforderung des Bedieners durchgeführt werden, um dem Bediener die Verfolgung des Laserstrahls bzw. des Messstrahls mit den Augen zu erleichtern und um den Bediener entsprechend an die neue Messposition zu geleiten. Das mindestens zweimalige Verschwenken des Messstrahls von der vorherigen Messposition zu der neuen Messposition ermöglicht, dass der Bediener sicher zur nächsten Messposition geführt wird.
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Bevorzugt werden die Werte der Abstandsmessungen in einer Messreihe automatisch überprüft und Ausreißer werden automatisch eliminiert. Durch die automatische Eliminierung von Ausreißern in einer Messreihe kann eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Messungen erreicht werden. Der Bediener ist nicht mehr damit beschäftigt, die Ausreißer bei der Messung zu eliminieren, sondern kann sich direkt auf die nächste Messposition konzentrieren. In einer bevorzugten Weiterbildung wird die mit dem eliminierten Ausreißer übereinstimmende Messposition vom Messstrahl zur Durchführung einer weiteren Messung markiert, so dass auch an dieser Position ein gültiger Messwert erreicht werden kann.
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Eine Kommunikation zwischen der Vorrichtung und dem Bediener kann durch Blinken, Pulsieren und/oder Aussenden anderer Lichtsignalfolgen erreicht werden. Hierdurch wird die Aufmerksamkeit des Bedieners auf einen bestimmten Systemzustand gelenkt, so dass dieser in das System eingreifen kann. Solange eine solche Kommunikation seitens des Lasers nicht ausgesendet wird, kann der Bediener einfach mit der Messung fortfahren. Unterschiedliche Kommunikationssignale können hier verwendet werden, beispielsweise ein schnelles Blinken, um den Bediener zur Wiederholung einer Messung aufzufordern.
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Neben der erhöhten Sicherheit für den Bediener und der verbesserten Genauigkeit der zu erreichenden Ergebnisse können aufgrund der deutlich vereinfachten Bedienerführung nun die Einarbeitungszeiten für neue Bediener kurz gehalten werden und zum anderen kann die Durchlauf- bzw. Messzeit drastisch verringert werden, da der jeweilige Bediener nicht immer nach der nächstmöglichen Messstelle suchen muss.
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Aufgrund der kürzeren Durchlaufzeit kann die Redundanz der Messung problemlos um 25% erhöht werden, da die einzelnen Messzyklen deutlich kürzer sind, als im herkömmlichen System. Entsprechend kann das Verfahren Ausreißer aufgrund der großen Menge an Messdaten einfacher eliminieren.
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Bevorzugt werden entsprechend zur Erreichung einer vorbestimmten Fehlergenauigkeit Messpositionen mindestens zweimal gemessen.
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Bevorzugt werden bestimmte Systemparameter auf einer tragbaren Anzeigetafel, beispielsweise einem Tablett-PC oder einem SmartPhone angezeigt.
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Das genannte Verfahren wird bevorzugt zur Abstandsmessung und Ausrichtung von Kokillen und Segmentrollen in einer Kokillen- oder Segmentausrichtwerkstatt verwendet.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Messvorrichtung zur Messung des Abstandes einer Messposition von einer Referenzposition mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend umfasst die Messvorrichtung zur Messung des Abstandes einer Messposition von einer Referenzposition einen Lasertracker zur Durchführung einer Abstandsmessung mittels des Messstrahls und eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Lasertrackers. Erfindungsgemäß ist die Steuerungsvorrichtung so eingerichtet, dass die Messposition vor der eigentlichen Abstandsmessung durch den Messstrahl markierbar ist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuervorrichtung so eingerichtet, dass die eigentliche Abstandsmessung automatisch ausgelöst wird, bevorzugt wenn sich ein Messtarget in einem vorbestimmten Bereich befindet und/oder wenn sich ein Messtarget eine vorbestimmte Zeit lang nicht bewegt hat und/oder wenn der Abstand zwischen einem Messtarget und dem Lasertracker eine vorbestimmte Zeit lang konstant bleibt.
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Kurze Beschreibung der Figur
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figur näher erläutert:
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1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Messen eines Abstandes eines Objekts von einer Referenzposition.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figur beschrieben.
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1 zeigt schematisch einen Lasertracker 1 mit einem Messkopf 10, welcher einen schematisch dargestellten Messstrahl 2 in Form eines Laserstrahls aussendet. Der Messstrahl 2 dient zur Messung des Abstandes d zwischen dem als Referenzposition dienenden Messkopf 10 des Lasertrackers 1 und einem Messtarget 3, welches einen speziellen Reflektor zur Reflektion des Messstrahls 2 aufweist. Das Messtarget 3 wird von dem jeweiligen die Messung durchführenden Bediener an der gewünschten Messposition eines Messobjekts 4 angeordnet und wird dort gehalten. In der Figur sind als Messobjekte schematisch die Rollen 4 eines Segments gezeigt.
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Durch eine Kombination aus Winkelmessung und interferometrischer Laser-Distanzmessung können entsprechend die 3D-Punktkoordinaten des Messtargets 3 erfasst werden.
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Der Lasertracker 1 funktioniert dabei beispielsweise so, dass er das Messtarget 3 in Form einer reflektierenden Messkugel anzielt, der Lasertracker 1 dann zwei Winkel in senkrecht zueinander liegenden Ebenen misst, und hieraus dann die Distanz d zu dem entsprechenden Messtarget 3 bestimmt. Die drei genannten Messresultate (zwei Winkel und ein Abstand/Radius) entsprechen den Polarkoordinaten des Messtargets 3 im Polarkoordinatensystem des Lasertrackers 1. Diese Polarkoordinaten können dann in kartesische (rechtwinklige) Koordinaten umgerechnet werden.
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Das Messtarget 3 kann von dem die Messung durchführenden Bediener an der jeweiligen Messposition von Hand gehalten werden, oder aber in einer Haltevorrichtung oder auf einem Stativ platziert werden.
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Zur Messung des Abstandes d zwischen dem als Referenzposition dienenden Messkopf 10 und den Rollen 4 wird der Messkopf 10 zunächst derart verschwenkt, dass der Messstrahl 2 auf die gewünschte Messposition gerichtet wird und diese entsprechend mit einem Lichtfleck markiert. Der in der Figur nicht gezeigte Bediener tritt dann hinzu und hält das Messtarget 3 exakt an der von dem Lasertracker 1 angezielten Messposition in den Messstrahl 2. Durch die nachfolgende Messung kann der Lasertracker 1 dann den genauen Abstand d zwischen dem Messtarget 3 und dem Messkopf 10 des Lasertrackers 1 bestimmen.
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Um die entsprechende Messposition durch den Messstrahl 2 markieren zu können, wird die im Messkopf 10 angeordnete Laseroptik entsprechend so verschwenkt, dass der Messstrahl 2 in die durch die Messposition vorgegebene Richtung zielt. Hierfür werden die entsprechenden Winkel der Polarkoordinaten verwendet. Die fehlende und durch die Messung zu messende Größe ist entsprechend der Abstand d zwischen dem Messkopf 10 und dem Messobjekt 4.
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Um die entsprechende Ansteuerung des Messkopfes 10 so zu erreichen, dass die einzelnen Messpositionen mittels des Messstrahls markiert werden können, ist eine Steuervorrichtung 5 vorgesehen, welche die Ansteuerung übernimmt. In der Steuervorrichtung 5 sind die für ein zu messendes Objekt 4 spezifischen Messpositionen gespeichert, so dass die Messpositionen auf dem zu messenden Messobjekt 4 vom entsprechend gesteuerten Messstrahl 2 markiert werden können. Ein entsprechendes Messprogramm in der Steuervorrichtung 5 ist so ausgebildet, dass der Messstrahl für die erste Messung einer Messserie eine bestimmte Messposition auf dem zu messenden Messobjekt 4 derart anzielt, dass ein Bediener diese markierte Messposition erkennen kann und dadurch einfach zu dieser Messposition gelangen kann. Der Bediener bringt dann das Messtarget 3 genau an diese Position. Der Messkopf 10 erkennt durch die vom Messtarget 3 reflektierten Strahlen, dass sich das Messtarget 3 an der Messposition befindet. Danach wird automatisch die eigentliche Entfernungsmessung ausgelöst.
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Die Steuervorrichtung 5 kann dabei die eigentliche Entfernungsmessung beispielsweise dann auslösen, wenn sich das Messtarget 3 über einen bestimmten Zeitabschnitt hinweg – beispielsweise 5 Sekunden – nicht mehr bewegt hat und sich entsprechend die Entfernung nicht mehr ändert. Eine Auslösung der eigentlichen Entfernungsmessung kann auch dann erreicht werden, wenn sich das Messtarget 3 in einem vorbestimmten Abstandsbereich befindet. Eine Kombination der beiden Kriterien kann zu einem sehr zuverlässigen Auslösekriterium führen.
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In einer anderen Variante wird zur Auslösung der eigentlichen Messung der gleitende Mittelwert verwendet oder aber es wird ein festgelegter Bereich, in welchem das Messtarget 3 erwartet wird, definiert, und in diesem Bereich wird die Messung dann automatisch ausgelöst.
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In einer bevorzugten Variante wird die Tatsache, dass die eigentliche Messung erfolgreich ausgeführt wurde, dem Bediener kommuniziert. Dies kann beispielsweise durch eine akustische Signalisierung stattfinden, oder aber durch eine mittels des Messstrahls 2 durchgeführte Signalisierung, beispielsweise ein kurzes, einmaliges Blinksignal.
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Auch eine nicht erfolgreich durchgeführte eigentliche Messung kann auf diese Weise dem Bediener signalisiert werden, beispielsweise durch anderes akustisches oder optisches Signal, beispielsweise durch schnelles, anhaltendes Blinken.
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Nach einer erfolgreichen Messung und/oder zum Abarbeiten des jeweiligen Messprogramms bewegt sich der Messstrahl 2 auf Grundlage des in der Steuervorrichtung 5 gespeicherten Messprogramms langsam über das Messobjekt 4 weiter und verharrt dann an der neuen Messposition. Entsprechend wird auch die neue Messposition wieder vom Messstrahl markiert und der Bediener kann entsprechend wieder das Messtarget 3 an diese Position bringen. Die Geschwindigkeit der Verschwenkung wird dabei von der Steuervorrichtung 5 so gewählt, dass ein Bediener dem Messstrahl während der Verschwenkung einfach mit den Augen folgen kann.
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In einer vorteilhaften Variante wird diese Verschwenkung des Messstrahls 2 von der ersten Messposition zur zweiten Messposition mindestens zweifach durchgeführt, um den Bediener quasi „abzuholen“. Diese erneute Verschwenkung des Messstrahls 2 zur Markierung der neuen Messposition kann auch dann durchgeführt werden, wenn das Messtarget 3 nach einer vorbestimmten Zeit noch nicht an der neuen Messposition platziert wurde und entsprechend davon ausgegangen werden muss, dass der Bediener den Messstrahl 2 aus den Augen verloren hatte. In einer weiteren bevorzugten Ausbildung kann die erneute Verschwenkung auf Anforderung des Benutzers durchgeführt werden.
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Im Falle einer fehlerhaften Messung wird – beispielsweise weil sich das Messtarget 3 nicht in einer korrekten Position befunden hat – der Messstrahl 10 zur Kommunikation verwendet und entsprechend in eine blinkende oder pulsierende Signalfolge versetzt. Auf diese Weise wird der Bediener von der fehlerhaften Messung in Kenntnis gesetzt.
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In einer Auswertungsvorrichtung 6 werden die nach und nach aufgenommenen Messwerte gespeichert und dann analysiert. Wenn sich ein Messwert als „Ausreißer“ darstellt, so wird dieser Messwert unmittelbar aus dem Datensatz entfernt. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die entsprechende Messposition noch einmal angefahren und der Bediener dazu aufgefordert, die Messung zu wiederholen.
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Bevorzugt werden bestimmte Systemparameter auf einer tragbaren Anzeigetafel, beispielsweise einem Tablett-PC oder einem SmartPhone angezeigt.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lasertracker
- 10
- Messkopf
- 2
- Messstrahl (Laserstrahl)
- 3
- Messtarget
- 4
- Messobjekt (Segmentrollen)
- 5
- Steuerungsvorrichtung
- 6
- Auswertungsvorrichtung
- d
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „3D-Koordinatenmesstechnik für die Kokillen- und Segmentwerkstatt“ von Martin Friedrich, Horst von Wyl, Peter Müller, Georg Grundmann, David Gaczek und Friedrich Hellweg in Stahl und Eisen 131 (2011), Nr. 2, Seiten 39–45 [0005]
